Energia. Técnica de la Energía. TECNOL.

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Tecnología

La energía y su degradación. La e. es, por un lado, la magnitud básica en descripción actual del mundo físico, posiblemente porque sus propiedades, fundamentalmente la de su conservación, postulada en el primer principio de Termodinámica (v.), responden a una auténtica exigencia del espíritu humano, que pide, racionalmente, la existencia de una base o sustrato en la Naturaleza cuya creación no pueda ser explicada por las mismas leyes de la Física, haciendo implícitamente necesaria la existencia de un Creador.

Pero, por otra parte, es una magnitud que se emplea continuamente y cada vez con mayor extensión. En todos los cambios o procesos que tienen lugar en la Naturaleza interviene la e., de una u otra forma. Estos procesos físicos se producen en el mundo inanimado, en los seres vivos, y, también en el hombre. Y una de las características del desarrollo de la civilización humana es que cada vez realiza o da lugar a la realización de más procesos de este tipo. Compárense los de una civilización primitiva con los que tienen lugar en el mundo moderno, en el que circulan coches, se fabrican ladrillos y libros, se elaboran los metales, se modifica la forma y presentación de los alimentos, se altera el paisaje con carreteras, pantanos, tendidos eléctricos, etc. Para la realización de todos estos procesos que dan lugar a la determinación del medio en el que se desenvuelve el hombre del s. XX, son necesarias ingentes cantidades de e., la cual es transformada, no destruida, en el proceso.

La e. se obtiene de diversas fuentes naturales (carbón, combustibles líquidos, saltos de agua, e. solar directa, reacciones nucleares, etc.). Por otra parte, se modifica esta e. natural haciendo que adopte formas diversas de acuerdo con las necesidades particulares de cada caso, degradándola en cada modificación, según indica otro de los principios universales de la Física, el segundo de Termodinámica, siendo necesario recurrir continuamente a las fuentes naturales para disponer de nuevas cantidades, no precisamente de e., sino de e. utilizable (v. l).

Las transformaciones que sufre la e. desde sus fuentes naturales se podrían representar por una gráfica como la de la fig. 1, donde los círculos representan estados o modos que adquiere sucesivamente la e., y los niveles representan el tanto por ciento de e. primitiva que queda utilizable después de cada transformación. Un trozo de carbón, p. ej., contiene una cantidad de e. utilizable. Las sucesivas transformaciones que sufre esta e., pasando de e. química a e. térmica de los gases de combustión en el horno; más adelante a e. térmica del vapor de agua en la caldera; luego a e. mecánica del mismo vapor en una tobera, etc., se hacen con un descenso mayor o menor de utilizabilidad de la misma, pero siempre procurando que este descenso sea mínimo. Finalmente, la última etapa en la manipulación industrial o doméstica de la e. consiste en una pérdida brusca de su utilidad: toda ella se convierte en no utilizable, y queda, en general, en forma de e. térmica de la atmósfera, cuya temperatura se eleva, aunque, como es lógico, de una forma insignificante.

Pues bien, la técnica de la e. consiste en el estudio de todas estas transformaciones o manipulaciones que debe sufrir ésta desde su origen hasta su punto de utilización.

Fuentes de energía. De todas las fuentes naturales, la energía nuclear (v.), recientemente desarrollada, entra en una categoría distinta, y ha alterado profundamente las perspectivas que se ofrecían desde el punto de vista de la técnica de la e.

En efecto, hasta el desarrollo de dicho tipo de e., toda la que estaba a disposición del hombre procedía de una única fuente: el Sol, pues éste la envía continuamente a la Tierra en cantidades fabulosas en forma de radiación (v.) electromagnética. Casi toda esta radiación es reflejada de nuevo por la Tierra y se pierde en el espacio, puesto que si no fuera así la temperatura del planeta subiría constantemente; pero una parte de la e. que nos llega, una ínfima parte, realmente, es utilizada por el hombre, que la degrada al emplearla para sus fines, y ésta termina, igual que la no utilizada, por ser radiada al espacio exterior, después de haber contribuido a calentar ligeramente la atmósfera, como decíamos antes.

Las fuentes inmediatas de donde se obtenía la e. hasta el desarrollo de las técnicas nucleares eran: el esfuerzo muscular del hombre y los animales; la combustión de vegetales (madera), carbón y petróleo; y las centrales hidroeléctricas, en las que el agua, al caer de cierta altura, provocaba un desarrollo de e. mecánica en las máquinas de la central. La e. que se desarrolla en el esfuerzo muscular procede de una combustión lenta del carbono que forma parte importante de los alimentos. Éstos o son vegetales, o proceden de otros animales que, a su vez, se alimentan de vegetales. Y estos últimos tienen una proporción elevada de carbono en forma apta para desprender e., ya que realizan la función clorofílica, por la cual el anhídrico carbónico de la atmósfera es absorbido por las hojas. Pero esta función clorofílica necesita para su realización la luz solar: en definitiva, la e. que contiene el vegetal es la que las hojas han absorbido de la radiación solar.

El carbón y el petróleo son los restos de grandes masas de vegetales y de animales marinos, respectivamente, que vivieron en épocas remotas, y que, directamente por la función clorofílica o a través de la alimentación, absorbieron en su momento la e. solar, la cual ha permanecido enterrada hasta el momento en que se extrae para utilizarla. Y las centrales hidroeléctricas, finalmente, funcionan gracias al Sol que evapora el agua del mar y le comunica e. suficiente para elevarse hasta formar las nubes, agua que puede caer así en forma de lluvia en las regiones elevadas de la Tierra, desde donde desciende de nuevo a los mares, perdiendo en su descenso la e. que el Sol le comunicó.

Finalmente, podemos citar, entre las fuentes naturales de e., la propia utilización directa de la radiación, que, recogida por medio de grandes espejos y otros instrumentos, se ha utilizado en algunos lugares para funcionamiento de hornos y aplicaciones similares.

La humanidad tenía planteado, hasta hace muy poco tiempo, un problema considerable: el consumo de e. que se eleva continuamente en todos los países, como consecuencia del desarrollo tecnológico. Mientras tanto, de la que el Sol envía a la Tierra, sólo una parte es aprovechable técnicamente. Y no sólo se estaba llegando al límite en el aprovechamiento de la que continuamente se recibe del Sol (vegetales para la combustión y centrales hidroeléctricas) sino también próximos a agotar las reservas de la que, en forma de carbón y petróleo, había acumulado la Tierra en las largas eras en las que existían seres vivos, pero no hombres que consumieran e. en forma masiva.

El problema, sin embargo, ha desaparecido con el desarrollo de la e. nuclear. Por primera vez se cuenta con una fuente de e. que no depende directa ni indirectamente del Sol, y que se origina en los procesos de fisión y fusión nuclear (v.), en los cuales la masa se transforma en e. Por eso, el desarrollo de la e. nuclear ha supuesto una etapa decisiva. No se trata de haber encontrado una nueva fuente de e., como se podría haber hallado un inmenso yacimiento de carbón: se trata de que se ha descubierto un manantial que es prácticamente inagotable, y que elimina por completo las preocupaciones en cuanto al futuro del consumo de e. (v. II).

Transformaciones de la energía. Para poner la e. que se obtiene de alguna de las fuentes citadas en condiciones de ser utilizada, es decir, en situación de verificar el salto brusco indicado en la fig. 1, con el fin de realizar el proceso que al hombre le interese aquélla tiene que pasar, en general, por varios estadios o formas. Para ello se utilizan una serie de técnicas que, aunque no podamos describirlas a fondo, merece la pena sistematizar (v. 1).

Podemos agrupar todas las formas bajo las cuales se nos puede presentar la e. en cuatro tipos, mirando, no al rigor científico, puesto que desde este punto de vista la e., siendo una, no admite clasificaciones, sino al aspecto utilitario de las técnicas que empleamos para manejarla cuando está en una u otra de las formas. Estos cuatro tipos son:

1) Energía mecánica. Incluimos en este grupo la e. cinética que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento; la potencial gravitatoria y la elástica. De este tipo se podría hacer todavía una subdivisión: e. mecánica de sólidos y e. mecánica de fluidos incomprensibles. No se incluye la e. mecánica de gases y vapores.

2) Energía eléctrica. Incluimos en este tipo la e. electromagnética en sus diversas manifestaciones (campo electrostático, campo magnético, corrientes eléctricas, etc.), excepto la radiación electromagnética.

3) Energía térmica. E. interna de los cuerpos, cuyo nivel se manifiesta al exterior en forma de temperatura. Incluimos en este grupo también: al la radiación electromagnética, o e. radiante, debido al hecho de que la única forma de radiación que actualmente tiene interés como medio de manipulación industrial de la e. es la que corresponde a las longitudes de onda llamadas caloríficas o térmicas; y b) la e. mecánica de gases y vapores, cuya utilización y transformación va íntimamente ligada en la técnica con la de la correspondiente e. térmica.

4) Energía química. O de enlace, debida’ a los campos eléctricos y magnéticos existentes en el interior de las moléculas de los cuerpos. En este grupo incluimos también la e. nuclear.

Agrupadas así las diversas formas de e. que técnicamente son interesantes, podemos hacer el cuadro indicado en la fig. 2, en la que las flechas representan los diferentes tipos de transformación que es posible verificar.

Por tanto, un estudio completo de las técnicas de la e. comprendería 16 capítulos correspondientes a las 16 puntas de flecha de la fig. 2. De ellas, las cuatro que coresponden a la obtención de e. en forma química, esto es, a aumentar el contenido energético de las sustancias por medio de reacciones químicas endotérmicas, no suelen considerarse como métodos de transformación de e., sino más bien de consumo de la misma, puesto que, en general, el objetivo de estos procesos, salvo en el caso de los acumuladores eléctricos y algún otro caso aislado, no es el de almacenar la e. para su utilización posterior.

Los otros 12 son: A) Obtención de e. eléctrica. 1) A partir de e. eléctrica: Transformadores, distribución en alta y baja tensión. Rectificadores y osciladores electrónicos. 2) A partir de e. térmica: Termoelementos, aprovechamiento directo de la e. solar. 3) A partir de e. mecánica: Generadores eléctricos rotatorios, dinamos, alternadores, etc. 4) A partir de e. química: Pilas y acumuladores. B) Obtención de e. térmica. 5) A partir de e. eléctrica: Hornos eléctricos de resistencia y de inducción. 6) A partir de e. térmica: Transmisión del calor. 7) A partir de e. mecánica: Ciclos termodinámicos inversos, compresores, bomba térmica, producción de frío. 8) A partir de e. química: Combustión. Centrales nucleares. Explosivos. C) Obtención de e. mecánica. 9) A partir de e. eléctrica: Motores eléctricos. 10) A partirá de e. térmica: Motores y turbinas térmicos, de vapor y de combustión interna; motores a reacción. 11) A partir de e. mecánica: a) Transformación entre sólidos y fluidos (motores y turbinas hidráulicos; bombas). b) Transformación entre sólidos (transmisión por correas, engranajes, etc:). 12) A partir de e. química: Sin aplicaciones directas.

Todos los métodos utilizados en la obtención de e. en forma eléctrica (1, 2, 3, 4), así como los que emplean e. eléctrica para dar e. térmica o e. mecánica (5, 9) se estudian en Electrotecnia (v.); los métodos de obtención de e. térmica (6, 7, 8) y de consumo de e. térmica para dar e. mecánica (10) se estudian en Termotecnia (v.), y los métodos de transformación de unas formas de e. mecánica en otras (11), en Mecánica aplicada.

V. t.: ENTROPÍA.

J. GONZÁLEZ IBEAS.

BIBL.: S. SEELY, Electromechanical Energy Conversion, Nueva York 1962; B. G. SKROTZKI y W. A. VOPAT, Power Station Engineering, Nueva York 1960; D. C. GREENWOOD, Mechanical Power Transmission, Nueva York 1962; La energía en España. Evolución y perspectivas, 1945-75; ed. MINISTERO DE INDUSTRIA, Madrid 1961.