Ingeniería en Energía

UNSAM 2018

Ingeniería en Energía

Energía y Medio Ambiente 1

Clase 1ECyT - UNSAM

Docentes: Diana Mielnicki y Salvador Gil

ECyT -UNSAM

2018

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Trabajo, Potencia y Energía

�La energía es fundamental para la vida.

�Los alimentos son una fuente de energía

necesaria para realizar las actividades física

que realizamos (movimiento, etc.) y para

mantener el calor del cuerpo (metabolismo).

�Esta energía se obtiene por combustión de

los alimentos con el oxigeno que respiramos.

�El fuego fue uno de los grandes inventos de

nuestra civilización. La leña fue el primer

combustible usado por el hombre.

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Energía y Evolución

UNSAM 2018

Mil

lon

es d

e a

ño

sNosotros

500 mil años

1,5 Millones de años

Volumen

Energía y Evolución

1 Millón de años

Prof. Richard Wrangham , Harvard U.- New Scientist, Oct. 2014

Homo Habilis (2 Ma). Se alimentaban de carne cruda, raíces y frutos que recogían. Sus manos eran largas y con facilidad para subirse a los árboles, tanto para recoger frutos como para defenderse de predadores. Al necesitar usar sus manos más frecuentemente, fue desarrollando la habilidad de caminar erguido, así llegamos al Homos Erectus (1,5 Ma).La cocción de los alimentos: La cocción ablanda los alimentos y los hace más fáciles de digerir en azúcares. Las grande los dientes y mandíbulas ya no eran imprescindibles.

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Energía y Evolución

�La cocción de los alimentos ���� mandíbulas más pequeñas ���� se posibilita el habla

�El fuego ���� ahuyentaba a los predadores, con lo que no es necesario subirse a los arboles a las noches. ���� mayor habilidad manual

�Se privilegian nuevas habilidades como una buena estrategia de caza ���� desarrollo social

�Homo Sapiens, con cerebro más grande, mandíbulas más pequeñas, brazos más cortos,

conductas sociales, lenguaje e inteligenciaUNSAM 2018

¿Qué es la energía?

�La energía está asociada con la capacidad de realizar trabajo que tienen un sistema

�Sabemos por los experimentos realizados que la energía se conserva.

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Trabajo, Potencia y Energía

�Trabajo ∆W=F.∆x.Cosθ = Fuerza x Distancia

F

∆x

θ

Unidades: [W]= [F].[x]=N.m=Joule

� Potencia =P =dW/dt

�Unidades: [P]=[W]/[t]=J/s = Watt

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Conservación de la Energía

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El hecho más notable de la energía, es que ella se transforma de una forma a otra, pero no puede ser creada ni destruida. Este importante

enunciado, se conoce como Primer Principio de la Termodinámica, y hasta ahora no se encontró ningún fenómeno o dispositivo que no cumpla este principio.

Trabajo y Potencia

h

Potencia =P =W/∆∆∆∆t=M.g.h/∆∆∆∆t

F

s

θ

h=S. sen θ

W= F.S=M.g.S.senθ =

= M.g.h

N

Mg senθ

θMg

∆∆∆∆t=tiempo empleado en subir la rampaUNSAM 2018

Trabajo, energía y Potencia

� En una primera aproximación, podemos decir que la energía es todo aquello que puede eventualmente transformase en calor.

� los combustibles contienen energía (llamada energía interna o energía química) pues en su combustión, es decir en su reacción con el oxígeno, ellos generan calor.

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Poder Calorífico

� Equivalencia entre unidades:

1 kWh= 860 kcal= 3412 BTU = 3,6 MJ= 0,609 kep = 4,6 10-11 Bep (barril eq).

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� En una reacción o combustión, en general se libera energía. La cantidad de energía liberada por unidad de masa o volumen es el poder calorífico

Poder calorífico superior e inferior

� Superior: Es el calor desprendido por unidad de masa de combustible. El agua originada en la combustión está condensada y a CEPT.

� Inferior: Es el calor desprendido por unidad de masa de combustible. El vapor de agua originado en la combustión se va en forma de vapor

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Poder calorífico superior e inferior

� Superior: Inferior:

� Hs=HI+ m(H2O). LvUNSAM 2018

Reacción A+B����C+H2O (vapor)+HI

Reacción A+B����C+H2O (Agua) )+Hs

m(H2O).Lev

Gas NaturalCH4+2O2���� CO2+2H2O

1 mol+2 moles���� 1 Mol+2 Moles

16 g+64 g���� 44 g+ 36 g

1 m3 (CH4)+ 2 m3(O2)���� 1 m3(CO2)+ 2 m3(H2O)

1 m3 (CH4)+ 10 m3(Aire)���� 1 m3(CO2)+ 2 m3(H2O)44,6 moles+ 89.3 moles���� 44,6 moles+ 89.3 moles

713,6 g+2857 g���� 1962 g + 1428,8 g

Lev(H2O)= 539,4 cal/g

Hs=HI+ m(H2O). Lv +m.c.∆∆∆∆T= HI+ 770,7 Kcal+140 kCal

= Hi+ 913 kal

Hs-HI=9300 kcal(m3)-8300 Kcal(m3)=1000kCalUNSAM 2018

Poder calorífico

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Combustible o alimento MJ/kg kcal/kg kWh/kg valor relativo

Pan 16,7 4.000 4,7 0,30

Manteca 25,1 6.000 7,0 0,45

Chocolate 20,9 5.000 5,8 0,38

Papel 7,5 1.796 2,1 0,14

Batería (automóvil) 1,3E-04 0,030 3,5E-05 2,3E-06

Batería ion Li (recargable comp.) 0,63 150 0,17 1,1E-02

Alcohol (etanol) 29,8 7.115 8,3 0,54

Leña 15,5 3.702 4,3 0,28

Carbón (mineral, Antracita) 33,5 8.000 9,3 0,60

Gasolina 47,3 11.297 13,1 0,85

Gas natural 55,5 13.263 15,4 1,00

Hidrógeno 141,8 33.866 39,4 2,55

TNT (trinitrotolueno) 0,0027 0,65 0,0008 4,9E-05

Fisión de 235U 83.720,0 20.000.000 23.256 1.508

Poder calorífico

UNSAM 2018

Combustible o alimento MJ/kg kcal/kg kWh/kg

valor

relativo

Pan 16,7 4.000 4,7 0,30

Manteca 25,1 6.000 7,0 0,45

Chocolate 20,9 5.000 5,8 0,38

Papel 7,5 1.796 2,1 0,14

Batería (automóvil) 1,3E-04 0,030 3,5E-05 2,3E-06

Batería ion Li (recargable comp.) 0,63 150 0,17 1,1E-02

Alcohol (etanol) 29,8 7.115 8,3 0,54

Leña 15,5 3.702 4,3 0,28

Carbón (mineral, Antracita) 33,5 8.000 9,3 0,60

Kerosene 46,2 11.035 12,8 0,83

Petróleo crudo 41,9 10.000 11,6 0,75

Gasolina 47,3 11.297 13,1 0,85

Gas natural 55,5 13.263 15,4 1,00

TNT (trinitrotolueno) 0,0027 0,65 0,0008 4,9E-05

Fisión de 235U 83.720 20.000.000 23.256 1.508

Poder calorífico

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Fuente DensidadPoder Calor. Inf.

(Hinf)

Poder Calor. Sup.

(Hsup)Hinf Hsup

Combustible kg/lt kcal/lt kcal/kg kcal/lt kcal/kg kWh/kg kWh/kg

Carbón

Mineral 7.200 7.500 8,36 8,71

Petróleo

Crudo 0,885 8.850 10.000 9.293 10.500 11,61 12,19

Naftas 0,735 7.607 10.350 8.232 11.200 12,02 13,01

Kerosene y

Comb. Jets 0,808 8.322 10.300 8.945 11.070 11,96 12,86

Diésel Oil 0,88 8.800 10.000 9.416 10.700 11,61 12,43

Fuel Oil 0,945 9.261 9.800 9.923 10.500 11,38 12,19

Gas Natural

8.300

kcal/m3

9.300

kcal/m3 15,06 16,88

Propano 0,508 5.588 11.000 6.102 12.013 12,77 13,95

Butano 0,567 6.180 10.900 6.735 11.878 12,66 13,79

Gas Licuado 0,537 10.950 6.418 11.951 12,72 13,88

Leña Blanda 1.840 2.940 2,14 3,41

Leña Dura 2.300 3.500 2,67 4,06

Carbón de

Leña 6.500 7.500 7,55 8,71

Eficiencia

� Eficiencia =Energía útil/Energía usada

Ejemplo: Calentar Agua (Pava)

Energía útil (calentamiento de agua)

Qutil= magua.Cagua.∆∆∆∆T

Energía usada

Qgas=Hgas. Vgas

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Eficacia

� Eficacia =Servicio útil/Energía usada

Ejemplo: 1) Calentar Agua (Pava)

Energía útil (calentamiento de agua)

Qutil= magua.Cagua.∆∆∆∆T

Energía usada

Qgas=Hgas. Vgas

Ejemplo: 2) Lámpara

Qutil= Luz (Lumenes)

Energía usada Potencia (W)UNSAM 2018

Eficacia=Flujo Lumínico/Pot =lm/W