Mover algo es un trabajo que requiere fuerza, la velocidad con que lo hacemos determina la potencia. La unidad de potencia de Sistema Internacional de Unidades es el Vatio
Por: Tomás Unger
Cada vez que paramos en un grifo a echar gasolina tenemos una prueba de que moverse cuesta.
Cuanto más pesado lo que queramos mover, más rapido y mas lejos, cuesta más hacerlo. Como vivimos rodeados de maquinas, hemos ideado medidas para saber cuánto cuesta operarlas. Todas ellas, desde las bombas de luz hasta los grandes jest, consumen energía de acuerdo con el trabajo que hacen al tiempo que se demoran en hacerlo. Por eso preguntamos cuántos vatios consume una bomba de luz y cuántos caballos tiene el motor del automóvil.
FUERZA Y TRABAJO
Los organismos vivientes también usan energía y desarrollan la potencia necesaria para moverse y cumplir sus diversas funciones. La energía que consten está en relación directa con el trabajo que hacen y cuánto demoran en hacerlo. Todo lo que se mueve requiere de una fuerza, pudiendo ejercerla sin mover nada. Un hombre parado sobre el suelo ejerce una fuerza, en mi caso de 80 kg, pero no mueve el piso. Cuando mueve algo está realizando un trabajo: mover un peso a una distancia determinada.
El trabajo mecánico es la energía transformada por una fuerza en movimiento, como desplazar un peso a una determinada distancia.
La potencia incluye la velocidad a la cual se le hace el trabajo levantar 75 kg. Pero para levantarlo a un metro de altura en un segundo se requiere la potencia de un caballo (HP=horse power).
Cabe aclarar que el caballo de fuerza no representa la potencia máxima de ese animal sino –como veremos- la que desarrolla durante un tiempo prolongado.
Un pesista olímpico que levanta más de 150 kg a más de 1m en un segundo desarrolla más de 2HP por breves instantes. Igualmente, un caballo con jinete que salta el obstáculo en un concurso desarrolla mas de 10HP durante unos segundos.
EL HP
La era industrial se inició con la máquina de vapor de James Watt, cuyo primer trabajo fue sacar aguas de las minas. Esto lo hacían pequeños caballos que caminaban en un círculo enganchados al eje de la bomba. Para determinar el rendimiento de su máquina, james Watt lo comparó con el de del caballo al que reemplazó, creando la unidad caballo de fuerza (en inglés Horse power, HP). James Watt murió en 1819, antes de la llegada de la electricidad a la industria, a fines del siglo XIX, junto con la bombilla de luz.
Como la energía requerida por los diversos artefactos eléctricos es menor que la de las bombas de minas, hubo que crear una unidad menor. En 1889 el Congreso de la Asociación Británica para el avance de las Ciencias estableció la nueva unidad nominada “watt” (vatio) (W), en honor del inventor de la máquina de vapor. El vatio es 745,7 veces más pequeño que el HP, pero, aun así, resultó demasiado grande para muchas aplicaciones. Hoy hay artefactos electrónicos que requieren cantidades de energía tan pequeñas que se miden en millonésimas de vatio.
DEL RELOJ AL CABALLO
Cuando hablamos de potencia generalmente pensamos en automóviles, aviones o máquinas grandes; sin embargo, todos nuestros artefactos requieren de energía está el reloj de cuarzo que llevamos en la muñeca, que requiere aproximadamente un microvatio, una millonésima de vatio, que en HP sería un 14 precedido de 8 ceros antes del punto decimal.
El láser que usa el DVD para leer discos tiene entre 5 y 10 milivatiós (mW, milésimas de vatio).
El láser para grabar los discos usa unos 100 mW, una décima de vatio. Por encima de un W hay una gran cantidad de ejemplos. Las bombas incandescentes van desde un par vatios has cientos.
Una típica bomba fluorescente consume unos 15 W.
Curiosamente el consumo de energía del cerebro humano, entre los 20 y 40 W, está entre el de las bombas incandescentes, por lo que la imagen de la bombita para representar una idea no resulta tan despistada. Una computadora personal (PC) consume entre 300 y 400 W y durante un día despejado cada metro cuadrado de la tierra recibe 700 W de energía solar. 745 W equivalen a un caballo de potencia un HP.
DEL KILOVATIO AL MEGAVATIO
El vatio, como unidad de medida de potencia, resultó mucho más práctico que el HP, al que fue sustituyendo en la mayoría de los usos. Finalmente en 1960, en la undécima Conferencia General sobre los Pesos y Medidas, el vatio quedo establecido como medida de potencia universal en el sistema SI (Sistema Internacional de Medidas). Para medir la potencia de la mayoría de la máquinas y artefactos se requieren unidades más grandes que el vatio, por lo que se emplea el kilovatio (kW=1,000 vatios) equivalente a 1.34 HP. Un horno de microondas tiene aproximadamente un kW y una estación de radioaficionado puede tener un kW de potencia.
Una hornilla eléctrica tiene entre 1 y 2 kW, aproximadamente la potencia que desarrolla un ciclista de competencia en sus esfuerzo máximo. El rango de potencias de los vehículos que usamos está entre los 6 u 8 HP (5 o 6 kW) de una moto pequeña y los cientos de caballos de los autos deportivos. En medio están los tractores, camiones y buses y la mayoría de los autos de pasajeros. Un auto mediano típico tiene entre 100 y 150 kW (134 a 200 HP). Un tracto camión grande tiene 200 kW o más.
Para medir la potencia de nuestras máquinas más grandes se necesita una unidad mayor, en este caso el megavatio, 1,000 kW, equivalente a 1,340 HP. Los motores a pistón de los aviones, hoy reemplazados por los jets, tenían miles de caballos (el Lockheed Constellation tenía cuatro motores de 2,000 HP(1,500 M W). El animal más poderoso, la ballena azul, desarrolla una potencia de 2.5 MWequivalente a 3,450 HP. Las emisoras de la televisión tienen la potencia del orden de los miles de megavatios y los cuatro motores de un jumbo desarrollan juntos 140 MW, casi 190.000 HP.
DE LAS REPRESAS A LAS ESTRELLAS
Para medir las potencias generadas en plantas y represas se emplea el gigavatio (GW), 1,000 millones de vatios o 1.34 millones de HP. Una represa típica como la de Aswan en Egipto, genera alrededor de 2 GW, cerca de 3 millones de HP. La represa más potente actualmente en operaciones es la de Itaipú, en el río Paraná entre Brasil y Paraguay, que genera 12.6 GW (casi 17 millones de HO). Tres Garganta en China generará 18 GW, casi 25 millones de HP.
Con tres ceros más tenemos el millón de millones de vatios o teravatios (TW) o mil millones de HP. El total de energía eléctrica generada que consume la humanidad es del orden de 15 TW. Un huracán libera una energía que puede llegar hasta 200 TW (200 mil millones de HP). Cuando pasamos al espacio nos encontramos potencias mayores en varios órdenes de magnitud.
La luminosidad de una estrella mediana como el Sol expresada en vatios sería 386 seguido de 24 ceros (21 ceros en HP). Deneb, una de las estrellas más luminosas, tiene 8 ceros más que el Sol. El fenómeno que libera mayor parte energía detectado en el cosmos es una erupción de rayos gama. Conocida como GRB (Gama-Ray Bursa) expresada en HP la energía que libera esta explosión cósmica sería una cifra con 42 ceros, fácil de escribir, pero difícil de imaginar.
