Paloma Rom谩n G贸mez
1. FUERZA, TRABAJO Y ENERGÍA • Fuerza:
Es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo o de producir una deformación en un cuerpo. F= m*a
F – Fuerza en Newton m – masa del cuerpo en Kg. a – aceleración en m/s 2
• Trabajo:
Proceso en el que al aplicar una fuerza sobre un objeto este se desplaza o se deforma. T = F*e
T – Trabajo en Julios F – Fuerza en Newton (= Kg x m/s2 ) e – espacio en m
• Energía: Es la capacidad para realizar un trabajo
T=E
1.1. UNIDAD DE ENERGÍA EN EL S.I. • La unidad básica es el Julio Si la energía que posee un cuerpo se pone de manifiesto realizando un trabajo, el valor de este trabajo será una medida de la energía que posee. Una cantidad de energía de un Julio, tiene la capacidad de realizar un trabajo de un Julio (trabajo realizado al desplazar un objeto un metro al aplicarle una fuerza de 1 newton)
T=E
T – Trabajo en Julios E – Energía en Julios
1.2. OTRAS UNIDADES DE ENERGÍA ENERGÍA
w s (vatio segundo) Para medir el consumo o producción de energía en forma de electricidad
Kw h (Kilovatio hora)
Cal (Caloría)
Para medir grandes cantidades de consumo o producción de energía y para comparar entre sí distintas energías
1 Julio
Energía transportada por la corriente por segundo
Energía transportada por la corriente por hora
Para medir el consumo o producción de energía en forma de calor
TRABAJO
Energía necesaria para elevar entre 14,5 y 15,5 ºC la temperatura de 1g de agua a 1 atmósfera de presión
T (Térmia) TEP (Tonelada equivalente de petróleo) Energía producida en la combustión de 1 tonelada de
3,6 x 106 Julios
4,18 Julios 4,18 x 10 6 Julios
4,18 x 1010 Julios
petróleo
TEC (Tonelada equivalente de carbón) Energía producida en la combustión de 1 tonelada de carbón
3,344 x 1010 Julios
1.3. POTENCIA • Potencia:
Representa la capacidad de realizar un trabajo
por segundo P – Potencia en watio T – Trabajo en Julios t – Tiempo en segundos
P = T/t
• Unidades de medida Kw Kilovatio Cw Caballo de vapor H.p. Hoorse Power
1000 w
Múltiplo del vatio
736 w
Describe la potencia de una máquina
746 w
Describe la potencia de una máquina en el sistema inglés
1.4. MANIFESTACIONES DE ENERGÍA • • • • • • • • •
Energía mecánica :
relacionada con el movimiento de una masa (E. cinética) o debida a que sobre dicha masa actúa una fuerza dependiente de su posición (E. potencial). Energía cinética: Es la que posee un cuerpo debido a su movimiento Energía potencial: Es la que posee un cuerpo debido a la posición que ocupa dentro de un campo de fuerzas. Energía eléctrica: Asociada a un flujo de cargas eléctricas o a su acumulación Energía térmica: Asociada a estados de movimiento de los átomos o moléculas que forman a la materia Energía química: Resultante de la interacción de electrones de dos o más átomos, que se combinan para producir compuestos químicos más estables. Energía electromagnética: Asociada a la propagación de la radiación electromagnética. Energía sonora: Permite la transmisión de sonidos Energía nuclear: Resultante de la interacción de partículas subatómicas, con la formación de núcleos más estables.
1.4.1. ENERGÍA POTENCIAL • • •
Es la que posee un cuerpo debido a su posición (altura sobre el suelo) Todos los sistemas almacenan energía y pueden utilizarla en cualquier momento para realizar un trabajo Se calcula utilizando la fórmula: m = masa del objeto (Kg.) g = aceleración debida a la gravedad (9,8 m/s2) h = altura sobre el suelo (m) Ep = m x g x h Julios (J) =
1.4.1. ENERGÍA POTENCIAL: Ejemplo •
• •
• •
El acróbata situado en la parte superior tiene energía debido a su posición, así al saltar desde arriba sobre el balancín impulsa a su compañera hacia arriba. Si estuviera de pie en el suelo sería incapaz de levantar a su compañera. La Ep del acróbata procede del trabajo que realizó al subir a la parte de arriba de la escalera. La cantidad de trabajo que realizó es igual a la energía potencial que ganó. En el caso del acróbata E = 70 kg x 9,81 m/s2 x 3 m E = 2060J
1.4.2. ENERGÍA CINÉTICA • •
Se define como la capacidad para realizar un trabajo por medio del movimiento. Se calcula mediante: m = masa del objeto (Kg.) v = velocidad del objeto (m/s) Ec = ½ x m x v^2 Julios (J) =
•
•
Ejemplo: El acróbata que salta pierde su energía potencial que se convierte en energía cinética. Si el acróbata tiene una masa de 70 kg y cae sobre el balancín a una velocidad de 7,7 m/s su energía cinética es Ec = ½ x 70 Kg x (7,7 m/s)^2 Ec = 2060J
1.4.3. ENERGÍA MECÁNICA •
Es la energía total que posee un cuerpo.
•
Se define como la suma de la energía cinética y la energía potencial Em=Ec+Ep
1.5. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS La conversión de los distintos tipos de energía está determinada por los Principios de la Termodinámica: Primer Principio
LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE SÓLO SE TRANSFORMA No se puede obtener algo por nada, sólo se puede llegar a un intercambio equivalente
Segundo Principio
LA ENERGÍA SE DEGRADA CONTÍNUAMENTE EN FORMA DE ENERGÍA TÉRMICA Ni siquiera se puede lograr un cambio equivalente, sólo se puede perder, ya que hay cambios irrecuperables
1.5.1.CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA •
La energía no puede ser creada ni destruida pero puede convertirse de una a otra forma.
•
Si un saltador de pértiga corre por la pista, justo antes de poner la pértiga tendrá mucha energía cinética. Utilizando la pértiga, puede convertir esta energía en energía potencial, y así levantarse sobre la barra. En una situación ideal su energía cinética al final de la carrera (1/2 m v^2) debería ser igual a su energía potencial (mgh) cuando pasa la barra
1 x 10 2 2 h ; h 5 ,1 m 9 ,81
1/2 m v^2 = m g h Ejemplo A qué altura máxima podría pasar un saltador si su velocidad cuando pone la pértiga es de 10 m/s. 1/2 m v^2 = m g h h = (1/2 v^2) : g h = (1/2 x10^2) :9,8 h = 5,1 m
1.6. ENERGÍA PRIMARIA Y FINAL FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA
ENERGÍA INTERMEDIA
ENERGÍAS FINALES son
son
Formas concretas de energía, que utiliza directamente el ser humano para cubrir sus necesidades.
Fuentes naturales de energía, aprovechables por el ser humano ejemplos
ejemplos
Fuentes renovables Combustibles fósiles Combustibles nucleares
Electricidad Sistema de transformación
Gas natural Gasóleo
Pérdidas
1.7. SISTEMAS ENERGÉTICOS • •
Conjunto de procesos realizados sobre la energía desde sus fuentes originarias hasta sus usos Engloba: - Proceso de captura o extracción de la energía primaria - Proceso de transformación en energía secundaria - Transporte de los recursos energéticos secundarios - Consumo de la energía
1.8. RENDIMIENTO DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS •
Rendimiento es la relación que existe entre el trabajo útil realizado y la energía aportada para realizar dicho trabajo. – Rendimiento en tantos por uno Eu – Energía útil empleada para realizar un trabajo Es – Energía suministrada a la máquina
= Eu / Es
•
El rendimiento se encuentra relacionado con la potencia = (Eu/t) / (Es/t)
•
= Pu / Ps
En una máquina con rendimientos sucesivos el rendimiento total se obtiene multiplicando los sucesivos rendimientos t=
1*
2
*
3
t = Eu / Es
Eu =
t *Es
1.8.1. POTENCIA NOMINAL DE UNA MÁQUINA O INSTALACIÓN I La potencia nominal es la máxima potencia útil que puede suministrar o absorber un sistema – En las máquinas que consumen cualquier forma de energía (no eléctrica): La potencia nominal es la POTENCIA ÚTIL Potencia de la central = 1200 Mw. Rendimiento de la central 80% ¿Para que funcione a pleno rendimiento, qué potencia se le debe suministrar? Cuando se habla de la potencia de una central, se trata de la potencia que entrega a la red, es decir es la potencia nominal que será la potencia útil o real, con lo cual la potencia que se debe suministrar debe ser mayor. Rendimiento = Pútil / Psuministrada → Ps = Pu / R
Ps= Pu / R = 1.200 Mw/ 0,80 = 1.500 Mw
1.8.1. POTENCIA NOMINAL DE UNA MÁQUINA O INSTALACIÓN II La potencia nominal es la máxima potencia útil que puede suministrar o absorber un sistema – En las máquinas que consumen energía eléctrica: La potencia nominal es la POTENCIA ELÉCTRICA CONSUMIDA
Potencia de la bombilla = Potencia eléctrica consumida= 100 w
– En los sistemas complejos que utilizan motores eléctricos: La potencia nominal es la POTENCIA ÚTIL
2. FUENTES DE ENERGÍA: RENOVABLES Y NO RENOVABLES
FUENTE PRIMARIA DE ENERGÍA RENOVABLE
FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES
Aquella cuyo periodo de recuperación es inferior a un año y medio y es compatible con un modelo de desarrollo sostenible Aquellas que no son renovables ni representan un modelo de desarrollo sostenible
2.1 FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES •
Son aquellas que se producen de forma continua, son inagotables a escala humana y de bajo impacto ambiental.
•
Diferenciamos: SOLAR EÓLICA MAREMOTRIZ GEOTÉRMICA BIOMASA
2.1 FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES •
Son formas de energía almacenadas en la Tierra en tiempos geológicos pasados, que se encuentran en forma limitada en el planeta cuyas reservas disminuyen a medida que son consumidas (no se generan a escala humana)
•
Diferenciamos: COMBUSTIBLES FÓSILES
- CARBÓN - PETRÓLEO - GAS NATURAL - COMBUSTIBLES NUCLEARES
3. COSTES Y BENEFICIOS SOCIALES
3. COSTES Y BENEFICIOS SOCIALES
4. EVOLUCIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA A LO LARGO DE LA HISTORIA • •
A lo largo de la historia se observa que el nivel del consumo energético ha ido aumentando con el nivel de desarrollo de las sociedades. Se pueden diferenciar dos fases en el consumo de la energía dependiendo de la época histórica:
Fase preindustrial
Fase actual
Antes del descubrimiento de la máquina de vapor
Después del descubrimiento de la máquina de vapor
Hombre cazador Hombre agrícola primitivo Hombre agrícola adelantado
Se disponía de la energía de los alimentos y la de la combustión de leña Se cultiva la tierra, se aprovecha la energía animal Se cultiva la tierra, se aprovecha la energía animal y se dispone de carbón, energía hidráulica y eólica
Hombre industrial
Se utiliza la máquina de vapor
Hombre industrial adelantado
Se utiliza la mayor parte de la energía en forma de electricidad
Hombre tecnológico
Hombre actual
4.1. CONSUMO HUMANO DE ENERGÍA A LO LARGO DE LA HISTORIA
5. CONSUMO DE ENERGÍA EN EL MUNDO
5.1. CONSUMO DE ENERGÍA EN PAÍSES INDUSTRIALIZADOS
5.1. CONSUMO DE ENERGÍA EN PAÍSES NO INDUSTRIALIZADOS