Fuentes de Energía
Este artículo es una expansión del contenido de la información sobre derecho ambiental, en esta revista de derecho de empresa. Aparte de ofrecer nuevas ideas y consejos clásicos, examina el concepto y los conocimientos necesarios para sobresalir, sobre este tema. Te explicamos, en el contexto del medio ambiente, qué es, sus características y contexto. Nota: Consulte asimismo, como una subcategoría, las Fuentes Alternativas de Energía, incluyendo la energía renovable. Las fuentes de energía son sustancias o procesos que tienen una concentración de energía lo suficientemente alta como para que puedan transferirse fácilmente de un estado energético superior a otro inferior bajo control humano, de modo que la diferencia pueda utilizarse para fines humanos. A excepción de la energía de las mareas, que se deriva de la mecánica del sistema solar, del combustible nuclear y de la energía geotérmica, que también se deriva de la desintegración de los núcleos pesados producidos por la fusión nuclear en el núcleo de las viejas estrellas que explotaron como supernovas, el Sol es la fuente de toda la energía terrestre, y los procesos nucleares también participan en la producción de energía.
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Fuentes de Energía
En ingeniería mecánica, las fuentes de energía hacen referencia a una fuente de la que se puede obtener energía para proporcionar calor, luz o potencia. El término energía se utiliza para describir una cantidad de trabajo realizado.
Hay dos tipos de energía, la energía cinética, que significa trabajo realizado por el movimiento de la materia, y la energía potencial, que significa trabajo almacenado o en reposo en la materia. En el estado cinético o potencial, la energía adopta una de las cinco formas siguientes (1) La energía química es el resultado de los cambios en la estructura química de las sustancias, por ejemplo, durante la combustión de los combustibles. (2) La energía eléctrica es el resultado de los electrones y protones en movimiento en una corriente eléctrica o en un almacenamiento temporal, como en una batería o pila de combustible. (3) La energía mecánica es el resultado de una fuerza aplicada o a punto de ser aplicada a una materia líquida, sólida o gaseosa. (4) La energía térmica es el resultado de la aplicación de calor a la materia. (5) La fisión nuclear es la división del núcleo de un átomo en dos o más partes por colisión con neutrones, con la consiguiente liberación de la fuerza que une a los protones y neutrones del núcleo. Todos los seres vivos de la Tierra dependen de una o varias de estas formas de energía y deben recurrir a una gran variedad de fuentes energéticas. Véase también: Batería; Energía química; Energía Las fuentes de energía renovables son formas de energía potencial que se renuevan constante y rápidamente para un uso constante y fiable. La energía solar y la eólica son ejemplos de energías renovables. Cualquier forma de energía potencial que no se ajuste a la definición aceptada para las energías renovables se considera no renovable. Por ejemplo, los combustibles fósiles son fuentes de energía no renovables.
Combustibles fósiles
El petróleo crudo, el gas natural y el carbón se formaron en la corteza terrestre a lo largo de millones de años y existen hoy en día en lugares del subsuelo. El petróleo crudo se encuentra atrapado en los poros de la roca (arenisca, caliza o dolomita) o en la arena recubierta por algún tipo de roca impermeable que impide la dispersión del líquido. El gas natural se encuentra normalmente atrapado en la tierra junto al petróleo crudo o con él.
Carbón
Los principales componentes químicos del carbón son el agua, el carbono, el hidrógeno, el azufre, el nitrógeno, el oxígeno y las cenizas (residuos minerales incombustibles). Sin embargo, el carbón no es una sustancia uniforme. Su composición varía casi infinitamente de un lugar a otro, incluso dentro de la misma mina. Los distintos carbones pueden clasificarse según el grado de progresión desde el lignito, pasando por el estadio bituminoso, hasta la antracita. Esta progresión equivale aproximadamente al tiempo geológico de desarrollo, aunque las otras variables de profundidad -presión, calor y componentes de materia vegetal- desempeñan un papel importante. Véase también: Hulla; Lignito El carbón se utiliza para la generación de energía eléctrica, la producción metalúrgica, los procesos industriales generales, los usos residenciales-comerciales y los combustibles sintéticos. En su mayor parte, el carbón se quema en calderas pirotubulares o acuotubulares para producir vapor que se utiliza para generar electricidad, proporcionar calor a fábricas y edificios, y suministrar vapor para los procesos de producción.
Turba
En las primeras etapas de la formación del carbón, las acumulaciones (véase su concepto jurídico) de vegetación, árboles, helechos y musgos descompuestos o parcialmente descompuestos, situados en un entorno húmedo, frío y anaeróbico (con falta de oxígeno), es muy probable que se conviertan en turba a un ritmo de unos 7,5 cm (3 pulgadas) cada 100 años. Sólo después de cientos o incluso millones de años, este material se convertiría en carbón. Dado que la materia vegetal de la turba, formada por celulosa y otros compuestos orgánicos, sólo se transforma parcialmente en carbono e hidrocarburos, la turba sólo tiene entre un tercio y la mitad del poder calorífico del carbón. Se utiliza en cantidades muy limitadas como combustible una vez cortada de la tierra y formada en briquetas. Véase también: Turba
Petróleo crudo
El petróleo es también una sustancia compleja derivada de los restos carbonizados de árboles, helechos, musgos y otros tipos de materia vegetal. Los principales componentes químicos del petróleo son el carbono, el hidrógeno y el azufre. El petróleo crudo extraído de la tierra arde y produce energía térmica, pero prácticamente todo el petróleo crudo se procesa en refinerías, donde se convierte en varios combustibles útiles y productos especiales (por ejemplo, materia prima para productos químicos, plásticos, productos alimenticios, medicamentos y neumáticos, además de alquitrán, asfaltos y aceites lubricantes). Los distintos combustibles fabricados a partir del petróleo crudo son el carburante para aviones, la gasolina, el queroseno, el gasóleo (o fueloil nº 2) y los fueles pesados (o fueloil nº 4, 5 y 6). El mayor consumo de petróleo está vinculado al transporte, a los usos residenciales-comerciales, a las calderas de la industria y a otros usos industriales, así como a la generación de energía eléctrica. Véase también: Gasolina; Queroseno; Petróleo; Productos petrolíferos
Gas natural
Esta fuente de energía está compuesta por un 83-93% de metano (CH4), por lo que sus principales componentes químicos son el carbono y el hidrógeno. El gas natural suele encontrarse en las inmediaciones del petróleo crudo, aunque algunos pozos de gas natural no producen petróleo. De todas las fuentes de energía químicas o minerales, el gas natural puede ser la más deseable porque puede ser conducido directamente al cliente, no necesita recipientes de almacenamiento, no requiere equipos de control de la contaminación atmosférica (véase qué es, su definición, o concepto jurídico), no produce cenizas para su eliminación y se mezcla fácilmente con el aire para proporcionar una combustión completa con un bajo exceso de aire. Los principales usos del gas natural son el residencial, el comercial, el industrial, el de transporte y el de generación de energía eléctrica. Véase también: Gas natural
Energía nuclear
Los dos tipos de energía nuclear son la fisión y la fusión. En la fisión, los átomos pesados se dividen en dos elementos principales que forman el núcleo de dos nuevos átomos más pequeños. En la fusión, los núcleos de dos átomos pequeños se fusionan en un único núcleo más grande. En ambos casos, se liberan grandes cantidades de energía. Véase también: Energía nuclear
Fisión nuclear
Las reacciones de fisión implican la ruptura del núcleo de átomos de gran masa. Producen una liberación de energía más de un millón de veces superior a la obtenida en las reacciones químicas de quema de combustible. El proceso de fisión implica el bombardeo de átomos con neutrones para que se produzca un número suficiente de colisiones sobre una base estadísticamente predecible y dividir esos átomos en dos o más núcleos separados, liberando al mismo tiempo cantidades masivas de energía térmica. Los reactores nucleares producen vapor para la producción de energía eléctrica, para la propulsión de barcos o para el calor de proceso. Véase también: Fisión nuclear; Combustibles nucleares
Fusión nuclear
El proceso de fusión es lo contrario de la fisión. En lugar de dividir los átomos en dos o más trozos, el proceso de fusión hace que dos átomos choquen con tal fuerza que se supera su repulsión electrónica natural y sus núcleos se fusionan en uno solo. El interés por la reacción de fusión nuclear surge de la expectativa de que algún día pueda utilizarse para producir energía útil. Basado en la experiencia de varios autores, nuestras opiniones y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros artículos de esta revista, respecto a sus características y/o su futuro): Dado que el deuterio, combustible primario de la fusión, se encuentra en la naturaleza y es prácticamente inagotable (mediante la separación del hidrógeno pesado del agua, ya que hay un átomo de deuterio por cada 6.500 átomos de hidrógeno), la solución del problema de la energía de fusión resolvería de forma permanente el problema del rápido agotamiento actual de los combustibles fósiles químicamente valiosos. En la producción de energía, la ausencia de residuos radiactivos de la reacción de fusión es otro argumento a su favor frente a la fisión del uranio. Aunque esta fuente de energía ofrece un enorme potencial para el siglo XXI, hay problemas formidables que deben superarse antes de que pueda utilizarse. No obstante, la energía de fusión promete ser una fuente de energía continua de bajo coste, siempre que se puedan resolver los problemas técnicos. Véase también: Fusión nuclear
Energía solar
La fuente de energía más atractiva es, con mucho, el propio Sol, ya que es gratuita, limpia y no contaminante, y no implica el uso de las menguantes y finitas reservas de combustibles fósiles. La energía solar se utiliza para proporcionar calor para el acondicionamiento del confort de los edificios, para los procesos industriales y para generar electricidad. La energía fotovoltaica convierte la energía solar directamente en electricidad. La energía solar también puede convertirse en trabajo útil o en calor utilizando un colector para absorber la radiación solar, lo que permite convertir gran parte de la energía radiante del Sol en calor. Este calor puede convertirse en energía eléctrica. Esto se conoce como energía solar de concentración (CSP). Véase también: Célula fotovoltaica; Célula solar; Energía solar; Sol
Energía hidráulica
Uno de los mecanismos más antiguos de producción de energía utiliza el agua que fluye en un río o que cae desde una altura para hacer girar dispositivos de trabajo, desde las norias del pasado hasta las enormes presas hidroeléctricas modernas que emplean gigantescas turbinas generadoras de electricidad. Véase también: Generación de energía eléctrica; Energía hidráulica
Energía mareomotriz
El primer gran proyecto de energía mareomotriz en funcionamiento fue el del río Rance, en Bretaña (Francia). El proyecto francés emplea una presa de tipo barrage a través del estuario de un río. Las turbinas situadas en esta presa bombean agua al estuario cuando sube la marea. Cuando se acumula una altura de agua suficiente en el estuario, se permite que el agua vuelva a fluir a través de las turbinas para producir electricidad. Véase también: Energía mareomotriz
Energía eólica
La energía eólica es una fuente de energía renovable que prácticamente no plantea problemas medioambientales. Sin embargo, la energía eólica tiene limitaciones. Los aerogeneradores sólo pueden ubicarse donde hay viento suficiente. Estas zonas con mucho viento pueden no ser fácilmente accesibles o estar cerca de las líneas de alta tensión existentes para transmitir la energía generada por el viento. Otra desventaja es que la demanda de electricidad varía con el tiempo y la producción de electricidad debe seguir el ciclo de la demanda. Véase también: Energía eólica
Energía oceánica
La energía oceánica puede convertirse en una fuente de energía en el futuro, ya sea como energía de las olas o como diferencial de temperatura del océano. En Escandinavia se diseñó un dispositivo de energía de las olas para explotar el movimiento ondulatorio del mar, de manera que las olas del océano hacen fluir cantidades masivas de agua hacia los confines del dispositivo, que luego genera electricidad mientras el agua intenta escapar de nuevo al mar.
Un sistema de producción de energía conocido como conversión de energía térmica oceánica (OTEC) se basa en la diferencia de temperatura de los océanos cerca del Ecuador, donde el agua de la superficie es unos 20°C (40°F) más caliente que el agua a unos miles de pies de profundidad. Esta diferencia de temperatura puede utilizarse para vaporizar un fluido de trabajo (como el amoníaco) que puede pasar por una turbina productora de electricidad.
Energía geotérmica
La producción de energía geotérmica se basa termodinámicamente en la diferencia de temperatura entre una masa de roca y agua del subsuelo y una masa de agua o aire en la superficie de la Tierra. Esta diferencia de temperatura permite producir energía térmica que puede utilizarse directamente o convertirse en energía mecánica o eléctrica. El uso de la energía geotérmica para la generación de energía eléctrica se ha generalizado debido a varios factores. Los países en los que predominan los recursos geotérmicos han deseado desarrollar sus propios recursos en lugar de importar combustible para la generación de energía. El vapor geotérmico se ha convertido en una atractiva alternativa de generación de energía debido a sus beneficios medioambientales. Véase también: Energía geotérmica
Energía de la biomasa
Aplicado al campo de la energía, el término energía de la biomasa abarca una amplia selección de fuentes de energía: Cualquier tipo de materia viva que pueda convertirse en una forma de energía puede decirse que es biomasa, incluyendo la madera, los residuos de madera, los posos de café, las cáscaras de maíz, las cáscaras de cacahuete, las cáscaras de arroz, la basura, los residuos animales y humanos, los residuos de la caña de azúcar (bagazo) y los efluentes orgánicos de arroyos y estanques como biomasa. Para aplicaciones energéticas, la biomasa puede convertirse en combustibles líquidos o quemarse para generar calor o electricidad. Véase también: Biomasa Datos verificados por: Andrews
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La presión de vapor
Nota: A efectos de su aplicación y la historia del transporte y la industria, véase la información relativa a Máquina de Vapor. La presión de vapor hace referencia a las presiones de saturación ejercidas por los vapores que están en equilibrio con sus formas líquidas o sólidas.
Una de las propiedades físicas más importantes de un líquido, la presión de vapor, entra en muchos cálculos termodinámicos y es la base de varios métodos para la determinación de los pesos moleculares de las sustancias disueltas en líquidos. Para una discusión de las relaciones de presión de vapor de los sólidos Ver también: Sublimación; Peso molecular; Solución Si se introduce un líquido en un recipiente evacuado a una temperatura determinada, parte del líquido se vaporizará y la presión del vapor alcanzará un valor máximo que se denomina presión de vapor del líquido a esa temperatura. Aunque la cantidad de líquido restante no disminuye a partir de entonces, el proceso de evaporación no cesa. Se establece un equilibrio dinámico, en el que las moléculas escapan de la fase líquida y regresan de la fase vapor a igual velocidad. Véase también: Evaporación Es importante distinguir entre la presión de vapor de un líquido, como se ha descrito anteriormente, y la presión de un vapor. La presión de vapor de un líquido puro es una propiedad única y característica del líquido y depende únicamente de la temperatura.
En cambio, un gas o vapor puede ejercer cualquier presión dentro de lo razonable, según el volumen al que esté confinado, siempre que no esté en contacto con su fase líquida.
Equilibrio líquido-vapor
La relación entre la presión de vapor de un líquido y la temperatura se indica mediante un diagrama de fases. La ilustración muestra el diagrama de fases del agua, siendo la línea OC la línea de presión de vapor del agua líquida. La línea AO es la línea de presión de vapor (curva de presión de sublimación) para el hielo, y la línea BO es la línea de equilibrio líquido-sólido. El punto O se denomina punto triple y es la única presión y temperatura a la que un sólido puro, su líquido y su vapor pueden coexistir en equilibrio bajo la presión del vapor solo. El punto triple del agua no es el conocido punto de fusión (0°C o 32°F) sino 0,01°C (32,018°F). La diferencia es que la presión total en el punto triple es de 4,58 mm (611 pascales), la presión de vapor común del agua sólida y líquida, mientras que la presión total en el punto de fusión es normalmente de 1 atm (100 kilopascales). El punto C se denomina punto crítico y es el punto por encima del cual no hay distinción entre las fases líquida y gaseosa. No es posible licuar un gas a temperaturas superiores a la temperatura crítica, independientemente de la presión aplicada. Necesariamente, la tensión superficial y el calor latente de vaporización se hacen cero en el punto crítico. Para los líquidos ordinarios, la presión de vapor en el punto crítico suele ser de unas 50 atm (5000 kPa). No hay pruebas de que exista un punto crítico en la línea de equilibrio sólido-líquido, y B pretende indicar una dirección, más que un punto; por supuesto, pueden aparecer otras fases por encima de B y alterar la dirección de la línea. Es posible subenfriar un líquido por debajo de su punto triple si no hay núcleos de cristalización. La presión de vapor del líquido subenfriado viene dada por la línea discontinua DO y se sitúa por encima de la presión de vapor de equilibrio del sólido. El líquido subenfriado es, por tanto, metaestable, ya que el sistema tiende a asumir su menor presión de vapor en el equilibrio. Véase también: Fenómeno crítico; Punto triple.
Medición de la presión de vapor
Dado que las presiones de vapor de los líquidos son muy variadas, se han ideado varios métodos para su medición. El método estático consiste en introducir un exceso de líquido en un sistema evacuado a una temperatura determinada y medir la presión de vapor con un manómetro de mercurio conectado. Es útil para presiones de vapor que van desde unos pocos milímetros de mercurio hasta varias atmósferas. El método dinámico consiste en introducir el líquido en un sistema en el que se puede variar la presión y anotar la temperatura a la que el líquido hierve a una presión determinada. Es útil para presiones de vapor moderadamente altas. El método de transpiración consiste en hacer burbujear un volumen conocido de un gas inerte a una presión definida a través del líquido. De esto va este artículo: fuentes de energía, incluida la presión de vapor, tipos de energía, de dónde viene la energía, de dónde proviene la energía eléctrica, la principal fuente de energía, de dónde proviene toda la energía, donde hay energía, de dónde viene la energía eléctrica, fuentes de energía, incluida la presión de vapor, tipos de energía, de dónde viene la energía, de dónde proviene la energía eléctrica, la principal fuente de energía, de dónde proviene toda la energía, donde hay energía, y de dónde viene la energía eléctrica. Datos verificados por: Thompson Asunto: ciencias. Asunto: quimica. Asunto: energia.
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La energía no renovable
En Estados Unidos y en muchos otros países, la mayoría de las fuentes de energía para realizar trabajos son fuentes de energía no renovables:
Petróleo
Hidrocarburos líquidos
El gas natural
Carbón
Energía nuclear
Estas fuentes de energía se denominan no renovables porque sus suministros están limitados a las cantidades que podemos extraer de la tierra. El carbón, el gas natural y el petróleo se formaron durante miles de años a partir de los restos enterrados de antiguas plantas y animales marinos que vivieron hace millones de años. Por eso también llamamos a esas fuentes de energía combustibles fósiles. La mayoría de los productos petrolíferos que se consumen en Estados Unidos se fabrican a partir del petróleo crudo, pero los líquidos del petróleo también pueden obtenerse del gas natural y del carbón. La energía nuclear se produce a partir del uranio, una fuente de energía no renovable cuyos átomos se dividen (mediante un proceso llamado fisión nuclear) para crear calor y, finalmente, electricidad. Los científicos creen que el uranio se creó hace miles de millones de años, cuando se formaron las estrellas. El uranio se encuentra en toda la corteza terrestre, pero la mayor parte es demasiado difícil o demasiado cara para extraerlo y transformarlo en combustible para las centrales nucleares. Datos verificados por: PD Asunto: fisica.
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Las Fuentes de Energía
Las fuentes de energía primaria adoptan muchas formas, como la energía nuclear, la energía fósil -como el petróleo, el carbón y el gas natural- y las fuentes renovables como la eólica, la solar, la geotérmica y la hidroeléctrica. Estas fuentes primarias se convierten en electricidad, una fuente de energía secundaria, que fluye a través de las líneas eléctricas y otras infraestructuras de transmisión hasta los hábitats humanos. Las fuentes de energía fósiles, como el petróleo, el carbón y el gas natural, son recursos no renovables que se formaron cuando las plantas y los animales prehistóricos murieron y quedaron gradualmente enterrados por capas de roca. A lo largo de millones de años, se formaron diferentes tipos de combustibles fósiles, dependiendo de la combinación de materia orgánica presente, del tiempo que estuvo enterrada y de las condiciones de temperatura y presión que se dieron con el paso del tiempo. En la actualidad, las industrias de combustibles fósiles perforan o extraen estas fuentes de energía, las queman para producir electricidad o las refinan para utilizarlas como combustible para la calefacción o el transporte.
En los últimos 20 años, casi tres cuartas partes de las emisiones causadas por el hombre proceden de la quema de combustibles fósiles. La energía nuclear, el uso de la fisión nuclear sostenida para generar calor y electricidad, aporta casi el 20% de la electricidad generada en Estados Unidos. Países como Rusia, Francia y Estados Unidos llevan desde los años 50 y 60 utilizando la energía nuclear para producir una energía fiable y con bajas emisiones de carbono y para apoyar las actividades de defensa nacional. La industria de las energías limpias genera cientos de miles de millones de actividad económica, y se espera que siga creciendo rápidamente en los próximos años. Existe una enorme oportunidad económica para los países que inventan, fabrican y exportan tecnologías de energía limpia. La electricidad -el flujo de energía eléctrica- es una fuente de energía secundaria generada por la conversión de fuentes primarias de energía como la fósil, la nuclear, la eólica o la solar. Datos verificados por: Mix y DP
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Recursos
A continuación, ofrecemos algunos recursos de esta revista de derecho empresarial que pueden interesar, en el marco del medio ambiente y su regulación, sobre el tema de este artículo.
Notas y Referencias
Véase También
Política energética, Política energética de los Estados Unidos, Política energética de China, Política energética de la India, Política energética de la Unión Europea, Política energética del Reino Unido, Política energética de Rusia, Política energética de Brasil, Política energética de Canadá, Política energética de la Unión Soviética, Liberalización y privatización de la industria energética (Tailandia) Almacenamiento de energía térmica estacional (Interseasonal thermal energy storage), Corriente inducida geomagnéticamente, Recolección de energía, Cronología de la investigación sobre energía sostenible 2020-presente Materia prima Materia prima, Biomaterial, Producto básico, Ciencia de los materiales, Reciclaje, Upcycling, Downcycling Energía nuclear basada en el torio, Lista de oleoductos, Lista de gasoductos, Conversión de energía térmica en el océano, Crecimiento de la energía fotovoltaica Energía eólica Energía solar Tecnología nuclear Tecnología medioambiental Industria petrolera