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Category Archives: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados.

Balance energético en un automóvil.

Publicada en 25 octubre, 2019 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01. Ingeniería Térmica I:, 01.01. Conceptos Fundamentales., 01.02. Balance en Sistemas Cerrados., 02. Ingeniería Térmica II:, 02.01. Motores Volumétricos de Combustión Interna (motores).

Previamente al Balance de Energía es necesario hacer un análisis dinámico.

En la figura se muestran todas las fuerzas que actúan en un vehículo en movimiento.

FUERZA NECESARIA PARA VENCER LA RESISTENCIA A LA RODADURA.

La fuerza necesaria para vencer la resistencia de rodadura, F_r, es

F_r=\mu\times N

donde \mu es el coeficiente de resistencia a la rodadura, y N es la componente normal al suelo, mg cos \alpha, del peso del vehículo. Así,

F_r=\mu mg cos \alpha

FUERZA EN LA SUBIDA (O BAJADA) DE UNA PENDIENTE

La fuerza en la subida (o bajada) de una pendiente, F_p, es

F_p= \pm mg sen\alpha

En esta ecuación se emplea el signo “-” cuando F_p y F_v tengan distinto sentido (cuando el vehículo sube), y “+” cuando tengan el mismo sentido (cuando el vehículo baja).

FUERZA NECESARIA PARA VENCER LA RESISTENCIA AERODINÁMICA

La fuerza necesaria para vencer la resistencia aerodinámica, F_a, es

F_a= \frac{1}{2}C_x\rho AC^2

donde C_x es el coeficiente de resistencia aerodinámica, \rho es la densidad del aire, A es la superficie frontal del vehículo y C es la velocidad a la que se mueve el vehículo en relación con la velocidad del aire en cuyo seno se mueve.

El aire atmosférico cumple bastante bien la ecuación de estado de gas ideal, por lo que se puede escribir

pv=RT

Y como v=1/\rho, queda \frac{p}{\rho}=RT, de donde resulta

\rho = \frac{p}{RT},

quedando, para la fuerza necesaria para vencer la resistencia aerodinámica,

F_a= \frac{1}{2} C_x \frac{p}{RT} A C^2

FUERZA EJERCIDA POR EL VEHÍCULO

En la figura, es F_v.

ECUACIÓN DE NEWTON

\Sigma \overrightarrow{F}= m \frac{d \overrightarrow{C}}{dt}

Aunque es mandatorio el empleo de vectores, como todas las fuerzas se encuentran en la misma dirección, se puede trabajar escalarmente considerando simplemente sus signos, resultando,

F_v - \left(\pm mg sen\alpha + \mu mg cos \alpha + \frac{1}{2} C_x \frac{p}{RT} A C^2 \right) = m \frac{dC}{dt}

Multiplicando la ecuación anterior por la velocidad, C ,

F_v C - \left(\pm mgC sen\alpha + \mu mgC cos \alpha + \frac{1}{2} C_x \frac{p}{RT} A C^3 \right) = m C \frac{dC}{dt}

En esta ecuación, F_v C es la potencia desarrollada por el vehículo, \pm mgC sen\alpha es la potencia requerida para subir la pendiente (o aportada en la bajada, lo que es importante en los vehículos eléctricos, que pueden emplear la energía generada para cargar baterías), \mu mgC cos \alpha es la potencia requerida para vencer la resistencia a la rodadura, \frac{1}{2} C_x \frac{p}{RT} A C^3 es la potencia requerida para vencer la resistencia aerodinámica (nótese que aumenta con el cubo de la velocidad) y m C \frac{dC}{dt} es la potencia requerida en la aceleración u obtenida en la frenada que, en el caso de los vehículos eléctricos, se puede emplear en la carga de las baterías.

Jornadas sobre Biomasa y Eficiencia Energética. 16 y 17 de Octubre.

Publicada en 10 octubre, 2018 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01. Ingeniería Térmica I:, 01.01. Conceptos Fundamentales., 01.02. Balance en Sistemas Cerrados., 02. Ingeniería Térmica II:, 03. Climatización.

La Junta de Castilla y León junto a la Oficina del VIII Centenario, la Oficina Verde y la Unidad de Cultura Científica de la Universidad de Salamanca organizan estas jornadas en las que se hablará de distintos aspectos de la eficiencia energética que afectan a una correcta instalación de biomasa.

El martes 16, a las 17:00 h en el Aula 11.2, Julio Cordero, (director de la Oficina del VIII Centenario) inaugurará esta jornada en la que participarán como ponentes Primitivo Málaga (director general de GEBIO), Jirko Bezdicek (director gerente de Levenger), Ángel Herrero (arquitecto de Estudio H y presidente de la Delegación de Salamanca del Colegio Oficial de Arquitectos de Léon), y Javier Rey (catedrático del Área de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Valladolid). Se hablará de responsabilidad en la gestión forestal y en la logística para el suministro de combustible, calderas comunitarias y de distrito (district heating), edificios de consumo casi nulo y un correcto manejo de las instalaciones por parte del usuario.

Tras la pausa habrá un debate abierto a todos los asistentes a la jornada.

El miércoles 17, a las 17:00h un autobús llevará a los participantes a visitar una instalación de biomasa modelo. El viaje será gratuito, previa inscripción a través de la web culturacientifica.usal.es.

Sistema de calefacción para coches eléctricos.

Publicada en 11 junio, 2018 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01. Ingeniería Térmica I:, 01.02. Balance en Sistemas Cerrados., 01.04. Balance en Volúmenes de Control., 03. Climatización., 03.01. Sistemas de Refrigeración y Bomba de Calor.

¿Cómo funciona un amortiguador?

Publicada en 3 noviembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados., 01.03. Propiedades Termodinámicas., 05. Otros ámbitos de la Ingeniería.

Así:

 

Y así:

Cámaras termográficas para el móvil.

Publicada en 25 febrero, 2016 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados., 03.04. Transferencia de Calor.

Las aplicaciones que podemos instalar en nuestros teléfonos móviles desde Google Play o en iTunes (como por ejemplo, ésta o ésta) que dicen hacer termografías, realmente no hacen termografías; basta con enfocar la cámara del teléfono a un radiador de calefacción cuando por él esté pasando agua caliente.

Las cámaras termográficas han dado un paso más en su evolución y ya existen cámaras termográficas que se pueden conectar directamente a nuestros teléfonos móviles. Y a unos precios muy competitivos con las termocámaras profesionales (unos 300 € o menos, dependiendo de dónde se compren). Por el momento, son las marcas FLIR y SeeK Thermal quienes se han posicionado en este nuevo mercado.

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Termocámara SeeK

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Termocámara FLIR

Hay más información de las cámaras aquí y aquí.

No siendo para el móvil, en la Escuela Politécnica Superior de Zamora disponemos de esta cámara: Nec Avio.

Nuevo motor eléctrico para aviones cinco veces más potente que los actuales.

Publicada en 8 abril, 2015 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados.

Si hace unos días nos sorprendían más que gratamente las noticias que nos llegaban desde la Universidad de Córdoba, acerca de sus investigaciones con baterías de grafeno que dieron lugar a la presentación de una Tesis Doctoral, ahora es Siemens quien nos avanza su nuevo motor eléctrico con una relación potencia/masa de 5 kW/kg, unas cinco veces superior a los más potentes actuales, que tienen una relación de en torno a 1 kW/kg.

Gracias a David (tophangar) por su aportación en nuestro Foro.

Se puede encontrar la noticia aquí.

Sin duda, la aplicación en Aviación, en lo que se refiere a propulsión a hélice, no se hará esperar y será más que oportuno retomar el experimento de Boeing, en el que participó nuestro amigo Cecilio Barberán pilotando un avión propulsado con una hélice movida con un motor eléctrico alimentado con una pila de combustible.

Balance energético para sistemas cerrados.

Publicada en 21 marzo, 2015 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados.

Tan simple como un Balance.

[E Int] = Energía Intercambiada (por calor o trabajo).
[E Cont] = Energía Contenida.

Calor y Trabajo son energías intercambiadas, [E Int]: no son energías contenidas.

● Calor es la energía intercambiada como consecuencia de un gradiente de temperaturas.
● Trabajo es la energía intercambiada que no lo es por calor.

Se pueden modificar las columnas de Q y W,y de [E Int].
La hoja Excell calcula el Balance, [E Cont], tras cada movimiento energético.

Existen, por tanto, dos criterios (o convenios) para la consideración de W. Podrían existir otros dos criterios para la consideración de Q pero en la práctica sólo se emplean dos para W.

El primer criterio (a la izquierda en la hoja de Excell), que da lugar a la expresión del balance de energía como \Delta E=Q+W, es el recomendado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC). Este criterio (o convenio) es el empleado habitualmente en Química e Ingeniería Química, y obedece al siguiente diagrama de signos:

IUPAC

\Delta E=Q+W
Convenio IUPAC.

El segundo criterio (a la derecha en la hoja de Excell), que da lugar a la expresión del balance de energía como \Delta E=Q-W, es el recomendado por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (American Society of Mechanical Engineers,ASME). Este criterio (o convenio) es el empleado habitualmente en Ingeniería Mecánica, yobedece al siguiente diagrama de signos:

ASME

\Delta E=Q-W
Convenio ASME.

La ecuación del balance de energía se puede expresar, también, como:

En forma incremental:

● Convenio IUPAC: \Delta E= Q+W
● Convenio ASME: \Delta E= Q-W

En forma diferencial (forma de la que, al integrar, se obtiene la ecuación en forma incremental):

● Convenio IUPAC: dE=\delta Q+\delta W
● Convenio ASME: dE=\delta Q-\delta W

En forma temporal (diviendo la forma diferencial de la ecuación por el intervalo de tiempo, dt):

● Convenio IUPAC: \frac{d E}{d t}=\dot{E}=\dot{Q}+\dot{W}
● Convenio ASME: \frac{d E}{d t}=\dot{E}=\dot{Q}-\dot{W}

¿Cuánto cuesta la Energía en España?

Publicada en 10 marzo, 2015 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados.

Ésto:

Tarifas reguladas (ene-2015).

Combustibles y carburantes (ene-2015).

Combustibles y carburantes (feb-2015).

Si se quiere saber el precio del kWh de energía eléctrica en tiempo real, http://www.tarifaluzhora.es.

Y si se necesita una representación en el Mercado Eléctrico (para la venta de energía en Cogeneración, por ejemplo), gnera energía.

Todo esto está bien y es útil pero… ¿cuál es la energía más barata y cuál la más cara?

Para responder a esta pregunta es necesario conocer el precio del kWh en cada una de las formas.

Perpetuum mobile, de Johann Strauss Jr., en versión de la Orquesta Filarmónica de Viena dirigida por Herbert von Karajan en el Concierto de Año Nuevo de 1.987.

Publicada en 3 diciembre, 2014 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados., 01.05. Entropía y Exergía.

Los móviles perpetuos no son un invento actual. Tan sólo hay que remitirse un poco a la historia.

Hasta Johann Strauss (hijo) le dedicó una de sus composiciones, que podemos escuchar habitualmente en el Concierto de Año Nuevo, todos los días 1 de Enero (que puedo asegurar que es un día que existe en el Calendario), interpretada por la Orquesta Filarmónica de Viena (una Orquesta que casi se dirige sola…).

Una pequeña parte de esta composición ha servido de Intro a una productora cinematográfica, Lauren Films, que muchos vimos en los cines, y que posteriormente ha editado muchos de sus títulos en DVD:

Esta sintonía venía acompañada siempre de la exclamación “¡ya empieza!”.

Los móviles perpetuos no dejan de hacernos pensar en la posibilidad de conseguir energía barata. Tan barata como que es gratis. Aquí tenemos algunos ejemplos que desafían nuestro conocimiento y nunca dejan de sorprendernos por el brete en el que colocan al Primer Principio de la Termodinámica, al aplicar éste a los procesos cíclicos que realizan.

El recipiente de autollenado de Boyle:

La rueda de Bhaskara:

El ventilador de rotación infinita:

La máquina perpetua de John Wilkins:

Y tantos otros más…

Gracias, Saúl.

La Factura doméstica de la Energía.

Publicada en 2 octubre, 2013 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.02. Balance en Sistemas Cerrados.

Aquí dejo una factura típica de consumo doméstico de gas natural y energía eléctrica en una vivienda. En ella he suprimido los conceptos de consumo. Nos servirá para hacer algunas cuentas en clase.

Factura de Electricidad y GasDesde luego, la energía se está poniendo a unos precios… y no digamos ya los Impuestos “añadidos” al IVA… en fin… no es el lugar, pero era como para escribir unas cuantas cosas…

 

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