ENERGÍA

La energía es la capacidad de producir algún tipo de trabajo o poner algo en

movimiento. Si bien el término puede definirse desde una variedad amplia de

enfoques, lo cierto es que todos ellos guardan algún tipo de relación con la

definición provista. La energía es un tópico de enorme relevancia para la actividad

humana, en la medida en que permite el desarrollo de la vida en la tierra y

sostiene la actividad económica.

La fuente de energía más importante para el hombre lo constituye el sol. Así

es gracias a la luz solar que los vegetales pueden, a través de células

especialmente diseñadas para esa tarea, tomar energía y producir su propio

alimento que deriva en la producción de oxígeno. Así vistos los hechos, los

vegetales también constituyen la primera fuente de energía de la cadena

alimenticia, en la medida en que sirven para nutrir a los herbívoros, y desde allí, a

todo el resto de los seres vivos, incluidos los carroñeros. En efecto, la energía

aportada por el sol en forma de luz (fotones o energía lumínica) es transformada

por los vegetales en energía química, almacenada en los nutrientes. Esta energía

es a su vez liberada como energía calórica por los animales.

Vale señalar que, para las actividades de producción de bienes y servicios

también es importante el requerimiento de fuentes de energía. Es por ello que la

explotación de recursos energéticos tiene una enorme importancia estratégica,

porque es la base sobre la que se pone en funcionamiento toda la economía. Las

principales fuentes de energía en este sentido lo constituyen los hidrocarburos,

que son compuesto orgánicos que se conforman por hidrógeno y carbono; así, el

gas natural y el petróleo son indispensables para que la actividad humana se

desarrolle en nuestros días. Resulta de interés señalar que estos productos se han

originado a partir de un lento y progresivo proceso que tuvo como punto de partida

a seres vivos, motivo por lo cual se los conoce como “combustibles fósiles”. En

términos estrictos y recordando el párrafo previo, la energía contenida en estos

productos no deja de ser también originada en el sol, aunque hace miles de años.

ENERGÍA ELÉCTRICA

Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la

existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite

establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por

medio de un conductor eléctrico. La energía eléctrica puede transformarse en

muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía

mecánica y la energía térmica.

La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la

iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras

casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su

preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc.

Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza

de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera. El

ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que

aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en

las ferrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento.

Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor, y desde entonces, el gran

desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes

de energía que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un país está

ligado a un creciente consumo de energía de combustibles fósiles como el

petróleo, carbón y gas natural.

TIPOS DE ENERGÍA

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: 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

transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una

diferencia de temperatura se denomina calor.

Energía eléctrica: 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.

Energía radiante: 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.

Energía química: 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.

Energía nuclear: 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.

LEYES DE TERMODINÁMICA

Principio cero de la termodinámica

Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad

denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de

equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.

En palabras llanas: «Si pones en contacto un objeto frío con otro caliente,

ambos evolucionan hasta que sus temperaturas se igualan».

Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir

instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan

importante en el marco teórico de la termodinámica.

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del

mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un

estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización,

magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no

son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel

microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico química y no es parámetro

debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y

otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las

conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.

Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue

formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes.

De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la

termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste

intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: sólo se

transforma".

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía

necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre

trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824,

en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas

adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros

principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de

su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para

formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

Segunda ley de la termodinámica

Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos

termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido

contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda

volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos

casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en

otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las

transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo

en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la

existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un

sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la

variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre

es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor

temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen

trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para

ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los

dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.

Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio,

destacándose el de Clausius y el de Kelvin.

Enunciado de Clausius: En palabras de Sears es: «No es posible ningún

proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a

una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un

recipiente a temperatura más elevada».

Enunciado de Kelvin: No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos,

absorba calor de una única fuente (E.absorbida), y lo convierta

íntegramente en trabajo (E.útil).

Enunciado de Kelvin—Planck: Es imposible construir una máquina térmica

que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de

energía desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.

Otra interpretación: Es imposible construir una máquina térmica cíclica que

transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del

ambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento energético

de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo, siempre será

menor a la unidad, y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor

sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el

rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en

el ambiente, y viceversa.

Tercera ley de la termodinámica

La tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst,

afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante

un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a

medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un

valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede

considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción

exigida por la termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado

tratarlo de «ley».

Es importante remarcar que los principios o leyes de la termodinámica son

válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel

microscópico. La idea del demonio de Maxwell ayuda a comprender los límites de

la segunda ley de la termodinámica jugando con las propiedades microscópicas de

las partículas que componen un gas.

CONSECUENCIAS AMBIENTALES DEL USO IRRACIONAL DE LA ENERGIA

Todos los energéticos convencionales que se usan producen o generan un

impacto ambiental. Se dice que hay impacto ambiental, cuando una acción o

actividad produce una alteración en el medio natural o en alguno de los

componentes del medio.

Uno de los principales impactos ambientales en el sector energía, es la

incidencia de los contaminantes producidos por la combustión de combustibles

(fuente). En mayor o menor grado, la extracción, producción, transporte y

consumo de energía produce alteraciones medioambientales, afectando también

la vida y desarrollo del ser humano. Algunas de ellas son:

Contaminación visual

Es producida por las construcciones de las fábricas que alteran el paisaje.

Podemos nombrar: las torres de extracción de petróleo, torres de alta tensión, los

miles de cables eléctricos que cruzan los cielos de las ciudades y pueblos, los

molinos eólicos, etc.

Contaminación atmosférica

Alteración de la composición natural del aire, por emisiones de gases

tóxicos producidos por la combustión del petróleo o sus derivados (bencina,

parafina, diesel, etc..), gas, carbón o leña. Es una de las más conocidas, siendo la

contaminación urbana la más seria por el daño inmediato que se produce en la

salud de las personas que viven en las ciudades.

Lluvia ácida

Alteración de la composición de la lluvia, producto de los elementos

contaminantes que se encuentran en la atmósfera (óxidos de nitrógeno y óxidos

de azufre), los que se transforman en ácido al contacto con el agua, y al caer con

la lluvia, matan la vida vegetal y corroen construcciones de piedra caliza y metales

(estatuas, edificios, puentes). La lluvia ácida se ve con frecuencia en las zonas

altamente industrializadas y en las grandes ciudades.

Calentamiento del planeta (efecto invernadero):

Se produce debido a que la cantidad de gases acumulados en la atmósfera

(dióxidos de carbono, óxidos de nitrógeno, y otros), forma una capa que no

permite que la radiación solar que rebota en la superficie del planeta, escape hacia

el espacio. Esto produce un fenómeno de "inversión térmica", conocido también

como "efecto invernadero" el que provoca un aumento en la temperatura global del

planeta.

Alteración de ecosistemas con destrucción de la biodiversidad

La pérdida del equilibrio en los ecosistemas (extinción de especies

vegetales y animales) puede ser producida por distintos tipos de contaminación:

Contaminación de aire: Producida por la combustión de combustibles como

petróleo, gas, kerosene, etc.

Contaminación de agua: Producida por derrames de combustibles en mar,

lagos, ríos, etc., o por lluvia ácida o filtración de combustibles a las napas

subterráneas de agua.

Contaminación de tierra: Producida por elementos tóxicos que se producen

de la combustión incompleta de energéticos de origen fósil, o que van a

depositarse sobre el suelo por la acción de la lluvia ácida. Este tipo de

contaminación, puede darse además por la construcción de embalses y

centrales hidroeléctricas, donde es necesario inundar extensas áreas,

alterando drásticamente el ecosistema del lugar.

Pérdida de vegetación (bosques, matorrales, etc.) y erosión de suelos:

Producido por la tala indiscriminada de árboles y arbustos para usarlos

como combustibles u otros fines. Debido a esto encontramos, en Chile y en el

mundo, varias especies que están en peligro de extinción.

Agotamiento de los recursos naturales:

Por explotación sostenida, y hasta hace algunos años sin control alguno, de

los recursos energéticos fósiles y biomasa (leña) se produce un agotamiento del

recurso.

CONSECUENCIAS AMBIENTALES DEL USO DE LA ENERGÍA PROVENIENTE

DE LA COMBUSTIÓN DE FÓSILES

El Petróleo y sus Derivados

Extracción: Al extraer petróleo pueden ocurrir accidentes, como derrames

que afecten el entorno que lo rodea. Si el petróleo se encuentra junto a

depósitos de gas natural, en pozos ubicados en el mar o en tierra,

normalmente éste es quemado, así se libera a la atmósfera una serie de

elementos contaminantes: hollín, monóxido, dióxido de carbono y óxido de

azufre.

Transporte: El principal impacto es que al ser transportado por mar, en

barco, ocurra un derrame debido a un accidente. Cuando un petrolero se

accidenta, produce un enorme impacto en el ecosistema marino al derramar

cientos o miles de toneladas de petróleo crudo sobre las aguas, el que se

esparce en una gran extensión que suele abarcar varios kilómetros a la

redonda. Cuando el accidente ocurre cerca de la costa, el derrame suele

llegar hasta las playas inutilizándolas para el uso de las personas. Pero el

mayor impacto, es la inmensa mortandad de peces, aves y

microorganismos marinos. (Recuerda el accidente del Metula, en el sur de

Chile en 1974, investiga el caso.) Con respecto al transporte terrestre, éste

se realiza por grandes cañerías (oleoductos) que van enterradas en el

suelo, los problemas que podrían producirse son principalmente, durante la

construcción de éste, porque altera las zonas por donde pasa y

generalmente suele abarcar grandes distancias. Durante el transcurso del

tiempo, podría llegar a ocurrir una rotura del oleoducto y producir un

derrame terrestre, contaminando el suelo, este tipo de accidentes son poco

frecuentes y pueden ser evitados gracias a un buen control de las cañerías.

Consumo: La combustión de los principales derivados del petróleo ya

refinado, (gasolina, bencina, parafina, petróleo diesel, etc.), genera gran

cantidad de hollín (carbón sin quemar); CO (monóxido de carbono), que es

un veneno; y CO2 (dióxido de carbono) principal constituyente del smog de

las grandes ciudades y causante principal del efecto invernadero en la

planeta.

El Gas Natural

Extracción: Al obtener gas natural es común la quema de un pequeño

porcentaje de este gas en los pozos. Esto provoca un impacto ambiental

atmosférico, ya descrito en la explicación sobre la extracción de petróleo.

En los pozos extractores de gas, es común ver las enormes y altas

chimeneas coronadas por fuego (llamas). Esta combustión, incompleta,

contamina la atmósfera (monóxido, dióxido de carbono, etc.).

Transporte: No presenta mayor riesgo que las posibles explosiones de

gasoductos debido a fallas en sus sistemas reguladores de la presión, lo

cual, es poco probable. Muy pocas veces ha ocurrido un accidente de este

tipo. Además se observan los mismos impactos en la construcción de

gasoductos que de oleoductos, como explicamos anteriormente.

Consumo: El mayor impacto ambiental que presenta este energético es la

combustión. En todo caso, el gas natural es el combustible que produce

menos contaminación atmosférica, y por lo tanto, es considerado el

combustible más limpio en la actualidad.

El Carbón

Extracción: el carbón es un mineral bastante quebradizo, que se extrae

mediante el esfuerzo directo del ser humano, y por lo mismo, los mineros

están expuestos al polvo residual de las faenas, produciendo daños en su

salud.

Transporte: el almacenamiento y distribución del carbón no presenta

riesgos de impacto ambiental, sin embargo su almacenamiento al aire libre

sin protección produce la oxidación de ciertos compuestos como el azufre

que al entrar en contacto con lluvias, generan compuestos ácidos y

corrosivos que escurren y queman el suelo en que se encuentran, donde

pueden filtrarse hacia las capas subterráneas.

Consumo: la combustión del carbón genera hollín, monóxido y dióxido de

carbono, además de otros polutos derivados del azufre y del nitrógeno.

La Biomasa (Leña)

Extracción o Explotación: A diferencia de los combustibles anteriores, la

leña, debiera ser un energético renovable, pero usado como en la

actualidad en que se cortan más árboles que los que se plantan, se

convierte en no renovable. Su explotación indiscriminada produce pérdida

de la masa vegetal en la región de donde se extrae, reduciendo la

capacidad vital del área afectada y alterando o destruyendo la biodiversidad

de la selva, bosque o zona de foresta. Su extracción sin control provoca la

erosión del suelo por la pérdida de la vegetación (yerba y humus),

afectando la capacidad de retención de agua; cuando esto ocurre en cerros

y laderas, provoca predisposición al riesgo de aluviones.

Almacenamiento: presenta peligro de incendios durante el verano.

Transporte: el uso de camiones para transportarlos desde su punto de

origen causa contaminación.

Consumo: su combustión impacta al ambiente de la misma manera que los

combustibles citados anteriormente, con el agravante que su combustión

libera mucho más hollín que los otros.