Podemos clasificar las formas de energía de muy distintas maneras. Algunas de esas maneras o criterios toman en cuenta especialmente su nivel de concentración. Este criterio resulta útil cuando se piensa en cómo aprovechar las formas de energía intencionalmente, por ejemplo para mover objetos, para obtener calor o para obtener energía eléctrica.
¿Cuáles formas de energía usaremos si nos interesa aprovechar intencionalmente la energía para fines prácticos? La elección de una dada forma de energía dependerá del objetivo que nos planteemos. Inclusive para un mismo objetivo, por ejemplo la producción de energía eléctrica, puede haber más de un camino posible, por lo que es necesario en cada caso evaluar los pro y los contra de cada solución, y los criterios de elección son múltiples.
A escala humana, algunas formas de energía están concentradas en volúmenes mucho menores que otras. Mil J (Joules) de energía potencial es la misma cantidad de energía que 1.000 J de energía química, de manera parecida a que 50 billetes de dos pesos son el mismo dinero que un billete de 100 pesos. Si clasificamos las energías desde el punto de vista de su concentración, identificamos tres grandes categorías que se corresponden más o menos globalmente con tres tipos de fuerzas de la naturaleza: gravitatorias, eléctricas, nucleares.
Formas poco concentradas de energía:
La energía gravitatoria es tan diluida que sólo es apreciable en masas considerables. Por ejemplo, para liberar solamente 1 kWh de energía potencial gravitatoria, hace falta que nada menos que 3.700 litros de agua caigan desde una altura de 100 metros. Para tener una idea muy aproximada de cuánta energía mecánica se dispone en la vida cotidiana, podríamos decir que corresponde a más o menos 1kWh por tonelada de materia. Las centrales hidroeléctricas son poco eficientes en este sentido, se necesitan grandes volúmenes de agua y fuertes desniveles para que la producción eléctrica sea apreciable. Las energías mecánicas que encontramos en nuestro quehacer cotidiano tienen también valores pequeños. La energía cinética de un auto de 930 kg que viaja a 100 km/h es de sólo de 100 Watt - hora. Es decir que si pudiéramos transformar toda la energía cinética del auto en energía eléctrica, nos alcanzaría solamente para mantener encendida una lamparita de 100 W durante una hora.
Formas de concentración energética intermedia:
En la categoría intermedia figuran las energías calórica, eléctrica, radiante y química. En este caso es común encontrar energías de 1 kWh en cada kg de materia (o sea 1.000 kWh en cada tonelada). Se necesitan 100 Wh para fundir 1kg de hielo y 700 Wh para evaporar 1kg de agua a 100o C. Es decir que la energía calórica que pierde 1kg de agua al transformarse en hielo, transformada totalmente en energía eléctrica, nos alcanzaría para mantener encendida la lamparita de 100 W durante 1 hora. Los aparatos electrodomésticos consumen una potencia eléctrica que está entre 100 W y 5 kW. La combustión (quemado) de 1kg de petróleo o de gas producen alrededor de 12 kWh. Los seres humanos transforman la energía de los alimentos en energía química, empleada para mantener la temperatura de sus cuerpos a 36o C y para realizar sus actividades. La potencia consumida por el hombre va de aproximadamente 100 W cuando descansa a 500 W cuando está en plena actividad física.
Formas muy concentradas de energía:
La energía nuclear es por lejos la forma de energía más concentrada, ya que 1kg de uranio natural produce una cantidad de calor de 100.000 kWh aproximadamente en una central nuclear como Atucha I o Embalse. Esto puede compararse con los 8 kWh que produce la combustión de 1kg de carbón, o los 12 kWh de 1kg de petróleo. Industrialmente sólo se explota una pequeña parte de la energía nuclear almacenada en la materia. En una central nuclear, 1kg de uranio que fisiona se transforma parcialmente en otros elementos, disminuyendo su energía nuclear en 150.000 kWh y su masa total en 4 miligramos (tal como lo explica la ley de Einstein E=mc2).
En el Sol, 1kg de hidrógeno produce (por fusión) 180.000.000 kWh
Artículo escrito por Carlos Gho, CNEA, Argentina
gho@cab.cnea.gov.ar
