Tema 9. La energía. CONCEPTOS BÁSICOS. Vamos a trabajar la energía. Es un concepto difícil, por suerte vamos a centrarnos más en su uso, fundamentalmente en la forma de producir energía eléctrica a partir de otros tipos de energía. Veremos las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. Se espera de ti que sepas cuales son los principales tipos de energía; como se transforma en energía eléctrica y razones las ventajas e inconvenientes del uso de cada una de ellas para que en futuro puedas tomar decisiones informadas como ciudadano responsable. CONTENIDOS 1. 2. 3. 4.

Concepto de energía. Las unidades. Las formas de la energía. 4 El uso de la energía. 1. No renovables. 1. Carbón. 2. Petróleo. 3. Gas natural. 4. Nuclear. 2. Renovables. 1. Hidraúlica. 2. Eólica. 3. Solar. 4. Biomasa. 5. Otros. 5. La energía en tu casa

SEGUNDO. T-9 La energía. Curso 2015-16. IES Santiago Grisolía. Profs.: Luis P. Ortega y José Luis Fernández.

1. Concepto de energía. El concepto de energía es quizá uno de los más difíciles. De forma clásica la energía se define como “la capacidad de hacer un trabajo”. Pero quizá esto no te diga demasiado. Sin embargo utilizamos el término en nuestra vida cotidiana con mucha frecuencia y todos habréis utilizado expresiones como energía eléctrica, luminosa, calorífica, cinética, eólica, nuclear, … También es posible que se te haya quedado en la cabeza esa expresión tan popular de “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Esta es una de las principales características de la energía pero hay más. 1.1 Comportamiento de la energía. Empecemos con un ejemplo de transformación: Podemos utilizar la energía química contenida en una pila para transformarla en energía eléctrica que mueva el motor de un coche (energía mecánica) y que encienda sus luces (energía lumínica) y haga sonar una sirena (energía sonora). Notarás que todos esto procesos producen calentamiento (energía calorífica). Así podemos decir que la energía se transforma. Pero la energía se puede almacenar, unos tipos mejor que otros, la pila almacena la energía durante un tiempo para liberarla cuando se le pide. Se puede transportar cuando un cable eléctrico transmite energía desde la pila al motor o a distancia mucho mayores. La energía del sol se trasmite desde éste hasta nosotros en forma de luz y otras radiaciones. La energía de la pila se habrá trasformado en diferentes tipos de energía y la suma de todas ellas será igual a la que contenía la pila, incluido el calor desprendido al aire. La energía se conserva. Eso sí, esas transformaciones terminan antes o después en calor que se difumina en el entorno y que no resulta directamente aprovechable para otra transformación en trabajo útil. Este fenómeno se conoce como degradación de la energía, que no desaparece pero deja de ser “útil” para hacer un trabajo.

2.. Las unidades. La energía es una magnitud física y por tanto podemos medirla. La unidad para medir la energía que te será más familiar es la caloría (en los alimentos su cantidad de energía se mide en Kilocalorias, es decir en miles de calorías). Una caloría es la cantidad de energía que se necesita para que un gramo de agua eleve su temperatura un grado centígrado. Pero en el Sistema Internacional de medias la es el Julio. Una caloría equivale a 4,19 Julios. 1 cal = 4,187 J 1 kcal = 4187 J

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Si te fijas, en las etiquetas de los alimentos no aparecen os datos expresados en ambas unidades. En el caso de la alimentación todo el mundo se expresa en kcal pero en el resto de los tipos de energía se usan los Julios. En el caso de la electricidad utilizamos una unidad que también te será familiar: el KiloWatio hora (kWh). 1 kWh = 3600000 J

3. Las formas de la energía. 3.1 Energía química. Se refiere a la que contienen las diferentes sustancias. Esta energía permanece almacenada en ellas hasta que una reacción química produce su transformación, por ejemplo en luz o calor. Los alimentos contienen energía que medimos en Kcal. cuando nuestras células la transforman nos permiten movernos, mantenernos calientes, etc. La celulosa del papel desprende luz y calor cuando reacciona con el oxígeno en una reacción química llamada combustión.

3.2 Energía eléctrica. Se debe al movimiento de electrones por un cable que permite su paso y es la que está presente en casi cada actividad diaria: hace funcionar los electrodomésticos, se transforma en luz en las bombillas o en calor en las estufas, mueve motores,etc.

3.3 Energía mecánica. Se refiere al movimiento de la materia. Hablamos de energía cinética como aquella que posee una masa en movimiento. Cuanta mayor es su velocidad o su masa mayor energía. Piensa en la energía que transmite una piedra al golpear (no digamos una bala). Es energía mecánica se puede almacenar si a la masa le proporcionamos altura. Sube una piedra a una estantería y déjala al borde, estoy seguro que no querrás probar cuanta energía potencial tiene acumulada. Cuando lanzas un objeto hacia arriba con cierta velocidad (energía cinética) esta se transforma en potencial (cuando gana altura pero se frena) y luego vuelve a transformarse en cinética cuando cae.

3.4 Energía térmica. Consiste en la agitación de los átomos o moléculas que forman la materia. Cuando ponemos en contacto dos materiales a distinta temperatura la energía de la más caliente se transfiere a la más fría hasta igualar ambas. Esa energía que pasa de uno a otro es lo que llamamos calor.

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3.5 Energía electromágnética. Se trata de un tipo de ondas que se pueden transmitir en el vacio y recorrer enormes distancias. Es emitida por los cuerpos en función de su temperatura y recibe diferentes nombres en función de la longitud de la onda: ondas de radio, microondas, luz visible, infrarrojos, ultravioletas. Seguro todos sus nombres te suenan. El sol emite todas ellas y viajan desde allí, a 150.000.000 km hasta nosotros en tan sólo 8 minutos a la increíble velocidad de 300.000 km/s.

3.6 Energía nuclear. Resulta que los átomos que son las unidades de los elementos químicos, como deberías recordar, se pueden romper o juntar en otros esos cambios se transforman en energía. Esto es lo que mantiene funcionando el sol. Energía de fusión cuando los átomos pequeños se unen para forman otros a´tomos mayores, como cuando los átomos de hidrógeno se funden en átomos de helio. Este es el mecanismo de las estrellas. La energía de fisión se libera cuando los átomos grandes se rompen para forman otros más pequeños, como cuando utilizamos átomos pesados de Uranio en las centrales nucleares para generar calor que acabe dando electricidad. Solo para hacerte una idea de las posibles transformaciones, mira el esquema.

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4. El uso de la energía. Los humanos hemos conseguido hacer que el entorno de nuestras vidas sea mucho más soportable, cómodo y productivo gracias a haber aprendido, poco a poco, a utilizar, almacenar, transportar y transformar las diferentes formas de energía en trabajos que faciliten nuestra existencia. La energía no se destruye pero en cada transformación una parte se disipa en el ambiente en forma de calor. De este modo expresamos el hecho diciendo que “gastamos” energía, pero lo que sucede es que la energía almacenada se transforma en calor difuso que no podemos volver a almacenar para hacer un nuevo trabajo. Así acabamos hablando de fuentes de energía y pérdidas de energía. pero insisto, la energía no se gasta sólo se transforma en una forma que no no es útil. Solemos dividir las fuentes de energía en dos grandes grupos de fuentes de energía: renovables y no renovables. Las primeras, renovables, están de un modo u otro relacionadas con el sol: el viento, la luz, las corrientes de agua (ríos y mareas), la biomasa. Las fuentes de energía no renovables son aquellas que están cuya energía está almacenada de modo que cuando la usamos no podemos volver a utilizarla porque el tiempo que tarda en almacenarse de nuevo es muy superior a nuestra velocidad de consumo: carbón, petróleo, gas natural, o nuclear. De cada una de ellas vamos a ver en qué consisten, como las usamos y cuales son las ventajas e inconvenientes de su uso. NO RENOVABLES

4.1 El carbón. El carbón se forma porque las plantas de zonas pantanosas quedan enterradas y tardan millones de años en transformarse en esa roca negruzca y sucia que arden al calentarla. Antes se usaba para las estufas y las calderas de calefacción de los edificios. En muchos edificios todavía hay habitaciones en los bajos o sótanos dónde se almacenaba. Actualmente se usa más para producir electricidad en las centrales térmicas o en la industria del acero. Ventajas: Se transporta fácilmente y sin mucho peligro. Se puede usar en cantidades pequeñas o grandes. Produce mucho calor.

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Inconvenientes: Su combustión produce muchísimo dióxido de carbono y hollín que contamina gravemente la atmósfera. Las minas de carbón son lugares muy peligrosos para los mineros y alteran el paisaje de las zonas de extracción. 4.2 Petróleo. El petróleo se forma por el plancton que muere en zonas pantanosas cerca de la costa y queda enterrado. Tarde millones de años en formarse en cantidades importantes. Es líquido y muy pringoso. Se encuentra atrapado bajo tierra y se extrae mediante perforaciones con tuberías clavadas en el suelo, a veces a gran profundidad. El petróleo no se puede usar en “crudo” hay que llevarlo a una instalaciones llamadas refinerías donde se separan los componentes de la mezcla: metano, propano, butano, gasolinas, gasóleos, queroseno, asfaltos, etc. Ventajas: Como es líquido, se puede transportar por tuberías a miles de kilómetros (oleoductos) en un tiempo muy breve, y con mucha comodidad. También en barcos gigantescos (petroleros). Se puede usar para muchas cosas como diferentes tipos de combustibles, pero también para fabricar, todo tipo de plásticos y tejidos, así como otros muchos productos para la industria: pinturas, disolventes, … Inconvenientes: Al ser líquido las fugas son constantes y altamente contaminantes para el agua y los seres vivos. Su combustión produce mucho dióxido de carbono y lluvia ácida así como partículas de hollín muy finas que hacen mucho daño en los pulmones de los animales, incluidos nosotros, claro está.

4.3 Gas natural. Se forma igual que el petróleo pero es básicamente metano (un gas). Cuando se extrae hay que licuarlo para su transporte rápido y a distancia sin necesidad de procesarlo después (gaseoductos). El gas licuado en Argelia o Rusia puede llegar prácticamente sin manipular a tu domicilio. Se aplica en el uso domestico y en centrales térmicas para producir electricidad.

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Ventajas: Su transporte. No produce hollín, pero sí dióxido de carbono. Inconvenientes: Sus fugas son frecuentes y contribuyen mucho al efecto invernadero. Es muy explosivo si se usa mal.

4.4 Energía nuclear. R e q u i e re U r a n i o u n material muy peligroso de manipular. Se usa en instalaciones llamadas centrales nucleares muy caras de construir y de desmantelar después. El calor de la fisión atómica calienta agua que mueve unas turbinas que generan electricidad. Ventajas. No emite dióxido de carbono ni metano por lo que no afecta al efecto invernadero. Produce mucha electricidad. Inconvenientes: Los residuos son extremadamente peligrosos y han de almacenarse con muchísimo cuidado durante muchos cientos de años. RENOVABLES: 4.5 Energía hidráulica. Se basa en la construcción de presas a lo largo de los ríos. Cuanta más altura alcanza el agua en el vaso de la presa más energía potencial. Ese agua se deja salir transformándose en energía cinética que mueve una turbina transformando parte de esa energía en energía eléctrica. La construcción de presas es cara y altera la vida de las personas y el aprovechamiento del valle aguas arriba.

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Ventajas: No produce efecto invernadero, ni residuos contaminantes. Permite efectos añadidos como controlar las variaciones de caudal de los ríos evitando inundaciones o proporcionando agua en tiempo de sequía. Inconvenientes: Altera la vida en el valle, el flujo de animales acuáticos, etc. Se acaban llenando de sedimentos que reducen la capacidad del pantano. Su capacidad de producción depende de la meteorología. La energía eléctrica producida debe ser transportada a grandes distancias. 4.6 Energía eólica. Se basa en utilizar la energía cinética del viento para mover turbinas (aspas) y producir electricidad. Las torres se llaman aerogeneradores. El viento se ha usado tradicionalmente para moler grano o para bombear agua de un pozo. Ventajas: La fuente de energía es abundante y gratuita. Son relativamente baratos de instalar No produce gases de efecto invernadero ni otros residuos contaminantes. Inconvenientes: Depende de la meteorología y el viento sopla de forma irregular. Alteran el paisaje, sobre todo porque hay que ponerlos en sitios altos donde su impacto visual es mayor. En algunos momentos (migraciones) pueden ser un peligro para las aves. Su sombra intermitente o el ruido pueden ser molestos. 4.7 Energía solar. Se basa en la transformación de la energía de radiaciones del sol en electricidad mediante unas placas o directamente en energía térmica para calentar agua u otros materiales. La solar térmica se coloca, por ejemplo, en los tejados de las casas para proporcionar agua caliente a las viviendas. La solar fotovoltaica se consigue con placas que la transforma en electricidad. Puede usarse de forma local (en una vivienda) o a gran escala. Ventajas: La luz del sol aparece todos los días. Puede proporcionar luz a instalaciones alejadas de la red general. Mantenimiento barato.

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No emite contaminantes. Inconvenientes: La duración de los periodos de luz varía con las estaciones, más cuanto más al norte, habiendo largos periodos donde no se produce nada. Su uso a gran escala requiere grandes extensiones de terreno y afecta al paisaje. 4.8 Biomasa. Consiste en transforma la energía química que contiene la materia orgánica para, quemándola, calentar agua, mover una turbina y producir electricidad. También se ha utilizado directamente en el pasado para aprovechar simplemente el calor (cocinas, estufas, etc). No sólo nos referimos a la leña, también a residuos agrícolas como, huesos de aceitunas, cáscaras de almendras o nueces, paja, o incluso semillas que se transforman en biodiésel o alcohol. Ventajas: Utiliza residuos que de otro modo habría que almacenar o constituirían un problema. La leña no recogida facilita la propagación de los incendios y las plagas de insectos. Inconvenientes: Suele estar dispersa y su recogida ya supone en si mismo un problema. Por tener un alto contenido en agua suele tener un bajo rendimiento energético o hay que invertir energía en su adecuación. Cuando se usan semillas hay un problema ético al destinar a biodiésel posibles alimentos para las personas o los animales.

4.9 Otros. En algunos lugares de la costa puede usarse la energía de las mareas, que levanta el nivel del mar dos veces al día, para generar electricidad mediante turbinas. Energía maremotriz. En otros casos se puede utilizar el calor interno de la Tierra para obtener agua caliente para calefacción (Islandia y zonas volcánicas). Esto se denomina Energía geotérmica. En instalaciones más pequeñas como la estación del AVE de Cuenca su sistema de calefacción (suave) se consigue por este sistema.

5. La energía en tu casa. ¿Cuales son las fuentes de energía de tu casa?. La electricidad, el gas y la del sol que entra por las ventanas y en las más modernas quizá placas solares térmicas en el tejado del edificio. La electricidad se puede conocer por la factura de la luz y vendrá medida en kWh.

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el consumo de gas suele medirse en metros cúbicos del gas que corresponda: propano, gas natural, o más raramente gasóleo. Tú puedes contribuir al ahorro de energía en tu casa de varias formas: Apaga la luz cuando no estés en la habitación. No dejes los electrodomésticos en stand by. Apágalos del todo. Usa bombillas de bajo consumo (las de tecnología LED son las mas eficientes. Controla la entrada de sol por la ventana mediante las persianas de forma que entre más o menos energía según se necesite. No dejes escapar el calor innecesariamente. Usa el agua caliente de forma racional (¡esa ducha interminable!!!). Seguro que se te ocurren otras muchas. Esto vale también para los lugares por los que te mueves a diario. ¿De dónde sale la energía que calienta o ilumina tu aula o el pasillo? Producir esa energía contamina y cuesta dinero.

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Cuestiones: 1º. Enciendes tu ordenador. elabora una cadena de transformaciones energéticas necesarias para que funcione. 2º Has llegado hasta tu clase en el primer piso. Elabora la cadena de transformaciones energéticas necesarias para llegar hasta allí desde tu cama. 3º Viejas en el coche desde tu casa hasta otro lugar. Elabora la cadena de transformaciones. 4º Desde el estante superior de tu habitación te cae en la cabeza una canica y un tomo de una enciclopedia. ¿por qué uno te hace más daño que el otro? 5º ¿Por qué hace más daño una bala disparada con un rifle que arrojada con la mano? 6º Nombre los tipos de energía en función de si la fuente es renovable o no. 7º ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene el uso del carbón? 8º Consulta tus apuntes y añade una ventaja y un inconveniente a los diferentes tipos de fuentes de energía. 9º. De dónde sale la gasolina? 10º ¿Que transformaciones energéticas se producen en una central nuclear? 11º ¿Cuanto tiempo tardan en dejar de ser peligrosos los residuos de una central nuclear? 12º Sabiendo como funciona un pantano ¿crees que habrá corrientes de agua en el mismo? 13º Si tuvieras que gestionar la producción de energía para tu región o país ¿aporta algunos argumentos para elegir unos tipos de fuentes de energía u otros. 14º Aparte de las vista en el tema, aporta alguna medida que puedas tomar en casa para ahorrar energía. 15º Haz lo mismo para el instituto.

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