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).
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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».
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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.
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