ENERGIA
Gottfried Wilhelm Von Leibniz
El año 1689 el nombre de “fuerzas
vivas” fue asignado por Leibniz a aquellas fuerzas que producen movimiento,
en contraposición a las que él llamaba “fuerzas muertas”, que no
dan lugar a movimiento alguno.
¡El concepto de ENERGÍA!
El concepto de energía surgió de la idea de la “Vis Viva” (fuerza viva), que Leibniz define como el producto de la masa de un objeto y su
velocidad al cuadrado; el creía que el total de la “vis viva” (fuerza
viva) se conservaba. Años más tarde esta idea se convirtió en el (Principio de conservación de la energía en el universo
conocido).
Para demostrar la desaceleración de un cuerpo debido a la
fricción, Leibniz afirmó que el calor consistía en el movimiento aleatorio de
las partes constituyentes de la materia - una opinión compartida
por Isaac
Newton, aunque pasaría más de un siglo para que
esto fuese generalmente aceptado.
Sin duda sabemos que la energía existe desde el inicio de los
tiempos pero Leibniz nos dejo la que es la primera descripción de lo que ahora
se llama energía cinética o
de la energía relacionada con los movimientos sensibles.
¡Hoy sabemos!
Que la energía de que disponemos en el Universo y
por lo tanto en el Planeta Tierra, es la consecuencia de la actuación mediante
interacciones o intercambios de las cuatro tipos de fuerzas fundamentales del
Universo: Gravitatoria, Electromagnética
y las Nucleares Fuerte y Débil.
¡NECESITAMOS DESARROLLAR CONVERTIDORES ENERGÉTICOS QUE
NOS PERMITAN UTILIZAR ESTAS FUERZAS PARA NUESTRAS NECESIDADES DE HUMANOS!
La conversión de energía de los alimentos en nuestros cuerpos
hacia de nuestros ancestros mas antiguos los primeros Convertidores de Energía para
cubrir sus necesidades básicas para sobrevivir.
Primero necesitaban fuerza en sus músculos para moverse, correr y cazar
con lanzas y flechas. Posiblemente
también utilizaron los primeros artilugios ingeniosos como agujeros trampa para
que, aprovechando LA FUERZA
DE LA
GRAVEDAD las presas
quedaran atrapadas en ellas, y mediante el lanzamiento de
piedras y otros objetos punzantes cazarlas.
Por otra parte parece que aprovechando la fuerza de los ríos
y mediante pequeñas presas como hacen los castores pudieran cazar todo tipo de
peces para su alimentación.
¡POR LO TANTO UNA DE LAS FUERZAS FUNDAMENTAL DEL
UNIVERSO: LA GRAVITATORIA ,
FUE DE LAS PRIMERAS EN SER UTILIZADAS POR LOS HUMANOS Y TODAVIA SEGUIMOS
HACIENDOLO EN LAS CENTRALES HIDRAULICAS DEL MUNDO!
Llegados a este punto ya vamos sospechando que la energía en
nuestro universo a partir de las Fuerzas Fundamentales del Universo: Gravitatoria,
Electromagnética y las Nucleares Fuerte y Débil, tiene o toma diversas formas,
algunas conocidas y otras por descubrir.
Vemos pues que aunque la energía puede cambiar de forma en
los procesos de conversión energética, la cantidad de energía se mantiene
constante conforme con el “Principio de conservación de la energía” (Como ya
predijo Leibniz), que establece que la energía ni se crea ni se destruye, sólo
se transforma". Por consiguiente, la energía total de un sistema aislado
se mantiene constante y en el universo no puede existir creación o desaparición
de energía, sino transferencia de un sistema a otro o transformación de energía
de una forma a otra.
¡Recordar!
Por el “Principio de conservación de la energía” en el universo
conocido, podemos afirmar de manera incuestionable que la energía no se crea ni se destruye, solamente se
transforma.
CONVERTIDORES ENERGÉTICOS “LIMPIOS”
Transformamos
la ENERGÍA del Universo a nuestras necesidades de seres humanos desarrollados sin producir
daños al Planeta Tierra o cualquier otro donde podamos vivir en el futuro, ni
en el proceso de diseño y construcción, proceso de conversión, ni tampoco al
final de la vida útil de estas instalaciones y máquinas transformadoras, en su
litosfera, atmósfera, Y a sus seres vivos como plantas o animales, incluido el
hombre.
Mayoritariamente transformamos las energías que
podemos obtener de las Fuerzas Fundamentales del Universo en energía eléctrica
como la que tenemos en casa.
Llegados a este punto es necesario comprender que las fuerzas
fundamentales que hemos visto, dan una gran variedad de manifestaciones
energéticas en el planeta capaces de generar fuerzas para obtener energías
limpias. Podemos destacar las que mas están siendo utilizadas por ser las más
eficientes en los estados tecnológicos actuales pero os debo recordar que es
muy probable que existan otras por descubrir.
-
LA ENERGÍA SOLAR
-
LA ENERGÍA EÓLICAla Solar )
-
LA
ENERGÍA
DELA BIOMASA EN
-
LA
ENERGÍA
DEla Solar y lunar)
-
LA ENERGÍA HIDRÁULICA
-
LA ENERGÍA GEOMÉTRICAla Tierra )
Nos faltan las tecnologías adecuadas para aprovechar la
energía de la IONOSFERA
que también seria una SOLAR secundaria y aprovechar la energía de la Materia oscura del
Universo que podría ser ¡No la conocemos!
Una forma de la Fuerza Gravitacional.
El crecimiento de las tecnologías para obtener energías
limpias ES IMPARABLE, como queda reflejado en las estadísticas aportadas en
2015 por la AGENCIA INTERNACIONALLA ENERGÍA
(AIE) : Representan cerca de la mitad de la nueva capacidad de generación de
energía eléctrica instalada en el 2014. De acuerdo con la agencia mencionada
(AEI) la demanda mundial de electricidad aumentara un 70% hasta 2040 que debe
ser cubierto en buena parte por energías limpias.
“ENERGÍA SOLAR”
El Sol ha existido por cerca de cinco mil
millones de años y se calcula que seguirá brillando otros diez mil millones de
años, por lo que podemos vivir tranquilos y seguir utilizando su energía.
El
SOL es la fuente de energía por excelencia y las fuerzas que la genera son la
gravitacional y las fuerzas nucleares que se dan en su interior. Es la fuente
de energía para todos los seres vivos de la biosfera en el ciclo alimenticio
del Planeta. La vida no existiría en la tierra sin la energía Solar, cada metro
cuadrado de superficie del Planeta Tierra recibe en promedio 1370 Watios. Esta
cantidad se conoce como constante Solar (137º +- 3%).
La
energía Solar la podemos clasificar en cuatro tipos, según la forma de
utilizarla:
La energía solar pasiva: es el método más antiguo de aprovechar la energía del
sol. Su utilización no necesita ningún aparato, maquina o dispositivo
intermedio, simplemente con la orientación y diseño de los edificios y las
propiedades de los materiales de los mismos. Este tipo de energía ayuda a
reducir de forma significativa la necesidad de climatizar e iluminar los
edificios.
La energía solar fotovoltaica: se genera en los paneles solares
aprovechando el “Efecto fotovoltaico” para generar corriente eléctrica continua.
La corriente generada se tiene que convertir en corriente alterna para ser
suministrada como electricidad.
La energía solar térmica: es la más habitual y económica. Se basa en aprovechar la radiación solar para calentar agua, mediante colectores solares. Estos aumentan la temperatura del fluido (como el agua) aumentando su energía interna y lista para su aprovechamiento como agua caliente sanitaria ACS en las casas o para calentar piscinas y otros menesteres.
La
energía solar densificada (Centrales Solares de Alta temperatura): La idea fundamental es concentrar la
energía solar mediante unos espejos gigantes (Helióstatos) que siguen el
recorrido del Sol en el cielo y que reflejan todos, la energía del Sol en un
punto fijo llamado caldera que eleva su temperatura hasta los cientos de
grados.
“ENERGÍA EÓLICA”
Derivada de la energía Solar y por lo tanto de
las fuerzas Nucleares,
Gravitacionales y Electromagnéticas. Las fases del Sol definen día a día la
dinámica de la atmósfera terrestre y por lo tanto su régimen de vientos. La energía eólica, que
aprovecha la energía cinética de las corrientes de aire, ha sido sin duda una
de las energías limpias con un mayor desarrollo en los últimos años, además de
disponer de un gran potencial de cara al futuro.
Esta forma de energía se utiliza desde los
tiempos antiguos aprovechando la fuerza del viento en Molinos de viento para
mover piedras de molienda o bombas de extracción de aguas subterráneas. Se cree
que fueron los persas los primeros en utilizar molinos para transformar la
energía del viento en energía mecánica para hacer girar piedras de molienda de
granos.
No hace muchos años que se pensó que esta
fuerza mecánica que podía hacer rotar una piedra contra otra en los molinos
harineros TAMBIEN podría hacer girar el rotor de un generador de corriente
eléctrica y comenzó la era de los aerogeneradores que estos últimos años han
crecido en tamaño y por lo tanto en poder de generar energía eléctrica. Estos
se localizan tanto en tierra como en el mar.
“ENERGÍA DE LA
BIOMASA ”
La energía de biomasa es un tipo de
energía limpia procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e
industrial formada en algún proceso biológico. Es sin lugar a dudas una energía
derivada de la Solar y generalmente es sacada de los residuos de
las sustancias que constituyen los seres vivos de la biosfera, como plantas de
la tierra u el mar y los residuos de seres humanos y animales, entre otros).
La biomasa se considera la energía renovable
más antigua del mundo desde que la humanidad descubrió el fuego. El término se
refiere al uso de material biológico con el fin de producir energía (calor).
Sin embargo, no será hasta los años 70 cuando se empiece a hablar de la biomasa
como concepto en materia de desarrollo sostenible frente a otros compuestos de
origen fósil. Entonces, ¿qué es la biomasa y para qué se emplea?
El aprovechamiento de la energía de la biomasa
se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en
otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o
alimentos. Por
esos motivos producir energía con la biomasa es un sistema ecológico, que
respecta el medio ambiente y además no tiene muchos gastos. Las biomasas
se pueden clasificar según la procedencia.
Como hemos dicho desde la prehistoria cuando conocieron el uso del
fuego estos materiales “considerados
biomasa” se han utilizados como combustibles, pero desde el siglo pasado se han
descubierto nuevas formas de utilizar la energía de estos materiales en
distintas formas de transformación :
Métodos termoquímicos: en estos métodos se emplean materiales
con baja humedad como madera, cáscaras o paja. Se usan para la combustión de la
biomasa, transformándola en gases calientes que producen calor para uso
particular e industrial y para producir electricidad. También encontramos
la pirólisis, método donde se descompone la biomasa usando calor sin oxígeno,
por la que se obtienen gases compuestos por hidrógenos, óxidos de carbono e
hidrocarburos, líquidos hidrocarbonatos y residuos sólidos carbonosos.
Métodos bioquímicos: los métodos bioquímicos son aquellos en
los que se utilizan microorganismos que degradan las moléculas. Se emplean en
biomasa de alto contenido en humedad. Entre ellos encontramos la fermentación
alcohólica (fermentación de hidratos de carbono de las plantas para obtener
etanol para la industria) y la fermentación metánica (digestión sin oxígeno de
la biomasa, la materia orgánica se descompone, fermentando, para crear biogás).
“ENERGÍA DE LOS MARES Y OCÉANOS”
La
energía del Sol (y de la Luna )
derivadas de la fuerza fundamental gravitacional y también de la
electromagnética y nucleares que se definen en el interior del Sol, es
acumulada por el agua del mar en distintas
formas, que producen
diversas EFECTOS de fuerzas que
podemos aprovechar para generar energías mecánicas y eléctricas mediante
generadores , tanto en el
mar como en la tierra.
Los océanos
son de forma
directa o indirecta
la fuente de
muchas formas
de energías renovables y limpias, dado
que su gran
superficie, volumen y
capacidad calorífica hacen
que sea el
principal colector y
acumulador de la
energía solar en
nuestro planeta.
Centrándonos
en el aprovechamiento de estas
formas de energía
dentro o sobre
el mar podemos destacar, por ahora ya que seguro que
se incrementan, los siguientes tipos
de energías renovables marinas:
- La energía de las olas o undimotriz,
cuyo potencial se estima en 30.000 TWh/año,
existiendo múltiples localizaciones donde es posible su extracción.
- La energía mareomotriz potencial, que
aprovecha la variación en la altura
del agua, producida
por las “Mareas”.
Requiere complejas obras
civiles y supone
un gran impacto
ambiental en las costas, por lo
que su desarrollo futuro está muy limitado ya que no podemos definirla del todo
como limpia.
- La
energía de las
corrientes marinas, producida,
tanto por efectos
inerciales de variación
lenta, como por
el efecto (energía cinética) de las mareas. Su
potencial se estima en 800 TWh/año,
existiendo localizaciones concretas
en la que
la densidad de
energía es suficientemente alta
para su aprovechamiento comercial.
- Energía de los gradientes
térmicos y salinos, con
pocos (y costosos) proyectos en desarrollo - La energía
geotérmica marina y el aprovechamiento de
biomasa del mar, con expectativas limitadas. corrientes y de las olas,
por ser los que
están teniendo un
desarrollo más importante
y tener una base de conversión hidro-energética similar.
“ENERGÍA HIDRÁULICA e HIDROELÉCTRICA”
Claro ejemplo de aprovechamiento de la fuerza
fundamental gravitatoria de nuestro universo. La Energía hidráulica que
se conoce desde hace siglos es la producida por el agua, ya sea aprovechando la
fuerza de su flujo natural en ríos o corrientes de agua para mover molinos
(rotor de palas) de agua que la transforman
en energía mecánica para accionar mecanismos como martillos hidráulicos u otro
tipo de artilugios de uso industrial, o bien reteniendo el agua en embalses o
pantanos a mayor altura que el punto de utilización (que posee energía potencial
gravitatoria). Si en un momento dado se deja caer hasta un nivel inferior,
esta energía se convierte en energía cinética
y, posteriormente, en energía eléctrica en la central hidroeléctrica
mediante un generador de electricidad.
Por lo tanto llamamos Energía Hidroeléctrica
aquella que se genera al transformar la fuerza del agua en energía eléctrica.
Para aprovechar dicha fuerza, se construyen grandes infraestructuras
hidráulicas capaces de extraer el máximo potencial de esta energía derivada de
la fuerza fundamental gravitatoria limpia , libre de emisiones y autóctono.
“ENERGIA GEOTERMICA”
Bajo la corteza terrestre, la capa superior del
manto está compuesta por magma, roca líquida a muy altas temperaturas. En
algunas zonas, los depósitos o corrientes de agua subterránea son calentados
por el magma, hasta temperaturas a veces superiores a los 140 grados Celsius.
Cuando el agua, o el vapor, emergen a la superficie a través de fisuras en la
corteza, aparecen los géiseres, fumarolas y fuentes termales.
Un cálculo aproximado del índice de enfriamiento de una esfera
del tamaño del planeta Tierra teniendo en cuenta su composición nos indica que la Tierra , después de tantos millones
de años enfriándose, ya debería ser una roca fría desde hace mucho
tiempo.
Sin embargo, el magma líquido que forma el manto y que periódicamente arrojan los volcanes y el calor sofocante de las profundidades
de las minas prueban que no es así. Es decir, que hay algo que está
actuando como fuente de calor.
Pues se trata de la radiactividad generada
por los rastros de uranio, torio y potasio y otros isotopos radioactivos que forman parte de la
Tierra desde su formación. Dado que estos elementos
se desintegran lentamente, liberan partículas liberan energía y calientan la
roca hasta temperaturas de 5.500
ºC en el núcleo.
Se trata por lo tanto de una energía QUE PROVIENE DE LAS FUERZAS
FUNDAMENTALES NUCLEAR FUERTE Y DÉBIL.
Santiago Fernández Murciano
Ingeniero Industrial en Técnicas Energéticas
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