Fundamentos de la Energía: Cálculos, Fuentes y Eficiencia Energética

Cálculos Energéticos en Sistemas Hidroeléctricos

A continuación, se presentan los datos iniciales para los cálculos:

• Masa de agua: 10.000 kg
• Altura de la presa: 12 m
• Gravedad: 9,8 m/s²

a) Cálculo de la Energía Cinética y la Velocidad de la Turbina

Primero, calculamos la energía potencial gravitatoria del agua, que se convertirá en energía cinética al caer:

• Energía Potencial Gravitatoria (Ep):
• Ep = masa × gravedad × altura
• Ep = 10.000 kg × 9,8 m/s² × 12 m = 1.176.000 julios (J)

Toda la energía potencial gravitatoria se transforma en energía cinética al caer el agua los 12 metros. Por lo tanto, la energía cinética máxima que puede alcanzar el agua es igual a la energía potencial gravitatoria inicial.

• Energía Cinética (Ec):
• Ec = 1.176.000 J

Ahora, calculamos la velocidad de la turbina utilizando la fórmula de la energía cinética:

• Ec = 1/2 × masa × velocidad²
• 1.176.000 J = 1/2 × 10.000 kg × velocidad²
• velocidad² = (1.176.000 × 2) / 10.000
• velocidad² = 2.352.000 / 10.000 = 235,2
• velocidad = √235,2 ≈ 15,34 m/s

b) Cálculo de la Energía Eléctrica Producida

Si el rendimiento de la conversión de energía cinética a energía eléctrica es del 60%, la energía eléctrica producida se calcula de la siguiente manera:

• Rendimiento: 60% (0,60)
• Energía Eléctrica Producida:
• Energía Eléctrica = Energía Cinética × Rendimiento
• Energía Eléctrica = 1.176.000 J × 0,60 = 705.600 julios (J)

Esto significa que el 60% de la energía cinética se convierte efectivamente en energía eléctrica.

Aparatos que Transforman Energía

Identifica el aparato que realiza las siguientes transformaciones energéticas:

• Energía eléctrica en mecánica: Motor eléctrico
• Energía nuclear en térmica: Reactor nuclear
• Energía química en mecánica: Motor de combustión interna

Fuentes de Energía: Petróleo y Solar

a) Desventajas del Petróleo

El petróleo, a pesar de su amplio uso, presenta varias desventajas significativas:

• Transporte: Requiere una compleja logística para su traslado desde los centros de extracción hasta los de consumo. Esto implica el uso de grandes barcos petroleros (en el mar) y oleoductos (en tierra), lo que conlleva riesgos ambientales como derrames y la necesidad de una vasta infraestructura.
• Refino, Almacenamiento y Distribución: La comercialización de sus productos elaborados (gasolinas, diésel, etc.) exige una extensa red de refinerías, instalaciones de almacenamiento y puntos de distribución (gasolineras) que deben cubrir amplias áreas geográficas, lo que implica altos costos y un impacto ambiental considerable.

b) Ventajas de la Energía Solar

La energía solar, como fuente de energía renovable, ofrece múltiples beneficios:

• Es una energía no contaminante durante su operación, contribuyendo a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.
• Proviene de una fuente de energía inagotable (el sol), garantizando su disponibilidad a largo plazo.
• Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas remotas o donde el tendido eléctrico no llega, o su instalación es dificultosa y costosa.
• Los sistemas de captación solar son de fácil mantenimiento, lo que reduce los costos operativos a largo plazo.
• El costo de la tecnología disminuye a medida que avanza la investigación y la producción en masa, haciéndola cada vez más accesible.

Esquema de una Central Energética

A continuación, se presenta un esquema representativo de una central energética:

Energía Nuclear: Concepto, Peligros y Debate

Concepto de Energía Nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Este término también abarca el aprovechamiento de dicha energía para diversos fines, como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, con aplicaciones tanto pacíficas como bélicas.

Peligros Asociados a la Energía Nuclear

Los peligros más importantes de la energía nuclear incluyen la radiación y el riesgo, aunque muy improbable con los sistemas de seguridad actuales, de una posible explosión nuclear. Nos centraremos principalmente en la radiación, por ser el riesgo más constante y representativo.

Argumentos a Favor y en Contra de la Energía Nuclear

• A favor:
  • Alta capacidad de generación: Las centrales nucleares producen grandes cantidades de energía eléctrica de forma continua, lo que contribuye a la estabilidad de la red y a la independencia energética de un país.
  • Bajas emisiones de CO2: Durante su operación, las centrales nucleares no emiten gases de efecto invernadero, lo que las convierte en una opción para combatir el cambio climático.
• En contra:
  • Gestión de residuos radiactivos: Genera residuos altamente radiactivos que requieren un almacenamiento seguro y a largo plazo, lo que representa un desafío técnico y ambiental significativo.
  • Riesgo de accidentes graves: Aunque poco frecuentes, los accidentes nucleares (como Chernóbil o Fukushima) pueden tener consecuencias devastadoras para la salud humana y el medio ambiente a largo plazo.
  • Uso bélico: La tecnología nuclear puede ser desviada para la fabricación de armas atómicas, lo que representa una amenaza global.

Medidas para la Conservación y Eficiencia Energética

Para promover la conservación y la eficiencia energética, se pueden implementar diversas medidas:

• Disminuir la dependencia del petróleo: Reducir el consumo de derivados del petróleo, especialmente en el sector transporte, y buscar alternativas para la producción de electricidad.
• Potenciar medidas técnicas y fiscales de eficiencia energética: Fomentar el uso de vehículos, equipos domésticos e industriales que ahorren energía sin comprometer su rendimiento. Esto puede incluir incentivos fiscales o normativas de eficiencia.
• Producir electricidad de forma más eficiente: Sustituir las centrales térmicas de derivados del petróleo por plantas de ciclo combinado que utilizan gas natural, las cuales son considerablemente más eficientes.
• Impulsar el uso de fuentes de energía renovables: Promover el desarrollo y la implementación de energías como la eólica y la solar, donde España ya es una potencia o tiene un gran potencial de crecimiento.