Dra. Cecilia Martín del Campo Márquez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México
Archivo: Ingeniería
El conocimiento sobre el origen de la energía, sus formas, sus procesos de transformación, sus eficiencias y sus impactos ambientales es actualmente indispensable para todas las personas que deseen utilizar la energía de manera eficiente. Por otro lado, los gobiernos de todos los países deben planear sus desarrollos tecnológicos para obtener seguridad energética, sustentabilidad económica y social, sin olvidar la responsabilidad con el medio ambiente. La Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) cuenta con el Departamento de Sistemas Energéticos que se ocupa de formar ingenieros, maestros y doctores con estos conocimientos, así mismo, tiene proyectos de vinculación con el sector de investigación e industrial. A continuación se presenta una breve introducción al tema de energía con un vocabulario accesible a todo público.
La energía es indispensable para realizar todas y cada una de las actividades del ser humano. La energía se utiliza todo el tiempo y para todo. Para realizar cualquier trabajo se requiere energía. La energía se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Las unidades de energía, al igual que las unidades de trabajo, se obtienen al multiplicar la fuerza por tiempo. La unidad de medida en el Sistema Internacional se llama joule. La energía es utilizada para: operar las fábricas e industrias; acondicionar la temperatura de edificios (hogares, escuelas, oficinas, etc.); iluminar edificios y vías públicas; mover autos, aviones, trenes y barcos; hacer funcionar aparatos y máquinas; hacer funcionar la televisión y el cine; que funciones los teléfonos y las computadoras; cocinar alimentos; y también para actividades cotidianas como dormir, sentarse, pararse, caminar, etc.
Desde el punto de vista físico, existen dos tipos de energía: la energía potencial y la energía cinética. La energía potencial es un tipo inactivo de energía almacenada disponible para ser utilizada, es la energía que tienen los cuerpos en virtud de su posición o configuración (forma o estructura). Por ejemplo un resorte comprimido tiene energía potencial elástica, porque a medida que se estire realizará trabajo. Una caída de agua tiene energía potencial gravitacional, ya que se puede utilizar para hacer trabajo. Un trozo de carbón tiene energía potencial almacenada, se trata de energía química que puede ser transformada en calor mediante un proceso de combustión.
La energía cinética es un tipo de energía que efectúa trabajo en forma activa. Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de su movimiento. La energía cinética de un cuerpo depende de su masa y de la velocidad que lleva. Un cuerpo en movimiento puede realizar trabajo sobre otro al golpearlo, un ejemplo es la energía cinética del agua en una cascada o río.
La energía puede transformarse de un tipo a otro, pero la energía total no aumenta ni disminuye, se conserva. Cualquier máquina, para funcionar, no importa su tamaño o uso, requiere de una fuente de energía, que puede ser mecánica, química, térmica o eléctrica. Asimismo, la energía eléctrica que llega a nuestro hogar puede transformarse en otras formas de energía como luz, calor, sonido, trabajo mecánico, etc. De acuerdo a las leyes de la termodinámica, cuando una forma de energía (agua en movimiento) se transforma en otra (rueda en movimiento), parte de esa energía se “pierde” en forma de calor debido a la fricción. A continuación se presentan las principales formas de energía:
La energía mecánica se refiere a la energía que poseen los cuerpos en virtud de su posición o movimiento. Un ejemplo es la energía hidráulica, que es primero energía potencial, cuando el agua de un río es detenida por la cortina de una presa y se establece una diferencia de altura, y después es energía cinética cuando se deja caer el agua de la presa. Dicha energía cinética es la que se utiliza para mover la turbina y convertirse en energía eléctrica mediante un generador. En el caso de la energía eólica la energía cinética del viento se utiliza para mover el aerogenerador.
La energía química es la energía liberada cuando la composición química de los materiales cambia. Se libera energía química al quemar combustibles en la reacción de oxidación. Las pilas son dispositivos que convierten la energía química generada por la reacción de sus componentes en energía eléctrica
La energía térmica es energía calorífica, es utilizada en procesos industriales y es frecuentemente utilizada para generar electricidad. El calor es la energía térmica asociada con el movimiento de las partículas que constituyen una sustancia. La energía térmica puede tener su origen en reacciones de combustión, en reacciones nucleares de fisión y fusión, en radiación solar o en energía geotérmica.
La energía eléctrica es el movimiento de electrones. La corriente eléctrica es el flujo continuo de electrones a través de un material conductor.
La energía electromagnética se refiere a la energía que se mueve a la velocidad de la luz en un patrón ondular armónico.
La energía radiante es la energía en la luz. La energía del sol nos llega en forma de energía radiante. La energía luminosa se puede obtener a partir de lámparas eléctricas de cualquier clase.
La energía acústica se manifiesta en los fenómenos sonoros como en los relámpagos.
La energía nuclear es la que une a los nucleones en el núcleo de un átomo. Es liberada cuando un elemento cambia la composición de su núcleo. Se trata de energía de fisión nuclear cuando un núcleo pesado se divide, de fusión nuclear cuando dos núcleos ligeros se unen y de decaimiento radiactivo cuando un núcleo atómico emite partículas alfa, beta o gamma para tender a un estado más estable. Se usa también el término de energía atómica para este tipo de energía debido a que el núcleo se encuentra en el átomo. En la figura se muestra un ejemplo de reacción de fisión; un neutrón provoca la fisión del átomo de Uranio-235, se forman dos átomos de menor peso y se liberan dos neutrones. La masa de los reactivos (un neutrón más el Uranio-235) es superior a la de los productos (dos productos de fisión, más dos neutrones) y esta diferencia de masa se transforma en una gran cantidad de energía en forma de calor.
Ejemplo de Fisión Nuclear, Cecilia Martín del Campo
Como ya se mencionó, una forma de energía se transforma en otra. Al quemar madera o cualquier combustible se transforma energía química en energía térmica y luminosa. En una planta nucleoeléctrica, la energía de la fisión nuclear se transforma en una gran cantidad de calor que se emplea para producir vapor de agua, el cual hace girar las turbinas que conectadas a un generador producen energía eléctrica. En el hogar la energía eléctrica se convierte en energía luminosa al encender un interruptor de luz; se convierte en energía mecánica al emplear una batidora o máquina de lavar, y en energía térmica de nuevo cuando se emplea una secadora de pelo o un tostador.
Cecilia Martín del Campo Márquez es ingeniera en energía, ingeniera nuclear, doctora en ciencias físicas, especialidad en Física de Reactores Nucleares. Profesora de Carrera de la Facultad de Ingeniería de la UNAM. Nivel I del Sistema Nacional de Investigadores. Académica Titular de la Especialidad de Ingeniería Nuclear de la Academia de Ingeniería. Representante de la Facultad de Ingeniería ante el Subcomité Académico del Campo de Conocimiento de Energía del Posgrado de Ingeniería - UNAM. Miembro del Consejo Consultivo del Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal. Presidenta (2010-2011) de la Sociedad Nuclear Mexicana. Representante de las Asociaciones Civiles relacionadas con el Sector Energía en el Consejo Directivo del Consejo Mundial de Energía, Capítulo México (2010). Secretaria de la Coordinación Regional V de la Academia de Ingeniería de México (2010-2012). Premio Sor Juana Inés de la Cruz 2010 de la UNAM.