Energía Térmica: ¿Qué es? ¿Para qué la usamos? Concepto y Ejemplos

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¿Qué es la energía térmica?

La energía térmica o calorífica siempre se manifiesta en forma de calor, porque se origina producto del movimiento o vibración de los átomos, por lo que se la considera una energía interna o cinética acumulada de las partículas del sistema.

La cantidad de energía térmica en un sistema tiene que ver directamente con la temperatura exhibida por éste.

Sabías qué...

La fuente más importante de energía térmica proviene del Sol. Sus procesos de combustión constantes irradian cantidades enormes de calor y luz al universo que le rodea. Todos los seres vivos aprovechan los rayos solares para calentarse, en especial los llamados animales de sangre fría.

Son muchas las aplicaciones que hay de este tipo de energía, que se dividen habitualmente en doméstica e industrial.

La de uso doméstica se limita fundamentalmente al calentamiento del agua en una cocina o el encendido de una calefacción en casa que posea un suelo radiante.

Para el caso de los usos de tipo industrial se incluyen, por ejemplo, los procesos de lavado y secado de ropas en lavanderías, de autos o coches y otros productos de corte industrial.

Otros ejemplos de usos en la vida diaria son:

Activar un microondas.
Encender la estufa.
Prender un horno a gas para cocinar.
Utilizar energía fotovoltaica para generar electricidad (energía solar).
Prender el calentador de agua para bañarse.
La radiación ultravioleta solar (energía solar), que regula o determina la temperatura del planeta.
La transferencia de calor por convección que genera el cuerpo humano cuando una persona camina descalza.

Cuando utilizamos energía fotovoltaica para generar electricidad estamos hablando de la energía solar térmica, que emplea la mejor fuente de energía renovable: el Sol.

Pero si empleamos como fuente o materia prima combustibles fósiles para obtenerla, debemos hablar de la energía térmica convencional, no tan buena como la solar térmica porque contamina mucho el medioambiente.

Ventajas y desventajas de la energía térmica

¿Qué ventajas tiene?

Las ventajas son muchas, pero entre las principales se encuentran:

Las instalaciones derivadas de esta energía, son las más económicas de construir, cuando se trata del tipo de energía solar térmica.
Es un tipo de energía de procesos sencillos que ayudan a la generación de electricidad, siempre que se trate de centrales termosolares.
Es una energía que da muy buena rentabilidad.
En los distintos procesos que ocurren, se puede ahorrar mayor cantidad de agua y electricidad.
Genera bienestar y puestos de empleo.
Los consumidores podrán disfrutar tarifas razonables.

¿Qué desventajas tiene?

Las desventajas de la energía térmica son las siguientes::

Son altamente contaminantes, ya que emiten gases de efecto invernadero derivados del uso de combustibles fósiles como fuente de energía (carbón y petróleo) que desprenden muchos tóxicos como el dióxido de carbono. Esto cuando se trata de centrales térmicas convencionales.
También las emisiones de gas y vapor afectan el clima del lugar donde operan estas centrales térmicas convencionales que usan combustibles fósiles.
Muchas veces el agua usada en los distintos procesos, resulta contaminan y no puede reutilizarse.
En el caso de su empleo en centrales nucleares (energía nuclear), la energía térmica dejará residuos radioactivos.
Cuando se trata de su empleo en la quema de combustibles fósiles, las reservas de esta fuente energética dependerán de la disponibilidad de los fósiles explotados, de disponibilidad cada vez más limitada.
Agua caliente liberada de las centrales térmicas, contamina los ecosistemas fluviales porque reciben estos afluentes negativos.
La construcción de estas centrales puede demorar años, para el caso de las nucleares (por un tema seguridad).
El traslado de la energía es complejo en centrales nucleares donde se usa la térmica como fuente de energía.
Para el caso de la instalación de centrales solares térmicas, una de las pocas desventajas es que deben usarse terrenos extensos en zonas rurales que podrían servir para generar alimentos derivados de la actividad agrícola.
Cuando se trata de centrales térmicas que trabajan con fuentes de combustibles fósiles, las máquinas y calderas térmicas son complejas y complicadas, por lo que los gastos de mantenimiento son recurrentes ante la aparición de desperfectos mecánicos.

¿Cómo se produce la energía térmica?

Se puede transmitir de un cuerpo a otro, o de un medio a otro, gracias a tres formas que explicamos a continuación:

Transmisión de calor por conducción: Ocurre cuando un cuerpo caliente entra en contacto físico directo con otro frío, permitiendo que el calor se transmita y termine equilibrando la temperatura.
Transmisión de calor por radiación: La energía acá se mueve por ondas electromagnéticas, al igual que pasa con la energía solar. Un ejemplo claro de este proceso ocurre en los sistemas de calefacción: el aire es irradiado y la temperatura sube.
Transmisión de calor por convección: Así se le denomina al desplazamiento de partículas calientes en un medio más frío, como por ejemplo el viento. La masa de aire que se desplaza contiene partículas a una mayor temperatura y esto ocasiona que sintamos el aire caliente.

Sabías qué...

En el caso de los seres humanos, ésta energía también se manifiesta. ¿Cómo lo hace?

En nuestro cuerpo también ocurren distintas reacciones químicas que generan una gran cantidad de energía térmica que mantiene la llamada temperatura corporal en unos 37 grados centígrados, en condiciones normales.

Tal energía es transmisible y percibible fácilmente cuando nos pegamos al cuerpo de otra persona o nos abrigamos, a fin de evitar la fuga de esa energía vital.

¿En qué unidades se mide?

Al igual que las demás energías, se mide en julios (J), aunque también se representa en calorías. Por ejemplo, se necesitan 4,8 julios para elevar en un grado centígrado un gramos de agua.

¿Cómo se transforma la energía térmica?

Como bien sabemos, la energía se encuentra en permanente transformación, siempre está pasando de una forma a otra y lo hace desde su forma más útil hasta la menos necesaria.

Un ejemplo claro es lo que ocurre en el interior de un volcán en erupción:

La energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica, con grandes cantidades de calor hasta alcanzar temperaturas insoportables que expelen piedras y lava al exterior, gracias a la energía mecánica manifiesta, pero también se libera energía química, cumpliéndose este ciclo de transformación una y otra vez.
Otro ejemplo típico ocurre cuando un recipiente con agua lo calentamos a altas temperaturas, hasta alcanzar un cambio de fase, notaremos que el agua se evapora y pasa de estado líquido a gaseoso.
Calentar agua en una tetera para hacer infusiones, es otro claro ejemplo de cómo pasa del estado líquido a gaseoso, manifestado cuando sale vapor de este recipiente sometido a altas temperaturas cuando se calienta el agua en unja hornilla.
Igual pasa con el hielo. Al sacarlo del refrigerador, entra en contacto con el calor del ambiente y comienza a derretirse, hasta pasar de nuevo al estado líquido inicial.

Estas son transformaciones clásicas de esta energía indispensable para la vida.

¿Cómo se almacena la energía térmica?

El almacenamiento de esta energía implica un método de acumulación de energía que aprovecha el calor.

¿Cómo? Subiendo o bajando la temperatura de una sustancia, cambiándola de fase, o ejecutando una combinación de estos mecanismos.

Se conocen dos mecanismos térmicos de acumulación de energía: calor latente, que representa la energía que necesitamos para producir el cambio de estado de una sustancia.

La otra forma es está pasando de una forma a otra y lo hace desde su forma más útil hasta la menos necesaria. que representa la energía que se necesita para cambiarla de temperatura.

El calor latente acumula más energía que el calor sensible. En menor tiempo se almacena más energía. El cambio de líquido-gaseoso es de mayor densidad térmica y cambio volumétrico.

Por eso conviene más el cambio de fase sólido-líquido.

¿Qué necesitamos para producir energía térmica?

La energía térmica representa la energía interna total de un objeto, que no es más que la suma de sus energías moleculares en forma de energía potencial y cinética.
Cuando dos objetos entran en contacto y poseen diferente temperatura, se produce transferencia de esta de un material hacia el otro, para que ocurra el equilibrio térmico.
Eso quiere decir que esta energía solamente es posible extraerla cuando exista una diferencia de temperatura, pero si existe lo que se conoce como un bajo nivel, entonces la temperatura asociada con la energía térmica es similar a la del entorno y no es posible ejecutar ningún trabajo, no hay transferencia de energía.

Esa es la condición principal para producir energía térmica.

En el caso de plantas térmicas convencionales, la generación de vapor es también indispensable para producir finalmente electricidad. El vapor se produce con la ayuda de gigantescas calderas

¿Es un tipo de energía eficiente?

Cuando se usan elementos como el carbón en las plantas térmicas, rara vez se alcanza un nivel óptimo, por culpa de la aparición de problemas mecánicos asociados al sistema de funcionamiento de calderas y máquinas, por lo que los costos se elevan ante la necesidad de ejecutar programas de mantenimientos frecuentes.

Estas plantas térmicas suelen tener una vida útil corta.

No ocurre igual con plantas térmicas solares, porque los dispositivos suelen tener una larga vida útil y el desempeño y la eficiencia de estas mejor cada vez más gracias a los constantes avances y mejoras en las tecnologías aplicadas para hacerlas funcionar.

¿Es una energía renovable o no renovable?

Es una fuente maravillosa de energía renovable, que se puede generar a partir de recursos naturales inagotables como la luz del Sol. Se puede además prolongar su explotación en el tiempo, sin el temor a su agotamiento, como ocurre con los combustibles de origen fósil.

Ocurre todo lo contrario, cuando se construyen plantas térmicas convencionales que usen carbón o petróleo como materia prima, porque las fuentes de energía, los combustibles fósiles, son no renovables.

¿Quién y cuándo se descubrió la energía térmica?

El famoso físico inglés Jame Prescott Joule, fue quien descubrió después de variados experimentos, que el calor es una forma de energía muy importante, porque tiene muchas aplicaciones en la vida.

Prescott Joule estudiaba las relaciones entre temperatura, calor y trabajo. En sus observaciones científicas se dio cuenta de que el calor no solamente era capaz de modificar el estado de los cuerpos, sino también de moverlos para ejecutar un trabajo.

Por lo tanto, este descubrimiento estableció que la energía térmica es la que hace que los átomos se muevan dentro de un cuerpo.

Sin calor, sencillamente no habría vida ni las máquinas podrían moverse.

Identificó en sus experimentos las distintas formas de energía, verificando que cuando fluye una corriente eléctrica a través de un conductor se produce un incremento en la temperatura y a partir de allí logró establecer que si la fuente de energía eléctrica es una pila electroquímica, la transformación ocasionada por las reacciones químicas se convierte en electricidad y después en calor.

Determinó igualmente, que agregando al sistema un motor eléctrico, se produce entonces energía mecánica.

Esto llevó a Joule a conceptualizar el principio de conservación de la energía, ya analizado por otros científicos como William Thomson y Hermann von Helmholtz, quienes no lo sistematizaron tan bien como este físico de origen inglés.

Sabías qué...

La unidad Universal de medida de la energía, el Julio (J) debe su nombre en honor a este prodigio de la física.