NO ME SALEN
   (APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   CALOR Y TERMODINÁMICA
 

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Adicional NMS 31* - Un dínamo conducido por un motor de vapor que utiliza 10³ kg de carbón por día produce una corriente de 200 A con una fuerza electromotriz de 240 V. ¿Cuál es la eficiencia del sistema si el valor energético del carbón es 6,6 x 10³ cal/g?

 

Un dínamo conducido por un motor no es otra cosa que un grupo electrógeno. Habitualmente el motor funciona a gasolina y lo que hace es mover el dínamo. El dínamo transforma la energía cinética en energía eléctrica. Vamos al ejercicio que es muy sencillo.

   

Para hallar la eficiencia tenemos que comparar la energía que recibimos con la energía que gastamos en producirla: el beneficio divido la inversión.

e = Eobt / Einv

Quien habla de energías también puede hablar de potencias, que es lo que vamos a hacer, porque es más sencillo en este caso.

e = PotDín / PotMáq

Un grupo electrógeno moderno.
   

Donde PotDín es la potencia del dínamo, que es la que obtenemos en forma de corriente eléctrica. Y PotMáq es la potencia con la que consume carbón la máquina de vapor, o sea, nuestro gasto.

Empecemos con la potencia del dínamo. Para los que ya aprendieron algo de electrodinámica es muy sencillo: la potencia de una fuente se obtiene multiplicando la intensidad de corriente por la diferencia de potencial:

PotDín = i . V = 200 A . 240 V = 4,8 x104 W

Para hallar la potencia de consumo de la máquina basta con realizar una serie de reglas de 3 simples. El valor energético (E/m) vale 6,6 x 10³ cal/g, en 1.000 kg tendremos...

E = 6,6 x 10³ cal/g . 1.000 kg = 6,6 x 109 cal

Pasémoslo a joules:

E = 6,6 x 109 cal . 4,18 J/cal =

E = 2,76 x 1010 J

Eso es lo que gasta en un día (o sea, en 86.400 s). La potencia media resulta:

PotMáq = 2,76 x 1010 J / 86.400 s

PotMáq = 3,2 x 105 W

La eficiencia resulta:

e = 4,8 x104 W / 3,2 x 105 W

   
  e = 0,15 es lo que hay
   
Las eficiencias (como los rendimientos) suelen expresarse en porcentuales. En nuestro caso sería un 15%. Supongo que un grupo electrógeno moderno será más eficiente.    
 
* Tomado de Física 3, de Hugo Medina Guzmán, Lima, PUCP, 2009.
Desafío: Si el dínamo convierte la energía mecánica en eléctrica con una eficiencia del 65%, ¿cuál es la eficiencia de la máquina de vapor?  
 
 
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