Energía: Formas, Transformaciones y Fuentes Limpias

Energía: Formas, Transformaciones y Fuentes Limpias

Al encender una linterna, cargar el teléfono o poner a funcionar una licuadora, la energía cambia de forma: la que estaba guardada en las pilas o en el tomacorriente aparece como luz, calor o movimiento. Esa capacidad de producir cambios es lo que llamamos energía.

Este artículo explica qué es la energía y en qué unidades se mide, cuáles son sus formas y cómo se transforma en los aparatos de uso diario. También compara las fuentes renovables con las no renovables y muestra cómo se calcula el rendimiento, con una tabla y un ejercicio resuelto.

Qué es la energía y cómo se mide

La energía es la capacidad de un sistema para producir cambios: mover un objeto, calentarlo, iluminarlo o transformar su composición química.

Su unidad en el Sistema Internacional es el joule (J), llamado así en honor al físico inglés James Prescott Joule. Otra unidad que todavía se usa en alimentación es la caloría, y una caloría equivale a 4,18 joules.

La energía se presenta de dos maneras básicas. La energía cinética es la que tienen los cuerpos en movimiento, y depende de su masa y de su velocidad; la energía potencial es la que tienen por su posición o su estado, como el agua retenida en un embalse.

Un principio fundamental, la ley de conservación de la energía, dice que la energía no se crea ni se destruye: solo se transforma de una forma en otra. Por eso, cuando decimos que «se pierde» energía, en realidad queremos decir que se convierte en formas que no nos resultan útiles.

Las formas de la energía

Las formas de la energía se nombran según el fenómeno que las produce, y en un mismo aparato suelen aparecer varias a la vez.

• Cinética: la del viento que mueve las aspas de un aerogenerador, la del agua que cae por una tubería o la de una pelota en movimiento.
• Potencial gravitatoria: la del agua retenida en el embalse antes de caer, o la de un objeto sostenido en alto.
• Química: la guardada en las pilas, en los combustibles y en los alimentos; se libera cuando ocurre una reacción química.
• Eléctrica: la que transportan los cables y alimenta los aparatos del hogar y de la industria.
• Térmica: la asociada a la temperatura de los cuerpos, como el calor de una hornilla o el de los frenos de un vehículo.
• Radiante o luminosa: la que viaja como ondas, como la luz del Sol, la de una lámpara o la de un arco de soldadura.
• Sonora: la que transportan las ondas de sonido, como la que entrega una bocina en un gimnasio.
• Nuclear: la que se libera al partir o unir núcleos atómicos, y que se aprovecha en las centrales nucleares.

Transformaciones de la energía en la vida diaria

Casi todos los aparatos que usamos son convertidores de energía, y reconocer la cadena de transformaciones ayuda a entender cómo funcionan.

• La plancha y la hornilla eléctrica: transforman energía eléctrica en térmica, que es la que sirve para planchar o cocinar.
• La licuadora y el ventilador: transforman energía eléctrica en cinética; en el motor, la energía eléctrica se convierte primero en movimiento y una parte se disipa como calor.
• El cargador del teléfono: transforma energía eléctrica en química, que queda almacenada en la batería hasta que se usa.
• La radio y la bocina: transforman energía eléctrica en sonora, y también en una pequeña cantidad de calor.
• La dinamo de la bicicleta: hace el camino inverso, porque transforma la energía cinética de la rueda en energía eléctrica para encender la luz.
• Los frenos del vehículo: transforman energía cinética en térmica por la fricción, y por eso se calientan.
• El panel solar fotovoltaico: transforma energía radiante del Sol en energía eléctrica.
• El calentador solar de agua: transforma esa misma energía radiante en térmica, sin pasar por la electricidad.
• La central hidroeléctrica: el agua del embalse baja, su energía potencial se vuelve cinética y las turbinas la convierten en energía eléctrica.
• El aerogenerador: transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica.

Fuentes renovables y no renovables

Las fuentes no renovables existen en cantidad limitada y se agotan al usarlas. El carbón mineral, el petróleo y el gas natural son combustibles fósiles: al quemarse liberan la energía química que guardan y producen dióxido de carbono.

Las fuentes renovables se reponen de forma natural en plazos cortos, así que no se agotan al ritmo del consumo humano. Entre ellas están la energía solar, la eólica, la hidroeléctrica, la geotérmica, la mareomotriz y la biomasa.

La radiación solar, por ejemplo, se caracteriza por ser renovable y por estar disponible en casi todo el planeta, aunque de forma variable según la hora y el clima. Esa variabilidad explica por qué las fuentes renovables suelen combinarse entre sí y con sistemas de almacenamiento: la mareomotriz aprovecha las mareas y la undimotriz el movimiento de las olas, y el bombeo de agua entre dos embalses guarda energía para cuando no hay sol ni viento.

Conviene no confundir «renovable» con «limpia». Las renovables emiten muy poco dióxido de carbono mientras funcionan, por eso se llaman energías limpias o amigables con el ambiente; sin embargo, también tienen impactos que se deben manejar, como el uso de territorio de una planta solar o la interrupción de un río por una represa.

Las Naciones Unidas advierten que el consumo de energía causa alrededor del 60 % de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Además, unos 660 millones de personas siguen sin acceso a la electricidad.

La energía nuclear no es renovable, porque depende del uranio, pero emite muy poco dióxido de carbono al operar. Es una discusión técnica habitual distinguir entre el agotamiento del recurso y la limpieza de las emisiones.

Los datos que publica la Agencia Internacional de Energías Renovables muestran que la capacidad mundial de generación renovable supera ya los 5.100 gigavatios, más del doble de la registrada en 2014. Esa expansión también se refleja en el empleo: el sector ocupa a más de 16 millones de personas en el mundo.

La energía en la industria, la salud y el hogar

En la industria, la energía térmica de los hornos funde el metal, y en el arco de soldadura la energía eléctrica se convierte en calor y luz para unir piezas. Los motores eléctricos, por su parte, mueven las bandas transportadoras y la maquinaria de las fábricas.

En la salud, el tratamiento térmico aplicado a la leche sirve para eliminar microorganismos y conservarla por más tiempo, y el autoclave usa vapor a presión para esterilizar instrumentos quirúrgicos. La energía radiante se emplea en radioterapia para tratar tumores y en radiografías para el diagnóstico.

Un caso que aparece en las pruebas es el de los establecimientos de salud con electricidad poco confiable: sin electricidad no funciona la refrigeración, y la falta de esta cadena de frío impide conservar vacunas y medicamentos.

La energía sonora también tiene usos médicos: la ecografía emplea ondas de sonido para observar órganos sin radiación, y la resonancia magnética combina campos magnéticos con ondas de radio para obtener imágenes detalladas. El uso médico de los rayos X comenzó con su descubrimiento por Wilhelm Röntgen, en 1895.

En el hogar, la energía eléctrica alimenta la iluminación, la refrigeración, la cocina y el entretenimiento. Elegir aparatos eficientes y apagar lo que no se usa reduce el consumo y también el gasto de la factura.

Eficiencia energética y ahorro

Ningún aparato aprovecha toda la energía que recibe: una parte siempre se convierte en formas no útiles, sobre todo calor por la fricción. La eficiencia o rendimiento mide qué proporción de la energía de entrada se convierte en energía útil.

Se calcula dividiendo la energía útil entre la energía total de entrada y multiplicando por 100 para expresarla en porcentaje. Como siempre hay pérdidas, el rendimiento de cualquier máquina real es menor que 100 %.

El aislante reduce el consumo de la calefacción y del aire acondicionado porque disminuye el paso del calor entre el interior y el exterior. En la iluminación, una lámpara LED entrega la misma luz que una incandescente consumiendo bastante menos energía, y en una lavandería, el equipo más eficiente es el que lava la misma cantidad de ropa con menos electricidad, agua y detergente.

En la industria, el calor que sale de un proceso se puede reaprovechar para calentar agua o generar electricidad en un sistema de cogeneración. En el transporte, un vehículo eléctrico aprovecha mucha más energía que uno de combustión, y en la red una parte se pierde como calor en los conductores durante la transmisión.

Un refrigerador no produce frío: transporta calor desde el interior hacia el exterior, y por eso sus rejillas se calientan.

Ahorrar energía no solo baja el costo: también reduce la cantidad de combustible que hay que quemar para producirla, y con ella las emisiones.

Ejercicio resuelto paso a paso

Tabla de síntesis: transformaciones de la energía

Estrategias para el examen y errores frecuentes

Conclusión

La energía es la capacidad de producir cambios y se mide en joules. Se presenta como cinética, potencial, química, eléctrica, térmica, radiante, sonora y nuclear, y su ley fundamental dice que se transforma, pero no se crea ni se destruye.

Reconocer las cadenas de transformación permite entender desde una plancha hasta una central hidroeléctrica, y también por qué en todo aparato una parte de la energía se pierde como calor.

Las fuentes renovables se reponen de forma natural y emiten poco dióxido de carbono al operar, mientras las no renovables son limitadas y, en su mayoría, combustibles fósiles, a las que se suma la nuclear porque depende del uranio. La eficiencia energética une ambos mundos: hacer el mismo trabajo con menos energía reduce el costo y las emisiones.

Con las formas, las transformaciones y la fórmula del rendimiento claras, los ítems de energía cotidiana, de aplicaciones en salud e industria y de fuentes limpias se resuelven por razonamiento y no por memoria.

Sigue estudiando: Efecto invernadero: Funcionamiento y gases y El ciclo del carbono y su alteración antropogénica.