Energía y potencia

Nuevamente la revista Energía y tú incluye en sus páginas reflexiones sobre la energía y la potencia.

Juan Fundora Lliteras
Máster en Ciencias.
Profesor de Física del Departamento de Ciencia Exactas, de la Facultad de Formación de Profesores
de Enseñanza Media Superior,
del Instituto Superior Pedagógico Enrique José Varona (ISPEJV).

 

Habitualmente entre los términos energía y potencia se generan sutiles confusiones. Profesionales de las ciencias y las ingenierías suelen utilizarlos indistintamente para determinadas referencias e incluso quedar plasmado en los libros, pasando inadvertido hasta algunos errores.

En estos momentos en que el ciudadano común se pone en contacto permanentemente con estas palabras, debido al programa de educación energética que se lleva a cabo en todo el país por todos los medios y formas probables, no es adecuado dejar dudas, confusiones y hasta errores que cometen los especialistas al hablar y referirse a estos conceptos.

Energía
En un reciente libro de P. Valdés y un colectivo de autores se define que la energía «caracteriza la capacidad de los sistemas para cambiar sus propiedades o las de otros sistemas. Mientras mayores sean los cambios producidos mayor será la energía puesta en juego».

Así se introduce el conocimiento de la energía en la Secundaria Básica cubana actual. Con la idea expresada se relaciona al joven de la Secundaria Básica con la energía, que ya Engels en el siglo XIX la comprendió como una medida del movimiento, entendiéndose este como una modalidad o atributo de la materia que abarca todos y cada uno de los cambios y procesos que se operan en el universo, desde el simple desplazamiento hasta el pensamiento.

Relacionado con la unidad que expresa el concepto de energía para el movimiento de la materia Engels escribió en Dialéctica de la naturaleza: «Las innumerables causas eficientes de la naturaleza, que hasta ahora llevaban una existencia misteriosa y no explicada, bajo el nombre de fuerza –la fuerza mecánica, el calor, la irradiación (la luz y el calor irradiado), la electricidad, el magnetismo, la fuerza química de la asociación y la disociación–, quedan a partir de ahora demostradas como formas específicas, como modalidades de existencia de una misma energía, es decir, del movimiento; no solo podemos demostrar sus cambios de una forma en otra, tal como se observa en la naturaleza misma, sino producirlos nosotros mismos en el laboratorio y en la industria, de tal modo, además, que a una cantidad de energía bajo una forma corresponda siempre una determinada cantidad de energía bajo esta forma o bajo otra. [...]. La unidad de todo movimiento, en la naturaleza, ha dejado de ser un postulado para convertirse en un hecho registrado por las ciencias naturales».

 

Esta presentación a este nivel de enseñanza supera las limitaciones y hasta errores que encierra la tradicional manera de definir la energía como «la capacidad para realizar trabajo». Esta definición de V. M. Brodianski, en 1889, fue heredada de los siglos
XVII - XVIII, cuando la noción sobre la energía (conforme a la terminología de aquel tiempo, «fuerza») estaba relacionada solamente con el trabajo mecánico. A nuestro alrededor, en el aire, el agua y el suelo existe una enorme cantidad de energía interna del movimiento molecular caótico, pero desgraciadamente, como lo demuestra el segundo principio de la termodinámica, es absolutamente inútil para la obtención de trabajo.

La conservación es una de las propiedades fundamentales de la energía. La energía se conserva durante cualquier transformación, con independencia de los sistemas que participen y de la cantidad o el tipo de energía intercambiada. Sin embargo, es común hablar de producción, consumo, gasto o pérdidas de energía. Sin dudas, estos vocablos se usan incorrectamente en virtud de la propiedad antes mencionada. Por producción, consumo o gasto, debemos entender transformación. Si nos referimos a producción se trata de una transformación de energía de un sistema a otro de modo que esta pueda ser empleada en servicios útiles, y si nos referimos a consumo o gasto de energía, es también una transformación energética, con la particularidad de que en estos casos la energía no puede ser recuperada para otros servicios de utilidad o de interés.

Lo mismo podría decirse cuando hablamos de pérdidas de energía. Generalmente el gasto y las pérdidas se referieren a energía que pasa al medio ambiente en forma de energía térmica (relacionada con el movimiento caótico de las moléculas), la cual es imposible de reutilizar. Esta transformación suele ser más correctamente llamada degradación de la energía. Energía que se degrada es aquella que de cierta forma se pierde para nuevas conversiones útiles al hombre o para cualquier uso de interés, aunque desgraciadamente no sea para algo útil.

Un ejemplo: ¿Será igual la cantidad de energía del petróleo quemado para poner en movimiento las aspas de un ventilador que la energía cinética de las aspas cuando este funciona?

En el esquema de una termoeléctrica puede comprenderse, por el calentamiento de las paredes de las zonas donde se genera el vapor de agua y su conducción, cómo se disipa energía al ambiente, así como las «perdidas» que ocurren en los cambios de voltaje en los transformadores, también por efectos térmicos. En realidad la eficiencia de estas centrales está en el orden del 30 % o menos.

Otro aspecto importante a considerar en la energía son sus unidades:
Joule (J): Unidad de energía del Sistema Internacional que equivale a la energía transmitida a un cuerpo cuando a este se le aplica una fuerza de un Newton (N) y se desplaza un metro (m).

Ergio (erg): Unidad de energía del sistema cgs (centímetro, gramo, segundo) que equivale a la energía transmitida a un cuerpo cuando a este se le aplica una fuerza de una dina y se desplaza un centímetro (cm).

Kilowatt-hora (kWh): Unidad de energía que se utiliza mayormente en la técnica y es la que se emplea en la medida de la electricidad utilizada por los consumidores. Equivale a la energía transformada en los sistemas eléctricos de consumo (bombillos, motores, etcétera) en una hora y que tienen una potencia de un kilowatt. Ejemplo: un bombillo incandescente de 60 watt transforma en luz y calor (básicamente) durante una hora 60 watt-hora (Wh) de energía, es decir 0,060 kWh.

Caloría (cal): Energía para incrementar en un grado Celsius la temperatura de 1 g de agua.

En estos momentos se emplea con mucha regularidad, en los documentos comerciales que hablan de la energía y los artículos científicos referidos a las grandes cantidades de energía, las unidades:

Tec: Tonelada equivalente de carbón, es la energía liberada por combustión de una tonelada de carbón (hulla) 1 tec = 29,3 . 106 J.
Tep: Tonelada equivalente de petróleo, es la energía liberada por combustión de una tonelada de petróleo, 1 tep = 41,84 . 106 J.

Finalmente las formas de energías son tres: cinética, potencial y radiante. La primera dependiente de la masa y la velocidad de los sistemas, la segunda dependiente de la configuración relativa de los sistemas, y la tercera la energía de las radiaciones en general.

Potencia
Es la magnitud que caracteriza la rapidez con que la energía se transforma o se transmite de un sistema a otro.

Cuando se habla de rapidez, inexorablemente, se incluye el tiempo. Mientras más energía se transforma en la unidad de tiempo, más potencia tiene el dispositivo transformador.
La potencia identifica las maquinarias, los dispositivos y equipos electrodomésticos en cuanto a rapidez para transformar la energía. Por ejemplo un auto LADA y un camión KP-3 tienen potencias notoriamente distintas. El camión tiene más pistones que el auto, en su motor, y los mismos son más grandes, lo que hace que por cada unidad de tiempo, mayor cantidad de combustible explota en el motor del camión. Esto hace que la energía de la que dispone el camión, para su trabajo, por unidad de tiempo, sea mucho mayor que la que dispone el auto.

Tratándose de un dispositivo como el bombillo incandescente, por ejemplo; identifica la energía que por unidad de tiempo se transforma en luz y energía térmica. Aquí se da un caso interesante, el bombillo ahorrador de una potencia, hasta tres veces menor, ilumina casi igual. En este último caso la mayor parte de la energía eléctrica se transforma en luz y muy poca en calor que se transfiere al medio ambiente. El incandescente transforma mucha energía eléctrica en energía térmica, que en forma de calor, se transfiere al medio ambiente, del entorno inmediato al bombillo.
Las unidades de potencia son:

Watt (W): Unidad de potencia del Sistema Internacional. Significa la energía de 1 Joule que se transforma en un segundo.

Kilowatt (kW): Múltiplo del watt. 1 kW = 1 000 W = 103 W. Es muy empleada para designar la potencia de transformación que poseen los equipos eléctricos, especialmente los del hogar.

Megawatt (MW): Múltiplo del watt. 1 MW = 1 000 000 W = 106 W. Es muy utilizada para designar la potencia de las centrales generadoras de electricidad.

Existen otras unidades, pero las relacionadas son hoy las más empleadas.
Es común encontrar en algunos libros, o incluso en las conversaciones entre especialistas, la expresión: «el televisor consume 180 W».

Esta forma de referirse al «consumo» de electricidad es rigurosamente incorrecta. Ya queda claro lo de la palabra consumo, al utilizarla por transformación. Pero 180 W es potencia y lo que se transforma es energía.

Energía y potencia no es lo mismo, aunque son conceptos que están muy relacionados.