fisica fuentes de energia y sostenibilidad
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Iván del Corral Nº 6TRANSCRIPT
TEMA 5 FUENTES DE ENERGÍA
Y
SOSTENIBILIDAD
1 - LA ENERGÍA
Y LOS CAMBIOS
Los cambios que se observan en la naturaleza, como el cambio de temperatura de un objeto necesitan energía para producirse.
La energía es una propiedad de los sistemas materiales que les permite experimentar y producir cambios.
Los nombres que reciben los tipos de energía pueden venir por distintos caminos:
POR REFERENCIA A POR LAS FUENTES
LAS PROPIEDADES QUE PROPORCIONAN
DE LOS SISTEMAS LA ENERGÍA
Energía química (combustibles) Energía eólica (viento)
Energía eléctrica (por un generador) Energía solar (sol)
Energía nuclear (núcleos de átomos)
Energía térmica (energía de los cuerpos)
Los paneles solares captan energía solar.
Cualquier forma de energía puede incluirse en energía cinética y/o en potencial.
ENERGÍA CINÉTICA: asociada al movimiento, como la energía de un coche en movimiento.
ENERGÍA POTENCIAL: asociada a la posición, como la del agua de una presa.
En todo cambio, físico o químico, se produce una transformación energética, como en:
-La energía eléctrica que se transforma en cinética en un motor eléctrico.
-La energía química que se transforma en eléctrica en una pila.
-La energía potencial elástica de una pértiga que se transforma en potencial cuando el saltador está en el punto más alto.
Energía cinética
Energía potencial
2- CONSERVACIÓN
Y DEGRADACIÓN DE
LA ENERGÍA
En todas las transformaciones energéticas, la cantidad total de energía se mantiene constante: la suma de todas las formas de energía presentes antes del cambio es igual a la suma de las energías que aparecen después del cambio. Este principio físico se denomina principio de conservación de la energía.
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN. La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Por tanto, la energía total del universo se mantiene constante.
La cantidad de energía total se conserva, pero no su calidad: una parte de la energía inicial se disipa caloríficamente y se convierte en energía térmica, y no puede ser íntegramente convertida de nuevo en la forma de la energía inicial.
Por ejemplo al encender una bombilla la energía eléctrica hace que esta se encienda, pero la mayor parte de la energía eléctrica se disipa caloríficamente y se convierte en energía térmica. Esta energía térmica ya no se puede transformar íntegramente de nuevo en energía eléctrica.
LA DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA es la pérdida de energía útil: la energía se conserva en los cambios, pero tiende a transformarse en energía térmica, que es una forma de energía menos aprovechable.
En una transformación energética, la energía suministrada es igual a la suma de la energía útil, o aprovechable, más la energía disipada caloríficamente.
El RENDIMIENTO ENERGÉTICO, r, es el cociente entre la energía útil y la energía suministrada. Se expresa en porcentaje.
Energía útil
r = -------------------------------------------------------- . 100
Energía suministradaNinguna máquina tiene un rendimiento 100% porque siempre disipa caloríficamente parte de la energía que se le suministra.
3- FUENTES NO
RENOVABLES DE
ENERGÍA
Las FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES son aquellas cuyas reservas se consumen a un ritmo mayor del que son repuestas por la naturaleza.
Un ejemplo pueden ser los combustibles fósiles ( carbón, petróleo y gas natural) o los minerales de uranio.
EL CARBÓN El CARBÓN es una roca sedimentaria, formada durante millones de años a partir de residuos vegetales.
A lo largo del siglo XIX, durante la primera revolución industrial, sustituyó a la madera como combustible más utilizado debido a su mayor poder energético.
Según su contenido de carbono, se distinguen varios tipos:
-Antracita (más del 90%)
-Hulla (del 75% al 90%)
-Lignito (del 60% al 75%)
-Turba (menos del 60%)
Utilizados en la industria siderúrgica
Utilizados como combustibles en centrales térmicas
Locomotora utilizada en la primera revolución industrial
Central térmica de carbón
EL PETRÓLEOEl PETRÓLEO es un aceite mineral que ha producido la naturaleza a lo largo de millones de años a partir de restos de organismos.
A principios del siglo XX, durante la segunda revolución industrial, desplazó al carbón como primer combustible, debido a su mayor poder energético, a la mayor facilidad de extracción, a la ausencia de residuos sólidos y a su uso en los motores de explosión.
El petróleo crudo es una mezcla de diversas sustancias; su destilación permite obtener combustibles como propano, butano, gasolinas… Es además la base de la industria petroquímica: sus derivados se utilizan en la producción de plásticos, pinturas, detergentes, cauchos, fibras, abonos, perfumes…
Yacimiento de petróleo Plataforma petrolífera mar adentro
EL GAS NATURAL
El GAS NATURAL es una mezcla de hidrocarburos gaseosos, cuyo componente mayoritario es el metano (mas del 90%)
Tiene un elevado poder energético. Su combustión solo genera como residuos dióxido de carbono (CO2) y agua, por lo que es poco contaminante, aunque el dióxido de carbono contribuye a que se produzca el efecto invernadero.
Actualmente, su utilización va en aumento y en España se ha construido una amplia red de canalización para hacer llegar el gas a las industrias y a los domicilios particulares. La mayor parte del gas utilizado en España viene de Argelia.
Mapa de gaseoductos en España
Yacimiento de gas
LA ENERGÍA NUCLEAREl origen de la energía nuclear puede ser la FISIÓN NUCLEAR o la FUSIÓN NUCLEAR
FISIÓN NUCLEAR- La fuente de energía es, principalmente, un isótopo de uranio (U-235) utilizado en reactores nucleares de fisión; aunque algunos utilizan el plutonio como elemento fisionable, el cual se obtiene a partir del uranio en el propio reactor.
El uranio natural no puede utilizarse directamente como combustible nuclear porque es necesario enriquecerlo hasta alcanzar una mayor concentración de núcleos U-235. el uranio enriquecido ya puede usarse en los reactores nucleares.
FUSIÓN NUCLEAR- Actualmente la fuente de energía conocida son los átomos de deuterio y tritio, ambos isótopos del hidrógeno. Proporciona más energía que la fisión nuclear para una misma masa de combustible.
La fusión nuclear es muy común en la naturaleza, las estrellas, incluido el sol, generan así su energía. Sin embargo, todavía no existen centrales nucleares de fusión, ya que se necesitan temperaturas de millones de grados para que los núcleos de los átomos se fusionen y es muy difícil conseguirlo en condiciones controladas. En caso de desarrollarse, la fusión podría ser una fuente de energía prácticamente inagotable y poco contaminante.
Esquema de una central nuclear de fisión
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES
VENTAJAS INCONVENIENTES-La energía procedente de fuentes no renovables es relativamente barata y fácil de obtener.-La tecnología requerida para el aprovechamiento de la energía está muy desarrollada.
-Las reservas de combustibles fósiles son limitadas.-La combustión de carbón y petróleo libera a la atmósfera gases que contribuyen a la lluvia ácida.-Las emisiones de C02 contribuyen al aumento del efecto invernadero.-Los reactores nucleares de fisión producen residuos radiactivos de larga duración difíciles de almacenar.
4- FUENTES DE ENERGÍA
RENOVABLES
Las FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA son aquellas cuyas reservas se consumen aun ritmo menor del que son repuestas por la naturaleza.
LA BIOMASALa BIOMASA es materia orgánica de origen animal o vegetal. La energía que contiene fue la que primero utilizó el hombre.
Hay varios modos de aprovechar energéticamente la biomasa:
-De forma directa, como combustible de residuos agrícolas, ganaderos y forestales.
-Mediante la transformación de residuos animales en el combustible biogás a través de fermentaciones producidas por microorganismos.
-Con la obtención de biocarburantes mediante cultivos vegetales adecuados. Por ejemplo, el bioetanol y el biodiesel pueden sustituir a la gasolina y al gasóleo en los motores de explosión.
-Mediante la quema de residuos urbanos en incineradoras, que pueden calentar agua o producir energía eléctrica.
EL SOL
La ENERGÍA SOLAR es la energía radiante que llega directamente del sol.
Su aprovechamiento ha necesitado un importante desarrollo tecnológico, realizándose principalmente de tres formas:
FOTOVOLTAICA- Las células fotovoltaicas convierten directamente la energía solar en eléctrica. Se usa, por ejemplo en las calculadoras, prescindiendo así de pilas eléctricas.
TÉRMICA DE BAJA TEMPERATURA- Se basa en el calentamiento de un fluido en un colector solar. Se aprovecha para tener agua caliente en edificios.
TÉRMICA DE ALTA TEMPERATURA- Se basa en la concentración de la radiación solar mediante espejos para calentar un fluido a alta temperatura. La producción de vapor mueve la turbina de un generador eléctrico.
Energía solar térmica de baja temperatura
FUENTES HIDRÁULICA Y EÓLICALas fuentes HIDRÁULICA y EÓLICA son actualmente las fuentes renovables que más energía producen, ya que su tecnología está suficientemente desarrollada.
LA ENERGÍA HIDRÁULICA- es la energía potencial de una masa de agua embalsada en una presa natural o artificial. Se aprovecha principalmente en las centrales hidroeléctricas para producir energía eléctrica.
LA ENERGÍA EÓLICA- es la energía cinética del viento. Se ha utilizado tradicionalmente en los molinos de viento y en la navegación de vela. Actualmente, se utiliza en los aerogeneradores para producir energía eléctrica.
5- LA CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA
La CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA es la presencia en el aire de sustancias gaseosas, líquidas o sólidas, perjudiciales para las personas, el resto de seres vivos y el entorno.
La presencia en el aire ( como la radiación alfa o los rayos ultravioleta), ruidos (contaminación acústica), etc., también suele considerarse contaminación atmosférica.
Rayos ultravioleta El tráfico causa contaminación acústica
LAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES
Las sustancias contaminantes pueden tener un origen natural, como las erupciones volcánicas, o un origen artificial, debido a la actividad humana.
Los efectos que producen estas sustancias son:
-LOS ÓXIDOS DE AZUFRE Y NITRÓGENO producen irritación en los ojos y en la nariz, afecciones del aparato respiratorio, retraso en el crecimiento de las plantas y corrosión de los metales; además, contribuyen a la lluvia ácida.
-EL MONÓXIDO DE CARBONO es muy tóxico y en altas concentraciones puede ser mortal.
-LA PRESENCIA DE OZONO en la troposfera produce irritaciones en las mucosas y afectación pulmonar.
Los principales efectos de LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA son la lluvia ácida, el aumento del efecto invernadero y el deterioro de la capa de ozono, así como daños para la salud.
Efecto invernadero
FIN
Iván del Corral Díez Nº 6