Factores que influyen en la eficiencia de la transferencia de energía

Transferencia de energía

Imagina que tienes que realizar tres actividades diferentes en poco tiempo. Las actividades son:

1. ir a nadar
2. pintando tu habitación
3. ir a un evento formal

La transferencia de un evento a otro lleva tiempo, pero tener que cambiarse de ropa lleva más tiempo. Piense en el tiempo necesario para cambiarse de ropa como “tiempo perdido” durante el traslado de una actividad a otra. Ésta es una analogía para la transferencia de energía y la energía perdida durante la transferencia. Siempre que la energía se transforma de una forma a otra, siempre hay una pérdida de energía, lo que reduce la eficiencia de la transferencia de energía. La eficiencia se puede calcular dividiendo la producción de energía por la entrada de energía y multiplicando ese cociente por 100. Veamos algunos ejemplos de pérdida de energía.

Transferencia de energía eléctrica

Es bastante sorprendente que cuando accionemos un interruptor de luz en nuestra residencia o en el trabajo, se encienda una luz. El viaje que tomó esta energía eléctrica es bastante impresionante. Veamos dónde comenzó y rastreemos hasta nuestra bombilla, notando la pérdida de energía en el camino. Usemos un reactor nuclear como punto de partida para la energía eléctrica.

Planta de energía nuclear

El uranio-235 radiactivo se utiliza en una planta de energía nuclear para generar vapor de alta energía. Esto significa que la energía comienza como energía nuclear o la energía almacenada en el núcleo del átomo. Cuando el átomo se divide, se libera energía térmica y se usa para calentar el agua que se mueve a través de una serie de tuberías y finalmente se convierte en vapor. El agua caliente pierde calor hacia las propias tuberías, que es la transferencia de calor por conducción. La conducción es la transferencia de calor a través del contacto físico.

El vapor hace girar una turbina, que genera energía cinética. La energía cinética es la energía de los objetos en movimiento. Cuando la turbina gira, genera más energía térmica a través de la fricción. Cualquier energía que no se utilice para hacer girar la turbina se considera perdida, lo que reduce la eficiencia de la transferencia. La turbina giratoria hace que los haces de cables giren en un campo magnético que genera energía eléctrica. La eficiencia energética de una central nuclear es algo más del 40%. El siguiente paso en la transferencia de energía es mover la corriente eléctrica a través de las líneas de energía eléctrica.

Turbina de una planta de energía nuclear

Líneas eléctricas

Cuando la corriente se mueve a través de las líneas eléctricas, los electrones en movimiento generan fricción. La fricción siempre genera calor y este calor se pierde en el aire que rodea las líneas eléctricas. La transferencia de calor a través de un fluido como el aire (en este caso), se llama convección . Avancemos rápidamente hasta la bombilla encendida que se encendió cuando accionamos el interruptor de la luz.

La energía térmica se pierde de las líneas eléctricas a través de la convección.

Bombilla

Una bombilla de luz brilla porque el filamento de la bombilla, que suele ser el elemento tungsteno, es muy resistente al flujo de corriente eléctrica. Cuando la corriente se mueve a través del filamento de tungsteno, se calienta mucho y brilla. La bombilla que rodea el filamento permite que la luz se disperse. La bombilla no solo transfiere energía luminosa, sino también energía térmica. Este tipo de calor se llama energía radiante y es radiación electromagnética, que no requiere un medio para viajar. Así es como sentimos el calor al estar bajo la luz del sol.

La energía térmica se pierde de una bombilla a través de la radiación.

En todas las transferencias de energía que hemos discutido, se pierde energía.

Resumen de la lección

La eficiencia , en términos de transferencia de energía, es cuánta energía se transfiere realmente para hacer algo útil. Cuando la energía se transfiere de una forma a otra, siempre se pierde energía en calor, e incluso en sonido y luz. La eficiencia se puede calcular dividiendo la producción de energía por la entrada de energía y multiplicando ese cociente por 100.

La conducción es la transferencia de calor a través del contacto directo. El agua caliente que se mueve a través de las tuberías en un reactor nuclear pierde energía térmica hacia las tuberías al estar en contacto con las tuberías.

La energía cinética del vapor es la energía asociada con el movimiento de las partículas de gas. El vapor hace girar una turbina que genera electricidad. El movimiento de la turbina involucra partes móviles, lo que genera calor debido a la fricción.

La corriente eléctrica que se mueve a través de los cables genera calor debido a la fricción. El calor se pierde en el aire que rodea al alambre por convección . La energía radiante es energía térmica electromagnética que no requiere un medio para viajar. Cuanta más energía se pierde en calor, sonido y luz en una transferencia de energía, más ineficiente es la transferencia.