Cap 1.2

ENERGIA

Ing. Miguel Hadzich

INTRODUCCIÓN El Sol es nuestra fuente inagotable de vida,

es decir de Energía.

ENERGÍA= CAPACIDAD DE REALIZAR

TRABAJO

Primera Ley:

“La Energía no se crea ni se destruye,solo se transforma”

Es decir, nunca podemos ganar a la naturaleza

Segunda Ley:

“La Entropía siempre aumenta”

Es decir, no podemos ni empatar a la naturaleza

TERMÓGENES Y ENTRÓPIDES

INGENIERÍA = INGENIO = CURIOSIDAD = SABIDURÍA = MAGIA

La Energía en el Tiempo

ENERGÍA

Magnitud física asociada con la capacidad de generar trabajo mecánico, generar calor, emitir luz,sonido, etc.

Cuando se aplica una fuerza y se genera movimiento se produce trabajo.

Al manejar bicicleta, transformamos la energía química en cinética, por ejemplo.

1.2 Principio de conservación de energía (Ek, Ep, U, Q, W)

“La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”

E P = 6000 J

E C = 0 J

E P = 3000 J

E C = 3000 J

E P = 0 J

E C = 6000 J

Siempre

Ek + Ep = 6000 J

Si en plena caída el gordito tiene una energía potencial de 4500 J, entonces, ¡Cuál será su energía cinética ?

Toda forma energía ha sido obtenida de otra ya existente.

Al encender una foco, estamos transformando energía eléctrica en energía radiante y esta energía eléctrica a su vez fue obtenida de la energía cinética de una turbina, la cual provino de la energía potencial del agua (planta hidroeléctrica) o de la energía liberada por la combustión de un combustible (planta térmica).

Este es un claro ejemplo de transformación de energía

Los ingenieros hemos construido

miles de máquinas que siguen

transformando la energía en otras

formas de energía

...si, pero nunca podrán sacar mas energía que la original... y siempre perderán alguito….

“Todo proceso de transformación de energía involucra pérdidas”

Primera reflexión:

Por ejemplo,en un foco:

Energía Eléctrica

=

Energía Luminosa (necesidad)

+

Energía Calorífica (innecesaria, pérdida)

1.3 Formas de Energía

La energía es única, pero puede manifestarse como:

Energía Cinética (Ek)

Energía Potencial (Ep)

Electromagnética o Eléctrica

Energía Térmica

Energía Química

Energía Metabólica

Energía Nuclear

Energía Mecánica

Energía Interna

Energía Térmica.- El calor

El calor se presenta solo si existen dos temperaturas diferentes.

Energía Química.- La energía de las reacciones Químicas

Energía Metabólica.- La energía generada en los organismos vivientes durante las reacciones

bioquímicas

Nuclear.- La energía proveniente de las reacciones de fisión y fusión nuclear.

E

N

E

R

G

Í

A

kJ

kWh

1.5 Unidades de Energía

En el sistema internacional de unidades la unidad de energía es “Joule”

Existen otras unidades: 1 kcal = 4.18 kJ 1 kWh = 36 x 105 Joule 1 BTU = 0,252 kcal

Mantequilla 32 MJ/kg Huevos 7 MJ/kg Gas Natural 55 MJ/kg

Azúcar 16 Papas 4 Gasolina 47

Carne 12 Pescado 3 Carbón 30

Pan 10 Frutas 2 Leña 15

Helado 9 Zanahorias 2 Dinamita 6

Energía calorífica de algunos productos:

COMBUSTIBLES Poder Calorífico Peso

Específico

Petróleo Crudo 11507 kcal/kg 0.7450 kg/l

Gas natural Asociado 273.9 kcal/PC 1.0

Gas licuado 11833 kcal/kg 0.5500 kg/l

Gasolina de Aviación 11667 kcal/kg 0.7500 kg/l

Gasolina Automotriz 11667 kcal/kg 0.7000 kg/l

Jet Fuel 11284 kcal/kg 0.8400 kg/l

Kerosene 11237 kcal/kg 0.7980 kg/l

Diesel/Gas oil 11055 kcal/kg 0.8000 kg/l

Fuel Oil 11137 kcal/kg 0.8500 kg/l

No energético 11507 kcal/kg 0.8100 kg/l

Electricidad 860 kcal/kWh 1.0

Leña (Altiplano) 3500 kcal/kg 1.0

Leña (Tierras bajas) 3000 kcal/kg 1.0

Residuos Animales 2760 kcal/kg 1.0

Bagazo 1800 kcal/kg 1.0

Carbón Vegetal

(Doméstico)

6500 kcal/kg 1.0

Carbón Vegetal

(Fundición)

7000 kcal/kg 1.0

Combustibles:

UNIDADES DERIVADAS

NOMBRE UNIDAD SIMBOLO OBSERVACION

Fuerza Energía Potencia Presión

Newton Joule Watt

Pascal

N = kg m/s2 J = N m W = J /s

Pa = N /m2

F = m a W = F d

Pot = W/t P = F / A

PREFIJOS SI

Prefijo Símbolo Factor Equivalente

yotta zetta exa peta tera giga mega kilo hecto deca deci centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto

Y Z E P T G M k h da d c m

f a z y

10 24

10 21

10 18

10 15

10 12

10 9

10 6

10 3

10 2

10 10 -1

10 -2

10 -3

10 -6

10 -9

10 -12

10 -15

10 -18

10 -21

10 -24

1 000 000 000 000 000 000 000 000 1 000 000 000 000 000 000 000 1 000 000 000 000 000 000 1 000 000 000 000 000 1 000 000 000 000 1 000 000 000 1 000 000 1 000 1 00 1 0 0, 1 0, 01 0, 001 0, 000 001 0, 000 000 001 0, 000 000 000 001 0, 000 000 000 000 001 0, 000 000 000 000 000 001 0, 000 000 000 000 000 000 001 0, 000 000 000 000 000 000 000 001

1.6 Trabajo

Trabajo = Fuerza x distancia

W = 30 J

Ejemplo: Cuánto de trabajo tengo que hacer para subir un ladrillo de 2kg de masa hasta una altura de 1.5m? Peso = 2kg = 20 N W = 20 x 1.5 (N) (m) W = 30 J

1.7 Potencia

Potencia = Trabajo/ tiempo

Rapidez de transformación de energía, su unidad es el Watt

Ej: Si levantas el ladrillo en 5 segundos, qué potencia hubieras utilizado? Pot = 30 (J) = 6 W 5 (s)

1.9 Energía en nuestra casa

10 MJ por día = 2,392 kCal/día

La O.M.S. (Organización Mundial de la Salud) ha elaborado una fórmula sencilla para calcular los requerimientos energéticos según el sexo y el nivel de actividad:

Hombres; actividad ligera (11,6 x peso en kilos + 879) x 1,55 Hombres; actividad moderada (11,6 x peso en kilos + 879) x 1,78 Hombres; actividad intensa (11,6 x peso en kilos + 879) x 2,1 Mujeres; actividad ligera (8,7 x peso en kilos + 829 ) x 1,56 Mujeres; actividad moderada (8,7 x peso en kilos + 829 ) x 1,64 Mujeres; actividad intensa (8,7 x peso en kilos + 829 ) x 1,82

Ejemplo: una mujer de 60 kilos de peso con una actividad moderada tendría el siguiente gasto:

(8,7 x 60 +829) x 1,64 = 2215,6

El ser humano está capacitado para ahorrar energía en situaciones en las que el aporte energético es escaso, como puedan ser guerras o ayunos; en estas circunstancias el cuerpo mantiene un gasto bajo, dirigido a mantener solamente funciones vitales como el trabajo del corazón o la respiración, pero la capacidad de movimientos disminuye y desaparecen funciones que podemos llamar de lujo como la posibilidad de embarazo o la menstruación. Si consumimos más cantidad de energía de la que somos capaces de consumir, ésta se almacenará como reserva (tejido graso graso) para que pueda ser utilizada en caso de necesidad, si no se usa, veremos aumentar nuestro peso cada vez más. Fecha de publicación: Agosto 2000

Mercedes Armero Fuster Unidad de Nutrición Clínica y Dietética Hospital universitario La Paz

http://starmedia.saludalia.com/starmedia/vivir_sano/doc/nutricion/doc/energia.htm

Pequeño software para calcular las calorías de los alimentos http://www.esmas.com/flat/calculadoras/swf/calculador_calorias.swf

Existe un Software para calcular cuántas calorías quemas según la actividad que haces.... http://www.univision.com/content/content.jhtml?cid=73161

4 MJ por día = 956 kcal/día…. lo mínimo para sobrevivir ?

20 MJ por día

8 MJ por día

Hacer dieta? Sólo tienen que comer menos!!!

1 10

100

Es recomendable ser vegetariano y comer hierba (no fumarla)...

-Para vivir es necesario 4 MJ por día

-Se puede sobrevivir 62 días sin comer, solo con agua

Algunos datos:

-Sin tomar agua no podemos vivir más de tres días seguidos

-Comiendo 850 kcal por día, en 10 días bajarías 1 kilo y medio.

-Lo ideal es comer 1000 kcal, y siempre hacer ejercicios

-¡ 27 gramos de chocolate equivale a 1 kilogramo de tomate !

-El 2060 seremos 8,000,000,000 de seres humanos sobre la Tierra y tendremos que volvernos vegetarianos porque no habrá comida suficiente!!

COMPOSICION DE ALIMENTOS COMUNMENTE USADOS EN EL

PERU Contenido en 100 gr. de la

parte comestible

Fuente : Oficina de

Supervisión de

Cafeterías PUCP

NOMBRE kcal

Lomo 113 Corazón 110 Carne seca 276 Hígado 134

Vaca

Panza -mondongo

90

Cabeza 111 Carne 253 Corazón 239

Carnero

Pata 109 Carne 216 Chicharrones 598 Jamón del país

303 Cerdo

Tocino 631

Pato Carne 326

Pavo Carne 268

Cabrito Carne 165 Pollo 170 Pierna 120 Gallina

Pechuga 96 Atún

(conserva) 160

Cojinova 87 Corvina 100 Calamar 78 Camarón 86 Choros 40 Paiche 252 Mero 86 Pulpo 56

PESCADO

Y

MARISCO

Trucha 82 Leche materna

67

Leche evaporada

137

Queso fresco

173

LECHE

Y

DERIVA-DOS

Queso mantecoso

299

Aceite 900 Aceite

vegetal 898 ACEITE Y

GRASAS Mantequilla 756

Tortuga 229 Gallina 148 HUEVOS

Pato 195 Arroz 345 Cebada 314 Fideos 360 Galletas 440 Harina trigo 301 Maíz 345 Pan francés 314

CEREAL

Choclo 129 Arvejas 351 Garbanzos 364 Habas 359 Pallares 329

LEGUMI

NOSAS

Frejol 337 Camote 116 Olluco 62 Papa 100 Papa seca 322

TALLOS

Y RAICES

Yuca 162 Acelgas 27 Cebolla 32 Col 24 Espárrago 23 Lechuga 13 Tomate 19 Vainitas 37 Zanahoria 41

VERDU-

RAS

Zapallo 20 Aceitunas 298 Ciruelas 109 Coco 272 Chirimoya 87 Fresas 48 Higos negros

76

Limón 30 Lúcuma 99 Mandarina 38 Mango 60 Manzana 56 Naranja 44 Palta 151 Papaya 32 Pasas 241 Pera 35 Plátano 91 Plátano verde

154

Piña 38 Sandía 24 Uva blanca 43 Uva negra 67 Lima 27

FRUTAS

Tuna 58 Azúcar blanca

396 AZUCAR

Miel 306

Almendras 547 Castañas 296 Maní tostado

566

Nuez 664

ALMEN

DRAS Y

NUECES

Pecanas 696 Café 2 Té 2 Cerveza 36 Chicha de jora

51

Chicha morada

34

Chocolate 248

MISCE-LANEA

Mermelada 278

ALIMENTOS

1000 kcal = 4.18 MJ

Consumo de Eléctr ico

Consumo de Energía Eléctrica

EQUIPOS

Corriente Alterna AC

Potencia

(W)

Batidora 350

Cafetera 1200

Cocina eléctrica 7000

Computadora 100

Congelador 450

Ducha eléctrica 4000

Equipo de sonido 50

Foco de habitacion 100

Horno microondas 1000

Jarra eléctrica 1000

Lavadora 500

Lavadora platos 1200

Licuadora 300

Lustradora 300

Nintendo 20

Olla arrocera 1000

Plancha 1000

Radio 75

Refrigerador 200

Secadora de pelo 1200

Secadora de ropa 5000

Televisor color 19” 150

Terma 2000

Terma 200 lt 5000

Tostadora 1190

TV+vhs+eq.- stand

by

10

Waflera 700

Potencia promedio de equipos eléctricos

Los equipos de corriente continua CC se pueden usar directamente con baterías o pilas, mientras los equipos de corriente alterna AC tienen que utilizar la red eléctrica (110 V ó 220 V)...o usar un inversor de CC a AC.

Software para el Cálculo de Energía en las casas http://www.vidasostenible.com/paginas/Canales/Energia/VisitaGuiada/Encuesta.asp

Diagrama SANKEY ó Balance de Energía

Cuál será el rendimiento de este auto ?

Análisis Sankey de una alumna en la PUCP