Fenómenos y aplicaciones de la energía.

Fenómenos naturales donde interviene la energía.

Los fenómenos naturales son eventos que ocurren en la naturaleza sin la intervención humana, muchos dependen de la energía como:

Terremotos y energía sísmica.

En un terremoto se produce la liberación repentina de energía acumulada en la corteza terrestre. La fricción entre las placas tectónicas genera cierta tensión, y cuando supera la resistencia de las rocas, produce una ruptura a lo largo de una falla. La energía elástica almacenada en las rocas se libera bruscamente en forma de ondas sísmicas, que son una forma de energía cinética que viaja a través del suelo. La cantidad de energía liberada está directamente relacionada con la magnitud del terremoto, una parte de la energía que se libera en el terremoto, lo hace en forma de ondas sísmicas, otra parte en forma de calor por la fricción entre las placas, otra en forma de deslizamientos de la tierra y en algunos casos en forma de sonido o vibraciones audibles.

México se localiza en un cinturón de gran actividad sísmica, a diario se producen movimientos tectónicos aunque no siempre su magnitud es perceptible debido a que nuestro país se encuentra sobre cinco placas tectónicas: En la placa Norteamericana se encuentra la mayor parte del país al igual que parte del océano Atlántico y parte de Asia. En la placa del Pacífico se encuentra la península de Baja California, el estado de California y gran parte del océano Pacífico. En la placa del Caribe se encuentra el sur de Chiapas, gran parte de las Islas Caribeñas y los países de Centro América. Las placas de Cocos y Rivera conforman el rompecabezas tectónico de México, son oceánicas y se encuentran bajo el Océano Pacífico.

 Rayos y energía eléctrica.

Un rayo es una descarga eléctrica masiva atmosférica formada por la acumulación de cargas eléctricas opuestas dentro de las nubes o entre una nube y el suelo. Las gotas de agua y los cristales de hielo en las nubes chocan, dándose una separación de cargas, la diferencia de potencial eléctrico se vuelve tan grande que el aire (normalmente aislante), se vuelve conductor y permite que las cargas se neutralicen en una descarga, liberando gran cantidad de energía eléctrica que se manifiesta en forma de luz, calor y sonido (trueno). Un solo rayo puede tener hasta un billón de julios de energía, equivalente a 300 kilovatios-hora aproximadamente, esta energía es suficiente para abastecer un hogar promedio por un mes. Se estima que 1400 millones de rayos impactan la Tierra cada año, siendo un potencial masivo de energía.

Fotosíntesis.

Proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía luminosa del sol en energía química. La energía se capta a través de la clorofila que absorbe la luz solar, la cual rompe las moléculas de agua y del dióxido de carbono, los átomos resultantes se reorganizan para formar glucosa (un tipo de azúcar) que almacena la energía en sus enlaces químicos. La planta utiliza la glucosa como combustible para realizar sus procesos vitales.

Ciclo del agua.

El ciclo del agua, implica una transferencia y uso de la energía térmica. El agua es impulsada por diferentes tipos de energía que se transforma y se transfiere a lo largo de sus fases, siendo el sol la principal fuente de energía, la radiación solar calienta el agua de los océanos, ríos y lagos, iniciando la evaporación. Cuando el agua se ha evaporado y está en la atmósfera, la energía potencial gravitatoria y la energía cinética, a través de la condensación, precipitación y escorrentía, forman las gotas de agua en las nubes y se vuelven tan pesadas que caen.

Erupciones volcánicas.

Son la manifestación de la energía del interior de la Tierra. El magma tiene gran cantidad de energía térmica y potencial debido a la alta presión y temperatura en el manto terrestre. Cuando el magma asciende a la superficie, la energía se libera de forma explosiva convirtiéndola en energía cinética conforme la lava, rocas y gases se expulsan. La energía geotérmica del calor interno es fundamental para la producción de energía renovable, siendo una alternativa sostenible a los combustiones fósiles, se puede aprovechar para generar electricidad. Una erupción libera energía en forma de flujos de lava, cenizas, explosiones, vibraciones y calor (energía térmica).

Huracanes.

 

Se forman sobre aguas oceánicas cálidas, el calor del agua es absorbida por el aire elevándose y enfriándose para liberar grandes cantidades de energía térmica, que alimenta la energía cinética, la cual, mueve los vientos ciclónicos y lluvias torrenciales. La magnitud de la energía liberada puede ser comparable a la de miles de bombas atómicas.

Tornados.

Los tornados se alimentan de la inestabilidad atmosférica, el calor latente liberado por el vapor de agua al condensarse y los cambios en la velocidad/dirección del viento. 

Su formación depende de la energía, a partir de tormentas eléctricas severas donde las corrientes de aire cálido y húmedo se elevan rápidamente, mientras que el aire frio desciende, esta diferencia en la temperatura y la velocidad del aire crea una rotación que se intensifica en un embudo, concentrando una cantidad muy grande de energía cinética en un área muy pequeña.

Tsunamis.

Conocidos como maremotos, son olas gigantes con una gran cantidad de energía originados por terremotos submarinos. Un sismo repentino en el lecho oceánico libera energía sísmica, que es una forma de energía potencial acumulada en las placas tectónicas, que empuja el agua hacia arriba, creando ondas que viajan a través del océano. La energía potencial de la ola se convierte en energía cinética masiva que causa altura y fuerza destructiva de la ola.

Aplicaciones tecnológicas de la energía.

La energía se ha utilizado para satisfacer necesidades primarias, secundarias, individuales y colectivas, lo cual, ha permitido mejorar la calidad de vida e igual, algunos tipos de energía se han sobre explotado de forma irresponsable con consecuencias negativas a la humanidad y al planeta.

Algunas aplicaciones tecnológicas de la energía están en la generación, almacenamiento y distribución de la energía a partir de distintas fuentes (solar, eólica, hidroeléctrica, geotérmica, nuclear y biomasa):

• Paneles solares con células fotovoltaicos para la generación de electricidad.
• Turbinas eólicas para generar electricidad.
• Calentadores solares de agua para uso doméstico.
• Parques eólicos para suministro de electricidad a comunidades.
• Centrales hidroeléctricas para la generación de electricidad.
• Domótica (contactos inteligentes, sistemas de monitoreo de energía y control automatizado de persianas).
• Plantas geotérmicas para la generación de electricidad.
• Bombas de calor geotérmico para la calefacción de edificios.
• Estaciones de aprovechamiento directo de calor geotérmico para procesos industriales.
• Centrales nucleares para la generación de electricidad.
• Reactores nucleares para la producción de radioisótopos utilizados en medicina y agricultura.
• Submarinos nucleares para la propulsión y suministro de energía en alta mar.
• Plantas de biomasa para la generación de electricidad a partir de residuos orgánicos.
• Calderas de biomasa para la calefacción y producción de agua caliente en viviendas.
• Biogas para la producción de energía en granjas y plantas de tratamiento de residuos.
• Uso en el sistema de transporte, incluyendo la generación de baterías para vehículos eléctricos.
• Uso de dispositivos electrónicos en las comunicaciones.
• Vehículos eléctricos.
• Redes inteligentes para optimizar la distribución eléctrica.
• Fotónica médica (uso de radiación para rayos X, tomografías computarizadas y radioterapia).

Las aplicaciones proporcionan beneficios ambientales, económicos y sociales al reducir la dependencia de combustibles fósiles, disminuir emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), preservar los recursos naturales  y la biodiversidad, minimizar la contaminación de tierra, agua y aire, generar empleos y promover la diversificación y autonomía energética.

Algunos retos que enfrentan las aplicaciones tecnológicas son los altos costos de implementación y mantenimiento, su disponibilidad es un punto a considerar debido a que en algunas áreas no se dispone de suficiente radiación solar, viento, agua o calor geotérmico, o bien pueden llegar a afectar ecosistemas y generar residuos tóxicos, como la energía nuclear.