Fuentes de Energía: Tipos y Características

La energía es la capacidad para producir un trabajo. Existen diversas fuentes de energía, cada una con sus propias características y aplicaciones.

Tipos de Energía

  • Energía Nuclear: Sistema que permite obtener grandes cantidades de energía.
  • Energía Hidroeléctrica: Los embalses de agua cumplen una doble misión: sirven de reserva de agua para cubrir las necesidades del ser humano en época de sequía y producen energía eléctrica.
  • Energía Solar: En aquellas regiones donde el número de días de sol es frecuente y, por tanto, disponen de un elevado número de horas de exposición, la energía se puede transformar en energía eléctrica.
  • Energía de Biocombustibles: La materia orgánica, mediante las bacterias anaerobias, se descompone en subproductos que, recogidos convenientemente, pueden ser utilizados como combustibles y generar energía.
  • Energía Mareomotriz: En algunas regiones donde las mareas son importantes, es posible aprovechar los desplazamientos del agua para la obtención de energía eléctrica.
  • Energía de Combustión: Los combustibles sólidos (leña, carbón), junto con los combustibles derivados del petróleo, proporcionan en la actualidad la mayor parte de la energía utilizada por el ser humano.
  • Energía Eólica: En ciertos lugares donde los vientos son fuertes y persistentes, estos se pueden aprovechar para producir energía eléctrica, drenar el terreno, moler el grano o impulsar barcos.
  • Energía Geotérmica: El calor de algunas zonas del interior de la Tierra es tan intenso que se puede aprovechar utilizando directamente su energía calorífica o transformándolo en electricidad.

Clasificación de las Fuentes de Energía

  • Energías Renovables: Se caracterizan por ser poco contaminantes, suelen ser más caras y tienen en común que se regeneran rápidamente.
  • Energías No Renovables: Entre las que se encuentran los recursos energéticos fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, así como la energía nuclear, se caracterizan porque suelen producir mayores deterioros medioambientales y sus reservas son limitadas.

Combustibles Fósiles

Los combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo y el gas natural, se originan a partir de restos vegetales y organismos vivos que, durante miles de años, se fueron acumulando en lugares determinados.

El Carbón

El carbón es un combustible fósil de color negro y baja densidad. Su poder calorífico es bastante alto, existiendo notables diferencias en función del tipo de carbón.

  • Turbas: Se consideran los carbones más recientes y de menor poder calorífico. Se forman en terrenos pantanosos por superposición de restos vegetales.
  • Lignitos: Carbones blandos formados a partir de vegetación del tipo de las coníferas, pertenecientes a la era secundaria y terciaria principalmente.
  • Hullas: Se caracterizan por su mayor dureza, color negro brillante con bandas mates y un contenido en carbono superior al de los lignitos e inferior al de las antracitas.
  • Antracitas: Son los carbones de mayor antigüedad, de aspecto vidrioso, color negro y muy compacto. Al tacto, no tiznan los dedos.

Petróleo y Gas Natural

El petróleo se puede considerar como un aceite resultado de la mezcla de hidrocarburos, de color negro y oscuro, cuya densidad es menor que la del agua. Se origina por la acción de ciertas bacterias anaerobias capaces de transformar los restos de organismos vivos hasta obtener un residuo constituido por carbono e hidrógeno.

El gas natural: Hasta hace pocos años, el gas que aparecía en las explotaciones petrolíferas o el que se controlaba de forma aislada en el interior de la tierra no se podía aprovechar debido a los numerosos problemas que ocasionaba su almacenamiento y transporte. Por eso, las compañías petrolíferas, en un despilfarro energético, lo quemaban.

Transformación de Energía Térmica en Mecánica: Motores y Turbinas

Uno de los mayores avances de nuestra civilización fue la invención de la máquina térmica. En una máquina térmica, necesitamos una fuente de energía para la obtención del calor, así como un fluido que sea capaz de captar el calor generado para poner en movimiento una serie de mecanismos encargados de producir un efecto útil.

Máquina de Vapor

La primera máquina de vapor la construyó Thomas Newcomen en 1712, basándose en las ideas de Denis Papin. Este diseño se empleó durante casi un siglo para achicar agua en las minas, pero el rendimiento era poco satisfactorio, ya que el vapor de agua se enfriaba en el propio cilindro.

Turbinas

Las turbinas se caracterizan porque el fluido motor, que puede ser vapor o gas a presión, es conducido lateralmente hacia los álabes o paletas de una rueda, provocando que esta gire a gran velocidad.

Motores de Reacción

La propulsión por reacción se basa en el principio de acción y reacción, según el cual a toda fuerza aplicada se le opone otra del mismo valor, pero de sentido contrario. Entre las ventajas de la propulsión por reacción se encuentra el que, para una misma potencia a generar, los motores suelen ser más reducidos, por lo que son más ligeros y ofrecen una menor resistencia al avance por rozamientos.

Componentes principales:

  • Compresor: aspira el aire para aumentar el volumen de gases expulsados.
  • Cámara de combustión: se inyecta el combustible.
  • Turbina: gira como consecuencia de la expansión y salida de los gases.
  • Tobera de impulsión: su diámetro se reduce ligeramente para incrementar la velocidad de salida de los gases y aumentar la propulsión.

Motores de Combustión Interna

Un motor es toda máquina capaz de transformar una energía cualquiera en energía mecánica o de trabajo.

En la década de 1860, Otto fabricó en Alemania el primer motor de combustión interna. Desde entonces hasta nuestros días, muchas cosas han cambiado, pero básicamente este tipo de motores funcionan aplicando los mismos principios. En los motores de combustión interna, la fuerza que se genera se produce por la combustión o explosión de un gas o líquido en un cilindro, cuyo interior se llama émbolo o pistón.

Funcionamiento básico:

  1. Admisión: Se introduce un volumen de combustible en el cilindro, creando un vacío que aspira aire o mezcla de gas-combustible por una válvula.
  2. Compresión: El pistón asciende, comprimiendo la carga.
  3. Explosión/Combustión: La carga se inflama (por chispa o presión/temperatura).
  4. Escape: Los gases quemados son expulsados.

Normalmente, los motores tienen más de un cilindro.

Componentes del Motor

  • Biela: Elemento que sirve de unión entre el pistón y el cigüeñal.
    • Cuerpo: Tiene forma de L y su sección es creciente desde el pie a la cabeza.
    • Pie: Extremo que se une mediante un bulón al pistón.
    • Cabeza: Extremo que se articula sobre el cigüeñal.
  • Cigüeñal: Eje provisto de un número de muñequillas excéntricas al mismo, que transforma el movimiento rectilíneo alternativo del pistón.