tema 5 fÍsica y quÍmica
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Fuentes De Energía Y
Sostenibilidad
IRENE RUIZ MARÍN4º E.S.O
FÍSICA Y QUÍMICA
La energía es una propiedad de los sistemas materiales que les permite experimentar y producir cambios
En la naturaleza se observan cambios de distinta naturaleza, como el cambio de poción en el movimiento de un coche o el cambio de temperatura en el calentamiento o enfriamiento de un objeto. Para que se produzcan estos cambios se necesita energía.
Hay varios tipos de energía, las cuales los nombres que recibe tienen relación a propiedades de los sistemas.Las energías son las siguientes:
•Energía química•Energía eléctrica •Energía nuclear• Energía térmica
Otras veces los nombres empleados hacen referencia a las fuentes que proporcionan la energía.
Cualquier forma que presente la energía (o en una combinación de ambas) puede incluirse en una de estas dos clases:
•Energía cinética: La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee un cuerpo debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.Una vez conseguida esta energía durante la aceleración el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie la velocidad. Para que el cuerpo vuelva a detenerse se requiere una energía negativa de la misma magnitud que su energía cinética. Su abreviatura es Ec.
•Energía potencial: La energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición, puede pensarse como la energía almacenada en un sistema como una medida del trabajo que un sistema puede alcanzar, su abreviatura es Ep.
En cualquier transformación energética, la cantidad de energía total se sigue manteniendo de una forma constante. La suma de todas las formas de energía presentes del cambio es igual a la suma de las energías que aparecen después del cambio. Este principio físico se denomina como principio de conservación de la energía, que queda recogido con la frase: La energía ni se crea no se destruye, solo se transforma. Por tanto, la energía total del universo se mantiene constante.
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
Al ejercer una fuerza a una de las bolas, esta se conserva y esta energía la transmite a las demás de una forma constante.
DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA Y RENDIMIENTO ENERGÉTICO
Explicación del dibujo:La energía eléctrica que llega a la bombilla equivale al sumatorio de la energía transformada en luz y calor
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 la cual no podemos volver a aprovechar. En cualquier transformación energética la energía suministrada es igual a la suma de la energía útil más la energía disipada caloríficamente.
La fórmula del rendimiento energético es el cociente entre la energía útil y la suministrada, se expresa en porcentaje con lo que hay que multiplicar por cien, quedando:
r=( Energía útil/ Energía suministrada )x 100
FUENTES NO RENOVABLES DE ENERGÍA
Mediante las expresiones energía no renovable, o energías convencionales se alude a fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas las cuales una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse al no existir un sistema de producción o de extracción económicamente viable.
Son combustibles fósiles; el carbón, el petróleo y el gas natural.Provienen de restos de seres vivos enterrados hace millones de años, que bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura se convirtieron en sustancias dotadas de propiedades energéticas. El combustible fósil puede utilizarse directamente quemándolo en hornos, estufas, calderas y motores, para obtener calor y movimiento. También puede usarse para producir electricidad en centrales térmicas o termoeléctricas. En ellas, mediante el calor generado al quemar estos combustibles se obtiene vapor de agua, que conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento una turbina o generador eléctrico.
El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. La mayor parte del carbón se formó durante el periodo Conífero ( hace 359 a 299 millones de años). No es un recurso renovable. A lo largo del siglo XIX se fue sustituyendo la madera como recurso energético por carbón, al tener un valor energético mas elevado. Según su contenido en carbono se distinguen varios tipos de carbón: Antracita, hulla, lignito y turba.
Las reservas de carbón se encuentran muy repartidas, con 70 países con yacimientos aprovechables. Al ritmo actual se calcula que existen reservas seguras para 133 años. El carbón suministra el 25% de la energía consumida en el mundo, solo por detrás del petróleo. Los principales usos del carbón van dirigidas principalmente a:
-Siderurgia.- Generación de energía eléctrica.-Producción de petróleo sintético.
CARBÓN
El gas natural es una de las fuentes importantes de energías uno renovables, formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se saca, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente es del 90 o 95 % y suele contener gases como nitrógeno, ácido sulfhídrico helio y mercaptanos.
El gas puede obtenerse también de procesos de descomposición de restos orgánicos. Este gas obtenido a través de este método se llama biogas.
Alguno de estos gases que forman parte del gas natural cuando es extraído se separa de la mezcla porque no tiene capacidad energética o porque puede depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a su alto punto de ebullición. El propano, butano e hidrocarburos mas pesados en comparación con el gas natural son extraídos, puesto que su presencia puede causar accidentes durante la combustión del gas natural. El vapor de agua también se elimina por estos motivos y porque a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de metano que pueden obstruir los gasoductos.
El petróleo es un aceite mineral que ha producido la naturaleza a lo largo de varios millones de años a partir de restos de organismos. Es de origen fósil y también es procedente de zooplancton y de algunas algas que, depositadas en grandes cantidades en fondos anóxicos de mares o zonas lacuestres del pasado geológico fueron enterradas por pesadas capas de sedimentos. En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran variación en diversos parámetros como color y viscosidad, densidad, capacidad calorífica, etc. Estas variaciones se deben a la diversidad de concentraciones en los hidrocarburos que componen la mezcla.
El petróleo es un recurso no renovable y actualmente también es una de las principales, o la mas principal fuente de energía en los países desarrollados. Esta sustancia puede presentarse asociado a capas de gas natural, En yacimientos que han estado enterrados durante millones de años.
El 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. Es utilizado en los reactores nucleares de fisión actualmente en funcionamiento; aunque algunos utilizan como elemento fisionable el plutonio, que se obtiene a partir del uranio en el propio reactor.
El uranio natural no puede usarse directamente como combustible nuclear porque es, básicamente, el isótopo U-238 con una proporción muy pequeña del isótopo U- 235.
•Fusión nuclear: Los átomos de deuterio y tritio son actualmente la fuente de energía conocida; ambos son isótopos del hidrógeno. Proporciona mayor energía que la fisión nuclear para una misma masa de combustible. La generación por fusión de un gramo de helio a partir de deuterio proporciona mas de 3`1 x 10 elevado a la 11 Julios, equivalente a 7`4 T de petróleo.
ENERGÍAS RENOVABLES
Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contiene, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energías renovables están la eólica, la motriz, geotérmica, hidroeléctrica, biomasa, etc.
El consumo de energía es uno de los grandes mediadores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de “crisis energética” aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan.
Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son infinitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo métodos para obtener energía.
La biomasa La biomasa es una materia orgánica de origen vegetal o
animal. La energía de esta fue la primera que utilizó el hombre.
Hay distintas formas de aprovechar la energía de la biomasa.
- De forma directa como el combustible.- Mediante transformación de los residuos (Biogas).- Obtención de biocarburantes.- Mediante la quema de residuos urbanos en
incineradoras.
Actualmente, la biomasa proporciona combustibles complementarios a los fósiles, ayudando al crecimiento del consumo mundial, sobre todo en el sector transporte. Este hecho contribuye una amplia apropiación humana del producto total de la fotosíntesis en el planeta, que supera actualmente mas de la mitad del total , apropiación en la que competimos con el resto de las especies de vegetales y animales.
EL SOLEl sol es una estrella del tipo espectral que se encuentra en medio del sistema solar y constituye la mayor fuente de radiación electromagnética de este sistema planetario.En la tierra, la energía radiada por el Sol es aprovechada por los seres fotosintéticos, que constituye la base de la cadena trófica, siendo así la principal fuente de energía de la vida.Aprovechamiento de la energía solar:
-Fotovoltaica: Las células fotovoltaicas convierten directamente la energía solar en energía eléctrica. Se utiliza por ejemplo en las calculadoras que prescinden de pilas.-Térmica de baja temperatura: Se basa en el calentamiento de un fluido en el panel y es utilizada para tener agua caliente.
-Térmica de baja temperatura: Consiste en calentar un fluido mediante un colector solar. Se utiliza para tener agua caliente en los edificios.
-Térmica de alta temperatura: Se basa en la concentración de la radiación solar mediante espejos para calentar un fluido a una alta temperatura. La producción de vapor mueve una turbina de generador eléctrico.
LAS FUENTES HIDRÁULICA Y EÓLICA
Las fuentes hidráulicas y eólica son actualmente las fuentes renovables que más energía producen, ya que la tecnología que la aprovecha está lo suficientemente desarrollada.
La energía hidráulica es la energía potencial de una masa de agua embalsada de 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 las navegaciones de vela y molinos de viento.Actualmente se utiliza en los aerogeneradores para producir energía eléctrica.Actualmente es uno de los sectores más desarrollados en las fuentes de energía.
OTRAS FUENTES RENOVABLES DE ENRGÍAAunque estas otras fuentes tienen un papel secundario no tan importante o efectivo en la producción de energía en determinados lugares pueden llegar a ser importantes.
•Energía geotérmica: Es la energía térmica acumulada en el subsuelo. Cuando los focos calientes están a poca profundidad, se aprovecha para inyectar agua fría que producirá agua caliente o vapor, el vapor puede mover una turbina de un alternador, y producir así electricidad.
•Energía del mar: Se aprovecha de diversas formas, como las siguientes:-Energía undimotriz: Es la energía producida por las olas del mar.- Energía de las corrientes: Es la energía cinética de las corrientes marinas.-Energía maremotérmica: Se produce por el cambio de temperatura entre las agua superficiales y las aguas más profundas.
LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Se entiende por contaminación atmosférica a la presencia en la atmosfera de sustancias en una cantidad que implique riesgo para la salud de las personas y de los demás seres vivos, vienen de cualquier naturaleza, así como que puedan atacar distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables. El nombre de la contaminación atmosférica de aplica por lo general a las alteraciones que tienen efectos perniciosos en los seres vivos y en elementos materiales, y no a otras alteraciones inocuas. Los principales causantes de la contaminación atmosférica son los procesos industriales, automóviles, calefacciones residenciales…
Las consecuencias de la contaminación atmosférica son por ejemplo la lluvia ácida, el efecto invernadero el deterioro de la capa de ozono, o presencia de materiales o sustancias contaminantes.
Las sustancias contaminantes pueden tener un origen natural, como las erupciones volcánicas, o un origen artificial, debido a la actividad humana.Los procesos industriales, los automóviles, las calefacciones domésticas etc. Producen gases, los cuales , terminan teniendo presencia en la atmósfera.Los efectos que producen estos gases o sustancias son:
-Los óxidos de azufre y nitrógeno los cuales producen irritación en los ojos, así como en la nariz, afecciones en el aparato respiratorio, retraso en el crecimiento o en el desarrollo de las plantas, corrosión de los metales y producen además lluvia ácida.-El monóxido de carbono es muy tóxico, tanto que en altas concentraciones puede llegar a producir la muerte.-La presencia de ozono en la troposfera produce irritación en las mucosas, así como también afectación en el aparato respiratorio.
LA LLUVIA ÁCIDALa lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por las fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de agua, estos gases forman ácido sulfúrico y ácido nítricos. Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida. Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden correr grandes distancias, siendo trasladados por los vientos cientos o miles de kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. Cuando la precipitación se produce, puede provocar importantes deterioros en el ambiente.
La lluvia ácida altera el crecimiento de las plantas, incrementa la acidez del suelo, también incrementa la del agua, disuelve metales tóxicos que llegan de ríos a lagos, y deteriora monumentos hechos con roca caliza.
EL EFECTO INVERNADERO Y EL DETERIORO DE LA CAPA DE OZONO
Se denomina efecto invernadero al fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de la atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que la superficie planetaria emite por haber sido calentada por la radiación estelar. Afecta a todos los cuerpos planetarios rocosos dotados de atmósfera. Este calentamiento global puede causar un aumento de las precipitaciones en las zonas húmedas, un incremento de la aridez en las zonas secas y la fusión de los hielos polares con la consiguiente inundación de las zonas costeras.
El ozono de la estratosfera absorbe el 90% de la radiación ultravioleta que llega a la Tierra procedente del Sol y protege a los seres vivos de sus efectos perjudiciales. Los gases CFC empleados en aerosoles y en circuitos de refrigeración, reaccionan con el ozono y destruyen su molécula. La disminución de la capa de ozono origina un aumento de la radiación nociva que llega a la superficie terrestre.
ENERGÍA Y DESARROLLO SOSTENIBLE
El problema energético, se pueden identificar causas que contribuyen a la carencia energética:-La degradación de la energía.-El agotamiento de los recursos energéticos.-La demanda creciente de la energía.
Energía y medioambiente, el actual modelo de desarrollo económico, basado en el uso de los combustibles fósiles y de la energía nuclear, ha tenido efectos ambientales negativos. Entre ellos la lluvia ácida, el almacenamiento de residuos etc. Se pueden apreciar o poner en práctica remedios para frenar la contaminación como:•El reciclado de residuos.• El ahorro energético.• El aprovechamiento de las fuentes de energía menos contaminantes.
Energía y desarrollo sostenible, un creciente económico incontrolado puede acarrear varios problemas, para lograr un desarrollo sostenible, hay una serie de exigencias:-Sostenibilidad social.- Sostenibilidad económica.
Medidas para la utilización sostenible de la energía, impuestas por la Comisión Europea son:-Ahorro energético.-Diversificación de las fuentes energéticas.-Impulso de las energías renovables.-Desarrollo de las energías autóctonas.
La ciencia contribuye al desarrollo sostenible de varias formas:-Desarrollo de nuevas energías.- Mejora de las tecnologías de la producción de la energía.-Desarrollo de métodos de ahorrar.- Disminución del impacto ambiental.
FIN