EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA ENERGIA

ENERGÍA MUSCULAR

Los músculos tienen la capacidad de generar la energía necesaria para su propulsión, la misma es la producida por los alimentos que ingerimos ( carbohidratos, grasas y proteínas).Al ser descompuestas por el cuerpo, estos substratos energéticos, producen niveles bajos de energía, inadecuados para la actividad muscular. En cambio las células convierten estas fuentes de baja energía en un compuesto de alta energía, adenosín trifosfato (ATP) . A su vez, la energía almacenada en la molécula del ATP es liberada cuando el tercer fosfato se separa de la estructura.

Los músculos tienen cuatro posibles fuentes de ATP:

1. La almacenada dentro del músculo.
2. La generada de otro compuesto fosfatado(ej.: sistema ATP-fosfocreatina ATP-PCr.)
3. El ATP producido por la descomposición del azúcar muscular (sistema glucolítico)
4. El ATP generado con la ayuda de oxígeno (sistema oxidativo)

La fosfocreatina (PCr) está presente en las fibras musculares, pero a diferencia del ATP, el PCr no se utiliza directamente para suministrar energía a las células, en cambio, se utiliza para reconstruir la molécula de ATP.

Durante el esfuerzo físico tanto el ATP como el PCr son insuficientes e incapaces de proveer la energía durante tiempos prolongados.

ENERGÍA DEL FUEGO

El fuego ha fascinado a la humanidad durante siglos. Quizá el ser humano cobró conciencia de su superioridad cuando dominó el fuego, al que los demás animales temían. Sus primeros usos fueron el calor y la defensa ante las alimañas, pero enseguida dio pruebas de que era algo más. La simple observación de que la punta del palo, con que se removían las brasas de una fogata, se carbonizaba y ganaba dureza, convirtiéndolo en arma de caza más eficaz, fue el principio de su aplicación como generador de técnicas.

A su alrededor, y gracias a su calor, han vivido millones de humanos. Los humanos han sabido usar la energía del fuego en su provecho, para extraer la energía de los materiales que le proporcionaba la naturaleza o poder moldearlos a su gusto. Si bien la mano es la herramienta principal del hombre, también el fuego tiene parte en la responsabilidad de la construcción de la actual cultura.

Una de las consideraciones históricas más importantes, es la influencia del científico Lavoisier, padre de la química, al descubrir la intervención de los gases aéreos, como el oxígeno, en las combustiones, sustituyendo la teoría del "flogisto". Dicha teoría trataba de explicar la combustión suponiendo que un cuerpo ardía por el hecho de contener un principio inflamable, denominado flogisto, (descendiente directo del "azufre" de los alquimistas y más remoto que el antiguo elemento "fuego" era una sustancia imponderable, misteriosa, que formaba parte de los cuerpos combustibles). Cuanto más flogisto tuviese un cuerpo, mejor combustible era. Los procesos de combustión suponían la pérdida del mismo en el aire. Lo que quedaba tras la combustión no tenía flogisto y, por tanto, no podía seguir ardiendo. El aire era indispensable para la combustión, pero con carácter de mero auxiliar mecánico.

Desde luego, se trataba de una teoría subjetiva que se completó científicamente por Lavoisier al explicar que los cuerpos ardían en presencia de oxígeno, intervención del mismo u otro comburente, cuando aparecía una fuente de calor que activase la reacción. Es una de las fuentes de energía más antiguas del mundo.

ENERGÍA DEL AGUA

Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua, saltos de agua omareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

Se puede transformar a muy diferentes escalas, existen desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de represas, aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el alto impacto ambiental que producen.

Cuando el Sol calienta la Tierra, además de generar corrientes de aire, hace que el agua del mar, principalmente, se evapore y ascienda por el aire y se mueva hacia las regiones montañosas, para luego caer en forma de lluvia. Esta agua se puede colectar y retener mediante presas. Parte del agua almacenada se deja salir para que se mueva los álabes de una turbina engranada con un generador de energía eléctrica.

ENERGIA DEL VIENTO

Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas.

En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios.¹ En 2009 la eólica generó alrededor del 2% del consumo de electricidad mundial, cifra equivalente a la demanda total de electricidad en Italia, la séptima economía mayor mundial.² En España la energía eólica produjo un 11% del consumo eléctrico en 2008,^3 4 y un 13.8% en 2009.⁵ En la madrugada del domingo 8 de noviembre de 2009, más del 50% de la electricidad producida en España la generaron los molinos de viento, y se batió el récord total de producción, con 11.546 megavatios eólicos.⁶

La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.

ENERGÍA DEL COMBUSTIBLE

Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor poco a poco. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía química) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos) dejando como residuo calor (energía térmica). En general se trata de sustancias susceptibles de quemarse, pero hay excepciones que se explican a continuación.

Hay varios tipos de combustibles:

• Entre los combustibles sólidos se incluyen el carbón, la madera y la turba. El carbón se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover máquinas avapor o directamente para producir calor utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se utilizan principalmente para la calefacción doméstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para la generación de energía y las locomotoras que utilizaban madera como combustible eran comunes en el pasado.
• Entre los combustibles fluidos, se encuentran los líquidos como el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) y los gaseosos, como elgas natural o los gases licuados de petróleo (GLP), representados por el propano y el butano. Las gasolinas, gasóleos y hasta los gases, se utilizan para motores de combustión interna.El combustible se utiliza en autos lo que contamina grandes ciudades

En los cuerpos de los animales, el combustible principal está constituido por carbohidratos, lípidos, proteínas, que proporcionan energía para el movimiento de los músculos, el crecimiento y los procesos de renovación y regeneración celular, mediante una combustión lenta, dejando también, como residuo, energía térmica, que sirve para mantener el cuerpo a la temperatura adecuada para que funcionen los procesos vitales.

Se llaman también combustibles a las sustancias empleadas para producir la reacción nuclear en el proceso de fisión, aunque este proceso no es propiamente una combustión.

Tampoco es propiamente un combustible el hidrógeno, cuando se utiliza para proporcionar energía (y en grandes cantidades) en el proceso de fusión nuclear, en el que se funden atómicamente dos átomos de hidrógeno para convertirse en uno de helio, con gran liberación de energía. Este medio de obtener energía no ha sido dominado en su totalidad por el hombre (salvo en su forma más violenta: la bomba nuclear de hidrógeno, conocida también como Bomba H) pero en el universo es común, específicamente como fuente de energía de las estrellas.

ENERGÍA ELÉCTRICA

Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer unacorriente eléctrica entre ambos —cuando se los pone en contacto por medio de unconductor eléctrico— y obtener trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.

Fuentes de energía eléctrica

La energía eléctrica apenas existe libre en la Naturaleza de manera aprovechable. El ejemplo más relevante y habitual de esta manifestación son las tormentas eléctricas. La electricidad tampoco tiene una utilidad biológica directa para el ser humano, salvo en aplicaciones muy singulares, como pudiera ser el uso de corrientes en medicina, resultando en cambio normalmente desagradable e incluso peligrosa, según las circunstancias. Sin embargo es una de las más utilizadas, una vez aplicada a procesos y aparatos de la más diversa naturaleza, debido fundamentalmente a su limpieza y a la facilidad con la que se la genera, transporta y convierte en otras formas de energía. Para contrarrestar todas estas virtudes hay que reseñar la dificultad que presenta su almacenamiento directo en los aparatos llamados acumuladores.

La generación de energía eléctrica se lleva a cabo mediante técnicas muy diferentes. Las que suministran las mayores cantidades ypotencias de electricidad aprovechan un movimiento rotatorio para generar corriente continua en una dinamo o corriente alterna en unalternador. El movimiento rotatorio resulta a su vez de una fuente de energía mecánica directa, como puede ser la corriente de un salto de agua o la producida por el viento, o de un ciclo termodinámico. En este último caso se calienta un fluido, al que se hace recorrer un circuito en el que mueve un motor o una turbina. El calor de este proceso se obtiene mediante la quema de combustibles fósiles, reacciones nucleares y otros procesos.

La generación de energía eléctrica es una actividad humana básica, ya que está directamente relacionada con los requerimientos actuales del hombre. Todas la formas de utilización de las fuentes de energía, tanto las habituales como las denominadas alternativas o no convencionales, agreden en mayor o menor medida el ambiente, siendo de todos modos la energía eléctrica una de las que causan menor impacto.

RECURSOS NATURALES

La energía constituye el motor de todo el Universo. Se la define en función de sus efectos, o sea, como la capacidad o la fuerza para realizar un trabajo. La energía se manifiesta de varias formas y de ella existen diversas fuentes.

1. Fuentes de energía no renovables o agotables: Son aquellas que existen en cantidad fija y se agotarán. Entre ellas tenemos: los combustibles fósiles y los radioactivos.

Los combustibles fósiles se denominan así por ser energía solar almacenada durante millones de años.

· El petróleo: es una de las fuentes de energía más utilizadas, especialmente para el transporte (gasolina y diesel). Las zonas petroleras con reservas probadas están en la costa norte (Tumbes y Piura), en el zócalo (especialmente en el norte), en la cuenca amazónica, y en la sierra (Pirín). El Perú apenas se abastece de petróleo. De no hacerse más prospecciones, en el futuro la seguridad energética del país puede verse afectada.

· El gas natural: conformado por metano y etano, y se encuentra asociado con el petróleo o en yacimientos de gas. Los principales yacimientos están en Camisea (Norte del Dpto. de Cusco) y en Aguaytía. Las reservas peruanas son enormes y para muy largo plazo. En la actualidad es utilizado principalmente para energía doméstica.

· El carbón: es de origen vegetal y se presenta en forma de antracita, hulla, lignita y turba. En el Perú se han detectado cerca de 100 yacimientos carboníferos, muy poco estudiados. Las reservas probadas ascienden a más de 100 millones de t y las probables a más de 2 mil millones de t. La producción anual es modesta y no supera las 200 mil t.

2. Las fuentes de energía no renovables inagotables: Comprenden la energía geotermal producida por el calor interno de la Tierra y que sale en forma de agua caliente y vapor. Esta energía es muy abundante en el país, pero no explotada. Las áreas prioritarias y con mayor potencial son Tutupaca, Calacoa, Maure, Salinas, Chachani y Chivay.

3. Las fuentes de energía renovables inagotables

· La hidráulica: energía del agua por el desnivel natural. Este tipo de energía es muy abundante en las vertientes andinas, donde existe un pronunciado desnivel, y sirve para mover molinos, ruedas de agua y turbinas para generar electricidad. El potencial del país es muy grande y es aprovechado en forma parcial, pero de importancia para la producción eléctrica.

· La eólica: energía del viento. Se la usa para bombear agua y producir electricidad. Su aprovechamiento es muy limitado.

· La oceánica: energía de las mareas y de las olas. Puede ser utilizada para generar electricidad mediante turbinas. No es aprovechada en el país.

· La solar: energía del Sol, que puede ser aprovechada en forma directa (calor) o transformándola en electricidad, mediante las células fotovoltaicas. La energía calorífica del sol se utiliza en forma artesanal, en forma generalizada para secar ropa y alimentos, e industrial, en forma limitada, para generar electricidad y calentar ambientes (casas, invernaderos) como una de las fuentes de energía alternativa.

ENERGÍA NUCLEAR

La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención deenergía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos.¹ Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos(radioisotopos), siendo la más conocida la fisión del uranio-235 (²³⁵U), con la que funcionan los reactores nucleares, y la más habitual en la naturaleza, en el interior de las estrellas, lafusión del par deuterio-tritio (²H-³H). Sin embargo, para producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio-232, el plutonio-239, el estroncio-90 o el polonio-210(²³²Th, ²³⁹Pu, ⁹⁰Sr, ²¹⁰Po; respectivamente).

Existen varias disciplinas y técnicas que usan de base la energía nuclear y van desde la generación de electricidad en las centrales nucleares hasta las técnicas de análisis de datación arqueológica (arqueometría nuclear), la medicina nuclear usada en los hospitales, etc.

Los dos sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada, dando lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. Tanto los materiales usados como el diseño de las instalaciones son completamente diferentes en cada caso.

Otra técnica, empleada principalmente en pilas de mucha duración para sistemas que requieren poco consumo eléctrico, es la utilización de generadores termoeléctricos de radioisótopos (GTR, o RTG en inglés), en los que se aprovechan los distintos modos dedesintegración para generar electricidad en sistemas de termopares a partir del calor transferido por una fuente radiactiva.

La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de partículas subatómicas en movimiento. Esas partículas, al frenarse en la materia que las rodea, producen energía térmica. Esta energía térmica se transforma en energía mecánicautilizando motores de combustión externa, como las turbinas de vapor. Dicha energía mecánica puede ser empleada en el transporte, como por ejemplo en los buques nucleares; o para la generación de energía eléctrica en centrales nucleares.

La principal característica de este tipo de energía es la alta calidad de la energía que puede producirse por unidad de masa de material utilizado en comparación con cualquier otro tipo de energía conocida por el ser humano, pero sorprende la poca eficiencia del proceso, ya que se desaprovecha entre un 86 y 92% de la energía que se libera.²