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La Ley de Conservación de la Energía

Por John McCarthy,
Prof. De la Universidad de Stanford.

Muchas veces he recibido mensajes por email la idea de hacer funcionar autos mediante el hidrógeno del agua. Se trata de alimentar al motor del auto con el hidrógeno obtenido mediante la división de del agua por la electrólisis, usando al generador del auto para obtener la electricidad.

Esta es la razón por la cual no funcionará: La cantidad de energía que se obtiene quemando hidrógeno y haciendo funcionar un generador eléctrico produce, cuan-do mucho, la cantidad de energía requerida para reemplazar la energía usada para disociar al agua y producir hidrógeno. No quedaría energía disponible para hacer andar al auto. En realidad, se obtendría considerablemente menos energía que la necesaria para producir más hidrógeno que reemplace al que se ha quemado. Muy probablemente, sería de un 20 por ciento.

La disociación del agua para obtener hidrógeno no es una fuente de energía muy original. Más bien, es una manera de transformar energía en una forma más utili-zable para un cierto propósito. Por ejemplo, la energía nuclear se puede usar para disociar al agua (H2O) en hidrógeno y oxígeno. El oxígeno es liberado al ambiente, y el hidrógeno es licuado para ser usado en los autos de la misma manera que lo hace la gasolina. (El proceso es inmensamente ineficiente comparado con hacer funcionar a un auto directamente con un pequeño reactor atómico.

Desgraciadamente, un reactor atómico en un auto mataría a sus ocupantes. Los barcos y submarinos pueden usar reactores nucleares porque pueden permitirse tener las toneladas de blindaje necesarias para mantener a los neutrones alejados de los tripulantes). También es posible usar a la energía solar para disociar al agua, pero la energía solar es demasiado cara todavía.

¿Cuáles son las fuentes de energía que se han usado?

El Músculo Humano

Un muy esforzado trabajador humano puede producir unos 100 watts, suficientes para una lamparita de luz. Para alumbrar una casa durante la noche requeriría de varios esclavos "pedaleando" para hacer funcionar generadores. La energía que usan los músculos humanos es energía química obtenida de la comida. Esta ener-gía proviene del Sol y es absorbida por las plantas que comemos, y la carne de los animales que comen plantas. Si usted paga 5 centavos por kilowatio-hora (Kw/h), usted está recibiendo por sus 5 centavos la electricidad que generaría un hombre en 10 horas de intenso trabajo.

 Fuerza Equina

Los caballos son una fuente de energía mucho mejor que la humana. Un caballo produce unas 8 veces más energía que un humano, y es más fácil de mantenerlo trabajando.

Carbón, Petróleo y Gas Natural

Químicamente, el carbón de piedra es carbono ( C ) con impurezas. El gas natural es CH4, es decir, carbono e hidrógeno. Los aceites y las gasolinas hechas a partir del petróleo son hidrocarburos, compuestos de hidrógeno y carbono de diversas composiciones. El Octano es CH18, por ejemplo. Cuando es quemado, el oxígeno del aire transforma al carbono en CO2, dióxido de carbono, y al hidrógeno lo transforma en H2O o agua, de manera común, en la forma de vapor.

La energía es liberada porque la combinación de combustible + oxígeno del aire, tiene más energía que los productos de la quema del combustible. Usted puede obtener al combustible de regreso partiendo de los productos de la combustión si invierte la reacción química de la quema, pero entonces deberá proporcionar la energía necesaria. Todos los combustibles son los restos de plantas que obtuvie-ron su energía del sol cuando crecían hace millones de años. El abastecimiento de estos combustibles no durará más de unos pocos cientos de años, quizá un poco menos. En estos momentos, la quema de estos combustibles es la mayor fuente de energía de nuestra civilización.(*)

 (*)Nota de FAEC: Con respecto al origen de los llamados combustibles fósiles, o hidrocarburos, existe Una nueva y más plausible teoría, emitida y comprobada por el Dr. Thomas Gold, astrofísico de la Universidad de Cornell, que sostiene el origen "abiogénico" del petróleo y el gas natural, es decir, que no tienen un origen bio-lógico, sino que están siendo producidos de manera constante en las profundida-des del manto de la Tierra, por la descomposición del radón en Helio y su combi-nación con el metano, también producido a grandes profundidades (de más de 300 km de profundidad). Lea lo relativo a esta interesante teoría en este mismo "web-site" haciendo click sobre el título siguiente: "Los Hidrocarburos No son Fósiles"..

Potencia Hidráulica

El sol evapora el agua de los mares, y algo de ella cae de nuevo como lluvia o nieve en las alturas. El agua en elevadas altitudes tiene energía potencial compa-rada con el agua de bajas altitudes, y esta energía puede obtenerse haciendo diques y haciendo pasar al agua a través de turbinas que mueven generadores eléctricos. En los países desarrollados, la mayor parte de los lugares apropiados para diques –mucha agua a elevadas altitudes– ya están siendo usados. Una gran expansión de la potencia de origen hidráulica no es posible.

 Energía Solar Directa y Eólica

Estas tecnologías han sido favorecidas políticamente en los países avanzados desde los años 70s. Sin embargo, son todavía demasiado costosas para competir con sólo moderados subsidios. Los entusiastas permanecen optimistas después de todos estos años. Mi opinión personal es que seguirán siendo tan caras que si nuestra civilización tuviera que depender de ellas, el nivel de vida de la población caería abruptamente. Algunos entusiastas partidarios creen que eso no les importaría.

 Energía Nuclear

Esta forma genera el 20% de las necesidades mundiales de electricidad. Su ex-pansión está temporalmente restringida en los Estados Unidos, a consecuencia de la ideología ecologista. La energía nuclear es la mejor esperanza que tiene la Humanidad a largo plazo. No hay otra.

Energía y Potencia

Con frecuencia, estos términos son confundidos, porque en el habla ordinaria a veces son sinónimos. Sin embargo, la diferencia es fundamental para las ciencia y la ingeniería, y es muy fácil de exponer: Potencia es la tasa a la cual se genera o se usa la energía. La unidad básica de la energía es el joule, y la unidad básica de potencia es el watt. El watt es un joule sobre segundo, es decir, una bombita de 100 watts está usando 100 joules de energía cada segundo, convirtiendo a la energía eléctrica en luz y calor.

Una planta de energía de 1000 megawatt genera mil millones de joules cada se-gundo. Obtiene esa energía quemando combustibles o dividiendo átomos de uranio y plutonio. Para producir 1000 megawatt de electricidad en realidad son nece-sarios 3.000 megawatt de combustible. El remanente de 2.000 megawatt es inevitablemente producido como calor, como lo demuestra la Segunda Ley de la Termodinámica.

Para potencia y energía se usa una gran variedad de unidades. Kilowatts y Me-gawatts son, Mil watts y Un Millón de watts, respectivamente. Un caballo de fuerza (HP) son 746 watts, según una optimista definición, pero pocos caballos podrían producir tal potencia durante mucho tiempo. La energía se mide en kilo-watts/horas. Un kW/h es, en consecuencia, 3.600.000 joules. Otra medida de energía es la Unidad Térmica Británica (o BTU) , a veces usada en ingeniería. Es la cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de una libra de agua UN grado Farenheit

Esta es una exposición muy esquemática. Un libro de Física Elemental le dará una mejor información.


Enviar comentarios y sugerencias a mccarthy@stanford.edu. Algunas veces hago cambios sugeridos en los mensajes. Mi página web está aquí --John McCarthy

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