Energía térmica

La energía térmica es la energía liberada en forma de calor. También se le puede llamar energía calorífica. De una fomra mas técnica podemos definir la energía térmica como la parte de 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.

La energía térmica se puede transformar utilizando un motor térmico (una central termoeléctrica utiliza energía térmica para generar electricidad); o en trabajo mecánico (por ejemplo, un motor de automóvil, avión o barco).

La obtención de energía térmica puede implicar un impacto ambiental. Si la energía térmica se obtiene mediante determinadas fuentes de energía no renovable como por ejemplo, mediante la combustión de combustibles fósiles, o la energía nuclear, el impacto medioambiental es negativo.

Durante la combustión de combustibles fósiles se libera dióxido de carbono (CO₂) y emisiones contaminantes. Por otro lado, el uso de la energía nuclear también aporta otros inconvenientes: esta fuente de energía genera residuos radiactivos que deben ser controlados. Además deben tenerse en cuenta la utilización de terreno de las plantas generadoras de energía y los riesgos de contaminación por accidentes en el uso de los materiales implicados, como los derrames de petróleo o de productos petroquímicos derivados.

Por otro lado, se puede obtener energía térmica mediante fuentes de energía renovable como la energía solar térmica. La energía solar térmica permite captar la radiación solar y convertirla en energía mediante los colectores solares.

La energía calorífica se puede obtener de varias formas:

• Se puede obtener directamente de la naturaleza. Sería el caso de la energía geotérmica o la energía solar térmica.
• Energía generada a partir de la energía química,
• Se puede obtener mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible fósil.
• La energía térmica puede generarse a trabés de una reacción de energía nuclear de fisión o de energía nuclear de fusión. Al partir el núcleo de un átomo se obtiene una gran cantidad de calor.
• Energía generada mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico
• Energía térmica por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos.

Conversión de la energía térmica a otras formas de energía

 

La energía térmica o energía calorífica se puede convertir a otros tipos de energía. Las principales formas de conversión de energía son la conversión en energía mecánica y la conversión a energía eléctrica.

Conversión de energía calorífica en energía mecánica

Al calentar un gas a un volumen constante, aumenta la energía cinética promedio de las partículas que lo componen. Al mismo momento, el gas calentado aumenta la presión sobre las paredes del contenedor que las contiene. En este momento el gas ha adquirido energía potencial, a un nivel macroscópico, y así puede, eventualmente, expandirse y ser capaz de realizar un trabajo mecánico como ocurre comúnmente en las máquinas térmicas tales como motores térmicos o máquinas de vapor.

La energía potencial adquirida por el gas se debe a la energía térmica que se le suministra. La adquisición de energía térmica por el gas se confirma por el hecho de que el gas aumenta su temperatura. Si el gas se puede expandir, hace un trabajo y, por lo tanto, consume parte de la energía que ha adquirido y se ha enfriado.

Conversión de energía calorífica a electricidad

La energía térmica puede transformarse en otras formas de energía, por ejemplo, se transforma en electricidad o energía eléctrica.

Esta conversión de energía térmica en energía mecánica se realiza en plantas de energía termoeléctrica y termonuclear. Las plantas termoeléctrica el gas se caliente mediante la combustión de combustibles fósiles (normalmente carbón o gas natural). En las plantas termonucleares el gas se calienta mediante el uso de la energía nuclear. También son conocidas como centrales nucleares. Ambos tipos de plantas utilizan el vapor en el proceso de conversión energética.

Otro tipo de plantas capaces de generar electricidad son las plantas de energía geotérmica y en plantas de energía solar termodinámica. En estos casos la energía térmica se obtiene de forma natural. En la energía geotérmica el calor se obtiene del interior de la Tierra. En la energía solar térmica la energía calorífica se obtiene de la radiación solar.

Obtención de energía térmica a través de la radiación solar

La radiación solar se puede convertir en energía térmica por diferentes métodos. La energía solar térmica estas aplicaciones. A continuación, 3 ejemplos: El horno solar, los colectores solares y las plantas de energía solar.

El horno solar es un número mayor de espejos, controlados por computadora de acuerdo con el movimiento del sol, de modo que los rayos incidentes se reflejen en el espejo cóncavo central, que es el punto focal común. En el punto focal, la temperatura puede subir 4000°C. Dicha energía térmica ya es útil para fundir metales, calentar hornos o agua (plantas de energía solar térmica).

Colectores solares. Los colectores solares son paneles de aluminio ennegrecidos que absorben la radiación solar y la convierten en calor a través de un circuito cerrado de agua. En viviendas unifamiliares en posiciones geográficas favorables, se puede satisfacer el 90% de las necesidades de agua caliente (calefacción de apartamentos y piscinas, agua sanitaria). En lugares menos cálidos, dicha recuperación de energía es económica solo si reemplaza el consumo de electricidad.

Planta de energía solar: las plantas solares de energía térmica concentran la radiación solar en un punto con la ayuda de espejos. En este punto se concentra una gran cantidad de energía térmica que se aprovecha para generar vapor. Con el vaporgenerado se accionan turbinas convirtiendo la energía térmica en energía mecánica. Las turbinas permitirán generar electricidad de un modo parecido a cómo lo hacen las centrales nucleares o las centrales térmicas.

Las diferencias entre estos tres tipos de centrales de potencia está en el combustible que utilizan para obtener energía térmica: energía solar, energía nuclear mediante la fisión de átomos de uranio y la combustión de combustibles fósiles respectivamente.
Unidad de medida de la energía térmica

Las unidades para medir la energía térmica són las mismas unidades que se utilizan para medir energía puesto que no deja de ser una forma de energía.

La energía se mide en Julios (J) según el sistema internacional. Aunque cuando se trata de energía calorífica también se suelen utilizar las calorías (cal). Una caloría es la cantidad de energía que se necesita para elevar un grado centígrado un gramo de agua. Una caloría equivale a 4.18 julios.