22 mayo 2009

Trabajo, Energía y Potencia

Trabajo y Potencia

Un motor es una máquina capaz de transformar la energía almacenada en combustibles, baterías u otras fuentes, en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este trabajo se convierte de nuevo en energía de movimiento (energía cinética) que produce el movimiento.

Aquí ya aparece el concepto de conservación/transformación  de la energía:

La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma

Podríamos añadir que se transforma en trabajo o en otras modalidades de energía (calor, vibración, radiación…) más diluidas y muy difíciles de recuperar (y caras de recuperar).

Junto al concepto de energía está el de entropía, que viene a ser una forma de medir el desorden. Cualquier sistema físico, abandonado a su propia evolución termina aumentando su entropía, su desorden. En la sociedad también pasa esto.

Por tanto, la energía produce trabajo. Y la afirmación inversa también es cierta: el trabajo produce energía (ejemplo: en invierno al frotarnos las manos, producimos un trabajo que se convierte en energía, calor en este caso).

La física define como trabajo el desplazamiento de un cuerpo por efecto de una fuerza.


Para que haya trabajo, debe haber desplazamiento. Puedo estar durante tres horas, empujando una pared y terminar agotado. La Física dice que como no ha habido desplazamiento, el trabajo realizado es nulo.

El trabajo se mide en términos numéricos, multiplicando la fuerza ejercida por la distancia recorrida:

Trabajo = Fuerza x Espacio

La fuerza se mide en kilopondios o kilogramos-fuerza en el Sistema Técnico de medidas. En el Sistema Internacional se mide en newtons (en honor a I. Newton).

. Es decir, si movemos un cuerpo con la fuerza de un kilopondio para que recorra 1 metro, estamos efectuando un trabajo de 1 kp x metro (a esta cantidad de trabajo se le llama 1 kilopondímetro).

 A mayor fuerza ejercida mayor trabajo efectuado. Cuando se realiza trabajo y la trayectoria es circular, como es el caso de un motor, el cálculo del trabajo se expresa: 


Trabajo = Fuerza x 2¶r

 donde ¶ es una constante (3,1416) y r es el radio de giro.

 Potencia

La potencia relaciona el trabajo mecánico con el tiempo que se tarda  en realizarlo. Es decir, la potencia se expresa con un número que cuantifica el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo. Cuanto más rápido se realiza el trabajo la potencia que se desarrolla es mayor.
La medida original de potencia se expresa en caballos de vapor (CV o HP) que proviene del  sistema métrico alemán. 


El valor de 1 caballo de vapor equivale a levantar 75 kilógramo a 1 metro de altura en 1 segundo, (75 kg x metro/segundo).

 

Su equivalencia en el sistema de medida inglés es el HP (Horsepower). El valor de un PS se diferencia levemente del HP: 1 CV = 0.9858 HP.


1 HP es igual a levantar 1 libra a 550 pies de altura en 1 segundo. 


La potencia en términos generales, expresa la capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible. Una fuente de energía que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo es más 'potente' que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.

Habitualmente, se emplea la unidad de potencia en el Sistema Intenacional que es el watio. Como es una unidad pequeña se emplea el kilowatio, que equivale a 1000 watios. Por supuesto que existe una equivalencia entre caballos de vapor y watios:

 1 CV = 735 watios = 0.735 Kilowatios.

Otra cosa es el llamado “caballo fiscal”, que es una unidad que indica la carga impositiva (pago de impuestos)  que se le aplica a un vehículo. Antaño ésta estaba relacionada con la potencia del motor, de ahí que a esta medida también se le denomine "potencia fiscal".

Se obtiene a partir de la cilindrada y el número de cilindros con una fórmula como la siguiente: 

Pf = T(C/N)^{0,6} \cdot N

Pf = Potencia fiscal
C = Cilindrada en cm³
N = Número de cilindros
T = 0,08 para motores de cuatro tiempos, 0,11 para motores de dos tiempos

Al tener sólo en cuenta la cilindrada, esta fórmula puede penalizar a los motores diesel y pone en posición más ventajosa a los motores con turbocompresor o con una alta potencia específica. Por ejemplo, un motor diésel 2,4 litros atmosférico (sin turbo) de 86 CV pagará más del triple que un 1,4 litros gasolina con turbocompresor y 170 CV.


¿Está claro?

Ismael


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