Conceptos Clave de Trabajo, Energía y Potencia: Tipos y Fuentes
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Conceptos Clave de Trabajo, Energía y Potencia
Condiciones para la Realización de Trabajo
- Debe existir una fuerza.
- Debe producirse un desplazamiento.
Definición de Trabajo
El trabajo (W) es el producto de la fuerza (F) por la distancia recorrida (Δx) en la misma dirección de la fuerza. Matemáticamente, se expresa como: W = F x Δx.
Unidad de Trabajo
En el Sistema Internacional (SI), la unidad de trabajo es el julio (J), donde 1 J = 1 N x 1 m. Un julio es el trabajo realizado por una fuerza de 1 N cuando desplaza un cuerpo 1 m en su misma dirección.
Tipos de Trabajo
- Trabajo motor: El desplazamiento se produce en el mismo sentido que la fuerza; el trabajo es positivo.
- Trabajo resistente: El desplazamiento tiene sentido contrario a la fuerza; el trabajo es negativo.
Energía
La energía es la capacidad que tiene un cuerpo de realizar trabajo. El trabajo realizado por un cuerpo o sobre él es la variación de energía que sufre: W = Efinal - Einicial = ΔE.
Formas de Energía
Las principales formas de energía son: mecánica, cinética y potencial.
Energía Mecánica
Es la que posee un cuerpo debido a su velocidad y/o a la posición que ocupa en el espacio.
Energía Cinética
Es la que tienen los cuerpos en movimiento: Ec = ½ x m x v2.
Energía Potencial
Es la que almacena un cuerpo debido a la posición que ocupa en el espacio. W = Ep = P x h = m x g x h.
Tipos de Energía Potencial
- Gravitatoria: Un cuerpo adquiere energía potencial gravitatoria cuando se eleva a una cierta altura sobre el suelo. El trabajo realizado para elevar un cuerpo hasta una altura h es: W = Ep = p x h = m x g x h.
- Elástica: Es la energía almacenada por los cuerpos elásticos debido a la deformación que experimentan: Ep = ½ k x2.
Conservación de la Energía Mecánica
La energía mecánica de un cuerpo permanece constante. Este enunciado constituye el principio de conservación de la energía mecánica.
Conservación y Degradación de la Energía
- La energía ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma de una forma a otra.
- Cuando la energía se transforma de una forma a otra, pierde su capacidad para realizar trabajo, es decir, disminuye su calidad.
Fuentes de Energía
Una fuente de energía es todo aquello que permite producir energía directamente o mediante algún tipo de transformación.
Clasificación de Fuentes de Energía
Según la Cantidad de Energía
- Fuentes de energía concentrada: El contenido energético se encuentra en depósitos o yacimientos (carbón, petróleo, gas natural o uranio).
- Fuentes de energía difusa: El contenido energético no se encuentra en ningún lugar específico (energía del Sol, del viento o del calor de la tierra).
Según su Posibilidad de Agotamiento
- Renovables: hidráulica, solar, eólica, mareomotriz, biomasa.
- No renovables: carbón, petróleo, gas natural, geotérmica, nuclear.
Potencia
La potencia (P) es el trabajo realizado en cada unidad de tiempo: P = W / t. Se mide en vatios (W), donde 1 W = 1 J / 1 s.
Rendimiento
El rendimiento (R) de un motor es la relación entre la potencia útil (Pu) y la potencia teórica suministrada (Pt): R = (Pu / Pt) x 100.
Otras Unidades de Trabajo y Potencia
- Kilovatio hora (kW x h): Es el trabajo realizado por un motor de 1 kW de potencia durante 1 hora.
- Caballo de vapor (CV): Es la potencia necesaria para elevar una masa de 75 kg a una altura de 1 m en un tiempo de un segundo.
Máquinas
Tipos de Máquinas
- Simples: Instrumentos sencillos que necesitan la colaboración del hombre para su funcionamiento, pero que realizan trabajos mecánicos con menos esfuerzo (palancas, poleas, tornos y planos inclinados).
- Compuestas: Se obtienen por la colaboración de varias máquinas simples utilizadas en distintos sectores de la ingeniería.