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Energía. Materiales combustibles. Magnetismo

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TEGNOLOGÍA

Como se puede manifestar la energía

Energía térmica: Es la suma de energía interna que tiene moléculas y que se manifiesta de dos modos, por la temperatura y por la separación de las moléculas.

Calor: Es la transformación de de energía térmica de un cuerpo a otro, se trasmite del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura.

Formas de transmitir el calor: primero por conducción, la transmisión entre sólidos, que están en contacto. Se acaba cuando estén a la misma temperatura.

Segunda por conversación, la transmisión entre líquidos y gases, el líquido o el gas de mayor temperatura tiende a subir, desplazando al de menor temperatura hacia abajo.

Tercera por radiación, es la transmisión por ondas electromagnéticas que al incidir sobre un la superficie de un material o cuerpo opaco lo calienta.

Energía química: Se produce en las reacciones químicas en las que cambian las velocidades y las separaciones de los electrones respecto a los núcleos.

Exotérmicas: Dan calor (combustión) C + 2O = CO2 + CALOR.

Endotérmicas: Se necesita calor para su obtención.

Energía Eléctrica: Es la energía cinética y potencial de los electrones, que se mueven por un circuito en forma de corriente eléctrica. E = P · t

Energía Nuclear: Esta es la energía que mantiene los núcleos de los átomos unidos. Se manifiestan por la emisión de partículas y radiación.

Fusión: Unir los átomos.

Fisión: Romper los átomos.

Energía radiante: Se transmite por ondas electromagnéticas, y estas que se generan por campos magnéticos y eléctricos Ej. (Emisión de radios, sol. luz) se transmite por radiaciones.

Energía sonora: Transmite ondas acústicas. (El sonido)

MEDIDAS DE ENERGÍA:

Hay varia magnitudes de medición de la energía, algunas de la más utilizadas son el Julios, Kilowatios y Calorías.

1 C = 6,24 · 1018 Julios 1 Julio = 1w/s = 0,24 Calorías Kc = 1000 calorías

Mc = 100000 cl

En una reacción nuclear, se pierden 400 microgramos de uranio. ¿Qué energía de libera?

E = m · c2 velocidad de la luz = 3 · 105 Km/s

E = 400 · 10-6 Kg (3 · 108)2 = 400 · 10-6 · 9 · 1016 = 3600 · 1010 Julios.

Energía cinética: E = ½ · m · v2 Energía potencial: E = m · g · h

VI 2160 km/h 2160 ·1000 = 600 m/s

3600

500 gr = 0,5 Kg E = ½ · 0,5 · 6002 = 90.000 Julios

h = E = 90.000 = 18367 m

m · g 0,5 · 9,8

10 % de 90.000 EC = EP + Perdidas (10%)

h = 81.000 = 16.530 EP = 90.000 - 9000 = 81.000 J

0,5 · 9,8

1CV = 736 watios 1m3 = 1000 litros 1 dm3 = 1 litro 1 Hm3 = 106 litros

γ = E (útil)

E (absorbida)

Rendimientos: Proceso de transformación de la energía, lo realizan las maquinas. Y siempre se producen perdidas.

Energía absorbida = Energía entregada + Energía perdida

η = Rendimiento: La energía entre la energía útil y la energía consumida, siempre tiene que ser menor de 1.

η % P útil η % E útil η % P útil · 100

P abs E abs P abs

3 Kilowatios a 2 horas con un rendimiento de 60%

E = P · t = E = 3 · 2 = 6 Kw/h

Energía entregada = EEN = 60 · 6 = 3,6 Kw/h

100

Un motor que consume 30 CV levanta 1500Kg a una velocidad de 1,2 m/s ¿Cual en el rendimiento de este motor?

PCONSUMIDA = 30 · 736 = 22080 w

P = T = f · d = Fv = m · g · v = 1500 · 9,8 · 1,2 = 17.640 w

t t

1500 · 1,2 = 1.800 E

1

Potencia útil que se necesita para levantar 1500 Kg a 1,2 m/s.

η PÚTIL · 100 = 17.640 · 100 = 79,89%

PABS 22.080

Fuentes de energía:

Son aquellos elementos que hay en la naturaleza que son susceptibles en ser transformados en energía, calor, parmortor (movimiento).

Estas fuentes de energía se pueden dividir en dos grupos, en función de su naturaleza.

Primarias: Se obtienen directamente de la naturaleza. Ej. Agua, Sol, Leña, Carbón, Uranio, etc.

Secundarias: Son aquella que se obtienen después de un proceso de transformación. Ej. Electricidad, Gas, Petróleo, etc.

Función de las reservas disponibles:

Renovables: son aquella que se van renovando. Y no contaminan a la naturaleza.

Ej. Energía solar, Eólica, Hidráulica, La Biomasa, Mareomotriz, Geotérmica.

No renovables: Son aquellas fuentes de energía que tienen una reserva limitada. (Petróleo, Carbón, Gases).

Materiales combustibles:

Son aquellos que al entras en contacto con el oxigeno dan lugar al proceso de la combustión. Liberando calor y luz.

La característica que lo define es el poder calorífico que tiene, (PC) que es la cantidad de energía por unidad que desprende por unidad de masa o volumen.

Ej. Si tenemos un material que tiene X Kcal PC = 1MJ PC = Kcal

Kg m3 litros

En muchos combustibles, sobretodo gases se dan comprimidos, y por lo tanto su poder calorífico cambia.

PC = PC · (CN) · P · 273 =

273 + Tª

El poder calorífico del butano CN es de 28700 Kcal / m3. Si se suministra en bombonas de 30 litros a 8 AT, y 20º ¿Cual es el poder calorífico en estas condiciones? ¿Qué energía calorífica contiene la bombona?

PC = PC (CN) · 8 · 273 = 7,4553 PC

273 + 20

28700 · 7,4553 = 213967,11 Kcal

m3

Q = (Calor) PC · Volumen = 213967,11 Kcal · 1m3 = 213,96711 Kcal

m3 1000 m3

213,96711 · 30 = 6419,0133Kcal

Capacidad calorífica de un combustible:

Cantidad calorífica que se necesita para elevar la temperatura de un material o cuerpo.

Como no todos lo cuerpos son iguales o sustancias son iguales, se define el calor especifico de un material, como la cantidad de calorías para elevar 1 grado la unidad de masa de dicho material. (Ce) = Calor especifico = 30 Kcal o 30 Kcal

ºC · Kg ºC · gr

Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un cuerpo.

Q = m · Ce (TF - TI)

¿Qué cantidad de calor se necesita para elevar la temperatura de 60 litros de agua de 25 a 75 grados ºC?

Ce = 1cal

gr · ºC

Q = m · Ce Q = 60.000gr 1cal (75 - 25) = 3 Mcal

gr · ºC

Unidades de Medida:

Longitud:

10 dm = 1 metro = 0,1 Dm

106 micras = 1000 mm = 100 cm = 10 dm = 1 m = 0,1 Dm = 0,01 Hm = 0,001 Km

108 micras2 =106 mm2 =1004 cm2 =100 dm2 =1m2 =10-2Dm2 =10-4Hm2 = 10-6Km2

Volumen: mm3 cm3 dm3 m3 Dm3 Hm3

(1m3 = 1000 litros)

10-9

10-6

10-3

1

103

106

(1dm3 = 1 litro)

(1000 cm3 = 1 litro)

10-6

10-3

1

1000

106

109

Velocidades:(m/s) (Km/h)

Pasar de m/s a Km/ h

m 1 Km . 3600 s o Km 1000m . 1 h h

s 1000m 1 h h 1Km 3600s

Energías = N ·m Julios = V · S = 0,24 cal 1Kw/h = 3.600.000 Julios (w/s)

1Kw = 1000w 1CV = 736 w 1 MGw = 106 w = 1.000.000w

Poder calorífico = PC

PC = Energía PC = Energía η% Pútil · 100

Masa Volumen Pabsorbida

Conceptos físicos:

Velocidades: V = d d: distancia + t: tiempo = Km/h o m/s

t

Aceleración: a = V (final) - V (inicial)

t

Fuerza: F = m · a m: masa + a: aceleración = Newton

Trabajo: T =F · d F: fuerza + d: distancia = Newton + metros = Julios (Energía)

Energía potencial: E = m · g · h = Julios

Energía cinética: E = ½ · m · v2 = Julios

Energía calorífica: Pcalorífica · Cantidad de materia · calorías = Kjulio (1Julio =0,24 cal)

Energía eléctrica: E = P · t = Potencia

E = w · s = Julios

Potencia: P = V · I

Rendimiento:

η = Energía útil

Energía consumida

Densidad:

d = m m: masa + v: volumen = Kg/l

v

Energía calorífica: PCN · Presión 273 ñ

273 + Tº

Energía necesaria para elevar la temperatura de una sustancia.

E = m · Ce (TF - TI)

Ce Calor especifico Cal o Kcal g

ºC · gr ºC · gr

P = √3 · V · I · cos ℓ I = P g

√3 · V · cos ℓ

R = ρ · l f Pérdidas = 3 · I2 · R

S

Pérdidas producidas en el transporte:

Las pérdidas dependen de Rlínea = Resistencia conductor. Intensidad que circula.

Pérdidas = 3 · I2 · Rl

ρ = coeficiente de la resistencia   mm2 . P = Potencia a transportar.

m

L = longitud del cable (m). V = tensión a que la trasportamos.

S = sección del cable (mm2). cos ℓ = Factor de potencia.

Centrales de electricidad que nos abastecen.

Obteneos electricidad de las centrales, las más importantes son centrales Hidráulicas, Centrales Térmicas y Centrales Nucleares.

Electromagnetismos:

Campos magnéticos creados por corriente eléctrica:

Magnetismo:

Campo magnético

Flujo magnético =  Weeber

Inducción magnética B = Wb = (TESLAS)

S m2

Permeabilidad M = 1,6  · 10 -4 mb     · 10 -7 Wb / A·m r0 = 2000

Electromagnetismo:

Relaciona corriente eléctrica y campos magnéticos: (motores, trasformadores, alternadores, elementos de maniobras).

Se basan en fenómenos electromagnéticos.

Toda corriente eléctrica crea un campo magnético perpendicular a ella.

Campos magnéticos creados por una bobina:

B =  · N · I

l

B: Inducción magnética (Teslas)

: Permeabilidad del núcleo W · b

A · m

N: Números de espiras (A)

I: Intensidad que circula (m)

l: Longitud de la bobina (vueltas)

Una bobina de 100 vueltas y 15 cm de longitud, es recorrido por una corriente de 10 Am.

Determina:

  • Inducción magnética si el núcleo es aire

  • Inducción magnética si el núcleo es de hierro : 2000.

  • A) B =  · N · I = 4· · 10-2 w ·b = 100·10 = 8,37· 10-3 W ·b = 8,37 m teslas

    l A ·m 0,15 m2

    B) re = re - 0 = 2000 · 4 ·  10-3 w ·b

    A ·m

    BFE = 2000 · 4 ·  · 10-3 W ·b = 100 · 10 = 16,75 teslas.

    A ·m 0,15

    Excitación magnética: Intensidad magnética:

    H Nos indica la capacidad que tiene la intensidad de crear campos magnéticos sin tener en cuenta el material.

    B =  · H H = N · I

    l

    Interacción de una corriente y un campo magnético:

    Todo conductor por el que circula una corriente, al ser travesados por un campo magnético perpendicular a ella. Se ejercerá sobre el una fuerza perpendicular a él y la corriente.

    (Motores IZQUIERDA) (Generadores DERECHA)

    Todo conductor que se mueva dentro de un campo magnético en el se induce una corriente eléctrica (Generador o Turbina)

    Una bobina de 100 vueltas, con una longitud de 25 cm. Esta bobina de un núcleo de hierro: : 1,57 ·  · 10-3 W ·b

    A ·m

  • calcula la excitación magnética, cuando por ella circulan 5 amperios.

  • La inducción magnética.

  • El flujo, si el núcleo tiene un radio de 2 cm.

  • Materiales: Se dividen en dos grupos

    Metales:

    Férricos: Hierro colado, hierro dulce.

    No férricos: Pesados, ligeros, aleaciones.

    No metales: Plásticos, maderas, cerámica, fibra.

    Metales:

    Obtención o extracción: se extrae de las minas haciendo una primera selección, con un porcentaje del 9% obtenemos la MENA, el resto se denomina ganga (tierras, otros metales el % es muy bajo)

    Altos hornos: Sacan el material % menor del 90% (metalurgia)

    Proceso de manipulado en industria.

    Metales férricos: Todos los metales férricos tienen muy buenas características mecánicas, no tienen buena conductividad, su extracción es barata % elevado.

    Alto horno el primero en 1880.

    Para transformar mineral de hierro en arrabio útil hay que eliminar sus impurezas. Esto se logra en un alto horno forzando el paso de aire extremadamente caliente a través de una mezcla de mineral, coque y caliza, la llamada carga. Unas vagonetas vuelcan la carga en unas tolvas situadas en la parte superior del horno. Una vez en el horno, la carga es sometida a chorros de aire de hasta 870 ºC (el horno debe estar forrado con una capa de ladrillo refractario para resistir esas temperaturas). El metal fundido se acumula en la parte inferior. Los residuos (la escoria) flotan por encima del arrabio fundido. Ambas sustancias se extraen periódicamente para ser procesadas.

    Siderurgia: tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero y las fundiciones. A veces, las diferencias entre las distintas clases de hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada. En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas “hierros” contienen más carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro forjado contienen un porcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado o fundición contiene entre un 2,25 y un 5% de carbono. Hay una forma especial de hierro maleable, prácticamente sin aplicaciones (sólo se emplea para construir núcleos de hierro en las bobinas eléctricas), que no contiene casi carbono. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferro aleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.

    Maquinas y mecanismos:

    -Unión de los materiales

    -Maquinas simples.

    -Mecanismos de transmisión.

    -Neumática.

    -Procesos de fabricación.

    Unión de materiales: Hay dos tipos de uniones fijas y las uniones móviles.

    Fijas: serian soldaduras o remaches.

    Desmontables: serian las que tienen tornillos, chavetas o pasadores.

    Soldadura: Es la unión de dos piezas que mediante la aportación de calor, se funden y al enfriarse, solidifican como una sola pieza. En ocasiones se me puede aportar materiales a la unión.

    Soldadura blanda: se obtiene con el estaño (estaño + plomo). Tiene un bajo punto de fusión, su resistencia mecánica es bastante baja. Su uso más frecuente es para soldar componentes eléctricos.

    Soldaduras de fusión de gas: (Oxiacetilénica) Autógena, consiste en calentar los dos metales hasta que se unan en una sola pieza. En ocasiones, pueden aportar materiales del misma Tº de hasta 3500 ºC.

    -La combustión consume el oxigeno (no favorece la oxidación del metal)

    - El acetileno es un gas ligero y cualquier escape se evacua rápidamente. (Soplete)

    Soldaduras eléctricas:

    Soldaduras por arco: Un arco de calor que hace que se unan. Pero para este proceso tienen que mantener la distancia adecuada. La temperatura puede llegar hasta 6000 ºC. La soldadura consiste en un generador de corriente continua, cuyo negativo esta unido a las piezas a soldar y el positivo a un electrón que al acercarlo a la pieza, hace saltar un arco que aporta material a la unión y la calienta fundiendo los metales al unirlos. Los electrones se gastan.

    Soldaduras TIG: tugteno insert gas.

    En esta el electrodo apenas se gasta, el gas inerte hace que se mantenga la temperatura (Tº) en la unión. Se utiliza para soldar tuberías y piezas finas.

    Soldadura MIG: metal insert gas.

    En esta soldadura se aporta el material de forma continua la mayor utilización es en procesos de soldadura automatizada, cadenas de fabricación de carrocerías.

    Soldadura de punto:

    Remache, cogemos los materiales que vayamos a unir y hacemos un agujero, casi siempre las piezas que se unan con remaches serán materiales blandos, unimos las dos pieza colocando el remache dentro del agujero y remachándolo y, uniendo las dos piezas.

    Uniones desmontables:

    -Tornillos, tuercas y Arandelas.

    Características, el paso de la rosca; la distancia entre los dientes, lo que avanza un tornillo por vuelta, la inclinación seria otra característica, también indicar hacia donde avanza el tornillo, y la inclinación que tiene. Hay tres tipos de roscas comunes son; la del triangulo, la de trapezoide y la del cuadrado.

    • Los tornillos se piden por métrica M5 x 1,25 y, la rosca más común es la de 60º que es la que tienen casi todas las roscas, menos la Whitwart que es utilizada bastante pero con 55º.

    Pasadores o lengüetas.

    Chavetas:

    Uniones elásticas; estas uniones son mediante muelles así absorben la energía.

    Unión por rodamientos; son las uniones que van unidas mediante un eje que a su vez tiene cojinetes por medio que hace que el movimiento girando una sobre otra, ejerciendo la mitad de fuerza.

    Maquinas simples:

    Son máquinas que tiene como fin mover una carga de peso elevado con el menor esfuerzo que se nos sea posible. (Palanca, rueda, torno o polea)

    Momento F · d (par motor) principio de conservación de energía.

    Energía que aplicamos = Energía que adquirirá el cuerpo al que se lo apliquemos.

    Palanca: una barra que se deforma con un punto de apoyo siempre que la fuerza de acción y la carga sean paralelas.

    F · AB = Q · AC F = Q · AC

    AB

    AC = 1 Q= m · g = 300 · 9,8 = 2940N = 735 N

    BC = 5 BC -AC 4

    PESO = 300 Kg

    F = Q · AC cosf = 2940 ·1 · 0,82 = 632N

    AB 4

    Momento es la (F ·d).

    Palanca multiplica la fuerza.

    F · AB = Q · BC

    Esto siempre que Q y F sea paralelas. F = fuerza que se ejerce Q = es el peso o fuerza resistente.

    Tenemos una barra de 4 metro y tenemos que elevar una carga de 200 Kg que fuerza tendremos que aplicar. Midiendo la barra AB = 3,5 y BC = 0,5

    F = m · g = 200 · 9,8 = 1960 N

    F = 1960 · 0,5 = 280 N

    3,5

    1960 · (cos = 30º) · 0,5 =242,48 Newton

    3,5

    Rueda:

    Formula de la Rueda:

    F = (Pr + Q) δ + Q ·μ r

    Rr

    Pr = Peso del tren o rodamiento en Newton

    Q = Peso que colocamos sobre el tren de rodamiento en Newton

    δ = Coeficiente de rodamiento en metros

    μ = Coeficiente de fricción

    r = rodillo eje en metros

    Rr = Rodamiento ruda en metros