La conservación de la energía (VII). La acumulación de la energía

21 de octubre de 2016

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Bruno Henríquez

 

 

El camino hacia la riqueza depende fundamentalmente de dos palabras: trabajo y ahorro.
Benjamín Franklin

 

 

 

Entre los temas de conservación y transformación de la energía es obligatorio hablar de la acumulación, la posibilidad de guardar la energía generada o recibida, de alguna forma que permita utilizarla luego o en otro lugar.

En general en la mayoría de los casos cotidianos, salvo algunas excepciones, utilizamos energía acumulada, sobre todo en los combustibles a los que se les conoce como portadores de energía y la forma más habitual de recuperación de esta energía es como su nombre lo indica la combustión.

En los combustibles, la energía se ha acumulado en forma química y se puede liberar por diversas reacciones, una de ellas es la combustión, otra la electrolisis pero también la digestión es un caso que todos experimentamos al extraer la energía de los alimentos que se pueden considerar también como combustibles.

Las celdas de combustible, por otra parte, usan la electrolisis para la separación de protones en los compuestos que tienen Hidrógeno en su molécula como el agua que tiene dos átomos de hidrógeno y en los hidrocarburos, por ejemplo el metano de fórmula CH4 con cuatro hidrógenos es estos casos no es necesaria la combustión.
Hay acumuladores de energía que encontramos en bloques o módulos unitarios como las frutas o las baterías, que a pesar de ser de naturaleza diferente, muestran una función similar, acumular energía para ser utilizada en otra ocasión.

Diversas formas de acumular la energía

Otro aspecto es el cómo se extrae la energía del acumulador, entre los mencionados combustibles, baterías y frutas los métodos pueden ser a través de la electrolisis, la digestión, la combustión y la generación de fuerza electromotriz.
Cuando en la generación eléctrica no se utiliza toda la energía que se ha producido, y existe la preocupación por el ahorro, la conservación y la protección del medioambiente, se buscan vías para guardarla, ya sea en forma de energía potencial gravitatoria, energía de rotación, acumulación de carga en condensadores, energía química en sus diferentes variantes que van desde el cargado de baterías hasta la producción de sustancias combustibles pasando por los más diversos procesos.

 

 

 

En el caso de una central hidro-acumuladora, se produce la acumulación de energía potencial, con la energía eléctrica excedente se bombea agua a un embalse situado a gran altura, para generar electricidad por vía hidráulica cuando se necesite.
La energía también se almacena de otra forma en el cuerpo de los animales, los humanos incluidos, en forma de grasas, que sirven para extraer la energía cuando se necesita, sobre todo en el invierno o cuando hay que realizar esfuerzos físicos.
La alimentación, en especial las dietas se tratan de hacer bajas en calorías, o sea en energía para evitar engordar. Se engorda sobre todo porque se acumula la energía y no se usa. Un aspecto interesante es que las dietas se miden en unidades de energía, en unidades específicas que se asocian en la cultura popular precisamente a los alimentos, la caloría. A nadie se le ocurre hablar de la energía de los alimentos en kilowatt hora o en joule, sino en calorías, sobre todo por un consenso en la designación de las unidades a utilizar para las distintas manifestaciones de la energía.

 

Acumulación de energía en el Deporte

En muchas actividades deportivas se utiliza también la acumulación de la energía para lograr el efecto que se desea. En la disciplina del salto con pértiga, por ejemplo, se acumula energía elástica en la pértiga, esa energía proviene de la energía cinética del saltador, y luego es utilizada para impulsarse hacia arriba, ganar energía potencial y sobrepasar la varilla.

 

En el caso del lanzamiento del martillo, este no llegaría tan lejos si se lanzara en un solo impulso, el deportista al darle vueltas al implemento le comunica energía de rotación, aumenta su velocidad, de ahí su energía cinética y cuando lo suelta, se transforma en velocidad lineal y el martillo se va con el momento lineal resultado de esa energía.

 

Darle cuerda

Los relojes y juguetes durante mucho tiempo contaban con un acumulador de energía consistente en un muelle o resorte formado por una cinta metálica enrollada que acumulaba energía elástica, la que luego era utilizada usada para mantener el movimiento de un péndulo detorsión en el caso delos relojes yo un mecanismo de escape que hacía girar los engranajes de los juguetes, produciendo los más diversos movimientos.

 

A la acción de cargar de energía el resorte se le llamaba “dar cuerda”, frase heredada de la época en que la acumulación de la energía en los relojes de péndulo se realizaba con pesas que colgaban de cuerdas, cordones o cadenas, según las pesas iban bajando conferían su energía al mecanismo del reloj que garantizaba la uniformidad de su marcha a través de un mecanismo de liberación con ayuda de un péndulo que batía segundos, o sea, cuyo período era un segundo.
Al llegar la pesa abajo el reloj se detenía y toda la cuerda se encontraba del otro lado, halar la cuerda permitía subir la pesa a una posición en la que podía volver a realizar el trabajo requerido para el funcionamiento del reloj.
Darle cuerda a la pesa del reloj se convirtió en darle cuerda al reloj y por transposición al hecho de cargar de energía mecánica el resorte de juguetes y relojes. Y este mecanismo que ya no tenía ninguna cuerda, cordón, soga o cadena por ninguna parte se comenzó a llamar “cuerda”.
Aun en el lenguaje popular se usa “darle cuerda” a una persona cuando se le provoca para que actúe de alguna forma, o se mantenga en una posición beligerante. O sea, cuando a alguien le dan cuerda lo están cargando con una energía potencial para que realice una acción que cause deleite o molestia en los demás.

 

Acumulación de la energía en la computación y la electrónica

Un ejemplo del almacenamiento de energía y lo que se puede hacer con ella, es la disminución de la energía necesaria a través del tiempo para realizar la misma cantidad de operaciones en las computadoras.
En 1950 para realizar un billón de operaciones había que gastar un billón de watt hora, en 1960 mil millones, en 1970 un millón doscientos mil, en 1 en 1980 setecientos mil, en 1990 mil, en 2000 diez watt hora y en 2010 menos de 1 watt hora.
Esto ha permitido reducir el tamaño de calculadoras y computadoras que pueden ser operadas con baterías de muy baja potencia, así al hacerse más eficientes los sistemas se pueden alimentar con fuentes portátiles de energía cada vez más pequeñas y que pueden durar mucho más en operación gracias al bajo consumo de los dispositivos.

 

Baterías

Las Baterías son acumuladores de energía, algunas son recargables y otras no. La posibilidad de recargarlas las hace más amistosas con el medioambiente y más fáciles de utilizar.
Las baterías se utilizan en los dispositivos electrónicos que llenan nuestra vida, desde relojes a computadoras, teléfonos móviles, cámaras fotográficas y respaldos del suministro eléctrico.
Uno de los usos tradicionales de las baterías es en el motor de arranque de los vehículos que trabajan con motores de combustión interna, esta, la batería junto con el motor de arranque sustituyeron la palanca o manivela de arranque de los primeros autos.
En el desarrollo de los automóviles eléctricos que han tenido una historia muy accidentada, las baterías han jugado un papel muy importante y en los últimos tiempos han significado un factor clave no solo en el desarrollo de los vehículos sino en la normalización de los métodos de producción y los modelos versátiles que sirven para muchos usos y se cargan con las más diversa fuentes de energía.

 

Powerwall es una batería recargable para uso doméstico y pequeñas industrias. de la empresa Tesla Energy, filial de Tesla Motors, creada por Elon Musk. Una vez cargada se fabrica con capacidades de almacenamiento de 7 y 10 kWh para uso doméstico. Para instalaciones mayores Tesla ofrece el Powerpack de 100 kWh que puede escalarse modularmente de forma indefinida hasta alcanzar capacidades del orden de los GWh.
El fundamento principal del uso de este tipo de paquetes de baterías es el desarrollo modular, que permite hacer una escalada en el suministro de energía de una forma segura limpia y que es capaz de acumular la energía de fuentes renovables o mientras se hace menor la demanda a la red.
El 30 de abril de 2015 Tesla Energy presentó dos sistemas de almacenamiento de energía: Powerwall y Powerpack. El Tesla Powerwall es un paquete de baterías de iones de litio usado como respaldo en la red eléctrica de un domicilio y que puede almacenar energía eléctrica proveniente de la generación de energía renovable, como instalaciones solares o eólicas, o almacenar electricidad en horario nocturno cuando la electricidad es más barata. Puede instalarse en exteriores o interiores y no precisa de un cuarto cerrado. También permite realizar una instalación eléctrica en lugares remotos sin acceso a la red, por lo que se ha visto no solo como una solución para los ricos, sino también como una posibilidad de brindar electricidad con potencias que permitan mejorar las condiciones de vida y el desarrollo de industrias a lugares remotos y en comunidades y países de poco desarrollo.

 

El mismo principio de estas baterías es el usado en las primeras baterías Tesla utilizadas en los automóviles eléctricos más recientes de la misma firma y de otros fabricantes, que desde hace algunos años compiten con los automóviles de combustión interna y abren posibilidades que afecten menos al medioambiente.
Así tenemos que la acumulación de la energía además de su aspecto técnico con sus nuevas prestaciones se ha introducido también en otros aspectos de la cultura en general incluido lenguaje y la protección del medioambiente.