Cómo convertir la energía mecánica en energía eléctrica en casa
Ahora que estamos hablando del trabajo realizado por fuerzas individuales, debemos hacer alguna mención a la tercera ley de Newton. Cada fuerza individual es una interacción en la que intervienen dos fuerzas iguales y opuestas, así que ¿cómo sabemos cuál de ellas debemos utilizar para calcular el trabajo realizado sobre un objeto? El trabajo realizado sobre un objeto se calcula a partir de la fuerza ejercida sobre él y el desplazamiento de ese mismo objeto. Así, cuando uno deja caer una manzana a la tierra, la fuerza de gravedad sobre la manzana multiplicada por la distancia a la que cae es el trabajo realizado sobre la manzana por la fuerza de gravedad. También hay trabajo realizado sobre la tierra, ya que experimenta una fuerza igual y opuesta, pero se desplaza mucho menos, por lo que el trabajo realizado sobre la tierra es mucho menor. Así que, aunque podemos utilizar el trabajo como una especie de sustituto de la fuerza, no es lo mismo que la fuerza: no existe una “tercera ley de Newton” para el trabajo.
Una cosa que nos ayudará a mantener las cosas claras en el futuro es la noción de sistema. Un sistema es un conjunto de uno o varios objetos que hemos agrupado arbitrariamente con fines contables. Esta agrupación está aislada de otros objetos (como un objeto en un diagrama de fuerzas), de modo que las fuerzas que actúan sobre él pueden tenerse en cuenta (mientras que otras fuerzas que distraen pueden ignorarse). Una vez hecha esta distinción, también podemos distinguir el trabajo realizado sobre un solo objeto como trabajo que procede del interior del sistema (que puede contener otros objetos) y trabajo que procede del exterior. Desglosando el trabajo realizado en estos dos tipos se obtiene un teorema trabajo-energía que tiene el siguiente aspecto:
Convierte la energía eléctrica en energía mecánica
La energía mecánica constante es un submodelo del modelo de energía mecánica, trabajo externo y trabajo interno no conservativo. Este modelo se aplica en el caso de que la fuerza externa neta aplicada al sistema sea cero y cualquier fuerza interna no conservativa (como la fricción cinética) no realice ningún trabajo. Si sólo se realiza trabajo externo conservativo, suele ser posible aplicar el Modelo de Energía Mecánica Constante redefiniendo el sistema para que ese trabajo sea interno. Entonces se puede contabilizar en la energía potencial del sistema redefinido.
De la energía eléctrica a la energía mecánica del viento y del sonido
La energía mecánica (ENG) requerida por un modelo de elastancia variable en el tiempo del ventrículo se comparó con el consumo de oxígeno por latido (VO2) del ventrículo izquierdo canino que se contrae bajo una variedad de condiciones de carga. Se demostró que el ENG necesario para que este modelo aumente su elastancia durante la sístole es igual a la suma de la energía potencial acumulada en la elastancia durante la sístole más el trabajo mecánico externo de la carrera. Este ENG es equivalente al área (PVA) delimitada por las curvas P-V de fin de sístole y fin de diástole y la extremidad sistólica de la trayectoria del bucle P-V en el plano P-V. Hubo una alta correlación (r = 0,89) entre los VO2s documentados en la literatura y los PVAs evaluados por el autor a partir de los datos de P-V que acompañan a las contracciones isovolumétricas y de eyección en 11 corazones. Un análisis de regresión lineal produjo una ecuación empírica: VO2 (ml O2/latido) = a . PVA (mmHg . ml/latido) + b, donde a = 1,37 X 10(-5) y b = 0,027, que puede utilizarse para predecir el VO2 a partir del PVA. Un estudio experimental preliminar en mi laboratorio confirmó la validez de esta ecuación empírica.
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Antecedentes y resumenPara mitigar con éxito las emisiones de gases de efecto invernadero, los sistemas energéticos deben transformarse mediante esfuerzos globales. Los datos abiertos pueden ayudar a impulsar y apoyar estos esfuerzos1,2. Esto no sólo se aplica al aspecto de la generación, que está cambiando de la conversión centralizada de energía fósil a la descentralizada de energía renovable. También se refiere al consumo de energía, que se está transformando (1) a través de medidas de eficiencia energética y (2) el cambio en las tecnologías de los usuarios finales (por ejemplo, la adopción de bombas de calor o vehículos eléctricos de batería). En última instancia, las transformaciones en el lado de la generación y el consumo definen las necesidades de infraestructura para la distribución de los vectores energéticos3.La modelización de los sistemas energéticos es cada vez más importante para el análisis de los escenarios energéticos y sus implicaciones en la infraestructura y la sociedad. Sin embargo, un análisis exhaustivo de los sistemas energéticos requiere datos adecuados. Una fuente muy extendida de estos datos son los balances energéticos. Los balances energéticos comprenden datos sobre la obtención, la conversión y el consumo de portadores de energía. La figura 1 muestra un ejemplo de balance energético. Los balances energéticos suelen dividirse en energía primaria y final, conversión de energía y consumo de energía en los sectores residencial, industrial, comercial y de movilidad. A pesar de ser valiosos para el análisis de los sistemas energéticos, los balances energéticos carecen de múltiple información que sería muy valiosa para analizar los futuros sistemas energéticos: