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DINÁMICA. UNIDAD 3. TRABAJO Y ENERGÍA. ACTIVIDAD 19.

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CERRO AZUL CARRERA: Ing. Electromecánica MATERIA: Dinámica DOCENTE: Ing. Jesús Flores Báez UNIDAD 3: Trabajo y Energía ALUMNO: De la Cruz de la Cruz Jesús Emilio 19500366 PERIODO: Agosto-Diciembre 2020 Cerro Azul, Ver.

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Actividad 19. a. Investigar la historia y aplicación del concepto de HORSE POWER b. Investigar la historia y aplicación del concepto de CABALLO VAPOR c. Presentar por lo menos dos Tablas comparativas donde se comparen estos dos conceptos mecánicos.

POTENCIA MECÁNICA La potencia mecánica se define como la rapidez con que se realiza un trabajo. Se mide en watts (𝑊) y se dice que existe una potencia mecánica de un watt cuando se realiza un trabajo de un Joule por segundo: 1 𝑊 = 𝐽/𝑠𝑒𝑔 El hombre siempre ha buscado realizar su trabajo en el menor tiempo posible, de ahí la necesidad de introducir un nuevo concepto que señale claramente con qué rapidez se hace un trabajo, este concepto recibe el nombre de potencia. Por definición: Potencia mecánica es la rapidez con que se realiza un trabajo. Su expresión matemática es 𝑃 =

𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

donde: P = potencia en 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠/𝑠𝑒𝑔 = 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 (𝑊). Trabajo = trabajo realizado en 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 (𝐽). Tiempo = tiempo en que se realiza el trabajo en segundos (𝑠𝑒𝑔). Sin embargo, en mecánica se suelen emplear más comúnmente las siguientes unidades prácticas: el caballo de fuerza (H.P.) y el caballo de vapor (C.V.). En esta Actividad 19 se hablará un poco de estos conceptos, su origen, aplicación y como se relacionan.

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HORSE POWER Historia A finales del siglo XVIII (1776), James Watt inventó una nueva máquina de vapor con la que pretendía hacer más eficiente los trabajos mecánicos. En ese entonces se usaban caballos y máquinas simples para que realizaran las tareas que implicaban más fuerza de la que los seres humanos podríamos desarrollar. Al intentar comercializar esa tecnología, el ingeniero escocés se encontró con que sus posibles compradores no estaban tan familiarizados con las ventajas del uso de máquinas para suplantar el trabajo que realizaban los equinos. Fue entonces cuando calculó una medida que ayudara a entender a sus clientes qué tanto más trabajo realizaría la máquina que estaba presentándoles. Se trató de mezclar dentro del lenguaje utilizado las palabras, fuerza y caballos, entendiendo por supuesto que un solo equino equivale un solo animal realizando un trabajo. Su máquina creaba la fuerza de más de un caballo de fuerza. Para lograrlo, obviamente tenía que comparar la eficiencia de dos entidades completamente diferentes, es decir, su motor de vapor y la fuerza de los caballos, usando una sola unidad. Para lograr ese contraste entre animal y máquina, calculó la productividad de un caballo de tiro típico al determinar la cantidad de potencia que un caballo regular podría generar en un período de tiempo dado. La manera natural de lograr eso fue hacer que un caballo moviera cierta cantidad de peso, para luego hacer que su máquina trabajara sobre los mismos parámetros. Al final, Watt notó que un caballo típico podría levantar 14,968.5 kilos, 30.48 centímetros en un minuto (33,000 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠/𝑝𝑖𝑒 de trabajo por minuto). Así fue como una nueva unidad nació: los caballos de fuerza. La máquina que James Watt construyó podía realizar cinco veces esa misma tarea en el mismo tiempo, por lo que su máquina tenía una potencia de cinco caballos de fuerza. Esta aportación de Watt trascendió debido a la masificación de uso de la máquina de vapor y además extendió su uso a otro tipo de motores. Es una medida arbitraria que se ha mantenido viva a través de los siglos y hoy se emplea regularmente en la industria automotriz. Además de en cintas de correr y plataformas vibratorias, también puede encontrarse en las fichas técnicas de podadoras, aspiradoras y motores fuera de borda. Aplicación Pese a no pertenecer al sistema métrico, se sigue utilizando en muchos países de influencia anglosajona, especialmente para referirse a la potencia de los motores, tanto de combustión interna como eléctricos. Su magnitud es similar al caballo de vapor (CV), pero no exactamente equivalente. Como unidad de medida es equivalente a: 1 ℎ𝑝 = 33000

𝑙𝑏𝑓 ⋅ 𝑝𝑖𝑒 𝑙𝑏𝑓 ⋅ 𝑝𝑖𝑒𝑠 = 550 𝑠 𝑚𝑖𝑛

1 ℎ𝑝 = 745.7 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 1 ℎ𝑝 = 1.0138 𝐶𝑉

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CABALLO VAPOR Historia Cuando se instauró el sistema métrico decimal, originado en Francia, para la unidad de potencia mecánica se buscó un valor similar al horse power inglés, pero utilizando unidades decimales. Así nació el caballo de vapor, cheval-vapeur en francés (CV). En su definición se utilizan unidades del sistema métrico decimal. Es solamente un 1.37 % menor que el horse power anglosajón. Esta unidad es muy utilizada en Europa, aunque en otros países se prefiere utilizar el caballo de fuerza. Equivalencias Esta unidad de medida corresponde a una unidad de fuerza o trabajo, que en el sistema métrico corresponde al equivalente de la fuerza que se necesita para levantar 75 𝑘𝑔 a un metro de altura, todo esto, en un segundo (ver imagen). La relación entre el caballo de vapor (CV) y el vatio (W), unidad del Sistema Internacional, es: 1 𝐶𝑉 = 735.39875 𝑊 ≈ 735 𝑊 Las relaciones que existen entre CV y HP son: 1 𝐶𝑉 ≈ 0.986 𝐻𝑃 1 𝐻𝑃 ≈ 1.0138 𝐶𝑉 Aplicación Como el CV no pertenece al Sistema Internacional de Unidades, actualmente tiene un uso desigual y frecuentemente impreciso, ya que se le confunde con el HP inglés. Así, sigue siendo habitual referirse a la potencia de los motores de automóviles, embarcaciones, etc. en “caballos”; pero sin aclarar qué tipo de caballos (de vapor, CV, o de potencia, HP). En los países en los que el Sistema Internacional es el único legal, se utiliza el kW como unidad de potencia, aunque se acompañe de su equivalencia en algún tipo de “caballos”.

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Tabla 1. Tabla comparativa de las características de cada unidad de medida. Características Origen

Similitudes

Caballo de fuerza (HP)

Caballo de vapor (CV)

Fue propuesta por James Watt a finales delSe originó en Francia al siglo XVIII como una unidad de medida parainstaurarse el sistema métrico medir la potencia de una máquina. decimal Se utiliza de la misma manera, El caballo de fuerza es un sistema de medida utilizado actualmente en lasolamente depende de la medida que utilice cada país. industria automotriz. Pertenece al sistema métrico decimal. Equivale a levantar 75 kg a un Equivale a 33000 libras/pie de trabajo por metro de altura en un minuto. segundo. No pertenece al sistema internacional.

Diferencias

Tabla 2. Tabla comparativa de equivalencias en estas unidades de medida. Equivalencias

Caballo de fuerza (HP)

Caballo de vapor (CV)

1 𝐻𝑃 = 745.7 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠

1 𝐶𝑉 ≈ 735 𝑊

550𝑙𝑏𝑓 ⋅ 𝑝𝑖𝑒/𝑠

75 𝑘𝑔 ⋅ 𝑚/𝑠

1 𝐻𝑃 = 1.0138 𝐶𝑉

1 𝐶𝑉 ≈ 0.986 𝐻𝑃

Equivalencia en Watts (SI) Equivalencia en otras unidades Equivalencias entre sí.

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REFERENCIAS JAMES WATT Y LOS CABALLOS DE FUERZA (HP), CABALLOS DE VAPOR (CV) y POTENCIA (W). (2017, 2 noviembre). Historia F+Q. https://www.google.com/amp/s/ historiafyq.wordpress.com/2017/11/02/james-watt-y-los-caballos-de-fuerza-hp-caballos-devapor-cv-y-potencia-w/amp/ Rebolledo, R. A. (2017, 4 octubre). ¿Por qué medimos la potencia de los autos en caballos de fuerza? El Economista. https://www.google.com/amp/s/www.eleconomista.com.mx/amp/ arteseideas/Por-que-medimos-la-potencia-de-los-autos-en-caballos-de-fuerza-201706070011.html colaboradores de Wikipedia. (2020f, noviembre 29). Caballo de fuerza. Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.m.wikipedia.org/wiki/Caballo_de_fuerza colaboradores de Wikipedia. (2020a, marzo 30). Caballo de vapor. Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.m.wikipedia.org/wiki/Caballo_de_vapor...