La Energía Térmica, es muy importante en la vida cotidiana de las personas, ya que de esta depende muchas de los objetos de uso diario, empresas, industrias, entre otras. En el siguiente artículo conoceremos cuales son sus usos, tipos de energía entre muchas otras cosas más.
Indice De Contenidos
- 1 ¿Que es la Energía Térmica?
- 2 Origen
- 3 Historia de la Energía Térmica
- 4 Características
- 5 ¿Cómo Funciona?
- 6 Energía Térmica Solar
- 7 Energía Térmica Oceánica
- 8 Formula
- 9 La Diferencia entre Calor y Energía Térmica
- 10 Ventajas y Desventajas
- 11 Usos y Aplicaciones
- 12 La Energía Térmica en Argentina
- 13 La Energía Térmica en Honduras
- 14 Energía Nuclear
- 15 Importancia de la Energía Térmica
¿Que es la Energía Térmica?
La Energía térmica es un término que puede referirse a varias cantidades termodinámicas diferentes, como:
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La Cantidad de Movimiento Molecular
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La Energía Interna de un Sistema
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Calor o Calor Sensible, que se definen como tipos de transferencia de energía.
La Energía Térmica consiste en la como parte de la energía interna de una especie de sistema termodinámico en equilibrio y que es algo proporcional a su temperatura completa y también se incrementa o se disminuye por medio de la transferencia de energía, por lo general esto es en forma de calor o de trabajo, en los procesos termodinámicos.
Cuando hablamos a nivel microscópico y en el marco de la llamada Teoría cinética, se trata del total de la energía cinética media que se encuentra presente como el resultado de los movimientos de forma aleatorios de los átomos y también de las moléculas o de la agitación térmica, que tienden a desaparecer en el cero absoluto.
La energía térmica es la que representa la energía interna total de un objeto: esta es la suma de sus energías moleculares de manera potencial y cinética. Cuando 2 objetos con distintas temperaturas entran en contacto, es cuando se transfiere la energía de uno haca el otro. Por ejemplo, si se llegasen a dejar caer carbones calientes en un contenedor con agua, la energía térmica se va a transferir de los carbones calientes al agua hasta que el sistema logre alcanzar una condición estable llamada equilibrio térmico.
Cuando se habla de bajo nivel es que significa que la temperatura asociada con la energía térmica es cercana a la del entorno. Solo es posible extraer la energía cuando existe una diferencia de temperatura, por lo que la energía térmica de bajo nivel representa lo que se llama el “final del camino” de la transferencia de la energía. No es posible ningún otro trabajo útil; la energía ahora se encuentra ‘perdida para el medio ambiente’.
Origen
La Energía Térmica se encuentra representada en unidades de Joule en la actualidad debido a James Prescott Joule, el hombre que fue quien descubrió que el calor es en realidad un tipo de energía. Era un físico inglés, que estudiaba las relaciones entre la temperatura, el calor y el trabajo cuando hizo el descubrimiento de esta. Durante sus pruebas, se dio cuenta de que simplemente agitar mecánicamente el agua elevaría su temperatura. (ver artículo: Fenómenos Meteorológicos).
Historia de la Energía Térmica
En el año 1807 un hombre llamado Thomas Young acuñó el término de la energía y en el año 1852 otro llamado lord Kelvin llego a proponer su uso en la termodinámica. El concepto de la energía interna y su símbolo U aparecieron por 1ra vez en los trabajos del llamado Rudolph Clausius y también de William Rankine, en la 2da mitad del siglo XIX, y con el pasar del tiempo este sustituyó a los términos de trabajo interior, de trabajo interno y de la energía intrínseca los cuales fueron empleados habitualmente en esa época. El conocido James Prescott Joule era quien introduciria las definiciones del calor latente y del calor sensible.
Describió la energía latente como la energía de interacción en una configuración dada de partículas, es decir, una forma de energía potencial, y el calor sensible como una energía que afecta la temperatura medida por el termómetro debido a la energía térmica, lo que él llamó la vida fuerza.
Características
La energía térmica es la energía en la materia que tiende a corresponder a la energía cinética de las moléculas y la distribución de la energía en los estados de rotación, vibración y la electrónica de la materia. La energía cinética de las moléculas determina la temperatura. La energía térmica es en pocas palabras calor.
¿Cómo Funciona?
En la actualidad, el joule es usado para una diversa variedad de cálculos que incluyen a la energía térmica y el calor. Un solo joule es la medida que representa 1 newton que mueve un objeto 1 metro. Para regresar a un concepto más familiar que es un poco menos científico, 1.000 joule forman una unidad térmica británica o Btu, un concepto con el que la mayoría de las personas que han comprado un horno se encuentran muy familiarizados.
Cada vez que busca el mejor horno, o un profesional de HVAC este tiende a calcular qué tipo de sistema necesita para su hogar, se está dejando de trabajar por James Prescott Joule.
Energía Térmica Solar
La Energía Térmica Solar denominada por las siglas ( STE ) es una forma de energía y una tecnología para poder aprovechar lo que es la energía solar para de esa manera generar energía térmica o energía eléctrica para el uso en la industria, y en los sectores residencial y también comercial. Las tecnologías térmicas solares capturan la energía térmica proveniente del sol y la utilizan para la calefacción y / o la producción de la electricidad. Esto es diferente de los paneles solares fotovoltaicos, que se tienen a convertir de manera directa la radiación solar en energía eléctrica.
Existen 2 tipos principales de sistemas solares térmicos para la producción de energía:
Activos
Los sistemas activos son los que requieren de partes móviles como por ejemplo los ventiladores o bombas para hacer circular los fluidos que tienden a transportar el calor.
Pasivos
Los sistemas pasivos no poseen componentes mecánicos y son aquellos que dependen de las características de diseño solo para capturar el calor como por ejemplo en el caso de los invernaderos.
Las tecnologías también se tienden a agrupar por temperatura:
- Baja
- Media
- Alta.
Sistemas Térmicos Bajos
Las aplicaciones de la baja temperatura que es < 100 ° C por lo general utilizan energía solar térmica para agua caliente o calefacción de espacios según Boyle, en el año 2004. Los sistemas activos a menudo consisten en un colector de placa plana montado en el techo a través del cual circula el líquido.
El colector tiende a absorber el calor del Sol y el líquido lo lleva al destino deseado, como por ejemplo, una piscina o un sistema de calefacción para el hogar. Los sistemas de calefacción pasivos implican prácticas inteligentes de diseño de edificios, que reducen la necesidad de sistemas de calefacción o enfriamiento al capturar o reflejar mejor la energía solar.
Sistemas Térmicos Medio
Las aplicaciones de temperatura media que son de 100 a 250 ° C no son comunes. Un ejemplo sería un horno solar, que utiliza un reflector que posee una forma especial para así poder enfocar los rayos del sol en una olla central. Se podrían utilizar con algún sistema parecido para procesos industriales, pero estos no se utilizan mucho.
Sistemas Térmicos Altos
Los Sistemas térmicos solares de alta temperatura que son 250 ° C > tienden a usar grupos de espejos para concentrar la energía solar en un colector central. Estos sistemas de energía solar concentrada CSP, por sus siglas en inglés pueden llegar a alcanzar las temperaturas lo suficientemente altas para producir vapor, que luego hace girar una turbina e impulsa un generador para producir electricidad.
Energía Térmica Oceánica
La llamada energía Termo – Oceánica es más conocida o denominada como la Energía Térmica Oceánica, y está generalmente se basa en la explotación de la diversos tipos de temperaturas que tienen los océanos. La diferencia de las temperatura en algunas partes de los océano como las zonas tropicales, es que estas pueden oscilar en torno a los 20 ° C entre la superficie y los 100 mtrs de profundidad.
En las zonas árticas y también las antárticas dichas diferencias pueden llegar a ser muy mayores, pero son necesarias las instalaciones que puedan intercambiar el agua a mayor profundidad, logrando alcanzar los 1.000 mtrs de profundidad.
Formula
La Energía Térmica es la única responsable de las temperatura de un llamado sistema y es considerada como parte de la energía total de un sistema lo que se traduce que es la suma de la energía potencial y también de la energía cinética. En algunas ocasiones también se le es denominada energía interna.
La designación de la energía térmica es “ Q ”. Puede llegar a ser directamente de manera proporcional a la masa de una sustancia, también al calor específico y a la diferencia de las temperaturas. La unidad “ SI ” de la energía térmica es llamada Joules ( J ). La fórmula para poder ubicar a la energía térmica es la siguiente:
Q = mc ΔT
Aquí es donde “ Q ” es la energía térmica, “ m ” es la masa de la sustancia dada, “ c ” es el calor específico y “ ΔT ” es la diferencia de temperatura.
Ejemplos Resueltos
Como un buen ejemplo para usar las fórmula de la energía térmica se puede llegar a deducir la energía térmica de un tipo de sustancia de la cual cuya masa es de 3 kg y el calor específico de esa misma sustancia es de 0.038 J / kg ° C. La pregunta es si ¿ la diferencia de la temperatura de este sistema se da como 60 ° C ?.
La Solución es la siguiente:
De la pregunta, queda claro que
m = 3kg, c = 0.038J / kg ° C, ΔT = 60 ° C
La fórmula para la energía térmica es
Q = mc Δ T
Q = 3 × 0.038 × 60 = 6.84 J
La Diferencia entre Calor y Energía Térmica
Si bien se sabe la energía térmica es la velocidad a la que se mueven las moléculas de un objeto en específico, el calor es en realidad la transferencia de esta clase de energía por medio de un objeto a otro. Cuando una cocina aplica calor a una bandeja de aceite, la energía térmica es transferida del elemento de la cocina al sartén y del sartén al aceite que se encuentra en el interior del mismo. Parte del calor también se transfiere al aire alrededor de la cocina, por lo que estas parecen calentarse tanto cuando se suele cocinar.
Ejemplos de la Energía Térmica
Un ejemplo muy simple sobre la energía térmica sería, si un elemento que es calentado encima de una cocina contiene energía térmica, y que cuanto más sea encendida la cocina, esto quiere decir que más energía interna contedrá la misma. En el nivel más básico, dicha energía térmica es el movimiento de las moléculas que tienden a componer el metal del elemento de la cocina.
Se sabe las moléculas son invisibles y no se pueden ver cuando se encuentran en movimiento, pero si lo están. Cuanto las moléculas sean más rápidas, más energía térmica interna poseerán.
Ventajas y Desventajas
En esta sección veremos cuales son las ventajas y las desventajas de las utilización de la Energía Térmica en las centrales térmicas.
Ventajas
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El costo inicial de la construcción es comparativamente más económico. Gracias a que tiene cercano las áreas urbanas, otros costos son menores.
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Las centrales térmicas son completadas por lo habitual en pocos años. Por lo general son ubicadas cerca de las áreas urbanas.
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La energía térmica tiende a depender del componente llamado carbón, el petróleo o el gas natural, que son todos los de suministro constante.
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Los proyectos de energía térmica por lo general se desarrollan en las regiones planas, por lo que el alcance de la expansión es algo ilimitado.
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Los proyectos de energía térmica suelen pagar dividendos desde el comienzo.
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A diferencia de los proyectos hidroeléctricos, donde la ubicación geográfica es algo muy importante, las plantas térmicas pueden llegar a ubicarse en las áreas adecuadas donde pueden llegar a producir daños ambientales mínimos.
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Las ubicaciones de los proyectos térmicos por lo general se seleccionan en un lugar donde el desplazamiento de las personas es muy mínimo.
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Por el contrario, las centrales térmicas se encuentran ubicadas cerca o no tan lejos de los centros consumidores. Por lo tanto, la relación en cuanto a costo – beneficio es siempre mejor que la energía hidráulica.
Desventajas
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Las materias primas que son usadas para la producción de la energía térmica son fondos o recursos agotables.
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Las plantas de energía térmica no son nada amigables con el medio ambiente y estas plantas tienden a emitir contaminantes tóxicos como la ceniza, el dióxido de carbono y el dióxido de azufre.
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La capacidad de las plantas térmicas depende de la calidad del elemento carbón o la vaselina. Estas rara vez tienden a producir al nivel óptimo.
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Las máquinas y las calderas en las plantas térmicas son muy complejas y también complicadas. Por lo tanto, la aparición de los problemas mecánicos es algo muy frecuente, el costo de los mantenimientos es algo alto.
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El mantenimiento y el costo recurrente es elevado.
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Puede llegar a ser rentable a corto plazo. Rara vez tiende a ser viable a largo plazo.
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Tiene una vida útil muy corta.
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Tiende a ser muy difícil poder mantener un suministro óptimo durante un período largo.
Usos y Aplicaciones
El calor es una forma de energía que tiende a existir de forma natural. Este se transforma rápidamente en diversas formas de energía como por ejemplo la luz, electricidad, etc. La vida en esta tierra suele depender de la energía del calor para poder llegar a sobrevivir. El hombre conocía el calor y a su fuego precursor desde hacía muchos siglos y lo había estado utilizando para diversas aplicaciones desde su descubrimiento. La energía del calor, a diferencia de las otras formas, se puede llegar a sentir por el sentido del tacto. (ver artículo: Recursos Naturales).
El calor y la energía se encuentran bastante relacionados y son muy conocidos por el hombre antes de los avances en la ciencia. Tiene un papel muy importante en la vida humana y también en el medio ambiente. La energía térmica ayuda a:
La Fotosíntesis
En las plantas, la energía radiante del sol se convierte en energía térmica y esta queda atrapada en las hojas para formar los llamados carbohidratos. Esta energía térmica tiende a quedar atrapada en forma de carbohidratos la cual libera nuevamente el calor en el cuerpo. La energía térmica es formada por la descomposición de los carbohidratos en los tejidos animales. Este tipo de calor se mide como la temperatura corporal y se mantiene uniforme en todo el cuerpo por medio de la distribución de la sangre.
Reacciones Enzimáticas
Las enzimas son llamadas bio – catalizadores que son los que ayudan a mejorar la velocidad de las reacciones bioquímicas. Estas enzimas tienden a funcionar solo cuando existe una temperatura adecuada, es decir, cuando hay una energía térmica. A baja temperatura, se encuentran inactivos, y las reacciones no proceden.
A altas temperaturas se llegan a desnaturalizar. Por lo tanto, estas necesitan una temperatura óptima para la función. Así que sin calor, son no funcionales. Por lo tanto, se puede notar que en el caso de que la temperatura corporal alta, como en un trastorno como la insolación, se debilite debido a una disfunción fisiológica.
Ciclo del Agua
El ciclo del agua es el llamado fenómeno responsable de la lluvia y la vida en la tierra. Cuando el calor del sol tiende a entrar en contacto con el agua en la tierra, este se evapora formando vapor de agua. Esta evaporación que ocurre principalmente en los océanos forma las denominadas nubes. Estas nubes de vapor, a su vez, llegan a la tierra por medio del cielo, se enfrían y es cuando causan las lluvias.
El agua de la lluvia se acumula en las piscinas, en los estanques, en los ríos, etc, y el exceso regresa a los mares y a los océanos. Este ciclo se denomina el ciclo de agua y esto tiende a ocurrir debido a la ganancia de calor y al mecanismo de pérdida de calor.
Reacciones Químicas
Muchas reacciones químicas como la fotosíntesis, la descomposición se producen en presencia de la energía térmica. Debido a la energía térmica, los llamados electrones y los átomos en las sustancias que se encuentran en estado estable se ponen en lo que se llama vibración. Estas vibraciones facilitan la formación de los nuevos enlaces y de las nuevas moléculas.
Así el calor trae un tipo de cambio en las moléculas y en las sustancias. Por lo tanto, incluso puede llegar a notar que los medicamentos que contienen la etiqueta “almacenan en un lugar fresco”. Esto es debido a que el llegar a exponerlos al calor puede provocar unas reacciones y estropear el ingrediente que contiene el medicamento.
Movimiento del Automóvil
Todos los vehículos que funcionan con la gasolina y también con el carbón funcionan debido a la generación de la energía térmica en la parte de su interior. La energía térmica es la que ayuda a los pistones a poder moverse, lo que se transmite en movimiento cíclico y, por lo tanto, las ruedas llegan a girar. Cuanto más se genera el calor, mayor es la velocidad y la fuerza del movimiento del vehículo. Por lo tanto, la energía térmica es la base para que todos los vehículos automotores como los automóviles, los autobuses, los camiones, etc, pueden llegar a moverse.
Cocinar
Cocinar es una rutina de forma diaria en casa la cual es muy seguida por el hombre para hacer su comida. La cocción ayuda a mantener los alimentos bien cocidos, fáciles de digerir y también el poder eliminar cualquier microorganismo que pueda ser perjudicial para la salud humana. La transferencia de calor durante la cocción hace que el material alimenticio y la fibra sean más suaves y pastosos para el consumo.
Generación de Electricidad a partir de Energía Geo – Solar
La electricidad es generada por cualquier medio, como el uso de las presas de agua, el carbón, la energía nuclear, la energía eólica e incluso hasta por la energía solar. De ellos, los métodos solares y de carbón emplean el uso del calor para de esa manera generar la electricidad.
Fusión y Moldeo de Metales
Los metales son las sustancias más duras que se utilizan de manera amplia para la construcción, los vehículos, la ferretería, entre muchas otras cosas, es lo que podemos denotar como el hierro al rojo vivo. Estos metales no pueden llegar a ser moldeados con la aplicación de presión. Pero se pueden moldear fácilmente si se sobrecalientan a altas temperaturas.
Esterilización
Este es un proceso para llegar a matar cualquier tipo de microbio en los medicamentos y hasta en otro materiales de atención médica. Esto tiene como objetivo mantener la preparación estéril hasta su uso. Así que la esterilización por medio del calor es el método más común y altamente efectivo para poder hacerlo. Los métodos como el autoclave, el horno de aire caliente, la incineración tienden a utilizar la energía térmica en el proceso de esterilización. Pero el proceso se puede llegar a lograr cuando el material se encuentra expuesto a una temperatura específica y una duración adecuada del tiempo.
La Energía Térmica en Argentina
El sector eléctrico de Argentina se puede decir que constituye el 3er mercado energético más grande en toda América Latina. Este se basa principalmente en lo que se denomina la generación térmica y que posee un 60 % de la capacidad ya instalada y en cuanto a la generación de la energía hidroeléctrica con un 36 % de la misma en funcionamiento.
El país Argentino todavía posee un gran potencial hidroeléctrico que aún no a sido explotado.
La generación térmica del gas natural que prevalece se encuentra en riesgo debido a la incertidumbre sobre el suministro futuro de gas.
Debido al gran aumento que existe de la demanda en cuanto a la electricidad y la disminución de los márgenes de la reserva, el gobierno de Argentina se encuentra en medio de un gran proceso de poder encargar los grandes proyectos, tanto como para los sectores de generación eléctrica como también para los de transmisión.
Para poder mantenerse al día con la creciente demanda, se estima que se necesitan aproximadamente unos 1.000 MW de nueva capacidad de generación por cada año.
Un gran número de estos proyectos se encuentran siendo financiados por el gobierno por medio de fondos fiduciarios, mientras que la iniciativa privada independiente todavía es algo limitada, ya que aún no se ha recuperado completamente de los efectos de la crisis económica de argentina.
La Energía Térmica en Honduras
En el país de Honduras existe una gran planta de Energía Térmica la cual se llama Inverna la cual consiste en el principal reciclador de plásticos en toda las regiones hondureñas, cuando dicha industria Invema inicia sus operaciones, comienza una fórmula de éxito que tiende a resonar en el país. Esta es una de las empresas comerciales que logro aprovechar la existencia del auge de la energía fotovoltaica en el país.
Hace unos 6 años, los ejecutivos de la firma decidieron llegar a instalar los paneles solares en la empresa, para que de esa manera pudiera generar su propia energía. Esta iniciativa prometió una gran reducción del 20 % en el consumo de energía, así como una reducción significativa en las emisiones de los gases de efecto invernadero y los de gases contaminantes. (ver artículo: Sol como fuente de Energía).
Energía Nuclear
La energía nuclear es energía en el núcleo es decir el núcleo de un átomo. Los átomos son pequeñas partículas que tienden a formar cada objeto en el universo. Existe una energía enorme en los enlaces que mantienen unidos a los átomos. La energía nuclear se puede llegar a utilizar para poder producir la electricidad. Sin embargo primero se debe liberar la energía. Esta energía se puede liberar de los átomos de 2 maneras:
- Fusión Nuclear
- Fisión Nuclear
En la fusión nuclear, la energía es liberada cuando los átomos se combinan o fusionan para formar un átomo más grande. sí es como el sol llega a producir energía. En la fisión nuclear, los átomos se tienden a dividir para formar átomos más pequeños, liberando la energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para llegar a producir la electricidad.
Importancia de la Energía Térmica
La energía térmica es importante ya que es muy común en el medio ambiente y puede servir como una fuente constante de energía. Por eso podemos considerar lo siguiente:
Usamos Diario en Todas Partes
Este tipo de energía la utilizamos para cocinar, limpiar, sentarnos, etc. Agregar un generador termoeléctrico que puede convertir todas estas acciones en electricidad puede llegar a producir una cantidad significativa de energía
Es Perpetuo
La energía térmica, a diferencia de la energía solar y la eólica, es menos variable que esta última. La energía solar necesita de la luz, mientras que la energía eólica necesita es del viento. La energía térmica se puede llegar a producir en todo momento, en cualquier lugar donde se pueda producir calor, así como la electricidad. (ver artículo: Radiación Solar).
