Introducción a la Ingeniería Eld cap1

Curso
Introducción
a la Ingeniería
EIE 140
Francisco Apablaza M.
2014
famapablaza@hotmail.com

Programa: objetivos
Objetivos Generales
a) Entender y analizar los conceptos básicos de la
Electricidad.
b) Analizar y calcular las variables eléctricas básicas
en un circuito.
2

Programa: objetivos
Objetivos Específicos
a) Identificar las variables eléctricas de corriente,
voltaje, resistencia y potencia de un circuito
eléctrico
b) Aplicar las leyes de Ohm, Kirchoff para analizar el
comportamiento de un circuito eléctrico de
corriente continua.
c) Identificar las variables eléctricas de corriente,
voltaje, resistencia y potencia de un circuito
magnético.
d) Aplicar las leyes de Ohm, Kirchoff para analizar el
comportamiento de un circuito magnético.
3

Programa: contenidos
CAPITULO 1 CONCEPTOS FÍSICOS , UNIDADES Y NOTACIÓN
1.1 Introducción
Ingeniería, Electricidad y Electrónica. Valores y conductas.
Método científico y metodología de trabajo y estudio.
1.2 Sistemas de unidades (inglés, MKS, CGS, SI).
1.3 Notación científica y prefijos.
1.4 Conversión entre unidades del mismo sistema y entre otros
sistemas.
1.5 Leyes de las unidades y símbolos.
1.6 Conceptos físicos de : potencia, trabajo y energía.
4

CAPITULO 2 CORRIENTE Y TENSIÓN
2.1 El átomo y su estructura.
2.2 Formas de representar la estructura atómica.
2.3 Ionización, electrones de valencia.
2.4 Electrón, protón, carga eléctrica.
2.5 Fuerzas de origen eléctrico.
2.6 Ley de Coulomb.
2.7 Campo eléctrico y analogía campo gravitacional.
2.8 Diferencia de potencial gravitacional y diferencia de potencial
eléctrico.
2.9 Formas de producir Fuerza Electro Motriz (FEM).
2.10 Fuentes fijas de Corriente Continua (pilas, acumuladores).
2.11 Corriente electrónica y corriente convencional.
2.12 Circuito eléctrico.
2.13 Analogía hidromecánica. 5

CAPITULO 3 RESISTENCIA
3.1 Introducción.
3.2 Conductores y aisladores.
3.3 Semiconductores.
3.4 Ley de Ohm, característica y símbolo.
3.5 Características físicas, tipos de cables.
3.6 Analogía hidromecánica.
3.7 Efectos de la temperatura.
3.8 Tabla de calibre de conductores.
3.9 Tipos de resistores.
3.10 Código de colores.
3.11 Conductancia.
6

CAPITULO 4 POTENCIA Y ENERGÍA ELÉCTRICA
4.1 Introducción.
4.2 Potencia eléctrica.
4.3 Potencia: disipada, suministrada y absorbida.
4.4 Energía eléctrica.
4.5 Rendimiento.
7

CAPITULO 5 CIRCUITOS ELÉCTRICOS SERIE Y PARALELO
5.1 Introducción.
5.2 Ley de voltaje de Kirchhoff (LKV).
5.3 Ley de corriente de Kirchhoff (LKI).
5.4 Circuito abierto y corto circuito
5.5 Circuito serie y resistencia equivalente.
5.6 Divisor de tensión.
5.7 Circuito paralelo y resistencia equivalente.
5.8 Divisor de corriente.
5.9 Circuito serie - paralelo.
5.10 Fuente de tensión ideal y real.
5.11 Fuentes de tensión en serie.
5.12 Fuentes de tensión en paralelo.
8

CAPITULO 6 FUENTES DE TENSIÓN Y FUENTES
DE CORRIENTE
6.1 Introducción.
6.2 Fuentes de tensión.
6.3 Fuentes de corriente.
6.4 Conversión de fuentes.
6.5 Fuentes de tensión en serie.
6.6 Fuentes de tensión en paralelo.
6.7 Fuentes de corriente en paralelo.
6.8 Fuentes equivalentes de tensión y corriente.
9

CAPITULO 7 RESOLUCIÓN DE REDES ELÉCTRICAS
7.1 Introducción.
7.2 Topología.
7.3 Resolución de circuitos aplicando las leyes de Kirchhoff (LKV,
LKI).
7.4 Resolución de circuitos aplicando el método de mallas ó lazos.
7.5 Resolución de circuitos aplicando el método de nodos.
7.6 Efectos de V = 0 , I = 0
7.7 Redes con puente.
7.8 Transformaciones delta - estrella y estrella - delta.
10

CAPITULO 8 TEOREMAS DE REDES ELÉCTRICA
8.1 Introducción.
8.2 Teorema de Superposición.
8.3 Teorema de Thèvenin.
8.4 Teorema de Norton.
8.5 Teorema de máxima potencia de transferencia.
11

CAPITULO 9 CIRCUITOS MAGNETICOS
9.1 Introducción.
9.2 Teoría de weber ó de los dominios magnéticos.
9.3 Magnetismo, líneas de fuerza, polos magnéticos.
9.4 Campo magnético.
9.5 Corriente eléctrica a través de un conductor ( regla de la mano derecha ).
9.6 Electroimán.
9.7 Fuerza Magneto Motriz (FMM).
9.8 Intensidad de Campo Magnético.
9.9 Flujo Magnético.
9.10 Densidad de flujo.
9.11 Reluctancia
9.12 Permeabilidad y permeabilidad relativa.
9.13 Ciclo de Histéresis
9.14 Curvas de magnetización.
9.15 Ley de Ohm de circuitos magnéticos.
9.16 Entrehierros.
9.17 Circuitos magnéticos serie. 12

CAPITULO 10 INTRODUCCIÓN A SISTEMAS
9.1 Sistema Eléctrico de Potencia.
9.2 Sistema de Distribución e Iluminación.
9.3 Sistema de Accionamiento y Electrónica de
Potencia.
9.4 Sistema de Telecomunicaciones.
9.5 Sistema de Control e Instrumentación.
9.6 Sistema Computacional.
13

Programa
Evaluación:
Al menos 3 pruebas acumulativas.
Pruebas expres de corta duración y trabajos personales, que se
promedian como una nota acumulativa.
Trabajos manuscritos se califican el contenido, la presentación ,
ortografía y caligrafía.
Nota de aprobación, presentación a examen y ponderación del
examen, según reglamento.
Durante las pruebas no se podrá utilizar notebook, tablet, ni
celular.
14

16
CAPITULO 1 CONCEPTOS FÍSICOS, UNIDADES
Y NOTACIÓN
1.1 Introducción
Ingeniería, Electricidad y Electrónica. Valores y
conductas.
Método científico y metodología de trabajo y
estudio.

17
Orientación
La PUCV: desde 21 de septiembre del año 1925
http://www.ucv.cl/
La EIE: Electricidad y Electrónica ¿diferencia?
http://eie.ucv.cl/escuela/ : reglamento
Navegador Académico:
https://nave10.ucv.cl//index.php
Aula Virtual: comunicaciones y material
http://aula.virtual.ucv.cl/wordpress/

19
El origen etimológico de la palabra ingeniería
viene del vocablo latino ingenium. Un término
que puede traducirse como “producir”.
La ingeniería es el estudio y la aplicación de
las distintas ramas de la tecnología.
El profesional en este ámbito recibe el nombre
de ingeniero.
Ingeniería

20
La actividad del ingeniero supone la concreción de una
idea en la realidad. Esto quiere decir que, a través
de técnicas, diseños y modelos, y con
el conocimiento proveniente de las ciencias, la
ingeniería puede resolver problemas y satisfacer
necesidades humanas.
La ingeniería también supone la aplicación de la
inventiva y del ingenio para desarrollar una cierta
actividad. Esto, por supuesto, no implica que no se
utilice el método científico para llevar a cabo los
planes.
Ingeniería

El Mundo Laboral
Las Competencias
Duras
Blandas
• Cualidades
• Fortalezas
• Formación
• Habilidades
21

Las Competencias
Duras:
Blandas
• Cualidades
• Fortalezas
• Formación
• Habilidades
• Formación Básica
• Formación Ingenieril
(Modelamiento)
• Formación Técnica
• Autonomía
• Autoaprendizaje
El Mundo Laboral
22

Las Competencias
Duras
Blandas: conductuales:
• Cualidades
• Fortalezas
• Formación
• Habilidades
• Responsabilidad
• Iniciativa
• Trabajo en Equipo
• Motivación
• Adaptación al medio
• Liderazgo
• Expresión-Comunicación
• Autoestima
• Honestidad
• Respeto...valores >>>
El Mundo Laboral
23

Valores
Humildad
Tolerancia
Ecuanimidad
Escuchar mas que oir
Honestidad
Iniciativa
Responsabilidad
El Mundo Laboral
24

Valores
El secreto de la sabiduría, del poder y del
conocimiento es la humildad.
Ernest Hemingway (1896-1961) Escritor
estadounidense.
Uno debe ser tan humilde como el polvo para
poder descubrir la verdad.
Mahatma Gandhi (1869-1948) Político y pensador
indio.
El Mundo Laboral
25

Valores
Exígete mucho a ti mismo y espera poco
de los demás. Así te ahorrarás
disgustos.
Confucio (551 AC-478 AC) Filósofo
chino.
El Mundo Laboral
¿ Empresas Nacionales e Internacionales ?
26

Método científico
Antes de que se concibiera el método
científico, la acumulación de conocimientos se
hacía a partir de la meditación y
observaciones casuales.
Debieron pasar siglos para darse cuenta de
que este camino era un callejón sin salida que
no producía más que preguntas equivocadas. Y
no fue hasta que se estableció el método
científico que la ciencia inició su crecimiento
y se empezó a expandir nuestro conocimiento
de las leyes naturales. 27

Metodología de trabajo y
estudio
Planificar el tiempo
Priorizar
Lectura, escritura, ejercitación
Concentración. Sin distracciones
Resúmenes
Trabajo en equipo
Aprender a aprender
http://www.psicopedagogia.com/tecnicas-de-estudio/metodo 30

Fuentes
Biblioteca
Internet
jamas : copiar y pegar
Apuntes: anotar, redactar, escribir
Compañeros: trabajo en equipo
33

CAPITULO 1 CONCEPTOS FÍSICOS, UNIDADES
Y NOTACIÓN
1.2 Sistemas de unidades (inglés, MKS, CGS, SI).
34

MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES
35
Son Ciencias experimentales aquellas que por
sus características y, particularmente por el
tipo de problemas de los que se ocupan, pueden
someter sus afirmaciones o enunciados al juicio
de la experimentación. En un sentido científico
la experimentación hace alusión a una
observación controlada; en otros términos,
experimentar es reproducir en el laboratorio el
fenómeno en estudio con la posibilidad de variar
a voluntad y de forma precisa las condiciones de
observación.

MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES
36
El trabajo científico se apoya en la realización de
medidas que facilitan una descripción de los
fenómenos en términos de cantidad. La medida
constituye entonces una operación clave en las
ciencias experimentales.
MAGNITUDES Y MEDIDA
El físico inglés Kelvin consideraba que solamente
puede aceptarse como satisfactorio nuestro
conocimiento si somos capaces de expresarlo
mediante números. La operación que permite
expresar una propiedad o atributo físico en forma
numérica es precisamente la medida.

Magnitud, cantidad y unidad
La noción de magnitud está
inevitablemente relacionada con la de
medida. Se denominan magnitudes a
ciertas propiedades o aspectos
observables de un sistema físico que
pueden ser expresados en forma
numérica. En otros términos, las
magnitudes son propiedades o atributos
medibles. 37
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

Hay Magnitudes:
escalares y vectoriales
La medida como comparación
La medida de una magnitud física
supone, la comparación del objeto que
encarna dicha propiedad con otro de la
misma naturaleza que se toma como
referencia y que constituye el patrón.
38
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

Cuando se ha elegido ese conjunto
reducido y completo de magnitudes
fundamentales y se han definido
correctamente sus unidades
correspondientes, se dispone entonces
de un sistema de unidades. La definición
de unidades dentro de un sistema se
atiene a diferentes criterios.
39
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

40
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

Un sistema de unidades es un conjunto consistente
de unidades de medida. Definen un conjunto básico
de unidades de medida a partir del cual se derivan el
resto. Existen varios sistemas de unidades:
 Sistema Internacional de Unidades o SI: es el
sistema más usado. Sus unidades básicas son:
el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el
kelvin, la candela y el mol. Las demás unidades
son derivadas del Sistema Internacional.
41
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES
http://www.bipm.org/

 Sistema métrico decimal: primer sistema
unificado de medidas.
 Sistema cegesimal o CGS: denominado así porque
sus unidades básicas son el centímetro, el gramo y
el segundo.
 Sistema Natural: en el cual las unidades se
escogen de forma que ciertas constantes físicas
valgan exactamente 1.
 Sistema anglosajón de unidades: aún utilizado en
algunos países anglosajones. Muchos de ellos lo
están reemplazando por el Sistema Internacional
de Unidades.
42
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

43
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

44
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

45
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

46
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

47
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

48
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

49
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

Exactitud, Precisión y error
50
Todas las medidas están afectadas en algún grado
por un error experimental debido a las
imperfecciones inevitables del instrumento de
medida, o las limitaciones impuestas por nuestros
sentidos que deben de registrar la información.
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

LO FUNDAMENTAL ES SER
CONSECUENTE CON UN SISTEMA
DE UNIDADES EN TODO EL
CALCULO.
51

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/uni
dades/unidades/unidades.htm
http://ocw.uv.es/ciencias/fisica/clase1.
pdf
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/uni
dades/medidas/medidas.htm
52
MAGNITUDES, MEDIDAS
Y UNIDADES

CAPITULO 1 CONCEPTOS FÍSICOS,
UNIDADES Y NOTACIÓN
1.3 Notación científica y prefijos.
53

NOTACIÓN CIENTÍFICA Y
PREFIJOS
La notación científica o notación exponencial
es un modo conciso de anotar números
mediante potencias de diez, esta notación es
utilizada en números demasiado grandes o
demasiado pequeños.
ej: la masa de un protón (aproximadamente
1.67×10^-27 kilogramos), la distancia a los
confines observables del universo
(aproximadamente 4.6×10^26 metros).
54
http://quiz.uprm.edu/tutorial_es/scno/sn_right.html

55
PREFIJOS

56
PREFIJOS

57
PREFIJOS

http://www.bipm.org/fr/si/si_brochure/chap
ter3/prefixes.html 58
Facteur Nom Symbole Facteur Nom Symbole
101 déca da 10–1 déci d
102 hecto h 10–2 centi c
103 kilo k 10–3 milli m
106 méga M 10–6 micro µ
109 giga G 10–9 nano n
1012 téra T 10–12 pico p
1015 péta P 10–15 femto f
1018 exa E 10–18 atto a
1021 zetta Z 10–21 zepto z
1024 yotta Y 10–24 yocto y
Préfixes SI
PREFIJOS

1.4 Conversión entre unidades del mismo
sistema y entre otros sistemas.
1.5 Leyes de las unidades y símbolos.
59
EJERCITAR

1.6 Conceptos físicos de : potencia,
trabajo y energía.
60

El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia,
actividad, operación; ἐνεργóς/energos = fuerza de
acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones
y definiciones, relacionadas con la idea de una
capacidad para actuar, transformar o poner
en movimiento.
En física, «energía» se define como la capacidad
para realizar un trabajo. En tecnología y economía,
«energía» se refiere a un recurso natural.
61
1.6 Conceptos físicos de :
potencia, trabajo y energía.

 Todos los cuerpos tienen energía.
 Es la capacidad de generar un trabajo.
 Energía es una magnitud abstracta que
está ligada al estado dinámico de un
sistema cerrado y que permanece
invariable con el tiempo.
62

 La energía es una propiedad asociada a los
objetos y sustancias y se manifiesta en las
transformaciones que ocurren en la
naturaleza.
 La energía se manifiesta en los cambios
físicos, por ejemplo, al elevar un objeto,
transportarlo, deformarlo o calentarlo.
 La energía está presente también en los
cambios químicos, como al quemar un trozo
de madera o en la descomposición de agua
mediante la corriente eléctrica. 63

Hay las energías renovables, como la
energía eólica, la energía hidráulica, la
energía solar,
y las no renovables, como el carbón, el
gas natural, el petróleo, la energía
atómica.
64

 Energía: capacidad de un cuerpo o sistema para
ejercer fuerzas sobre otros cuerpos o sistemas o
entre sus propios subsistemas.
 Si las fuerzas ocasionan variaciones temporales
microscópicas y desordenadas, hay transmisión de
energía en forma de calor. Si las variaciones son
macroscópicas o microscópicas ordenadas
(fenómenos eléctricos y magnéticos) hay
transmisión de energía en forma de trabajo.
65

La unidad de energía en el Sistema
Internacional es el joule (J),
que se define como el trabajo realizado
por una fuerza de un newton en un
desplazamiento de un metro en la
dirección de la fuerza
Donde N representa newtons; m, metros; kg:
kilogramos; s: segundos
66

Leyes de la termodinámica
67


SEGUNDA LEY:
El flujo espontáneo de calor siempre es
unidireccional, desde los cuerpos de
mayor temperatura hacia los de menor
temperatura, hasta lograr un equilibrio
térmico.
68

TERCERA LEY:
La tercera de las leyes de
la termodinámica,
propuesta por Walther
Nernst, afirma que es
imposible alcanzar una
temperatura igual al cero
absoluto mediante un
número finito de procesos
físicos. 69

Tipos de energía
 Energía eléctrica
 Energía luminosa
 Energía mecánica
 Energía térmica
 Energía eólica
 Energía solar
 Energía nuclear
 Energía cinética
 Energía potencial
 Energía química
 Energía hidráulica
 Energía sonora
 Energía radiante
 Energía fotovoltaica
 Energía de reacción
 Energía iónica
 El petróleo como
energía
 El gas natural como
energía
 El carbón como energía
 Energía geotérmica
 Energía mareomotriz
 Energía
electromagnética
 Energía metabólica
 Biomasa
 Energía hidroeléctrica
 Energía biovegetal
 Energía marina
 Energía libre
 Energía magnética
 Energía calorífica
70

Energía potencial
La energía potencial es energía almacenada
que existe dentro de un objeto
71

72
Las diferentes formas de energía se
dividen en 2 tipos: potencial y
cinética.
Energía cinética

Energía mecánica
Energía almacenada debido a su posición.
Las bandas de goma y resortes son buenos
ejemplos de energía almacenada mecánica
73

Energía nuclear
Las plantas de energía nuclear dividen
átomos en un proceso llamado fisión
74

Energía química
La energía almacenada en los alimentos,
madera, carbón, petróleo pilas, etcétera.
75

Energía gravitacional
Energía almacenada como consecuencia de
la gravedad.
76

Energía eléctrica
Energía producida cuando algo altera el
equilibrio o fuerza entre los electrones de
los átomos
77

Energía lumínica
La energía lumínica son la ondas que emiten
energía.
78

Energía térmica
A partir del calor. Un objeto caliente genera
radiación en forma de energía térmica
79

Energía hidráulica
Es la energía del agua en movimiento
80

Energía sonora
Es la que se obtiene por la vibración o
perturbación de un cuerpo generando
ondas acústicas que se transfiere por un
medio fisico.
81

Energía eolica
La energía del viento en movimiento
82

Energía calorífica
Esta energía implica que los átomos tienen
una determinada energía cinética a la que
nosotros le llamamos calor
83

Energía magnética
Esta energía se manifiesta en nuestro
planeta o en los imanes naturales
84

Energía hidroeléctrica
Este energía se obtiene mediante la caída de
agua desde una determinada altura.
85

Energía metabólica
Este tipo de energía llamada metabólica es
el conjunto de reacciones y procesos
físicos-químicos que ocurren en una célula
86

Energía electromagnética
Es la energía de la cantidad de energía
almacenada en un cuerpo magnético
87

Energía iónica
La cantidad de energía que se necesita para
separar el electrón menos fuerte unido a
un átomo neutro gaseoso de su estado
fundamental
88

Energía marina
Cuando algo se mueve está realizando un
trabajo y para hacer ese trabajo se
necesita energía
89

Energía libre
Parte de la energía total de un cuerpo
susceptible de transformarse produciendo
trabajo
90

Energía biovegetal
Un producto biovegetal como la madera
produce energía en su combustión
91

Energía fotovoltaica
De la transformación de la luz solar en
energía eléctrica
92

Energía solar
La energía solar es la energía obtenida
mediante la captación de la luz del sol
93

Biomasa
La biomasa se considera como tal de todas las
materias orgánica de origen vegetal o animal
94

95
Formas de energía
La energía se puede presentar en la naturaleza
de diferentes formas:
– Energía mecánica: Se debe al movimiento o a la
posición que ocupa un cuerpo.
– Energía térmica: Es la que se desprende en la
combustión de los cuerpos.
– Energía eléctrica: Se origina por el movimiento de
los electrones en el interior de materiales
conductores.
– Energía radiante: Es la que emiten los cuerpos.
– Energía química: La que se pone de manifiesto en
las reacciones químicas.
– Energía nuclear: Se libera en las reacciones de
fusión y fisión nuclear.
– Energía interna: Se debe al movimiento interno de
las partículas que constituyen la materia.

Física y Química 4ºESO
IES "JABALCUZ" JAÉN
96
Energía mecánica
Es la que poseen los cuerpos en función de su
estado de movimiento o de la posición que
ocupan en el espacio. Se estudia bajo dos
aspectos: energía cinética y energía potencial.

97
Energía cinética
Energía cinética: Es la que se
manifiesta en un cuerpo debido al
movimiento que realiza. Se define
como “la capacidad que tiene un
cuerpo para realizar un trabajo
mediante el movimiento”.
2
· 2
vm
Ec 

98
Relación entre trabajo y energía
cinética
Al aplicar un trabajo sobre un cuerpo
(fuerza x desplazamiento) se observa
que éste cambia su velocidad, por lo que
podemos deducir que cambia su Energía
cinética.
Trabajo = Variación de Ec= ΔEC= EC2 – EC1

Física y Química 4ºESO
IES "JABALCUZ" JAÉN
99
Energía potencial
Energía potencial: es la que posee un cuerpo en virtud
de la posición que ocupa con respecto a un sistema de
referencia. La podemos estudiar bajo dos aspectos:
energía potencial gravitatoria y energía potencial
elástica.

100
Energía potencial gravitatoria
Es el trabajo que se realiza para elevar un
cuerpo hasta una determinada altura.
Epg= m·g·h
La altura de referencia que tomamos es la
superficie de la Tierra. Por tanto, en un
desplazamiento horizontal no cambiará su
valor.
¿Qué energía potencial tendrá una persona de
50 kg de masa situada a una altura de 10 m?

101
Energía potencial elástica
Es la que posee un cuerpo
elástico debido a su estado de
tensión.
Para los cuerpos que se deformen
cumpliendo la ley de Hooke, la
energía potencial elástica que
almacena aumenta con el
cuadrado de la deformación.
Cuanto más se separa el cuerpo
de su posición de equilibrio,
mayor es la energía potencial
elástica que acumula.
K es una constante propia del material
con el que se hace el cuerpo.
2
2
xk
Ep 

102
Conservación de la Energía Mecánica
“La suma de la Energía cinética más la
Energía potencial que posee un cuerpo
se mantiene constante”. Es decir, lo que
aumente una de ellas, disminuye la otra.
Emecánica = constante
Ecinética + Epotencial = Emecánica

103
Energía del Universo
“La energía total que existe en el universo es
constante”
“La energía ni se crea ni se destruye, sólo se
transforma de una en otra”
En todos los procesos hay intercambio de
energía, pero la suma de todos los tipos
permanece constante. Aunque, hay ciertas
formas de energía que se pueden aprovechar
menos y se denominan energías degradadas.

La palabra trabajo tiene un
significado en física muy diferente al
que se utiliza en la vida ordinaria. En
la vida ordinaria, trabajo es
equivalente a "esfuerzo"; en física,
para que haya trabajo, es preciso una
fuerza sobre un objeto y un
desplazamiento de éste.
104

105
¿Qué es trabajo?
 Llamamos trabajo al producto de una fuerza por el
desplazamiento que produce.
 Si una persona lleva colgada la mochila, pero no se
mueve del lugar donde está NO realiza trabajo físico.
Lo que hace es un esfuerzo muscular.
 Llamamos energía a la capacidad que tienen los
cuerpos para producir transformaciones o para
realizar un trabajo.
 El trabajo y la energía se miden en las mismas
unidades.
 Cuando un cuerpo realiza un trabajo, pierde energía,
que la gana el cuerpo sobre el que se realiza el
trabajo. La variación de energía que tiene lugar es
igual al trabajo realizado.
Trabajo = variación de Energía ( ΔE)

106
Trabajo de una fuerza constante
Llamamos trabajo al producto escalar de la fuerza
aplicada sobre un cuerpo por el desplazamiento que le
produce.(Ya hemos dicho que si no hay
desplazamiento no hay trabajo).
W = F·x·cos α
α es el ángulo que forma la dirección de la fuerza con la dirección
del desplazamiento.
En el S.I. la unidad de trabajo se llama julio (J), que
equivale al trabajo realizado por una fuerza de 1N
cuando el cuerpo se desplaza 1m en la misma
dirección.
1 julio = 1 newton x 1 metro

La potencia es la cantidad de trabajo que se
realiza por unidad de tiempo. Puede
asociarse a la velocidad de un cambio
de energía dentro de un sistema, o al tiempo
que demora la concreción de un trabajo.
Por lo tanto, es posible afirmar que la
potencia resulta igual a la energía total
dividida por el tiempo.
107

108
Concepto de Potencia
 Es el cociente entre el trabajo
realizado y el tiempo que se tarda en
realizarlo.
 La unidad de potencia en el SI es el vatio o watt (w), que se
define como la potencia necesaria para realizar un trabajo de
un julio en un segundo.
)(
)(
st
JW
invertidotiempo
realizadoTrabajo
Potencia 
s
J
w
segundo
julio
vatio
1
1
1
1
1
1 

En Física, potencia es la cantidad de trabajo
efectuado por unidad de tiempo. Esto es
equivalente a la velocidad de cambio de
energía en un sistema o al tiempo empleado en
realizar un trabajo, según queda definido por:
P = dE / dt
donde
P es la potencia
E es la energía o trabajo
t es el tiempo.
109

CONCEPTO DE POTENCIA (P) MECÁNICA
Flujo de energía (Transferencia o Conversión) que cosiste en
la aplicación de una fuerza a un punto con velocidad en la
dirección de la fuerza.
Se llama trabajo W a la energía que fluye de esta manera.
110
P se mide en newton*m/s = vatio (watt)
Un P=1watt actuando durante 1 segundo se dice que
transfiere 1 julio de energía en forma de trabajo.

111
CONCEPTO DE TRABAJO (W)
Energía transferida mediante una potencia
mecánica (P)

112
Rendimiento
Llamamos rendimiento al cociente entre la
potencia real suministrada y la potencia teórica.
» Rendimiento =
Otras Unidades de Trabajo y Potencia.
 Trabajo: Kilovatio-hora (Kw·h) Equivale a
3.600.000 julios. Se utiliza mucho en la
factura de la electricidad.
 Potencia: Caballo de vapor (C.V. ó H.P. )
Equivale a 736 vatios. Se utiliza para
indicar la potencia de las máquinas.
100·
teóricapotencia
realpotencia

113
Máquinas simples
Son dispositivos o conjuntos de piezas que
transmiten fuerzas y consiguen alguno de los
siguientes efectos:
– Varían la intensidad (módulo) de la fuerza.
– Modifican su dirección.
– Transforman un tipo de energía en otro.
Condición de Equilibrio
“Trabajo de la fuerza motriz es igual al trabajo
de la fuerza resistente”
FMotriz·a = Fresistente·b

114
Tipos de máquinas simples
Las máquinas simples son conocidas y
utilizadas desde la antigüedad y las
más sencillas son:
 Palanca
 Polea
 Plano inclinado o pendiente
 Tornillo

115
Palanca
Es una máquina simple que varía la intensidad
de la fuerza transmitida.
Distinguimos los siguientes elementos:
– Punto de aplicación de la fuerza motriz. (FM)
– Punto de aplicación de la resistencia. (FR)
– Punto de apoyo de la palanca. FULCRO
– Brazo de la FM (a): distancia de ésta al fulcro.
– Brazo de la FR (b): distancia de ésta al fulcro.
FM·a = FR·b

116
Tipos de Palancas
Según la posición del fulcro, la FM y la FR,
las palancas se clasifican en:
 Palanca de primer género.
 Palanca de segundo género.
 Palanca de tercer género.
En las tres se cumple la condición de
equilibrio de las máquinas simples.

117
Palanca de primer género
El fulcro está
situado entre la
fuerza motriz y la
fuerza
resistente.

118
Palanca de segundo género
La FR está entre
la fuerza motriz y
el fulcro.

119
Palanca de tercer género
La fuerza motriz
se sitúa entre el
fulcro y la fuerza
resistente.

120
Poleas
 Son ruedas que se utilizan para elevar
cuerpos mediante cuerdas o cadenas que
transmiten la fuerza.
 Polea fija Sólo cambia la dirección de la
fuerza aplicada para hacer más cómodo el
esfuerzo.
 Polea móvil (Poliplasto) Es un conjunto de
poleas enlazadas que permiten disminuir la
fuerza motriz que debemos aplicar.
FM = FR/n
n = número de poleas

121
Plano inclinado
Es una línea que une un punto con otro situado a
mayor altura, formando un ángulo con la
horizontal. Disminuye la FM a cambio de recorrer
una distancia mayor.
FM x longitud = FR x altura

122
Tornillo
Son una variante del plano inclinado. La rampa se
enrolla en el cilindro central. La fuerza motriz
se aplica en la cabeza y la resistencia se vence
con la punta del tornillo.
FM x radio de la cabeza = FR x paso de rosca

123
Calor y energía térmica
Escalas de Temperaturas
 Llamamos calor a la transferencia de energía que
tiene lugar de un cuerpo caliente (temperatura
mayor) a otro frío (temperatura menor) cuando se
ponen en contacto. Por tanto, calor es un proceso
de intercambio de energía, similar al trabajo.
 Temperatura es una medida de la agitación
térmica de un cuerpo, es decir, de la energía
cinética de las partículas que lo forman. A mayor
energía cinética de las partículas, mayor
movimiento de éstas y mayor temperatura.
 En la actualidad se utilizan tres escalas de
temperatura: Fahrenheit, Celsius o centígrada y
absoluta. Se diferencian en la elección del punto 0
y en la escala.

125
Escalas de Temperaturas
Si llamamos C a la temperatura en
grados centígrados, F a la temperatura
en grados Fahrenheit y K a la
temperatura Kelvin, la relación entre
ellas es:
Cuando dos cuerpos están a la misma
temperatura, diremos que se
encuentran en equilibrio térmico.
100
273
180
32
100




KFC

126
Calor en intervalo de T
 Cantidad de calor transferida en un intervalo de
temperatura: El calor que se transfiere de un
cuerpo caliente a otro frío es:
 donde Q es el calor; m la masa de la sustancia; c la
capacidad calorífica y t2 y t1 las temperaturas
inicial y final.
 Se llama capacidad calorífica específica o calor
específico de una sustancia a la energía necesaria
para elevar un grado la temperatura de 1 kg de
dicha sustancia. Se mide en J/kg·ºC ó J/kg·K. El
calor específico de una sustancia se determina en
un calorímetro.
)·(· 12 ttcmQ 

127
Calor en cambios de estado
Cantidad de calor transferida en un
cambio de estado: Es la cantidad de
energía que se transfiere a 1kg de una
sustancia pura para cambiar de estado,
a una presión fija y a la temperatura del
cambio de estado.
Fusión:
Vaporización:
fLmQ ·
vLmQ ·

128
Otros efectos del calor
Dilatación en sólidos:
lineal: lt = l0(1 + λ·t)
λ es el coeficiente de dilatación lineal.
superficial: st = s0(1 + β·t)
β es el coeficiente de dilatación superficial.
cúbica: vt = v0(1 + γ·t)
γ es el coeficiente de dilatación cúbica.
Dilatación en líquidos:
Los líquidos sólo tienen dilatación cúbica. Es difícil
medirla, porque a la vez se dilata el recipiente que los
contiene.
Dilatación en gases:
Se dilatan mucho más que los sólidos y que los
líquidos. En el tema 4 estudiamos la relación entre
presión, volumen y temperatura de un gas.
'
''··
···
T
VP
T
VP
óTRnVP 

129
Transmisión del calor
conducción: es el proceso de
transmisión del calor en sólidos.
convección: es el proceso de
transmisión del calor en líquidos
radiación: es el proceso de
transmisión del calor en gases.

130
Equivalente mecánico del
calor
“Cuando una cierta cantidad de energía
mecánica se consume en un sistema se
produce una cantidad idéntica en forma de
energía térmica (calor)”; en otras palabras “el
trabajo realizado por un sistema material se
disipa en forma de calor”
W=Q
Caloría: es la cantidad de calor necesaria para
elevar un grado la temperatura de 1 gramo de
agua.
1 cal = 4,18 J 8 → 1 J = 0,24 cal

131
Degradación de la energía
Degradación de la energía: Hemos visto que el
calor es una forma de energía (energía
térmica), de manera que cualquier tipo de
energía se puede convertir en calor. Pero la
inversa es difícil, y no se consigue convertir
el calor en otros tipos de energía al 100%. Por
este motivo al calor se le llama energía
degradada, ya que no se puede aprovechar
por completo. Los procesos que cumplen el
principio de conservación de la energía, pero
cuyo proceso inverso nunca ocurre se llaman
procesos irreversibles.

132
Máquinas térmicas
Máquinas térmicas: Son dispositivos que pueden
transformar la energía térmica en otras formas
de energía, mecánica o eléctrica. Las más
conocidas son: máquina de vapor, turbina de
vapor y motor de explosión o combustión interna.

133
Máquina y turbina de vapor
Una máquina de vapor transforma en energía
mecánica la energía calorífica que se desprende
en la combustión.

134
Motor de combustión
El combustible es
quemado dentro del
motor, comprimiendo
antes los gases. El
gas resultante
empuja el émbolo que
toma un movimiento
alternativo y
rotatorio mediante
una biela y una
manivela.

documentación Aula
Cronología de EIE
¿Qué es ingeniería?
El método científico
Sistemas de Unidades
Notación Científica
Sistema Internacional de unidades
Energía, Trabajo y Potencia
136

Introducción a la Ingeniería Eld cap1

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (20)

Similar a Introducción a la Ingeniería Eld cap1

Similar a Introducción a la Ingeniería Eld cap1 (20)

Más de Francisco Apablaza

Más de Francisco Apablaza (20)

Último

Último (20)

Introducción a la Ingeniería Eld cap1