Energía y su transformación

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1. ¿Qué es la energía? Según el diccionario esencial de la RAE (http://www.rae.es/recursos/diccionarios/drae http://www.rae.es/recursos/diccionarios/drae) Energía. F. 1. Eficacia, poder, virtud para obrar. | 2. Fís. Capacidad para realizar un trabajo. Se mide en julios. (Símb. E). | Energía alternativa. F. La procedente de fuentes distintas a las clásicas como el carbón, el petróleo o el gas; p. ej., la energía eólica. eóli | Energía atómica. F. energía nuclear. | Energía cinética. F. Fís. La que posee un cuerpo por razón de su movimiento. | Energía eólica. F. La generada por la fuerza del viento en un rotor de palas, que

se

utiliza

especialmente

para

producir

electricidad. electricidad.

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energía

fotovoltaica. F. energía solar. | Energía mareomotriz. F. La obtenida a partir del movimiento de las mareas. | Energía nuclear. F. La obtenida por la fusión o fisión de núcleos atómicos. | Energía potencial. F. Fís. Capacidad de un cuerpo para realizar trabajo en razón de su posición en un campo de fuerzas. | Energía radiante. F. Fís. energía existente en un medio físico, causada por ondas electromagnéticas, mediante las cuales se propaga directamente sin desplazamiento de la materia. | Energía renovable. F. energía cuyas fuentes se presentan en la naturaleza de modo continuo y prácticamente inagotable, p. ej., la hidráulica, la solar o la eólica. | Energía solar. F. La obtenida a partir de la radiación del Sol y utilizada para usos térmicos mediante med dispositivos colectores o para generar electricidad con paneles fotovoltaicos. | Energía termonuclear. F. La generada por reacciones de fusión nuclear.

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Actividad 1. En base a las definiciones une con flechas. flechas La obtenida a partir del movimiento de las mareas. mareas Energía Energía alternativa Energía eólica Energía Energía alternativa Energía eólica Energía

La generada por la fuerza del viento en un rotor de palas, que se utiliza especialmente para producir electricidad. La obtenida a partir de la radiación del Sol y utilizada para usos térmicos mediante dispositivos colectores o para generar electricidad con paneles fotovoltaicos. Capacidad para realizar un trabajo. La generada por reacciones de fusión nuclear. La procedente de fuentes distintas a las clásicas como el carbón, el petróleo o el gas. Energía nergía cuyas fuentes se presentan en la naturaleza de modo continuo y prácticamente inagotable. inagotable

Actividad 2. Enumera las actividades en las que haces uso de cualquier tipo de energía durante un día. día

Actividad 3. Indica qué energía consumen todas las máquinas que tienes en casa.

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Actividad 4. ¿Qué energía utilizas para calentar los alimentos? alimentos ¿Y para calentar el agua con la que te duchas?

Actividad 5. ¿Qué energía consumen los coches? ¿Dónde se puede conseguir ese tipo de energía? ¿Es renovable? ¿Contamina?

2. Energías renovables Energía cuyas fuentes se presentan en la naturaleza de modo continuo y prácticamente inagotable, p. ejemplo, la hidráulica, la solar o la eólica. Algunas de estas fuentes renovables están sometidas a ciclos de la naturaleza: el ciclo del agua, las mareas, el viento, etc. Las principales fuentes de energía renovables son:

Energía rgía mareomotriz (Ciclo de las mareas y la formación de olas)

Energía hidráulica (Agua acumulada en los embalses)

Energía eólica (Movimiento del aire)

Energía solar (Sol)

Energía de la biomasa (Vegetación y residuos orgánicos)

Energía geotérmica (Calor interno de la tierra)

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Actividad 6. ¿Cómo se puede obtener energía del ciclo del agua?

Actividad 7. ¿Las mareas se pueden considerar un ciclo natural? ¿Pueden ser útiles para obtener energía? ¿Y las olas?

Actividad 8. Y el viento ¿Cómo se genera? ¿Se puede obtener energía del viento?

Actividad 9. Y el Sol y las plantas ¿Se puede obtener energía de ellos?

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2.1. Energía maremotriz La obtenida a partir ir del movimiento de las mareas,, así como por las olas que se originan en la superficie del mar por la acción del viento.

Fortalezas: Es una fuente de energía limpia, sin residuos e inagotable.

Debilidades: Sólo pueden estar en zonas marítimas, pueden verse afectadas por desastres climatológicos, dependen de la amplitud de las mareas, el agua del mar provoca un gran desgaste en los componentes de este tipo de centrales y las instalaciones son grandes grandes y costosas.

Actividad 10. La sal del mar ¿Cómo puede afectar a las máquinas que convierten el movimiento en energía? ¿Se puede disponer de esta fuente de energía en cualquier momento?

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6 | La energía Actividad 11. Cuando se obtiene energía de las olas, ¿cómo se transporta transpo dicha energía a tierra firme? firme

Actividad 12. Y las tempestades marinas, ¿pueden ser un inconveniente para las instalaciones de energía mareomotriz?

2.2. Energía hidráulica Producida por el movimiento del agua. Se produce cuando el agua retenida en embalsess mueve una turbina que a su vez mueve un generador.

Fortalezas: Es una fuente de energía limpia, sin residuos y fácil de almacenar.

Debilidades: La construcción construcción de centrales hidráulicas producen pérdidas de suelo productivo y fauna terrestre debido a la inundación del terreno destinado a ellos.

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Actividad 13. ¿Cómo puede afectar un periodo de sequía a una central hidroeléctrica?

Actividad 14. Las centrales hidroeléctricas se ponen en marcha y se paran abriendo y cerrando la tubería por la que circular el agua ¿Crees que se ponen en marcha en poco tiempo?

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8 | La energía Actividad 15. ¿Crees que la construcción de pequeñas centrales hidráulicas en lugar de una grande solucionarían las debilidades de esta fuente de energía?

2.3. Energía eólica La generada por la fuerza del viento en un rotor de palas, que se utiliza especialmente para producir electricidad. Se transforma en electricidad en unos aparatos llamados aerogeneradores.

Fortalezas: Es una fuente de energía inagotable, no contamina y no genera residuos.

Debilidades: Es una fuente de energía intermitente.

Actividad 16. ¿Dónde se encuentran los parques eólicos cercanos a la localidad? Ejemplo Sierra ...

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Actividad 17. ¿Se produce energía eólica en ausencia de viento?

Actividad 18. ¿Cómo puede afectar los aereogeneradores a la vida de las aves?

Actividad 19. ¿Crees que los aereogeneradores empeoran el paisaje? En ese caso, ¿qué solución propones?

2.4. Energía solar La obtenida a partir de la radiación del Sol y utilizada para usos térmicos mediante dispositivos colectores o para generar electricidad con paneles fotovoltaicos. En la energía solar térmica un fluido se calienta en colectores, este calor es utilizado para obtener vapor de agua que moverá una turbina. IES Arzobispo Lozano | Departamento de Tecnologías


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La energía solar fotovoltaica es la la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica, con ayuda de los paneles fotovoltaicos.

Fortalezas: Es una energía no contaminante.

Debilidades: Es una fuente energética intermitente y su rendimiento energético es bastante bajo.

Actividad 20. ¿Averigua en qué consiste el efecto fotovoltaico?

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Actividad 21. ¿Existe cerca de tu casa alguna instalación fotovoltaica? ¿Indica dónde se encuentra?

2.5. Energía de la biomasa Es la que se obtiene de los compuestos orgánicos mediante procesos naturales. Con el término biomasa biomasa se alude a la energía solar convertida en materia orgánica por la vegetación gracias a la fotosíntesis,, que se puede recuperar por combustión directa o transformando esa esa materia en otros o combustibles, como alcohol metanol o aceite.. También se puede obtener biogás, s, de composición parecida al gas natural, a partir de desechos orgánicos.

Fortalezas: Es una fuente de energía limpia y con pocos residuos que, además son biodegradables. egradables. También, se produce de forma continua como consecuencia de la actividad humana.

Debilidades: Se necesitan grandes cantidades de plantas y, por tanto, de terreno. Se intenta "fabricar" el vegetal adecuado mediante ingeniería genética. Su rendimiento rendimiento es menor que el de los

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12 | La energía combustibles fósiles y produce gases, como el dióxido de carbono, que aumentan el efecto invernadero. Actividad 22. ¿Podrías obtener energía con los restos de comida de tu casa?

Actividad 23. Investiga dónde va a parar la basura que se deposita en los contenedores verdes de tu localidad.

2.6. Energía geotérmica Aprovecha el calor que reside en el interior de la corteza terrestre para transformar agua en vapor.

Fortalezas: Es una energía poco contaminante e inagotable.

Debilidades: El alto coste de perforación, el logro de temperaturas en general poco elevadas y la necesaria existencia de condiciones geológicas favorables

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Actividad 24. Define el término “géiser” ¿Qué tipo de actividad existe en los lugares donde hay energía geotérmica que proporciona las características óptimas para su obtención?

Actividad 25. Los géiseres se encuentran en todo el mundo, en lugares muy particulares. Investiguen cuáles son los más conocidos, dónde se encuentran y qué países son los que más aprovechan esta fuente de energía tan valiosa.

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3. Energías no renovables

Las fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Las principales son los combustibles fósiles y la energía nuclear. Actividad 26. Investiga qué es el protocolo de Kioto. ¿Qué objetivo tiene?

Actividad 27. Analiza cómo se desplazan por la localidad los diferentes miembros de tu familia, clasifica estas formas de desplazarse en contaminantes y no contaminantes.

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3.1. Combustibles fósiles Los Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias. El carbón es una sustancia ligera, ligera, de color negro, que procede de la fosilización de restos orgánicos vegetales. Existen 4 tipos: antracita, hulla, lignito y turba. Se utiliza como combustible en la industria, en las centrales térmicas y en las calefacciones domésticas. El Petróleo es ell producto de la descomposición de los restos de organismos vivos microscópicos que vivieron hace millones de años en mares, lagos y desembocaduras de ríos. Se trata de una sustancia líquida, menos densa que el agua, de color oscuro, aspecto aceitoso y olor olor fuerte, formada por una mezcla de hidrocarburos (compuestos químicos que sólo contienen en sus moléculas carbono e hidrógeno). El petróleo tiene, hoy día, muchísimas aplicaciones, entre ellas: gasolinas, gasóleo, abonos, plásticos, explosivos, medicamentos, medicamentos, colorantes, fibras sintéticas, etc. De ahí la necesidad de no malgastarlo como simple combustible. Se emplea en las centrales térmicas como combustible, en el transporte y en usos domésticos.

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16 | La energía El Gas natural tiene un origen similar al del petróleo y suele estar formando una capa o bolsa sobre los yacimientos de petróleo. Está compuesto, fundamentalmente, por metano (CH4). El gas natural es un buen sustituto del carbón como combustible, debido a su facilidad de transporte y elevado poder calorífico y a que es menos contaminante que los otros combustibles fósiles.

Actividad 28. Investiga qué tipos de combustibles existen en la estación de servicio cercana a tu casa e indica las principales diferencias. difer

Actividad 29. En la Sierra del Carche los carboneros se dedicaban a producir carbón, investiga cómo mo se puede obtener carbón de resto de árboles.

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3.2. Energía nuclear La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se desprende en la desintegración de dichos núcleos. Una central nuclear es un tipo de central eléctrica en la que se emplea uranio-235, 235, un elemento que se fisiona en núcleos de átomos más pequeños y libera una gran cantidad de energía, la cual se emplea para calentar agua que, convertida en vapor, acciona unas turbinas unidas a un generador que produce la electricidad.

Las reacciones nucleares de fisión en cadena se llevan a cabo en los reactores nucleares, que equivaldrían a la caldera en una central eléctrica de combustibles fósiles.

Fortalezas: Pequeñas cantidades de combustible producen mucha energía y las reservas de materiales nucleares son abundantes.

Debilidades: Las centrales nucleares generan residuos de difícil eliminación. El peligro de radiactividad exige la adopción de medidas de seguridad y control que resultan muy costosas.

En la fusión nuclear se unen átomos pequeños para formar otros de mayor may tamaño. En el proceso se liberan grandes cantidades de energía, mucho mayores que en la fisión.

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Fortalezas: No produce residuos radiactivos y el hidrógeno es muy abundante en la naturaleza.

Debilidades: Para iniciar la reacción hace falta una temperatura temperatu de 100 millones de grados centígrados. Conseguir esta temperatura es muy difícil aunque se ha podido alcanzar durante breves instantes con potentes rayos láser.

Actividad 30. En la mayoría de los países de la Unión Europea los residuos radiactivos se guardan en almacenes permanentes a la espera de buscar soluciones definitivas para su eliminación o aprovechamiento ¿Dónde se encuentra el almacén de residuos radiactivos de España?

Actividad 31. El lanzamiento de bombas nucleares y los accidentes en centrales nucleares han provocado gran número de muertes y daños medio ambientales ¿Por qué se continúan usando y construyendo centrales nucleares?

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4. La energía y el medio ambiente. Consejos para el ahorro energético

Apagar siempre la luz al salir de una habitación. Salvo en el caso de las fluorescentes, dónde los arranques son más caros y reducen la vida de las bombillas.

No tener aparatos eléctricos encendidos si no los estás utilizando. Recuerda que el modo stand by by («en espera») también consume energía.

Utilizar el salvapantallas de color negro, es el que menos energía consume.

No dejar abiertas las ventanas si funciona la calefacción o el aparato de aire acondicionado. Para ventilar tu habitación por la mañana, 10 minutos son suficientes.

No abrir el frigorífico más veces de las necesarias.

Descongelar la nevera o el congelador cuando se forme una capa de hielo en sus paredes.

No abrir el horno cuando esté en funcionamiento.

Planchar primero las prendas que exijan una temperatura más baja y dejar en último lugar las que requieran más calor.

Apagar los aparatos eléctricos cuando no los utilices.

Comprar equipos con componentes que se puedan reciclar.

Comprar lámparas de bajo consumo en lugar de las convencionales.

No introducir nunca alimentos calientes en el frigorífico.

Descongelar en el compartimiento de refrigerados, en lugar de hacerlo en el exterior.

Procurar que el fondo de los recipientes sea ligeramente superior al a fuego o zona de cocción.

Tapar las cacerolas durante la cocción consume menos energía.

Procurar llenar la lavadora y el lavavajillas cuando los uses.

Utilizar el transporte público para viajes medios y largos y, para viajes cortos, mejor ir a pie o en bicicleta.

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No dejar grifos abiertos inútilmente y colocar en ellos reductores de caudal.

La ducha consume, en general y según el tiempo de estancia en la misma, menos agua y energía que un baño.

En invierno, una temperatura de entre 19 ºC y 21 ºC es suficiente suf para la mayoría de las personas.

Por la noche, basta tener una temperatura de 15 ºC a 17 ºC para sentirse bien.

No tapar ni obstruir los radiadores para aprovechar al máximo el calor que emiten.

Aprovechar, siempre que se pueda, la iluminación natural. natural.

Cerrar ventanas, persianas y cortinas en invierno para no perder calor y ventilar la vivienda en los momentos más frescos en verano.

Evitar el efecto invernadero que se puede producir en lugares acristalados, ventanas o puertas abuhardilladas anteponiendo anteponiendo una persiana o material opaco durante los períodos de insolación.

Utilizar termostatos programables para regular aparatos como aires acondicionados y calefacciones.

Actividad 32. De todas las medidas citadas ¿Qué medidas vas a realizar para ahorrar rrar energía en casa?

Actividad 33. ¿Se pueden utilizar algunas de estas medidas en el Instituto? ¿Qué medidas?

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5. La máquina de vapor La máquina de vapor transforma la energía térmica del vapor de agua en energía mecánica. Esto se realiza por medio de un émbolo que se mueve en el interior de un cilindro. Es un motor de combustión externa, ya que el combustible se quema fuera del cilindro en el que se realiza el trabajo.

Actividad 34. ¿Qué vehículo de transporte sale en las películas de vaqueros y utiliza la maquina de vapor?

6. El motor de combustión interna Se denomina así al motor que transforma la energía térmica

en

energía

mecánica

mediante

la

combustión de una mezcla de aire y carburante que se quema interiormente generando un trabajo mecánico.

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22 | La energía Actividad 35. ¿Qué utilidad tiene una bujía en un motor de gasolina?

Actividad 36. ¿Por qué son necesarios los tubos de escape en los coches?

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7. Actividades finales Actividad 37. Repasa todas las fuentes de energía que has visto en esta unidad y para cada una de ellas contesta a la siguientes preguntas: -

¿Depende de un ciclo natural? ¿Puedo disponer de ella en cualquier momento? ¿Tiene que estar ubicada en lugares específicos? específicos ¿Requiere una gran instalación?

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24 | La energía Actividad 38. Realiza un informe en el que detallen en qué consiste cada una de las energías renovables estudiadas en la unidad.

Actividad 39. En mayor o menor medida, las energías renovables son contaminantes, por ello existen lo que se denomina “energías renovables verdes” ¿Qué tipo de impacto ambiental pueden causar cada una de las energías estudiadas?

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Actividad 40. Visita la siguiente dirección www.elrecorridodelaenergia.com y contesta de forma breve a las siguientes preguntas: - ¿Qué Qué camino recorre el petróleo? - ¿Qué productos se obtienen de la destilación del petróleo? - ¿Qué medios de transporte se utiliza para el gas natural? - ¿Qué es el “yellow cake” o pastel amarillo? - ¿Cuantas barreras físicas de seguridad existen en las centrales nucleares? - ¿Cómo se llama el edificio en el que se halla el reactor nuclear, además de todos aquellos elementos que contienen material de alto grado de radiactividad? - Indica en que sectores se utiliza el carbón. - ¿Qué significa RSU? - Enumera las principales partes de un aereogenerador. - ¿Cómo Cómo se llaman las turbinas hidráulicas tipo hélice? - ¿Qué dos tipos de instalaciones fotovoltaicas existen? - ¿Qué ahorro en tiempo y energía supone el uso del microondas?

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26 | La energía Actividad 41. Con ayuda de una enciclopedia o de Internet contesta a las siguientes preguntas: - ¿Qué es una central eléctrica? - ¿Qué nivel de voltaje es considerado en España “Muy alto voltaje? - ¿Qué es un transformador? ¿Para qué se utiliza? - ¿Qué es un centro de transformación tran intemperie? - ¿Qué combustible utiliza una central nuclear? - ¿Cómo se produce energía eléctrica quemando petróleo? Describe todos los pasos. - ¿Qué es el compost? - ¿Qué energía se puede obtener de la basura? - ¿Qué son los biocombustibles? - Busca usca información sobre los medios de transporte más aconsejables para la ciudad.

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Actividad 42. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. La generación de electricidad es el proceso de conversión de una energía primaria en electricidad. Prácticamente todas las tecnologías están basadas en el generador eléctrico o alternador. La función de las fuentes de energía primaria utilizadas en las centrales eléctricas, es la de producir la energía mecánica de rotación necesaria saria para generar electricidad. En lass centrales hidroeléctricas, el agua de una corriente natural o artificial, por efecto de un desnivel, actúa sobre un grupo turbina hidráulica-alternador, hidráulica alternador, dando lugar a la producción de energía eléctrica. En las centrales térmicas convencionales, los combustibles fósiles (carbón, fuelóleo, gas) son quemados en una caldera generando, así, una energía calorífica que evapora el agua que, a su vez, circula por una serie de conductos dentro de la caldera. Este vapor de agua a alta presión acciona las palas de una turbina de vapor, convirtiendo la energía calorífica en

energía

mecánica,

la

cual

da

lugar,

a

continuación, a la generación de energía eléctrica. eléct En una central de biomasa o de residuos sólidos urbanos (RSU), el esquema de generación de electricidad es el mismo, y únicamente difieren los combustibles utilizados. Las nuevas centrales térmicas de ciclo combinado emplean una tecnología que permite un mejor aprovechamiento de la energía primaria que en los ciclos térmicos convencionales, ya que utilizan dos ciclos termodinámicos: Un primer ciclo Bryton, para la combustión del gas natural en una turbina de gas. Un segundo ciclo de vapor (convencional), que aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor y expandirlo en una turbina de vapor. En las centrales nucleares, la fisión de átomos de uranio por impacto de un neutrón provoca la liberación de una gran cantidad de energía. Esta energía calienta el fluido que circula por una serie de tubos,

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28 | La energía convirtiéndolo en un vapor que, a su vez, acciona un grupo turbina vapor-alternador alternador para producir electricidad. En una central eólica, la energía cinética del viento se transforma directamente

en

energía

mecánica

rotatoria

mediante

un

aerogenerador. En las centrales termoeléctricas solares, la energía del sol calienta un fluido que, a su vez, transforma en vapor un segundo fluido que circula por una serie de conductos. En la a mayoría de las centrales se utiliza una fuente energética que, bien directamente (centrales hidráulicas, eólicas, maremotrices, etc.), bien mediante la conversión de un líquido en vapor (centrales termoeléctricas clásicas y nucleares), pone en movimiento una turbina y un alternador asociado a ella. Actividad 43. Construye un molinillo de papel tal y como se indica en la imagen inferior, con ayuda de éste éste identifica las horas del día en las que el viento sopla con mayor intensidad. ¿Qué dirección tiene el viento?

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8. Lee y aprende El motor de combustión interna se desarrolla como una evolución de la máquina de vapor. En este motor el trabajo se obtiene por la combustión interna de una mezcla de aire y combustible, a diferencia de la máquina de vapor, que aprovecha la presión del vapor de agua que se produce por una combustión externa. El primer motor de combustión interna fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1863. Este motor fue mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto que, en 1876, inventó el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos. En su honor este motor de explosión se denomina motor Otto. En 1878, el escocés Dugald Clerk construye el primer motor motor de dos tiempos. En 1885, Daimler monta sobre un vehículo de dos ruedas un motor de gasolina de alta velocidad desarrollado por el ingeniero Maybach. Esta es la primera motocicleta del mundo. En 1886, Karl Benz construye el primer automóvil de tres ruedas. ruedas. Ese mismo año Daimler aplica el motor de Maybach sobre un carruaje de cuatro ruedas. La historia del automóvil había comenzado. En 1892, el alemán Rudolf Diesel inventa un motor que funciona con combustibles pesados y no necesita sistema de encendido, encendido, que se llamará motor Diesel. Cinco años después, en 1897, se construye el primero de estos motores. Será aplicado en un camión por primera vez en el año 1923, aunque ya en 1912 se había montado en una locomotora. En 1904 se fabrica en Barcelona el primer primer automóvil de la marca La HispanoHispano Suiza. Está equipado con un motor de cuatro cilindros y 20 CV de potencia. IES Arzobispo Lozano | Departamento de Tecnologías


30 | La energía En 1957, el alemán Felix Wankel prueba con éxito un nuevo motor de pistón rotativo que es conocido con el nombre de su inventor, motor Wankel. Actividad 1. ¿Cuántos años han transcurrido desde la creación del primer motor hasta la actualidad?

Actividad 2. En la actualidad el motor eléctrico se plantea como la alternativa a los motores de combustión. Investiga las fortalezas y debilidades de los motores eléctricos.

Actividad 3. ¿En qué países del mundo se ha producido la evolución del motor de combustión?

Actividad 4. ¿Quién construyó en 1876 el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos? Rudolf Diesel

Karl Benz

Dugald Clerk

Nikolaus Otto

Actividad 5. ¿En qué año se instala por primera vez en un camión un motor Diesel? 1878

1912

1885

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1923


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