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Potencia y rendimiento - Contenido educativo
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Bien, vamos a suponer ahora que queremos elevar una caja desde una altura inicial h sub 0 hasta una altura final h,
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es decir, queremos realizar un trabajo que va a suponer una modificación en la energía potencial.
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Como ya hemos visto, el trabajo que vamos a realizar va a ser igual a la variación en la energía potencial,
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es decir, a la energía potencial final menos la energía potencial inicial.
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La energía potencial final que tiene la caja al llegar a esta altura h de aquí, pues será m por g por h.
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Y la energía potencial inicial es cero, puesto que la altura es cero.
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Es decir, vamos a realizar un trabajo que va a ser igual a m por g por h.
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Ahora bien, este trabajo lo podemos realizar nosotros subiendo esta caja pesada por un plano inclinado.
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Y como hemos estado viendo, si yo empujo la caja a lo largo del plano inclinado, al final tengo una energía potencial final debido a la altura h y una energía potencial inicial que es cero.
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Entonces el trabajo que he realizado tiene que ver con esta variación de la energía kinética.
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Pero no es lo mismo si lo queremos hacer así, que si lo que utilizamos para elevar esta caja es, por ejemplo, una grúa.
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con la grúa podemos elevar la caja a la misma altura, también desde una altura cero hasta una altura h.
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¿Cuál va a ser el trabajo que vamos a realizar?
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Pues en el caso en el que nosotros empujamos la caja por el plano inclinado,
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vamos a realizar un trabajo que va a ser igual a su variación de la energía potencial,
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ya lo hemos visto que si aquí es cero, aquí es h, pues va a ser igual a m por g por h.
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Y en el caso de la grúa, pues el trabajo que va a realizar es el mismo, también su variación de la energía potencial.
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Aquí tiene energía potencial 0, aquí está en altura h, por lo tanto m por g por h.
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Desde luego el trabajo que vamos a realizar en cualquiera de los dos casos es el mismo,
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porque lo que vamos a hacer es modificar la energía potencial de esta caja.
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Sin embargo, lo que está claro es que seguramente los tiempos empleados para hacerlos no sean los mismos.
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Es muy probable que el tiempo que yo utilice en subir la caja por la rampa sea mucho mayor que el que vaya a utilizar la grúa.
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Por lo tanto, no solamente me interesa o me importa el trabajo, sino que a nivel práctico también me interesa el tiempo que he empleado en hacerlo.
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Esta relación entre el trabajo y el tiempo no es la misma para mí que para la máquina.
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Y esto es lo que se denomina potencia.
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La potencia nos mide justamente esta relación entre el trabajo efectuado o la energía que le hemos dado al objeto entre el tiempo.
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Y esto es lo que siempre hemos visto, sabemos que se mide como por ejemplo en vatios, en caballos de vapor, en los vehículos, en las máquinas térmicas,
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como por ejemplo los coches, etcétera, se utilizan las unidades de medida de caballo de vapor, etcétera.
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En el sistema internacional, como el trabajo se mide en julios y el tiempo se mide en segundos,
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pues la potencia será en julios partido por segundo y a esto se le da el nombre de vatios.
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Las unidades de medida son vatios, con dos t's.
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Parece que está bien.
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Bien, una vez que ya sabemos lo que es la potencia, lo tenemos aquí, que es el trabajo que hemos visto antes por unidad de tiempo,
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ahora vamos a ver cómo invertimos este trabajo.
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Vamos a imaginarnos, por ejemplo, una máquina cualquiera, como puede ser, por ejemplo, un coche,
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una máquina térmica que a partir del calor de la combustión de combustibles fósiles, por ejemplo,
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pero no voy a meter en más detalles, transforma este calor de la combustión en movimiento en los ejes del coche
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y hacen que el coche adquiera velocidad.
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Si todo el calor se transformara para poder darme el movimiento, pues ocurrirían varias cosas.
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Lo primero, que todos los coches más o menos tendrían la misma velocidad, porque el combustible es bastante similar.
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Todos los coches de gasolina obtendrían siempre la misma velocidad.
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Eso es lo primero. Y lo segundo, no ocurrirían otras cosas como, por ejemplo, que el coche vibrara, etc. Es decir, tendríamos una transformación total del calor en velocidad.
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Otro ejemplo que os puedo poner, por ejemplo, sería un secador de pelo.
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En un secador de pelo lo que tenemos es una transformación de la electricidad en una salida que me da calor,
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porque da el aire caliente y movimiento
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tanto me aparece tanto calor como un movimiento en las aspas
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que hacen que el aire se desplace
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bien, si toda la energía que yo consumiera se transformara
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en calor y movimiento a la salida
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sería un secador perfecto, no notaría nada
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sin embargo, si yo cojo el secador por esta zona
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voy a notar que está caliente
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Es decir, que parte de esta energía se ha transformado en calor y la voy a perder en zonas en las que yo no las necesito. No toda la energía que yo consumo se transforma en una energía útil que vaya a poder utilizar.
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Esta relación que hay entre la energía útil que es la que yo utilizo y la energía que yo consumo para utilizar esto es lo que se denomina el rendimiento, que se utiliza para ello esta letra mu.
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El rendimiento me da esta relación entre la energía que yo consumo y la energía útil. Si el rendimiento es del 100% significa que toda la energía que consume la máquina absolutamente se va a transformar en energía útil. Esto todavía no se ha encontrado ninguna máquina capaz de hacerlo.
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Por lo tanto, cuando tengo una máquina, cualquier máquina, normalmente toda la energía que yo consumo no la va a poder transformar en energía útil
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De hecho, cuando compramos una máquina siempre nos hablan de una potencia, que es la potencia teórica
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Esa potencia teórica se alcanzaría si el rendimiento de la máquina fuera un 100%
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Bien, no solamente que todo el consumo se transforme en energía, sino que toda la energía que produce esta máquina realmente fuera algo útil.
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Parte de esta energía que va a producir precisamente va a ser el movimiento de las aspas, que a mí lo único que me sirve es el movimiento final del viento.
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Entonces esta relación es rendimiento y el rendimiento se define como el trabajo útil, la relación entre el trabajo útil y el trabajo teórico, ¿vale?
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y siempre multiplicado por 100, es un porcentaje.
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Siempre nos interesa saber qué porcentaje de la máquina está
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o qué porcentaje del trabajo es el que se está siendo utilizado.
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Y me dirás, nos estás hablando de energía y de trabajo,
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pero resulta que al principio del tema de lo que nos estás hablando es de potencia.
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Como la potencia es el trabajo por unidad de tiempo,
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en este tipo de relaciones vamos a utilizar el mismo tiempo
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en los dos casos, es decir, que el rendimiento también lo podemos expresar como la potencia útil entre la potencia teórica
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y también multiplicado por 100. De cualquiera de estas dos maneras es de las que nosotros vamos a poder hablar
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del rendimiento de una máquina. Habitualmente, como es una máquina, se utiliza el rendimiento
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como potencia. Vamos a echar un vistazo a un ejercicio que viene resuelto y que nos
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habla de esto. Nos va a permitir calcular potencia, trabajo y rendimiento. Nos habla
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de una máquina que tiene un motor de 100 caballos de vapor. Esta es la potencia teórica.
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La potencia teórica es la potencia que nos daría el motor si todo estuviera funcionando correctamente, si el rendimiento fuera del 100%, es decir, si todo el trabajo que vaya a realizar, absolutamente todo, fuera un trabajo útil que se puede transformar en un trabajo, por ejemplo, en el caso nuestro de elevar una caja.
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El trabajo que voy a realizar va a ser elevar una caja desde una altura inicial de 0 metros hasta una altura final de 30 metros.
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Y nos pregunta por una parte que expresemos la potencia en vatios, ya que nos la dan caballo de vapor.
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Entonces esto lo hace utilizando este factor de conversión, 1 kilovatio igual a 375 vatios.
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Así que ya hemos pasado los caballos de vapor a vatios, que es la unidad de medida de la potencia en el sistema internacional.
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Por lo tanto, vamos a ponerlo aquí, este serían, ¿cuánto hemos dicho? 73.500 vatios.
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Esta es, como hemos dicho, la potencia teórica.
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Ahora bien, ¿cuál es el trabajo que realiza el motor?
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El trabajo en este caso lo calcula mediante la definición de fuerza por desplazamiento, lo podemos calcular como la variación de la energía mecánica y nos da este dato que tenemos aquí, 2 millones, casi 3 millones de julios.
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Ese es el trabajo que va a realizar. Bien, ese trabajo lo realiza en un tiempo de un minuto. Así que no solamente nos interesa el trabajo, sino el tiempo. Por lo tanto, nos vamos a calcular la potencia útil.
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Realmente, ¿cómo ha hecho ese trabajo? Pues ha hecho ese trabajo de 2 millones, casi 3 millones de julios en un minuto que son 60 segundos y esto le da 49.000 vatios.
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Bien, fijaros que hay una diferencia entre la potencia nominal, que me está hablando de unos 73.000 vatios, y la potencia que de verdad me da, que son aproximadamente unos 50.000, un poquito menos de 50.000 vatios.
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Es decir, que no concuerdan, no es el mismo dato entre la potencia nominal y la potencia de salida.
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Por lo tanto, no tenemos un rendimiento del 100%.
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Y esa es la siguiente pregunta, que calculemos justamente el rendimiento.
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Y el rendimiento, que como os he dicho, se utiliza esta letra,
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hemos dicho que era la potencia útil entre la potencia teórica,
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habíamos hecho también consumida, etcétera, entre la potencia teórica.
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Y este dato nos da, siempre, perdón, multiplicado por 100.
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Y esto nos da 66,7%.
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Es decir, que tiene un rendimiento del 66,7%,
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que de cada 100 vatios, podríamos decir,
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de cada 100 vatios de trabajo, bueno, de potencia,
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que utiliza la máquina, en realidad solamente 66,7% los va a utilizar en el desarrollo de un trabajo útil.
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- Autor/es:
- Eva Dominique
- Subido por:
- Eva D.
- Licencia:
- Dominio público
- Visualizaciones:
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- Fecha:
- 27 de abril de 2022 - 20:08
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- CP INF-PRI-SEC MARTINA GARCIA
- Duración:
- 12′ 36″
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