ÍNDICE
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2 . Energías no renovables
1. Energía nuclear. Fisión y fusión
2. Energía química 1. Carbón 2. Petróleo 3. Gas natural 3. Fuentes de energía potencialmente renovables 1. Biomasa 2. Hidrógeno 12. Utilización práctica del calor 1. Problemática asociada a la energía 2. Problemas asociados a la obtención de energía 3. Problemas asociados al transporte de energía 4. Problemas asociados al consumo de energía 13. Rendimiento y ahorro de energía 14. Consumo energético e índice de desarrollo 15. Prácticas 16. Cuestiones 17. Vídeos |
2. PRESENTACIONES
Fuentes de energía.
2. PRESENTACIONES
Fuentes de energía.
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| 3. CONTENIDOS ANIMADOS |
4. OBJETIVOS
Con el trabajo de esta unidad, se pretende que los alumnos alcancen los siguientes objetivos:
- Conocer qué es la materia.
- Distinguir las escalas de observación macro y microscópica.
- Emplear la notación científica como sistema abreviado de representación.
- Conocer qué es la energía.
- Comprender las transformaciones de la energía.
- Clasificar los tipos de energía.
- Conocer las fuentes de energía.
- Entender los cambios que se producen en nuestro planeta.
5. LA ENERGÍA EN NUESTRAS VIDASLa energía es necesaria para realizar cualquier cambio. Para los seres vivos es necesaria para realizar todos aquellos cambios que les permiten seguir vivos, es decir, realizar las tres funciones vitales, nutrición, relación y reproducción. La especie humana ha emprendido el cambio del propio entorno en el que vive, modificándolo como ninguna otra especie había hecho nunca. Los humanos, para bien o para mal, nos hemos convertido en los gestores de la energía del planeta. 5.1. Energía para vivirLa primera necesidad energética es el mantenimiento del propio organismo. Nuestras células necesitan energía para vivir, para realizar sus funciones, para reproducirse y para repararse. Cuando nos movemos, andamos, o pensamos, incluso cuando comemos o dormimos, nuestro cuerpo necesita energía para poder ejecutar estos actos. Más aún en épocas de crecimiento y desarrollo o en periodos de gestación. Además mantener la temperatura del cuerpoa 37ºC, requiere mucha energía. Como animales que somos, la energía que necesitamos la debemos tomar de nuestros alimentos, que son de origen vegetal o animal. La energía consumida por el organismo de un ser humano depende clima, edad, sexo y actividad del individuo. Como referencia, se toman los del organismo en determinadas actividades y también el valor de energía basal: Energía basal es el mínimo de energía necesaria para llevar a cabo las actividades de mantenimiento de nuestro organismo en reposo. Esta energía basal se mide para una persona en reposo físico y psíquico, en ayunas de doce horas y a temperatura ambiente de 20 °C. El cuerpo la usa en el funcionamiento incesante de los órganos internos, como el corazón o el riñon, la formación de hormonas, de jugos gástricos, etc y el mantenimiento de la temperatura corporal. La energía necesaria para una actividad comprende la del metabolismo basal, la necesaria para la digestión y absorción de los alimentos y el gasto energético derivado del ejercicio físico y laproducción de calor. Tabla 1. Valores energéticos requeridos por algunas actividades. |
| Figuras 2, 3 ,4, 5, 6 y 7. | |||||
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| Sueño, tendido a temperatura agradable. | Sentado o de pie, jugar a cartas, tocar un instrumento. | Caminar en llano a 4-5 km/h, jugar al golf. | Marchar a 6 km/h, ir enbicicleta a 18 km/h. | Correr a 12 km/h,jugar al fútbol. | Subir escaleras a toda velocidad o alta competición. |
| 271 kJ/h | 408 kJ/h | 679 kJ/h | 1.354 kJ/h | 1.896 kJ/h | 4.167 kJ/ |
| 65,04 kcal/h | 97,92 kcal/h | 162,96 kcal/h | 324,96 kcal/h | 455,04 kcal/h | 1000.08 kcal/h |
| Reposo | Muy ligero | Ligero | Moderado | Intenso | Muy intenso |
Más allá de los alimentos y del calor y la luz solares, la primera fuente energética que controló la humanidad fue el fuego. La combustión de leña y otros materiales orgánicos le permitió disponer decalor para el abrigo personal, para la cocción de alimentos y para reacciones químicas como las metalúrgicas, la cocción de la arcilla, la preparación de mezclas, el curtido de pieles, etc.
En nuestra sociedad, especialmente en el mundo occidental, los recursos energéticos se destinan a otras actividades más allá de las necesidades fisiológicas. La Tabla 2 recoge las principales actividades consumidoras de energía. humanas consumidoras de energía.
Tabla 2. Principales actividades
Actividades ligadas a la alimentación y el confort
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Industrias primarias
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Industrias secundarias y actividades terciarias
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Actividades ligadas a la alimentación
En las sociedades avanzadas es desestimable la importancia de la caza y la recolección de especies no cultivadas (como las setas) que han quedado prácticamente ligadas a actividades recreativas.
Actividades ligadas al confort en los lugares habitado
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Actividades extractivas
Obtención de recursos no alimentarios.
Industria
Toda la actividad de manufactura a gran escala.
Construcción
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Transporte de mercancías y de personas
Servicios sociales terciarios
Telecomunicaciones
Imprenta e industria del papel
Talleres y actividades artísticas
Industrias del mueble y electrodomésticos
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6. LA ENERGÍA
La energía es una propiedad de los cuerpos que les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos o sistemas.
Las principales características de la energía son:
- Puede transferirse de unos sistemas a otros.
- Puede ser almacenada y transportada.
- Se conserva.
- Se degrada.
Según cuál sea el proceso por el que los cuerpos obtienen la capacidad para realizar trabajo o para transferir energía como calor, la energía se denomina de una u otra manera. Las formas en que se puede manifestar la energía son:
- Energía cinética. La Energía cinética es la energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo. Ej.: Un coche en movimiento.
- Energía potencial. La Energía potencial gravitatoria es la que posee un cuerpo que se encuentra a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Ej.: Un paracaidista al saltar desde un avión tiene energía potencial gravitatoria, por estar separado de la superficie terrestre una cierta distancia (altura).
- Energía eléctrica. La energía eléctrica es la debida al movimiento de cargas eléctricas dentro de conductores eléctricos. Ej.: La energía eléctrica que hace girar el motor de un coche y ponerlo en movimiento.
- Energía electromagnética. La energía electromagnética es la que transportan las llamadas "ondas electromagnéticas", como la luz, las ondas de radio y TV, las microondas, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma de la radiactividad.
- Energía química. La energía química es la energía que se desprende o absorbe en las reacciones químicas. Ej.: La energía química liberada en la combustión del gas butano permite calentar el agua de una vivienda.
- La energía térmica. La energía térmica se debe al movimiento de los átomos o moléculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de la energía térmica de un cuerpo. Cuando dos cuerpos con distinta temperatura se ponen en contacto, el de mayor temperatura "transmite energía térmica" al de menor temperatura. La energía térmica transmitida entre cuerpos a diferente temperatura recibe el nombre de calor.
- Energía nuclear. La energía nuclear es la que se libera en los procesos de fisión nuclear (ruptura de un núcleo atómico grande en dos más pequeños) o de fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos menores para formar uno mayor). Ej.: En las estrellas, como nuestro Sol, la fusión tiene lugar a tal escala que la energía liberada es enorme.
Podemos definir “transformación de energía” cuando se pasa de una energía a otra. Es importante aclarar que la energía no se crea ni tampoco se destruye, simplemente se transforma. Y en esta transformación la energía total se mantiene, es decir, que no sufre ningún cambio. En general, el ser humano transforma la energía para poder aprovecharla de la mejor manera posible, conforme a sus necesidades.
Algunos ejemplos de transformación de la energía podrían ser los siguientes:
- Para encender una lamparita, se necesita energía eléctrica. Una vez que la misma se enciende, lo que sucede es que dicha energía se transforma en luminosa y en térmica. Mientras que la primera es la que ilumina el lugar, la segunda lo calienta.
- A partir de un generador lo que se logra es convertir la energía mecánica en eléctrica.
- Para arrojar una flecha un blanco se utiliza energía potencial, que es la que logra tensar la cuerda. Una vez arrojada la flecha, la energía en cuestión se transforma en cinética. Luego de ello, la flecha alcanza al blanco y separa sus moléculas con el impacto. Esto hace que a la energía cinética se le sume la calorífica.
- Un motor, por ejemplo de un auto, no hace más que transformar a la energía eléctrica en mecánica.
- Antiguamente, los trenes se ponían en movimiento a partir de carbón. Esto era posible gracias a que la energía calórica del carbón se transforma en cinética.
- Para encender una plancha, lo que necesitamos es energía eléctrica. Una vez que el electrodoméstico se enciende, la energía eléctrica se convierte en térmica.
- La fisión nuclear transforma a la energía química en atómica
- Las placas solares son las que permiten transformar la energía solar en eléctric
- La energía eólica puede convertirse fácilmente en mecánica. Para ello, lo que se necesita es un molino que capte las masas de aire, es decir, el viento.
- Para funcionar, los autos precisan combustible. Este contiene cantidades de energía química que cuando se pone en contacto con algún objeto ardiente, como puede ser por ejemplo una chispa, y luego con oxígeno, se convierte energía calorífica, para luego pasar a transformarse en energía cinética.
- Un globo aerostático no hace más que transformar la energía química en cinética.
- Cuando utilizamos pilas lo que ocurre es que la energía química se transforma en eléctrica.
- La energía mareomotriz que se produce a partir de los movimientos de masas de agua marítima puede transformarse en energía eléctrica a partir de conductos y turbinas.
- Los secadores de pelo son otros dispositivos que se caracterizan por tener la capacidad de producir una transformación de energía. Estos funcionan de la siguiente manera: se pasa de la energía eléctrica que se produce al enchufar el electrodoméstico a energía mecánica. Esta transformación es la que hace posible que se ponga en funcionamiento el motor que contiene el artefacto. A su vez, otra parte de la energía eléctrica se convierte en térmica, que permite que se genere el aire caliente. Por último, otra porción de la energía se convierte en sonido, que es el que se oye constantemente cuando el secador se encuentra prendido.
- Cuando encendemos una vela, la energía de combustión se transforma en otras dos energías: una de ellas es calórica y la otra es luminosa.
- Las montañas rusas también son un claro ejemplo de transformación de energía. En ellas, se pasa de energía cinética a potencial, y al revés, constantemente. Lo mismo ocurre en una hamaca. Cuando desciende la hamaca, la energía potencial disminuye mientras que la cinética se incrementa, y viceversa: cuando asciende, la cinética decrece y la potencial, aumenta.
- Cuando se utilizan los molinos de viento generadores de electricidad, lo que se transforma es la energía eólica en electricidad.
- Si se arroja un cuerpo dentro de un denominado campo gravitacional, lo que ocurre es que la energía potencial en cinética.
- Al encenderse una caldera, lo que sucede es que la energía química se convierte en motriz.
- Un motor también puede transformar la energía motriz en mecánica.
8. LA UNIDAD DE ENERGÍA
La unidad de energía del S. I. es el Julio, se representa por J
Otras unidades muy utilizadas son la caloría (cal) y el Kilovatio hora (Kwh)
Otras unidades muy utilizadas son la caloría (cal) y el Kilovatio hora (Kwh)
| 1 cal = 4,18 JNota: Las Calorías con las que se mide el poder energético de los alimentos son en realidad Kilocalorías. |
| 1 Kwh = 3.600.000 J = 3,6 106 J |
kJ significa kilojulios que son 1000 julios.
Un julio (J) es el trabajo necesario para mover una masa de 1 kg con una aceleración de 1 m/s2 (esto es uan fuerza de un Newton)durante una distancia de 1 metro.
1 J = 0,238902957 cal, nosotros aproximaremos a 0,24 cal; de donde sale que 1 cal = 4,184 J. (4,18 J, para nosotros)
Una caloria es la cantidad de calor necesaria para elevar 1º C la temperatura de 1 g de agua.
1 kcal = 1000 cal
En alimentación se habla de calorias en realidad son kilocalorias , en los productos que compramos ya viene en kJ y su equivalencia en kcal.
Si pasamos los kJ a kcal,
Un julio (J) es el trabajo necesario para mover una masa de 1 kg con una aceleración de 1 m/s2 (esto es uan fuerza de un Newton)durante una distancia de 1 metro.
1 J = 0,238902957 cal, nosotros aproximaremos a 0,24 cal; de donde sale que 1 cal = 4,184 J. (4,18 J, para nosotros)
Una caloria es la cantidad de calor necesaria para elevar 1º C la temperatura de 1 g de agua.
1 kcal = 1000 cal
En alimentación se habla de calorias en realidad son kilocalorias , en los productos que compramos ya viene en kJ y su equivalencia en kcal.
Si pasamos los kJ a kcal,
9. TIPOS DE ENERGÍA MECÁNICA
| Tipos de energía mecánica | ||
| Energía cinética | Debida a la velocidad | Ec = 1/2 m v2 |
| Energía potencial | Debida a la posición (por ejemplo dentro del campo gravitatorio terrestre) | Ep = m g h |
Cuanto mayores son la masa y la velocidad, mayor capacidad tiene el vehículo para deformar la pared. Esta capacidad que depende de la masa y de la velocidad se llama energía cinética.
La energía cinética de un cuerpo de masa m y velocidad v es siempre una cantidad positiva que se expresa como:
9.2. Energía potencial
La energía cinética de un cuerpo de masa m y velocidad v es siempre una cantidad positiva que se expresa como:
Si un trabajo cambia la energía cinética de un cuerpo, dicho trabajo es igual a la energía cinética final, Ecf , menos la energía cinética inicial, Eci .  Se mide en las mismas unidades que el trabajo (joules en el S.l.) y, como él, es una magnitud escalar. Es decir, un coche que circule a 80 km/h hacia la derecha tiene la misma energía cinética que si circula a 80 km/h hacia la izquierda. | ||
 |  |  |
| Figura 12. La energía cinética depende de la velocidad y de la masa. Si circulan a la misma velocidad, la energía cinética de la motocicleta es menor que la del automóvil y la de este menor que la del camión. | ||
9.2. Energía potencial
| Si una roca situada en la ladera de una montaña se desprende, en su caída puede golpear otras rocas y ponerlas en movimiento, puede abollar un refugio de montaña o un vehículo que esté en la falda de la montaña, puede, en definitiva, realizar trabajo. Si puede realizar trabajo es porque la roca en una situación elevada tenía energía. Este tipo de energía que depende de la posición respecto al suelo de los cuerpos se conoce como energía potencial gravitatoria o simplemente energía potencial.
DEFINICIÓN: La energía potencial gravitatoria de un cuerpo es la energía debida a su posición. Depende de la masa del cuerpo y de su altura sobre el suelo.
La energía potencial, Ep, se define como el producto de la masa de un cuerpo, m, por el valor de la gravedad, g, por la altura a la que el cuerpo esté situado sobre el suelo, h (Figura 13):
Ep = m • g • h
W = Epf - Epi = m • g • hf - m • g • hi =
m • g • ( hf - hi)
Es decir:
W = m • g • ( hf - hi)
Se mide en las mismas unidades que el trabajo y que la energía cinética: joules (J) en el Sistema Internacional. | 
Figura 13. Para que un cuerpo pase de una altura hi. a una hf, se debe realizar una fuerza F igual a su peso, m • g, a lo largo de la altura, hf - hi.. El trabajo realizado será:
F • ( hf - hi)
Es decir: W = m • g • ( hf - hi) = Epf - Epi .
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Figura 14. En el primer dibujo, el saco de masa m no tiene energía potencial ni cinética. En el segundo dibujo, el saco ha adquirido una energía potencial gracias al trabajo del operario. En el tercer dibujo, el saco se ha soltado y va perdiendo energía potencial (al perder altura) pero va ganando energía cinética al ganar velocidad.
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Supuesto práctico 1
| Calcula la energía cinética que posee un automóvil de 800 kg de masa que circula a 120 km/h (Figura 15). Se deben convertir las unidades de velocidad a unidades del S.l. (m/s). 
La energía cinética es:
Este resultado sale utilizando V = 33,33 m/s ¿?
|  Figura 15 |
Supuesto práctico 2
Calcula la energía potencial gravitatoria que posee un cubo de agua de 8 kg de masa situado en un andamio a 4 m de altura sobre el suelo.
Tanto la masa como la altura ya están en unidades del Sistema Internacional. Simplemente aplicando la fórmula de la energía potencial, se obtiene:
Ep = m • g • h = 8kg • 9,8 m/s2 • 4 m = 313,6 J
Supuesto práctico 3
Calcula el trabajo necesario para subir un saco de arena de 50 kg de masa desde la calle hasta la azotea de un edificio de 100 m de altura.
En el cálculo de la energía potencial se tomará como cero la altura a nivel de la calle:
La energía potencial inicial es:
Ep = m • g • h = 800 kg • 9,8 m/s2 • 0 m = 0 J
La energía potencial final es:
Epf = m • g • hf = 800 kg • 9,8 m/s2 • 100 m = 784000 J
El trabajo necesario será:
W = Epf - Epi = 784 000 J - 0 J = 784 000 J
Supuesto práctico 4
Un automóvil de 800 kg pasa de 20 km/h a circular a 80 km/h.
a) Calcula su energía cinética inicial y final.
b) Calcula el trabajo realizado por el motor.
a) Calcula su energía cinética inicial y final.
b) Calcula el trabajo realizado por el motor.
Se deben convertir las unidades de velocidad a unidades del S.l. (m/s):
La energía cinética inicial es:
La energía cinética final es:
El trabajo del motor:
W = Epf - Epi = 197530,86 J - 12 345,68 J = 185 185,18 J
9.3. La conservación de la energía mecánica
Lanzamos una pelota al aire vertlcalmente y hacia arriba y seguimos la subida y bajada de la pelota y sus variaciones de energía cinética y potencial (Figura 16):
La suma de sus energías Ec y Ep vale siempre lo mismo. Es el principio de conservación de la energía mecánica:
DEFINICIÓN: principio de conservación de la energía mecánica:Si no hay aporte o pérdida de trabajo, la energía mecánica (cinética más potencial) de un cuerpo se mantiene constante.
Emecánica = Ecinética + Epotencial = constante
| 
Figura 16. La energía cinética (en azul) y la energía potencial (en rojo) suman lo mismo en cualquier punto de la trayectoria de un objeto lanzado al aire.
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| Dicho de otro modo: la suma de energías cinética y potencial que un cuerpo poseía al principio es igual a la suma de las mismas energías que posee al final:
Eci + Epi = Ecf + Epf
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Figura 17. A medida que una bola se mueve en un carril curvado en forma de U, su energía potencial se transforma en cinética y viceversa. Si no existieran las fuerzas de fricción, no se pararía nunca.
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Supuesto práctico 5
| Un automovilista circula a 80 km/h cuando enfila una pendiente y, al mismo tiempo, pone en punto muerto el motor del coche. La masa del coche y su ocupante es de 900 kg. Calcula hasta qué altura podrá subir el automóvil por la pendiente (Figura 3.16). La velocidad inicial debe pasarse a unidades del S.l  |  Figura 18. |
Para la energía potencial se toma como cero la altura del nivel de la carretera antes de iniciar la pendiente:
Epi = m • g • hi= 900 kg • 9,8 m/s2 • 0 m = 0 J
La energía cinética Inicial es:
La energía potencial final queda en función de la altura a la que llega, que es la Incógnita del problema:
Epf = m • g • hf = 900 kg • 9,8 m/s2 • hf = 8820 hf J
La energía cinética final es cero porque el coche se para en el punto más alto al que llega:
Según el principio de conservación de la energía mecánica, la suma de las energías cinética y potencial iniciales ha de ser igual a la suma de las finales.
Eci + Epi = Ecf + Epf
222 222,2 J + 0 J = 0 J + 8820 hf
De donde se halla: h.
Esta es la altura máxima a la que podría llegar. En realidad será un poco menor debido a las fuerzas de fricción, que en este problema se han omitido.
Observa cuál es el valor de la energía cinética y de la potencial en diferentes puntos de la trayectoria de un carro en una montaña rusa:
¿Has observado que el valor de la energía mecánica es siempre el mismo? En cada punto de la trayectoria, los valores de la energía cinética y de la energía potencial son distintos, pero su suma (la energía mecánica) siempre es el mismo valor.
Este ejemplo pone de manifiesto un principio básico de la física: "la cantidad total de energía del universo se mantiene constante".
Y en nuestro sistema, el carrito de la montaña rusa, podemos decir que la energía mecánica se mantiene constante en todos los puntos de la trayectoria.
Conservación de la energía mecánica:
Si en los intercambios de energía no hay variación en la energía interna del sistema, la energía mecánica se conserva.
Así, considerando dos puntos (1) y (2) de la trayectoria, se cumple que:
Ejemplo 1
A un cuerpo de 500 g , situado en el suelo, se aplica una fuerza constante de 15 N que actúa verticalmente y hacia arriba. Calcular el tipo de energía y su valor en los siguientes puntos:
a) En el suelo.
b) A 2 m del suelo.
c) A 5 m del suelo.
Solución
a) Ecin = 0 ; E pot = 0.
b) Energía dada por la fuerza F: W F = F . h1 = 15 N . 2 m = 30 J
Epot = m g h = 0,5 kg . 10 m/s2. 2 m = 10 J
Como se debe cumplir la Ley de Conservación de la Energía se deduce que el cuerpo tendrá una energía cinética de 20 J.
c) Energía dada por la fuerza F: W F = F . h2 = 15 N . 5 m = 75 J
Epot = m g h = 0,5 kg . 10 m/s2. 5 m = 25 J
Como se debe cumplir la Ley de Conservación de la energía se deduce que el cuerpo tendrá una energía cinética de 50 J.
Ejemplo 2
Un cuerpo de 1 kg es elevado desde el suelo hasta una altura de 10 m y a continuación se deja caer
a) Realizar un estudio energético de la ascensión del cuerpo y del descenso suponiendo rozamiento nulo.
b) Repetir el estudio anterior suponiendo que cuando se deja caer el aire ejerce una fuerza de rozamiento constante de 2 N.
Solución:
1. Ascenso.
Punto inicial (suelo):
E cin = 0 ; E pot = 0
Punto final (a 10 m del suelo):
E cin = 0 ; E pot = m g h = 1 kg . 10 m/s2 . 10 m = 100 J.
La energía aportada por la fuerza (100 J) es acumulada como energía potencial.
2. Descenso.
Punto inicial (a 10 m del suelo):
E cin = 0 ; E pot = m g h = 1 kg . 10 m/s2 . 10 m = 100 J.
Punto intermedio (a 4 m del suelo)
E pot = m g h = 1 kg 10 m/s2 4 m = 40 J;
E cin = 60 J (aplicando la LCE).
Como se ve parte de la energía potencial se ha transformado en energía cinética.
Punto final (suelo)
Epot = 0; E cin = 100 J
Toda la energía potencial se ha convertido en cinética.
Como se puede observar en ausencia de rozamiento la suma de la energía cinética y potencial (energía mecánica) se conserva.
ANIMACIONES
10.
¿QUE ÉS EL TRABAJO?Ya has visto antes que la energía mecánica, Em, se puede expresar como la suma de la energía cinética y potencial.
Cuando en un proceso de transferencia de energía intervienen fuerzas que producen desplazamientos, la medida de las variaciones de energía mecánica en cada sistema, se denomina trabajo, T:
T = ΔE . m
Por ejemplo, para elevar una caja de masa m desde una altura h1 a otra altura h2, debemos hacer una fuerza por lo menos igual al peso de la caja, F = mg.
La cantidad de energía que cedemos a la caja es precisamente el valor del trabajo realizado. Al mismo tiempo, la caja aumenta su energía potencial gravitatoria, Ep, en la misma cantidad:
T = ΔE . p
En este caso, el trabajo se puede calcular como el producto de la fuerza por el desplazamiento de la caja:
T = m . g .h . 2 – m . g . h . 1 = m . g . Δh = F . s
T = ΔE . c
El trabajo T es la magnitud que se obtiene de multiplicar la fuerza por el desplazamiento:
T = Fs
Al igual que la energía, el trabajo se mide en julios. Un julio (J) es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton (N) cuando produce un desplazamiento
de 1 metro en la dirección de la fuerza .
| Supuesto práctico 1 Una persona, con la ayuda de una polea, levanta una masa de 50 kg hasta una altura de 10 m (Figura 11). Calcula el trabajo realizado. La fuerza que la persona debe hacer para levantar el cuerpo de masa m es, como mínimo, igual al peso de dicha masa:
P = m • g = 50 kg • 9,8 m/s2 = 490 N
W = F • h = 490 N • 10 m = 4900 J
|  Figura 11. |
| Supuesto práctico 2 Un carro de forraje se mueve a velocidad constante tirado horizontalmente por un caballo con una fuerza de 1 000 N. Calcula el trabajo que ha realizado el caballo cuando el carro ha recorrido 20 m en línea recta (Figura 11). Según la definición de trabajo mecánico, este será:
W = F • s
Y sustituyendo:
W = 1 000 N • 20 m = 20000 J
Su velocidad constante indica que este trabajo se utiliza para contrarrestar el trabajo de las fuerzas de fricción, que es un trabajo negativo pues se opone al movimiento. | |
 Figura 11. | |
11. SISTEMAS ENERGÉTICOS. FUENTES DE ENERGÍA
Se denomina sistema energético al conjunto de procesos relacionados con la energía desde sus fuentes originales hasta sus usos finales.
Se llaman fuentes de energía a los recursos que hay en la naturaleza en forma de energía primaria de los que podemos extraer, tras una serie de transformaciones, la energía final que será utilizada por el hombre.
En un sistema energético, distinguimos las siguientes fases:
- Captura o extracción de la energía primaria de la fuente original que es la energía que entra en el sistema para satisfacer al demanda.
- Transformación de la energía primaria en energía secundaria que se puede utilizar directamente.
- Transporte de la energía secundaria hasta el lugar de su utilización.
- Consumo de la energía secundaria.
Ej: Captación o extracción del petróleo, destilación del petróleo, transporte de la gasolina, utilización para el combustible del automóvil.
Toda la materia y todos los fenómenos naturales tiene y se producen por intercámbios de energía, pero, esta energía, no siempre está en la forma o la cantidad que permita ser aprovechada por la tecnología de que disponemos.
11. SISTEMAS ENERGÉTICOS. FUENTES DE ENERGÍA
Se llaman fuentes de energía a los recursos que hay en la naturaleza en forma de energía primaria de los que podemos extraer, tras una serie de transformaciones, la energía final que será utilizada por el hombre.
En un sistema energético, distinguimos las siguientes fases:
- Captura o extracción de la energía primaria de la fuente original que es la energía que entra en el sistema para satisfacer al demanda.
- Transformación de la energía primaria en energía secundaria que se puede utilizar directamente.
- Transporte de la energía secundaria hasta el lugar de su utilización.
- Consumo de la energía secundaria.
Toda la materia y todos los fenómenos naturales tiene y se producen por intercámbios de energía, pero, esta energía, no siempre está en la forma o la cantidad que permita ser aprovechada por la tecnología de que disponemos.
 Definición: Fuente energética es aquel fenómeno o material del que puede extraerse o usarse parte de la energía que contiene de modo que resulte aprovechable. La cantidad de energía que se puede aprovechar de cuaquier fuente de energía nunca llega al 100 %, casi nunca llega al 25 %. Siempre hay una parte de esa energía que no resulta extraíble o que se pierde (en forma de calor) en los procesos de extracción y aprovechamiento. De algunas fuentes se obtiene la energía asociada a su estructura interna, a los enlaces entre sus átomos o a la constitución de estos átomos. De otras fuentes se obtiene energía del movimiento o posición de la materia, como del viento o de los saltos de agua, sin alterar la materia en su composición. Ello divide a las fuentes en: |
- Fuentes renovables de energía. Son inagotables bien por la inmensa cantidad de energía que contienen o bien por su regeneración natural. No se extinguen por prolongado que sea su uso. La mayoría son fuentes no asociadas a la estructura de la materia. Entre ellas, la energía solar, eólica, hidráulica y maremotriz.
Las energías renovables son aquellas que se regeneran más deprisa de lo que se consumen.
- Fuentes no renovables de energía. Si una vez agotadas no se pueden o es muy costoso volver a regenerarlas. Son fuentes cuya energía proviene de la constitución de la materia. Entre ellas, el carbón, el petróleo, el gas natural o los elementos fisionables que liberan energía nuclear.
Las energías no renovables son aquellas que se consumen más deprisa de lo que se regeneran .
La diferencia entre fuentes renovables y no renovables se refiere a escala de la vida humana. Es posible que hoy siga formándose petróleo, pero es no renovable porque las existencias del planeta se agotan a un ritmo muy superior al que se regeneran.
11.1. Energías renovables
11.1.1. Energía solar
La energía solar es la energía renovable por excelencia. El Sol debe esta energía a las reacciones de fusión entre núcleos de hidrógeno para producir núcleos de helio. La energía que llega a la superficie de la Tierra depende de la latitud, de la época del año y de la nubosidad, pero es al menos de 120 W/m2 y puede superar los 1000 W/m2, suficiente para cubrir las necesidades de la humanidad sin ayuda de otras fuentes de energía. Además, muchas otras fuentes energéticas tienen su origen en la radiación solar:
|  Figura 10. Células fotovoltáicas.  Central termosolar |
 Figura 11. Espejos parabólicos. Central termoeléctrica. | |
ANIMACIONES
11.1.2. Energía eólica
| La energía eólica es la energía del movimiento del viento, energía cinética. Usada desde la antigüedad en tierra firme, mediante las construcciones conocidas como molinos, cuya finalidad era el trabajo mecánico como el molido de cereales o aceitunas, aserraderos y fragüas. También se usaba para la extracción y bombeo de agua (típicos molinos de Holanda) y, al llegar la revolución industrial, algunos se aplicaron almovimiento de máquinas. En transporte, la energía eólica permitió la navegación a vela y, hoy, existen proyectos de recuperar esta fuente de energía para la navegación. La versión actual de los molinos con fines energéticos son los aerogeneradores. Estos dispositivos producen corriente eléctrica gracias al movimiento que el viento confiere a las aspas que se transmite a un alternador, que es elverdadero productor de la electricidad. Se han instalado en grandes cantidades tanto en tierra firme como en plataformas marítimas litorales formando parques eólicos. Actualmente, existen diseños de aerogeneradores volantes que se mantendrían a elevadas altitudes aprovechando la energía de los vientos en estas zonas. |  Figura 13. Aerogenerador. |
| Supuesto práctico 1 1. Un aerogenerador produce 1 MJ (MegaJulios) cada segundo. Conociendo que la velocidad del viento es de 80 km/h, calcula la masa de viento que, cada segundo, choca contra las aspas del generador.
1 MJ = 106 J
 
Si el rendimiento del aerogenerador es del 60 %, cada segundo, el viento debe ceder una energía:
 Despejando:  |  Figura 14. Esquema de aerogenerador. | Esquema de una turbina eólica (derecha): 1. Suelo 2. Conexión a la red eléctrica 3. Torre de contención 4. Escalera de acceso (interior). 5. Sistema de orientación 6. Góndola 7. Generador 8. Anemómetro 9. Freno 10. Transmisión 11. Palas 12. Inclinación de la pala hacia la derecha 13. Buje |
De donde: E viento = 1,67 · 106 J
ANIMACIONES
11.1.3. Energía hidráulica
En las aguas continentales se aprovecha la energía hidráulica de sus caudales rápidos o de sus saltos. En las aguas marinas se aprovechan las mareas y el oleaje.
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 Figura 15. Central hidoreléctrica reversible de Bolarque (Guadalajara).. |   Figura 16. Central mareomotriz del rio Rance (Francia) |  Figura 17. Central undimotriz.. |
Supuesto práctico 2
Un salto de agua tiene una altura de 50 m y un caudal de 10 toneladas por minuto. Calcula la energía eléctrica que se podrá extraer por minuto mediante unas turbinas con una efectividad del 45 %.
La Ep de la masa de agua, 10 t (10.000 kg), que cae cada minuto es:
Ep = m · g · h = 10.000 kg · 9,8 m/s2 · 50 m = 4,9 .106 J
Si la eficacia es del 45 %, será:
ANIMACIONES
11.1.4. Energía geotérmica
| La energía geotérmica proviene del calor interno de la Tierra y se aprovecha a través de las aguas termales. La explotación se efectúa a partir de un pozo por donde se extrae el agua caliente mientras por otro se vuelve a inyectar en el acuífero una vez sustraída parte del calor. Esto impide que se agote dicho acuífero. El calor se usa directamente para calefacción o para producir electricidad. Este tipo de explotación solo es posible en determinados lugares de la Tierra, por ejemplo en Islandia, y puede que, si no se recicla el agua, llegue a agotarse, por lo que podría considerarse una fuente de energía no renovable. La extracción de calor directamente del magma (rocas fundidas del interior de la Tierra) no es viable con la tecnología actual. Si llegamos a desarrollar la tecnología necesaria, ofrecerá energía geotérmica de altísima temperatura y de una extensión prácticamente inagotable. | |
 Figura 18. Central geotérmica. Islandia. |  Figura 19. Esquema de una central geotérmica. |
ANIMACIONES
ANIMACIONES
11.1.5. Energía maremotriz
Utiliza la energía de la fuerza de las mareas para producir e. eléctrica.
Las mareas son las variaciones del nivel del mar debido a la atracción entre la Luna y el Sol sobre la Tierra.
La pleamar corresponde al momento en el que el nivel del mar es máximo. La bajamar corresponde al momento en el que el nivel del mar es mínimo.
Para que este tipo de energía sea rentable debe existir una gran diferencia de nivel del agua entre la pleamar y la bajamar.
El relieve de la costa debe permitir estas construcciones. Para la construcción de centrales mareomotrices se cierra una bahía o estuario mediante un dique con compuertas. En ellas se instalan turbinas conectadas a un alternador. Al subir la manera, el agua entra en al zona cerrada o bahía y mueve las turbinas produciendo energía eléctrica. Cuando baja la marea, el agua regresa al mar y vuelve a accionar las turbinas.
Este tipo de energía no está técnicamente muy desarrollado. La primera central instalada fue la del estuario del río Rance en Francia. El dique tiene 700 m de longitud, 24 de ancho y 15 de alto con 24 turbinas reversibles de 10 Mw. de potencia cada una.
También se intenta aprovechar la energía generada por el moviendo de las olas, como en Santoña (Santander)
Ventajas de la energía mareomotriz
Renovable sin contaminación
Previsible y estable
Sin residuos
Inconvenientes
Transporte de la energía eléctrica es complejo
Escasez de lugares adecuados
Navegabilidad
Cambios en dinámica costera, especialmente en presas
Estado actual y futuro previsible
No es una fuente energética actual importante
Hay pocas centrales
ANIMACIONES
ENERGÍA POR OLEAJE
Las olas son ondulaciones de la superficie marina
De ellas puede obtenerse energía
La energía obtenida de las olas depende de la frecuencia y de la amplitud de las olas
Las mayores amplitudes se producen en zonas expuestas de altas latitudes por la mayor fuerza del viento.
Las zonas más adecuadas con la tecnología actual son las situadas entre 40 y 100 m de profundidad
Existen varios modelos para obtener energía de las olas. En estrudio o producción;
Generadores
Flotadores anclados al fondo
Se encuentran sujetos al fondo mediante un anclaje o un peso sumergido.
Dispositivos móviles articulados
Consisten en aparatos flotantes de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre estas partes. Siguen el movimiento de las olas y actúan sobre un generador
Dispositivos de columna de agua oscilante
Suelen ubicarse en la costa.
Tienen una oarte ineferior sumergida y la superior contiene una cámara de aire. El aire se desplaza por la columna de agua generando movimiento en una turbina ubicada en la parte alta del dispositivo
Flotadores unidoa a un mástil
Boyas unidas brazo el cual acciona un generador en un mástil
Existen muchos más modelos en estudio, diseños, ensayo o producción
Ventajas de esta energía
Renovable sin contaminación
Abundante en algunas costas
Bastante previsible
Inconvenientes
- Transporte de la energía eléctrica es complejo
- No muy constante
- Navegabilidad
- Impacto visual
- Modificación dinámica costera
- Generalmente inversiones importante y largo plazo de maortización
- Dificultad de trasmitir una energía muy variable en intensidad
Estado actual y futuro previsible
No es una fuente energética actual importante aunque tiene bastantes posibilidades
En estudio numerosos modelos
ANIMACIONES
El relieve de la costa debe permitir estas construcciones. Para la construcción de centrales mareomotrices se cierra una bahía o estuario mediante un dique con compuertas. En ellas se instalan turbinas conectadas a un alternador. Al subir la manera, el agua entra en al zona cerrada o bahía y mueve las turbinas produciendo energía eléctrica. Cuando baja la marea, el agua regresa al mar y vuelve a accionar las turbinas.
Ventajas de la energía mareomotriz
Renovable sin contaminación
Previsible y estable
Sin residuos
Inconvenientes
Transporte de la energía eléctrica es complejo
Escasez de lugares adecuados
Navegabilidad
Cambios en dinámica costera, especialmente en presas
Estado actual y futuro previsible
No es una fuente energética actual importante
Hay pocas centrales
ANIMACIONES
Las olas son ondulaciones de la superficie marina
De ellas puede obtenerse energía
La energía obtenida de las olas depende de la frecuencia y de la amplitud de las olas
Las mayores amplitudes se producen en zonas expuestas de altas latitudes por la mayor fuerza del viento.
Las zonas más adecuadas con la tecnología actual son las situadas entre 40 y 100 m de profundidad
Existen varios modelos para obtener energía de las olas. En estrudio o producción;
Flotadores anclados al fondo
Se encuentran sujetos al fondo mediante un anclaje o un peso sumergido.
Dispositivos móviles articulados
Consisten en aparatos flotantes de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre estas partes. Siguen el movimiento de las olas y actúan sobre un generador
Suelen ubicarse en la costa.
Tienen una oarte ineferior sumergida y la superior contiene una cámara de aire. El aire se desplaza por la columna de agua generando movimiento en una turbina ubicada en la parte alta del dispositivo
Boyas unidas brazo el cual acciona un generador en un mástil
Ventajas de esta energía
Renovable sin contaminación
Abundante en algunas costas
Bastante previsible
Inconvenientes
- Transporte de la energía eléctrica es complejo
- No muy constante
- Navegabilidad
- Impacto visual
- Modificación dinámica costera
- Generalmente inversiones importante y largo plazo de maortización
- Dificultad de trasmitir una energía muy variable en intensidad
Estado actual y futuro previsible
No es una fuente energética actual importante aunque tiene bastantes posibilidades
En estudio numerosos modelos
ANIMACIONES
11.2. Energías no renovables
11. 2.1. Energía nuclear. Fisión y fusión
| Los núcleos de algunos átomos son inestables y, al bombardearlos con partículas como neutrones, pueden romperse. En la rotura o fisiónse libera gran cantidad de energía "nuclea" y algunos neutrones pueden continuar la reacción de fisión al chocar con núcleos vecinos, esto se llama "reacción en cadena". Entre los núcleos fisionables destacan los isótopos 23592U de uranio y 23994Pu deplutonio. El material usado en las centrales nucleares es el dióxido de uranio, UO2, y el dióxido de plutonio, PuO2, "enriquecidos" en sus isótopos fisionables. Los isótopos son átomos del mismo elemento y, por tanto, con igual número atómico y distinto número másico (viene en el tema 4) . Es una fuente no renovable pues hay una cantidad limitada en la Tierra, y produce residuos radiactivos muy peligrosos para la humanidad y el medio ambiente. Las reacciones nucleares de fusión producen aún mucha más energía. Consisten en la unión de dos núcleos pequeños (como los de hidrógeno) para formar el núcleo mayor (el helio en este caso). Las reacciones de fusión se dan en estrellas y, de forma descontrolada, en la llamada "bomba H" o "bomba de hidrógeno". No existe aún una central nuclear que trabaje con energía de fusión. El día que así sea, se dispondrá de una fuente de energía prácticamente inagotable y de gran potencia. El 23994Pu se obtiene como subproducto en las centrales que trabajan con 23592U.  |
ANIMACIONES
ENERGÍA DE FUSIÓN
Dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado y estable, liberando gran cantidad de energía. Para lograr la fusión es necesario que los núcleos venzan las fuerzas de repulsión por lo que hay que aplicar energía térmica (reacciones termonucleares). Las reacciones se producen en reactores de fusión.
Ventajas.
Es una energía muy barata, ya que los isótopos de H (deuterio y tritio) utilizados como combustible son muy abundante en el agua marina; es renovable y además, no genera residuos radiactivos.
Inconvenientes.
Aún no se han conseguido controlar las altísimas temperaturas (100 millones ºC) necesarias para el proceso. Se ha utilizado confines bélicos (bomba de hidrógeno).
En Francia se está construyendo el primer reactor termonuclear experimental (Proyecto ITER)
Estado actual y futuro previsible de la energía nuclear
El futuro de la energía nuclear es controvertido
Los mayores problemas son la seguridad y el almacenamiento de residuos de larga actividad durante largos periodos de tiempo.
Ha habido dos accidentes muy graves que han frenado la construcción de centrales nucleares: Chernobil y Fukushima precisamente cuando determinados países optaban por la opción nuclear, y muchos accidentes menores.
Dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado y estable, liberando gran cantidad de energía. Para lograr la fusión es necesario que los núcleos venzan las fuerzas de repulsión por lo que hay que aplicar energía térmica (reacciones termonucleares). Las reacciones se producen en reactores de fusión.
Ventajas.
Es una energía muy barata, ya que los isótopos de H (deuterio y tritio) utilizados como combustible son muy abundante en el agua marina; es renovable y además, no genera residuos radiactivos.
Inconvenientes.
Aún no se han conseguido controlar las altísimas temperaturas (100 millones ºC) necesarias para el proceso. Se ha utilizado confines bélicos (bomba de hidrógeno).
En Francia se está construyendo el primer reactor termonuclear experimental (Proyecto ITER)
Estado actual y futuro previsible de la energía nuclear
El futuro de la energía nuclear es controvertido
Los mayores problemas son la seguridad y el almacenamiento de residuos de larga actividad durante largos periodos de tiempo.
Ha habido dos accidentes muy graves que han frenado la construcción de centrales nucleares: Chernobil y Fukushima precisamente cuando determinados países optaban por la opción nuclear, y muchos accidentes menores.
11.2.2. Energía química
La energía química se obtiene de la contenida en los enlaces químicos que establecen los átomos que forman las sustancias. Las reacciones más comunes son las de combustión, en las que eloxígeno del aire oxida a compuestos orgánicos formados fundamentalmente por hidrógeno y carbono. En estas reacciones de combustión se libera energía y se forma vapor de agua y dióxido de carbono:
CxHy + O2 
CO2 + H2O + Energía
CO2 + H2O + Energía
11.2.2.1. Combustibles fósiles
Los combustibles fósiles provienen de la transformación de restos de seres vivos que quedaron enterrados en eras geológicas anteriores.
| 11.2.2.1.1. Carbón. Originado por descomposición de vegetales terrestres en zonas pantanosas de poca profundidad. Los restos cubiertos de agua y protegidos del aire experimentan un proceso de transformación gracias a bacterias anaerobias. Cuanto mayor es este proceso, mayor poder calorífico tiene el cabón. De menor a mayor carbonificación, los carbones se conocen como turba, lignito, hullay antracita. El carbón fue el combustible de la revolución industrial del siglo XVIII y aún se usa en calefacciones y en centrales eléctricas térmicas. Su combustión libera CO2 y óxidos de azufre y de nitrógeno que contribuyen a la lluvia acida. |  Figura 21. Central termoeléctrica. |
Supuesto práctico 3
Una central térmica cada segundo produce 1 t de vapor de agua a partir de agua precalentada a 60 °C. Calcula el carbón que quema cada segundo sabiendo que el poder calorífico del carbón que usa es de 22 MJ/kg. El calor latente de vaporización del agua, qv, es de 2 257,5 kJ/kg y su calor específico, C, 4,18 J • K-1 • g-1.
El calor, Q, para aumentar de T1 a T2 la temperatura de un cuerpo de masa m y capacidad calorífica C, se calcula según
Q = m • C • (T2 - T1)
Q = 103 kg • 4,18 • 103 (J/K•kg) • ( 373 - 333) K = 1,672 • 108 J
El calor, Qv para pasar una masa m de agua de líquido a vapor es mucho mayor que el de calentarla y se hallará a partir de qv el calor latente de vaporización según:
Qv = qv • m
Qv = 2 257,5 • 103 (J/kg) • 103 kg = 2,2575 • 109 J
La energía total del proceso es la suma de ambos valores, el de calentar el agua y el de su paso a vapor:
Qtotal = Q + Qv
Qtotal = 1,672 • 108 J + 2,2575 • 109 J = 2,4247 • 109 J
Si toda esta energía se ha de obtener de la combustión de un carbón que rinde 22 • 106 J por cada kg (/kg) que se quema, la cantidad de carbón necesaria será: 110,2 kg
Esa es la cantidad mínima de carbón que debe quemar por segundo la central. En realidad, será mayor debido a que la eficacia no es del 100 %.
ANIMACIONES
Se afirmaba que el CO2 liberado en su combustión equivalía al captado en su producción, pero no son una fuente absolutamente renovable y han provocado algunas consecuencias imprevistas, entre ellas:
El Carbón
ANIMACIONES
| 11.2.2.1.2. Petróleo. Es un líquido marrón negruzco formado por hidrocarburos (compuestos de hidrógeno y carbono). Se cree que se ha formado por acción de las bacterias, la temperatura y la presión sobre cúmulos de materia orgánica depositada en fondos marinos sin oxígeno. Al ritmo actual de extracción, las reservas mundiales conocidas de petróleo tienen una duración máxima de unos 40 años. Se separa por destilación en distintos componentes en las refinerías. Los principales productos obtenidos son el alquitrán, aceites pesados, fueloil, gasoil, aceites ligeros, queroseno, nafta, gasolina ligera, butano y propano.   
11.2.2.1.3. Gas natural.       El petróleo se encuentra en rocas porosas o en espacios entre fisuras y bajo una capa impermeable que impide que salga a la superficie. Escomún que debajo suyo haya una capa de agua salada y por encima una capa de hidrocarburos gaseosos a presión, generalmente metano, CH4. Conocido comogas natural, su presión empuja el petróleo en la fase inicial de explotación de un pozo petrolífero. 
 Futuro de los combustibles fósiles
 Es un problema geoestratégico de primer orden. Causa conflictos internacionales importantes, manifiestos o encubiertos Una estrategia fundamental para los países importadores es intentar diversificar sus vías y origen de los suministros. En muchos casos se mantienen reservas de combustibles (petróleo o gas) o se mantienen abiertas minas de carbón no rentables para prevenir falta de suministros. Los precios del petróleo y gas oscilan de manera importante con las condiciones políticas y económicas Ver actuales fluctuaciones del precio del petróleo  Evolución del consumo de combustibles fósiles
El consumo de combustibles fósiles ha ido aumentando de manera constante con pocos altibajos desde el comienzo de la revolución industrial Primero carbón con máquina de vapor que consumía carbón Luego con derivados del petróleo para motores de combustión interna Actualmente continuamos cos el cosumo de petróleo para locomoción y utilizamo carbón y gas natural para generar electricidad Este ritmo de crecimiento no puede continuar por
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11.3. Fuentes de energía potencialmente renovables
Debido al impacto que provoca la utilización de energías no renovables, se están buscando otras fuentes alternativas menos contaminantes que son:
- Fuentes energéticas renovables: Son inagotables, se explotan a una velocidad menor que la de su formación y se pueden explotar de forma ilimitada. Son: energía hidráulica, energía solar y energía eólica.
- Fuentes de energía potencialmente renovables: Pueden agotarse si la velocidad de explotación sobrepasa su periodo natural de regeneración. Son: la energía geotérmica y la energía de la biomasa.
Debido al impacto que provoca la utilización de energías no renovables, se están buscando otras fuentes alternativas menos contaminantes que son:
- Fuentes energéticas renovables: Son inagotables, se explotan a una velocidad menor que la de su formación y se pueden explotar de forma ilimitada. Son: energía hidráulica, energía solar y energía eólica.
- Fuentes de energía potencialmente renovables: Pueden agotarse si la velocidad de explotación sobrepasa su periodo natural de regeneración. Son: la energía geotérmica y la energía de la biomasa.
11.3.1. Biomasa y biocombustibles
La biomasa es materia orgánica procedente de seres vivos usada como combustibles: leña, hierba seca, estiércol, madera,paja, semillas oleaginosas, cascara de arroz, etc. Se presenta como una fuente renovable de energía. Pueden destinarse a:
|  Figura 23. Reparto del consumo mundial de entre las diferentes fuentes de energía. |
Se afirmaba que el CO2 liberado en su combustión equivalía al captado en su producción, pero no son una fuente absolutamente renovable y han provocado algunas consecuencias imprevistas, entre ellas:
- Su producción ha reducido cultivos dedicados a la alimentación, encareciéndola.
- Si el agua para su cultivo es traída de otras zonas, no son un recurso renovable.
- El abono de los cultivos no es renovable pues el nitrógeno, fósforo y azufre empleados parten con la cosecha y no revierten al suelo.
- Su cultivo, transporte y destilación necesita mucha energía, que si se obtiene de combustibles fósiles no permite el balance cero de emisiones de CO2.
- El precio de los biocarburantes no es real sino mantenido con subvenciones.
ANIMACIONES
11.3.2. Hidrógeno
| El hidrógeno, H2, gas muy ligero e inflamable en contacto con el oxígeno, O2, del aire. Su combustión desprende gran energía y no produce contaminantes:
2 H2 + O2
Se puede obtener por electrólisis a partir del agua, por lo que resulta prácticamente inagotable. Se considerará renovable si la electricidad a partir de la que se obtiene no proviene de energías no renovables. En la actualidad ya circulan automóviles con motor de hidrógeno. Se usan Pilas de Hidrógeno. 2H2O + Energía |
ANIMACIONES
Biomasa
Energía eólica
Energía mecánica
Energía del mar
Energía geotermal
Energía hidráulica
Pila de hidrógeno
Horno solar
Mini-eólica
Energía nuclear
Energía mecánica
Energía y transferencia
Energía eólica
Energía mecánica
Energía del mar
Energía geotermal
Energía hidráulica
Pila de hidrógeno
Horno solar
Mini-eólica
Energía nuclear
Energía mecánica
Energía y transferencia
Placas solares móviles
Petróleo
Energía mini-eólica
Láminas nanosolares
Centrales heliotermodinámicas
Energía geotermal
Gas natural
Energía undimotriz
Energía del mar
Energía de las corrientes marinas
Energía eólica marina
Energía nuclear
Energía hidráulica
Energía eólica
El carbón como fuente de energía
Biología y Geología para la E.S.O.
Proyecto Biosfera
12. UTILIZACIÓN PRÁCTICA DEL CALORLa producción de calor ha sido uno de los usos principales que la humanidad ha destinado a los recursos energéticos. El calor representa la forma en que acaban transformándose todas las energías. Se dice que el calor es una energía «degradada».Cualquier forma de energía puede transformarse completamente en calor, pero el el calor no puede convertirse al 100 % en otra energía. Se obtiene calor directamente de la energía interna de la Tierra, por exposición a la energía solar, por las reacciones nucleares y las reacciones químicas de combustión. La corriente eléctrica produce mayor calor cuanto mayor resistencia encuentra a su paso. Los usos principales del calor son:
| |
 Figura 25. Esquema de una maquina de vapor. |  Figura 26. Central termoeléctrica. El combustible es el carbón. |
13. PROBLEMÁTICA ASOCIADA A LA ENERGÍA
Hoy en día, el trabajo que se realizaba por humanos, animales o energía mecánica (hidráulica y eólica) hasta los años 50 y 60 del siglo pasado, ha dejado paso al consumo casi exclusivo de dos tipos de energía:
|
Tabla 3. Gasto mundial de energía en tep de año 2000 y la previsión para 2030. |
 Figura 27. Usos de las principales fuentes de energía. |
13.1. Problemas asociados a la obtención de energía
Las principales alteraciones en los procesos de obtención de energía son:
|  Figura 28. Contaminación producida por la rotura de la presa de residuos de la mina de Aznarcollar . |
 Figura 29. Central nuclear de Chernobyl, después y antes del accidentede 26 de abril de 1986. |  Figura 30. Central nuclear de Fukusima, despues y antes del Tsunami del 11 de marzo de 2011. |
13.2. Problemas asociados al transporte de energía
El transporte energético casi se reduce al de electricidad y al de combustibles fósiles. El de materiales de fisión es muy puntual. Los principales problemas son:
|  Figura 31. Desastre del Prestige. Costas gallegas. |
13.3. Problemas asociados al consumo de energía
El consumo de energía está localizado en puntos concretos del planeta, grandes ciudades, polígonos industriales, puertos y aeropuertos, etc, son los lugares donde se concentran los problemas derivados de este consumo:
- Contaminación térmica. Toda la energía acaba degradándose en forma de calor. De modo que allí donde se utilicen grandes cantidades de energía habrá una liberación de calor y unincremento de la temperatura que afectará a la fauna, a la flora y a los humanos.
- Contaminación química por gases residuales de las combustiones. Cualquier combustible orgánico está formado sobre todo por hidrógeno y carbono.
CxHy + O2El dióxido de carbono, CO2, es un gas con efecto invernadero que absorbe las radiaciones caloríficas que emite el suelo evitando que salgan al exterior de la atmósfera y, así, el planeta se recalienta. A pesar de que es un gas minoritario en la atmósfera, su efecto, junto con el del vapor de agua, H2O, es decisivo para que la Tierra sea un planeta cálido y habitable; pero si continúa aumentando, puede que el clima del planeta llegue a unas temperaturas que lo alteren definitivamente.
|  Figura 32 . Bosque contaminado con lluvia ácida. |
14. RENDIMIENTO Y AHORRO ENERGÉTICO
Para aumentar la rentabilidad de las actividades debe aumentarse su eficiencia y procurar el ahorro energético, tomando medidas en diversos aspectos.
5.1. Medidas respecto a la generación de energía
La eficiencia media de las plantas de energía actuales es del 38 %. En general, se debería aumentar el rendimiento de todas las centrales de producción de energía eléctrica, especialmente el de lascentrales térmicas de combustión, y sustituir en ellas la combustión de carbón por gas natural.
5.2. Medidas respecto al transporte de energía
El transporte de la energía eléctrica hasta los lugares de consumo comporta pérdidas en forma de calor, especialmente en conexiones deficientes y cables de gran longitud. Las mejoras en el mantenimiento y adecuación de estas redes reducen las pérdidas y evitan accidentes. Hoy en día, más de una cuarta parte (el 27 %) de la energía producida se pierde en las plantas de generacióny en la transmisión.
5.3. Medidas estructurales respecto al consumo
Son medidas que implican a la fabricación, construcción y comercio de todo aquello que pueda ser usado en los hogares como en las empresas:
- Aislar térmicamente las viviendas en paredes, puertas y ventanas.
- Instalar luces y aparatos de bajo consumo. Los fluorescentes consumen la mitad y los leds una décima parte de las lámparas de incandescencia.
- Promover la producción de electrodomésticos de alta eficiencia energética.
- Aumentar, en los automóviles, la distancia recorrida por litro de carburante.
- Usar automóviles con motores eléctricos o combustible de hidrógeno. Cuando sean asequiblas.
- Reciclar materiales como vidrio o papel en lugar de fabricarlos de nue
5.4. Medidas individuales respecto al consumo
El efecto de nuestra actitud depende del número de personas concienciadas.
- Revisar y adecuar la combustión de fogones, hornos, calefacciones y calderas.
- Usar lavadoras y lavavajlllas con su carga completa.
- Utilizar la luz natural en lo posible evitando la iluminación artificial.
- Reducir las pérdidas de aire por ventanas y puertas abiertas o mal cerradas.
- Evitar una conducción brusca de los vehículos motorizados.
- Mantener una presión adecuada de los neumáticos del vehículo y efectuar revisiones y reposiciones periódicas de filtros y lubricantes.
- Usar el transporte colectivo y el desplazamiento a pie o en bicicleta.
15. CONSUMO ENERGÉTICO E ÍNDICE DE DESARROLLO
El consumo de energía es un factor clave en el desarrollo y crecimiento de un país, pero la distribución mundial de este consumo de energía es muy desigual. No están bien cubiertas las necesidades energéticas de los países en vías de desarrollo, y estas no son las mismas que las de los países desarrollados.
El índice de desarrollo humano de la ONU puntúa de 0 a 1 el desarrollo de los países. Solo un 15 % de la población mundial vive por encima del 0,9 de este índice. Este valor de 0,9 corresponde a un consumo de unos 40 000 kW/persona. Por encima de estos 40 000 kW/persona, un mayor consumo energético no consigue aumentar el nivel de desarrollo de los países. Esto indica un despilfarro de la energía. A grandes rasgos, en la distribución mundial de la energía, se observa:
En la actualidad, el sistema energético mundial se caracteriza por el predominio de las energías no renovables, la energía nuclear y, sobre todo, los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural).
Fomentar la utilización de las fuentes de energía renovables y potencialmente renovables y para ello se ha de ayudar a la investigación para desarrollar nuevas tecnologías más baratas para que puedan acceder a ellos el mayor número de personas.
Incrementar la eficacia energética, es decir, obtener el máximo rendimiento de los aparatos que utilizan energía y evitar las pérdidas de energía en forma de energía no útil.
Fomentar el ahorro energético tanto en el ámbito doméstico como industrial y en el transporte.
En el ámbito doméstico: mediante la arquitectura bioclimática que diseñan los edificios teniendo en cuenta el clima, utilizando superficies acristaladas, paredes y techos, aislantes así como plantando árboles para que den sombra en verano como sistema de refrigeración y la instalación de paneles solares. Estas mediadas permiten ahorrar el 50% de la energía que se consume en una vivienda. Utilización de electrodomésticos de bajo consumo, bombillas halógenas que consumen un 70% menos de energía, etc.
En el ámbito industrial: desarrollando nuevos sistemas que permitan recuperar el calor disipado en algunos procesos. Se suele utilizar en las centrales térmicas en que el calor producido por el combustible además de producir electricidad se utiliza para otros fines y también fomentando el reciclado de productos y la utilización de residuos como combustible.
En el transporte: fomentando la utilización de transporte público (autobús, trenes, tranvías,...) para ello se deben mejorar las redes de transporte.
Fomentar la utilización de las fuentes de energía renovables y potencialmente renovables y para ello se ha de ayudar a la investigación para desarrollar nuevas tecnologías más baratas para que puedan acceder a ellos el mayor número de personas.
Incrementar la eficacia energética, es decir, obtener el máximo rendimiento de los aparatos que utilizan energía y evitar las pérdidas de energía en forma de energía no útil.
Fomentar el ahorro energético tanto en el ámbito doméstico como industrial y en el transporte.
En el ámbito doméstico: mediante la arquitectura bioclimática que diseñan los edificios teniendo en cuenta el clima, utilizando superficies acristaladas, paredes y techos, aislantes así como plantando árboles para que den sombra en verano como sistema de refrigeración y la instalación de paneles solares. Estas mediadas permiten ahorrar el 50% de la energía que se consume en una vivienda. Utilización de electrodomésticos de bajo consumo, bombillas halógenas que consumen un 70% menos de energía, etc.
En el ámbito industrial: desarrollando nuevos sistemas que permitan recuperar el calor disipado en algunos procesos. Se suele utilizar en las centrales térmicas en que el calor producido por el combustible además de producir electricidad se utiliza para otros fines y también fomentando el reciclado de productos y la utilización de residuos como combustible.
En el transporte: fomentando la utilización de transporte público (autobús, trenes, tranvías,...) para ello se deben mejorar las redes de transporte.
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