Energía
Ciencia y Sociedad
Drs. Enrique Bazúa Rueda
y Andoni Garritz Ruiz
Facultad de Química, UNAM
28 de septiembre de 2006
Contenido
 Conceptos básicos
 Formas de energía
 La cadena de la energía
2
Contenido
 Conceptos básicos
Formas de energía
La cadena de la energía
3
Conceptos básicos de la energía

(1/2)
La energía:
Permite al universo mantenerse en movimiento
Hace posible las funciones de los seres vivos
Influye de manera decisiva en las actividades humanas
Hace funcionar los aparatos, equipos, dispositivos, etc.
 Estos hechos involucran diferentes formas y
transformaciones de energía, de una forma de
energía a otra.
 La energía se encuentra en todas partes (todos los
cuerpos tienen energía).
 Para que ocurra un cambio o fenómeno en la naturaleza, debe participar la energía en alguna de sus
formas y transformarse en otra.
4
Conceptos básicos de la energía
(2/2)
 En todo proceso la energía total se conserva. La energía total
final es igual a la energía total inicial. Efinal = Einicial.
 La energía no aparece por generación espontánea ni desaparece o se destruye.
 Cuando la energía se transforma de una forma a otra, la
cantidad de energía en su nueva forma es igual a la cantidad
de energía que tenía en su forma anterior.
 Cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro, la
energía que gana uno de los cuerpos es igual a la energía que
pierde el otro cuerpo. Egana = - Epierde
La transformación de la energía de una forma a otra
la debemos utilizar en nuestro beneficio, pero con
el cuidado del ambiente, es decir sosteniblemente.
5
Energía total
La Energía total es una variable de estado, es decir,
una propiedad con un valor que depende del estado
en curso del sistema (definido por su presión, temperatura y composición) y que es independiente de
la forma en que ese sistema llegó a tal estado.
La energía total de un cuerpo está compuesta por lo
menos de tres contribuciones:
 Energía cinética del cuerpo (si posee un movimiento)
 Energía potencial gravitacional del cuerpo (por su posición
con relación a un plano horizontal)
 Energía Interna del cuerpo (en sus partículas)
Enseguida se aclara lo que es la energía interna.
6
Contenido
Conceptos básicos
 Formas de energía
La cadena de la energía
7
Formas de energía

La Energía que se transfiere de un cuerpo a
otro cuerpo tiene alguna de las siguientes
formas:

Energía térmica = Calor
 una
forma del calor es la energía radiante (solar,
electromagnética, radiación luminosa)



Energía mecánica = Trabajo
Energía eléctrica
Energía sonora (ruido, ondas sísmicas)
8
Energía Interna (1/2)
La ENERGÍA INTERNA es la energía que tienen los
cuerpos, asociada a los átomos, moléculas o partículas que los constituyen.
Las contribuciones a la energía interna son:
 Energía cinética (microscópica) de los átomos, iones, moléculas o arreglos cristalinos.
 Energía potencial (microscópica) de interacción entre las
partículas.
 Energía química (de los enlaces entre los átomos que se
forman en las moléculas o en los arreglos cristalinos).
 Energía de electrones y núcleo de los átomos.
9
Energía Interna (2/2)
Los cuerpos están constituidos por partículas; sean éstas
moléculas, iones o átomos.

Al combinar los átomos para formar una sustancia, se crean
los enlaces químicos.



Por cada enlace que se forma se libera energía.
Por cada enlace que se rompe se requiere energía.
En las reacciones químicas se rompen y se crean enlaces.
El “calor de la reacción” es la suma de la energía requerida
para romper enlaces menos la energía que se libera al
formar enlaces.
 A esta contribución a la Energía Interna se le nombra como
‘Energía Química’.
10
La ENERGÍA está presente en nuestra vida diaria (1/3)
La observamos de diferentes formas y vemos
su transformación de una forma a otra
 La energía eléctrica que llega a nuestras casas se
transforma en:
 energía luminosa y térmica (calor) de los focos
 energía sonora de la radio
 energía mecánica (trabajo) de los motores
(refrigerador, lavadora, licuadora, grabadora, …)
 energía electromagnética del horno de microondas
 La energía química de la gasolina se transforma en:
 energía cinética del coche en movimiento
 La energía química del gas doméstico se transforma en :
 energía térmica (calor) para cocinar los alimentos o
calentar el agua para bañarnos
11
La ENERGÍA está presente en nuestra vida diaria (2/3)
 La energía de la radiación solar se transforma en:
 energía química de las plantas (fotosíntesis)
 elevación de la temperatura atmosférica (gases de efecto
invernadero)
 energía eléctrica (fotocelda solar)
 La energía química de los alimentos se transforma en:
 energía cinética (movimiento) del cuerpo
 energía mecánica (trabajo muscular) para levantarnos,
subir y cargar objetos, …
 energía térmica para mantener la temperatura del cuerpo
 energía que necesitamos para desarrollar todas nuestras
actividades
12
La ENERGÍA está presente en nuestra vida diaria (3/3)

La energía térmica se expresa primero en forma de
calor, en cualquiera de sus tres maneras de propagarse:




Conducción (cuando un cuerpo conduce el calor debido a que
sus partículas constituyentes vibran y chocan con las vecinas).
Convección (cuando en un líquido se conduce el calor debido a
un gradiente de temperatura en su interior, que hace que se
formen corrientes “convectivas” en el fluido).
Radiación (cuando fluye en forma de energía electromagnética).
La energía térmica, entonces, se acaba convirtiendo en
energía interna del sistema, al incrementarse la temperatura del objeto.



La barra de metal posee al final más temperatura que al inicio.
El líquido, debido a las corrientes convectivas, tiene al final
mayor temperatura que al inicio.
El objeto irradiado tiene al final más temperatura que al inicio.
13
Energía química de combustión del metano
CH4 + 2 O2
Rompimiento de los enlaces de
los reactivos = 2640 kJ
CO2 + 2 H2O
Formación de los enlaces de los
productos = - 3530 kJ
Energía neta = 2640 - 3530 = - 890 kJ/(mol metano)
Energía liberada por cada 16 gramos de metano que se queman
14
Ejemplo 1: El petróleo
Diccionario de la Lengua Española
Líquido natural oleaginoso e inflamable, constituido
por una mezcla de hidrocarburos, que se extrae de
lechos geológicos continentales o marítimos.
Productos petrolíferos
Mediante diversas operaciones de destilación y refinación se obtienen de él distintos productos, utilizables con fines energéticos o industriales, como el gas
natural, la gasolina, la nafta, el queroseno, el gasóleo,
el chapopote, etc.
15
Del Petróleo a la Gasolina
Refinería
Plataforma de producción
Planta de separación
aceite-gas
Gasolinería
Yacimiento de petróleo
16
Usos energéticos de los productos del petróleo
Gas Natural
Electricidad
Vehículos
Gasolina
Vehículos
Diesel
Calderas
Vehículos
Electricidad
Queroseno
Turbosina
Coque
Casas
Vehículos
Casas
Combustóleo
Gas licuado
Calderas
Aviones
Electricidad
17
La liberación de gases invernadero
La combustión del petróleo y de sus derivados en la industria o el transporte, así como
del carbón o del combustóleo en las plantas
termoeléctricas, libera CO2, que es un gas
de ‘efecto invernadero’.
 Estos gases atrapan la radiación infrarroja
emitida por la Tierra hacia el espacio exterior, con lo cual se eleva la temperatura de la
atmósfera.

18
19
Liberación de CO2 per cápita, por países
México: 5.7 toneladas per cápita en 1995, o sea unos 530 millones de toneladas por año
20
Ejemplo 2: Energía nuclear


Al transformarse en energía parcialmente la masa de las
partículas nucleares de un combustible nuclear se libera la llamada ‘Energía Nuclear’.
Dicha energía puede ser térmica o electro-magnética.
21
Ejemplo: Energía nuclear

Puede tratarse de una energía más o menos
controlada o la de una explosión nuclear
22
Planta nucleoeléctrica
El diseño CANDU consiste de una calandria que tiene tubos
con combustible nuclear (óxido de uranio, por ejemplo) y agua
23
pesada como fluido enfriador.
Planta nuclear de fusión de Culham, Inglaterra (1991)
24
Planta nuclear de fusión en construcción en Cadarache, Francia
25
Ejemplo 3: Energía solar
•Es radiación electromagnética (una forma
del calor)
•Las plantas la aprovechan en la fotosíntesis
•La vida existe en la
Tierra gracias a la energía solar
•Calienta los gases de
la atmósfera
•La celda fotovoltaica la
transforma en ener-gía
eléctrica
•El calentador solar la
aprovecha como energía térmica y calienta al
agua
26
Fotosíntesis (modelo simplificado)
Reacción de la fotosíntesis
(proceso global de producción de glucosa)
6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
Energía de la reacción química (energía química)
1.
Rompimiento de los enlaces de los reactivos:
6  (2  801) + 6  (2  482) = 15,396 kJ
2.
Formación de los enlaces de los productos:
(5  482 + 5  351 + 5  348 + 7  413 + 801) + (6  494)
= - 12,561 kJ
3. Energía neta = 15,396 – 12,561 = + 2835 kJ/mol glucosa
La reacción es endotérmica. Para la formación de un
mol de glucosa (180 g) se requieren de 2835 kJ de
energía solar que será absorbida por la planta.
27
Ejemplo 4: La energía eléctrica
La energía eléctrica se produce:
La energía eléctrica:
 Por el sol
 Por el viento
 Presas (agua)
fotovoltaica
 Se produce cuando se necesita
eólica
 Si hay mayor demanda, se ponen a
 Combustible
termoeléctrica
hidroeléctrica
 Acuíferos subterráneos
geotérmica
Combustible nuclear nucleoeléctrica
funcionar más plantas eléctricas
 Se transmite de las centrales generadoras a los centros de consumo
 En nuestro hogar la “consumen”
los aparatos eléctricos y la transforman en otras formas de energía
28
Energía eólica (viento)
Generador
eléctrico
Energía cinética
del aire (viento)
Energía eléctrica
•El calentamiento de la atmósfera y
la rotación de la tierra provocan
corrientes masivas de aire
•La energía cinética (velocidad) del
aire se transfiere a las aspas como
energía cinética
•La energía cinética de las aspas
hace girar el generador eléctrico
29
Energía hidroeléctrica
La energía potencial del agua se convierte en energía cinética del
agua en el tubo de entrada.
 La energía cinética del agua se transfiere a las aspas de la turbina
como energía cinética.
•La energía cinética de la turbina hace girar al generador eléctrico
30
Cámara de
combustión
Caldera de producción
de vapor de agua
Energía del gas natural
Condensado
+
-
15%
Gases de
chimenea
Bomba
Condensador
Turbina
de gas
Compresor
+
-
Vapor de agua
35%
Generador
eléctrico
Aire
Turbina
de vapor
Gas natural
Generador
eléctrico
Planta termoeléctrica para “generación” de energía eléctrica
Energía eléctrica
50%
31
Planta termoeléctrica para “generación” de energía eléctrica
Cámara de combustión: Se alimenta gas natural (principalmente metano) a alta presión y se combina con aire
comprimido. Se lleva a cabo la combustión y se producen
gases de combustión a alta presión y alta temperatura. La
combustión es adiabática (no hay transferencia de calor).
Energía química del
gas natural
(ENERGÍA INTERNA)
Energía cinética de las moléculas
de los gases de combustión
(ENERGÍA INTERNA)
Turbina de gas: Los gases de combustión (alta presión y
temperatura) transfieren parte de su energía interna a las
aspas de la turbina de gas y las hacen girar. Las aspas están
unidas al rotor. El rotor realiza trabajo sobre el compresor de
aire y el generador eléctrico.
Energía interna
de los gases de
combustión
Energía cinética
de las aspas de
la turbina de gas
Trabajo al
compresor de aire
y generador eléctrico
32
Planta termoeléctrica para “generación” de energía eléctrica
Compresor de aire: El eje de la turbina de gas acciona al
compresor de aire. La energía mecánica (Trabajo) que le
transfiere la turbina de gas al compresor la utiliza éste para
comprimir al aire (aumentan la presión y la temperatura del
aire). El trabajo realizado incrementa la energía interna del aire
Trabajo de la
turbina de gas
Energía cinética del
rotor del compresor
Energía interna
del aire
Generador eléctrico: El eje de la turbina de gas acciona al
generador eléctrico. La energía mecánica (Trabajo) que le
transfiere la turbina de gas al generador eléctrico se transforma
en energía eléctrica por la acción de los campos magnéticos
Trabajo de la turbina de gas
Energía eléctrica
33
Turbina de gas
89
La energía eléctrica la utilizamos
en el hogar para:
en máquinas:
35
Consumo eléctrico en el hogar
Ejemplo: Consumo de energía eléctrica de una televisión
Tenemos una televisión que tiene un consumo de 220 W.
Éste número es la potencia (energía por unidad de tiempo)
El consumo de energía de la televisión dependerá de cuanto tiempo la
tenemos prendida.
Si la tenemos prendida 4 horas al día,
el consumo de energía de la televisión en un día es de:
(220 W)  (4 Horas) = 880 W hora = 0.88 kW hora = 0.88 kW h
En un bimestre (60 días) el consumo de energía eléctrica de la televisión
es de:
(0.88)  (60) = 52.8 kW h
Este consumo de energía eléctrica viene reflejado en el recibo de
Luz y Fuerza del Centro ( o CFE)
36
Consumo eléctrico en el hogar
Aparato
eléctrico
Potencia
(W)
Número
de horas
diarias
de uso
Consumo de energía
eléctrica en un bimestre
(kW h)
10 focos de
60 W c/u
5
(10*60*5)*60/1000
Televisión
220
4
(220*4)*60/1000
52.8
Refrigerador
400
6
(400*6)*60/1000
144.0
Plancha
1000
0.5
(1000*0.5)*60/1000
30.0
Cafetera
850
0.25
(850*0.25)*60/1000
12.8
Focos
TOTAL
180.0
419.6
37
Contenido
Conceptos básicos
Formas de energía
 La cadena de la energía
38
La cadena de la energía (1/3)
 La cadena de la energía está formada por los siguientes
elementos:
 Fuentes primarias de energía
 Fuentes secundarias de energía
 Usuarios de la energía
 Las FUENTES PRIMARIAS de energía son los recursos
disponibles en la naturaleza para abastecer las necesidades
de energía que demandan nuestras actividades. Casi siempre
las transformamos en otras formas de energía para poder
aprovecharlas. Las clasificamos en fuentes renovables y norenovables. Debemos promover la utilización de las fuentes
renovables.
Fuentes renovables
Radiación solar
Biomasa
Hidráulica
Eólica (viento)
Geotérmica

Fuentes no-renovables
Petróleo y Gas
Carbón
Uranio (nuclear)
39
La cadena de la energía (2/3)
 La cadena de la energía está formada por los siguientes
elementos:
 Fuentes primarias de energía
 Fuentes secundarias de energía
 Usuarios de la energía
 Las FUENTES SECUNDARIAS de energía las obtenemos de
las fuentes primarias (transformación de una forma de
energía en otra). Son las fuentes directas de energía que
aprovechamos para nuestras actividades. Será una energía
renovable si proviene de una FUENTE PRIMARIA DE
ENERGÍA RENOVABLE.
 Las FUENTES SECUNDARIAS DE ENERGÍA son:
 Biomasa
 Electricidad
 Productos petrolíferos
40
La cadena de la energía (3/3)
Fuentes
primarias de
energía
Fuentes
secundarias de
energía
Usuarios de la
energía
Están
disponibles en
la naturaleza
Se obtienen de
las fuentes
primarias
La usamos en
nuestro
beneficio
Radiación solar
Biomasa
Hidráulica
Eólica (Viento)
Geotérmica
Petróleo y gas
Carbón
Uranio (Nuclear)
Biomasa
Electricidad
Gasolina
Diesel
Turbosina
Queroseno
Combustóleo
Gas natural
Gas licuado
Alimentos
Aparatos
eléctricos
Automóviles
Camiones
Aviones
Estufas
Calentadores
41
Fuentes de energía primaria en México
Fuentes de Energía Primaria
1.0%
6.1%
80.8%
13.5%
4.6%
1.9%
5.6%
Carbón
Petróleo y Gas
Nucleoenergía (Uranio)
Hidroenergía
Geoenergía
Energía eólica
Biomasa
SENER: http://www.energia.gob.mx
(2002)
42
Fuentes de energía primaria para generar
energía eléctrica en México
Generación de Energía Eléctrica
12.4%
72.0%
20.0%
2.7%
4.9%
8.1%
Carbón
Petróleo y Gas
Nucleoeléctrica
Hidroeléctrica
SENER: http://www.energia.gob.mx
(2002)
Geotérmica
43
Consumo final de energía en México por sectores
Consumo de Energía por Sectores
21.0%
36.0%
40.3%
2.6%
Residencial
Transporte
Agropecuario
SENER: http://www.energia.gob.mx
(2002)
Industria
44
Consumo final de energía en México por
tipo de combustible
Consumo de Energía por Combustible (por Día)
Otros
15.1%
Gas LP
11.2%
50 x 106 Litros
Biomasa
8.4%
Gasolina
25.7%
85 x 106 Litros
Gas Natural
12.0%
450 x 106 kW h
Electricidad
14.4%
Diesel
13.2%
SENER: http://www.energia.gob.mx
(2002)
40 x 106 Litros
45
Energía en la WEB
http://www.energia.gob.mx/
http://www.conae.gob.mx/
http://www.energy.gov/
http://www.eia.doe.gov/
http://europa.eu.int/
http://www.ftexploring.com/
http://www.eia.doe.gov/kids/
http://www.howstuffworks.com/
46
¡ Gracias !
47
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