Transferencia y Transformación de la 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 su energía) y en contra de B (si disminuye su energía). En este caso, el sistema B es el emisor o fuente de energía, y el sistema A es el receptor de energía.

Ejemplos:

• Si de 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 podemos decir que la energía potencial gravitatoria del objeto colgado se ha transformado en energía potencial elástica del muelle.
• Un joven (A) pedalea en su bicicleta (B), haciendo que se mueva (cambio de posición), que encienda la luz (cargas eléctricas en movimiento) y que se calienten las ruedas (aumento de temperatura). Desde una interpretación energética, el joven transfiere energía a la bicicleta, 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 energía cinética (que hace girar las ruedas), en energía luminosa (que enciende la luz) y en energía térmica (que calienta las ruedas).

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

Principio de Conservación y Degradación de la Energía

El principio de conservación establece que la energía ni se crea ni se destruye; solo se transforma. El principio de degradación indica que, cuando la energía se intercambia, en mayor o menor grado, va dejando de ser útil (esto 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, etc.

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 clasificar las distintas fuentes de energía:

• Según la capacidad de regeneración:
  • Renovables: 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. Incluyen la energía solar, hidráulica, mareomotriz, geotérmica y la biomasa.
  • No renovables: Aquellas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza. Incluyen el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio.
• Según el desarrollo tecnológico:
  • Convencionales: Aquellas que tienen una participación importante en los balances energéticos de los países industrializados. Incluyen el carbón, el petróleo, el gas natural, la energía hidráulica y la nuclear.
  • Alternativas: Aquellas que, por estar en una etapa de desarrollo tecnológico en cuanto a su utilización, no cuentan con una participación y demanda significativas en esos países. Incluyen la energía solar, eólica, mareomotriz y la biomasa.
• Según el acceso a su utilización:
  • Primarias: Aquellas que se obtienen directamente de la naturaleza, como el carbón, el petróleo y el gas natural.
  • Secundarias (o finales): Aquellas que han sufrido alguna transformación anterior a su uso, como la electricidad.

No existen energías buenas ni malas.

Producción de Electricidad: Tipos de Centrales

La electricidad se puede generar en diferentes tipos de centrales:

• Centrales nucleares: Utilizan combustible nuclear. La fisión del combustible nuclear produce calor, que se emplea para generar vapor a presión. Este vapor mueve una turbina conectada a un generador, cuyo rápido giro produce electricidad que se envía a la red.
• Centrales térmicas: Queman carbón, fuel, gas natural, residuos urbanos o biomasa para producir calor. El proceso es similar al de las centrales nucleares: el calor genera vapor a presión, que mueve una turbina conectada a un generador.
• Centrales hidroeléctricas: Usan agua embalsada. El agua, al caer, mueve las paletas de una turbina hidráulica, que a su vez acciona un generador.
  • Central hidroeléctrica (descripción detallada): La energía potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en energía cinética al caer por una tubería. Esta energía cinética mueve el rotor de un generador, transformándose en energía eléctrica. Se construyen en los cauces de los ríos, creando un embalse mediante un muro de contención.
• Centrales eólicas: El viento choca contra las palas de un aerogenerador, creando diferencias de presión que hacen girar la estructura. Este movimiento se transmite a un generador.
  • Central eólica (descripción detallada): El viento incide sobre las palas del aerogenerador y provoca diferencias de presión entre sus dos caras, haciendo girar su estructura.
• Centrales fotovoltaicas: Convierten directamente la energía de los fotones de la luz solar en electricidad.

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, ya sea para refrigeración o para tareas de mantenimiento y limpieza.
• Impacto sobre el suelo: El principal problema es la producción de residuos sólidos.
• Impacto sobre el paisaje y la biodiversidad: Cualquier central ocupa un espacio, impide otros usos y supone la destrucción de vegetación y fauna.

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

Obstáculos en el Aprendizaje sobre la Energía

• Considerar la energía como un fluido que puede almacenarse, transportarse, etc. (carácter sustancial).
• Asociar la energía únicamente a los seres vivos o a los combustibles.
• Confundir términos del lenguaje cotidiano: trabajo-esfuerzo, energía-fuerza, etc.
• Asociar la energía exclusivamente al movimiento.
• Tener dificultades para aplicar el principio de conservación y no comprender por qué se transforma la energía.
• Estar condicionados por el conocimiento transmitido por la prensa, la publicidad, etc.