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Energía 1 - Pág. 1

Termodinámica fácil para ingenieros

INTRODUCCIÓN

Todo en nuestros días es equilibrio y energía , si no comemos nos morimos de hambre y cuando jugamos, trabajamos o amamos perdemos energía ; todo es ganar y perder y todas las situaciones de nuestras vidas, así como la de los planetas, del clima y de las máquinas que construimos dependen únicamente de recibir algo de energía, pero….¿.quién nos la dá?….. El SOL!!!!…... Sin el Sol nada existiría y cuando él deje de existir (también crece y muere) todo en la Tierra dejará de existir….pero felizmente faltan algunos milloncitos de años.

ENERGIA = CAPACIDAD PARA REALIZAR TRABAJO

Nuestra vida la rigen 2 leyes, la 1º Ley de la Termodinámica que nos enseña simplemente que “no podemos ganar”, la cual es algo pesimista por lo que las mujeres se rehusan a aceptarla pero no hay nada que hacer pues es la ley que rige este mundo (y en los otros también), y se aplica tanto a los humanos como a las hormigas, las plantas, los insectos, tu perrito, la Tierra, tu bicicleta, el carro de tu tío, los aviones y todo lo que haya en el mundo, nadie se escapa. Para comprender esta ley nuestro amigo Termógenes nos ayudará a despejar todas nuestras dudas y curiosidades de forma fácil (ojalá) para comprender que “ La energía no se crea, ni se destruye; sólo se transforma”; será algo así como olvidarnos de la existencia de los magos y hechiceros que hacen desaparecer y aparecer las cosas,… todo es falso sólo se trata de transformaciones…..es decir adiós a nuestra infancia.

Para aumentar la depresión de muchas mujeres también estamos regidos por la 2º Ley de la Termodinámica que es mucho más pesimista, nos dice que “no podemos empatar”!!!….entonces qué nos queda ¿…sólo perder y perder; y para recordarnos esta ley tendremos a nuestro amigo Entrópides (de entropía) que tiene como lema: “La entropía (el desorden)

siempre aumenta”; que dirán ahora de esto las mujeres ?….ojalá no se suiciden al comprenderlo.

Bueno amigos, no todo es malo porque lo único que estas leyes no pueden explicar es cuando se trata de Dios y del amor, que es al fin y al cabo

lo que mueve al mundo….y en esto las mujeres nos llevan bastante ventaja. Entonces, mientras ellas descubren y aplican el amor,

nosotros los hombres tratemos de descubrir todas las leyes físicas de este mundo y tratar de no quedarnos con ninguna

duda, y que esta curiosidad científica sea satisfecha a lo largo del curso que reúne las 2 leyes del mundo, lo bueno y lo

malo, Termógenes y Entrópides en este curso de la vida que es la TERMODINAMICA.

INGENIERIA = INGENIO = CURIOSIDAD = SABIDURIA = MAGIATERMOGENES Y ENTROPIDES

Cap. 1 ENERGIA

Energía 1 - Pág. 3Energía 1 - Pág. 2


La energía es una magnitud física asociada con la capacidad que tiene todo cuerpo para producir trabajo mecánico, generar calor, emitir luz, sonido, etc.

Se realiza trabajo sobre un cuerpo o sistema cuando una fuerza se ejerce sobre éste y produce movimien-to. Por ejemplo, cuando montamos una bicicleta y pedaleamos estamos realizando trabajo mecánico sobre ella. Para realizar trabajo necesitamos entregar energía . Por tanto, cuando se realiza trabajo la energía se transforma de una forma a otra. En el caso de la bicicleta, al realizar trabajo sobre ella esta-mos entregando la energía química proveniente de nuestro esfuerzo corporal y se está transformando en energía cinética al mover la bicicleta.

1.1 ENERGIA

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

La energía no se crea ni se destruye. Sólo se transforma

Siempre Ek + Ep suma 6000 J !!

Ep= 6000 JEk= 0 J

Ep= 3000 JEk= 3000 J

Ep= 0 JEk= 6000 J

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

La Energía en el Tiempo



La energía es una, pero puede manifestarse de diversas formas que podemos reunirlas en las siguientes:

- Energía Cinética: ( EK)Es la energía asociada al movimiento del sistema. Es una propiedad.

- Energía Potencial: ( EP)

Es la energía asociada a la posición del sistema con respecto a un campo conservativo de fuerzas. Es una propiedad.

Ep= mgz

EléctricaQuímica MetabólicaTérmica

1.3 Formas de Energía

Ek = mc2

2

Energía Mecánica: Es una propiedad extensiva.

Energía Interna: Es la energía que posee una sustancia como consecuencia del movimiento de sus moléculas. Depende de dos variables independientes: temperatura y volumen específico.

Electromagnética ó Electrica: Energía del campo electrostático, campo magnético y corriente eléctrica.

Térmica: El calor.

Química: La energía de las reacciones químicas.

Metabólica: La energía generada en los organismos vivientes durante las reacciones bioquímicas que sufren los alimentos al ser ingeridos.

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

«La energía no se crea, ni se destruye; sólo se transforma.»

Esto quiere decir que el hombre no puede crear energía y que cualquier forma de energía que requiera ha sido obtenida por la transformación de una forma de energía ya existente.Imaginemos que vamos en un automóvil y nos disponemos a viajar en él. Al encender el motor estamos transformando la energía química proveniente del combustible en energía cinética que se manifiesta cuando el vehículo se mueve. Asimismo cuando encendemos una bombilla eléctrica (foco) estamos transformando la energía eléctrica en energía radiante: luz y calor. Pero la energía eléctrica fue a su vez el resultado de transformar la energía cinética de alguna turbina hidráulica o una central térmica, la cual provino de transformar la energía potencial de una caída de agua o de quemar un combustible respectivamente. Vemos que puede construir una cadena de transformaciones de energía para conseguir finalmente el trabajo útil requerido.

Bueno, aquí es importante detenernos para hacer una primera reflexión, dado que la energía no se crea ni se destruye podíamos ingerir que toda la energía necesaria para mover el vehículo o para mantener encendida la bombilla eléctrica es igual en magnitud a la energía primaria utilizada. Sin embargo esto no es cierto.

La energía útil o final se origina a través de un proceso de transformación de energía que provoca siem-pre pérdidas, es decir energía no útil para generar trabajo. Ello no contradice en absoluto la ley de la conservación de las masas.

Cuando se enciende la bombilla eléctrica, la energía eléctrica se transforma en luz y calor. Es claro que cuando encendemos una bombilla, lo que queremos resolver es nuestro problema de iluminación y no de calefacción, por tanto el calor generado en la transformación es energía que muchas veces no aprove-chamos y podemos considerar como una pérdida. Asimismo para conducir la electricidad hasta nuestro hogares esta es transportada mediante cables conductores los cuales provocan pérdidas por calor durante el paso de la corriente eléctrica.

En conclusión, la energía final o útil es una fracción de la energía asociada a su transformación.

PrinciPio de conservación de energía

Energía Térmica

Energía EléctricaLuz +

Cal-

Calor

los ingenieros hemos construido miles de maquinas que siguen transformando la energia en otras formas de energia

...si, pero nunca

podran sacar mas

energia que la

original... y siempre perderan

alguito, je,

100

Está bien la clasificación siguiente ?



1.4 Transformación de Energía

Formas de energía

Energía

Tomamos la unidad como si fuera un fosforo

1 fósforo 1 BTU 1 kJ(quemando sólo su cabeza)

kJ

La energía Química de los alimentos se convierte en energía Interna, y posteriormente en Térmica, Química, Cinética y Potencial (si la gordita sube la escalera)

La energ ía Química de l combustible se convierte en energía Cinética, Potencial, Térmica y Sonora.

La energía Química se convierte en energía Cinética, Potencial y Térmica.(...y Sonora si se cae)

La energía Química de la pólvora se convierte en energía Cinética, Luminosa y Térmica.

La energía Nuclear se convierte en energía Luminosa, Sonora y Térmica.

La energía Química en las pilas se convierte en energía

La energía Eléctrica se convierte en energía

En el Molino, la energía Cinética del viento se convierte en energía Mecánica, y en el carro la energía Química de la gasolina se convierte en energía Cinética, Potencial y Térmica y Sonora.

La Energía Química del Ricocan se convierte en energía



1.5 Unidades de EnergíaLa unidad de energía en el sistema internacional de unidades (SI) es el Julio o Joule que por definición es el trabajo realizado por una fuerza de un newton (N) cuando desplaza su punto de apli-cación de un metro en la misma dirección.

Un Joule es una pequeña cantidad de energía, si un fósforo se quema completamente, produce cerca de 2000 J ó 2 kJ.

1 kJ = 1 kilojoule = 1000 Joule

Para mayor cantidad de energía se utiliza MJ, donde

1 MJ = 1 Megajoule = 1 millón de Joule (1 000 000 J)

2 kJquemando todo el fós-foro

Existen otras unidades que se emplean para expresar valores de energía:

1 kcal = 4.18 kJ 1 kWh = 36 x 105 Joule 1 BTU = 0,252 kcal

Energía calorífica de algunos productos

TransFormacion de energía

Relacionando Energía y Termodinámica

6

5

...Y CUÁNTO SERÁ MI RENDIMIENTO = ??

Lo que produzco = Trabajo = W

Lo que gasté = Calor = Q

Mi Rendimiento será :



Factores de conversión Sistema Internacional de Unidades SI

sisTema inTernacional si

Cada sociedad (los incas, británicos, japoneses, alemanes, esquimales, etc) utilizó su propia unidad de medida y como no se comprendían entre ellos para intercambiar sus productos y entenderse hablando, tuvieron que ponerse de acuerdo y crearon el Sistema Internacional de Unidades que actualmente se trata de imponer. Aunque quedan muchos tercos que siguen usando sus propias unidades...como los de la cachina por ejemplo

El galon imperial fue la medida de la bacinica del rey Jorge III de Inglaterra y las bacinicas de su mujer (cuantas tendra?) fueron distribuidas en las colonias

Uno de los principales problemas técnicos que registra la historia es cuando las rieles de los trenes tenían diferentes anchos para diferentes países y no podían interconectarse.

1

Cómo pones tu respuesta ? P = 7568.477 Pa = ?

Pot = 9873444389.56734 W

t = 0,000 285 s

T = - 567.7895534 °C

Cuál es la Formula para convertir ° C en ° F ?

Todas las fórmulas funcionan solo con grados KELVIN !!!!...(o sea temperatura absoluta) y también con PRESIONES ABSOLUTAS !!!

km/h



Algunos valores curiosos de potencia

2

PoTencia

Un carro familiar desarrolla una potencia de 40 kW, uno de carrera puede llegar a 400 kW y un cohete a la luna 100 000 MW!

El campeón mundial de salto con garrocha, llegó a tener potencia mayor que 1 kW en

una fracción de segundo.

Si 2 carros de igual peso hacen el mismo recorrido estos hacen la misma cantidad de trabajo, no importando la velocidad.Pero si uno llega más rápido que el otro, entonces es más potente!

1.7 PotenciaEs la rapidez con la que se transforma una energía en otra o con la que se realiza trabajo. La unidad internacional de la potencia es Watt. (J/s)

1.6 Trabajo Trabajo = Fuerza x distanciaW = F x d(J) (N)(m)

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

Muchos Joules Pocos JoulesGORDO FLACO

Ej: Si levantas el ladrillo en 5 segundos,qué potencia hubieras utilizado?

Pot = 30 (J) = 6 W 5 (s)

La cantidad de energía almacenada de una persona de 70 kg es alrededor de 300 MJ.

Trabajo y PoTencia

Cuánto de Energía tienes Tú almacenada ? Peso = Energía =

1 kW = 1 000 W1 MW = 1 000 000 WMotores 1 HP = 746 W



Cuánto de Energía consumes en un Día ?

Si duermes ____ horas

Caminas ___ horas

Estudias _____ horas

Haces deporte ____ horas

Te relajas el resto del día

Por lo tanto gastas en un día :

Para poder vivir tienes que comer más que esta cantidad de energía....lo haces ? Si comes más, engordas... y si comes menos te volverás flaco....

Cuánto pesas ?

Como los cálculos son para un peso aprox de 70 kg, tu factor de corrección será

Entonces un cálculo aproximado nos dará :

Potenciax =

x =

x =

x =

x =

x =

Potencia



Veamos un análisis de los alimentos

1º Del 100 % de energía de los alimentos que comemos, alrededor del 10% se convierte en grasa y músculos y el resto lo botamos como calor durante todo el día. Es decir que si comemos 10 kg de carne de vaca entonces tendremos (engordaremos) 1 kg de hombre; pero para que la vaca (de donde sacamos la carne) haya aumentado 10 kg entonces tuvo que comer 10 veces más, es decir 100 kg de hierba (o chala de maíz, pasto, etc)

2º Por lo tanto, si en vez de comer carne comeríamos directamente hierba(no fumarlo) o maíz, entonces solo tendríamos que comer 10 kg de maíz y gastar menos ¡!….que vivan los vegetarianos (que casi siempre son los más misios)

3º Pero para mantenernos vivos necesitamos alrededor de 4 MJ/día, es decir comer un mínimo de 956 kcal/día, es decir alrededor de 1000 kcal/día.

Entonces, si Carlita (mi mujer) quiere bajar de peso, debe comer menos de 1000 kcal/día. Pero tampoco debe dejar de comer para que luego le esté dando anorexia como a tantas mujeres famosas que se mueren estúpidamente queriendo ser flacas.

4º Si dejara de comer un día, entonces su cuerpo gastaría lo que tiene almacenado y solo tendría energía guardada para vivir 250 MJ/4MJ/día = 62 días ¡!! (tomando sólo agua)…….el valor de 250 MJ lo obtengo que prorrateando directamente con su peso, es decir una persona de 70 kg tiene alrededor de 300 MJ de energía y ella dice que sólo tiene 58 kg.(250 MJ)

ANALISIS DE LA DIETA DE MI MUJER

Como es usual en verano, todas las chicas quieren ponerse regias para que nosotros (los hombres) las podamos admirar. Entonces ellas empiezan meses antes a sufrir para bajar de peso haciendo dietas rigurosas, múltiples ejercicios pagando gimnasios caros y modernos, comen pastillas que se inflan en el estómago y no les dé hambre, van donde doctores famosos que les recetan pastillas milagrosas que luego les sueltan el estómago, se ponen fajas apretadas y en este ultimo año se ponen hasta yeso ¡!!….cuando en realidad (según la 1º Ley de la Termodinámica) SOLO TIENEN QUE COMER MENOS …….que difícil no ¿ Pero cuanto es lo mínimo que tienen que comer…

10 1

100me comi los 100 kg

1.9 Energía en nuestra casa

CONSUMO DE ALIMENTOS

Antes de entrar en el tema quiero decirles que podemos confundirnos con las unidades Lo ideal es hablar en MJ de energía, pero en nutrición se utiliza bastante las kcal , pero es solo cuestión de conversión, pues 1 kcal = 4.18 kJ, entonces trabajaremos con ambas unidades.

Una adolescente necesita unos 10 MJ/día de energía, es decir debe comer alrededor de 2,392 kcal/día. Este gasto se debe principalmente a las llamadas telefónicas.

Si solamente durmiéramos todo el día (los flojos y los que hacen huelga de hambre) necesitaríamos como mínimo 4 MJ/día, o comer 956 kcal/día.

Los deportistas como Luis Mi, así como los hombres que realizan trabajos forza-dos, los presos, los albañiles, etc. gastan un promedio de 20 MJ/día.Si se la pasan jugando Nintendo o Play Station todo el día su gasto apenas su-pera el mínimo, es decir 4 MJ/día.

Los trabajadores, los pobres profesores de Termodinámica (como yo), los es-tudiantes y los que trabajan en oficinas hacen un gasto de alrededor de 8 MJ/día.

10

4

20

8

energia en nuesTra casa



9

5º Como no quiero que se muera tan rápido, su dieta no debe ser tan estricta, es decir si comiera 850 kcal/día, entonces cada día podría bajar su grasita en 1000 – 850 = 150 kcal/día = 664 kJ/día que es más o menos bajar 0,155 kg/día….algo es algo….en 10 días bajaría kilo y medio….esperemos

6º Lo ideal es comer sólo para vivir (1,000 kcal/día) y que no te enfermes, entonces debemos hacer ejercicios u actividades durante el día para quemar grasa, todo lo que sudes es lo que bajas de peso ¡.

CONSEJO PARA CARLA : Le recuerdo que comer 27 gr de chocolate (como 3 barritas de chocolate) equivale a comer 1 kg de tomates….y cada gomita que come equivale a 35 kcal…..ella se come 100 gr de gomitas al día, o sea 35x10=350 kcal…..le quedan 650 kcal que comer durante todo el día, desayuno, almuerzo, comida, fuera de lonchecitos, fruta, etc…..lo logrará ¿??

En un futuro cercano cuando nos falte la comida, todos nos volveremos vegetarianos!!... según las Naciones Unidas, en el año 2060 los habitantes del mundo seremos alrededor de 8 000 000 000 de perso-nas y estaremos utilizando todos los terrenos fértiles de la Tierra.... y si continuamos reproduciéndonos qué comeremos???

...y tomando cuántas botellas de cer-veza al día yo viviría feliz toda mi vida ?..... Salud!!!.. Hip!...

Sin tomar agua no podemos vivir mas de 3 días seguidos

energia en nuesTra casa

x x



El Básico en la universidad, para cuanto tiempo te alcanza ?

Y cuánto gastas en un día ?

Vivirías comiendo solo basico en la pucp ?

Cuántos panes francés debes de comer cada día para poder sobrevivir ?

Has tu propia dieta :

ENTROPIDES PUCP TERMOGENES PUCP

x =

x =

x =

x =

x =

x =


Termodinámica fácil para ingenierosenergía en nuesTra casa

Consumo de Energía EléctricaLa energía eléctrica tambien se mide en watts. Los focos vienen marcados con la energía que convierten. Observen la escritura en el foco. “60W” significa que la lámpara convierte 60 J/s de energía electrica en calor y luz.Ejemplo 1:Una tetera eléctrica esta marcada con “2 kW”. Cuantos Joules de energía convierte en 10 segundos?Pot = 2 kW = 2000 W = 2000 J/sEn 10 segundos, la energía convertida en calor es: = 2000 x 10 J = 20 000 J (20kJ)

¿Cuánto pagamos por electricidad ?

El kilowatt por hora es una unidad de en-ergía (no potencia) y se calcula por:

Energía consumida = Potencia x Tiempo (kWh) (kW) (Horas)

Como 1 kW = 1000 W y 1 hora = 3600 segundos: 1 kWh = 3 600 000 J

Ejemplo 2:

Si un foco de 100 W es usado durante 6 horas y la tarifa es de 0,4 S/kWh, cuanto tendré que pagar?

Energía consumida = Potencia x Tiempo (kWh) (kW) (horas) = 100 W x 6 horas = 600 Wh = 0,6 kWh

Costo de 0,4 S/kWh = 0,6 x 0,4

Ejemplo 3 :

Según el consumo del mes de febrero del 2002, el recibo de Luz del Sur indica que gasté 199 kWh por lo que pagué en total 81.60 soles, entonces la tarifa real es 81.60/199 = 0.41 S/kWh.

El costo sin impuestos y otros robos (ver redondeo) es de 60.55/199 = 0.30 S/kWh, es decir el 25 % de lo que pagas se va a otros bolsillos.

PROBLEMA No. 3.- (3 ptos)1°Práctica Termod. Gral (ciclo 2002-II)

Utilización de la energíaActividad de una persona de 70 kg Potencia utilizada en Watts (W)Dormir 60Leer sentado 120Tocar el piano 160Caminar despacio 250Correr ó nadar 800Subir escaleras 800

Un día cualquiera en la vida de un alumno de ingeniería de la PUCP sucede así : Toma su desayuno con 20 gr. de pan francés, 1 taza de leche evaporada (250 gr.) y 20 gr. de jamonada del país. Si le toca un buen día puede comer de menú en la Cafetería Central un Rocoto Relleno (337 kcal) y Escabeche de Pescado (554 kcal) y por la noche come 4 galletas de avena de 98 kcal cada uno. De las 24 horas al día se la pasa 8 horas durmiendo, 8 horas leyendo sentado (dícese estudiando), 2 horas caminando despacio por el Tontódromo hacia Letras, 1 hora haciendo deporte (corriendo) y las otras 5 horas las pasa haciendo trabajo entretenido (viendo TV o en la computadora o tocando el piano).Si el estudiante de ingeniería siguiera esta rutina durante todo el ciclo estaría más flaco o más gordo a los 4 meses ? Comente su respuesta



Problemas

PROBLEMA No. 4.- (2 ptos)

Como el estudiante se dio cuenta que su cuerpo podía dar trabajo y vender su energía, decidió vender su trabajo en forma de electricidad a la compañía Luz del Sur que paga 4 céntimos de sol (0.04 S/.) por cada kWh. de energía. El futuro ingeniero trabaja durante 10 horas diarias y durante 22 días al mes generando electricidad en un motor eléctrico conectado a su bicicleta; la energía que gasta equivale a Caminar Despacio en la Tabla de Potencias.Cuánto ganará al mes ¿ Le conviene seguir estudiando y trabajar como ingeniero ?

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.

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