Desde el inicio de la civilización, el hombre ha utilizado la energía para su beneficio. Inicialmente, su única fuente de energía era el Sol. Posteriormente se usó la madera para la calefacción y los animales (que se alimentaban de vegetales) para el transporte; es decir, se aprovechaba de cierta manera la energía solar absorbida por las plantas en la fotosíntesis.

Los chinos empleaban el carbón hace 2000 años, los griegos lo utilizaban especialmente en la fundición del bronce y en Europa desde el siglo XII se conoce el carbón mineral (coque) aplicado en la herrería y la fundición. Con este combustible se hizo funcionar la primera máquina de vapor y antes se usaron el molino de viento y la rueda de agua.

Los primeros usos que se dieron al petróleo fueron para el alumbrado, el asfalto y los materiales de construcción; se sabe que los mayas utilizaban el chapopote para estos fines, y en la India se empleaba gas natural como combustible.

El petróleo, como energético, cobró importancia en 1859, y con ello el desarrollo de los motores de combustión interna que son la base del automóvil y del aeroplano. Por otra parte, la primera estación de energía eléctrica se construyó en 1882, y el desarrollo de la energía nuclear y sus impresionantes aplicaciones se inició en 1938.

Así, desde el fuego hasta la energía nuclear, la humanidad ha ido haciendo suyas las fuentes de energía y esto ha permitido su extraordinario desarrollo tecnológico; sin embargo, el empleo desordenado de estas fuentes ha traído como consecuencia grandes problemas socioeconómicos, políticos y ecológicos. En la crisis de energéticos (1972-1974) se tomó conciencia por primera vez que el petróleo sería escaso y costoso a fines del siglo XX y esto obligó a buscar otras opciones de energéticos, entre ellas, la fuente original: la Energía Solar.

Energía Solar

El Sol es nuestra principal fuente de energía, el cual llega a la Tierra en forma de luz y calor. La cantidad de energía que recibimos del astro es tal que con una sola parte de ella podríamos satisfacer todas las necesidades energéticas de nuestro planeta. Entonces ¿cuál es la razón por la que se ha tenido que recurrir a otras fuentes de energía?

El Sol es una fuente continua de energía, pero la luz que llega a la tierra depende de las condiciones climatológicas, además de que se interrumpe durante la noche, por lo que es necesario resolver el problema de cómo captarla y poder convertirla en otras formas de energía a utilizarse o almacenarse.

En la actualidad ya se obtiene energía eléctrica a partir del Sol. Existe un método en el cual se emplean varios kilómetros cuadrados de terreno cubiertos de celdas que almacenan la energía solar y la convierten en electricidad. A estas celdas se les denomina celdas fotovoltaicas.

Otra alternativa para concentrar la luz solar es la utilización de espejos o lentes. Para el uso doméstico, se puede acondicionar un sistema de recolección de energía solar en los techos de las casas, para utilizarla en la calefacción.

Como se mencionó, otro de los problemas que el hombre está tratando de resolver es el almacenamiento de la energía solar. Esto se ha podido hacer transformándola en energía química, como es el caso del hidrógeno, cuyo proceso se muestra en el siguiente esquema:

x Combustible E

En primer lugar, la energía solar se transforma en energía eléctrica, y ésta se emplea en la electrólisis del agua, obteniéndose oxígeno e hidrógeno, el cual se puede almacenar y transportar para ser utilizado como combustible.

Energía de hidrógeno

Quién haya leído La Isla Misteriosa de Julio Verne, recordará las palabras del capitán Nemo, el personaje principal: “Si amigos, creo que el agua será un día empleada como combustible, que sus constituyentes, hidrógeno y oxígeno, utilizados aislada o simultáneamente, proporcionarán una fuente inagotable de luz y calor”.

Lo que no era más que un sueño está en camino de convertirse en realidad, ya que el hidrógeno, obtenido del agua, constituirá en el siglo XXI una de las principales fuentes de energía.

A temperatura ambiente, el hidrógeno no reacciona con el oxígeno, pero a 600 ºC aproximadamente, la reacción es muy violenta y libera gran cantidad de energía produciendo agua, de acuerdo a la siguiente reacción 2H2 + O2 H2O. Esta energía se puede utilizar como sustituto de gasolina u otros combustibles. El hidrógeno, entonces, es considerado como el combustible ideal, ofreciendo ventajas sobre otros con la única desventaja de necesitar de enormes depósitos para su almacenamiento.

Energía eólica

Calentadas por rayos solares (energía solar) las masas de aire se ponen en movimiento (más adelante, en este curso, conocerás la explicación del fenómeno) y producen lo que conocemos como vientos a partir de los cuales se obtiene la energía eólica. Nuestros antepasados explotaron durante miles de años esta fuente de energía, por ejemplo, los egipcios, 3000 años antes de nuestra era, ya navegaban por el Nilo gracias a la acción de los vientos y en el siglo VII existían molinos de vientos para moler grano.

Actualmente existen máquinas eólicas que captan energía del viento (como los molinos holandeses), independientemente de la dirección del mismo, y son utilizadas para bombear agua y producir electricidad.

Energía de las mareas

Otra forma de energía, que comienza a impactar en importantes proyectos, es la que se obtiene a partir de la fuerza de las mareas. En las llamadas centrales mareo-motrices, el desnivel de las mareas se utiliza de forma semejante al de las centrales hidroeléctrica, que generan electricidad a partir de la energía de una caída de agua.

Para captar la energía de las mareas debe construirse una presa en una bahía. Con la marea (ascendente o descendente), el agua circula de la presa a la bahía y viceversa. La energía marítima se transforma en corriente eléctrica por medio de conjuntos turbinaalternador, capaces de funcionar en los dos sentidos de flujo. La potencia desarrollada depende del volumen útil de la presa y el desnivel máximo entre ésta y la bahía.

Energía geotérmica

A medida que se penetra en el interior del planeta, la temperatura aumenta. En promedio aumenta 1ºC cada 33 metros. Esto varía de unas regiones a otras, dependiendo de numerosos factores, entre lo que sobresalen: la conductividad térmica de las rocas, el tipo de reacciones químicas que hay en la zona, la presencia y cantidad de sustancias radioactivas, y la proximidad de rocas eruptivas que pueden proveer calor. Este aumento en la temperatura es la manifestación de la energía geotérmica.

Las centrales geotérmicas, llamadas de alta energía explotan sistemáticamente las fuentes de agua caliente y en ocasiones de agua hierviendo que expulsan chorros de vapor a 240 °C. El vapor es recogido por canales y después es conducido bajo presión a las turbinas generadoras de electricidad.

Biogas

Hay una fuente de energía todavía más sorprendente: el estiércol, que está formado por restos orgánicos vegetales y excrementos de animales, el cual se utiliza como abono y puede tener aplicaciones insospechadas.

La fermentación del estiércol proporciona biogas (gas producido por procesos biológicos), que es semejante al gas natural y tiene principalmente metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) el biogas es un combustible de buena calidad y de fácil obtención. Los excrementos de una vaca en un año permiten obtener aproximadamente 500 m³ de gas, o sea el equivalente a 300 litros de gasolina.

Después de la producción de este gas, los residuos de la fermentación siguen siendo utilizables como fertilizantes. Desde el punto de vista de la ecología, el biogas representa una fuente de energía especialmente interesante, ya que no es perjudicial para el ambiente.

ACTIVIDAD DE REGULACIÓN

Identifica a que tipo de energía hacen referencia las siguientes afirmaciones:

En esta actividad deberás de anotar, en los renglones, a qué típo de energía hacen referencia las siguientes afirmaciones:

La energía que se obtiene es a través de la luz y/o de calor: ____________________

Es un tipo de energía que se ha aprovechado desde años muy remotos, ya que se obtiene a partir del movimiento de las masas de ____________________ aire:

EXPLICACIÓN INTEGRADORA

Bien, ahora ya sabes que…

La energía está presente en todo lo que ocurre en los seres vivos; los cambios físicos y hasta los procesos estelares.

Así como la fuerza es una manifestación de energía, por tanto cuando un cuerpo se mueve desde su estado de reposo con una velocidad, el movimiento que se produce hace que el cuerpo gane energía cinética o de movimiento.

La energía térmica es el movimiento de partículas que produce en los cuerpos una energía interna que es la suma de las energías cinética (de movimiento) y potencial (de posición) de sus partículas.

La temperatura es un intercambio de energía térmica; la cual indica que dos objetos están en equilibrio térmico. Y bien, el calor es el intercambio de energía térmica entre un cuerpo que la pierde y otra que la gana.