1.COMO SE DEMUESTRA EL TEOREMA DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA EN LA VIA COTIDIANA.
Conservación de la energía
Sistema mecánico en el cual se conserva la energía, para choque perfectamente elástico y ausencia de rozamiento.
La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor. Dicho de otra forma: la energía puede transformarse de una forma a otra o transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece estable (o constante).
TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA.
A finales del siglo XVII, Isaac Newton sentó las bases de un nuevo concepto de la física e ideó la noción de fuerza como una magnitud que provocaba los movimientos de los cuerpos. Sin embargo, sus herederos ideológicos sustituyeron las fuerzas por la energía a ellas asociadas como causas primigenias de los hechos físicos. Según estos principios , los intercambios de energía entre los distintos sistemas son responsables de estos fenómenos y se manifiestan en diversas formas convertibles entre sí.
Un sistema ideal que no sufriera pérdidas constituiría un movil perpetuo, ya que su energía generaría un trabajo permanente. En la realidad, tales sistemas no existen, y las pérdidas energéticas se traducen en emisión de calor. Por ello se dice que el calor es la forma más degradada de la energía y no es recuperable para el sistema; en consecuencia, no resulta transformable.
El siglo XX presenció el nacimiento de una nueva teoría que obligó a modificar sustancialmente el concepto de energía y de sus relaciones de intercambio entre los cuerpos. La relatividad física, defendida por Einstein, observa la energía y la masa como diversas manifestaciones de un propiedad única, con lo que altera el tradicional principio de conservación. Así, la energía puede pasar a otros estados e incluso convertirse en masa, y a la inversa. Einstein, afirmó que toda clase de energía tiene masa determinada, y demostró que masa y energía son equivalentes; la propiedad llamada masa es, simplemente, energía concentrada. En otras palabras, materia es energía y energía es materia.
PRINCIPALES FORMAS DE ENERGIA
· ENERGIA MECANICA: Aquella que poseen los cuerpos en movimiento o bien la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna.
· ENERGIA ELECTROMAGNETICA: Generada por campos electrostáticos, campos magnéticos o bien por corrientes eléctricas.
· ENERGIA QUIMICA: Se origina por las reacciones químicas entre las sustancias; proporciona capacidad para efectuar un trabajo, por ejemplo: la dinamita, una batería de automóvil, una pila para radio.
· ENERGIA METABOLICA: Es la generada por los organismos vivos gracias a procesos químicos de oxidación como producto de los alimentos que ingieren.
· ENERGIA CALORIFICA: Es la que se transmite entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. La proporciona el calor; por ejemplo, una parrilla eléctrica, el vapor para mover una locomotora. El calor también tiene por efecto cambiar el estado de los cuerpos y, al aumentar su temperatura, los sólidos se vuelven líquidos (fusión) y los líquidos hierven (ebullición) y se evaporan. No hay que olvidar que la energía adopta sucesivamente varias formas antes de convertirse en calor, que es una forma degradada de energía.
· ENERGIA ELECTRICA: Es la que se produce por el movimiento de electrones a través de un conductor. mueve máquinas, enciende lámparas, calentadores, motores, es originada por un flujo de electrones a través de un conductor eléctrico. Se puede obtener energía eléctrica a través de cualquier otra forma de energía. Prácticamente se explota la energía hidráulica de saltos y ríos, o bien la energía térmica de la combustión de hidrocarburos; incluso la energía solar se aprovecha para suministrar electricidad a. ingenios espaciales. El único inconveniente que presenta la energía eléctrica es no tener un medio cómodo para almacenaría
FUENTES DE ENERGÍA
En el ámbito de la física, se diferencia una ingente variedad de procesos capaces de generar energía en alguna de sus manifestaciones. Sin embargo, las fuentes clásicas de energía utilizadas por la industria han sido de origen térmico, químico o eléctrico, recíprocamente intercambiable entre sí y transformable en energía mecánica.
Las fuentes de energía se pueden clasificar en:
1. RENOVABLES
2. NO RENOVABLES
· FUENTES DE ENERGIA RENOVABLES .Las energías renovables son aquellas que llegan en forma continua a la Tierra y que a escalas de tiempo real parecen ser inagotables.
Son fuentes de energía renovable:
Energía Hidráulica:
Es aquella energía obtenida principalmente de las corrientes de agua de los ríos. El agua de un río se almacena en grandes embalses artificiales que se ubican a gran altura respecto de un nivel de referencia. El agua adquiere una importante cantidad de energía potencial (aquella que poseen los cuerpos que se encuentran a cierta altura). Posteriormente, el agua se deja caer por medio de ductos, por lo tanto toda su energía potencial se forma en energía cinética (aquella que posee un cuerpo gracias a su estado de movimiento). La energía cinética de las caídas de agua se aprovecha, por ejemplo, para mover turbinas generadoras de electricidad, tal es el principio de las Centrales Hidroeléctricas.
Energía Solar:
Es la energía que llega a la Tierra proveniente de la estrella más cercana a nuestro planeta: El Sol. Esta energía abarca un amplio espectro de Radiación Electromagnética, donde la luz solar es la parte visible de tal espectro.
La energía solar es generada por la llamada fusion nuclear que es la fuente de vida de todas las estrellas del Universo.
El hombre puede transformar la energía solar en energía térmica o eléctrica. En el primer caso la energía solar es aprovechada para elevar la temperatura de un fluido, como por ejemplo el agua, y en el segundo caso la energía luminosa del sol transportada por sus fotones de luz, incide sobre la superficie de un material semiconductor (ej: el silicio), produciendo el movimiento de ciertos electrones que componen la estructura atómica del material. Un movimiento de electrones produce una corriente eléctrica que se puede utilizar como fuente de energía de componentes eléctricos o bien electrónicos. Es el caso del principio de funcionamiento de las calculadoras solares.
Energía Eólica
Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas que basan su funcionamiento en el giro de aspas movidas por los vientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.
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.
Este tipo de energía puede ser de gran utilidad en regiones aisladas, de difícil acceso, con necesidades de energía eléctrica, y cuyos vientos son apreciables en el transcurso del año.
Biomasa
Esta energía se obtiene de ciertos compuestos orgánicos que se han producido en el tiempo por procesos naturales, es decir, producto de transformaciones químicas y biológicas sobre algunas especies vegetales o bien sobre ciertos materiales. Un ejemplo de tal proceso lo constituyen los residuos forestales, los residuos de la agricultura y los residuos domésticos. Estos residuos se transforman con posterioridad en combustibles. En el caso de los residuos domésticos es necesario como paso previo a la obtención de energía, un plan amplio para la adecuada clasificación de las basuras y su posterior reciclaje.
Energía Mareomotriz
Es la energía obtenida del movimiento de las mareas y las olas del mar. El Movimiento de mareas es generado por la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna. Tal movimiento se utiliza para traspasar energía cinética a generadores de electricidad.
La gran dificultad para la obtención de este tipo de energía es su alto costo y el establecimiento de un lugar apto geográficamente para confinar grandes masas de agua en recintos naturales.
Fuentes de Energía No Renovables
Son fuentes de energía no renovables aquellas que se encuentran en forma limitada en nuestro planeta y se agotan a medida que se les consume.
Son fuentes de energía no renovables :
El Carbón
Es un combustible fósil, formado por la acumulación de vegetales durante el Periodo Carbonífero de la era Primaria de nuestro planeta. Estos vegetales a lo largo del tiempo han sufrido el encierro en el subsuelo terrestre, experimentando cambios de presión y temperatura lo que ha posibilitado la acción de reacciones químicas que los han transformado en variados tipos de carbón mineral.
El Petróleo
Es un aceite natural de origen mineral constituido por una mezcla de hidrocarburos. Estos hidrocarburos se producen por antiguos restos de organismos vegetales, organismos acuáticos y organismos vivos depositados en las profundidades de la corteza terrestre en forma de sedimentos.
El Gas Natural
Es una mezcla de gases combustibles depositados en forma natural en el subsuelo de la Tierra y que poseen un gran poder calorífico. En ocasiones los yacimientos de gas natural se encuentran acompañados por yacimientos de petróleo.
El principal componente del gas natural es el metano y en menor proporción los gases de etano, propano y butano.
Energía Geotérmica
Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída se presenta en forma de gases de alta temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua hirviendo (geyser) y en forma de agua caliente (fuentes termales).
Energía Nuclear
La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de fision nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por fusion nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía, debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar en base a la relación Masa- energia producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.
En relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo, la generada por la combustión del combustible fósil del metano.
La energía nuclear, inmersa en una fuerte controversia por los peligros de su utilización militar y lo delicado de su mantenimiento, ha experimentado un fuerte avance en la segunda mitad del siglo XX. Fenómeno natural en la formación del universo, la magnitud de las energías desprendidas en el curso del proceso lo convierten en altamente nocivo para el organismo humano, por lo que es preciso mantener complejos sistemas de seguridad. Existen dos procedimientos fundamentales de obtención de energía nuclear: la fisión de elementos ligeros para dar átomos más complejos. La enorme cantidad de energía resultante procede de la transformación de parte de la masa, tal y como vaticinó Einstein en su teoría de la relatividad. Las centrales nucleares suelen tener un aprovechamiento eléctrico, aunque pueden ser empleadas también como fuentes térmicas.
La energía térmica o calorífica procede de la combustión de diversos materiales, y puede convertirse en mecánica a través de un serie de conocidos mecanismos: las máquinas de vapor y los motores de combustión interna aprovechan el choque de moléculas gaseosas sometidas a altas temperaturas para impulsar émbolos, pistones y cilindros; las turbinas de gas utilizan una mezcla de aire comprimido y combustible para mover sus álabes; y los motores de reacción se basan en la eyección brusca y a gran velocidad de los productos de la reacción por una tobera. El primitivo combustible, la madera, fue sustituido a lo largo de las sucesivas innovaciones industriales por el carbón, los derivados del petróleo y el gas natural. En determinadas regiones y períodos históricos se emplearon también desechos agrícolas para tal fin.
Ciertas reacciones químicas desprenden energía aprovechable como resultado de sus interacciones moleculares. Aparte de las reacciones de combustión, en las que las sustancias se queman al entrar en contacto con el oxígeno y cuyo ámbito puede encuadrarse dentro de las fuentes térmicas, la energía que interviene en ciertos procesos en disoluciones ácidas y básicas o sales puede recogerse en forma de corriente eléctrica. Puede asimismo verificarse el proceso inverso. En ello radica el fundamento de las pilas y los acumuladores.
La energía eléctrica, por su parte, se produce principalmente a partir de transformaciones de otras formas de energía, como la hidráulica, la térmica y la nuclear. El movimiento del agua o el empuje del vapor accionan las turbinas que ponen en funcionamiento el rotor de dinamos o alternadores para producir la corriente eléctrica. Este tipo de energía presenta como principales ventajas su fácil transporte y su bajo precio, y constituye quizá la forma más extendida en el uso cotidiano. Los motores eléctricos son los principales dispositivos de conversión de esta energía en su manifestación mecánica.
Las crisis energéticas ocurridas a lo largo de la segunda mitad del siglo XX supusieron nuevos planteamientos de búsqueda de energías. Así, se han registrado dos tendencias aparentemente opuestas: los proyectos e inversiones destinados a dominar los procesos de reacción nuclear y los sistemas de aprovechamiento de energías naturales no contaminantes, entre las que destacan la hidráulica, la solar, la eólica y la geotérmica. Como resultado de estas nuevas preocupaciones se ha alcanzado un mayor índice de aprovechamiento de los recursos terrestres y marítimos de determinadas regiones del planeta.
La energía hidráulica, aprovechada desde hace mucho tiempo, ofrece amplias posibilidades fluviales y marítimas. Las cascadas, los saltos de agua y la enorme fuerza de las mareas constituyen claras muestras de potenciales de fuente de energía. Así, mientras las presas y pantanos han servido para almacenar agua y energía transformable fácilmente en eléctrica, las mareas no han encontrado, dada la complejidad de su mecanismo, soluciones eficaces a su aprovechamiento.
Los molinos y los barcos de vela sirvieron con profusión a lo largo de la historia de uno de los tipos primarios de energía, la eólica, producida por el viento. Esta manifestación energética, directamente cinética al ser provocada por el movimiento del aire, posee un grado de rendimiento bajo y es de utilización insegura y no uniforme, aunque de escaso costo.
La energía solar representa el modelo más característico de fuente renovable. A pesar de sus recursos prácticamente ilimitados, al tomarse directamente de la radiación solar, el aprovechamiento energético no alcanza rendimientos equiparables a los de otras fuentes.
El procedimiento de recogida de esta energía en cuerpos situados detrás de cristales recibe el nombre de captación por efecto invernadero y tiene como finalidad última la producción de energía calorífica. Este mecanismo es de importante utilidad en la calefacción doméstica. Otros dispositivos permiten transformar la energía solar en eléctrica. Las fuentes termales naturales y las fuerzas telúricas generadas en el interior de la corteza terrestre constituyen formas energéticas de difícil aprehensión. La investigación científica sobre la utilidad de tales fenómenos en la industria se halla aún en un período de iniciación.
La degradación de la energía
La experiencia demuestra que conforme la energía es utilizada para promover cambios en la materia pierde capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa.
Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones energéticas asociadas a cambios materiales acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es menor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones.
2 COMO AFECTAN LAS TEMPERATURAS (ALTAS O BAJAS DE LOS HUMANOS)
TEMPERATURAS EXTREMAS
La respuesta del hombre a la temperatura ambiental, depende primordialmente de un equilibrio muy complejo entre su nivel de producción de calor y su nivel de perdida de calor.
El calor se pierde por la radiación, la convección y la evaporación, de manera que en condiciones normales de descanso la temperatura del cuerpo se mantiene entre 36.1 y 37.2 grados centígrados.
En condiciones de frío, cuando el cuerpo necesita mantener y aun generar calor, el centro termorregulador hace que los vasos sanguíneos se constriñan y la sangre se desplace de la periferia a los órganos internos, produciéndose un color azulado y una disminución de la temperatura en las partes dístales del cuerpo. Así mismo se incrementa el ritmo metabólico mediante actividades incontroladas de los músculos, denominadas escalofríos.
Efectos del calor en la salud Cuando el trabajador está expuesto a latos niveles de calor radiante o dirigido puede llegar a sufrir daños en su salud de dos maneras.
En la primera la temperatura alta sobre la piel, superior a 45 grados centígrados puede quemar el tejido.
Los efectos calves de una temperatura elevada ocurren, si la temperatura profunda del cuerpo se incrementa a más de 42 grados centígrados, es decir, se aumenta más o menos en 5 grados.
Las razones que pueden llevar a hipotermia son:
· Condiciones ambientales muy húmedas que ejercen demasiada presión contra la piel, impidiéndole reducir el calor por medio del sudor que se evapora.
· Por condiciones ambientales demasiado calientes que interfieren el sistema regulador del organismo que intenta contrarrestar los efectos de temperaturas altas.
· Puede ser causado por efectos aislantes de la ropa protectoras debido a la impermeabilidad de ésta y a sus propiedades de retención de calor.
Estrés por calor o golpe de calor Se produce cuando la temperatura central sobrepasa los 42 grados centígrados independientemente del grado de temperatura ambiental, El ejercicio físico extenuante puede producir este golpe de calor.
Convulsiones con sudoración profusa Pueden ser provocadas por una exposición a temperaturas altas durante un periodo relativamente prolongado, particularmente si esta acompañado de ejercicio físico pesado con pérdida excesiva de sal y agua.
Agotamiento por calor Es el resultado de ejercicio físico en un ambiente caliente. Sus signos son: temperatura regularmente elevada, palidez, pulso aumentado, mareos, sudoración profusa y piel fría y húmeda
Mediciones de calor en el medio ambiente En el estudio del estrés calórico las variables que se deben tener en cuenta son: energía metabólica producida por el organismo, movimiento y temperatura del aire, humedad, calor radiante y velocidad del movimiento del aire.
Energía metabólica producida por el organismo El proceso metabólico hace que el cuerpo produzca calor durante el descanso así como durante el trabajo. El calor metabólico generado por una persona promedio sentada tranquilamente es aproximadamente igual al de una lámpara de 100 vatios. Las velocidades del flujo calórico de las superficies del cuerpo aumentan o disminuyen tal como se observa en la figura de la página siguiente
Movimiento y temperatura del aire
se mide con algún tipo de anemómetro y la temperatura con un termómetro al cual se le llama termómetro de bulbo seco.
La temperatura de bulbo seco es la temperatura del aire registrada por un termómetro de vidrio con mercurio común protegido de fuentes de energía radiante directa.
Contenido de humedad del aire Generalmente se mide en un sicrómetro, que informa las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo. El término "bulbo húmedo" se emplea generalmente para medir la temperatura obtenida. Al combinar las lecturas del termómetro bulbo seco y bulbo húmedo se usan para calcular el porcentaje de la humedad relativa el contenido de humedad absoluta del aire y la presión de vapor de agua.
Calor radiante Es una forma de energía electromagnética similar a la luz pero de mayor longitud. Su energía es adsorbida por cualquier objeto que se le interponga, por ejemplo: el emitido por metales al rojo, llamas al descubierto y el sol.
Velocidad del movimiento del aire El aire en movimiento enfría el cuerpo por convección al renovar la película de aire o de aire saturado que se forma muy rápidamente por evaporación del sudor y lo reemplaza con una nueva capa de aire, capaza de aceptar más humedad de la piel.
Valores límites permisibles Estos valores se refieren a las condiciones del estrés calórico a las que se supone todos los trabajadores pueden estar expuestos en forma reiterada sin sufrir efectos adversos. El índice de temperatura de globo de bulbo húmedo (TGBH) es la técnica más simple y adecuada para medir los factores ambientales.
Exterior con carga solar.
TGBH = 0.7 BH + 0.2 TG + 0.1 BS
Exterior o interior con carga solar.
TGBH = 0.7 BH + 0.3 TG
Donde:
TGBH = índice de temperatura de globo-bulbo húmedo
BH = Temperatura natural de bulbo húmedo
BS = Temperatura de bulbo seco
TG = Temperatura del termómetro de globo
La determinación de la TGBH requiere el uso de un termómetro de globo negro, un termómetro de bulbo húmedo natural, estático y un termómetro de bulbo seco.
Los valores límites permisibles para la exposición al calor están dados en grados TGBH y se presentan a continuación
Efectos del frío en la salud Clínicamente se puede decir que un estado de hipotermia existe cuando la temperatura central del cuerpo es cercana los 35 grados centígrados. Con temperaturas inferiores el riesgo de muerte aumenta por un para cardiaco. Si la temperatura interna sigue disminuyendo, el ritmo cardiaco disminuye. Cuando ya no puede compensarse la pérdida de calor durante más tiempo, la temperatura interna desciende hasta cerca de los 30 grados en que gradualmente se detiene en escalofrío reemplazándose por una rigidez muscular.
Efectos de la exposición al frío
Cualquier condición de ambiente frío, puede inducir a la disminución de la actividad en cinco áreas: sensibilidad táctil, ejecución manual, seguimiento, tiempo de reacción, las cuales se encuentran en las categorías de ejecución motora y cognoscitiva.
Ejecución motora
En esta categoría son importantes dos factores: la temperatura de las extremidades que se usan y el ritmo de enfriamiento. La temperatura de la extremidad afecta la sensibilidad motora porque el frío causa la perdida de la sensibilidad cutánea.
Es el movimiento de aire en un espacio cerrado producido por su circulación o desplazamiento por sí mismo. La ventilación puede lograrse con cualquier combinación de medios de admisión y escape. Los sistemas empleados pueden comprender operaciones parciales de calentamiento, control de humedad, filtrado o purificación, y en algunos casos enfriamiento por evaporación.
Las necesidades higiénicas del aire consisten en el mantenimiento de unas condiciones definidas y en el aprovechamiento del aire libre. Para asegurar el bienestar de los trabajadores, las condiciones del aire respirable deben ajustarse al tipo de trabajo que se vaya a efectuar: ligero, medianamente pesado y pesado.
Los procesos de producción pueden ir acompañados de la emisión de gases, vapores, polvo o calor que modifican el estado y composición del aire, lo cual puede ser nocivo para la salud y bienestar de los trabajadores e igualmente provocar unas condiciones de trabajo incomodas que repercuten en el rendimiento personal. Se deben tener en cuenta las normas de higiene para establecer la concentración máxima permisible de estos factores en las zonas de trabajo.
CAUSAS DE CONTAMINACION DEL AIRE RESPIRABLE
Existen varias causas por las que el aire de un lugar de trabajo se transforma en viciado o irrespirable. Algunas causas son:
· Presencia de bacterias: cuando el aire recircula para conseguir la ventilación, la diseminación de las enfermedades transmisibles puede acelerarse, debido a la recirculación de polvo y gotitas contaminadas bacteriológicamente. Se pueden reducir por irradiación ultravioleta, poli glicoles o filtros eficientes.
· Percepción de olores: contaminación en el aire ya que son desagradables, no causan daño, pero pueden provocar incomodidad a los trabajadores. Se pueden contrarrestar utilizando desinfectantes, filtros de carbón, limpieza apropiada y el mejor de todos es agregar aire nuevo desde el exterior para que recircule el aire.
· Ambientes cálidos: los factores térmicos del ambiente afectan profundamente la vida diaria, la comodidad y la salud. El objetivo de los sistemas de calefacción y ventilación es que el calor pueda disiparse a una velocidad controlada. La temperatura confortable para un ser humano es de 20 grados centígrados.
EFECTOS DE LA VENTILACION DEFICIENTE
· Disminución en el rendimiento personal del trabajador por la presencia de un ambiente incomodo y fatigable.
· Alteraciones respiratorias, dérmicas, oculares y del sistema nervioso central, cuando el aire está contaminado, principalmente por factores de riesgos químicos.
· Posible riesgo de intoxicaciones ocupacionales por sustancias químicas, cuando estas, por defectos en los sistemas de ventilación, sobrepasan los valores límites permisibles.
· Creación de un ambiente de trabajo incomodo, que no incentiva al trabajador a laborar.
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