Energia Cinetica y potencial.

Definición de energía mecánica.

La energía mecánica es la parte de la física que estudia el equilibrio y el movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de fuerzas.

Hace referencia a las energías cinética y potencial.

Energía cinética.

Se define como la energía asociada al movimiento. Ésta energía depende de la masa y de la velocidad según la ecuación: 

            E_c = ½ m . v² 

Con lo cual un cuerpo de masa m que lleva una velocidad v posee energía.

Energía potencial.

Se define como la energía determinada por la posición de los cuerpos. Esta energía depende de la altura y el peso del cuerpo según la ecuación: 

            E_p = m . g . h = P . h 

Con lo cual un cuerpo de masa m situado a una altura h (se da por hecho que se encuentra en un planeta por lo que existe aceleración gravitatoria) posee energía. Debido a que esta energía depende de la posición del cuerpo con respecto al centro del planeta se la llama energía potencial gravitatoria.

Tipos de energía potencial.

Elástica: la que posee un muelle estirado o comprimido.

Química: la que posee un combustible, capaz de liberar calor.

Eléctrica: la que posee un condensador cargado, capaz de encender una lámpara.

En algunas ocasiones un cuerpo puede tener ambas energías como por ejemplo la piedra que cae desde un edificio: tiene energía potencial porque tiene peso y está a una altura y al pasar los segundos la irá perdiendo (disminuye la altura) y posee energía cinética porque al caer lleva velocidad, que cada vez irá aumentando gracias a la aceleración de la gravedad.

Las energías cinética y potencial se transforman entre sí, su suma se denomina energía mecánica y en determinadas condiciones permanece constante.

Aerogeneradores.

Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía mecánica a un rotor héliceque, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternadortrifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.

Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc.

Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques aeolicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.

• Español: Esquema de una turbina eólica:

1. Cimientos
2. Conexión a la red eléctrica
3. Torre
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación
6. Góndola
7. Generador
8. Anemómetro
9. Freno
10. Multiplicadora
11. Pala
12. Raíz de pala
13. Buje

Cocina solar de caja.

Horno o caja. El horno o caja solar es una caja térmicamente aislada, diseñada para capturar la energía solar y mantener caliente su interior. Los materiales generalmente son de baja conducción de calor, lo que reduce el riesgo de quemaduras a los usuarios y evita la posibilidad de incendio tanto de la cocina como en el lugar en el que se utiliza. Además los alimentos no se queman ni se pasan conservando así su sabor y valor nutritivo.

La dirección de propagación de una onda se representa mediante líneas que se denominan rayos y según la forma de la superficie en la que inciden así será la dirección de los rayos reflejados. Cuando la forma de dicha superficie es parabolica todos los rayos que llegan paralelos al eje de la parábola se reflejan pasando por un mismo punto que se denomina foco. Esta es la propiedad fundamental en que se basan todos los ingenios parabólicos.

Un concentrador solar es un instrumento que sencillamente consiste en la concentración en un solo foco de los rayos incidentes en una superficie, consiguiendo de esta manera alcanzar altas temperaturas que permiten el cocido de los alimentos. Basta con orientarlo adecuadamente en la dirección del sol, para lograr que los espejos concavos con que cuenta convenientemente orientados concentren los rayos solares.

Las cocinas que concentran la radiación solar levantan temperatura muy rápido y sirven para freír, pueden tener altas potencias de cocción y funcionan en cualquier día del año, habiendo sol directo con buena intensidad. Requieren ajustes mucho más frecuentes que las cocinas tipo horno, se necesita cuidar el alimento, al funcionar de forma similar a una cocina de gas y alcanzar altas temperaturas es necesario tomar las mismas precauciones que con una estufa de gas por lo que necesitan manejarse con más cuidado, por ejemplo, usar protección para las manos al tomar las ollas o cacerolas y para evitar deslumbramiento por el resplandor de la radiación que se refleja en el espejo se recomienda emplear gafas oscuras.

Fuentes de Energia para una Casa Bioclimatica.

Se llama arquitectura bioclimática o pasiva a aquella que tiene en cuenta el clima en el que está inmersa, y utiliza estrategias clásicas o modernas para mantener en el interior de las edificaciones una condiciones de confort térmico y de luminosidad lo más libres posible de los avatares exteriores, sin el uso de tecnología o mecanismos complejos. Más restrictivamente, la arquitectura solar pasiva, o los elementos solares pasivos de la arquitectura, serían aquéllos en los que no intervienen energías convencionales en la función de adecuación y control de las condiciones de confort. De un modo amplio, la arquitectura bioclimatica también debe tener en cuenta el coste ecológico de los materiales que usa, la defensacontra la contaminación acústica y electromagnética, el uso de tecnologías renovables activas, y la implementación de sistemas de ahorro y recuèración de agua.

El concepto se basa en el empleo de un adecuado diseño de la edificación, asi como una apropiada utilización de materiales y sistemas constructivos. Para ello debe realizarse un estudio de muchos aspectos y factores climáticos como ser:

• Latitud y altitud de la zona de emplazamiento.
• Duración e intensidad de la redación solar.
• Temperatura del aire exterior y su variabilidad.
• Humedad relativa.
• Precipitación pluvial.
• Intensidad, frecuencia y dirección del viento.
• Grado de nubosidad y frecuencia.

Las puatas de diseño para captar o evitar los factores climaticos según nuestra conveniencia puede hacerse aprovechando:

• La orientación de la edificación y de las superficies expuestas.
• La relación entre superficie exterior y volumen interior (factor de forma).
• El color de los recubrimientos de superficie.
• El tamaño, ubicación, orientación y tipo de las ventanas.
• Los acristalamientos adosados tipo invernadero.
• El tipo, colocación y uso de persianas y cortinas.
• Los sistemas de penetración de luz y control lumínico.
• El uso de sistemas de sombreo fijos o móviles: aleros, toldos, pérgolas, etc.
• La distribución interior.
• Los huecos o patios interiores.
• La colocación y el tipo de vegetación en el exterior y en los patios.
• El uso del agua en fuentes y estanques.
• El espesor de los aislamientos y materiales de construcción de cerramientos
• xteriores y su posición relativa.
• El establecimiento de rejillas y huecos para el control de ventilación.
• El diseño de la trama y elementos urbanos.
• Los diseños especificos para captación de calor, refrigeración, ventilación iluminación, etc.

El 30 % de la energía consumida a nivel mundial se invierte en las edificaciones. Por ejemplo en España sólo con modificaciones en la legislación relativas a los aislamientos, a la introducción de factores de ganancia solar por orientación, y a la calidad energética de los edificios, se producirían ahorros superiores al 15 % sobre el total consumido en calefacción y refrigeración. Ecoetiquetas y certificaciones energéticas son actuaciones necesarias que debieran condicionar las ayudas publicas y privadas a la construcción de viviendas. 

Estrategias para la climatización de ambientes

Dos enfoques resolutivos, y no excluyentes, permiten mantener temperaturas más elevadas en el interior de las construcciones. Uno es la implantación de sistemas de penetración, captación y acumulación de la energía de la radiación solar. Técnicas clásicas y modernas nos permiten enfocar el problema de la captación de energía. A continuación se exponen algunas soluciones que hay que considerar como esquemas de actuación a la hora del diseño de un edificio.

La siguiente figura muestra como son las trayectorias del sol durante el invierno y el verano, de acuerdo a esta característica es la forma en que se proyectan los sistemas de calefacción en ivierno o ventilación y refrescamiento en verano.