Física de la Energía: Conceptos Fundamentales y Fuentes de Generación

Conceptos Fundamentales de la Energía

Definiciones Clave

• Energía: Capacidad de un objeto o de un sistema para realizar un trabajo o transformar algo.
• Potencia: Transferencia de energía por unidad de tiempo.

Principales Formas de Energía

La energía se manifiesta de diversas maneras, incluyendo:

• Mecánica
• Térmica
• Química
• Nuclear
• Radiante
• Eléctrica

Además, la energía puede clasificarse como primaria (directamente de la naturaleza) o secundaria (transformada a partir de una primaria).

Principio de Conservación de la Energía

La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Este principio es fundamental en la física y en todos los procesos energéticos.

Fuentes de Energía

Son recursos existentes en la naturaleza de los cuales podemos obtener energía utilizable en alguna de sus formas. Se clasifican en:

• Renovables: Aquellas que se regeneran naturalmente o son inagotables (ej. solar, eólica).
• No Renovables: Aquellas que existen en cantidades limitadas y se agotan con su uso (ej. carbón, petróleo).
• Convencionales: Fuentes ampliamente utilizadas y establecidas (ej. combustibles fósiles, hidroeléctrica).
• Alternativas: Fuentes menos tradicionales o en desarrollo (ej. geotérmica, mareomotriz).

Componentes Clave en la Generación y Distribución de Energía

Dispositivos de Transformación

• Turbina: Constituida por un rodete con paletas y un eje giratorio, tiene como función transformar en energía mecánica de rotación una energía en forma de viento, agua o vapor.
• Alternador: Máquina eléctrica capaz de transformar energía mecánica de rotación en energía eléctrica.
• Transformador: Elemento que nos permite cambiar la tensión y la intensidad de la corriente eléctrica.

Red Eléctrica

• Red de Transporte: Parte del sistema encargada de llevar la energía eléctrica desde las centrales hasta los grandes puntos de consumo, recorriendo enormes distancias.
• Red de Distribución: Encargada de repartir la energía eléctrica dentro de los centros de consumo hasta la tensión de uso.

Fórmula Fundamental de la Energía Eléctrica

La energía eléctrica (E) se puede calcular como el producto de la tensión (V), la intensidad (I) y el tiempo (t):

E = V × I × t

Tipos de Centrales Eléctricas y Fuentes de Energía Específicas

Centrales Hidroeléctricas

Se basan en el aprovechamiento de la energía potencial y cinética del agua de los ríos. El agua se lleva a una turbina, donde mueve los álabes y genera un movimiento de rotación de su eje.

Tipos de Centrales Hidroeléctricas:

• De agua fluyente
• De agua embalsada

Centrales Térmicas

Aquellas que aprovechan la energía térmica procedente de la combustión de fuentes energéticas como el carbón, gas natural o petróleo.

Tipos de Centrales Térmicas:

• De ciclo convencional
• De ciclo combinado (que cuentan con dos turbinas)

Centrales Nucleares

Tipo de central térmica que se diferencia de las anteriores en que la energía calorífica que mueve la turbina no procede de la combustión de gas, carbón o petróleo, sino de la fisión de átomos radiactivos. Se caracteriza por su gran potencia. La fisión es un proceso de rotura de núcleos; este proceso es exotérmico (libera energía).

Partes más destacadas de un Reactor Nuclear:

• Combustible (generalmente uranio)
• Barras de control (para regular la reacción)
• Refrigerante (para disipar el calor)

Energía Solar

Energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol.

Aprovechamientos de la Energía Solar:

• Centrales Termosolares: Convierten la radiación solar en calor para generar electricidad.
• Aprovechamiento de Baja Temperatura: Se trata de un aprovechamiento directo mediante un captador solar para calentar agua o espacios.

Energía Fotovoltaica

Se basa en el uso de materiales semiconductores (como el silicio). Al incidir fotones sobre el material semiconductor, se produce en su interior un movimiento de electrones, con lo cual se convierte en un pequeño generador eléctrico.

Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas:

• Instalaciones aisladas para autoconsumo
• Instalaciones conectadas a la red

Energía Eólica

Es la energía mecánica que, en forma de energía cinética, transporta el viento.

Aerogenerador

Elemento encargado de transformar la energía eólica en energía eléctrica. La potencia de un aerogenerador depende fundamentalmente de la velocidad del viento.

Partes de un Aerogenerador:

• Rotor (palas)
• Góndola (contiene el generador y otros componentes)
• Torre (soporte)

Energía Mareomotriz

En aquellos lugares donde existe una diferencia de altura importante entre la marea alta y baja, se construyen grandes estuarios o presas. Cuando baja la marea, se suelta el agua a través de una turbina hidráulica y es entonces cuando el alternador, al que está unida la turbina, genera energía eléctrica.

Energía de la Biomasa

Toda materia orgánica, originada en un proceso biológico (espontáneo o provocado), utilizable como fuente de energía.

Energía Geotérmica

Derivada del calor que se genera y se almacena en el interior de la Tierra.

Concepto de Rendimiento Energético

Rendimiento: Relación entre la energía obtenida en un proceso y la energía invertida en él. Es un indicador de la eficiencia de un sistema.