Semana 9
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Indicadores de logro:
2.9. Ejemplifica el concepto de potencia mecánica.
2.10. Calcula la potencia mecánica de máquinas para la obtención del momento lineal.
2.11. Resuelve problemas relacionados con la potencia mecánica.
Durante el desarrollo de la lección hemos mencionado y definido el trabajo que una fuerza realiza sobre un objeto; sin embargo, no mencionamos nada del tiempo. Por ejemplo, si sales del salón de clases y subes unas escaleras a velocidad constante, la energía potencial gravitatoria que tendrás en la cima sería la misma si te tardas 10 minutos, 1 hora o 1 día en subir. Entonces, en ciertas ocasiones es necesario saber con qué rapidez se realiza un trabajo; por ejemplo, en la actividad C podemos preguntarnos qué fuerza debería aplicarle Irene a una caja para que ascienda en menos de dos segundos. La energía potencial gravitatoria de la caja arriba del pick up sería similar, pero el tiempo que tardaría Irene haría la diferencia. A continuación, encontraremos qué magnitud nos proporciona información sobre la rapidez con la que se realiza un trabajo.
Irene: Independientemente de cuánto me tarde en levantar la caja, realizaré el mismo trabajo.
Luis: Si el trabajo que realizamos para mover una caja es el mismo si lo hacemos en tiempos diferentes, ¿cómo podemos saber el significado de la rapidez con la que realizamos dicho trabajo?
A. Calculando la rapidez con la que se efectúa el trabajo
Podemos calcular que efectuamos la misma cantidad de trabajo al subir una caja de 10 kg por unas escaleras hasta llegar a una altura de 5 m si lo hacemos caminando o corriendo; sin embargo, por lo general nos cansaríamos más cuando subimos las escaleras corriendo, y por consiguiente nos tardaríamos menos tiempo en subir la caja. Realizando algunos cálculos podemos cuantificar qué tan rápido efectuamos un trabajo. A continuación, calcularemos el trabajo de la situación planteada anteriormente, como también podemos calcular la rapidez con lo que lo efectuamos.
Procedimiento:
Toma como base la información anterior, considera las expresiones de las lecciones anteriores y calcula lo siguiente:
a. El trabajo que debes efectuar para mover la caja de 10 kg por unas escalares hasta llegar a la altura de 5 m. Puedes apoyarte en las ecuaciones 2.11 y 2.12.
b. La rapidez con la que efectuaste el trabajo si te tardaste 7 s en subir sin detenerte.
Si ahora debes de subir dos cajas de masas similares a la de la descripción, calcula lo siguiente:
c. El trabajo que debes efectuar para mover en un único viaje dos cajas de 10 kg cada una por las mismas escalares y altura del literal a. Puedes apoyarte en las ecuaciones 2.11 y 2.12.
d. El tiempo que te tardarías en subir las cajas, si la rapidez con la que efectúas el trabajo debe de ser igual a la que calculaste en el literal b.
Cuando realizamos los cálculos de la rapidez con la que efectuamos un trabajo en la actividad A, seguramente dividimos el trabajo que realizamos por el tiempo que tardamos en subir por las escaleras. Esa relación nos lleva a una magnitud física que denominaremos potencia mecánica o simplemente potencia (P). Notamos que en ocasiones suele emplearse potencia como sinónimo de fuerza o energía; sin embargo, la definición más apropiada sería la rapidez con la que efectuamos un trabajo. Podemos calcular la potencia tomando en cuenta la siguiente relación:
Potencia = (Trabajo efectuado)/(Tiempo en efectuar el trabajo)
También podemos escribir la siguiente ecuación:
P = W/t (Ec. 2.22)
Notación
La potencia se expresa con las unidades joule sobre segundo que es equivalente a watts (W): J/s ≡ W
A partir de cualquier expresión que nos indique el cálculo del trabajo, como las 2.1, 2.2, 2.8 y 2.12, podemos encontrar otras que nos servirán para el cálculo de la potencia. Por ejemplo, a partir de 2.2 y 2.22 podemos obtener:
P = F∆x/t; ∆x/t = v
Sustituimos la rapidez y obtenemos:
P = Fv (Ec. 2.23)
Recordemos que para 2.23 la fuerza y la velocidad deben estar en la misma dirección. Con las ecuaciones 2.8 y 2.12, el trabajo puede ser representado por el cambio de la energía cinética o el de la energía potencial gravitatoria. Podemos reescribir 2.22 de la siguiente manera:
P = ∆K/t (Ec. 2.24)
Pg = -(∆Ug)/t (Ec. 2.25)
En la ecuación 2.25 usamos Pg para recordar que la potencia proviene del cambio de energía potencial gravitatoria. Por otra parte, en ocasiones es conveniente expresar la energía cinética K en relación con la magnitud del momento lineal (p = mv). Manipulando la ecuación 2.6 podremos obtener una expresión que involucre al momento lineal. Procedemos a realizar lo siguiente:
Tomamos la ecuación 2.6 y al miembro de la derecha lo multiplicamos y lo dividimos por la masa (m).
K = ½ mv2 x (m/m)
K = (m2v2)/2m
Sustituimos por la magnitud del momento lineal y obtenemos la siguiente expresión:
K = p2/2m (Ec. 2.26)
Usando la expresión anterior también podemos calcular el trabajo, como en 2.8; por consiguiente, la potencia mecánica, como aparece en 2.23.
Haciendo lo anterior podemos obtener una ecuación de la potencia donde dependa del momento lineal.
K1 = (p12)/2m y K2 = (p22)/2m
El trabajo, usando 2.8, quedaría:
W = [(p22)/2m] - [(p12)/2m]
W = (p22 - p12)/2m
Si usamos la ecuación 2.22 podemos calcular la potencia mecánica a partir de la magnitud del momento lineal de la siguiente manera:
P = (p22 - p12)/2mt (Ec. 2.27)
Ahora podemos experimentar y calcular la potencia en ciertas situaciones. También, a partir de las expresiones deducidas, calcular otras magnitudes.
Los motores de algunos aviones desarrollan un empuje cercano a 197 000 N, creando una potencia de 4.93 x 107 W cuando vuelan a la rapidez de 250 m/s.
B. Calculando la potencia al levantar un objeto
Cuando levantamos un objeto a una altura determinada dependerá de la masa para saber el trabajo que realizaría la fuerza que le aplicaríamos para moverlo. Quiere decir que para objetos de diferente masa, tendríamos trabajo diferente. Sin embargo, en términos de potencia podemos aplicar una potencia similar a objetos de diferentes masas moviendo más rápido o más lento cada uno de ellos. Veamos a continuación cómo lo podemos realizar.
Materiales: 3 bolsas plásticas de 2 kg de capacidad, polea fija de 2.5 cm de diámetro, 2 m de hilo de nylon, 3.5 kg de arena, cronómetro, tijera, cinta métrica para costura de 150 cm de longitud, dinamómetro con medición máxima de 20 N, calculadora, balanza.
Procedimiento:
Acopla la polea a una altura aproximada de 1.5 m sobre el nivel del suelo o de la superficie donde trabajarás.
2. Coloca cordel a la polea procurando que pase al centro de esta y que se pueda mover libremente y fija el dinamómetro en un extremo.
3. Coloca arena en una de las bolsas plásticas hasta alcanzar una masa aproximada de 0.5 kg; en una segunda bolsa, la cantidad de 1.0 kg, y en otra, 2.0 kg. Identifica las bolsas con los números 1, 2 y 3.
4. Sujeta la bolsa que contiene 0.5 kg de arena al otro extremo de la polea.
5. Desciende la bolsa con arena hasta la superficie de referencia, luego hala de manera vertical el dinamómetro y verifica la medida de la fuerza.
6. Aplica la fuerza necesaria para que ascienda la bolsa de 0.5 kg y mide el tiempo que tarda en subir 1.5 m. Realiza lo mismo para las siguientes bolsas con arenas y resuelve lo siguiente:
a. Completa la tabla, considerando el orden de las columnas de izquierda a derecha. De la columna 2 hasta la 4, son medidas que realizaste; en la sexta columna, puedes usar la ecuación 2.2 para calcular el trabajo que realizaste para que cada bolsa ascendiera. En la última columna, calcula la potencia usando la ecuación 2.22.
b. Usa la ecuación 2.27 para calcular el momento lineal de cada una de las bolsas justo antes de llegar a la altura máxima. Considera los resultados obtenidos de la masa, tiempo y potencia en la tabla que completaste en el literal anterior.
Carlos: Identifiquemos la parte inicial del movimiento de las bolsas como 1 y 2 a la altura que llegarán. Nos facilitará el uso de las ecuaciones que involucren el trabajo y la potencia mecánica.
Como observamos en la actividad B y en el desarrollo de la unidad, cuando calculamos el trabajo o la potencia mecánica necesitamos considerar dos puntos: el de partida, que normalmente lo representamos con 1, y el de llegada, que sería 2, así como nos recomienda nuestro amigo Carlos.
En ciertas situaciones, cuando hablamos del punto inicial partimos del reposo; en ese sentido, en las expresiones que consideran puntos iniciales y finales, el inicial 1 se anularía. Por ejemplo, si retomamos el literal b de la actividad B, necesitaríamos usar la ecuación 2.27, pero como las bolsas parten del reposo, tendríamos p1 = 0 kg ∙ m⁄s, y la expresión tomaría la siguiente forma:
P = [p22 -(0 kg ∙ m⁄s)]/2mt
P = (p22)/2mt
Es conveniente en algunos casos reescribir p2 como p. Siguiendo esta propuesta, tendríamos:
P = p2/2mt (Ec. 2.28)
Si queremos calcular la magnitud del momento lineal de la ecuación anterior podemos despejar esa magnitud:
p = √(2mtP) (Ec. 2.29)
Podemos utilizar la expresión anterior para el cálculo que nos solicitaron en el literal b de la actividad B.
Por lo general, encontramos o asociamos el término potencia a dispositivos eléctricos, como la de una luminaria LED de 14 W, que nos quiere decir que se convierte 14 J de energía eléctrica y calor cada segundo; pero por lo que hemos desarrollado hasta ahora notamos que los watts no solo se refieren a dispositivos eléctricos.
Por otra parte, si observamos el recibo mensual de energía eléctrica, notamos que la unidad de consumo de energía eléctrica viene por kilowatt-hora kW∙h , que es como se expresa comercialmente la unidad de energía eléctrica. Esto podríamos definirlo como un 1 kW∙h, es decir, el trabajo total realizado en una hora; si lo representáramos en J, sería un valor aproximado de 3.6 x 106 J.
A veces podemos resolver problemas donde necesitaremos calcular la potencia mecánica en ciertas situaciones. Ejemplos de ellos los resolveremos en la siguiente etapa y posteriormente resolveríamos situaciones similares a los de los ejemplos.
Nico: No confundamos la magnitud de trabajo (W) con la unidad de potencia (watts: W).
Durante el desarrollo de la lección hemos visto la importancia de la potencia mecánica para darnos cuenta de la rapidez con la que una fuerza realiza trabajo. Para dos eventos podemos tener potencia mecánica similar, pero el trabajo podría ser diferente; las distintas expresiones deducidas también nos facilitan calcular otras magnitudes involucradas en un fenómeno mecánico. Si bien en la actividad B realizamos cálculos analizando el ascenso de bolsas con arena, también podemos hacerlo para objetos que se mueven sobre una superficie. A continuación, desarrollaremos ejemplos en los que a partir de la potencia mecánica o el trabajo podemos calcular otras magnitudes.
C. Resolviendo problemas sobre potencia mecánica
Las expresiones deducidas en esta lección y en alguna de las anteriores serán de suma importancia para resolver problemas que involucren la potencia mecánica. Debemos analizar físicamente el fenómeno para proceder con el cálculo que cada problema nos solicita; tomemos en cuenta que al finalizar los ejemplos podemos desarrollar los problemas que se nos presenten.
Ejemplo 1. Las cajas que subieron al pick up Irene y Luis en el ejemplo 1 de la lección anterior llegaron a su destino. Ahora, descienden las cajas por la misma rampa que usaron para el ascenso; cada caja descenderá por la rampa, que tiene una inclinación de 30°. Para una de las cajas con una masa aproximada de 15.0 kg que tarda 2.0 s en descender, ¿cuáles serían la potencia mecánica y el momento lineal de la caja?
Solución. Por la información del problema, solo la gravedad realiza trabajo; por ello sería conveniente que utilicemos la ecuación 2.12 para calcularlo e iniciamos de la siguiente manera:
W = Wg
W = -∆Ug
W = -(mgy2 - mgy1)
W = -mgy2 + mgy1
Al observar la figura, en el punto 2 se da el descenso total; quiere decir que y2 = 0. La expresión anterior sería:
W = mgy1
Hacemos uso de la ecuación 2.22 para el cálculo de la potencia mecánica y tendríamos:
P = (mgy1)/t
Recolectando los datos de las magnitudes de la expresión anterior tenemos que la masa de la caja es m = 15.0 kg, la aceleración gravitatoria se tomaría constante g = 9.80 m⁄s2, la altura desde donde inicia el descenso la caja y1 = 0.95 m y el tiempo que tarda en descender t = 2.0 s. Ahora podemos sustituir en las respectivas magnitudes y calcular la potencia mecánica con la que desciende la caja.
P = (15.0 kg)(9.80 kg)(0.95 m)/(2 s)
P ≈ 69.8 W
Para la magnitud del momento lineal tomamos consideraciones similares que para el trabajo. En este caso las cajas parten del reposo; por lo tanto, es conveniente utilizar la ecuación 2.29 para calcular la magnitud del momento lineal.
p = √(2mtP)
p = √[2(15.0 kg)(2.0 s)(69.8 W)]
p ≈ 64.7 kg ∙ m⁄s
Otra forma de calcular el momento lineal sería utilizando la energía cinética; dado que según el problema planteado la energía mecánica se conserva, entonces podemos partir de la energía cinética antes de que las cajas se detengan.
La energía cinética en ese caso sería igual al trabajo realizado por el peso. Usando la ecuación 2.26 podemos calcular el momento lineal.
K = p2/2m
p = √(2mK)
p =√(2m2 gy1)
p =√[2(15.0 kg)2 (9.80 m⁄s)(0.95 m)]
p ≈ 64.7 kg ∙ m⁄s
Podemos observar que obtuvimos resultados similares para el momento lineal. Dependiendo el problema que se nos plantea, podemos optar por usar la ecuación 2.26 o la 2.29.
Ejemplo 2. Luego que descendieron las cajas, Luis las movió de manera horizontal a una bodega que se encuentra a una distancia de 10.0 m. Si aplica una fuerza constante en la misma dirección del movimiento de 150 N y se tarda en mover cada una de las cajas 30.0 s, calcular la potencia mecánica y el momento lineal para una caja de 15.0 kg, considerando que la caja parte del reposo cuando Luis empieza a aplicar la fuerza.
Solución. Comencemos identificando las magnitudes involucradas. Además, si es necesario efectuar una conversión de unidades, lo haremos mientras separamos los datos.
Por los datos que nos proporciona el problema se nos facilitará usar las ecuaciones 2.22 y 2.23 para el cálculo de la potencia.
P = W/t = F∆x/t
∆x es la distancia que recorre la caja cuando Luis aplica una fuerza sobre ella, y según los datos proporcionados por el problema, sería 10.0 m; ahora podemos sustituir las otras magnitudes en la expresión anterior.
P = F∆x/t
P = (150 N)(10.0 m)/(30.0 s)
P = 50.0 W
Con respecto al momento lineal, podríamos calcularlo con la ecuación 2.26 o 2.29, dado que la caja parte del reposo. Para nuestro caso, usaremos la 2.29.
p = √(2mtP)
Sustituimos las magnitudes que nos proporciona el problema y la potencia que hemos calculado.
p =√[2(15.0 kg)(30.0 s)(50.0 W)]
p ≈ 212 kg ∙ m⁄s
Similar al ejemplo 1, podríamos calcular el momento lineal utilizando la ecuación 2.26. Además, podríamos calcular la rapidez que lleva la caja con la ecuación 2.23 justo antes de recorrer los 10.0 m, dado que la fuerza es aplicada en la misma dirección del movimiento.
Para resolver problemas, primero identificamos el comportamiento físico del fenómeno, considerando las magnitudes que nos proporcionan, y las incógnitas, para luego buscar la expresión que se adapte a nuestras necesidades, que pueden ser varias.
Para finalizar, enseguida encontraremos problemas que debemos de resolver aplicando los conceptos de trabajo y potencia.
Luis, que tiene una masa aproximada de 51.0 kg, tarda 2 minutos en subir utilizando las gradas desde la primera planta a la segunda planta de su centro educativo, que se encuentra a una altura de 5.00 m. Él plantea realizar el ascenso en menor tiempo posible, por lo que decide colocar una polea fija y una cuerda, y ahora nota que se tarda 30.0 s en llegar a la segunda planta cuando aplica una fuerza de 500 N.
Con la información proporcionada, calcula lo siguiente:
a. La potencia mecánica desarrollada cuando Luis sube los 5.00 m usando la polea.
b. El momento lineal cuando Luis utiliza la polea para ascender.
c. La potencia, si tardara en ascender el mismo tiempo que si utilizara las gradas.
2. Calcula la potencia mecánica y el momento lineal cuando desciendes por un tobogán que tiene una altura de 2.00 m y tardas en llegar al suelo 10.00 s. Recuerda medir tu masa antes de resolver el problema. Compara y discute con tus demás compañeros los resultados.
W = F∆x (Ec. 2.2)
En muchas ocasiones, el trabajo tiene una dependencia de la rapidez. Cuando esto sucede, la energía involucrada es la cinética, que podemos definir como la cantidad de trabajo necesario para mover un objeto. Tanto el trabajo como la energía cinética son cantidades escales; esta última puede calcularse con la siguiente expresión:
K = ½ mv2 (Ec. 2.6)
Analizando condiciones iniciales y finales podemos notar los cambios que tiene la energía cinética, como en la siguiente figura:
Otra forma de calcular el trabajo es con el cambio de la energía cinética, como la siguiente ecuación:
W = ∆K (Ec. 2.8)
La ecuación 2.8 se conoce como el teorema del trabajo y la energía cinética, que concuerda con lo desarrollado en la sección Así se hace... Además, el teorema solo es válido para marcos de referencia inerciales. De igual manera, la deducción la enfocamos para el caso especial del movimiento rectilíneo y fuerzas constantes.
El teorema del trabajo y la energía cinética es de mucha utilidad en situaciones donde queramos relacionar la rapidez de un objeto en movimiento, en cierto punto, con la rapidez en otro lugar.
La fuerza que hace que el objeto caiga es su peso (o fuerza gravitatoria). Si usamos la ecuación 2.2 (para un movimiento vertical) podemos calcular el trabajo realizado por el peso del objeto que se mueve desde el punto 1 al 2, siendo y1 - y2 el desplazamiento entre esos puntos.
Wg = mgy1 - mgy2 (Ec. 2.10)
La expresión anterior es el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria, pero a la derecha notamos que hay una dependencia de la altura, que se define como energía potencial gravitatoria y que podemos generalizar de la siguiente manera:
Ug = mgy (Ec. 2.11)
En caída libre es conveniente colocar el trabajo debido a la fuerza gravitatoria como:
Wg = -∆Ug (Ec. 2.12)
También, si solo la gravedad realiza trabajo, podemos deducir que:
Wg = ∆K = -∆Ug (Ec. 2.13)
Reorganizando, podemos llegar a:
K1 + Ug1 = K2 + Ug2 (Ec. 2.14)
La energía es igual en la parte inicial que en la final. Para el caso en que la gravedad realiza trabajo, podemos decir que la energía se conserva, manteniéndose constante. Ahora podemos definir la energía mecánica (E), que sería la suma de las energías cinética y potencial gravitatoria, y la expresamos de la siguiente manera:
E = K + Ug (Ec. 2.16)
Por otra parte, un objeto que rota posee energía cinética rotacional, depende de la distribución espacial de la masa del objeto y su forma geométrica; la magnitud que involucra lo anterior es el momento de inercia (I). Para un objeto con un eje de rotación definido y una masa total conocida, cuanto mayor sea la distancia del eje de rotación a la distribución de masa, mayor será el momento de inercia.
Una masa en movimiento de rotación posee energía cinética, que podemos expresar en términos de la rapidez angular como un objeto de masa m, pero podemos analizar cada porción de masa con respecto a la distancia al eje de giro o su radio de giro. Cada porción de masa tendría una velocidad angular, que se relaciona con la rapidez lineal.
Depende de cómo esté distribuida la masa respecto al eje de giro. El momento de inercia es una magnitud física, y la representaremos de la siguiente manera:
I = ∑n (mn rn2)
La expresión de la energía cinética rotacional podemos representarla como:
K = ½ Iω2
El momento de inercia depende de la geometría del objeto y de su eje de giro. De acuerdo con las diferentes geometrías de los objetos se tienen expresiones para su cálculo; entre ellas están las que se muestran en la siguiente tabla:
En las ecuaciones 2.14 y 2.16 notamos que la energía mecánica se conserva y que la suma de las energías potencial gravitatoria y cinética se mantiene constante en cualquier punto del movimiento de un objeto. Si bien sus valores pueden cambiar, la suma permanece constante.
Las fuerzas conservativas permiten tener una conversión entre energía cinética y energía potencial gravitatoria, manteniendo constante la energía mecánica.
Cuando una fuerza distinta al peso o gravitacional efectúan trabajos sobre un objeto, se ve alterada la energía mecánica, como en el movimiento en una rampa semicircular de un skatepark.
Por ello, en ocasiones es necesario considerar otras fuerzas que realizan trabajo. La expresión puede generalizarse en:
K1 + Ug1 + Wotras = K2 + Ug2 (Ec. 2.20)
En ciertas circunstancias podemos tratar con fuerzas conservativas y no conservativas, si bien para las primeras podemos representar la relación trabajo-energía cinética como reversibles.
En el segundo caso surgen otros términos para tomar en consideración, como el cambio de la energía interna de los objetos, dado que de esa forma se manifiesta el trabajo realizado por fuerzas no conservativas. Es de considerar que la suma de las energías potencial, cinética e interna se conserva.
Cuando realizamos los cálculos de la rapidez con la que efectuamos un trabajo, dividimos el trabajo que realizamos por el tiempo; esa relación nos lleva a una magnitud física que denominamos potencia mecánica o simplemente potencia (P).
Potencia = (Trabajo efectuado)/(Tiempo en efectuar el trabajo)
También podemos escribir la siguiente ecuación:
P = W/t (Ec. 2.22)
Cuando la fuerza que realiza trabajo se aplica a la misma dirección de la velocidad, es posible calcular la potencia mecánica realizando el producto entre sus magnitudes.
P = Fv (Ec. 2.23)
En ocasiones es conveniente expresar la energía cinética como dependencia de la magnitud del momento lineal.
K = p2/2m (Ec. 2.26)
Por consiguiente, podemos calcular la potencia a partir de la magnitud del momento lineal.
P = (p22 - p12)/2mt (Ec. 2.27)
Cuando se parte del reposo, se puede despreciar la magnitud del momento lineal inicial, quedando la ecuación:
P = p2/2mt (Ec. 2.28)
Si queremos calcular la magnitud del momento lineal, de la ecuación anterior podemos despejar dicha magnitud:
p = √(2mtP) (Ec. 2.29)
Nico: Busca las siguientes palabras dentro del texto y aprende su significado. Te será de mucha utilidad.
Trabajo
Energía cinética
Momento de inercia
Energía potencial gravitatoria
Energía mecánica
Potencia mecánica
Resuelve correctamente cada una de las siguientes dificultades y señala la respuesta correcta.
Observa el siguiente plano inclinado, donde se señala la dirección del movimiento y tiene el diagrama de cuerpo libre del objeto que se mueve.
La magnitud de la fuerza o la componente de la fuerza que realiza trabajo es:
a. FN
b. mg
c. mgsenθ
d. mgcosθ
2. Una esfera sólida se mueve en un plano inclinado a una altura de 30.0 cm, como se muestra en la figura:
¿Cuál sería la rapidez de la esfera cuando termina de pasar sobre el plano inclinado?
a. 20.5 m/s
b. 2.05 m/s
c. 420 m/s
d. 4.20 m/s
3. En un juego de básquetbol, antes de realizar una canasta el balón describe un movimiento parabólico como se muestra en la figura:
El diagrama de energía que representa el balón que se encuentra encerrado en verde es:
4. En un pozo de 3.00 m de profundidad, se extrae agua usando una cubeta atada a una cuerda, aplicando una fuerza de 25.0 N.
Si se tarda 5.00 s en subir una cubeta, ¿cuál sería el valor de la potencia mecánica?
a. 15.0 W
b. 5.00 W
c. 0.60 W
d. 75.0 W
Energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica se genera al transformar el movimiento del agua en energía eléctrica. Para lograrlo se necesita de una central hidroeléctrica, donde la transformación de la energía potencial gravitatoria en energía cinética se produce mediante el descenso del agua. Luego el agua se mueve para pasar por unas turbinas que son acopladas a un generador, convirtiendo la energía cinética en mecánica y posteriormente en energía eléctrica.
La transformación de la energía se consigue con la interacción de componentes principales, uno móvil y otro estático; la parte móvil se denomina rotor y la estática, estátor. El rotor es el responsable de generar un flujo magnético que actúa como inductor y el estátor transforma la energía mecánica en eléctrica. La instalación que permite aprovechar la energía hidroeléctrica es una central hidroeléctrica, que se construye por lo general en ríos para aprovechar las masas de agua en movimiento, que pasan por turbinas para obtener energía eléctrica.
Cuando el agua pasa por las turbinas, regresa al río; de esa forma podría utilizarse por otra central hidroeléctrica o para simple consumo. Podemos representar una central hidroeléctrica como la siguiente imagen:
El Salvador cuenta, en la actualidad, con cinco centrales hidroeléctricas. La más pequeña es la de Guajoyo, ubicada en el distrito de Metapán (departamento de Santa Ana), cuya fuente de producción es el lago de Güija. Las otras centrales se encuentran en el cauce del río Lempa: Cerrón Grande, en los distritos de Jutiapa, Cabañas y Potonico (Chalatenango); 5 de Noviembre, entre los departamentos de Cabañas y Chalatenango; 15 de Septiembre, entre los departamentos de San Vicente y Usulután. La más reciente es la 3 de Febrero, ubicada al norte del departamento de San Miguel, con una capacidad total aproximada de 67 MW.
¿Te resultan interesantes los fenómenos abordados en la unidad? Descubre cómo puedes volverte un profesional en la materia.
Carrera: Licenciatura en Física
Duración: 5 años/10 ciclos
Bachilleratos sugeridos: general, mecánica general, electricidad, electrónica.
Descripción. La Licenciatura en Física hace énfasis en los principios científicos que conducen al conocimiento de la ciencia en general y de la física en particular, y sus aplicaciones a los diversos campos técnicos o científicos, así como el fomento, desarrollo y actualización de los avances científicos de la física misma.
La Licenciatura en Física ofrece las bases para desempeñarse en la investigación y desarrollo, aplicación de conocimiento científico y docencia en distintas áreas, como las siguientes:
Propiedades de los materiales
Aprovechamiento de los recursos naturales
Hidrogeología, hidrología e hidráulica
Meteorología
Equipos científicos o industriales
Metrología
Astrofísica
Radiación
Conocimientos y habilidades por desarrollar:
Carrera: Ingeniería Mecánica
Duración: 5 años/10 ciclos
Bachilleratos sugeridos: general, mecánica general, electricidad, electrónica.
Descripción. La Ingeniería Mecánica se ocupa del diseño, construcción y operación eficiente, segura y económica de dispositivos, máquinas e instalaciones mecánicas, para la solución de problemas prácticos. Interviene además en procesos industriales, de planificación y de investigación o supervisión de sistemas mecánicos.
La Ingeniería Mecánica ofrece las bases para desempeñarse en investigación aplicada, diseño y desarrollo, e instalación y mantenimiento de sistemas de distintos campos, como los siguientes:
Industria de construcción
Industria automotriz
Industria textil
Industria alimenticia
Producción energética
Tratamiento de aguas
Biomedicina
Manufacturas
Conocimientos y habilidades por desarrollar:
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