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Conceptos básicos
FUERZA: Cualquier acción que modifique el estado de reposo o movimiento de un cuerpo.
MASA, es la cantidad de materia que posee un cuerpo (magnitud escalar), mientras que el PESO es la fuerza con que la Tierra atrae al cuerpo. PESO, lo podemos definir como el producto de la masa por la aceleración de la gravedad.
DENSIDAD: indica la cantidad de masa del cuerpo contenido en un volumen definido de ella.
PESO ESPECIFICO: mide el peso de una sustancia por unidad de volumen.
PRESION: Presión es el cociente que existe entre la fuerza que se aplica a un cuerpo y la superficie de apoyo del mismo.
Qué es un fluido? Todo cuerpo que: tiene la propiedad de fluir, carece de rigidez y elasticidad, cede a cualquier fuerza que tiende a alterar su forma adopta así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases dependiendo de la fuerza de cohesión entre sus moléculas la distancia entre sus moléculas.
El LIQUIDO IDEAL cumple con determinadas características
-Es incompresible: sometido a fuertes presiones no modifica su volumen, los líquidos transmiten presiones
-Es no viscoso: el desplazamiento de una molécula respecto de otra es considerable
-Es irrotacional: la circulación del líquido por el conducto no presenta rotación de sus moléculas una respecto de las otras no hay remolinos régimen constante por un cauce o cañería circula una cantidad constante de líquido por unidad de tiempo.
Principio de Pascal
Si consideramos un recipiente lleno de un fluido, líquido o gas, cerrado con un émbolo provisto de un pistón de sección s, si aplicamos una fuerza sobre la superficie del émbolo, la presión generada por el fluido hará destapar todos los orificios del recipiente en el mismo momento y con la misma intensidad. Esta experiencia verifica principio de Pascal. La presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en equilibrio se transmite íntegramente a toda su masa con la misma intensidad y en todas direcciones y sentidos.
Prensa hidráulica
Los sólidos sea que soportan efectos de corte, si pueden trasmitir fuerzas de un lado a otro de su masa. Los líquidos transmiten presiones, por ser incompresibles pero no resisten fuerzas pues no soportar el efecto del corte. En un fluido en equilibrio, se equilibran las presiones que actúan en todas las direcciones sobre una partícula, es decir se tiene una resultante nula.
Teorema General de la Hidrostática
La diferencia de presiones entre dos puntos cualquiera de una masa líquida es igual al peso específico del líquido por la altura que separa dichos puntos. Es la presión que ejerce un líquido en reposo, sobre un cuerpo sumergido dentro de él. Esta presión se origina debido al peso del líquido que actúa sobre el área o superficie del cuerpo. Para deducir una fórmula que permita evaluar la presión de un líquido (PL) sobre un cuerpo sumergido, a una distancia h del nivel superior (altura del fluido).
La fórmula deducida nos indica que la presión de un líquido no depende de la forma del recipiente que lo contiene, sólo depende de la profundidad o altura del líquido y la naturaleza de éste.
Vasos comunicantes
Un sistema de dos o más recipientes de distintas formas y tamaños comunicados entre sí por su parte inferior constituye un sistema de vasos comunicantes.
Cuando vertemos un único líquido en uno de esos vasos, veremos que el nivel del líquido alcanzado en todos los vasos, sin importar su forma y tamaño es el mismo. Esto se explica a partir del principio general de la hidrostática.
Líquidos no miscibles: Cuando los recipientes de los vasos comunicantes contienen líquidos diferentes no miscibles entre sí y de distinta densidad, la altura que alcanzan en cada recipiente no es la misma.
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido en el seno de un líquido, recibe una fuerza de abajo hacia arriba a la que llamamos empuje, que es igual al peso del líquido desalojado. El cuerpo puede estar total o parcialmente sumergido en el fluido.
Si el peso del cuerpo es mayor al empuje el cuerpo se va a hundir, hasta el fondo. Si el peso y el empuje son iguales el cuerpo quedará flotando a dos aguas. Si el peso del cuerpo es menor al empuje el cuerpo quedará flotando hasta que se equilibre el peso con el empuje, es decir solamente una parte del cuerpo quedará sumergida.
Debemos tener en cuenta que para que un cuerpo flote en un fluido tiene que suceder que el peso específico del cuerpo sea menor al peso específico del fluido, si no, va a ir hacia abajo y va a flotar.
Es el estudio de los líquidos, fluidos en movimiento que se mueven, que se desplazan, por cañerías, por conductos, por cauces, en caída libre, en el aire. Estos líquidos son líquidos cuyas propiedades hacen que se aproximen a un fluido ideal; fundamentalmente el agua cumple con esta condición.
Se llama “flujo” al movimiento de un fluido dependiendo de las características se puede clasificar en:
1.- Flujo viscoso y no viscoso: los flujos viscosos son aquellos que presentan resistencia al avance. Todos los fluidos reales son viscosos.
2.- Flujo incompresible y compresible: Los flujos incompresibles son aquellos en que la densidad (ρ = Masa/Volumen) prácticamente permanece constante.
3.- Flujo laminar y turbulento: en el flujo laminar, el fluido se desplaza en láminas o capas paralelas. En el turbulento las partículas se mueven siguiendo trayectorias muy irregulares.
4.- Flujo permanente, o movimiento estacionario: si las propiedades como la densidad, la velocidad, la presión no cambian en el tiempo en un punto del espacio, entonces se dice que el flujo es permanente, pudiendo cambiar de un punto a otro.
Movimiento laminar: a bajas velocidades, los fluidos fluyen con un movimiento suave llamado laminar. Se dice que el movimiento de un fluido es laminar cuando las partículas del mismo se mueven en forma ordenada, manteniendo una estructura de capas regulares.
Movimiento turbulento: a velocidades altas, el movimiento de los fluidos se complica y se hace turbulento.
En los fluidos que fluyen por tubos, la transición del movimiento laminar al turbulento depende del diámetro del tubo y de la velocidad, densidad y viscosidad del fluido.
Cuanto mayores son el diámetro, la velocidad y la densidad, y cuanto menor es la viscosidad, más probable es que el flujo sea turbulento.
Cuando una sección se ensancha o adelgaza, como consecuencia del flujo continuo el agua disminuirá su rapidez en la parte más ancha y se acelerará en la parte más angosta.
Por la tubería circula líquido de densidad constante ρ. (Densidad = masa /volumen -> masa = Densidad x volumen)
Principio de Bernoulli
Consideremos un fluido en movimiento, bajo las siguientes condiciones: ideal (sin viscosidad), flujo estacionario (las variables en un punto dado no dependen del tiempo), incompresible, irrotacional (si colocáramos una ruedita dentro del fluido, ésta no comenzaría a dar vueltas).
Supongamos que tomamos una partícula dentro del fluido y la "seguimos", filmando todo su recorrido... entonces "veremos" una línea a la que se le llama "línea de corriente". Dentro del fluido hay entonces infinidad de "líneas de corriente" que indican la trayectoria de las infinitas partículas.
Dónde: δ es la densidad PA y PB son las presiones, VA y VB son las velocidades, hA y hB son las alturas de los puntos A y B respectivamente.
Se cumple que:
De las ecuaciones de continuidad y Bernoulli:
A MAYOR SECCIÓN, MENOR VELOCIDAD (continuidad) si el valor V x S siempre se tiene que mantener constante, porque el caudal que circula es constante, entonces donde el tubo sea más angosto LA VELOCIDAD SERÁ MAYOR. Entonces si el tubo se hace más angosto, para que pueda circular el mismo caudal, la velocidad de líquido tiene que aumentar. Exactamente lo contrario pasa si el caño se hace más ancho. La velocidad del líquido tiene que disminuir para que pueda seguir pasando el mismo caudal.
A MAYOR VELOCIDAD, MENOR PRESIÓN Algo importante que se puede deducir de la ecuación de Bernoulli es que en el lugar donde la velocidad del líquido que circula sea mayor, la presión será menor. Esto pasa solo si el tubo es horizontal. Es decir que si la velocidad a la salida aumenta, la presión en la salida va a disminuir. Este concepto de que "a mayor velocidad, menor presión" es bastante anti-intuitivo.
A MAYOR SECCION, MAYOR PRESION Por un lado, a menor sección, mayor velocidad. (Continuidad). Por otro lado a mayor velocidad, menor presión. (Bernoulli en tubos horizontales). Uniendo estas 2 ideas en una sola, puedo decir que a menor sección, menor presión. O lo que es lo mismo, a mayor sección, mayor presión. Esta conclusión significa que donde mayor sea el diámetro del tubo, mayor va a ser la presión en el líquido que circula. (Esto vale sólo para tubos horizontales). Esta conclusión también es bastante anti intuitiva.
Teorema de Torricelli
Este teorema puede aplicarse cuando se cumplen las siguientes condiciones: 1) Las presiones de "entrada" y de "salida" son iguales: pA = pB;
2) La sección "de entrada" (en A) es mucho mayor que la sección en B. Por lo tanto, la velocidad vA es despreciable frente a vB.
3) Y todas las otras hipótesis que se piden para que valga el Teorema de Bernoulli Bajo estas condiciones, vale, aproximadamente, que:
El calor es una forma de energía, es la energía térmica de la que está dotado un cuerpo, y se produce por vibraciones electromagnéticas de las moléculas.
El calor que posee un cuerpo es la suma de la energía cinética de todas las moléculas, tenemos que recordar que aunque un cuerpo está en reposo sus átomos y sus moléculas poseen movimiento.
Cantidad de calor, es la cantidad de energía que pasa de un cuerpo a otro o de una parte a otra de un mismo cuerpo.
Flujo de calor siempre se produce desde zonas de mayor temperatura hacia zonas de menor temperatura
El calor fluye hasta llegar a una única temperatura cuando las temperatura se igualan deja de fluir calor, entonces estamos en una situación de equilibrio, se dice que el cuerpo o los cuerpos están en equilibrio térmico.
La cantidad de calor que fue cedido va a ser igual a la cantidad de calor que fue tomado y la temperatura final será la misma y ahí dejara de haber flujo de calor. El calor se expresa en calorías o en kilocalorías.
Q entregado= Qtotal = ∑ Qinicial =∑Qsensible +∑QLatente
Calor sensible
Cantidad de calor que se debe entregar o cede un cuerpo al variar su temperatura sin generar un cambio de estado.
Calor latente
Es la cantidad de calor que cede o recibe un cuerpo para cambiar de estado.Durante el cambio de estado la temperatura no varía.
Dilatación
Cuando un cuerpo recibe calor sube su temperatura y además se dilata es, decir aumenta su volumen, cuando un cuerpo cede calor baja su temperatura y además se contrae. Los distintos estados térmicos pueden ser mensurados en base a la dilatación que experimenta una determinada sustancia bajo la acción del calor.
Transmisión del calor
CONDUCCIÓN Se da sin que haya ningún desplazamiento de materia. Se da en sólidos y eventualmente en líquidos en reposo. Al aumentar la temperatura en un extremo de un cuerpo las moléculas aumentan su energía de vibración, al chocar cada una con su vecina transmiten esa vibración hacia el otro extremo del cuerpo.
De esta manera se da el flujo de calor, se da desde los puntos de mayor temperatura al de menor temperatura. Las partículas que están a mayor temperatura vibran con mayor intensidad que las que están en contacto con sistemas a menor temperatura. Al vibrar más, aumenta su velocidad y chocan con las partículas vecinas menos excitadas a las que les transfieren parte de su energía.
Los metales son los mejores conductores térmicos: Cuanto más compacto es un material, más conductor es. Cuanto más poroso menos conductor por lo tanto es más aislante. El objetivo de la aislación térmica es impedir la transferencia de calor. La mayoría de los materiales utilizados como aislantes son porosos ya que mantienen el aire atrapado en su interior.
λ : Coeficiente de conductibilidad térmica, refleja la capacidad de transmitir calor de cada material.
Ley de Fourrier – Transferencia de calor
Habiendo un cerramiento que separe dos espacios, y estos dos espacios se encuentran a distinto estado térmico vemos que va haber una transferencia de calor del de mayor estado térmico al de menor estado térmico.
Aislación Térmica
El objetivo de la aislación térmica es impedir la transferencia de calor.
La mayoría de los materiales utilizados como aislantes son porosos ya que mantienen el aire atrapado en su interior. Los materiales porosos pueden tener los poros cerrados o abiertos.
Poros cerrados, el aire está estanco, como el poliuretano y el polietileno expandido.
Poros abiertos el aire tiene muy poca movilidad, como en la lana mineral o lana de vidrio.
Resistencia Térmica (R)
Resistencia que ejerce un elemento a la transferencia de calor. Cuanto mayor resistencia térmica tenga un aislante, mejor será.
El sonido se produce cuando algo vibra. La vibración perturba el medio a su alrededor (aire). Esto causa cambios en la presión. Estos cambios de presión se propagan constituyendo ondas de sonido. Las ondas sonoras son longitudinales.
Las tres componentes del sonido son:
Tono o altura: cuán grave o agudo es el sonido. Intensidad: cuánto volumen tiene. Timbre: cuál es su tonalidad.
Tono = Frecuencia
Es el número de repeticiones (o ciclos) por unidad de tiempo. Se mide en Hertz (1 Hz es un ciclo por segundo).
Volumen = Intensidad
El nivel de intensidad de sonoro se mide en escala logarítmica usando una unidad llamada decibel. (dB) dB = 10 x log (Intensidad/ Io)
Timbre = Forma de onda
El timbre depende de la forma de la onda sonora. Es lo que distingue un instrumento de otro.
Las ondas sonoras son periódicas pero pueden tener distintas formas. Estas formas se logran por superposición de ondas sinusoidales. A la frecuencia más baja se la llama fundamental y a las más altas armónicos.
ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO
OBJETIVO: IRRADIAR HOMOGÉNEAMENTE EL SONIDO DE UNA FUENTE SONORA EN TODAS LAS DIRECCIONES DE UN RECINTO, LOGRANDO UN CAMPO SONORO DIFUSO IDEAL.
MATERIALES ABSORBENTES POROSOS:
La disipación de energía en forma de calor se produce cuando la onda entra en contacto con las paredes de sus poros. Cuanto mayor sea el número de canales, mayor será́ la absorción producida.
MATERIALES ABSORBENTES SUSPENDIDOS EN TECHO: se suelen utilizar en espacios de dimensiones medias o grandes, como por ejemplo, comedores, talleres, fábricas y polideportivos.
DIFUSOR ACÚSTICO:
Se encargan de dispersar, uniformemente y en múltiples direcciones la energía sonora la energía sonora incidente.
La luz es una forma de radiación electromagnética, llamada energía radiante, capaz de excitar la retina del ojo humano y producir, en consecuencia, una sensación visual. El concepto luz tiene absoluta relación con quien la percibe, y que es a través de ella que el hombre se conecta visualmente con el mundo que lo rodea.
La energía radiante fluye en forma de ondas en cualquier medio con una dirección determinada (propagación rectilínea), y sólo es perceptible cuando interactúa con la materia, que permite su absorción o su reflejo.
Hay entonces un cuerpo emisor de la energía radiante y otro que la recibe. Esta interacción o transferencia de energía de un cuerpo a otro se denomina radiación.
Físicamente se puede interpretar la luz de 2 maneras, asociadas entre sí:
No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo, ni produce la misma sensación luminosa. No toda la energía que consume una lamparita se convierte en luz.
La fotometría es la parte de la óptica cuyo objetivo es determinar las intensidades de las fuentes luminosas y las iluminaciones de las superficies.
Al observar todas las cosas de nuestro alrededor, encontraremos que algunas de ellas emiten luz y otras las reflejan.
A los cuerpos productores de luz, como el sol, una hoguera, o una vela, se les llama cuerpos luminosos o fuentes de luz.
Los cuerpos que reciben rayos luminosos, como un árbol, una mesa, etc., se denominan cuerpos iluminados.
Se denomina espectro electromagnético al ordenamiento de la energía radiante según la longitud de onda o la frecuencia.
FENÓMENOS ASOCIADOS A LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ Reflexión / Refracción / Dispersión / Absorción / Difusión / Polarización / Difracción / Interferencia
Dispersión
La velocidad de una onda electromagnética es el producto de su frecuencia y su longitud de onda.
En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible. Pero cuando atraviesa sustancias materiales la velocidad se reduce y varía para cada una de las distintas longitudes de onda del espectro. Este efecto se denomina dispersión.
Reflexión - reflexión especular
La reflexión de la luz ocurre cuando las ondas electromagnéticas se topan con una superficie que no absorbe la energía radiante. La onda, llamada rayo incidente se refleja produciendo un haz de luz, denominado rayo reflejado. Si una superficie límite es lisa y totalmente no absorbente se dice que ocurre reflexión especular.
En la reflexión especular un solo rayo incidente produce un único rayo reflejado.
En el punto de incidencia el rayo incidente, el rayo reflejado y la perpendicular a la superficie límite se encuentran en el mismo plano.
El rayo incidente y el rayo reflejado poseen iguales ángulos en relación con la perpendicular y se encuentran sobre lados opuestos de ella.
Refracción
Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro de diferente densidad se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de propagación de una longitud de onda determinada en una sustancia se conoce como índice de refracción de la sustancia para dicha longitud de onda. El índice de refracción del aire es 1,00029 y apenas varía con la longitud de onda.
Absorción
Llamamos absorción a la conversión de luz en otra forma de energía, generalmente en energía calórica, en energía eléctrica (como la generada en las células fotoeléctricas), o en energía química (como la fotosíntesis realizada por las plantas). También puede ocurrir que cambie a una radiación de diferente longitud de onda (fluorescencia).
Un rayo de luz que atraviesa el vacío no sufre pérdida de energía, aun dispersándose.
Sin embargo en su pasaje por medios materiales tienen comúnmente pérdidas de energía debido a efectos de absorción y difusión.
Los colores de los objetos
Para poder ver los objetos es necesario que la luz incida sobre ellos. Lo que nosotros vemos después son los rayos luminosos reflejados por el objeto.
Cuando la luz blanca incide sobre algún objeto, el objeto absorbe algunos de los colores que componen la luz blanca y refleja los colores que no absorbe. Nosotros vemos los colores que no absorbe.
Intensidad luminosa
La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantificar la intensidad luminosa de una fuente de luz se utiliza la candela (cd) y la bujía decimal.
Flujo luminoso
El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm).
Rendimiento o eficacia luminosa
Es la relación existente entre el flujo luminoso y la potencia absorbida.
Iluminancia o Iluminacion
Es el flujo luminoso que recibe una superficie determinada. Relaciona el flujo luminoso que recibe la superficie con su extensión.
En general podemos distinguir entre tareas con requerimientos luminosos:
Requerimientos MINIMOS: estarían las zonas de paso (pasillos, vestíbulos, etc.) o los locales poco utilizados (almacenes, cuartos de maquinaria…) con iluminancias entre 50 y 200 lx.
Requerimientos NORMALES: zonas de trabajo y otros locales de uso frecuente con luminancias entre 200 y 1000 lx.
Requerimientos MAXIMOS: lugares donde son necesarios niveles de iluminación muy elevados (más de 1000 lx) porque se realizan tareas visuales con un grado elevado de detalle, que se puede conseguir con iluminación local.
Ley de Coulomb
La fuerza atractiva o repulsiva entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor, llamado corriente eléctrica, resulta imprescindible para hacer funcionar la mayoría de aparatos de nuestro entorno.
La fuerza entre cargas tiene distinto carácter en función del signo de las mismas. Cuando se ponen en contacto dos cuerpos cargados, uno negativamente (con exceso de electrones) y otro positivamente (con defecto de electrones), los electrones del primero experimentarán una fuerza que hará que se desplacen hacia el cuerpo cargado positivamente.
Se denomina corriente eléctrica al movimiento continuado de cargas eléctricas entre dos puntos.
La corriente eléctrica se produce a través de un medio que permite su paso, llamado conductor.
Si este recorrido se realiza de tal forma que las cargas pueden volver al punto de partida, se dice que se ha establecido un circuito eléctrico.
PARAMETROS
Las tres magnitudes básicas que caracterizan un circuito eléctrico son:
La potencia eléctrica que puede desarrollar un receptor eléctrico se puede calcular con la fórmula:
ENERGÍA CONVENCIONAL
Se denomina así a todas las energías que son de uso frecuente en el mundo o que son las fuentes más comunes para producir energía eléctrica. Como la fuerza del agua, como medio de producir energía eléctrica. Son ejemplos de energía convencional: el petróleo, carbón mineral, gas natural, la fuerza del agua para producir electricidad.
VENTAJAS: Aún hay recursos disponibles fuentes de energía convencional. Son formas probadas de extracción y uso energético. Hay procedimientos conocidos para su explotación .
DESVENTAJAS
Se basa en recursos por lo general no renovables. Hay contaminación del medio ambiente o impacto ambiental por las instalaciones necesarias.
ENERGÍA NO CONVENCIONAL
Se refiere a aquellas formas de producir energía que no son muy comunes en el mundo y cuyo uso es limitado debido todavía a los costos para su producción y su difícil forma para captarlas y transformarlas en energía eléctrica. También se les conoce como "energías limpias", ya que por lo general no combustionan, no contaminan (aunque todas tienen algún impacto en el medio ambiente) y no dejan desechos (excepto la madera). Dentro de las que más se están utilizando, están la energía nuclear, la energía solar, la energía geotérmica, la energía eólica y la energía de la biomasa.
VENTAJAS
Hay reciclado de materiales, que antes eran considerados desechos. Se aprovecha formas novedosas de energía existente en el planeta. Se echa mano del ingenio humano para resolver problemas de actualidad. Bajos niveles de contaminación.
DESVENTAJAS
Se necesita invertir mucho dinero en investigación para lograr usos eficientes. Ha habido quejas de usar granos para combustible en lugar de usarlos para alimentación humana. Falta conciencia de la necesidad de cambiar a estas formas de energía.
Energías convencionales:
No renovable: Petróleo, Nuclear, Carbón, Gas, Geotérmica.
Renovable: Leña, Hidroelectricidad
Energías no Convencionales
Renovable: Energía Solar, Energía Eólica, Energía del mar, Energía de la biomasa.
La energía solar se puede aprovechar básicamente de dos formas:
Mediante la energía solar activa (energía solar fotovoltaica y energía solar térmica). Obtención de agua caliente, Combustible de calefacción
Mediante la energía solar pasiva. Calefacción, Agua Caliente Sanitaria, Refrigeración, Climatización piscinas, etc.
La diferencia principal está en que en la energía solar activa hay un proceso de transformación energética. Mediante paneles fotovoltaicos transformarnos la energía solar en energía eléctrica o mediante paneles térmicos transformamos la energía solar en energía calorífica.
La energía solar pasiva son las técnicas que permite aprovechar la energía solar directamente sin tener que procesarla. Por ejemplo, dependiendo del diseño arquitectónico en la construcción de edificios se puede mejorar considerablemente el aprovechamiento energético natural.
La arquitectura sostenible es aquélla que tiene en cuenta el medio ambiente y que valora, cuando proyecta los edificios, la eficiencia de los materiales y de la estructura de construcción, los procesos de edificación, el urbanismo y el impacto que los edificios tienen en la naturaleza y en la sociedad.
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