Sabemos que la cantidad total de energía desde el origen del Universo ha permanecido constante, sólo se ha transformado; por lo tanto, la energía no es creada ni destruida. Este principio, formulado por el científico alemán Hermann von Helmholz (1821-1894), muestra que las variadas formas de energía son equivalentes, y que una puede ser convertida en otra.
En síntesis, podemos decir que la energía tiene cuatro propiedades básicas:
Se transforma: la energía no se crea, sino que se transforma. Mediante la transformación se ponen de manifiesto las diferentes formas de energía.
Se conserva: al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye.
Se transfiere: la energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo.
Se degrada: solo una parte de la energía transformada es capaz de producir trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no deseadas).
La primera distinción que se puede hacer en relación a un determinado tipo de energía, es la fuente de la cual proviene. Se distinguen dos fuentes:
Fuente primaria, si el energético proviene desde un recurso natural. Se les denomina comúnmente “energéticos primarios”.
Fuente secundaria, si el energético proviene de la transformación de otro energético ya procesado. Se los conoce como “energéticos secundarios”.
Se denomina energía primaria a los recursos naturales disponibles en forma directa. Es decir, antes de ser convertidos o transformados. La energía primaria se encuentra contenida en los combustibles fósiles, la energía solar, eólica, geotérmica y otras formas de energía que pueden ser ingresadas al sistema de distribución. Aquella energía primaria que no es utilizable directamente, puede ser transformada en algún tipo de energía secundaria.
Las energías secundarias, llamadas también útiles o finales, se obtienen a partir de las primarias, mediante un proceso de transformación por medios técnicos. Es el caso de la electricidad o de los combustibles derivados del petróleo, por ejemplo.
Todo lo que vemos a nuestro alrededor se mueve o funciona debido a algún tipo de energía. Desde una perspectiva científica, podemos entender la vida como una compleja serie de relaciones energéticas, en las cuales la energía es transformada de una forma a otra, o transferida de un objeto hacia otro.
Es la forma de energía asociada a las transformaciones de tipo mecánico, en tanto que la transferencia de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos de forma sencilla y constituyen elementos clave en la descripción de los sistemas físicos de la ciencia.
El movimiento, el equilibrio y sus relaciones con las fuerzas y con la energía, definen un amplio campo de estudio que se conoce con el nombre de mecánica.
La energía cinética es la energía asociada a los cuerpos en movimiento. Puede ser utilizada para realizar un trabajo; por ejemplo, en el caso de los molinos de agua o de viento, que son algunas de las formas familiares de energía mecánica.
La radiación electromagnética inunda el Universo desde sus comienzos y nos llega constantemente desde el espacio, ofreciendo información valiosísima sobre los cuerpos celestes que lo componen y también sobre las primeras etapas de su formación. En el último siglo, el ser humano ha aprendido a producirla y/o utilizarla en aplicaciones tan diversas como las radiografías, las comunicaciones de radio y televisión, la telefonía móvil, las redes Wi-Fi, los hornos microondas y muchas más.
La energía electromagnética se define como la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las intensidades del campo magnético y el campo eléctrico.
La energía eléctrica se produce por el movimiento de cargas eléctricas, específicamente electrones, a través de un cable conductor. Constituye una de las formas de energía más utilizadas por los seres humanos.
Es el resultado de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico, y obtener trabajo.
Cada vez que se acciona un interruptor se genera un movimiento de millones de electrones, los que circulan a través de un cable conductor metálico. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos que conforman el cable conductor. Los electrones se mueven desde el enchufe al aparato eléctrico, lo que produce un tránsito de energía entre estos dos puntos.
La energía eléctrica puede hacer funcionar distintos aparatos y se transforma en otros tipos de energía. Por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se transforma en energía mecánica, térmica y, en algunos casos, luminosa.
La energía radiante es la energía que poseen las ondas electromagnéticas, tales como la luz, los rayos UV, los rayos infrarrojos, etc.
La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno. La energía radiante se transmite por unidades llamadas fotones.
Es la energía transportada por la luz, fuente energética vital para el funcionamiento de gran parte de la naturaleza. Es una forma de energía electromagnética.
La cantidad de energía lumínica que es transferida a una superficie al entrar en contacto con ella, depende de las características propias de la materia de la superficie y de la orientación en relación al ángulo desde el que viene la luz.
Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y fusión. Esta energía se aprovecha para diversos fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y se ha utilizado para diversos propósitos, pacíficos o bélicos. Así, es común referirse a la energía nuclear no sólo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio, que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.
Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos, siendo la más conocida la fisión del uranio-235, con la que funcionan los reactores nucleares y que es la más habitual en la naturaleza, en el interior de las estrellas, como nuestro Sol. Sin embargo, para producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio-232, el plutonio-239, el estroncio-90 o el polonio-210.
Otra técnica, empleada principalmente en pilas de mucha duración para sistemas que requieren poco consumo eléctrico, es la utilización de generadores termoeléctricos de radioisótopos, en los que se aprovechan los distintos modos de desintegración para generar electricidad en sistemas de termopares a partir del calor transferido por una fuente radiactiva.
La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de partículas subatómicas en movimiento. Esas partículas, al frenarse en la materia que las rodea, producen energía térmica. Ésta se transforma en energía mecánica utilizando motores de combustión externa, como las turbinas de vapor. Dicha energía mecánica puede ser empleada en el transporte; como por ejemplo, en los buques nucleares, o para la generación de energía eléctrica en centrales nucleares.
Una central nuclear tiene cuatro partes:
El calor es una forma especial de energía cinética, ya que surge del movimiento de átomos o moléculas. A mayor energía cinética de los átomos, más potente su movimiento y mayor temperatura en un objeto.
El calor se define como energía térmica en el proceso de transferencia desde un objeto a otro. Por lo tanto, no es un fluido físico como el aire o el agua, sino que es “energía en movimiento” entre objetos o sistemas con distinta cantidad de energía térmica.
Si la energía que posee un cuerpo se pone de manifiesto realizando un trabajo, el valor de este trabajo será una medida de la energía que posee. Si por el contrario, hemos realizado un trabajo sobre un cuerpo y éste lo ha almacenado en forma de energía, la medida del trabajo realizado sobre el cuerpo nos dará el valor de la energía que permanece de forma potencial (latente) en el cuerpo. Por todo ello, la energía liberada o acumulada tendrá las mismas unidades que la magnitud trabajo.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la unidad de trabajo y de energía es el Joule (J) definido como el trabajo realizado por la fuerza de 1 Newton cuando desplaza desde su punto de aplicación 1 metro o, lo que lo es lo mismo, elevar una masa de 1 kg 1 m de altura.
Se utiliza como unidad el electronvoltio (eV), definido como la energía que adquiere un electrón al pasar de un punto a otro entre los que hay una diferencia de potencial de 1 Voltio.
Su relación con la unidad del Sistema Internacional es:
1 eV = 1,602 x 10-19 J ó lo que es lo mismo 1 Joule = 6,2 x 1018 eV
1 eV = 1,602 x 10-19 J
ó lo que es lo mismo
1 Joule = 6,2 x 1018 eV
Se emplea como unidad de producción el Kilovatio-hora (kWh), definido como el trabajo realizado durante 1 hora por una máquina que tiene una potencia de 1 Kilovatio.
Su equivalencia con la unidad del Sistema Internacional es:
1 kWh = 3,6 x 106 J ó 3,6 millones de Joules ó 3,6 MJ (mega Joules)
1 kWh = 3,6 x 106 J
ó
3,6 millones de Joules
ó
3,6 MJ (mega Joules)
O, lo que es lo mismo, la energía consumida por una ampolleta de 40 vatios encendida 25 horas.
En la simbología aceptada para el kilovatio hora se pueden emplear, indistintamente, kW-h o kWh, pero nunca kW/h, que no tiene sentido físico alguno.
Para poder evaluar la calidad energética de las distintas fuentes de energía, se establecen unas unidades basadas en el poder calorífico de cada una. Las más utilizadas en economía energética son kcal/kg, tec y tep.
| kcal/kg | ➡ | Aplicada a un combustible, esta unidad nos indica el número de kilocalorías que obtendríamos en la combustión de 1 kg de ese combustible. |
| 1 kcal = 4,186 x 103 J | ||
| tec | ➡ | Tonelada equivalente de carbón. Representa la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón. |
| 1 tec = 29,3 x 109 J | ||
| tep | ➡ | Tonelada equivalente de petróleo. Equivale a la energía liberada en la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo. |
| 1 tep = 41,84 x 109 J | ||
| La relación entre las unidades tec y tep es: | ||
| 1 tep = 1,428 tec | ||