Bernabé Jiménez Padilla - Necesidades energéticas y propuestas de instalaciones solares. ENAC0108

Isaac Newton revolucionó la sociedad de su tiempo al no considerar un acto divino el movimiento natural de los objetos.

Existen además otras unidades para medir la energía, que son más utilizadas en la vida cotidiana, como son la caloría y el kilovatio hora.

La caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar 1 grado de temperatura 1 gramo de agua en condiciones de presión atmosférica al nivel del mar y pasando de 14,5 a 15,5 °C (grados centígrados). Se utiliza para medir la energía térmica.

Nota

No existe una relación directa entre calorías y temperatura en grados centígrados, ya que en la primera interviene además la masa del cuerpo.

El kilovatio hora (KW.h) indica el trabajo o la energía desarrollada por una máquina o un ser vivo durante un tiempo de 1 hora y a una potencia de 1 kilovatio. Es utilizado para medir la energía eléctrica.

Actividades

2. Revisar el recibo de la luz de su domicilio y observar los términos de potencia contratada y energía consumida en kilovatios hora.

Hay que recordar que la energía se define como la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo. Dependiendo de la manera en que se manifieste esa energía, se pueden encontrar diferentes formas de medirla con sus unidades correspondientes.

En general, la energía se puede presentar de seis maneras diferentes, aunque en las aplicaciones a menudo están relacionadas entre sí.

Se puede tener energía de forma eléctrica, mecánica, nuclear, química, radiante electromagnética y térmica.

Energía eléctrica

Es el tipo de energía más utilizado en la actualidad en los diferentes aparatos domésticos, siendo de fácil generación y transporte gracias a las características magnéticas de la electricidad.

Es importante indicar que cualquier tipo de energía se puede transformar en energía eléctrica, y por ello se encuentran las mayores aplicaciones en la industria y en las viviendas. Se trata de una energía que no es primaria ni final, sino que se emplea para hacer que los mecanismos de las máquinas se muevan o generen el calor necesario para calentar.

La generación de la electricidad alterna se realiza en grandes centrales hidroeléctricas, térmicas o nucleares; y antes del transporte a los puntos de consumo se somete a un cambio para conseguir alta tensión y baja intensidad por medio del transformador, de forma que se pueda consumir después a baja tensión con una nueva transformación realizada en los centros específicos de las poblaciones o las zonas industriales y urbanas.

La energía eléctrica se encuentra en la naturaleza y es proporcionada por los rayos de las tormentas atmosféricas, aunque esta aún no es aprovechable por lo imprevisible de su aparición.

La gran aplicación de la energía eléctrica se encuentra en la transformación de esta en energía mecánica para conseguir el motor eléctrico. Cuando la electricidad llega al motor, una bobina o arrollamiento de cables conductores (rotor) gira alrededor de un imán (estator), produciendo energía mecánica de giro.

Este giro se puede aprovechar para mover una polea con correa y transmitir y transformar ese movimiento en otros.

Energía mecánica

Está compuesta por dos tipos de energía: energía potencial y energía cinética. La primera está relacionada con la posición relativa en la que se encuentre la masa dentro de un sistema, y la segunda depende de la masa y la velocidad a la que esa masa se desplace.

Energía mecánica: Em = Ep + Ec

Energía potencial = masa · aceleración de la gravedad · altura

Ep = m · g · h

Energía cinética = ½ masa · velocidad lineal 2Ec = ½ m · v 2

Nota

El valor de la aceleración de la gravedad puede variar dependiendo de la altitud respecto al nivel del mar, pero se utiliza 9,81 m/s 2.

Se puede observar en la siguiente imagen que, si se coloca una masa suspendida en el aire, este cuerpo tendrá más energía potencial (Ep) cuanto mayor sea la diferencia de altura con respecto al suelo.

Si a continuación el cuerpo de masa (m) se deja caer, su energía potencial (Ep) se transformará, por su desplazamiento, en energía cinética (Ec), en la que influye la velocidad (v) de caída relacionada con la aceleración gravitatoria (g).

Ep = Ec

m · g · h = ½ m · v 2

Eliminando la masa (m) de los dos lados de la igualdad:

g · h = ½ v 2

Despejando ahora el valor de la velocidad se tiene:

v = √2 · g · h

Cuando el cuerpo de masa (m) está ya en el suelo, la energía mecánica (Em = Ep + Ec) que tiene será igual a cero, ya que con respecto a ese plano no tiene diferencia de altura (h) y está en reposo sin velocidad (v).

Aplicación práctica

Está realizando el montaje de un aparato de climatización subido en una escalera a 3 metros del suelo, donde se encuentra su compañero. Una vez apretados los pernos del soporte, deja caer el destornillador, de 200 gramos y desde una altura de 4 metros.

Si su compañero hubiera cogido el destornillador a 1 metro del suelo, ¿cuánta energía hubiese tenido que absorber en su mano?

SOLUCIÓN

La energía potencial del destornillador antes de su caída es:

Ep = m · g · h = 0,2 kg · 9,81m/s 2· 4 m = 7,848 julios

Esta energía potencial se transforma en energía cinética cuando el destornillador se deja caer → Ep = Ec.

Al llegar al suelo, la altura, la velocidad y la energía potencial serán igual a cero, pero a 1 metro del suelo la velocidad será:

V = √2 · g · h = √2 · 9,81m/s 2· 3 m = 41,62 m/s

La energía cinética que tiene a 1 metro del suelo será:

Ec = ½ m · v 2= ½ · 0,2 kg · 41,622 m/s = 173,22 julios

La energía potencial que aún le queda en ese punto, al estar a 1 metro del suelo, será:

Ep = m · g · h = 0,2 kg · 9,81 m/s 2· 1 m = 1,962 julios

La energía mecánica total que hubiera tenido que absorber el compañero si hubiera recogido el destornillador a 1 metro del suelo será la suma de las energías cinética y potencial:

Em = Ec + Ep = 173,22 julios + 1,962 julios = 175,182 julios

La propiedad electromagnética de la electricidad permite que el giro mecánico del rotor bobinado dentro del campo magnético de un imán genere electricidad (generación). De la misma forma, el giro del rotor bobinado dentro del campo magnético de un imán, por el magnetismo de la electricidad, genera un movimiento circular que se puede aprovechar como energía mecánica (consumo).