Es una evidencia general en cualesquier parte de nuestro
planeta, que si consumimos alimentos y bebidas saludables, estos
nos darán energía para transformarla en trabajo
físico y mental.
Por el contrario si los alimentos son dañinos o
perjudiciales a la salud, no solo NO nos proporcionarán
energía, sino que aún nos quitarán o
perderemos la poca que teníamos.
Me parece que hay un colapso en los sistemas porque de
un sistema de alimentación, está dañando a
un sistema digestivo, que a su vez dañará el
circulatorio, el respiratorio, u otros sistemas y a
órganos y glándulas del ser humano que se
verá impedido a realizar sus actividades normales de
trabajo.
Porque no tiene la misma energía una persona que
come tres veces al día que una que solo se alimenta una
vez en el mismo lapso de tiempo… ¡ah! y
además tiene que ver la calidad de los alimentos y lo que
bebe.
Esto es en la vida cotidiana con actividades de
movimiento del ser humano.
Echemos una vista en el aspecto seudo científico
o científico según el referente cultural del
lector:
¿Qué sucede cuando "alimentamos a una
máquina", como un motor, un ventilador, una caldera,
etc.?
Alimentarlo significa que le suministramos
energía, para que esas máquinas a su vez nos
proporcionen energía a su vez que transformamos en trabajo
de máquina para realizar un trabajo que satisface una
necesidad humana…digamos que si ese alimento o
energía no funcionan…al igual que us ser vivo no
puede sobrevivir si no se alimenta…desde una ballena hasta
un célula.
Imagen tomada de google.com, 2013
No es el mismo rendimiento de la máquina si la
alimentamos con cobustible o energía eléctrica de
menor calidad y cantidad, como variaciones en el voltaje o
interrupciones mecánicas, lo que causará fallas en
el aparato…como depende también de la calse de
alimentos de que se alimenta un ser vivo…por ejemplo si
usted tiene una planta y le arroja los deperdicios de tabaco,
algo le va a ocurrir a su planta de ornato.
En física, la energía cinética de
un cuerpo, es aquella energía que posee debido a su
movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un
cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad
indicada. Una vez conseguida esta energía durante la
aceleración, el cuerpo mantiene su energía
cinética salvo que cambie su velocidad al realizar las
actividades.
Puede usted encontrar en alguna enciclopedia que el
adjetivo «cinético» en el nombre
energía viene de la antigua palabra griega ????s??,
kinesis, que significa «movimiento». Los
términos energía cinética y trabajo y su
significado científico provienen del siglo XIX…
todo ser vivo necesita moverse aparte de alimentarse.
Los primeros conocimientos de esas ideas pueden ser
atribuidos a Gaspard Gustave Coriolis quien en 1829,
publicó un artículo titulado Du Calcul de l'Effet
des Machines, esbozando las matemáticas de la
energía cinética. El término energía
cinética se debe a William Thomson más conocido
como Lord Kelvin en 1849.
Imagen tomada de google.com,
2013
Los seres humanos aparte de aprender por el oído,
la vista, necesitan aprender también por kinesis o sea
tocando, moviéndose para que experimente todo su ser las
ubicaciones espaciales y asimilarlas por autopoiesis,
reflexionado acciones para enfrentar la incertidumbre o la
certidumbres de sus acciones y movimientos futuros en un
movimiento geomántico creciente para realizar sus
actividades y reproducirse y pasar sus pull genético y de
adaptación con el medio ambiente a sus futuras
generaciones por medio del pul cultural.
Ver conceptos de autopoiesis, de Maturana y Varela,
imagen tomada de goolge.com, 2013
También puede usted investigar que existen varias
formas de energía, como la energía química,
el calor, eólica, la radiación
electromagnética, la energía nuclear, las
energías gravitacionales, eléctrica,
elástica, etc., todas ellas pueden ser agrupadas en dos
tipos: la energía potencial y la energía
cinética.
La energía cinética puede ser entendida
mejor con ejemplos que demuestren cómo ésta se
transforma de otros tipos de energía y da génesis a
otros tipos de energía. Por ejemplo un atleta quiere usar
la energía química que le proporcionó su
comida para acelerar su rendimiento a una velocidad elegida. Su
velocidad puede mantenerse sin mucho trabajo, excepto por la
resistencia del aire y la fricción ya sea del asfalto, de
campo de tierra o el tartán. La energía
química es convertida en una energía de movimiento,
conocida como energía cinética, pero el proceso no
es completamente eficiente y el atleta también produce
calor y desperdicio de energía.
Imagen tomada de google.com,
2013
La energía cinética en movimiento del
atleta puede convertirse en otras formas. Por ejemplo, el atleta
puede encontrar una cuesta lo suficientemente alta para subir,
así que debe hacer un esfuerzo para llegar hasta la cima.
La energía cinética hasta ahora usada se
habrá convertido en energía potencial gravitatoria
que puede liberarse lanzándose cuesta abajo por el otro
lado de la colina.
Como cualquier magnitud física que sea
función de la velocidad, la energía cinética
de un objeto no solo depende de la naturaleza interna de ese
objeto, también depende de la relación entre el
objeto y el observador (en física un observador es
formalmente definido por una clase particular de sistema de
coordenadas llamado sistema inercial de referencia). Magnitudes
físicas como ésta son llamadas invariantes. La
energía cinética esta co-localizada con el objeto y
atribuido a ese campo gravitacional… sea al interior del
ser vivo o sea en su comportamiento exterior con otros seres
vivos y su interacción con el medio ambiente.
Debido a que solo el ser humano reflexiona aún
sobre la reflexión, el hombre es capaz de investigar lo
que sucede en nuestro universo para comprender mejor las leyes
que rigen los fenómenos físicos, químicos,
biológicos, geológicos y en consecuencia,
utilizarlas en beneficio de la sociedad humana, creando cultura y
aplicándola, de este modo, se ha visto obligado a producir
diferentes objetos en tecnologías cada vez más
avanzadas que requieren el empleo de la energía como
energía de pilas voltaicas, o celdas solares, dispositivos
neumáticos, electrónicos o eléctricos y
aún cibernéticos… que le facilitan el ser
más eficaz en sus actividades.
Digamos entonces que la energía es difícil
de definir, pero cuando decimos al levantarnos si hay
disposición para enfrentar el trabajo; "estoy lleno de
energía para realizar un trabajo"; pero si una actividad
dura largo rato o es repetitiva si usted lo prefiere, se puede
perder mucha energía y el organismo puede terminar muy
agotado o enfermarse debido a ese sobresfuerzo.
Esto sirve de base para comprender que la energía
se caracteriza por la capacidad que tienen los cuerpos para
realizar un trabajo, se conoce como energía apreciada, si
es capaz de producir mucho trabajo (ejemplo: la energía
eléctrica) y como energía poco apreciada si no es
capaz de producir mucho trabajo (ejemplo: la energía
térmica a baja temperatura).La energía se produce y
se emplea por todos los seres vivos. La mejor forma de
demostrarlo es dirigiendo la observación hacia las
personas, animales, plantas, que estén realizando
algún trabajo gracias al empleo de diferentes
manifestaciones de la energía.
Podemos decir que la energía es única, y
que solo los movimientos son diferentes. La energía se
manifiesta de acuerdo con el movimiento que se hace al
utilizarla.
Energía primaria: Es la que se obtiene de
la naturaleza como el agua saliendo de la presa o cayendo de una
gran altura, el carbón de una mina, el petróleo, el
gas natural, el uranio, la energía solar, la leña,
etc.
Imagen tomada de google.com.
2013
Energía secundaria: Se logra de la
primaria y puede dársele los más diversos usos a
que el hombre transforma de la naturaleza, como la electricidad
que se genera por la cascada de agua de una presa, el combustible
como el gas, la gasolina, el carbón vegetal, la
energía nuclear.
Imagen tomada de google.com,
2013
Energía final o útil: Se obtiene de
la secundaria y representa la energía mecánica
empleada en un vehículo de motor, la luminosa en una
lámpara, o la calórica en una plancha o en un
calentador. Existen energías primarias que pasan
directamente a la final, como lo es el gas natural usado en
iluminación o en una estufa o caldera.
Imagen tomada de google.com,
2013
Existe además la energía cinética,
la potencial gravitatoria, eléctrica, calorífica,
luminosa, eólica, la sonora y la magnética. Las
fuentes energéticas se pueden clasificar de acuerdo con el
tipo de recurso que consumen en "no renovables" y
"renovables".
Las no renovables: Son aquellas que una vez consumidos
los recursos ya no se pueden recuperar, o sea como, el
petróleo, el carbón (hulla), el uranio.
¿Qué tan eficiente es una planta en la
transformación de la energía de la luz en
energía química a través del proceso de
clorofila?
¿Qué tanto de la energía de la luz
queda atrapada en compuestos químicos utilizables por el
hombre como alimento o combustible? Son preguntas muy importantes
sin duda.
Como quiera que sea, ésta es una medición
de hecho y representa probablemente la expectación final o
límite de la potencialidad de rendimiento del vegetal o
planta.
Es claro que lo que limita la producción no es el
potencial de rendimiento de la planta, que es enorme, sino las
condiciones ambientales que siempre son inadecuadas: demasiado
calor o frío, exceso o falta de luz o de agua, poco
nitrógeno, plagas y enfermedades, y que de una manera u
otra manera al fallar un sistema mecanice o eléctrico
colapsan los sistemas de los seres vivos, enfrentándolos a
bajo rendimiento o muerte de todo el sistema, etc.
La energía disponible para la vida de todos los
seres vivos proviene de los alimentos consumidos y de un
intercambio de calor o energía con el medio ambiente,
transformándose en energía
química.
Imagen tomada de google.com,
2013
Esta energía química se utiliza
en:
* Trabajo necesario para las funciones
fisiológicas esenciales como las del sistema nervioso,
corazón o circulatorio, pulmones o respiratorio,
digestivo, quinestésico, entre otras.
* Trabajo muscular externo como el caminar, levantar
pesos o hablar.
* Producción de calor, manteniendo estable la
temperatura del cuerpo (en los animales ya sean de sangre
caliente o fría).
Antes de considerar cómo se obtiene esta
energía química tan necesaria, pensemos brevemente
en una de las maneras en que obtenemos energía para
calentarnos en un tiempo frío. En ese caso, solemos
encender un fogón o un calefactor, para lo cual se quema
leña o un combustible, en un proceso llamado
combustión. Para que la leña u otro combustible
puedan quemarse, se requiere oxígeno y fuego.
Imagen tomada de google.com,
2013
En todas las células del cuerpo de un ser vivo
sea animal o vegetal, se obtiene energía a partir de
sustancias extraídas de los alimentos (que serían
el equivalente de la leña en el fogón o al gas
natural en la estufa). Tienen así lugar procesos de
oxidación controlada por moléculas llamadas
enzimas, en los que se consume oxígeno (de allí la
necesidad de respirar, ya que si el organismo no incorpora
oxígeno, estos procesos no pueden realizarse).
Existen otros conjuntos de reacciones químicas
por los que se obtiene energía de esas mismas sustancias;
pero en ausencia de oxígeno o cuando éste es
escaso. El ritmo con el que un animal produce energía es
usualmente llamado "ritmo metabólico". Los ritmos
metabólicos varían según los
organismos.
¿Qué sucede con el ritmo
metabólico en los animales? El número total de
células en un animal es proporcional, de modo aproximado,
a su masa total y por ende a su volumen, es decir al espacio que
ocupa. La energía no utilizada directamente en trabajo
muscular se transforma en calor que debe transferirse al medio
ambiente o en un desperdicio. Este proceso, que podemos llamar
"intercambio de calor" se produce en la superficie del cuerpo, la
piel.
Imagen tomada de google.com,
2013
Los ritmos metabólicos de distintos animales se
realizan de manera que la producción de calor por unidad
de superficie es aproximadamente la misma en todos ellos. La
pérdida de calor se lleva a cabo a través de su
piel.
Por eso un colibrí necesita comer todo el tiempo,
en cambio un elefante sólo consume por día una
pequeña fracción de su peso. Para un ser humano
adulto la energía producida por unidad de tiempo
(potencia) es del orden de 80 a 90 kcal/ hora (equivalente a unos
105 Watts). Si lo que se come por día es más que
esto (tras restar la nada despreciable energía consumida
por el proceso de digestión), el organismo almacena una
reserva de grasas. Para eliminarla, se debe restringir la
alimentación o aumentar la actividad para usarlas como
combustible (lo más eficiente es combinar las dos cosas,
ya que hay muchos nutrientes esenciales que no se
almacenan).
Hasta el funcionamiento del cerebro o el sistema
sensorial de un ser vivo, depende de la calidad y cantidad de
alimentos que ingiera, Los impulsos nerviosos se producen porque
las células nerviosas, las neuronas, mantienen una
diferencia de potencial eléctrico a través de la
membrana que las delimita. Producir, mantener y variar ese
potencial eléctrico (del orden de 90 mili voltios)
requiere de energía. Nuestro cerebro tiene del orden de
diez mil millones de neuronas, -es solo un cálculo
matemático-cada una de las cuales puede estar
interconectada con miles de neuronas vecinas.
La energía es
la capacidad para realizar un trabajo
La energía química representa igualmente
una fuente de energía potencial. Por ejemplo, en el cuerpo
humano los alimentos se degradan mediante reacciones
químicas liberando energía que a su vez se utiliza
para sintetizar otros componentes químicos. Estos
últimos compuestos son considerados como ricos en
energía y al degradarse liberan la energía
contenida en los enlaces químicos de su estructura y dicha
energía es utilizada por los músculos
esqueléticos para realizar trabajo
mecánico.
Imagen tomada de google.com,
2013
Los músculos convierten en energía
mecánica sólo una parte de la energía
química contenida en los alimentos consumidos. La unidad
de medida más común de la energía es la
caloría (cal). Una caloría es la cantidad de
energía calórica requerida para elevar la
temperatura de un gramo de agua en 1ºC. Una
kilocaloría (kcal) o (Cal) es igual a 1.000
calorías y es la unidad que se utiliza con mayor
frecuencia para describir el contenido energético de los
alimentos y los requerimientos energéticos de diversas
actividades físicas (generalmente cuando las personas
hablan de la cantidad de calorías que tiene un alimento en
realidad sé están refiriendo a
kilocalorías).
Imagen tomada de google.com,
2013
Sistemas
energéticos
Las diferentes actividades deportivas, sociales,
culturales o laborales, tienen requerimientos específicos
de energía. Por ejemplo, el maratón y la
natación de larga distancia, son en su mayor parte
actividades de baja potencia, que requieren de un aporte de
energía durante largos períodos, mientras que las
carreras de velocidad, los saltos y los lanzamientos necesitan un
suministro de energía a alta velocidad por un
período breve.
La energía que entra al organismo en forma de
alimento, es transferida a una molécula llamada
adenosintrifosfato o simplemente ATP. Esta constituye un
transportador de energía y es la única
molécula que puede ser utilizada por la célula
muscular para obtener la energía necesaria para realizar
sus funciones.
La actividad física que realiza un obrero de la
construcción o en la fundición, requiere de grandes
cantidades de energía por lo que su alimentación
será diferente en cantidad que la de un empleado que, no
requiere mucho esfuerzo físico ya que realiza actividad
sedentaria o solo mental.
EQUILIBRIO DE ENERGÍA EN SISTEMAS
CERRADOS
El principio que rige los balances de energía es
la ley de conservación de la energía que establece
que la energía no puede crearse ni destruirse (excepto en
los procesos nucleares). Esta ley es también llamada
primer principio de la termodinámica. En la más
general de sus formas, la primera ley dice que la velocidad a la
cual la energía (cinética + potencial + interna) es
ingresada a un sistema por un fluido, más la velocidad a
la cual ingresa energía en forma de calor, menos la
velocidad a la cual la energía es transportada por el
fluido fuera del sistema, menos la velocidad a la cual el sistema
realiza trabajo sobre los alrededores, es igual a la velocidad a
la cual la energía se acumula en el sistema.
Acumulación de energía= entrada –
salida
Imagen tomada de google.com,
2013
Cuando planteamos los balances de masa en un sistema
cerrado los términos de entrada y salida de materia se
cancelaban ya que no había cruce de masa en las fronteras
del sistema. Sin embargo, en un sistema cerrado, la
energía puede ser ser transferida en los límites
del sistema como calor o trabajo, por lo tanto, los
términos anteriores de entrada y salida no pueden
eliminarse.
BALANCE DE ENERGÍA EN SISTEMAS ABIERTOS EN
ESTADO ESTÁTICO
Por definición de proceso abierto, en estos hay
un flujo de materia que atraviesa los límites del mismo
mientras el proceso se lleva a cabo. Por lo tanto, para que la
masa ingrese al sistema es necesario efectuar un trabajo para
empujar esta masa en el sistema y el sistema debe realizar un
trabajo sobre los alrededores para que la masa pueda salir del
sistema.
Ambos trabajos (tanto para ingresar la materia o que
esta egrese) deben ser incluidos en el.
Imagen tomada de google.com,
2013
SISTEMA ESTÁTICO Y
DINÁMICO
Imagen tomada de google.com,
2013
Un sistema estático (un solo estado)
es aquel en el que no ocurre ningún evento, y un sistema
dinámico (multi-estado) es aquel en el que ocurren eventos
cuyos estados cambian a lo largo del tiempo…sí
adivinó el lector…nuestra hermosa
Tierra!!!
Propiedades específicas y
entalpía
Las propiedades de un material pueden ser intensivas o
extensivas de acuerdo a que estas propiedades varíen o no
según la cantidad de materia considerada. La masa, el
número de moles, el volumen (o flujos másicos,
molares o caudales en corrientes continuas), la energía
cinética, potencial o interna (o velocidades de transporte
de estas cantidades por una corriente continua) son propiedades
extensivas mientras que la temperatura, presión y densidad
son intensivas.
Imagen tomada de google.com,
2013
Volviendo al balance de energía para un sistema
abierto en estado estacionario, tenemos que la primera ley de la
termodinámica tiene la forma:
Entrada = salida
¿Por qué los términos de
acumulación, generación y consumo se hacen
cero?).
"Entrada" significa la velocidad total de transporte de
energía cinética, energía potencial y
energía interna para todas las corrientes de entrada al
sistema más la velocidad a la cual se le transfiere
energía al sistema en forma de calor, más la
velocidad a la cual los alrededores transfieren energía
como trabajo al sistema, y "salida" es la velocidad total en que
la energía es transportada por las corrientes de salida
del proceso.
La energía es un producto que a las personas se
les hace poco usual hablar de ella o digamos que es
intangible.
Se dice que no suele ser tangible para los consumidores,
excepto cuando está ausente: por ejemplo, si una persona
tiene frío porque una tormenta ha cortado el suministro
eléctrico entonces sí que se dará
cuenta.
El problema con el que se encuentran quienes quieren
inculcarnos un uso más eficiente de la energía es
que se trata de un producto invisible. Sarah Darby, investigadora
en el Instituto sobre el cambio climático de la
Universidad de Oxford, escribió en un artículo de
2006 titulado "La eficacia de la información sobre el
consumo de energía" que una de las principales causas del
despilfarro de energía es que sigue siendo
"prácticamente invisible para millones de usuarios". Y que
"la información acerca del consumo es necesaria para
ahorrar energía. Esto no siempre es suficiente; algunas
veces, la gente necesita ayuda para interpretar dicha
información y decidir qué medidas tomar; pero sin
información resulta imposible aprender de manera eficaz"
porque en la mayoría de las veces los usuarios no
entienden por ejemplo porque para ahorrar energía se
tienen que cambiar los horarios en verano por ejemplo.
Resumiendo pudiera decir que:
Los sistemas colapsan cuando un subsistema que alimenta
a otro disminuya en frecuencia y calidad, afectará a otros
sistemas y subsistemas, por ejemplo si la hélice de un
motor está rozando un componente del motor, este se
calentará y se dañará, lo que
afectará al sistema de enfriamiento, este a su vez
causará un sobrecalentamiento en los componentes,
disminuirá la potencia en el vehículo y puede
llegar a ocurrir un accidente si se produce un incendio en el
interior del vehículo donde va instalado el
motor.
Imagen tomada de google.com,
2013
O podemos decir sobre algo muy conocido, un ser humano
abusa en consumo de sal, azúcar o harina eso
causará unos síntomas sobre principios de
presión en la sangre y retención de
líquidos, una mala función del hígado y
obesidad una unida a una desnutrición.
Imagen tomada de google.com,
2013
Todo eso reunido causará que se atrofie el
sistema circulatorio, el cual afectará al sistema
digestivo o al sistema nervioso, etc.
Imagen tomada de google.com,
2013
Y puede resultar en una fatal enfermedad de
hipertensión, diabetes o alguna otra enfermedad debido a
que ya no hay armonía entre los sistemas del cuerpo
humano, sino que ahora están colapsados y llevarán
a las personas a una disminución en su calidad de
vida.
Imagen tomada de google.com,
2013
Finalmente en cuanto a colapso de sistemas, quisiera
terminar diciendo que…Al degradar los sistemas como el
ecológico, degradamos todos los demás sistemas
abióticos y bióticos.
Poniendo en peligro la existencia de los seres vivos
donde está la del ser humano…Y LA EXTINCIÓN
ES PARA SIEMPRE…deberíamos de ser más
inteligentes para no poner en peligro de extinción ninguna
vida sobre el planeta Tierra…y todos les sistemas
dependemos del medio ambiente, deberíamos de
protegerlo.
1.- Apuntes de Ingeniería de Sistemas, por el Dr.
José Manuel Castorena Machuca, ITSLP, 2013
2.- Wikipedia, 2013
Autor:
Dr. José Manuel Castorena
Machuca
ITSLP, Depto. De Ing. Industrial.