Tema 1 - IES Montevives

IES MONTEVIVES
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL
1º DE BACHILLERATO
Cristina Cervilla
BLOQUE RECURSOS ENERGÉTICOS
TEMA 1: LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN
TEMA 2: ENERGÍAS NO RENOVABLES
TEMA 3: ENERGÍAS RENOVABLES
TEMA 4: LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO
TEMA 1. LA ENERGÍA Y SU TRANFORMACIÓN
1. UNIDADES DE MEDIDA.
El sistema de unidades más utilizado en la actualidad es el Sistema
Internacional (SI).
MAGNITUDES
UNIDADES EN EL SI
Espacio = Longitud
m
Masa
kg
Tiempo
s
Velocidad
m/s
Aceleración
m/s2
Fuerza
N (Newton)
Trabajo = Energía
J (Julios)
Potencia
W (vatios)
2. COCEPTO DE ENERGÍA Y SUS UNIDADES.
La energía (E) es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo.
Siendo el trabajo(W) aquello producido por cualquier fuerza que provoca el
desplazamiento o deformación del cuerpo.
W=F·e
Trabajo = Fuerza· Espacio
julio = newton · metro
Unidades de energía más utilizadas:
UNIDAD
J (julio)
DEFINICIÓN
Sistema Internacional
Cantidad de calor necesaria para elevar un grado de temperatura.
Se emplea en energía térmica:
cal (caloría)
1 cal = 4,18 J
kWh (kilowatio Se emplea en consumos eléctricos.
hora)
3. FORMAS DE MANIFESTACIÓN DE LA ENERGÍA
3.1.
ENERGÍA MECÁNICA (Em)
Es la suma de las energías cinética (Ec) y potencial (Ep).
Em = E c + E p
Energía cinética: Energía de un cuerpo debida a su velocidad.
Ec = ½ · m · v2
m: masa del objeto (kg)
v: velocidad lineal del objeto (m/s)
Energía potencial: Energía de un cuerpo debida a su
altura.
Ep = m · g · h
m: masa del objeto (kg)
g: gravedad terrestre = 9,8 m/s2
h: altura a la que se encuentra el objeto (m)
3.2.
ENERGÍA TÉRMICA
La energía térmica es aquella que contiene un cuerpo por el movimiento de sus
moléculas.
El calor (Q) es la energía térmica en tránsito, es decir, ocurre cuando existen
dos cuerpos a diferente temperatura y el más caliente cede calor al más frío.
La temperatura (T) en la intensidad de la energía térmica. (Dos cuerpos que
están a la misma temperatura no necesariamente han necesitado para ello la misma
cantidad de calor).
Todos los materiales no absorben o ceden calor del mismo modo, pues unos
materiales absorben el calor con mayor facilidad que otros. Ese factor depende del
llamado calor específico del material Ce. Cada material tiene su propio calor
específico.
Ejemplo: Madera Ce = 0’116 kcal/kg oC y Cobre Ce = 0’092 kcal/kg oC
Esto significa que para que un kilogramo de madera suba su temperatura un
grado debe absorber 0’116 kcal y para que ocurra lo mismo para un kilogramo de
cobre debe absorber 0’094 kcal.
El calor cedido o absorbido por un cuerpo cuando varía su temperatura:
Q = m · Ce ·(Tf – Ti)
Q : cantidad de calor (Kcal)
Ce : calor específico (kcal/kgoC)
Tf : Temperatura final (oC)
Ti : Temperatura inicial (oC)
3.2.1. Transmisión del calor.
Se puede producir de tres formas:
a) Por conducción: La transmisión del calor se produce por contacto físico de los
cuerpos; el de mayor temperatura cede calor al de menos temperatura, hasta
que ambos tengan la misma.
b) Por convección: suele darse en los fluidos, ya que éstos, al calentarse,
disminuyen su densidad y pasan las moléculas calientes a ocupar la parte
superior y las frías la zona inferior del recipiente que contiene al fluido.
c) Por radiación: Cuando los cuerpos ceden energía calorífica en forma de ondas
electromagnéticas. (Ejemplo: el Sol)
3.3.
ENERGÍA QUÍMICA
Es la energía que almacenan las sustancias químicas, la cual se suele manifestar
en otras formas (normalmente calor) cuando ocurre una reacción química. Esta
energía está almacenada, en realidad, en los enlaces químicos que existen entre los
átomos de las moléculas de la sustancia.
Los casos más conocidos son los de los combustibles (carbón, petróleo, gas, ...)
Se define el poder calorífico de un combustible como la cantidad de calor
liberado en la combustión de una cierta cantidad del mismo. Se mide en kcal/kg para
sólidos y en kcal/m3 para gases. P. Ej: el poder calorífico del carbón anda por los 9000
kcal/kg.
Para materiales en combustión donde el material arde en presencia del oxígeno
todos los materiales que hacen de combustibles tienen un poder calorífico Pc
específico. Este Pc depende de la masa en los materiales sólidos y del volumen en los
gaseosos y líquidos, aunque en éstos últimos también se considera la masa:
Q = Pc · m
Q = Pc · V
Donde m es la masa(kg) y V(m3) es el volumen respectivamente del combustible
empleado, y Q es la energía química obtenida(Kcal).
3.4.
ENERGÍA NUCLEAR
Es la energía propia de la
materia contenida en el núcleo de
sus átomos.
Fisión nuclear: consiste en fisionar
(romper) átomos de uranio o plutonio, obteniéndose gran cantidad de energía en
forma de calor.
Fusión nuclear: se produce al unir varios núcleos para formar uno más pesado (ocurre
en las estrellas). Está en fase experimental.
3.5.
ENERGÍA ELÉCTRICA
Es la energía asociada a la corriente eléctrica, es decir, a las cargas eléctricas en
movimiento. En general, siempre se transforma y procede de otro tipo de energía. Es
la de mayor utilidad por las siguientes razones:
- Es fácil de transformar y transportar
- No contamina allá donde se consuma.
- Es muy cómoda de utilizar.
Ee = P · t
Energía eléctrica (J) = Potencia (W) · tiempo (s)
1 caballo de vapor (CV) = 735W
4. CONSUMO ENERGÉTICO Y RENDIMIENTO
El primer principio de la termodinámica establece que la energía ni se crea ni se
destruye, simplemente se transforma. Aunque la energía no se destruye, no toda ella es
aprovechable, pues una parte se desperdicia en cualquier proceso tecnológico. Surge así el
concepto de rendimiento de una máquina, como la relación entre el trabajo realizado por una
máquina y la energía que ha sido necesario suministrarle. El rendimiento de una máquina se
expresa en %.
ƞ=
𝑻𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐 𝒓𝒆𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒅𝒐(𝑬𝒖 )
𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 (𝑬𝒔 )
EJERCICIOS TEMA 1: LA ENERGÍA Y SU TRNAFORMACIÓN
1.- Desde un helicóptero, a una altura de 100m, se suelta un objeto que pesa 2kg.
Calcula la energía mecánica, cinética y potencial en los puntos siguientes:
a) Antes de soltar el objeto.
b) Cuando está a 10 m del suelo.
2 - Un avión lanza una carga de 1.000 Kg cuando se encuentra a una altura de 800m.
Determina su energía cinética y mecánica en los siguientes casos:
a) Antes de soltarlo.
b) Cuando el objeto ha recorrido una distancia de 430 m.
3 - Desde una altura de 500 m se deja caer una piedra de 10 kg.
a) ¿Cuánto valdrá la energía de la piedra en el punto más alto?
b) ¿Cuánto valdrá su energía cinética al llegar al suelo (si no hubiese rozamiento)?
4 - En la cima de una montaña rusa un coche y sus ocupantes, cuya masa total es de
1000 kg, está a una altura de 40 m sobre el suelo y lleva una velocidad de 5 m/s. ¿Qué
energía cinética tendrá el coche cuando llegue a la cima siguiente que está a 20 m de
altura?
5 - Desde una altura de 200 m se deja caer una piedra de 5 kg.
a) ¿Cuánto valdrá su energía potencial en el punto más alto?
b) Suponiendo que no exista rozamiento ¿Cuánto valdrá su energía emética al llegar al
suelo?
6 - Determina la temperatura a la que se elevarían 2 litros de agua si ha absorbido una
energía de 5 Kcal e inicialmente se encontraba a una temperatura de 20°C. Considerar
el calor específico del agua Ce(H20)=1 kcal/kgºC.
7.- Calcula la cantidad de calor acumulado en el agua del radiador de un coche, antes
de que se ponga el ventilador en marcha, si su temperatura se ha elevado desde los
22oC hasta los 97oC. El volumen del agua es de 3,5 litros.
8.- Calcula la energía liberada al quemar 5 kg de madera si su poder calorífico es de
3000 kcal/kg.
9.- ¿Qué cantidad de butano será necesario quemar para obtener una energía
calorífica de 10kWh? Pc butano: 28500 kcal/m3.
10.- Una bomba de agua eléctrica de 2 CV eleva agua hasta un depósito que está
situado a 8 m de altura. ¿Cuántos metros cúbicos de agua elevará en una hora
(suponiendo rendimiento del 100%)? ¿Cuántos kWh habrá consumido en ese tiempo?
11.- Un motor de 100 CV acciona una grúa que eleva una carga de 1000 kg a 100 m de
altura en 50s. ¿Cuál es el rendimiento de la grúa?
12.- Un motor consume 2 kg de hulla de poder calorífico 8000 kcal/kg y eleva 10000kg
de agua hasta 500 m de altura ¿Cuál es el rendimiento del motor?
13.- Una grúa eleva 1000 kg de masa a una altura de 20 m en 5 minutos.
a) ¿Cuánto trabajo realiza?
b) ¿Cuál es su potencia?
14.- Un coche de 2000 kg de masa aprovecha el 30% de la energía producida por la
combustión de la gasolina cuyo poder calorífico es 10000 kcal/kg. Si el coche partió del
reposo y alcanzó los 180 km/h, calcula:
a) Energía utilizada por el motor.
b) Energía total producida.
c) Cantidad de gasolina gastada.
15.- Si un motor de un coche de 1500 kg alcanza los 100 km/h desde el reposo en 8
segundos. ¿Cuál será el consumo de gasoil que tiene un poder calorífico de 43500kJ/kg
si el rendimiento del motor es del 30 %? ¿Cuál es la potencia del motor?
16.- Calcula la energía calorífica liberada al quemar 5 kg de madera cuyo poder
calorífico 2800kcal/kg si el grado de humedad de la madera es tal que el rendimiento
de la combustión es del 65%.
17.- Un motor quema 1 kg de combustible de poder calorífico 500kcal/kg y eleva 4000
kg de agua a 40 m de altura. ¿Cuál es el rendimiento del motor?
18.- Una bomba de agua funciona con un motor eléctrico de 0'5 CV y eleva agua hasta
un depósito situado a 4 m de altura. ¿Cuántos metros cúbicos de agua elevará en una
hora? ¿Cuántos kWh habrá consumido en ese tiempo?
19.- ¿Qué energía cinética tiene un camión de 10 toneladas que va a una velocidad de
90 km/h?
20.- Un motor de 20 CV acciona una grúa que eleva un cuerpo de 600 kg a 20 m de
altura en un minuto. ¿Cuál es el rendimiento de la instalación?
21.- Un automóvil con una masa de 1000 kg aprovecha el 20% de la energía producida
en la combustión de la gasolina cuyo poder calorífico es 10000 cal/g. Si el coche partió
del reposo y alcanzó la velocidad de 36 km/h, calcula:
a) la energía utilizada por el motor.
b) la energía total producida.
e) la cantidad de gasolina gastada.
22.- Busca dos formas de ahorro de energía en la vivienda y en el transporte.
23.- Busca información sobre la eficiencia energética en los electrodomésticos.