Conceptos Fundamentales de Energía: Tipos, Fuentes y Transformaciones

¿Qué es la Energía?

La energía es una propiedad de los cuerpos o sistemas que se manifiesta en las transformaciones que experimentan (movimientos, variaciones de temperatura, deformaciones). Es invisible; solo se observan los efectos que produce sobre los cuerpos. Es una magnitud escalar y una de sus unidades es el Joule (J).

Propiedades Fundamentales de la Energía

• Se almacena (ej. en una pila).
• Se transporta (ej. a través de cables como energía eléctrica, o mediante radiación como ondas electromagnéticas).
• Se transforma (convirtiéndose en formas de energía más útiles).
• Se conserva (principio de conservación de la energía: no se crea ni se destruye, solo se transforma).

Formas de Transferencia de Energía

• Calor: Transferencia desde cuerpos de mayor temperatura a otros de menor temperatura, hasta lograr el equilibrio térmico.
• Trabajo: Mediante la acción de fuerzas se puede transferir energía.
• Radiación: Transferencia mediante ondas electromagnéticas; no es necesario un medio material para que se transmita.

Tipos de Energía

Energía Cinética

Es la energía que tienen los cuerpos debido a su movimiento. Depende de la velocidad del cuerpo y de su masa.

Energía Potencial

Es la energía almacenada en un cuerpo o sistema que se origina en las fuerzas de interacción que existen entre los cuerpos.

• Energía Potencial Gravitatoria: Vinculada con la posición de un cuerpo en un campo gravitatorio. Depende de la masa y la altura respecto a un nivel de referencia.
• Energía Potencial Elástica: Se almacena al tensar o comprimir un material elástico (resortes, elásticos), forzando a las moléculas a separarse o acercarse, provocando la deformación del material.

Energía Interna (Química)

Es la energía almacenada en los enlaces que unen entre sí a los átomos y moléculas. Al romperse estas uniones, se libera energía. Un ejemplo es la energía química contenida en combustibles o alimentos.

Energía Eléctrica

Se produce a través de corrientes eléctricas (movimiento de cargas eléctricas). Se origina a partir de fuerzas electromagnéticas sobre dichas cargas.

Energía Nuclear

Proviene de procesos en los que intervienen modificaciones en los núcleos de los átomos, como la fusión nuclear (unión de núcleos ligeros) y la fisión nuclear (división de núcleos pesados).

Energía Radiante

Se transmite a través de ondas electromagnéticas (luz visible, infrarrojo, ultravioleta, etc.). Todos los cuerpos emiten energía radiante dependiendo de su temperatura.

Energía Térmica o Calórica

Es la energía asociada a la temperatura de un cuerpo, relacionada con la energía cinética de sus partículas (átomos o moléculas). El calor es la transferencia de energía térmica entre cuerpos a diferente temperatura.

Energía Sonora

Se transmite a través de ondas mecánicas (ondas sonoras) que se propagan por un medio (aire, agua, sólidos).

Fuentes de Energía

Fuentes Renovables

Energía Hidráulica

Se obtiene del aprovechamiento de la energía potencial y cinética de una caída de agua, ya sea natural (ríos) o artificial (presas). Las instalaciones que transforman la energía del agua en energía eléctrica se llaman centrales hidroeléctricas.

Energía Solar

Llega desde el Sol hasta la Tierra en forma de radiación electromagnética. Se aprovecha principalmente de dos vías:

• Energía Solar Térmica: Utilizada para calentar un fluido, generalmente agua, a través de aparatos llamados colectores solares.
• Energía Solar Fotovoltaica: Permite la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica, a través de paneles fotovoltaicos.

Energía de la Biomasa

La biomasa es el conjunto de materia orgánica de origen animal o vegetal, procedente de la transformación natural o artificial de los restos de los seres vivos. La energía de la biomasa puede obtenerse a través de la quema directa o mediante una transformación para conseguir otro tipo de combustible, como el biogás o el biodiésel.

Energía Eólica

Es la energía cinética producida por el viento. Se aprovecha mediante aerogeneradores que transforman el movimiento de sus aspas en energía eléctrica.

Energía Geotérmica

Es la que proviene del calor presente en el interior de la Tierra. Se puede aprovechar mediante la perforación de la superficie terrestre, especialmente en zonas volcánicas o con aguas termales.

Energía Mareomotriz

Es la que se obtiene del movimiento ascendente y descendente del agua del mar producido por las mareas (energía potencial) y de las corrientes de marea (energía cinética).

Fuentes No Renovables

Energía de Combustibles Fósiles

Son aquellos que se formaron en el subsuelo terrestre, a partir de restos de seres vivos acumulados durante millones de años, en presencia de ciertas condiciones de presión y temperatura.

• Carbón mineral: Se utiliza principalmente para la obtención de energía eléctrica en las centrales térmicas, y en menor medida en la industria y calefacción.
• Petróleo: Los combustibles obtenidos a partir de su destilación fraccionada (gasolina, diésel, etc.) se emplean masivamente para producir energía eléctrica y, sobre todo, en el transporte.
• Gas natural: Se usa en las cocinas y para calefacción, como combustible en centrales térmicas y en ciertos vehículos.

Eficiencia y Degradación de la Energía

Eficiencia Energética

Es la relación entre la energía útil o deseable obtenida en una transformación y la energía inicial o recibida. Representa qué parte de la energía se aprovecha efectivamente.

Degradación de la Energía

En toda transformación energética, parte de la energía inicial se convierte en formas de energía no útiles o no deseadas (generalmente calor disipado al ambiente) que no pueden recuperarse fácilmente para realizar trabajo útil. Esto se relaciona con el segundo principio de la termodinámica.

Fórmulas y Conversiones Útiles

Cálculos de Energía, Potencia y Tiempo

• Para calcular el tiempo: Tiempo = Energía / Potencia
• Para calcular la energía: Energía = Potencia × Tiempo
• Para calcular la potencia: Potencia = Energía / Tiempo

Conversiones de Unidades

• 1 hora (h) = 60 minutos (min)
• 1 minuto (min) = 60 segundos (s)
• 1 día = 24 horas (h)
• 24 horas (h) = 1440 minutos (min)
• 1440 minutos (min) = 86,400 segundos (s)
• 1 kilovatio (kW) = 1000 vatios (W)
• 1 vatio (W) = 1 Joule por segundo (J/s) => 1 kW = 1000 J/s
• 1 caloría (cal) ≈ 4.18 Joules (J)
• 1 hora (h) = 3600 segundos (s)
• 1 kilovatio-hora (kWh) = 1 kW × 1 h = 1000 W × 3600 s = 3,600,000 Joules (J) = 3.6 MJ