Toda energía renovable (excepto la energía de las mareas y la geotérmica) y toda la energía no renovable (los combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas) provienen, directa o indirectamente del sol.
El sol irradia energía electromagnética producto de la combustión nuclear del hidrógeno en helio.
El sol y los sistemas ecológicos. Conceptos elementales: leyes de la termodinámica clásica
Ley de la conservación de la energía [Primera ley de la termodinámica clásica]. La energía del universo es constante.
En un sistema ecológico [conjunto de interacciones de seres vivos entre sí y con su entorno] la energía que recibe de su entorno es igual a la que entrega.
El sol y los sistemas ecológicos. Conceptos elementales: leyes de la termodinámica clásica
Ley de la entropía [Segunda ley de la termodinámica clásica]. En los procesos irreversibles, la entropía del sistema y de su entorno aumenta, es decir que parte de la energía se degrada a calor que se incorpora al ambiente sin que sea posible su recuperación como trabajo útil. Esto no quiere decir que el sistema total (el universo) pierda energía.
En un sistema ecológico la transformación de energía química en energía cinética implica disipación de calor.
El sol y los sistemas ecológicos. Las formas de transferencia de energía
La transferencia de energía puede ser:
nuclear
electromagnética
química
mecánica
calórica
sonora.
El sol y los sistemas ecológicos. La energía nuclear (fusión)
En el centro del sol, la gran temperatura (16.000.000 de Kelvin) y la enorme presión (la densidad es de 150 veces la del agua) los átomos de hidrógeno experimentan la fusión nuclear: cuatro núcleos de hidrógeno constituyen un núcleo de helio y se produce energía en forma de calor y de radiaciones electromagnéticas gamma.
La energía producida por segundo, es equiparable a la explosión de 100.000 millones de bombas de hidrógeno de un megatón.
Kelvin. Unidad de medida en la escala de temperatura absoluta, en la que el cero, llamado cero absoluto, equivale a -273,16 °C. Su símbolo es K. Antes se llamó grado kelvin.
El sol y los sistemas ecológicos. La energía nuclear (fusión)
Las radiaciones electromagnéticas son ondas que se propagan por el espacio y la materia transportando energía.
Una onda transporta energía pero no transporte materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.
Conceptos elementales la energía nuclear (fisión)
Las radiaciones electromagnéticas gamma y el calórícas también se producen por fisión nuclear cuando ciertos núcleos pesados se desintegran (mediante bombardeo de neutrones).
El sol y los sistemas ecológicos. La energía química
En los sistemas ecológicos, las radiaciones electromagnéticas gamma provenientes del sol, son aprovechadas por las plantas que contienen el pigmento verde llamado clorofila (proceso de fotosíntesis), para liberar oxígeno y convertir sus compuestos químicos de bajo contenido energético en otros de alto contenido energético, como la glucosa, que almacenan energía en sus enlaces.
La glucosa almacenada en las plantas con clorofila es el fundamento energético de la vida terrestre.
El sol y los sistemas ecológicos. La energía mecánica
En los sistemas ecológicos, si los compuestos químicos de alto contenido energético sufren un proceso de oxidación (respiración, combustión) liberan energía química (proceso reversible) que puede transferirse en forma de energía mecánica y liberación de calor.
Conceptos elementales. La energía mecánica
La energía mecánica resulta de la acción conjunta de la energía cinética y la potencial gravitatoria
Conceptos elementales. La energía cinética y la potencial gravitatoria
es decir que la magnitud de la energía cinética surge del producto de la masa del objeto y el cuadrado de su velocidad.
La energía potencial gravitatoria es la que adquiere un objeto cuando se lo eleva por encima de una superficie (fuerza vertical aplicada a lo largo de una distancia); si se deja caer el objeto, su energía potencial se convierte en cinética
Conceptos elementales. La energía cinética y la energía sonora
En los sistemas ecológicos, la energía cinética (movimiento), proveniente de la energía química, proveniente a su vez de la energía electromagnética, puede transformarse en energía sonora.
La energía sonora se transmite por ondas, que a diferencia de las ondas electromagnéticas, que se propagan por el espacio y la materia, se propagan sólo por la materia, por lo que no pueden transmitirse en el vacío.
La energía eólica
(La energía cinética del viento)
Conceptos elementales: el sol como fuente de toda energía terrestre
Aproximadamente el 0,04 de la energía proveniente del sol es convertido en biomasa por las plantas de la tierra.
Aproximadamente el 2 por ciento de la energía proveniente del sol se convierte en energía eólica.
El sol, la rotación terrestre y los desplazamientos del aire
La Tierra tiene un diámetro de 12.000 kilómetros.
La atmósfera tiene una altura de 11 kilómetros sobre el nivel del mar.
El aire del Ecuador, más caliente y por lo tanto más liviano que el del resto de la Tierra, se eleva hasta una altura de 10 kilómetros y se propaga hacia los polos, donde se enfría, desciende y regresa al Ecuador.
Si la tierra no rotase, el aire se dirigiría desde el Ecuador hacia los polos en dirección rectilínea. La rotación terrestre hace que en el hemisferio sur el aire circule en la dirección de las agujas del reloj, y en dirección contraria en el hemisferio norte.
Máquinas eólicas
Convertidoras de la energía cinética del viento (energía eólica) en movimiento rotativo
Máquinas eólicas
El aparejo de las embarcaciones
(siglos XIII a. C. – XXI)
Convertidor de energía eólica en impulsión
El aparejo de las embarcaciones
Las embarcaciones monoxilas del mesolítico y neolítico fueron impulsadas, mediante el remo (palanca), por la energía humana.
En el siglo XIV a. C., surgieron en Egipto, las embarcaciones con aparejo.
El aparejo convierte la fuerza cinética del viento en impulso de la embarcación y está constituido por
mástil(es)
vergas
velas
jarcias.
Embarcaciones sin aparejo: navío monoxilo
Embarcación monoxila
Impulsión humana
El aparejo de las embarcaciones: el navío egipcio
Siglo XIII a. C. Navío egipcio para navegar el Nilo
Impulsión humana
Impulsión eólica
El aparejo de las embarcaciones: los mástiles
Los mástiles son palos fijados al casco mediante encastre (en el fondo del casco) y jarcias (cabos y sogas que fijan el mástil a la parte superior de los bordos ‘costados’ de la embarcación).
Inicialmente sólo se usó un mástil.
Luego se multiplicaron los palos verticales:
trinquete (el más cercano a la proa)
mayor (el del medio)
mesana (el más cercano a la popa), que puede complementarse con el contramesana.
También se agregó, en la proa, un palo oblicuo (de 15 a 45 grados respecto de la vertical), el bauprés.
El aparejo de las embarcaciones: las vergas
Las vergas son palos ligados a los mástiles para soportar las velas. Según el tipo de velas pueden estar, con relación al mástil, en posición perpendicular (velas cuadradas) u oblicua (velas latinas).
El aparejo de las embarcaciones: las velas
Las velas son telas que penden de las vergas y pueden ser cuadradas o latinas.
Las velas cuadradas (o trapezoidales) sólo sirven para aprovechar los vientos francos (de proa).
Las velas latinas (triangulares) permiten aprovechas los vientos de todas las direcciones.
El aparejo de las embarcaciones: las jarcias
Las jarcias son cabos y sogas que pueden ser firmes (o muertas) o móviles (de labor).
Las jarcias firmes están permanentemente tensadas y fijan los mástiles a la parte superior de los bordos de la embarcación.
Las jarcias móviles pueden estar tensadas o no y sirven para maniobrar las vergas y velas.
Los molinos de pivote son anteriores a los molinos torre; aparecen en el siglo XII.
Energía eólica: los molinos de pivote
1344 Miniatura del Roman d’Alexandre
Ventajas y limitaciones de los molinos de viento
Los molinos de viento, de mecanismo más complejo que los de agua, seguían funcionando cuando las bajas temperaturas congelaban los ríos.
La potencia, menor y limitada en relación con los molinos de agua, los especializó en la molienda de grano y semillas oleaginosas.
Energía eólica: los molinos de pivote
Estructura.
Caja de madera hecha de tablas verticales, superpuestas como tejas, que contiene los mecanismos de transmisión y las piedras de moler.
Puede girar sobre un pivote construido con un tronco de roble. La escalera exterior sirve para acceder a la caja.
La palanca es para orientar la caja de manera que las aspas enfrenten el viento.
Energía eólica: los molinos de pivote y de torre
Mecanismo impulsor. Las aspas eran, generalmente, cuatro, tenían entre siete y doce metros de largo, estaban ubicadas de manera levemente oblicua respecto del plano de rotación.
Energía eólica: los molinos de pivote y de torre
Mecanismo impulsor.
Las aspas estaban compuestas por un árbol ligado al eje y atravesado por listones, que soportaban telas más o menos extensas según la intensidad del viento de la región.
Energía eólica: los molinos de pivote y de torre
Mecanismo de transmisión
El árbol, de unos sesenta centímetros de diámetro, soportaba las aspas y la rueda, para transmitir la fuerza de impulsión del viento al mecanismo de molienda. Por la parte delantera se apoyaba en el “yugo” (semibuje), de mármol, sostenido por el “portayugo”. Por la parte de atrás se apoyaba en la “prisión”, que sostenía el “cuello” del árbol en otro semibuje de mármol e impedía sus desplazamientos.
Energía eólica: los molinos de pivote y de torre
Mecanismo de transmisión
La rueda, de aproximadamente dos metros sesenta centímetros de diámetro, tenía unos noventa dientes, cuya realización y reparación requería de artesanos muy especializados.
Estaba circundada por una llanta de acero, también construida por artesanos especializados, que formaba parte del freno, activado por una palanca de roble de unos cuatro metros cincuenta centímetros de largo.
Energía eólica: los molinos de pivote y de torre
Mecanismo de transmisión
El piñón o linerna
Energía eólica: los molinos de pivote y de torre
Mecanismo de transmisión
Rueda y piñón
Energía eólica: los molinos de pivote
un eje, una rueda con dientes de madera, que hace girar un piñón (la linterna), que acciona la muela que gira sobre la muela durmiente.
Mecanismo de transmisión
Funcionamiento. El grano pasa por un orificio en el medio de la muela giratoria y se aplasta entre esta muela y la durmiente para producir la molienda: harina y salvado.
Energía eólica: los molinos de pivote
Dibujo de las partes fundamentales de la apariencia externa:
Caja
Aspas
Escalera
Palanca
Soporte
Energía eólica: los molinos de pivote
Partes fundamentales de la apariencia externa
Fotografía actual
Energía eólica: los molinos de pivote
Dibujo de las partes fundamentales de la apariencia externa:
Caja
Aspas
Escalera
Palanca
Soporte
Energía eólica: los molinos de torreta
En los molinos de torreta, que aparecen en el siglo catorce, la torre (la estructura portante) es de piedra o de ladrillo y está sólidamente asentada sobre el terreno.
La torreta, que corona la torre, soporta el eje de las aspas y los mecanismos de transmisión, es giratoria para orientarse por los vientos más favorables. Se mueve por la escalera o, de manera automática, mediante una cola.
La mayor solidez de la estructura permitió incrementar las dimensiones de las aspas y, de manera consecuente, la potencia, que alcanzó entre los veinte y treinta caballos de fuerza.
Energía eólica: los molinos de torreta
Molino de torreta
Dibujo de su estructura
Energía eólica: los molinos de torreta
Molino de torreta
Fotografía de una restauración
Máquinas eólicas
Las turbinas eólicas
La energía mecánica del viento y las turbinas eólicas
La energía mecánica del viento puede ser más eficientemente recuperada sobre el mar, a lo largo de las costas (off shore), que en el interior del territorio (on shore). En consecuencia, la superficie terrestre en la que puede ser utilizada es limitada.
Desde el punto de vista económico, la producción de electricidad mediante turbinas eólicas se vuelve cada vez más competitiva respecto de los combustibles fósiles.
Los campos de turbinas eólicas
Campo turbinas eólicas
Los campos de turbinas eólicas
Campo turbinas eólicas en Palms Spring, California, EEUU
Las turbinas eólicas: su estructura
Rotor de aletas
es movido por el viento y transfiere su movimiento al eje.
La torre
eleva (en busca de vientos más francos) y sostiene el rotor de aletas y la barquilla. No deben vibrar para permitir un correcto funcionamiento del generador.
Las turbinas eólicas: su estructura
La torre de asta con tensores
Las turbinas eólicas: su estructura
En una turbina eólica actual de 1.000 kW, las aletas tienen un diámetro aproximado de 27 metros, están diseñadas como el ala de un aeroplano y giran a aproximadamente entre 19 y 30 revoluciones por minuto (RPM).
Las turbinas eólicas: la relación entre el diámetro y la generación de energía
Las turbinas eólicas: su estructura
La barquilla contiene los componentes de la turbina eólica: caja de engranajes y generador. Se accede desde la torre.
La caja de engranajes incrementa la velocidad en unas 50 veces (1.500 RPM). Está equipada con un freno a disco, usado en caso de falla o de mantenimiento.
Las turbinas eólicas: su estructura
El eje de alta velocidad
Conecta la caja de engranajes con el generador de electricidad.
El generador de electricidad
El generador de electricidad produce, actualmente, entre 600 y 3.000 kilowatts (kW).
Las turbinas eólicas: su estructura
El mecanismo de orientación y detención
Permite orientar la barquilla frente al viento. Consiste en un motor eléctrico y en una computadora que continuamente registra la condición del viento para activar el motor eléctrico o el freno; en caso de inconveniente avisa a la central.
Las turbinas eólicas: su estructura
Unidad refrigerante.
Está compuesta por un ventilador para el generador y un refrigerador para el aceite de la caja de engranajes
Las turbinas eólicas: su estructura
Anemómetro
Suministra información al mecanismo de orientación y detención. El generador se pone en movimiento con vientos de 5 kilómetros por hora y se detiene cuando superan los 25.
Veleta
Suministra información al mecanismo de orientación y detención sobre la dirección del viento, para orientar la barquilla.
Las turbinas eólicas: su estructura
Anemómetro
Suministra información al mecanismo de orientación y detención. El generador se pone en movimiento con vientos de 5 kilómetros por hora y se detiene cuando superan los 25.
Veleta
Suministra información al mecanismo de orientación y detención sobre la dirección del viento, para orientar la barquilla.
Energía hidráulica
Energía hidráulica
(energía mecánica de los cursos de agua)
El molino de agua horizontal
(siglos I a. C a XIX)
Energía hidráulica. Las obras de ingeniería hidráulica
Máquinas hidráulicas de aguas fluyentes
Mediante una “obra de toma”, se capta una parte del caudal del río, se lo conduce hacia la máquina hidráulica (molino harinero, generador, etecétera) y se lo devuelve al cauce.
Máquinas hidráulicas de pie de presa
Mediante una presa se represa todo el caudal de un río y se regula el flujo que alimenta la máquina hidráulica.
Máquinas hidráulicas de canal
Energía hidráulica. El molino de agua horizontal
Durante el siglo I a.C., aparecieron los molinos de agua horizontales en las montañas del Oriente medio.
Eran molinos simples de transmisión directa (sin mecanismos de transmisión), por lo que el mecanismo de molienda estaba construido sobre la rueda hidráulica.
El mecanismo de impulsión consistía en una rueda hidráulica horizontal sumergida en la corriente de un río.
Su uso se generalizó en Europa y perduró hasta época reciente.
Energía hidráulica. Molino de agua horizontal
Molino harinero, de agua, horizontal. Esquema.
Mecanismo de molienda
Piedras de moler: solera (fija) y volandera (móvil)
Suministrador
Contenedor
Mecanismo de transmisión
Eje
Mecanismo de impulsión
Rueda hidráulica horizontal
Eje de transmisión
Banquina
Energía hidráulica. Molino de agua horizontal
Molino de agua horizontal
Energía hidráulica
Energía hidráulica
El molino de agua vertical
(siglos I a. C a XIX)
Energía hidráulica. El molino de agua vertical
Incorporó un mecanismo de transmisión que permitió separar el mecanismo de molienda del de impulsión.
Energía hidráulica. Vitruvio: el molino de agua vertical con impulsión inferior
Vitruvio (70-25 a. C.), autor de Sobre la arquitectura, el más antiguo tratado sobre la arquitectura que se conoce, describió el molino de agua vertical con impulsión inferior, cuyas características eran:
el mecanismo de molienda quedaba superpuesto al mecanismo de impulsión;
la capacidad de impulsión dependía de la corriente del río.
Energía hidráulica. Vitruvio: el molino de agua vertical con impulsión inferior
Vitruvio (70-25 a. C.)
Su molino tenía una rueda hidráulica impulsada desde abajo por la corriente de agua (impulsión inferior).
Energía hidráulica. Vitruvio: el molino de agua vertical con impulsión inferior
Vitruvio (70-25 a. C.)
rueda hidráulica
eje con sus banquinas
canal.
Energía hidráulica. Vitruvio: el molino de agua vertical con impulsión inferior
Vitruvio (70-25 a. C.)
rueda de transmisión
linterna (piñón)
piedra solera cónica.
piedra volandera, cóncavo cónica.
Energía hidráulica. El molino de agua vertical con impulsión inferior
eje
rueda de transmisión
linterna (piñón)
Energía hidráulica. El molino de agua vertical con impulsión inferior
eje
rueda de transmisión
linterna (piñón)
Energía hidráulica. Molino de agua vertical
Molino harinero, de agua, vertical. Esquema de mecanismos.
Mecanismo de molienda
Piedras de moler (volandera –móvil- y solera –fija-)
Mecanismo de transmisión
Eje
Linterna (piñón)
Mecanismo de impulsión
Eje de transmisión
Engranaje vertical
Rueda de agua vertical
Energía hidráulica. El molino de agua vertical con impulsión superior y central, de la Europa medieval y moderna
El mecanismo de impulsión consistía en una rueda hidráulica accionada por un chorro de agua que le llegaba desde arriba o desde una altura media altura (impulsión superior o media), lo que permitió:
incrementar la energía cinética del agua, con lo que se obtuvo mayor velocidad y potencia;
construirla de un tamaño mayor que la rueda horizontal, y así obtener mayor potencia, con lo que el molino de agua vertical pudo aplicarse a la minería y a la metalurgia.
Energía hidráulica. El molino de agua vertical con impulsión superior y central, de la Europa medieval y moderna
Rueda hidráulica de impulsión superior
Energía hidráulica. El molino de agua vertical con impulsión superior y central, de la Europa medieval y moderna
Los molinos de agua horizontales se instalaron en ríos correntosos cubriendo una parte de su curso con piedras, que sostenían el eje.
Los molinos de agua verticales requirieron la construcción de canales para instalar la rueda y, a medida que difundieron los de impulsión superior y central, obras hidráulicas más complejas: construcción de canales para desviar parte del caudal del río y devolverlo a su curso original y de represas para establecer diferencias de niveles.
Estas obra de ingeniería espontánea contribuyeron a dar origen a la moderna profesión de ingeniero.
Energía hidráulica. Molino de agua vertical con impulsión inferior (Vitruvio)
850. Instalación sobre canal natural y obras hidráulicas.
Energía hidráulica. Molino de agua vertical con impulsión superior
Siglo XIII. Combelongue – Francia
Represa
Energía hidráulica. Molino de agua vertical
Siglo XIII. Combelongue – Francia
Entrada del agua
Máquinas hidráulicas
Las turbinas hidroeléctricas
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
La segunda revolución industrial (1890-1930) se cumple en los Estados Unidos y Alemania y se relaciona con:
el empleo de una máquina más pequeña (y por lo tanto más transportable) que la caldera, para convertir energía calórica proveniente de un combustible fósil, el petróleo, en movimiento mecánico circular: el motor de combustión interna, que también tiene la ventaja de requerir un mucho menor insumo de agua;
el empleo de la energía eléctrica, producida mediante energía hidráulica, eólica o calórica, y capaz de ser utilizada a gran distancia del lugar de su producción (mediante transporte o almacenamiento), para alimentar un nuevo conjunto de máquinas basadas en el movimiento mecánico circular.
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
Las turbinas hidroeléctricas producen el diecisiete (17) por ciento de la electricidad consumida en el mundo; es decir más que todas las otras formas de producir electricidad mediante energías renovables.
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
La mayor parte de los sitios donde la instalación de turbinas hidroeléctricas es posible sin dañar el medio ambiente y la población, ya han sido utilizados. Su incremento presumible es reducido.
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
Esquema de una turbina hidroeléctrica. Represa. Presa o dique. Compuertas de entrada. Tubería de provisión. Usina (turbina; generador). Canal de desagüe. Transformador. Líneas de alta tensión.
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
Represas del río Columbia
No todos los sitios fluviales son adecuados para la instalación de represas.
En el mundo quedan pocos sitios adecuados sin explotar
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
1889. Wellamette. Usina
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
Centro de control
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
Torre de control de las compuertas de entrada
Las turbinas hidroeléctricas: conversión de energía hidráulica en energía eléctrica
Usina (turbina; generador).
Las turbinas hidroeléctricas. Las formas de represas y presas (diques) varían según el sitio utilizado para generar la diferencia de nivel. Rio Columbia: Brownlee; Chief Joseph; Grand Coulee; Hels Canyon
Las turbinas hidroeléctricas. Las formas de represas y presas (diques) varían según el sitio utilizado para generar la diferencia de nivel. Rio Columbia: Hungryhorse, Iceharbor, Johnday, Libby.
Las turbinas hidroeléctricas. Las formas de represas y presas (diques) varían según el sitio utilizado para generar la diferencia de nivel. Rio Columbia: Little Goose, Lower Granite, Lower Monumental, McNary.
Las turbinas hidroeléctricas. Las formas de represas y presas (diques) varían según el sitio utilizado para generar la diferencia de nivel. Rio Columbia: Oxbow, Priest Rapids, Rock Island, Rocky Beach
Las turbinas hidroeléctricas. Las formas de represas y presas (diques) varían según el sitio utilizado para generar la diferencia de nivel. Rio Columbia: The Dalles, Wanapun
Hidroelectricidad. El almacenamiento por bombeo
Las grandes diferencias entre las demandas máximas y mínimas de electricidad pueden reducirse mediante el almacenamiento por bombeo: que consiste en utilizar el excedente relativo de producción de energía eléctrica en los momentos de baja demandas, para bombear el agua de regreso hasta la represa. Se utiliza una usina (turbina y generador) reversible que puede actuar como turbina y como bomba. Con este método se recuera entre el setenta (70) y el ochenta y cinco (85) por ciento de la energía utilizada para elevar el agua hacia la represa.
Hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo
Esquema. El almacenamiento por bombeo
Hidroelectricidad producida mediante minicentrales
Sitios de adecuado desnivel de aguas o antiguas instalaciones de molinos se utilizan para generar hidroelectricidad mediante miniturbinas destinadas a satisfacer demandas locales.
Las miniturbinas pueden ser de de acción o de reacción.
Las miniturbinas de acción (Pelton) aprovechan la energía de la presión del agua a la entrada (diferencia entre el nivel del agua de origen y el del eje de la turbina); son similares a los molinos de agua.
Las miniturbinas de reacción (Kaplan, Francis) aprovechan la energía de la presión del agua tanto a la entrada (diferencia entre el nivel del agua de origen y el del eje de la turbina) como a la salida (diferencia de nivel entre el eje y el nivel del agua donde se desagota).
Hidroelectricidad producida mediante minicentrales
Turbinas de acción
Pelton
Disco con paletas en su entorno, accionado por un inyector que regula el chorro de agua.
Hidroelectricidad producida mediante minicentrales
Turbinas de reacción
Kaplan
Cámara de entrada, distribuidor fijo, rodete con palas fijas en forma de hélice de bar y tubo de aspiración
Hidroelectricidad producida mediante minicentrales
Turbinas de reacción
Francis
Recibe el agua en dirección radial y la orienta en dirección axial.
Energía calórica
Energía calórica
Conceptos elementales: la energía
La energía del universo es constante.
En los intercambios de energía (transferencias mutuas) entre sistemas, la energía que recibe un sistema de su entorno es igual a la que entrega a su entorno.
Conceptos elementales: formas de transferencia de la energía
Los sistemas intercambian energía mediante diversas formas de transferencia: química, mecánica, calórica, electromagnética, nuclear y sonora.
Conceptos elementales: liberación de calor
Los enlaces de moléculas almacenan energía química; cuando esos enlaces se rompen (como ocurre en los procesos de oxidación) se libera, en forma de calor, parte de la energía almacenada.
En el universo biológico, la liberación de calor es un proceso irreversible, que no parece admitir recuperación útil.
Conceptos elementales: el calor como forma de transferencia de energía
El calor no puede ser almacenado (no es una energía potencial).
Cuando un cuerpo se caliente aumenta la energía de sus moléculas.
Cuando un cuerpo se enfría libera la energía de sus moléculas bajo la forma de calor.
Se dice que un cuerpo está caliente, no porque “posea” calor sino porque liberaenergía bajo la forma de calor.
Por lo tanto, el calor (como el trabajo mecánico o como la energía eléctrica) es
una forma de transferencia de la energía.
Máquinas de vapor
Convertidoras de calor en energía mecánica rotativa
La primera revolución industrial (1760-1830)
La primera revolución industrial, que comenzó en Inglaterra entre 1760 y 1830, y cuyas consecuencias se extendieron hasta la primera guerra mundial (1914), se basó sobre:
la máquina de vapor, capaz de convertir calor en movimiento circular;
el uso generalizado del carbón de piedra (combustible fósil), lo que produjo gran expansión de ;
el uso progresivo del hierro en las máquinas (telares), en las construcciones (su símbolo es la Torre Eiffel) y en los semovientes (ferrocarril);
el crecimiento del comercio ultramarino destinado a expandir los mercados para los productos industriales y a vincular más estrechamente las colonias con las metrópolis.
Energía calórica: la máquina de vapor
Esquema
Agua
Bomba
Caldera
- hogar
- agua
- vapor de agua
Válvula
Pistón
Transmisión
- biela (traductor de movimiento rectilíneo en movimiento giratorio)
- manivela
Válvula
Condensador
- vapor
- agua
Energía calórica: la máquina de vapor
James Watt (1736-1819)
1765. Máquina de vapor
La primera revolución industrial (1760-1830): el uso de las máquinas de vapor (1835-1914)
Potencia generada por las máquinas de vapor en el mundo entre 1835 y 1914
Energía calórica. La primera revolución industrial (1760-1830). El uso de combustibles fósiles y del hierro
El trabajo en la minería. Esquema
Los pozos
Las galerías
Las vagonetas; origen del ferrocarril
La primera revolución industrial (1760-1830). El uso del hierro fundido y su incorporación a la cultura
Léonard Defrance (1735-1805)
La colada
Un obrero sumerge su cucharón en la colada.
Otro obrero vierte el contenido de su cucharón en un molde decorativo.
Tres obreros espumar los desechos de la colada.
La primera revolución industrial (1760-1830). El uso del hierro fundido y su incorporación a la cultura
Léonard Defrance (1735-1805)
Interior de una fundición
La primera revolución industrial (1760-1830). El uso del hierro forjado
Léonard Defrance (1735-1805)
La forja
yunque
martillos
La primera revolución industrial (1760-1830): el progresivo uso del hierro
1777. Puente de hierro
La primera revolución industrial (1760-1830): el progresivo uso del hierro
1853. Palacio de cristal
La primera revolución industrial (1760-1830). Hierro fundido
Thames
Obreos y capataces
La primera revolución industrial (1760-1830): el progresivo uso del hierro
Thames.
Obreros de la fundición
La primera revolución industrial (1760-1830): el progresivo uso del hierro
Thames.
Obreros de la fundición
La primera revolución industrial (1760-1830). Las consecuencias sociales. El trabajo infantil
El trabajo infantil: niños reemplazando bobinas de los telares
Durante la primera revolución industrial, las empresas capitalizaron disminuyendo el costo del insumo laboral.
La primera revolución industrial (1760-1830). La ciudad fabril
La ciudad fabril
Apareció durante la primera revolución industrial. Atrajo la población rural. Inauguró la polución.
La primera revolución industrial (1760-1830). Inicio del crecimiento demográfico que se continuará durante la segunda revolución industrial
1800-1900 Crecimiento de la población. Estados Unidos, Canadá, Inglaterra, Francia, Alemania
Las consecuencias de la primera y segunda revoluciones industriales
1000 – 2000.
Evolución del crecimiento de la población y de la producción.
La primera revolución industrial (1760-1830): El comercio ultramarino
1750
Comercio internacional
Energía geotérmica
Convertidoras de la energía calórica de la tierra en calentamiento de fluidos
Energía geotérmica
En el interior de la tierra existen muy elevadas temperaturas que se explican por tres teorías que suponen que se deben:
a las presiones existentes bajo la corteza;
a procesos radioactivos internos;
a la materia incandescente que la formó.
La temperatura aumenta tres (3) grados centígrados por cada cien (100) metros de profundidad.
Energía geotérmica
Central geotérmica
Se puede obtener mediante dos profundos pozos, uno de inyección y otro de extracción por los que circula agua como intercambiador de calor.
Energía solar
Convertidoras de la energía radiante del sol (fusión nuclear) en calentamiento de fluidos o en electricidad
Energía solar térmica
En la actualidad la energía de las radiaciones solares puede ser aprovechada para:
Producir calor: energía solar térmica
Producir electricidad: energía solar fotovoltaica.
Ambas presentas problemas de costo y, sobre todo de almacenamiento, que son más incidentes en la energía solar fotovoltaica.
Energía solar térmica
Circuito abierto (se consume lo que se produce)
Circuito complejo, compuesto de un circuito abierto más un circuito secundario conectado por un intercambiador
Energía solar térmica
Parte de las radiaciones solares es absorbida por la atmósfera o dispersada por las nubes.
Los colectores captan:
las radiaciones directas;
las radiaciones reflejadas
las radiaciones difusas.
Energía solar térmica
Los colectores de tubo de vidrio al vacío.
Están recubiertos de un tubo de vidrio al vacío que recubren el absorbente metálico del calor.
Energía solar térmica
Sección de los tubos de los colectores.
Tubos de fluido.
Tubo interior de vidrio.
Hoja de cobre.
Revestimiento absorbente.
Cámara al vacío
Tubo exterior de vidrio.
Energía solar térmica
Las plantas de energía solar térmica
Energía solar térmica
Las plantas de energía solar térmica
Energía solar fotovoltaica
La energía fotovoltaica es la que aprovecha directamente las radiaciones solares para producir corriente eléctrica continua (como las pilas), que puede ser almacenada en baterías. Su uso requiere la transformación en energía eléctrica alterna.
La molienda a tracción humana y animal
La molienda a tracción humana y animal
La molienda del grano
Desde el mesolítico la necesidad de moler el grano para obtener harina fue un estímulo tecnológico fundamental. Primero fue la piedra sin trabajar, luego el pilón, ya en el neolítico la mano y el mortero. En el siglo III a. C. apareció la muela giratoria, movida inicialmente por el hombre, luego por animales de tiro y, en el siglo VI, por la energía hidráulica. En el siglo XII comenzó a utilizarse la energía eólica.
La molienda manual
2134-2040 a. C.
Estatuilla egipcia
La molienda manual
La molienda giratoria
Agujero en la piedra giratoria para introducir el grano.
Conocida en Europa a fines de la edad de hierro. Se usó en la Grecia del siglo V.
La molienda a tracción animal
Jordán
Molino a tracción animal.
En Europa desde el siglo I.
Molino de agua. Mecanismo de molienda
Piedra de moler fija
Canaletas ara el desplazamiento del grano
Centro para el pasaje del eje
Cubetas recolectoras
Molino de agua. Mecanismo de molienda
Siglo XVII
Piedra de moler fija (solera)
Canaletas ara el desplazamiento del grano
Centro para el pasaje del eje
Energía hidráulica: mecanismo de molienda
Piedra de moler solera
Canaletas para el desplazamiento del grano
Centro para inserción del eje e incorporación del grano
Energía calórica: la máquina de vapor
Esquema
Rotor (rueda móvil) con aletas
Eje motor, apoyado en bancadas
Distribuidor de vapor que desemboca en los canales limitados por las aletas
Stator, que contiene el rotor y las tuberías de llegada y salida del vapor.
Bibliografía
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Ducassé, Pierre. 1985. Historia de las técnicas [1958]. Buenos Aires: Eudeba.
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Pounds, Norman J. G. 1992. La vida cotidiana: historia de la cultura material [1989]. Barcelona: Crítica.
