Fis u1 Eaaf Maag

unad méxico

Evidencia de aprendizaje. Aplicación de la física.

Unidad 1

Marco Antonio Aguirre González

2013

1.-Investiga en revistas de divulgación, libros y en páginas web confiables, alguna aplicación de la física en tu carrera.

La física (del lat. physica, y este del gr. τὰ φυσικά, neutro plural de φυσικός, "naturaleza") es la ciencia natural que estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia (como también cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), así como al tiempo y el espacio y las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí.La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía. En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de la filosofía, la química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.

La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.

Dentro de las tantas aplicaciones nos encontramos con una que es la energía cinética La fuente de energía con la que se alimenta una turbina eólica es la llamada "energía cinética" del viento, es decir la del movimiento de aire. Obviamente esto se aplica tanto a los molinos de viento antiguos como a los modernos aerogeneradores de hoy día.

2.- Da un ejemplo de aplicación de la Física en tu carrera.

Una aplicación importante de la física en mi carrera es en el de la creación de energía eólica, esta, al igual que la energía solar se trata de un tipo de energía limpia, la cual sin embargo presenta dificultades, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el tiempo, más bien son dispersos e intermitentes.

Las aplicaciones de la energía eólica se pueden clasificar, según su ámbito, como aplicaciones centralizadas, caracterizadas por la producción de energía eléctrica en cantidades relativamente importantes, vertidas directamente a la red de distribución, o aplicaciones autónomas, dentro de las que cabe distinguir el uso directo de la energía mecánica o su conversión en energía térmica o eléctrica.

En el marco de las aplicaciones centralizadas, en las que siempre será necesario que la potencia base de la red la proporcione una fuente de energía más estable, cabe destacar dos grandes tipos de instalaciones eólicas:

Aerogeneradores de gran potencia: Se están llevando a cabo experiencias con aerogeneradores en el rango de potencias de los MW con grandes esperanzas, ya que la potencia que se podría instalar sería muy grande

Parques eólicos: Se trata de centrales eólicas formadas por agrupaciones de aerogeneradores de mediana potencia (alrededor de 100 kW) conectados entre sí, que vierten su energía conjuntamente a la red; la generalización de estas instalaciones contribuiría a una importante producción de electricidad de origen eólico en el futuro

Principios de termodinámica para ingenieros. John R. Howell, Richard O. Buckius ; tr. Ileana Velasco Ayala. Ed.

McGraw-Hill; Mexico, 1.990. ISBN 968-422-571-7

Introducción a la termodinámica clásica Leopoldo Garcia-Colin Scherer ; Ed. Trillas, Mexico , 1990.

http://energiaunam.wordpress.com/2010/03/02/energia-eolica-principio-fisico/

En resumen, las aplicaciones de la energía eólica de forma autónoma están basadas principalmente en las necesidades de pequeñas comunidades o de tareas agrícolas, pudiendo sintetizarse en los siguientes puntos:

Bombeo de agua y riego Acondicionamiento y refrigeración de almacenes Refrigeración de productos agrarios Secado de cosechas Calentamiento de agua Acondicionamiento de naves de cría de ganado Alumbrado y usos eléctricos diversos Asimismo resulta de interés el empleo de aerogeneradores para repetidores de radio y

televisión, estaciones meteorológicas e instalaciones similares, situadas lejos de las redes eléctricas. En estos casos hay que prever normalmente un sistema de acumulación por baterías para hacer frente a las posibles calmas.

3.- Contextualiza tu ejemplo, es decir, menciona sus características, en qué consiste, dónde se presenta, etc.

La energía eólica es aprovechada por nosotros básicamente por un sistema de un rotor que gira a medida que pasa viento por este.

La potencia del viento depende principalmente de 3 factores: Área por donde pasa el viento (rotor)Densidad del aireVelocidad del viento Para calcular la fórmula de potencia del viento se debe considerar el flujo másico del viento que va dado por:

Densidad del viento

Área por donde pasa el viento

Velocidad del viento





Entonces el flujo másico viene dado por la siguiente expresión:

Entonces la potencia debido a la energía cinética está dada por:

Entendemos por flujo másico.

El gasto másico o flujo másico, en física, es la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es el diferencial de la masa con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos —tuberías, toberas, turbinas, compresores, difusores...— actúan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el kg/s

Se puede expresar el flujo másico como la densidad ( , que puede estar en función de

la posición, ) por un diferencial de volumen:

Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión.La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente:

E c = 1 / 2 • m • v 2

E c = Energía cinética

m = masa

v = velocidad

Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v en metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).





4.- Indica y explica el principio físico en el que se basa, es decir, de movimiento, ondas, temperatura, etc.

Energía eólicaPrincipio físico

¿Qué es un álabe?

Son perfiles aerodinámicos; Es cada una de las paletas curvas de una rueda hidráulica o de una turbina, que reciben el gas y lo hacen cambiar de velocidad manteniendo en la turbina una presión constante, absorbiendo así la energía. Van sujetos al eje, formando las llamadas ruedas.

Funcionamiento

Los álabes toman la energía del viento, la capturan y la convierten en rotación en el buje. El perfil aerodinámico de los álabes es similar al perfil del ala de un avión. Los álabes emplean el mismo principio de la fuerza de empuje que actúa por la parte de abajo del ala. El aire produce una sobrepresión en la parte inferior y un vacío en la parte superior. Esta provoca una fuerza de empuje que hace que el rotor rote.

Frenos

Entre el generador y la caja multiplicadora se instala un acoplamiento que suele ser flexible. Igualmente se emplean frenos mecánicos en el tren de fuerza.

Generalmente hay dos tipos de frenos: los sistemas de freno aerodinámico y los sistemas mecánicos. Las normas que usualmente se usan en el diseño de aerogeneradores indican que los aerogeneradores deben poseer dos sistemas de freno independientes: uno aerodinámico (en la punta de los álabes o todo el alabe del rotor por sí mismo cambiando su ángulo de paso) y otro freno. Este último es generalmente un freno de disco mecánico en la mayoría de las turbinas. Este tipo de freno mecánico se emplea principalmente cuando la aerodinámica falla o la turbina está en reparación.

El tipo de freno mecánico que se utiliza depende de cómo se controla la potencia.

En turbinas con control por pérdida aerodinámica (stall control), el freno mecánico tiene que asimilar toda la energía generada por el rotor y el generador en caso de emergencia, por lo que debe tener una alta potencia de frenado. Todo lo contrario sucede cuando el freno mecánico se usa en turbinas con álabes de rotores con paso variable (en este caso son de menor potencia).





5.-Explica cómo se adecúa el principio físico en el ejemplo que hayas encontrado.

Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.

Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.

Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión.La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente:

E c = 1 / 2 • m • v 2

E c = Energía cinética m = masa v = velocidad

Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.

En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v en metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).





6.- Sustenta tu principio físico con alguna teoría que investigues.La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.

Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2 % de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas continentales.

Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.

Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada "cut-out speed".

La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.

En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador,





http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbiny_wiatrowe_ubt.jpeg

normalmente un alternador, que produceenergía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.

Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.

La energía eólica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energía cinética (aquí podemos aplicar la teoría de la energía cinética) generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra Ec o Ek (a veces también T o K).

7.- Diseña un diagrama o esquema que represente tu ejemplo y sustento teórico.





8.- Conclusiones.Necesitamos fuentes de energía renovables que nos liberen de la absoluta dependencia del petróleo, un combustible fósil escaso y caro.

El proceso de obtención de la energía eólica ha de ser coherente con el respeto medioambiental que predican sus promotores y debe sujetarse a una normativa específica.

Antes de proyectar un parque eólico, por ejemplo, se hace obligatorio la realización de un estudio de impacto ambiental que determine su viabilidad; una instalación rentable puede perfectamente desestimarse por los efectos negativos que ocasiona al entorno.

El estudio analiza el emplazamiento elegido, el tamaño de la instalación y la distancia entre el parque eólico y áreas sensibles, como asentamientos humanos y espacios naturales protegidos. Si no se cumplen los requisitos, se deben detener las obras hasta ajustarlas a la normativa. Asimismo, al finalizar la instalación y durante la explotación se deben presentar informes medioambientales periódicos.





La energía del viento o eólica ha sido utilizada desde hace mucho tiempo para mover barcos a vela, moler granos (molinos de viento) y bombear agua. Más recientemente se cree que es una de las mejores opciones para generar electricidad. En la actualidad existen varios tipos de rotores distintos para captar la energía del viento.

La energía eólica empieza a perfilarse como una fuente alterna que ocupará un importante papel en la generación de electricidad, ya que no utiliza combustible (por lo que no emite gases a la atmósfera) y no modifica el uso del suelo; por lo tanto, en las granjas de aerogeneradores pueden continuar sin mayor interferencia las actividades agropecuarias.

Como argumento de apoyo para decir que esta tecnología puede ser ya una fuente renovable en nuestro país, es bueno saber que desde hace muchos años, en los estados de Coahuila y Yucatán, se usan molinos de viento o papalotes para bombear agua, acoplando directamente una bomba al rotor del molino. La aplicación principal de estos papalotes es bombear agua para utilizarla como abrevadero de los animales en los ranchos, sin necesidad de utilizar energía eléctrica.





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