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Aquí se muestra que es potencia y eficiencia con respecto a la dinámica
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Esta investigación se realizó un análisis respecto al enfoque de la potencia y de la eficiencia dentro de la rama de la dinámica. mediante la consulta y análisis de las distintas fuentes y páginas de internet informativas respecto al tema; además de exponer el tema central, se busca generar un entendimiento profundo y adecuado para la mención y practica del mismo. Dicho de una manera sintetizada, mediante la presente investigación documental se planea crear un estudio e indagación del tema para obtener conocimientos y herramientas con eficiencia y de esta manera, progresar dentro de la materia de dinámica. INTRODUCCION Dentro de la rama de la dinámica se hallan varios temas, entre ellos se encuentra el tema central de la presente investigación: Potencia y Eficiencia, aplicados a esta misma rama. Como parte del rubro introductorio, se pueden mencionar los conceptos de potencia y eficiencia aplicados a la dinámica ofreciendo asi al lector una visión básica apoyada de un ejemplo que fascilita la comprensión del tema: La potencia es el trabajo o transferencia de energía que se realiza por unidad de tiempo. El trabajo el cual se definió como la fuerza por una distancia en la que se mueve un objeto, pero también debemos de tomas en cuenta otros factores como son la distancia recorrida, como la cantidad de fuerza aplicada entiempo en que se realiza dicha acción o la rapidez en la cual se realiza. Al diseñar un sistema mecánico se devén de tomar en cuenta todos los factores antes mencionados y a menudo hay que tener en cuenta no solo cuanto trabajo se realiza sino también la rapidez en la que este se realiza. La eficiencia es la calidad con la que una maquina realiza un trabajo. A partir de las expresiones anteriores es posible relacionar la potencia mecánica que impulsa un móvil y su velocidad de desplazamiento. En este apartado sólo vamos a estudiar el caso simple en el que el objeto se mueve según un movimiento rectilíneo uniforme m.r.u. A partir de la definición de potencia, podemos relacionar la potencia desarrollada por una fuerza constante y la velocidad del cuerpo sobre el que actúa. No podríamos hablar de potencia sin dejar de lado la eficiencia que etimológicamente significa o proviene del latín efficientia que en español quiere decir, acción, fuerza, producción. En nuestro caso nos enfocaremos más en la eficiencia mecánica la cual la podemos definir como: la relación de la salida de potencia útil producida por la maquina a la entrada de potencia suministrada a la máquina. Con estos conceptos iniciales, se puede crear una noción de en qué consiste el tema y sus aplicaciones dirigidas hacia la dinámica. ANTECEDENTES El término dinámica suele ser usado como adjetivo en diversas situaciones como cuando nos referimos a una persona lo cual quiere decir que es un individuo activo con vitalidad, fuerza, energía, como sucede o se desenvuelve una situación y cuando hace referencia a movimiento como aquella canción tiene un ritmo dinámico.
dicho sistema de operación” (Dinamica, s.f.). “El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos, pero también en la termodinámica y electrodinámica” (Universidad de Sevilla, 2015). En otros ámbitos científicos, como la economía o la biología, también es común hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema. DESARROLLO DEFINICION DE POTENCIA Y EFICIENCIA LA POTENCIA es: el trabajo, o transferencia de energía, realizado por unidad de tiempo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. La potencia mide la rapidez con que se realiza ese trabajo. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho trabajo. El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos mecánicamente. También resulta útil, por ejemplo, en electricidad, pero en esta ocasión nos enfocaremos más a la dinámica. EFICIENCIA es: es la calidad con la que una máquina realiza su trabajo: los sistemas mecánicos siempre operan con pérdidas debido a la fricción. Es decir, el trabajo útil realizado por una máquina siempre es menor que el trabajo total realizado por esa máquina. A la relación entre estos dos trabajos realizados se le conoce como Eficiencia, anteriormente en las clases de dinámica se han visto conceptos como fricción y es aquí donde podemos relacionarla aun mas con las clases. TERMINOS DE POTENCIA Y EFICIENCIA. La potencia siempre se expresa en unidades de energía divididas entre unidades de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 julio de trabajo por segundo. Una unidad de potencia tradicional es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios. Potencia = dU = F (v) dt En el caso de un cuerpo rígido que gira con velocidad angular w sobre el que actúa un par de momento M paralelo al eje de rotación, se tiene de acuerdo con la ecuación... Imagen 2 - formula de potencia mecanica e imagen que lo ejemplifica. obtenido de: (Ramirez, 2019) Imagen 3 - sistema mecanico en el cual se prensenta trabajo. obtenido de: (López, 2008)
Potencia = dU = M d0 = Mw Dt dt La potencia se asocia con los dos tipos de movimiento conocidos, que son el rotacional y el traslacional. Como sabemos, el rotacional consiste en que el cuerpo gire sobre sus mismos ejes, teniendo entonces una fuerza de momento; en tanto que el traslacional consiste en que el cuerpo se mueva entre dos puntos separados por una línea recta, no necesariamente se tiene que mover con esta trayectoria y la dirección también puede variar. Hablando de la potencia traslacional, si el cuerpo se encuentra bajo la acción de una fuerza en una dirección constante, la potencia en este aspecto es: P= dU/dt; donde dU/dt = F(v) y como tenemos que F = mga. P = mga (v) La eficiencia mecánica se define como la relación entre el trabajo de salida y el trabajo de entrada η= (trabajo de salida) / (trabajo de entrada) La relación entre el trabajo de salida y entrada es, por tanto, igual a la relación de las tasas a las cuales se realiza el trabajo de salida y de entrada y se tiene η= (potencia de salida) / (potencia de entrada) y al hablar de la eficiencia podemos mencionar que, debido a las pérdidas de energía, resultado de la fricción, el trabajo de salida siempre es más pequeño que el trabajo de entrada y, en consecuencia, la salida de la potencia es siempre menor que la entrada de potencia. La eficiencia mecánica de una máquina es entonces siempre menor que 1. Cuando se usa una máquina para transformar la energía mecánica en energía eléctrica, o la energía térmica en energía mecánica, su eficiencia p rendimiento total puede obtenerse con la última formula. La eficiencia total de una máquina siempre es menor que 1. La η=1 es prácticamente hipotética en el mundo real. Ya que la eficiencia es un cociente de dos unidades iguales, ya sean las del trabajo o las de la potencia, estas se cancelan, quedándonos en un número sin unidades, es decir, una razón Potencia motriz a velocidad constante En general, cuando se habla de potencia motriz nos estamos refiriendo a la potencia asociada a la fuerza motriz. La fuerza motriz es la responsable del movimiento del cuerpo. Imagina un automóvil desplazándose por una carretera a velocidad constante. La fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo es nula, ya que no existe aceleración (velocidad constante), sin embargo, para vencer las Imagen 4 - representacion del movimento rotacional en un balon. obtenido de: (Ramirez, 2019) Imagen 5 - representacion de pontencia translacional obtenido de: google imágenes
Como norma general, la potencia generada en un proceso es una fracción de la potencia consumida (en el caso del foco, parte de la energía eléctrica se transforma en luz y parte en calor) y por tanto el cociente entre potencia generada y consumida será menor que uno. No obstante, en los procesos en los que se busca transformar energía, los científicos e ingenieros buscan que dicho cociente se aproxime lo más posible a uno para evitar el desperdicio energético. EJEMPLOS DE ESTOS EN LA VIDA REAL Para comenzar podemos pensar con un ejemplo conceptual. La fuerza motriz es la responsable del movimiento del cuerpo. Imagina un automóvil desplazándose por una carretera a velocidad constante. La fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo es nula, ya que no existe aceleración (velocidad constante), sin embargo, para vencer las fuerzas de rozamiento (o fricción) con el suelo y con el aire, se precisa que el motor desarrolle una fuerza denominada fuerza motriz, en sentido del movimiento (y por tanto contraria a las fuerzas de rozamiento). La potencia asociada a tal fuerza se denomina potencia motriz. La fórmula anterior es de gran utilidad en la industria automovilística donde se precisa reducir la fricción con el suelo y con el aire al mínimo. Otro ejemplo es el cálculo de la eficiencia en una bomba muchas veces se necesita saber como es el desempeño de una bomba para poder determinar una ideal, por ello se muestra el siguiente ejercicio Un motor de 75 W teóricos tarda 2 minutos en elevar 20 litros de agua a 25 metros de altura. ¿Cuál es el rendimiento del motor? Veamos los datos que tenemos: Potencia teórica del motor = 75 W tiempo = 2 min (120 seg) masa de agua = 20 litros altura (h) = 25 m Razonamiento: Hay que elevar 20 litros de agua hasta los 25 metros. Hacerlo significa elevar (mover, desplazar) la energía potencial de esa masa de agua, que podemos calcular con la fórmula: Una vez que el motor, cuya potencia teórica es de 75 W, ha elevado el agua, esa energía potencial se convirtió toda en Energía cinética = 4.900 J , lo que a su vez corresponde con el Trabajo realizado = 4.900 J durante 120 segundos .} Sabemos que la potencia efectiva (P) corresponde al Trabajo realizado (T) partido por el tiempo (t) empleado en realizarlo
Recuerden que 1 W es igual 1 Joule/segundo Ahora podemos calcular el rendimiento o la eficiencia del motor: El rendimiento o eficiencia es la relación entre la potencia útil y la teórica: Respuesta: El rendimiento (eficiencia) real o útil del motor es de 54,44 %. IMPORTANCIA EN LA VIDA REAL Existen muchos procesos en este mundo que requieren conocer el trabajo que se puede realizar para una acción ya sea para poder analizar los distintos fenómenos que ocurren como también poder aprovechar estos mismos fenómenos para utilizar energía de ellos y de manera inversa determinar las fuentes que sean efectivas para generar un trabajo en específico. Para conocer su importancia debemos profundizar en la potencia vista desde la física de la cual derivan los otros conceptos de esta, es necesario, entre otras cosas, para el estudio de las máquinas, algunas de las cuales, como las grúas de carga o las tuneladoras, tienen por principal función el desarrollo del máximo trabajo en el menor tiempo posible. En muchos casos es vital conocer la eficacia con la cual un sistema realiza su trabajo esto con el fin de mejorarlo. En muchos casos el la fricción que se genera en muchas maquinas genera mucho calor y es importante ¿tomar en cuenta esto para evitar accidentes considerando la eficacia de estos.
