Este curso introductorio aborda conceptos de energía sustentable y describe tecnologías avanzadas que pueden sustituir progresivamente las actuales dominadas por el carbón, el petróleo y gas natural, cuyas emisiones está perturbando progresivamente el clima, lo que puede afectar el desarrollo y la convivencia internacional. Este curso ilustra los impactos que provoca la transformación de energía para estimular el desarrollo de cambios en las formas y tecnologías de producción y uso de la energía, comprendiendo su origen físico, sus desafíos, compromisos y externalidades. Se estudia la evolución del clima global y los escenarios que se contemplan. En base a ellos, se promueve la adopción de recursos naturales de larga autonomía, cuya transformación emite el mínimo impacto ambiental y climático y cuyas tecnologías son posibles de implementar a costos abordables para la sociedad, considerando que un sexto de la población global aún no accede a la electricidad ni a otros servicios energéticos esenciales para su desarrollo. Se proponen soluciones efectivas para la mitigación del cambio climático y se enuncian opciones aún en estudio.
Conversión de energía
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來自 Pontificia Universidad Católica de Chile 的課程
Explorando la Energía Sustentable
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El origen de la energía
En este módulo aprenderás las definiciones del concepto de energía, las interacciones que la originan, los modelos que la describen y los sistemas que se emplean para medirla.
與講師見面
Julio VergaraPhD in Nuclear Materials Engineering
Profesor Asociado Adjunto de la Escuela de Ingeniería UC.
César Sáez NavarreteDoctor en Ciencias de la Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
<font color=#AAAAAAFF>Bienvenidos a esta nueva sesión</font> <font color=#AAAAAAFF>del curso energías sustentables</font>
<font color=#AAAAAAFF>mi nombre es Julio Vergara</font>
<font color=#AAAAAAFF>profesor de la escuela ingeniería UC,</font>
<font color=#AAAAAAFF>en esta sesión</font>
<font color=#AAAAAAFF>conoceremos algunas formas</font> <font color=#AAAAAAFF>de conversión de energía</font>
<font color=#AAAAAAFF>utilizando la secuencia o ciclo</font> <font color=#AAAAAAFF>de conversión hasta su uso final</font>
<font color=#AAAAAAFF>interpretando además su origen o raíz.</font>
<font color=#AAAAAAFF>A partir de los chavascos de Wiliam Rankine,</font> <font color=#AAAAAAFF>George Brayton, Jhon Erickson</font>
<font color=#AAAAAAFF>y otros,</font>
<font color=#AAAAAAFF>con la descripción de Nicolás Carnot</font>
<font color=#AAAAAAFF>se establecen las leyes termodinámicas</font>
<font color=#AAAAAAFF>relativas al calor y movimiento</font>
<font color=#AAAAAAFF>al establecerse la frontera de</font> <font color=#AAAAAAFF>un sistema térmico</font>
<font color=#AAAAAAFF>se pueden estimar las cantidades</font> <font color=#AAAAAAFF>de calor y trabajo</font>
<font color=#AAAAAAFF>que ingresan</font>
<font color=#AAAAAAFF>o egresan del sistema, </font>
<font color=#AAAAAAFF>estas leyes determinan la conversión</font> <font color=#AAAAAAFF>de calor en trabajo</font>
<font color=#AAAAAAFF>en particular </font>
<font color=#AAAAAAFF>la primera ley de la termodinámica</font> <font color=#AAAAAAFF></font>
<font color=#AAAAAAFF>señala que es posible convertir</font> <font color=#AAAAAAFF>calor en trabajo y viceversa</font>
<font color=#AAAAAAFF>a costa de un cambio en la energía</font> <font color=#AAAAAAFF>interna del sistema.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Así mismo la segunda ley de la termodinámica</font>
<font color=#AAAAAAFF>establece una máxima cantidad de calor</font> <font color=#AAAAAAFF>que se puede convertir en trabajo.</font>
<font color=#AAAAAAFF>las formas clásicas de energía</font> <font color=#AAAAAAFF>que se han definido</font>
<font color=#AAAAAAFF>pueden convertirse en otras formas,</font>
<font color=#AAAAAAFF>estas son denominadas de distinta manera</font> <font color=#AAAAAAFF>según la formación profesional</font>
<font color=#AAAAAAFF>de sus creadores.</font>
<font color=#AAAAAAFF>la disciplina técnica en lugar del sistema</font> <font color=#AAAAAAFF>donde se produce la conversión</font>
<font color=#AAAAAAFF>las practicas académicas</font> <font color=#AAAAAAFF>y otras razones.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Algunas nombres son energía potencial,</font> <font color=#AAAAAAFF>cinética, mecánica,</font>
<font color=#AAAAAAFF> química, electromagnética,</font> <font color=#AAAAAAFF>metabólica, nuclear,</font>
<font color=#AAAAAAFF>algunas de las cuales se</font> <font color=#AAAAAAFF>pueden transformar directamente, </font>
<font color=#AAAAAAFF>por lo tanto</font>
<font color=#AAAAAAFF>sabemos que existen distintitas formas</font> <font color=#AAAAAAFF>convencionales de energía,</font>
<font color=#AAAAAAFF>tal como existen a conversión incompleta</font> <font color=#AAAAAAFF>de calor en trabajo, las otras formas </font>
<font color=#AAAAAAFF>tradicionales también suelen convertirse</font> <font color=#AAAAAAFF>completamente otra forma de energía</font>
<font color=#AAAAAAFF>y en otros casos no es posible</font> <font color=#AAAAAAFF>realizar tal conversión.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Podemos ver algunos ejemplos</font> <font color=#AAAAAAFF>simples de conversión</font>
<font color=#AAAAAAFF>mientras se definen en forma muy básica,</font>
<font color=#AAAAAAFF>sin orden especifico tenemos la</font> <font color=#AAAAAAFF>energía mecánica aquella que describe</font>
<font color=#AAAAAAFF>los cuerpos en movimiento</font> <font color=#AAAAAAFF>gravitatoria electromagnética,</font>
<font color=#AAAAAAFF>técnica metabólica, química y nuclear</font>
<font color=#AAAAAAFF>siendo esta ultima la que cohesiona</font> <font color=#AAAAAAFF>el núcleo de cualquier átomo,</font>
<font color=#AAAAAAFF>podemos ver que el calor</font>
<font color=#AAAAAAFF>puede producir movimiento mecánico,</font> <font color=#AAAAAAFF>la química puede producir calor,</font>
<font color=#AAAAAAFF>la electromagnética puede</font> <font color=#AAAAAAFF>producir torque,</font>
<font color=#AAAAAAFF>inclusivamente hay una pérdida</font> <font color=#AAAAAAFF>de conversión de una forma u otra.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Sin embargo, la energía térmica</font>
<font color=#AAAAAAFF>no puede convertirse en energía nuclear.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Alta energía cinética si podría</font> <font color=#AAAAAAFF>convertirse en energía nuclear</font>
<font color=#AAAAAAFF>aunque el gas con aceleración de partículas</font>
<font color=#AAAAAAFF>sea más alto que la energía qué se libera,</font>
<font color=#AAAAAAFF>es posible construir un ciclo</font> <font color=#AAAAAAFF>de conversión de energía</font>
<font color=#AAAAAAFF>que integre o conecte</font> <font color=#AAAAAAFF>algunas formas relevantes</font>
<font color=#AAAAAAFF>como son la energía nuclear,</font>
<font color=#AAAAAAFF>la química, la energía mecánica,</font> <font color=#AAAAAAFF>la electica y otras</font>
<font color=#AAAAAAFF>y las principales conversiones de energía</font> <font color=#AAAAAAFF>como son las luz, el movimiento y el calor</font>
<font color=#AAAAAAFF>también es posible apreciar los flujos</font> <font color=#AAAAAAFF>esperados de conversión</font>
<font color=#AAAAAAFF>de una u otra forma de energía.</font>
<font color=#AAAAAAFF>En cada proceso es posible</font>
<font color=#AAAAAAFF>es posible asignar una</font> <font color=#AAAAAAFF>eficiencia de conversión</font>
<font color=#AAAAAAFF>o alguna medida de irreversibilidad</font>
<font color=#AAAAAAFF>en el sentido principal,</font>
<font color=#AAAAAAFF>también es posible convertir en el sentido</font> <font color=#AAAAAAFF>inverso con otra eficiencia</font>
<font color=#AAAAAAFF>de este modo es posible cuantificar</font> <font color=#AAAAAAFF>una eficiencia de conversión sucesiva</font>
<font color=#AAAAAAFF>desde una forma inicial</font>
<font color=#AAAAAAFF>hasta la forma final de energía,</font>
<font color=#AAAAAAFF>esta será la multiplicación</font>
<font color=#AAAAAAFF>de esas eficiencias.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Con este ciclo</font>
<font color=#AAAAAAFF>se muestra el proceso de conversión</font> <font color=#AAAAAAFF>en el tiempo de la energía solar</font>
<font color=#AAAAAAFF>en la producción de un combustible fósil,</font>
<font color=#AAAAAAFF>inicialmente en el tiempo uno la energía</font>
<font color=#AAAAAAFF>la energía producida en el sol,</font> <font color=#AAAAAAFF>que es energía nuclear</font>
<font color=#AAAAAAFF>fluye hasta la superficie del sol</font> <font color=#AAAAAAFF>y le irradia al sistema solar</font>
<font color=#AAAAAAFF>en forma de ondas electromagnéticas</font> <font color=#AAAAAAFF>en cierto rango de frecuencia</font>
<font color=#AAAAAAFF>dando luz pero también calor,</font>
<font color=#AAAAAAFF>la interacción de esa energía</font> <font color=#AAAAAAFF>cuantificada según Planck</font>
<font color=#AAAAAAFF>será capturada por materia orgánica</font> <font color=#AAAAAAFF>y se convertía en energía química</font>
<font color=#AAAAAAFF>En el segundo tiempo el carbón,</font>
<font color=#AAAAAAFF>gas o petróleo refinado se usa para generar</font> <font color=#AAAAAAFF>electrones, es un tubo generador</font>
<font color=#AAAAAAFF>que en un tercer tiempo permite calentar</font> <font color=#AAAAAAFF>el fluido para calefaccionar un espacio,</font>
<font color=#AAAAAAFF>por su simplicidad grafica no se muestra</font> <font color=#AAAAAAFF>la producción de calor</font>
<font color=#AAAAAAFF>en una caldera o motor que</font> <font color=#AAAAAAFF>produce energía mecánica</font>
<font color=#AAAAAAFF>la cual mueve dicho generador.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Acá tengo otro ejemplo de conversión,</font> <font color=#AAAAAAFF>supongamos la necesaria para sacar agua</font>
<font color=#AAAAAAFF>desde un pozo</font>
<font color=#AAAAAAFF>con la ayuda del viento</font>
<font color=#AAAAAAFF>el calor radiante interactúa </font> <font color=#AAAAAAFF>con distintas masas de aire</font>
<font color=#AAAAAAFF>que adquieren temperatura</font> <font color=#AAAAAAFF>y producen el viento.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Esto último interactúa ya veremos como</font>
<font color=#AAAAAAFF>con las palas de una turbina eólica</font>
<font color=#AAAAAAFF>que permitirá movimiento a la base</font> <font color=#AAAAAAFF>del pozo para extraer agua</font>
<font color=#AAAAAAFF>la energía para calentar una casa</font> <font color=#AAAAAAFF>mediante gas natural</font>
<font color=#AAAAAAFF>el calor radiante produce el combustible</font> <font color=#AAAAAAFF>en el tiempo que luego se usa</font>
<font color=#AAAAAAFF>en energía eléctrica</font>
<font color=#AAAAAAFF>como lo vimos recién</font>
<font color=#AAAAAAFF>terminado en una resistencia que</font> <font color=#AAAAAAFF>se calienta y transmite</font>
<font color=#AAAAAAFF>a un flujo de aire impulsado</font> <font color=#AAAAAAFF>por un pequeño ventilador.</font>
<font color=#AAAAAAFF>El último ejemplo es un auto eléctrico</font> <font color=#AAAAAAFF>alimentado por energía </font>
<font color=#AAAAAAFF>producida por un reactor nuclear,</font>
<font color=#AAAAAAFF>en dicha planta se produce calor </font> <font color=#AAAAAAFF>desde el núcleo atómico </font>
<font color=#AAAAAAFF>que se trasmite a través</font> <font color=#AAAAAAFF>de las fronteras</font>
<font color=#AAAAAAFF>a estado por el agua</font>
<font color=#AAAAAAFF>la que mueve una turbina que</font> <font color=#AAAAAAFF>mueve un generador eléctrico</font>
<font color=#AAAAAAFF>y los electrones liberados llegan al vehículo,</font>
<font color=#AAAAAAFF>acá por simplicidad</font>
<font color=#AAAAAAFF>somete la carga de una batería</font>
<font color=#AAAAAAFF>o de hidrogeno que finalmente</font> <font color=#AAAAAAFF>activaran un motor eléctrico </font>
<font color=#AAAAAAFF>produciendo el movimiento.</font>
<font color=#AAAAAAFF>podemos identíficar el origen </font> <font color=#AAAAAAFF>espacial de la energía</font>
<font color=#AAAAAAFF>las que se ubican en el sol</font>
<font color=#AAAAAAFF>o en el interior de la tierra,</font>
<font color=#AAAAAAFF>son formas de energía nuclear</font> <font color=#AAAAAAFF>que veremos más adelante,</font>
<font color=#AAAAAAFF>esta producción puede ser del</font> <font color=#AAAAAAFF>tipo natural o tecnológico,</font>
<font color=#AAAAAAFF>por ejemplo, desde el sol</font> <font color=#AAAAAAFF>que es un reactor natural</font>
<font color=#AAAAAAFF>o desde el reactor creado con tecnología, </font>
<font color=#AAAAAAFF>en resumen</font>
<font color=#AAAAAAFF>todas las formas de energía nacen de aquella</font> <font color=#AAAAAAFF>contenida en el núcleo del átomo</font>
<font color=#AAAAAAFF>ya sea por fusión o fisión</font>
<font color=#AAAAAAFF>y transmiten a los distintos sectores</font> <font color=#AAAAAAFF>usuales de la energía </font>
<font color=#AAAAAAFF>en su forma requerida.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Si se identifican a partir de las formas</font> <font color=#AAAAAAFF>finales de energía 95%</font>
<font color=#AAAAAAFF>de la energía primaria proviene</font> <font color=#AAAAAAFF>desde el sol y 5% restante</font>
<font color=#AAAAAAFF>proviene de energía nuclear</font> <font color=#AAAAAAFF>generada en reactores tecnológicos.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Podemos resumir y concluir que los usos</font> <font color=#AAAAAAFF>finales agrupados en calor,</font>
<font color=#AAAAAAFF> movimiento y luz</font>
<font color=#AAAAAAFF>pasan por formas intermedia aunque</font> <font color=#AAAAAAFF>en lo fundamental no lo son</font>
<font color=#AAAAAAFF>como veremos más adelante,</font>
<font color=#AAAAAAFF>la conversión implica perdidas respecto</font> <font color=#AAAAAAFF>de la cantidad creada</font>
<font color=#AAAAAAFF>y no siempre convertirla en ambos sentidos</font>
<font color=#AAAAAAFF>esa pérdida de energía en</font> <font color=#AAAAAAFF>algunos casos ni siquiera se evalúa.</font>
<font color=#AAAAAAFF>por ejemplo, no es relevante saber</font> <font color=#AAAAAAFF>cuánta energía se pierde desde el sol </font>
<font color=#AAAAAAFF>hasta los recursos que usan nuestras</font> <font color=#AAAAAAFF>tecnología porque no podemos</font>
<font color=#AAAAAAFF>hacer mucho al respecto.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Finalmente</font>
<font color=#AAAAAAFF>todas las formas de energía</font>
<font color=#AAAAAAFF>hoy nacen de aquella contenida en</font> <font color=#AAAAAAFF>el núcleo del átomo</font>
<font color=#AAAAAAFF>ya sea por fusión o fisión</font>
<font color=#AAAAAAFF>en la cual</font>
<font color=#AAAAAAFF>por cierto domina aquella que</font> <font color=#AAAAAAFF>proviene desde el sol.</font>
<font color=#AAAAAAFF>Hasta próxima sesión.</font>
