Tuesday, June 03, 2008




LOS RECURSOS ENERGÉTICOS Y SU USO

Recursos energéticos


La industria, el transporte, el desarrollo urbano, la agricultura y la mayor parte de las demás actividades humanas se vinculan est
rechamente con la cantidad y tipo de energía disponible. Esta se requiere para los procesos tecnológicos: desmontar, ensamblar, mover alrededor, comunicar y obtener materias primas y, por consiguiente, operar y reciclar.

Las distintas fuentes de energía y las maneras de usarlas tienen diferentes costos, implicaciones y riesgos. Algunos de los recursos, luz solar directa, viento y agua, continuarán disponibles indefinidamente. Los combustibles vegetales, madera y pastos, se auto renuevan, pero en un índice limitado y sólo si se plantan tantos como se cosechan. Los combustibles ya acumulados en la Tierra, carbón, petróleo, gas natural y uranio, serán más difíciles de obtener a medida que se agoten los recursos disponibles de más fácil acceso. Cuando amenace la escasez, la nueva tecnología puede hacer posible utilizar de mejor manera los recursos que queden, cavando más profundo, procesando minerales de concentraciones inferiores o empleando la minería del lecho oceánico. Sin embargo, es difícil predecir lo que sucederá cuando se agoten por completo. El límite final podría ser un costo prohibitivo más que una completa desaparición cuando la energía que se requiera para extraer los recursos supere a la que se obtendrá de ellos.

La luz solar es la fuente última de la mayor parte de la energía que se utiliza. Es factible disponer de ella de muchas maneras: la energía solar la captan de manera directa las plantas, y calienta el aire, la tierra y el agua para provocar el viento y la lluvia. Pero el flujo de energía es bastante débil y es necesario un gran conjunto de sistemas para concentrar energía para casi todos los usos tecnológicos: la tecnología de la energía hidroeléctrica utiliza el agua de lluvia concentrada en ríos por el escurrimiento proveniente de grandes áreas de tierra; los molinos de viento usan la corriente de aire producida por el calentamiento de grandes superficies de la Tierra y el océano, y la electricidad generada por la acción del viento y directamente por la luz solar que cae sobre superficies sensibles a la luz, requiere de grandes sistemas de colección. La producción de energía en pequeña escala para el uso doméstico puede lograrse en parte mediante molinos de viento y el calentamiento solar directo, pero todavía no se desarrolla la tecnología eficiente en costo para el uso a gran escala de molinos de viento y calentadores solares.

Durante siglos, quemar leña fue la fuente más común de energía para cocinar, calentar viviendas y accionar máquinas. La mayor parte de la energía utilizada hoy en día se deriva de la combustión de carburantes fósiles, los cuales han almacenado la energía solar que las plantas captaron por millones de años. El carbón fue el combustible fósil más utilizado hasta hace poco. Pero en el siglo pasado, el petróleo y su gas natural asociado llegaron a preferirse por la facilidad para recolectarlos, por sus múltiples usos en la industria y la capacidad para concentrarlos dentro de una fuente de energía portátil para vehículos como automóviles, camiones, trenes y aviones.

Por desgracia, toda combustión de carburantes fósiles vierte en la atmósfera productos de desecho que pueden amenazar la salud y la vida; la minería del carbón subterráneo es sumamente peligrosa para la seguridad y salud de los mineros, además de que puede dejar a la tierra agotada; los derrames de petróleo pueden poner en peligro la vida marina. El regreso a la combustión de la madera no es una alternativa satisfactoria, pues ello también agrega a la atmósfera los denominados gases de invernadero, y la tala excesiva de árboles para obtener combustible acaba con los bosques necesarios para mantener los ecosistemas sanos en los ámbitos local y mundial.

Pero hay otras fuentes de energía. Una es la fisión de núcleos de elementos pesados, la cual comparada con la combustión de carburantes fósiles libera una inmensa cantidad de energía en relación con la masa del material utilizado. En los reactores nucleares, la energía generada se emplea sobre todo para hervir el agua y convertirla en vapor, el cual acciona los generadores eléctricos. El uranio que se requiere se encuentra en gran cantidad, aunque recientemente se ha limitado su abasto. No obstante, los productos de desecho de la fisión son muy radiactivos y permanecen así por miles de años. El problema técnico de la eliminación razonablemente segura de estos productos de la fisión se complica por el miedo del público a la radiactividad, la preocupación por el sabotaje de plantas eléctricas nucleares y el robo de materiales nucleares para la elaboración de armas. Las reacciones controladas de fusión nuclear son una posible fuente de energía mucho más grande, pero la tecnología todavía no ha sido probada como factible. Las reacciones de fusión usarían materiales combustibles que son más seguros en sí mismos, aunque todavía subsistiría el problema de eliminar los materiales de construcción desgastados que se tornaran radiactivos durante el proceso. Y como siempre ocurre con la nueva tecnología, podría haber algunos riesgos no previstos.

El uso de la energía

La energía debe distribuirse de su fuente al lugar donde se ocupará. Durante la mayor parte de la historia humana, la energía tuvo que usarse in situ en el molino de viento o de agua, o cerca de los bosques. Con el tiempo, el mejoramiento en el transporte hizo posible que los combustibles fósiles se quemaran lejos de donde se obtenían, y la manufactura intensiva los difundió mucho más. En este siglo, ha sido común usar fuentes energéticas para generar electricidad, lo cual puede proporcionar energía casi instantáneamente a través de cables lejos de la fuente. Además, la electricidad puede transformarse de manera conveniente en otros tipos de energía.

Tan importante como la cantidad de energía disponible es su calidad: el punto hasta donde pueda concentrarse y la conveniencia con la que se pueda utilizar. Un factor central en el cambio tecnológico fue la intensidad calorífica del fuego. El descubrimiento de nuevos combustibles, el diseño de mejores hornos y estufas y la liberación forzada de aire u oxigeno puro han incrementado progresivamente la temperatura obtenible para la cocción del barro y el vidrio, la fundición de minerales metálicos, y la purificación y tratamiento de los metales. El rayo láser es un nuevo instrumento para enfocar la energía de radiación con gran intensidad y control, el cual adquiere cada día más aplicaciones desde producir chips de computadora y llevar a cabo una cirugía ocular hasta comunicarse por satélite.
Durante cualquier etapa de transformación de la energía, de una forma u otra hay inevitablemente cierta disipación hacia el medio. A excepción de la energía contenida en la estructura de los materiales manufacturados, la mayor parte de los usos de la energía terminan disipándola, calentando ligeramente el ambiente y radiándola por último al espacio. En este sentido práctico, la energía se "agota" aun cuando se halle en algún lugar circundante.

El hombre ha inventado formas ingeniosas para lograr transformaciones de energía útiles para él. Estas formas van desde los actos sencillos de lanzar piedras (lo cual transforma la energía bioquímica en movimiento) y encender fogatas (la energía química en calor y luz), hasta usar complejos aparatos como máquinas de vapor (energía calorífica en movimiento), generadores eléctricos (movimiento en energía eléctrica), reactores de fisión nuclear (energía nuclear en calor) y convertidores solares (energía radiante en energía eléctrica). En la operación de estos aparatos, como en todos los fenómenos, el gasto de energía útil, es decir, la que está disponible para otra transformación, es siempre menor que la energía que entra, en tanto que la diferencia aparece por lo general como calor. Una meta en el diseño de tales dispositivos es hacerlos lo más eficientes posible, es decir, maximizar el gasto útil para una entrada específica.

De acuerdo con las diferencias generales en la distribución global de riqueza y desarrollo, la energía se utiliza en índices muy distintos en las diversas regiones del mundo. Las naciones industrializadas emplean enormes cantidades de energía para los procesos químicos y mecánicos en las fábricas, en la creación de materiales sintéticos, en la producción de fertilizantes para la agricultura, en el impulso del transporte industrial y de personal, calefacción y ventilación de edificios, alumbrado y comunicaciones. Es probable que la demanda de energía aumente a una tasa mucho mayor a medida que crece la población mundial y se industrialicen más países. Junto con el uso a gran escala hay un desperdicio similar (por ejemplo, vehículos con mayor potencia de la que requiere su función, y edificios insuficientemente aislados contra la transferencia de calor. Pero otros factores, sobre todo el aumento en la eficiencia de uso, pueden ayudar a reducir la demanda de más energía.

El agotamiento de los recursos energéticos puede disminuirse por medios sociales y técnicos. Estos últimos incluyen maximizar la utilidad de una entrada de energía especifica mediante el diseño adecuado de los aparatos de transformación, por el aislamiento donde se desee restringir el flujo de calor (por ejemplo, aislando los depósitos de agua caliente) o realizando algo con el calor que se dispersa. Los medios sociales incluyen al gobierno, el cual puede restringir los usos menos prioritarios de energía o puede establecer requisitos de eficiencia, como en los motores de automóvil, o de aislamiento, como en la construcción de una casa. Los individuos también pueden hacer una consideración de la eficacia de los energéticos en su propia elección y uso de la tecnología, por ejemplo, apagar luces y manejar automóviles de alta eficiencia, ya sea para conservar energía como cuestión de principio o reducir los gastos personales de largo plazo. Como siempre, hay trueques; por ejemplo, las casas aisladas permanecen más cálidas en invierno y más frescas en verano, pero la ventilación limitada puede aumentar la acumulación de contaminantes en el interior.

LA COMUNICACIÓN

Las personas se comunican con frecuencia, aunque no siempre con precisión. Cientos de idiomas diferentes han evolucionado para satisfacer las necesidades de la gente que los utiliza. Debido a que las lenguas varían considerablemente en sonido, estructura, vocabulario, y puesto que tienen tanta vinculación cultural, no siempre es fácil traducir de una a otra con precisión. La comunicación escrita, desde cartas personales a libros y correo publicitario, cruza los continentes en todas direcciones y alcanza los rincones más lejanos. El teléfono, la radio, la televisión, los satélites, las grabaciones visuales y auditivas, y otras formas de comunicación electrónica han aumentado las opciones y se han sumado al flujo de la información.

La comunicación implica un medio de representar la información, medios para transmitirla y recibirla, además de cierta garantía de fidelidad entre lo que se manda y lo que se recibe. La representación requiere codificar la información en algún medio de transmisión. En la historia humana, los medios naturales han sido contacto mecánico (el tacto), sustancias químicas (el olfato), ondas sonoras (la voz y el oído) y luz visible (la visión). Pero la confiabilidad y la permanencia necesitan un medio para registrar la información; las marcas en materiales sólidos fue el primer medio confiable que se desarrolló: madera, arcilla, piedra y, con el tiempo, papel. Actualmente, también se hacen marcas microscópicas en cintas magnéticas y discos de plástico. Estos materiales modificados pueden durar muchos años, además de que pueden recorrer grandes distancias con la información codificada intacta.

Con la invención de aparatos para generar y controlar la corriente eléctrica, la información se pudo codificar mediante cambios en la corriente, así como transmitirse a grandes distancias por cable casi instantáneamente. Con el descubrimiento de las ondas de radio, la misma información se pudo codificar como cambios en el patrón ondulatorio y distribuirse en todas direcciones a través de la atmósfera sin tener la necesidad de instalar cables. Particularmente importante fue la invención de los amplificadores electrónicos, en los cuales una señal eléctrica débil controla el flujo de una corriente eléctrica mucho más intensa, imprimiéndole la misma pauta de información. En fechas recientes, el eficiente control de las ondas de luz en los rayos láser ha hecho posible la codificación y transmisión de información como pulsos en la intensidad de la luz a través de fibras ópticas.

La información se puede codificar en forma digital o análoga. Por ejemplo, originalmente la comunicación eléctrica tanto alámbrica como inalámbrica fue sólo en la forma digital de encendido y apagado, que requería un código artificial para representar letras y números. Se logró una gran ventaja con el advenimiento de la electrónica aparatos para transformar las señales luminosas y sonoras en señales eléctricas y viceversa. La electrónica hizo posible la transmisión de señales análogas que representan variaciones sutiles en el sonido o la luz y la transcripción de dichas señales como variaciones continuas en algún medio. La capacidad de transcribir información en forma microscópica y transmitirla a muy altas velocidades, hace ahora posible la reducción de la distorsión y el ruido al procesar señales análogas, regresando con ello a la confiabilidad de las señales digitales de encendido y apagado. Las señales análogas de toda clase se pueden ahora mostrar y representar con números, almacenados y transmitidos en esa forma y procesados adecuadamente en computadoras y quizá vueltos a la forma análoga para mostrarlos en forma gráfica o como sonido.

El reto técnico básico de la comunicación es mantener la amplitud de la señal comparada con el ruido, el cual siempre tiende a incrementarse cuando se graba la información, se transforma o se transmite. La relación de la señal con el ruido se puede mejorar reforzando la señal o reduciendo el ruido. La intensidad de las señales puede conservarse por amplificación o evitando la pérdida de energía, por ejemplo, enfocándolas a un haz estrecho de ondas. Se puede disminuir el ruido si se aísla la señal de las fuentes externas de ruido (protegiendo los cables del micrófono) o reduciendo las fuentes internas de ruido (ventilando un amplificador).

Una manera muy diferente de reducir al mínimo los errores en la comunicación a causa del ruido es a través de la repetición o alguna otra forma de redundancia que permita la comparación y detección de errores. Siempre es deseable algo de redundancia en la comunicación, porque de otro modo un solo error podría cambiar por completo el significado de un mensaje.

En ocasiones, la comunicación requiere seguridad. El correo puede interceptarse y copiarse, los cables del teléfono se pueden intervenir y escuchar las comunicaciones. Sin embargo, se puede proteger la privacidad evitando el acceso a las señales, usando candados y claves o impidiendo su interpretación con códigos secretos (interesante aplicación de la teoría numérica de las matemáticas) cuyas cifras son extremadamente difíciles de descifrar. No obstante, a medida que mejoran las técnicas de seguridad, también lo hacen las técnicas para accesar.


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