Energia i Mecanismes: Guia Completa de Fonts, Generació i Sistemes

Conceptes Clau d'Energia

L'energia és la capacitat d'un cos o d'un sistema per fer canvis.

• El Joule és la unitat del Sistema Internacional.
• La Kilocaloria és una unitat d'energia molt utilitzada en processos en què intervé la calor.
• El Kilowatt/hora (kWh) és la unitat que es fa servir per mesurar el consum d'energia elèctrica.

Classificació de les Fonts d'Energia

Segons l'Origen

• Les fonts renovables són inesgotables o es renoven a un ritme més gran del que es consumeixen.
• Les fonts no renovables no es renoven a curt termini i, per tant, s'esgoten.

Segons l'Ús

• Les fonts convencionals proporcionen la majoria de l'energia als diferents països.
• Les fonts no convencionals o alternatives són les que tenen un ús menys estès que les anteriors, tot i que cada vegada guanyen més importància, sobretot en el cas de les energies eòlica i solar.

Generació de l'Energia

La generació d'energia implica diverses transformacions, com les químiques, l'ús de generadors elèctrics o panells fotovoltaics.

Tipus de Centrals Elèctriques

• Centrals Tèrmiques de Combustió

  S'obté energia elèctrica a partir de combustibles com el petroli, el gas o el carbó.

• Centrals Tèrmiques Nuclears

  Emeten una gran quantitat d'energia nuclear i de neutrons que, al seu torn, poden trencar altres nuclis.

• Centrals Hidroelèctriques

  Aprofiten l'energia d'una massa d'aigua acumulada a una determinada altura per moure una turbina acoblada a un alternador que genera electricitat.

• Centrals Solar Tèrmica

  S'escalfa aigua per generar vapor i així poder moure la turbina acoblada a un generador. La diferència és que per escalfar l'aigua es fa servir directament la radiació solar.

• Centrals Solar Fotovoltaica

  Aprofita l'efecte fotoelèctric. Aquests materials formen les cèl·lules solars o fotovoltaiques, i un panell solar està format per diverses cèl·lules solars. Un convertidor transforma el corrent continu en corrent altern.

• Parcs Eòlics

  Aprofiten l'energia del vent per generar energia elèctrica. Estan formats per un conjunt d'aerogeneradors que transformen el moviment de les aspes en energia elèctrica.

Altres Fonts d'Energia

• L'Energia de la Biomassa

  La biomassa és una de les fonts d'energia més primitives i pot provenir de:

  • Residus forestals o agrícoles: per exemple, branques procedents de la poda d'arbres o de restes de boscos cremats o talats.
  • Conreus energètics: plantacions de conreus de creixement ràpid destinats, entre altres usos, a la producció d'energia.
  • Residus Sòlids Urbans (RSU): les escombraries que es generen es poden fer servir per produir biogàs i, a partir d'aquí, energia.

• Energia Geotèrmica

  L'interior de la Terra és una font contínua de calor. Aquesta font d'energia es pot aprofitar sobretot en zones volcàniques, on la diferència de temperatura entre l'interior terrestre i la superfície és més gran.

• Energia Mareomotriu

  Per aprofitar el moviment d'ascens i descens de l'aigua durant les marees, es construeixen centrals a prop de la costa.

Perspectives de Futur en l'Energia

La fusió nuclear, amb reaccions com les que es produeixen a l'interior del Sol, genera una gran quantitat d'energia amb un combustible inesgotable: l'hidrogen, que es pot aconseguir de l'aigua del mar. La pila d'hidrogen és fàcil de transportar, té molta autonomia energètica i no desprèn residus.

Màquines i Mecanismes

Conceptes Bàsics

• Una màquina és un conjunt d'elements que, en interactuar entre ells, són capaços de fer un treball o aplicar una força.
• Un mecanisme és un conjunt d'elements que interactuen i són capaços de produir moviment o fer una força.
• Un pinyó és una roda dentada o engranatge.
• Un pistó és un èmbol que puja i baixa dins el cilindre d'un motor.
• El cigonyal és un element mecànic que gira en un sistema de transformació de moviment rotatori en alternatiu.

Components i Mecanismes Simples

• La politja és una palanca de 1r grau que consisteix en una roda de superfície lateral amb forma de canal per on s'introdueix una corda o una corretja.
• El polispast és un conjunt de politges combinades de tal manera que poden elevar un gran pes fent molt poca força.
• El torn és un cilindre que consta d'una maneta que el fa girar, de manera que és capaç d'aixecar pesos amb menys esforç.

Sistemes de Transmissió

• La transmissió per engranatges consisteix en rodes que tenen dents en tot el perímetre extern i encaixen les unes amb les altres.
• La transmissió per corretja transmet el moviment d'una politja a l'altra.
• La transmissió per cadena i pinyó es basa en les baules d'una cadena que s'acoblen a les dents d'una roda.
• La transmissió per cadena està formada per una cadena i rodes dentades.

Altres Components Mecànics

• Una exèntrica és una roda que té una barra rígida a un punt del seu perímetre.

Motors de Combustió

• La combustió externa es produeix quan el combustible es crema fora del motor, com en la màquina de vapor.
• La combustió interna es produeix quan el combustible es crema dins de la màquina, com en el motor del cotxe.

Motor de 4 Temps

Utilitzat habitualment en els cotxes. Per generar energia, necessita combustible (que conté oxigen, gas necessari per cremar el combustible). El motor de quatre temps té quatre fases:

1. Admissió
2. Compressió
3. Explosió
4. Escapament

Motor de 2 Temps

Més senzill, s'utilitza en motos o màquines tallagespa. Funciona en dues fases:

1. Compressió-Explosió
2. Escapament-Admissió

Components Específics de Motors

• La biela és una barra articulada que va unida a la manovella en un sistema de transformació de moviment d'alternatiu a circular o viceversa.
• El condensador és un element d'una màquina de vapor on es refreda el vapor, condensant-se en aigua líquida que torna a la caldera.