TRABAJO DE ENERGIA Cátedra:
Química Ambiental. Alumno: Andrés Olivar.
ANALISIS Y TIPOS DE ENERGIA. ENERGIA. - Conocer qué es la energía - Distinguir las distintas formas de energía. - Comprender las transformaciones de la energía. - Distinguir entre conservación y degradación de la energía. - Clasificar las fuentes de energía. - Conocer las fuentes de energía no renovables. - Conocer las fuentes de energía renovables. - Conocer las ventajas e inconvenientes del empleo de distintas
fuentes de energía.
[pic] LA ENERGÍA Al mirar a nuestro nuestro alrededor alrededor se observa que que las plantas plantas crecen, crecen, los animales animales se trasladan trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía. La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se 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 un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica. La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica):
Energía cinética gravitatoria
Energía potencial Energía potencial elástica
La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina:
• Energía térmica • Energía eléctrica • Energía radiante • Energía química • Energía nuclear [pic] La Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. Ej.: La transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla La Energía radiante es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor. La Energía química es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo. [pic] La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.: la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.
[pic] Energía nuclear incontrolada en una bomba atómica La Fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutr ones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros neutrones que vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este proceso se llama reacción en cadena. La Fusión nuclear consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas, de millones de ºC, como en las estrellas). TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA La Energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas formas a otras. La energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, en un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de calor; las piedras lanzadas al aire y la lava en movimiento poseen energía mecánica; se produce la combustión de muchos materiales, liberando energía química; etc.
[pic] Volcán Estrómboli PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica. DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica. Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía. Son ejemplos: • La energía eléctrica, al pasar por una resistencia. • La energía química, en la combustión de algunas sustancias. • La energía mecánica, por choque o rozamiento Se define, por tanto, el Rendimiento como la relación (en % por ciento) entre la
energía útil obtenida y la energía aportada en una transformación. [pic] FUENTES DE ENERGÍA Las Fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades. El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol, que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".
[pic] FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES Las Fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Existen varias fuentes de energía no renovables, como son: • Los combustibles fósiles (car bón, petróleo y gas natural) • La energía nuclear (fisión y fusión nuclear) [pic] INTRODUCCION En nuestro sistema planetario, el mayor productor de energía que existe es el Sol. La cantidad de energía solar que llega en forma de radiación a nuestro planeta, es equivalente a aproximadamente ¡35 millones de veces! la energía que producen
todas las centrales de generación eléctrica de Chile. La radiación solar, por supuesto, nos provee de energía luminosa y calórico. También puede transformarse en energía eléctrica. Además, la radiación es fundamental para que las plantas (a través de la fotosíntesis) obtengan energía y vivan. Las plantas son la base de la cadena alimenticia en la Tierra (también en los océanos, por supuesto), proveyendo de energía a todo el reino animal. El petróleo, el gas y el carbón mineral son producto de la descomposición de restos de vegetales y animales que vivieron hace millones de años. Algunos recursos vegetales también son aprovechados como biomasa para generar energía (leña, carbón vegetal). ¡Y todavía hay más! La energía solar genera la evaporación del agua de los mares, la cual precipita en lagos y ríos, que serán aprovechados en la generación de hidroelectricidad. Al calentar más unas zonas que otras, el Sol produce diferencias en el "peso" de las masas de aire, generando los sistemas de viento del planeta: la energía eólica. En la sociedad actual, utilizamos la energía que nos entrega el Sol de diversas maneras. La radiación directa nos sirve para secar (ropa, frutas), calentar y cocinar. La radiación solar se usa también para generar electricidad. Algunas plantas de generación eléctrica solar utilizan la radiación solar para calentar agua y transformarla en vapor; el vapor moviliza a una turbina conectada a un generador que transforma el movimiento en electricidad. La luz solar puede también transformarse directamente en electricidad, utilizando celdas y paneles fotovoltaicos. Estas celdas se desarrollaron en la década de 1950, para ser utilizadas por satélites espaciales. Están fabricadas con silicio. Varias celdas fotovoltaicas conectadas en serie forman un panel fotovoltaico. La energía generada por estos paneles puede utilizarse para alimentar hogares, automóviles eléctricos o negocios. Las celdas también se utilizan individualmente
para pequeñas máquinas, como calculadoras. [pic] Esta casa aprovecha bien la energía solar: paneles solares y un invernadero OBJETIVO GENERAL • Determinar el tipo de energía alternativa para uso domestico. • Investigar la energía solar y su transformación. • Conocer los distintos usos de la energía solar. • Contribuir con el uso de la energía solar mediantes diferentes técnicas. OBJETIVOS ESPECIFICOS • Evaluar la energía solar para su uso en nuestro país. • Explicar el proceso de transformación de la energía solar y su uso. • Identificar los distintos usos de la energía solar. • Señalar y explicar las técnicas y usos de la energía solar. DESARROLLO El sol Es una masa de materia gaseosa caliente que irradia a una temperatura efectiva de unos 6000ºC. De la distribución espectral de la radiación de esta fuente de energía, medida fuera de la atmósfera terrestre, aproximadamente la mitad esta en la región visible del espectro, cerca de la otra región visible del espectro, cerca de la otra región infrarroja y un pequeño porcentaje de la región ultravioleta. El sol esta a una distancia de 149490000 kilómetros de la Tierra, y la constante solar,
esto es, la intensidad media de radiación medida fuera de la atmósfera en un plano normal la radiación es aproximadamente 1.94 cal/min. cm3. Energía que proviene del sol y a través de un proceso de almacenamiento es transformada en energía eléctrica o calórico. La crisis del petróleo, de principio de los setenta, hizo que la energía solar saltara paulatinamente a competir en altos niveles de rentabilidad. La tierra recibe anualmente del 1,6 millones de KW./ Hs., de l os cuales un 40% llega hasta nosotros, siendo el resto reflejada por las altas capas de la atmósfera. La conversión directa de la energía solar puede ocurrir de dos maneras: • La luz solar incidente puede ser transformada directamente en calor por conversión fototérmica utilizando para ello un dispositivo que absorbe los rayos solares en forma selectiva. (un invernadero constituye una con configuración rudimentaria de este tipo de dispositivo). • Puede ser transformada directamente en electricidad por convección fotovoltaica, utilizando una célula solar. De este modo la energía solar, puede ser utilizada para: • generación de energía eléctrica. • Calefacción de vivienda y edificio público. • Calentamiento de agua para uso sanitario. • Calefacción de ambiente destinados a la cría de animales. • Aplicaciones mineras, mediante el empleo de pozos s olares. Funcionamiento y características Partiendo de dispositivos llamados células solares, se convierte la radiación solar en electricidad. La conversión fotovoltaica es el único medio en transformar la
energía suministrada por el sol en forma de rayos, en electricidad. Esta transformación se realza por medio de células fotovoltaicas, recurriendo a las propiedades de los materiales semiconductores ampliamente utilizados en la industria electrónica, transistores, diodos etc. Las células fotovoltaícas más corriente utilizada en el silicio (SI) elemento muy extendido en la naturaleza. Después del oxigeno, el silicio es el material mas abundante en la corteza terrestre. Separarla de la arena resulta algo relativamente fácil. En un crisol de cuarzo se calienta el silicio hasta licuarlo. Los átomos del silicio fundidos, al enfriarse ocupan los estados mínimos de energías, que corresponden con sus posiciones cristalinas. Se obtiene así un gran monocristal de fondo cilíndrico y varios kilos de peso, que hay que cortar cuidadosamente, para transformarlo en finas obleas semiconductoras. Las células fotovoltaicas de silicio tienen la propiedad de Convertir directamente la luz solar que incide en ellas en energía eléctrica. Cuando mayor es la luz que recibe mayor es la energía que producen. Para su aplicación práctica las células se interconectan entre si y se encapsulan en el material plástico aislante, formando un modulo fotovoltaico. El módulo tiene un frente de vidrio templado y un marco de aluminio que lo protegen de los agentes atmosféricos y le dan rigidez estructural. Los módulos son generadores de corriente eléctrica continua, la energía producida durante las horas en que el módulo esta iluminado por la luz solar se acumula en baterías para su empleo durante la noche o en días nublados. La batería es la que otorga la autonomía de funcionamiento al sistema de generación. Un generador eléctrico solar está constituido por uno o más módulos fotovoltaicos según sea la potencia requerida.
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[pic] Cuando se desea alimentar equipos de corrientes alternas en 220 volts, es necesario instalar además, entre la batería y el mismo, un inversor de corriente. Aplicaciones de los generadores solares Los generadores eléctricos solares están concebidos principalmente para pequeñas potencias y para que aquellas zona donde no llegue la red de distribución eléctrica. Aplicaciones • Electrificación de viviendas y establecimientos rurales: iluminación televisores, telefonía, bombeo de agua y comunicaciones. • Electrificación de alambrados • Balizamiento y actualización. • Alambrado exterior autónomo • Casa s rodantes • Náutica Ventajas
• No consumen combustibles. • No tienen partes de movimiento. • La vida útil. es superior a 2 años. • Resisten condiciones externas con vientos, granizos, • Son totalmente silenciosos. • No contaminan el medio ambiente Pozas solares Son colectores horizontales formados por una piscina de fondo oscuro, que se llena con una solución salina con un gradiente de concentración que tiene un alto valor en el fondo y que es casi cero en la superficie. El sol calienta el fondo y la solución con gradiente impide la conversión de la masa de agua, que como es muy grande, acumula una cantidad de calor equivalente a varios días de colección. Los días nublados y las noches, tienen poco efecto sobre su temperatura de fondo. Las pozas solares son un productor de calor a bajas temperaturas y con costos, muy bajos en zonas donde se puede obtener sol. Existen dos tipos de pozas solares: el tratamiento de minerales no metálicos y la producción de energía eléctrica en las cercanías de salinas. CONCLUSION El aprovechamiento de la energía solar parece ser la alternativa más prometedora, pues permite diversas formas de captación y transformación. Así, las células fotovoltaicas convierten la luz solar en energía eléctrica; los colectores absorben calor directamente y lo transfiere a otro medio como el agua; las
centrales heliotérmicas utilizan baterías de espejo para concentrar los rayos, solares sobre un colector central, donde se forma el vapor que acciona la turbina generándose electricidad. Ahora bien, la capacidad de los rayos solares se encuentra muy disminuida en la superficie terrestre, por lo que se están realizando investigaciones sobre la posibilidad de sintetizar inmensos paneles que, situados en órbita geoestacionaria, radiarían la energía captada a la tierra. BIBLIOGRAFIA • ENCICLOPEDIA AUTODIDACTA INTERACTIVA OCÉANO. Editorial Océano. 1997. Barcelona España. • Paul Tipler, (1994) Física ** Tercera Edición , España: Editorial Reverté Serway Raymond (1993) Física Tomo I Tercera Edición • Marcelo Alonso, Finn E.J. (2000) Física México: Editorial Pearson Educación – Adisson Wesley Longman de México, S.A. de C.V. • Paul,Tipler, Mosca G. (2005)Fisica para la ciencia y la tecnología Apéndices y respuestas 5º edición Editorial Reverté • Paul W. Zitzewitz, Neff R. (2003) Física 1. Segunda edición, Editorial Mc. Graw Hill/Interamericana Editores. S.A. de C.V. • Francis Sears, Zemansky M., Young H., Freedman R. (2004) Física Universitaria - Undécima edición, volumen 2, Mexico: Editorial Pearson – Adisson W
