La Energia y sus Transferencias

 La energía 

El concepto de energía caracteriza la capacidad de los sistemas para cambiar las propiedades de otros sistemas, o las suyas propias. Mientras mayor sea el cambio producido, mayor será la energía puesta en juego.

Los mecanismos de transferencia de energía son procesos por los cuales se transfiere energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

La energía, en su proceso de transformación y transferencia, va manifestándose de una forma a otra, originando así lo que hoy en día constituye nuestro desarrollo científico y tecnológico, comprendiéndose que ella desempeña un papel primordial en la vida del hombre.

La Energía y sus formas de transferencia

La energía que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor. No es correcto afirmar que el calor se encuentra almacenado en los cuerpos, lo que está almacenado en ellos es la energía, es decir, calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro o de un sistema a otro. Los cambios en el proceso de transferencia de energía se llevan a cabo en unas temperaturas superiores a varios miles de Kelvin.

Las formas de Transferir la energía son:
✓ El Trabajo
✓ El Calentamiento o Calor
✓ Y la radiación

Transferencia de Energía por Trabajo

La forma de transferencia de energía común para todas las ramas de la física -y ampliamente estudiada por éstas- es el trabajo.

Dependiendo de la delimitación de los sistemas a estudiar y del enfoque considerado, el trabajo puede ser caracterizado como mecánico, eléctrico, etc. pero su característica principal es el hecho de transmitir energía y que, en general, la cantidad de energía transferida no depende solamente de los estados iniciales y finales, sino también de la forma concreta en la que se lleven a cabo los procesos.

Para la realización de sus labores, el hombre primitivo empleaba herramientas simples (hacha, arco y flecha, arado, etc.) y la fuerza de sus músculos. Después, hace unos 5 000 años, comenzó a utilizar la fuerza ejercida por animales. Se estima que a mediados del siglo XIX, más del 90 % del trabajo aún era realizado por hombres y animales. Luego, para aplicar fuerzas empezó a valerse cada vez más ampliamente de máquinas que emplean combustibles, como las de vapor y los motores de combustión. Por consiguiente, históricamente el trabajo estuvo vinculado con la utilización de energía –ya sea de hombres, animales o combustibles – y la aplicación de fuerzas. Esta noción de trabajo se extendió a la ciencia.

Trabajo es el proceso en el cual se transforma y transmite energía mediante la aplicación de fuerzas.

Es necesario aclarar que desde el punto de vista de la ciencia, se realiza trabajo no solo cuando el hombre, directamente o valiéndose de animales y máquinas, origina transformaciones de energía a fin de producir algo. Igualmente se realiza durante la caída de un cuerpo desde cierta altura, o cuando en un televisor, los electrones son acelerados hacia su pantalla. En estos casos también se transforma o transmite energía por medio de la aplicación de fuerzas.

Es necesario aclarar que desde el punto de vista de la ciencia, se realiza trabajo no solo cuando el hombre, directamente o valiéndose de animales y máquinas, origina transformaciones de energía a fin de producir algo. Igualmente se realiza durante la caída de un cuerpo desde cierta altura, o cuando en un televisor, los electrones son acelerados hacia su pantalla. En estos casos también se transforma o transmite energía por medio de la aplicación de fuerzas.

Transferencia de Energía por Calentamiento o Calor

Desde épocas muy remotas, para producir cambios, los hombres utilizaron no solo fuerzas, sino también el calentamiento, en particular mediante el fuego, primero para cocinar los alimentos y más tarde para forjar y fundir metales. Posteriormente, el calentamiento ha sido empleado para realizar trabajo con ayuda de máquinas de vapor y turbinas de vapor.

El calor es la forma de transferencia de un tipo de energía particular, propiamente termodinámica, que es debida únicamente a que los sistemas se encuentren a distintas temperaturas (es algo común en la termodinámica catalogar el trabajo como toda trasferencia de energía que no sea en forma de calor)

Es común, pero erróneo, pensar que la materia contiene calor. La materia contiene energía en diversas formas, pero no contiene calor. El calor es energía que pasa de un cuerpo de cierta temperatura a otro de temperatura menor. El lenguaje común confunde todavía calor y temperatura. Por ejemplo, la expresión "hace mucho calor" significa realmente que la temperatura (del aire) es elevada.

El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

✓ Convección: La transferencia de energía por conducción implica que la energía se transfiere de una molécula a otra. La energía se desplaza, pero las moléculas no. Otra forma de transferir energía es que la sustancia se desplace. El aire que está en contacto con una estufa caliente asciende y calienta las regiones superiores. El agua que se caliente en una caldera situada en el sótano se eleva hasta los radiadores de los pisos superiores. Éste es el fenómeno de la convección, en el que el calentamiento se lleva a cabo por corrientes en un fluido.

✓ Radiación: La energía del Sol puede atravesar la atmósfera y calentar la superficie de la Tierra. Esta energía no se transfiere a través de la atmósfera por conducción, pues el aire es uno de los peores conductores. Tampoco se transfiere por convección, pues esto es imposible en el espacio vacío, si la conducción y la convección son imposibles, la energía debe estar transmitiéndose por otro proceso. Este proceso se llama radiación.

✓ Conducción: La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas. La conducción del calor es muy baja en el espacio, ultra alto en el vacío y es nula en el espacio vacío ideal, espacio sin energía. El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Transferencia de Energía por Radiación

La tercera vía mediante la cual se transfiere energía de un cuerpo a otro, es la radiación. Ella es emitida en un lugar y absorbida en otros. A diferencia del trabajo y el calentamiento, la transmisión de energía por radiación no requiere que los cuerpos entren en contacto directo o que se comuniquen mediante algún otro cuerpo.

Toda energía que se transmite por radiación, incluyendo la energía térmica se llama energía radiante. La energía radiante se presenta en forma de ondas electromagnéticas. La energía radiante comprende las ondas de radio, las microondas, la radiación infrarroja, la luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.

Todos los cuerpos que nos rodean, constantemente están emitiendo y absorbiendo radiaciones, fundamentalmente infrarrojas y luminosas.

Energía Alternativa

Es aquella que tiene un menor efecto contaminante o por su posibilidad de renovación y se ha diseñado para sustituir a las energías o fuentes energéticas actuales. Existen varios tipos de energía alternativa:

1. Eólica: que es la energía cinética o de movimiento que contiene el viento, y que se capta por medio de aerogeneradores o molinos de viento. 


2. Hidráulica: consistente en la captación de la energía potencial de los saltos de agua, y que se realiza en centrales hidroeléctricas. 

3. Mareomotriz: que se obtiene de las mareas (de forma análoga a la hidroeléctrica). 

4. Undimotriz: a través de la energía de las olas.

5. Solar: recolectada de forma directa en forma de calor a alta temperatura en centrales solares de distintas tipologías, o a baja temperatura mediante paneles solares domésticos, o bien en forma de electricidad utilizando el efecto fotoeléctrico mediante paneles fotovoltaicos. 

6. Geotérmica: producida al aprovechar el calor del subsuelo en las zonas donde ello es posible. 

7. Biomasa: por descomposición de residuos orgánicos, o bien por su quema directa 

Clasificación de las fuentes de energía

Para clasificar las distintas fuentes de energía se pueden utilizar varios criterios:

a.   Según sean o no renovables.

b.   Según su grado de disponibilidad: convencionales o en desarrollo.

c.    Según sea la forma de su utilización. Energías primarias o utilizadas directamente y energías secundarias o finales que son aquellas que han sufrido un tipo de transformación anterior a su uso, como la electricidad.

a.   Llamaremos fuentes de energía renovables a aquellas cuyo potencial es inagotable por provenir de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de otros planetas de nuestro sistema solar. Son la energía solar, eólica, hidráulica, mareomotriz y la biomasa. Las fuentes de energía no renovables son aquellas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza. La demanda mundial de energía en la actualidad se satisface en un 94% con este tipo de fuentes: carbón, petróleo, gas natural y uranio.

b.   Si atendemos al segundo criterio de clasificación, llamaremos fuentes de energía convencionales a aquellas que tienen una participación importante en los balances energéticos de los países industrializados. Es el caso del carbón, petróleo, gas natural, hidráulica y nuclear. Por el contrario, se llaman fuentes de energía no convencionales, o nuevas fuentes de energía, a las que por estar en una etapa de desarrollo tecnológico en cuanto a su utilización generalizada, no cuentan con participación apreciable en la cobertura de la demanda energética de esos países. Es el caso de la energía solar, eólica, mareomotriz y biomasa.

c.    Según sea su utilización las fuentes de energía las podemos clasificar en primarias y secundarias. Las primarias son las que se obtienen directamente de la naturaleza, como el carbón, petróleo y gas natural

Ciclo de energía

La energía no es nada más ni nada menos que la capacidad de hacer un trabajo. La energía "visible" del universo tiene solamente dos orígenes: Las reacciones de fusión de dos átomos de hidrógeno en el núcleo de las estrellas, o la fisión de elementos pesados en el interior de cuerpos celestes no masivos (es decir, planetas y planetoides). Ambos procesos son, en teoría, replicables por el hombre. 
En nuestro planeta casi toda la energía proviene de nuestro sol. Él pone en movimiento casi toda la maquinaria de la tierra y de la vida. Las nubes, el viento, la fotosíntesis de las plantas, el agua líquida, todos, son posibles gracias a la energía que nos llega del sol en forma de un amplio espectro de radiaciones electromagnéticas y de flujos de materia. Un pequeño porcentaje de la energía que circula por nuestro planeta proviene de la fisión de los elementos pesados en su interior. Las erupciones volcánicas, las aguas termales y los geiseres tienen este origen. 
Al final, toda la energía se degrada en forma de calor y escapa al espacio exterior.

La energía no se crea ni se destruye solo se transforma.

• La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la natualeza.
• La energía de manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo; al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.
• La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

Aquí veremos los distintos tipos de energía y lo que es la energía.