En español
Iniciemos el curso haciéndonos esta pregunta sencilla… ¿Qué es energía?
Bueno, energía es la capacidad para hacer un trabajo. Pero, ¿qué es el trabajo?. Pues NO será levantarse temprano para ir a la oficina. Ese es otro trabajo importantísimo. Pero en nuestro caso, el de este curso, trabajo es multiplicar el factor fuerza por el factor distancia. Y como ustedes deben acordarse, la fuerza es el producto de la multiplicación de la masa de un objeto por su aceleración. Bueno, esto es lo que envuelve el gran concepto de energía.
La unidad básica de energía escogida por el Sistema Internacional de Unidades
es el Joule (J), el cual se define como la cantidad de trabajo realizado con una fuerza constante, que en este caso es el Newton, y que es ejercido sobre un cuerpo para que este recorra una distancia de un metro de longitud, en la misma dirección del vector fuerza. En otras palabras, y transformando la fórmula que ustedes tienen al final de esta lámina, el Joule es lo mismo que un kilogramo, por metro cuadrado, dividido por segundo al cuadrado.
Existen otras unidades de energía que su uso es bastante frecuente. Tales son los casos de:
Y otra cantidad de unidades de energía de las cuales también hablaremos en el curso.
Otro aspecto importante para definir la energía es su significado dentro del marco de la Primera Ley de la Termodinámica. La energía es indestructible y eterna. Dicho de otra forma, la energía no puede ser ni creada, ni destruida; solo se transforma de una manera a otra. Por ejemplo, pasar de calor a electricidad, o viceversa, de electricidad a calor.
En la sociedades humanas estructuradas y organizadas, la calidad de vida y el crecimiento de cada individuo, de cada familia o de las comunidades, han dependido y dependerán del consumo y la transformación utilitaria de las diferentes formas de energía. Por otro lado, se ha demostrado que el uso inapropiado e ineficiente de la energía genera, inevitablemente, contaminación ambiental.
Los especialistas dedicados a contabilizar la energía mundial o la de los países, generalmente les encanta mostrar un diagrama de pastel dividido en tres grandes grupos de energía. La energía usada para el transporte, la energía usada para la fabricación o transformación, ya sea de materiales, de combustibles, de alimentos, etc… y finalmente, aquella energía que se usa para la vivienda y el confort de los ocupantes de esas viviendas. En los Estados Unidos tenemos que, en el año 2016, los habitantes de este país usamos 28% para el trasporte, 31% para la manufactura y 41% para la vivienda y el confort. Les comento que hace 100 años atrás, la fracción de vivienda y confort era significativamente menor. Es decir, que a medida que las sociedades avanzan, el confort y la vivienda se hacen mas demandantes desde el punto de vista energético.
En esta lámina ustedes podrán observar los principales tipos de energías que se emplean a nivel mundial. La lista izquierda corresponde a las formas de energías NO renovables, en tanto que en el lado derecho ustedes tienen una larga referencia sobre los tipos de energía renovables. Estas últimas son las que componen, principalmente, el marco de la energía sustentable. Aún y cuando la lista es larga y las fuentes de energías renovables son mucho mas diversas, en la actualidad, el 91% de la energía que se usa en el planeta procede de fuentes NO renovables. Mientras que apenas 9% de la demanda mundial es cubierta por energía de origen renovable.
Yéndonos un poco mas al detalle en cuanto a la distribución del consumo total mundial, encontramos que para el año 2016, el petróleo y el gas natural cubrieron 63% de la demanda global. El carbón, aun y cuando ha bajado su participación histórica, su aporte representó cerca de una cuarta parte del consumo total.
Por otro lado, vemos que las fuentes renovables tienen una baja representatividad, y dentro de ese grupo, la energía hidroeléctrica fue la mas emblemática con 7% del total absoluto.Cuando pasemos a ver la segmentación exclusiva de la energía eléctrica global, observaremos que la fuente hidroeléctrica y las otras fuentes renovables pasarán a tener una posición mucho mas relevante.
Detengámonos, por favor, un rato en esta lámina para aclarar dos aspectos en los cuales se presentan frecuentes confusiones conceptuales. Me refiero a la diferencia existente entre la energía y la potencia. La energía es lo que hace posible que un cambio de estado ocurra. Por otra parte,la energía se puede transferir de un objeto a otro y también se transforma de una manera a otra (Por ejemplo pasar de energía cinética a mecánica, de energía mecánica a eléctrica, de eléctrica a calórica o viceversa). La potencia es la velocidad con que se transfiere esa energía. La potencia es sencillamente el valor de la energía dividido por tiempo. Otra cosa importante. La energía se puede almacenar, mientras que la potencia NO, ya que la potencia es una tasa o un factor instantáneo.
En cuanto a unidades de potencia, las mas comunes son el vatio y el caballo de potencia o caballo de fuerza, que viene del idioma inglés horsepower o HP. La unidad por excelencia usada por el Sistema Internacional de Unidades es el vatio. Y como pueden ver en la fórmula, un vatio es igual a un Joule, dividido por segundo, lo cual nos permite tener una fórmula detallada a: un kilogramo masa, multiplicado por metro cuadrado y dividido por segundo al cubo. Y para conocer su equivalente en caballo de fuerza, pues tenemos que un HP es igual a 746 vatios. Entonces ya sabemos que cuando hablamos de vatios, nos referimos a potencia y cuando hablamos, por ejemplo de KWh, nos referimos a energía. Recuerden que un vatio es un Joule dividido por segundo, en tanto que un KWh es el resultado de multiplicar un valor de una potencia (Que en esta explicación está en kilovatio) por un valor de tiempo que es hora, por lo tanto eso, KWh, eso es energía.
Sería también muy apropiado que comparta con ustedes otros valores, unidades y formas comunes que representan la energía. Aquí podemos mostrar formas de energía tales como las usadas para asuntos térmicos, así como para el caso de los alimentos, o la electricidad y para los aspectos de la industria petrolera y, en cada uno de ellos, sus correspondientes equivalentes en Joules. Sin embargo, les quiero mostrar un valor que pudiera interpretarse como antropocéntrico, ya que refiere la cantidad del consumo en calorías que necesita una persona promedio para satisfacer sus funciones vitales en el lapso de un día. Este valor es 2,500 kilocalorías, y muchas veces también se representan como Calorías, pero con “C” mayúscula. Escrito con “C” mayúscula. 2,500 kilocalorías equivalen a 2.9 KWh.