Transferencia y Transformación de Energía

La energía de un sistema (A) se mide directamente a través de los cambios que experimenta cuando interacciona con otro (B) o a través de los cambios que provoca en el sistema (B).

Cuando dos sistemas A y B interaccionan y modifican su posición, estado termodinámico, composición y cargas eléctricas, podemos decir que han intercambiado energía, con un balance neto a favor de A si aumenta la energía, y en contra de B si disminuye la energía. En este caso, el sistema B es emisor o fuente de energía y el sistema A receptor de energía.

Ejemplos: Si a un muelle A colgamos un objeto B y el muelle se estira (cambia de posición), podemos decir que el objeto ha transferido energía al muelle provocando su estiramiento. También que la energía potencial gravitatoria del objeto colgado se ha transformado en potencial elástica del muelle.

Ejemplo: Un joven A pedalea con su bici B, haciendo que se mueva (cambio de posición), que encienda la luz (cargas eléctricas en movimiento) y se calienten las ruedas (aumento de temperatura). Desde una interpretación energética, el joven transfiere energía a la bici, distribuyéndola entre las ruedas que giran, la bombilla que se ilumina y las ruedas que se calientan. La energía química de los músculos se ha transformado en cinética que hace girar las ruedas, en luminosa que enciende la luz y en térmica que calienta las ruedas.

Todos los intercambios energéticos están sujetos a los principios de conservación y de degradación.

El principio de conservación establece que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. El de degradación dice que la energía, cuando se intercambia, en mayor o menor grado, va dejando de ser útil (ocurre con todos los cambios que ocurren en la naturaleza).

Transferencia de Energía

La energía solo se puede transferir mediante trabajo o calor. La energía de la red eléctrica se transfiere a las bombillas cuando se encienden, desprendiendo luz e iluminando la habitación. La energía del sol se transfiere a las plantas…

El proceso de transferencia es muy útil para ayudar a los alumnos a construir el concepto de energía.

Clasificación de las Fuentes de Energía

Criterios para analizar y clasificar las distintas fuentes de energía:

• Según la capacidad de regeneración: fuentes renovables y no renovables. Las renovables son aquellas cuyo potencial es inagotable gracias a la energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar o la atracción gravitatoria de otros planetas del sistema solar. Son la solar, hidráulica, mareomotriz, geotérmica y la biomasa. Las no renovables son aquellas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza: carbón, petróleo, gas natural y uranio.
• Según el desarrollo tecnológico: convencionales o alternativas. Las convencionales son aquellas que tienen una participación importante en los balances energéticos de los países industrializados: carbón, petróleo, gas natural, hidráulica y nuclear. Las alternativas son las que, por estar en una etapa de desarrollo tecnológico en cuanto a su utilización, no cuentan con la participación y demanda en esos países: solar, eólica, mareomotriz y biomasa.
• Según el acceso a su utilización: primarias y secundarias. Las primarias son las utilizadas directamente, y las secundarias o finales son aquellas que han sufrido alguna transformación anterior a su uso, como la electricidad. Las primarias son las que se obtienen directamente de la naturaleza: carbón, petróleo y gas natural.

No existen energías buenas ni malas.

Cómo Fabricar Electricidad

Se puede fabricar electricidad en:

En centrales nucleares con combustible nuclear, en las cuales la fisión del combustible nuclear produce calor. El calor generado se emplea para producir vapor a presión, ese vapor a presión mueve una turbina la cual está conectada a un generador, el cual, con su rápido giro, alimenta al generador que hace que la electricidad producida pase a la red.

En centrales térmicas con carbón, fuel y gas natural, residuos urbanos y biomasa, la quema de estos combustibles produce calor. El calor generado se emplea para producir vapor a presión, ese vapor a presión mueve una turbina la cual está conectada a un generador, el cual, con su rápido giro, alimenta al generador que hace que la electricidad producida pase a la red.

En las centrales atmosféricas, se usa agua embalsada o viento, y las paletas de la turbina hidráulica o las hélices mueven directamente la turbina, la cual pasa la electricidad a la red.

En las centrales fotovoltaicas, con luz solar, la energía contenida en los fotones de la luz solar se convierte directamente en electricidad.

Central hidroeléctrica: Aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en energía cinética necesaria para mover el rotor de un generador y después se transforma en energía eléctrica. Se construyen en los cauces de los ríos, creando un embalse para retener agua. Para ello se construye un muro de piedra. La masa de agua embalsada se conduce a través de una tubería hacia los álabes de una turbina que está al pie de la presa, la cual está conectada al generador.

Central eólica: El viento choca contra las palas y provoca diferencias de presión entre sus dos caras, haciendo girar su estructura.

Impacto Ambiental de la Producción de Electricidad

• Impacto sobre la atmósfera: La emisión de partículas a la atmósfera es evidente al quemar combustibles fósiles.
• Impacto sobre las aguas: Cualquier forma de producir electricidad tiene un impacto sobre las aguas, tanto si es para refrigerar como para tareas de mantenimiento y limpieza.
• Impacto sobre el suelo: El problema es la producción de residuos sólidos.
• Impacto sobre el paisaje y la biodiversidad: Cualquier central ocupa un espacio e impide otros usos, y supone destrucción de vegetación y fauna.

El impacto de las centrales eólicas es visual, pues suelen estar colocadas en elevaciones de terreno de montañas y costas. Las aves migratorias realizan desvíos programados cuando se aproximan a un parque eólico.

Problemática sobre la Energía: Obstáculos en el Aprendizaje

• Consideran la energía como un fluido que puede almacenarse, transportarse… tiene carácter sustancial.
• Asocian la energía a los seres vivos o combustibles.
• Se solapan algunos términos en el lenguaje cotidiano: trabajo-esfuerzo, energía-fuerza…
• Asocian la energía al movimiento.
• Tienen muchas dificultades para aplicar el principio de conservación y no comprenden por qué se transforma la energía.
• Cada vez tienen más condicionamientos por el conocimiento transmitido por la prensa, la publicidad…