Energía Calorífica: ¿Qué es y Cómo la usamos? Concepto y Ejemplos

 

¿Qué es la energía calorífica?

Es la energía térmica liberada en forma de calor que utilizamos todos los días para cocinar, proporcionarnos calefacción en invierno, el uso del horno microondas, y, en fin, en múltiples actividades que nos permiten vivir con comodidad.

Es el tipo de energía que poseen los cuerpos cuando son expuestos al efecto del calor; cada vez que un cuerpo recibe calor, las moléculas que forman parte del objeto adquieren esta energía, lo que genera un mayor movimiento.

 Se la conoce como energía térmica o calorífica  y es precisamente lo que produce que los átomos que forman las moléculas estén en constante movimiento, ya sea trasladándose o vibrando.

Es la energía interna de un sistema termodinámico en equilibrio que es proporcional a su temperatura absoluta y se incrementa o disminuye por transferencia de energía, generalmente en forma de calor o trabajo en procesos termodinámicos.

Ejemplos de energía calorífica

Diez casos clásicos de transmisión de energía calorífica:

  1. Los paneles de energía solar.
  2. El microondas.
  3. El hielo en una tasa de agua caliente, que se derrite por medio de la conducción del calor.
  4. La transferencia de calor por convección que genera el cuerpo humano cuando una persona está descalza.
  5. La radiación ultravioleta solar, el proceso que determina la temperatura terrestre.
  6. La estufa.
  7. El horno a gas.
  8. El calor que emite un radiador.
  9. Los grupos electrógenos, que con un motor a combustible fósil reemplazan el suministro de energía eléctrica.

¿Qué ventajas tiene?

La energía térmica o calorífica tiene muchas ventajas, a saber::

  • La construcción de sus instalaciones es muy económica.energía calorífica
  • Como el calor puede ser generado en distintas formas, es una fuente de energía renovable.
  • La energía eléctrica se puede convertir por medio de sencillos procesos.
  • Se obtiene a partir de recursos naturales, por ejemplo, la luz solar.
  • Precisamente, debido a que se obtiene de la luz solar, se puede prolongar en el tiempo indefinidamente, contrario a la energía proveniente de los fósiles.
  • Ahorra gran cantidad de agua y de electricidad.
  • Como es fácil producirla, es una energía muy rentable.
  • A nivel social, es muy visible su contribución al desarrollo sostenible.
  • Es de mucha ayuda en las zonas rurales, por lo general no muy favorecidas con centrales eléctricas.
  • Tiene un precio accesible para el consumidor.

¿Qué desventajas tiene?

Entre las desventajas se encuentran:

  • La obtención y utilización de la energía calorífica implica un impacto ambiental.
  • No siempre esta energía es extraída del sol, pues otras veces se utilizan combustibles fósiles como el carbón y el petróleo que desprenden una gran cantidad de gases tóxicos para la vida.
  • La combustión libera dióxido de carbono (CO2) y emisiones contaminantes.
  • Puede generar lluvia ácida y puede alterar el clima con sus emisiones térmicas y de vapor.

¿En qué unidades se mide la energía calorífica?

La unidad de energía del Sistema Internacional (SI) es el julio (J); otras unidades son las calorías (cal) que sirve para medir la cantidad de energía contenida en los alimentos.

Una caloría es la cantidad de energía que se necesita para un grado centígrado un gramo de agua de 14.5 grados centígrados a 15,5ºC. Una caloría equivale a 4.18 julios.

El calor a veces se mide en unidades térmicas británicas o Btu.

  • Caloría: es la cantidad de calor que debe transferirse o extraerse a un gramo de agua para cambiar su temperatura en 1ºC, y se abrevia cal.
  • Kilocaloría: es la cantidad de calor que debe transferirse o extraerse a 1 kilogramo de agua para cambiar su temperatura en 1ºC, y se abrevia kcal.

Por ejemplo:
500 calorías son 0,500 kilocalorías porque se debe dividir 500 entre 1.000. 500 kilocalorías son 500.000 calorías porque se debe multiplicar 500 por 1.000.

¿Cómo se produce la energía calorífica?

La energía calorífica es producida de forma natural por el sol y en forma artificial por cualquier combustible, entre ellos, el gas, la electricidad, el carbón, el petróleo y el biodiesel.

Pero no resulta suficiente generar energía térmica a partir de esos combustibles.

Se debe tener en cuenta que  la energía es generada por el movimiento de átomos y moléculas  en la materia como una forma de energía cinética producida por esos movimientos aleatorios.

Esto ocurre porque cuando una sustancia es calentada, sus partículas tienen mayor energía y en consecuencia vibran más.

¿Cómo se transforma?

La luz del sol se transforma en energía calorífica mediante una serie de procesos desarrollados por el hombre, como los paneles solares.

La energía calorífica es la manifestación de la energía en forma de calor, que se puede transmitir de un cuerpo a otro por radiación, conducción o convección.

La transformación de la energía se cumple de diferentes formas, por ejemplo:

  • Por medio de la fotosíntesis, las plantas transforman la energía luminosa en energía química.
  • La energía térmica se obtiene al exponer cualquier objeto a los rayos solares.
  • La estufa de gas butano necesita la energía que le proporciona el gas para calentar los alimentos.
  • Una estufa eléctrica transforma esa electricidad en calor.
  • La energía térmica pasa de los cuerpos calientes a los fríos cuando estos se ponen en contacto.
  • Cuando un combustible se quema produce energía térmica.

qué es la energía calorífica

En las centrales térmicas se obtiene energía eléctrica de la siguiente manera:

  1. Cuando el combustible se inyecta a la caldera junto con el aire, arde, produciendo calor, y de esa manera la energía química se transforma en energía calorífica.
  2. El agua, evaporada por el calor, es forzada a circular por los tubos de la caldera, mediante una bomba.
  3. El vapor pasa por una turbina, haciéndola girar, y de esa forma la energía termomecánica del vapor se transforma en energía mecánica.
  4. La turbina hace girar el generador y así se transforma la energía mecánica en energía eléctrica.

¿Cómo se almacena la energía calorífica?

El almacenamiento de energía térmica es un proceso de acumulación de energía que aprovecha el calor, subiendo o bajando la temperatura de una sustancia, cambiando la fase de la sustancia a una combinación de ambos mecanismos.

Existen dos mecanismos térmicos para acumular energía.

  1. El primero es el calor latente que representa la energía necesaria para producir el cambio de estado de una sustancia.
  2. El otro corresponde al calor sensible y representa la energía necesaria para producir un cambio de temperatura.
  3. Por sobre el mecanismo de calor sensible, el almacenamiento de calor latente tiene ciertas ventajas: en un intervalo de temperatura pequeño se puede almacenar más energía y esto implica una mayor densidad de energía.
  4. El que más conviene es el cambio de fase sólido-líquido porque, aunque el cambio de fase líquido-gaseoso es el que presenta mayor densidad energética, tiene también un mayor cambio volumétrico.

¿Qué necesitamos para producir energía calorífica?

La forma más fácil de generar energía térmica es a través del sol (energía solar), pero también puede provenir de la corteza terrestre.

Este tipo de energía es generada por el movimiento de átomos y moléculas en la materia como una forma de energía cinética producida por movimientos aleatorios.

La energía térmica producida gracias al sol se genera mediante espejos que focalizan la radiación del astro en un líquido que es calentado para generar energía; a su vez, ese vapor hace girar una turbina eléctrica.

Algunas formas de producir energía solar son los siguientes:

  1. Concentración de rayos solares. La concentración de energía solar se refiere a un conjunto de espejos que siguen al sol y concentran su calor en un punto, generándose de esa manera el vapor que impulsa una turbina para producir electricidad, incluso de noche, al ser almacenada parte del calor en aceite o sal derretida
  2. Paneles fotovoltaicos. Son células fotoeléctricas que convierten los rayos solares en electricidad.
  3. Térmica. La energía térmica aprovecha los rayos solares para producir electricidad y calor. Se usa como calefacción y para calentar el agua en viviendas, piscinas, cocer alimentos, etc.
  4. Tejas solares. Producen electricidad y calor. Son como los paneles fotovoltaicos clásicos y utilizan el silicio amorfo o monocristalino.
  5. También hay sistemas híbridos que unen lo mejor de la fotovoltaica y la térmica para ser más eficientes.

¿Es un tipo de energía eficiente?

energía calorífica tiposLa energía calorífica es altamente eficiente por cuanto, al producir electricidad en forma limpia, sostenible y renovable, reduce las emisiones de gases de efecto invernadero, que afectan el medio ambiente.

Se considera que el uso eficiente de la energía, llamado eficiencia energética o ahorro energético, es el objetivo de reducir la cantidad de energía requerida para proporcionar productos y servicios.

La reducción del uso de energía reduce los costes de electricidad y por lo tanto redunda en  un ahorro financiero para los consumidores. 

Según la Agencia Internacional de Energía: la eficiencia energética mejorada en edificios,  procesos industriales y transporte podría reducir las necesidades de energía del mundo en el 2050 en un tercio. 

Podría, también, ayudar a controlar las emisiones globales de gases de efecto invernadero.

¿Es una energía renovable o no renovable?

Toda vez que se trata de  una energía que utiliza la luz solar  y la corteza terrestre mediante tejas solares, paneles solares, placas fotovoltaicas y espejos, es una energía limpia y sostenible.

Como sabemos que la luz del sol y la naturaleza son casi ilimitados, contrario al petróleo que es finito,  la energía térmica es considerada una energía renovable. 

Un poco de historia sobre la energía calorífica

Desde hace  mucho tiempo que el hombre ha usado el sol para calentarse. 

El solo hecho de poner sus ropas mojadas al sol para secarlas, o de calentar los alimentos a descampado con la luz solar, indica que existía la idea de que el astro rey era en sí mismo una energía muy eficiente.

Pero fue en el siglo XIX cuando  las experiencias de Joule y Mayer apuntaron al calor como una forma más de energía. 

Los dos científicos se dieron cuenta de que el calor no solo era capaz de modificar la temperatura o modificar el estado físico de los cuerpos, sino que además podía moverlos y realizar un trabajo.

Las máquinas de vapor que tan espectacular desarrollo tuvieron a finales del siglo XVIII y comienzos del XIX, eran  una buena muestra de este aserto. 

Desde entonces las nociones de calor y energía quedaron unidas y el progreso de la física permitió, a mediados del siglo XX, encontrar una  explicación detallada para esa nueva forma de energía  que se pone de manifiesto en los fenómenos calóricos

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