Convertidor Energía
Energía — de calorías a kilovatios‑hora
Entiende la energía en la vida cotidiana: calorías de los alimentos, kWh de los electrodomésticos, BTU en la calefacción y electronvoltios en la física. Convierte con confianza con ejemplos claros.
Fundamentos de la Energía
¿Qué es la energía?
Capacidad para realizar un trabajo o producir calor. A menudo se mide como trabajo mecánico, calor o energía eléctrica.
La potencia se relaciona con la energía a través del tiempo: potencia = energía/tiempo (W = J/s).
- Base del SI: julio (J)
- Eléctrica: Wh y kWh
- Nutrición: Caloría = kilocaloría (kcal)
Contexto cotidiano
Las facturas de electricidad se cobran en kWh; los electrodomésticos indican la potencia (W) y la multiplicas por el tiempo para obtener kWh.
Las etiquetas de los alimentos utilizan Calorías (kcal). La calefacción/refrigeración a menudo utiliza BTU.
- Carga del teléfono: ~10 Wh
- Ducha (10 min, calentador de 7 kW): ~1,17 kWh
- Comida: ~600–800 kcal
Ciencia y micro‑energía
La física de partículas utiliza eV para las energías de fotones y partículas.
A escalas atómicas, las energías de Hartree y Rydberg aparecen en la mecánica cuántica.
- 1 eV = 1,602×10⁻¹⁹ J
- Fotón visible: ~2–3 eV
- La energía de Planck es extremadamente grande (teórica)
- Convierte a través de julios (J) para mayor claridad y precisión
- kWh es conveniente para la energía doméstica; kcal para la nutrición
- BTU es común en HVAC; eV en física
Ayudas para la memoria
Cálculo mental rápido
kWh ↔ MJ
1 kWh = 3,6 MJ exactamente. Multiplica por 3,6 o divide por 3,6.
kcal ↔ kJ
1 kcal ≈ 4,2 kJ. Redondea a 4 para estimaciones rápidas.
BTU ↔ kJ
1 BTU ≈ 1,055 kJ. Aproximadamente 1 BTU ≈ 1 kJ para estimaciones.
Wh ↔ J
1 Wh = 3.600 J. Piensa: 1 vatio durante 1 hora = 3.600 segundos.
Calorías de los alimentos
1 Cal (alimento) = 1 kcal = 4,184 kJ. ¡La 'C' mayúscula significa kilocaloría!
kW × horas → kWh
Potencia × Tiempo = Energía. Calefactor de 2 kW × 3 horas = 6 kWh consumidos.
Referencias visuales de energía
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| Bombilla LED (10 W, 10 horas) | 100 Wh (0,1 kWh) | Cuesta ~$0,01 a tarifas típicas |
| Carga completa de smartphone | 10-15 Wh | Suficiente para cargar ~60-90 veces con 1 kWh |
| Rebanada de pan | 80 kcal (335 kJ) | Podría alimentar una bombilla de 100 W durante ~1 hora |
| Ducha caliente (10 min) | 1-2 kWh | La misma energía que hacer funcionar tu nevera durante un día |
| Comida completa | 600 kcal (2,5 MJ) | Suficiente energía para levantar un coche 1 metro del suelo |
| Batería de coche eléctrico (60 kWh) | 216 MJ | Lo mismo que 30.000 Calorías de alimentos o 20 días de comida |
| Litro de gasolina | 34 MJ (9,4 kWh) | ¡Pero los motores desperdician el 70% en forma de calor! |
| Rayo | 1-5 GJ | Suena enorme, pero solo alimenta una casa durante unas pocas horas |
Errores comunes
- Confundir kW y kWhFix: kW es potencia (tasa), kWh es energía (cantidad). Un calefactor de 2 kW funcionando 3 horas consume 6 kWh.
- Caloría vs. caloríaFix: Las etiquetas de los alimentos usan 'Caloría' (con C mayúscula) = kilocaloría = 1.000 calorías (con c minúscula). 1 Cal = 1 kcal = 4,184 kJ.
- Ignorar la eficienciaFix: La gasolina tiene 9,4 kWh/litro, pero los motores solo son un 25-30% eficientes. ¡La energía útil real es de ~2,5 kWh/litro!
- mAh de la batería sin voltajeFix: ¡10.000 mAh no significan nada sin el voltaje! A 3,7 V: 10.000 mAh × 3,7 V ÷ 1000 = 37 Wh.
- Mezclar facturas de energía y potenciaFix: Las facturas de electricidad cobran por kWh (energía), no por kW (potencia). Tu tarifa es $/kWh, no $/kW.
- Olvidar el tiempo en los cálculos de energíaFix: Potencia × Tiempo = Energía. ¡Hacer funcionar un calefactor de 1.500 W durante 2 horas = 3 kWh, no 1,5 kWh!
Dónde encaja cada unidad
Hogar y electrodomésticos
La energía eléctrica se factura en kWh; estima el consumo multiplicando potencia × tiempo.
- Bombilla LED 10 W × 5 h ≈ 0,05 kWh
- Horno 2 kW × 1 h = 2 kWh
- La factura mensual suma todos los dispositivos
Alimentación y nutrición
Las Calorías en las etiquetas son kilocalorías (kcal) y a menudo se combinan con kJ.
- 1 kcal = 4,184 kJ
- Ingesta diaria ~2.000–2.500 kcal
- kcal y Cal (alimento) son lo mismo
Calefacción y combustibles
BTU, therms y equivalentes de combustible (BOE/TOE) aparecen en HVAC y mercados energéticos.
- 1 therm = 100.000 BTU
- El gas natural y el petróleo utilizan equivalentes estandarizados
- Las conversiones kWh ↔ BTU son comunes
Cómo funcionan las conversiones
- Wh × 3600 → J; kWh × 3,6 → MJ
- kcal × 4,184 → kJ; cal × 4,184 → J
- eV × 1,602×10⁻¹⁹ → J; J ÷ 1,602×10⁻¹⁹ → eV
Conversiones comunes
| Desde | A | Factor | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| kWh | MJ | × 3,6 | 2 kWh = 7,2 MJ |
| kcal | kJ | × 4,184 | 500 kcal = 2.092 kJ |
| BTU | J | × 1.055,06 | 10.000 BTU ≈ 10,55 MJ |
| Wh | J | × 3.600 | 250 Wh = 900.000 J |
| eV | J | × 1,602×10⁻¹⁹ | 2 eV ≈ 3,204×10⁻¹⁹ J |
Ejemplos rápidos
Referencia rápida
Cálculo rápido del coste de un electrodoméstico
Energía (kWh) × precio por kWh
- Ejemplo: 2 kWh × 0,20 € = 0,40 €
- 1.000 W × 3 h = 3 kWh
Chuleta para baterías
mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh
- 10.000 mAh × 3,7 V ≈ 37 Wh
- Wh ÷ W del dispositivo ≈ autonomía (horas)
Cálculo rápido de CO₂
Estima las emisiones del uso de electricidad
- CO₂ = kWh × intensidad de la red
- Ejemplo: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2.000 g (2 kg)
- Una red baja en carbono (100 g/kWh) reduce esto en un 75%
Errores de potencia vs. energía
Confusiones comunes
- kW es potencia (tasa); kWh es energía (cantidad)
- Un calefactor de 2 kW durante 3 h consume 6 kWh
- Las facturas usan kWh; las placas de los electrodomésticos muestran W/kW
Introducción a las renovables
Conceptos básicos de solar y eólica
Las energías renovables generan potencia (kW) que se integra a lo largo del tiempo en energía (kWh).
La producción varía con el clima; los promedios a largo plazo son importantes.
- Factor de capacidad: % de la producción máxima a lo largo del tiempo
- Solar en tejados: ~900–1.400 kWh/kW·año (dependiendo de la ubicación)
- Parques eólicos: el factor de capacidad suele ser del 25–45%
Almacenamiento y desplazamiento
Las baterías almacenan el excedente y desplazan la energía hacia cuando se necesita.
- La capacidad en kWh frente a la potencia en kW es importante
- La eficiencia de ida y vuelta es < 100% (pérdidas)
- Las tarifas con discriminación horaria fomentan el desplazamiento
Chuleta de densidad energética
| Fuente | Por masa | Por volumen | Notas |
|---|---|---|---|
| Gasolina | ~46 MJ/kg (~12,8 kWh/kg) | ~34 MJ/L (~9,4 kWh/L) | Aprox.; depende de la mezcla |
| Diésel | ~45 MJ/kg | ~36 MJ/L | Ligeramente más denso volumétricamente que la gasolina |
| Combustible de aviación | ~43 MJ/kg | ~34 MJ/L | Gama del queroseno |
| Etanol | ~30 MJ/kg | ~24 MJ/L | Menor que la gasolina |
| Hidrógeno (700 bar) | ~120 MJ/kg | ~5–6 MJ/L | Alto por masa, bajo por volumen |
| Gas natural (STP) | ~55 MJ/kg | ~0,036 MJ/L | Comprimido/GNL tiene una densidad volumétrica mucho mayor |
| Batería de iones de litio | ~0,6–0,9 MJ/kg (160–250 Wh/kg) | ~1,4–2,5 MJ/L | Depende de la química |
| Batería de plomo‑ácido | ~0,11–0,18 MJ/kg | ~0,3–0,5 MJ/L | Baja densidad, económica |
| Madera (seca) | ~16 MJ/kg | Varía | Depende de la especie y la humedad |
Comparación de energía a diferentes escalas
| Aplicación | Julios (J) | kWh | kcal | BTU |
|---|---|---|---|---|
| Un solo fotón (visible) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| Un electronvoltio | 1,6×10⁻¹⁹ | 4,5×10⁻²³ | 3,8×10⁻²⁰ | 1,5×10⁻²² |
| Hormiga levantando un grano | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| Pila AA | 9.360 | 0,0026 | 2,2 | 8,9 |
| Carga de smartphone | 50.000 | 0,014 | 12 | 47 |
| Rebanada de pan | 335.000 | 0,093 | 80 | 318 |
| Comida completa | 2.500.000 | 0,69 | 600 | 2.370 |
| Ducha caliente (10 min) | 5,4 MJ | 1,5 | 1.290 | 5.120 |
| Ingesta diaria de alimentos | 10 MJ | 2,8 | 2.400 | 9.480 |
| Litro de gasolina | 34 MJ | 9,4 | 8.120 | 32.200 |
| Batería de Tesla (60 kWh) | 216 MJ | 60 | 51.600 | 205.000 |
| Rayo | 1-5 GJ | 300-1.400 | 240k-1,2M | 950k-4,7M |
| Tonelada de TNT | 4,184 GJ | 1.162 | 1.000.000 | 3,97M |
| Bomba de Hiroshima | 63 TJ | 17,5M | 15 mil millones | 60 mil millones |
Puntos de referencia cotidianos
| Cosa | Energía típica | Notas |
|---|---|---|
| Carga completa del teléfono | ~10–15 Wh | ~36–54 kJ |
| Batería de portátil | ~50–100 Wh | ~0,18–0,36 MJ |
| 1 rebanada de pan | ~70–100 kcal | ~290–420 kJ |
| Ducha caliente (10 min) | ~1–2 kWh | Potencia × tiempo |
| Calefactor (1 h) | 1–2 kWh | Según la configuración de potencia |
| Gasolina (1 L) | ~34 MJ | Poder calorífico inferior (aprox.) |
Datos sorprendentes sobre la energía
Batería de VE vs. Hogar
Una batería de Tesla de 60 kWh almacena la misma energía que un hogar típico consume en 2-3 días. ¡Imagina llevar 3 días de electricidad en tu coche!
El misterioso Therm
Un therm son 100.000 BTU (29,3 kWh). Las facturas de gas natural usan therms porque es más fácil decir '50 therms' que '5 millones de BTU'.
El truco de la mayúscula en las Calorías
Las etiquetas de los alimentos usan 'Caloría' (con C mayúscula), que en realidad es una kilocaloría. Así que esa galleta de 200 Cal tiene en realidad 200.000 calorías (con c minúscula).
El secreto sucio de la gasolina
1 litro de gasolina tiene 9,4 kWh de energía, ¡pero los motores desperdician el 70% en forma de calor! Solo ~2,5 kWh mueven realmente tu coche. Los vehículos eléctricos desperdician solo un ~10-15%.
El punto de referencia de 1 kWh
1 kWh puede: alimentar una bombilla de 100 W durante 10 horas, cargar 100 smartphones, tostar 140 rebanadas de pan o mantener tu nevera en funcionamiento durante 24 horas.
La magia del frenado regenerativo
Los vehículos eléctricos recuperan entre el 15 y el 25% de la energía durante el frenado al convertir el motor en un generador. ¡Eso es energía gratuita a partir de la energía cinética desperdiciada!
E=mc² es alucinante
Tu cuerpo tiene suficiente energía másica (E=mc²) para alimentar todas las ciudades de la Tierra durante una semana. Pero convertir masa en energía requiere reacciones nucleares.
Combustible de cohete vs. Comida
Kilo por kilo, el combustible de cohete tiene 10 veces la energía del chocolate. Pero no puedes comer combustible de cohete: ¡la energía química ≠ la energía metabólica!
Récords y extremos
| Récord | Energía | Notas |
|---|---|---|
| Uso diario en el hogar | ~10–30 kWh | Varía según el clima y los electrodomésticos |
| Rayo | ~1–10 GJ | Altamente variable |
| 1 megatón de TNT | 4,184 PJ | Equivalente explosivo |
El descubrimiento de la energía: del fuego antiguo a la física moderna
Energía antigua: fuego, alimentos y fuerza muscular
Durante milenios, los humanos entendieron la energía solo a través de sus efectos: el calor del fuego, la fuerza de los alimentos y el poder del agua y el viento. La energía era una realidad práctica sin una comprensión teórica.
- **Dominio del fuego** (~400.000 a. C.) - Los humanos aprovechan la energía química para el calor y la luz
- **Norias** (~300 a. C.) - Griegos y romanos convierten la energía cinética en trabajo mecánico
- **Molinos de viento** (~600 d. C.) - Los persas capturan la energía eólica para moler grano
- **Comprensión de la nutrición** (antigüedad) - Los alimentos como 'combustible' para la actividad humana, aunque se desconocía el mecanismo
Estas aplicaciones prácticas precedieron a cualquier teoría científica por miles de años. La energía se conocía a través de la experiencia, no de las ecuaciones.
La era mecánica: vapor, trabajo y eficiencia (1600-1850)
La Revolución Industrial exigió una mejor comprensión de cómo el calor se convierte en trabajo. Los ingenieros midieron la eficiencia de los motores, lo que llevó al nacimiento de la termodinámica.
- **Mejoras de la máquina de vapor de James Watt** (1769) - Cuantificó la producción de trabajo, introdujo los caballos de fuerza
- **Teoría del motor térmico de Sadi Carnot** (1824) - Demostró los límites teóricos en la conversión de calor en trabajo
- **Julius von Mayer** (1842) - Propuso el equivalente mecánico del calor: el calor y el trabajo son intercambiables
- **Experimentos de James Joule** (1843-1850) - Midió con precisión: 1 caloría = 4,184 julios de trabajo mecánico
Los experimentos de Joule demostraron la conservación de la energía: el trabajo mecánico, el calor y la electricidad son formas diferentes de la misma cosa.
Energía unificada: conservación y formas (1850-1900)
El siglo XIX sintetizó observaciones dispares en un único concepto: la energía se conserva, transformándose entre formas, pero nunca se crea ni se destruye.
- **Hermann von Helmholtz** (1847) - Formalizó la ley de la conservación de la energía
- **Rudolf Clausius** (década de 1850) - Introdujo la entropía, mostrando que la energía se degrada en calidad
- **James Clerk Maxwell** (1865) - Unificó la electricidad y el magnetismo, mostrando que la luz transporta energía
- **Ludwig Boltzmann** (1877) - Conectó la energía con el movimiento atómico a través de la mecánica estadística
Hacia 1900, la energía se entendía como la moneda central de la física, transformándose pero conservándose en todos los procesos naturales.
Era cuántica y atómica: E=mc² y escalas subatómicas (1900-1945)
El siglo XX reveló la energía en sus extremos: la equivalencia masa-energía de Einstein y la mecánica cuántica a escalas atómicas.
- **Max Planck** (1900) - Cuantificó la energía en la radiación: E = hν (constante de Planck)
- **E=mc² de Einstein** (1905) - La masa y la energía son equivalentes; una pequeña masa equivale a una enorme energía
- **Niels Bohr** (1913) - Los niveles de energía atómica explican las líneas espectrales; el eV se convierte en la unidad natural
- **Enrico Fermi** (1942) - Primera reacción nuclear en cadena controlada que libera energía a escala de MeV
- **Proyecto Manhattan** (1945) - La prueba Trinity demuestra un equivalente de ~22 kilotones de TNT (~90 TJ)
La energía nuclear validó E=mc²: la fisión convierte el 0,1% de la masa en energía, millones de veces más densa que los combustibles químicos.
Panorama energético moderno (1950-presente)
La sociedad de posguerra estandarizó las unidades de energía para los servicios públicos, los alimentos y la física, mientras lidiaba con los combustibles fósiles, las energías renovables y la eficiencia.
- **Estandarización del kilovatio-hora** - Las empresas eléctricas globales adoptan el kWh para la facturación
- **Etiquetado de calorías** (décadas de 1960-90) - Se estandariza la energía de los alimentos; la FDA exige las etiquetas de información nutricional (1990)
- **Revolución fotovoltaica** (décadas de 1970-2020) - La eficiencia de los paneles solares aumenta de <10% a >20%
- **Baterías de iones de litio** (1991-presente) - La densidad de energía aumenta de ~100 a más de 250 Wh/kg
- **Redes inteligentes y almacenamiento** (década de 2010) - Gestión de la energía en tiempo real y baterías a escala de red
La era climática: descarbonización de los sistemas energéticos
El siglo XXI reconoce el coste medioambiental de la energía. El enfoque se desplaza de la mera generación de energía a la generación eficiente de energía limpia.
- **Intensidad de carbono** - Los combustibles fósiles emiten 400-1000 g de CO₂/kWh; las energías renovables emiten <50 g de CO₂/kWh en su ciclo de vida
- **Brechas en el almacenamiento de energía** - Las baterías almacenan ~0,5 MJ/kg frente a los 46 MJ/kg de la gasolina; la ansiedad por la autonomía persiste
- **Integración en la red** - Las energías renovables variables requieren almacenamiento y respuesta a la demanda
- **Imperativos de eficiencia** - LED (100 lm/W) frente a incandescentes (15 lm/W); bombas de calor (COP > 3) frente a calefacción resistiva
La transición hacia las emisiones netas cero requiere la electrificación de todo y la generación limpia de esa electricidad: una revisión completa del sistema energético.
Hitos clave en la ciencia de la energía
La escala de la energía: de susurros cuánticos a explosiones cósmicas
La energía abarca un rango incomprensible: desde fotones individuales hasta supernovas. Comprender estas escalas ayuda a contextualizar el uso diario de la energía.
Cuántica y molecular (10⁻¹⁹ a 10⁻¹⁵ J)
Typical units: eV a meV
- **Energía térmica por molécula** (temperatura ambiente) - ~0,04 eV (~6×10⁻²¹ J)
- **Fotón visible** - 1,8-3,1 eV (luz roja a violeta)
- **Ruptura de enlace químico** - 1-10 eV (enlaces covalentes)
- **Fotón de rayos X** - 1-100 keV
Escala microscópica y humana (1 mJ a 1 MJ)
Typical units: mJ, J, kJ
- **Mosquito volando** - ~0,1 mJ
- **Carga completa de una pila AA** - ~10 kJ (2,7 Wh)
- **Barrita de caramelo** - ~1 MJ (240 kcal)
- **Humano en reposo (1 hora)** - ~300 kJ (tasa metabólica de 75 kcal)
- **Batería de smartphone** - ~50 kJ (14 Wh)
- **Granada de mano** - ~400 kJ
Doméstica y de vehículos (1 MJ a 1 GJ)
Typical units: MJ, kWh
- **Ducha caliente (10 min)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
- **Ingesta diaria de alimentos** - ~10 MJ (2.400 kcal)
- **Litro de gasolina** - 34 MJ (9,4 kWh)
- **Batería de un Tesla Model 3** - ~216 GJ (60 kWh)
- **Uso diario en el hogar** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
- **Galón de gasolina** - ~132 MJ (36,6 kWh)
Industrial y municipal (1 GJ a 1 TJ)
Typical units: GJ, MWh
- **Rayo** - 1-10 GJ (varía ampliamente)
- **Accidente de coche pequeño (100 km/h)** - ~1 GJ (energía cinética)
- **Tonelada de TNT** - 4,184 GJ
- **Combustible de aviación (1 tonelada)** - ~43 GJ
- **Electricidad diaria de una manzana urbana** - ~100-500 GJ
Eventos a gran escala (1 TJ a 1 PJ)
Typical units: TJ, GWh
- **Kilotón de TNT** - 4,184 TJ (Hiroshima: ~63 TJ)
- **Producción diaria de una pequeña central eléctrica** - ~10 TJ (central de 100 MW)
- **Producción anual de un gran parque eólico** - ~1-5 PJ
- **Lanzamiento de un transbordador espacial** - ~18 TJ (energía del combustible)
Civilización y geofísica (1 PJ a 1 EJ)
Typical units: PJ, TWh
- **Arma nuclear de megatón** - 4.184 PJ (Bomba del Zar: ~210 PJ)
- **Terremoto importante (magnitud 7)** - ~32 PJ
- **Huracán (energía total)** - ~600 PJ/día (la mayor parte como calor latente)
- **Producción anual de la presa Hoover** - ~15 PJ (4 TWh)
- **Consumo energético anual de un país pequeño** - ~100-1.000 PJ
Planetaria y estelar (1 EJ a 10⁴⁴ J)
Typical units: EJ, ZJ y más allá
- **Consumo energético anual de EE. UU.** - ~100 EJ (~28.000 TWh)
- **Uso energético anual mundial** - ~600 EJ (2020)
- **Erupción del Krakatoa (1883)** - ~840 PJ
- **Impacto del asteroide de Chicxulub** - ~4×10²³ J (100 millones de megatones)
- **Producción diaria del Sol** - ~3,3×10³¹ J
- **Supernova (Tipo Ia)** - ~10⁴⁴ J (foe)
Cada acción, desde un fotón que golpea tu ojo hasta la explosión de una estrella, es una transformación de energía. Vivimos en una banda estrecha: de megajulios a gigajulios.
Energía en acción: aplicaciones del mundo real en diversos ámbitos
Nutrición y metabolismo
Las etiquetas de los alimentos indican la energía en Calorías (kcal). Tu cuerpo la convierte en ATP para el trabajo celular con una eficiencia de ~25%.
- **Tasa metabólica basal** - ~1.500-2.000 kcal/día (6-8 MJ) para mantenerse con vida
- **Carrera de maratón** - Quema ~2.600 kcal (~11 MJ) en 3-4 horas
- **Barrita de chocolate** - ~250 kcal podrían alimentar un portátil de 60 W durante ~4,5 horas (si fuera 100% eficiente)
- **Matemáticas de la dieta** - 1 libra de grasa = ~3.500 kcal de déficit; un déficit de 500 kcal/día = 1 libra/semana
Gestión de la energía en el hogar
Las facturas de electricidad cobran por kWh. Comprender el consumo de los electrodomésticos ayuda a reducir costes y la huella de carbono.
- **LED vs. incandescente** - LED de 10 W = luz incandescente de 60 W; ahorra 50 W × 5 h/día = 0,25 kWh/día = 9 €/mes
- **Cargas fantasma** - Los dispositivos en espera desperdician ~5-10% de la energía del hogar (~1 kWh/día)
- **Bombas de calor** - Mueven 3-4 kWh de calor utilizando 1 kWh de electricidad (COP > 3); los calefactores resistivos son 1:1
- **Carga de coche eléctrico** - Batería de 60 kWh a 0,15 €/kWh = 9 € por una carga completa (frente a 40 € de su equivalente en gasolina)
Transporte y vehículos
Los vehículos convierten la energía del combustible en energía cinética con pérdidas significativas. Los vehículos eléctricos son 3 veces más eficientes que los motores de combustión interna.
- **Coche de gasolina** - 30% de eficiencia; 1 galón (132 MJ) → 40 MJ de trabajo útil, 92 MJ de calor
- **Coche eléctrico** - 85% de eficiencia; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ a las ruedas, 11 MJ de pérdidas
- **Frenado regenerativo** - Recupera entre el 10 y el 25% de la energía cinética y la devuelve a la batería
- **Aerodinámica** - Duplicar la velocidad cuadruplica la potencia de arrastre necesaria (P ∝ v³)
Industria y fabricación
La industria pesada representa ~30% del uso mundial de energía. La eficiencia de los procesos y la recuperación del calor residual son cruciales.
- **Producción de acero** - ~20 GJ por tonelada (5.500 kWh); los hornos de arco eléctrico utilizan chatarra y menos energía
- **Fundición de aluminio** - ~45-55 GJ por tonelada; por eso el reciclaje ahorra un 95% de energía
- **Centros de datos** - ~200 TWh/año a nivel mundial (2020); el PUE (Power Usage Effectiveness) mide la eficiencia
- **Producción de cemento** - ~3-4 GJ por tonelada; representa el 8% de las emisiones mundiales de CO₂
Sistemas de energía renovable
La energía solar, eólica e hidráulica convierten la energía ambiental en electricidad. El factor de capacidad y la intermitencia determinan su despliegue.
- **Panel solar** - ~20% de eficiencia; 1 m² recibe ~1 kW de sol máximo → 200 W × 5 horas de sol/día = 1 kWh/día
- **Factor de capacidad de una turbina eólica** - 25-45%; turbina de 2 MW × 35% de factor de capacidad = 6.100 MWh/año
- **Hidroeléctrica** - 85-90% de eficiencia; 1 m³/s cayendo 100 m ≈ 1 MW
- **Eficiencia de ida y vuelta del almacenamiento en baterías** - 85-95%; pérdidas en forma de calor durante la carga/descarga
Aplicaciones científicas y de física
Desde aceleradores de partículas hasta la fusión por láser, la investigación en física opera en los extremos de la energía.
- **Gran Colisionador de Hadrones** - 362 MJ almacenados en el haz; colisiones de protones a 13 TeV
- **Fusión por láser** - La NIF entrega ~2 MJ en nanosegundos; alcanzó el punto de equilibrio en 2022 (~3 MJ de salida)
- **Isótopos médicos** - Los ciclotrones aceleran protones a 10-20 MeV para la tomografía por emisión de positrones (PET)
- **Rayos cósmicos** - La partícula de mayor energía detectada: ~3×10²⁰ eV (¡~50 J en un solo protón!)
Catálogo de unidades
Métrico (SI)
| Unidad | Símbolo | Julios | Notas |
|---|---|---|---|
| julio | J | 1 | Unidad base de energía del SI. |
| kilojulio | kJ | 1,000 | 1.000 J; útil para la nutrición. |
| megajulio | MJ | 1,000,000 | 1.000.000 J; escala de electrodomésticos/industrial. |
| gigajulio | GJ | 1.000e+9 | 1.000 MJ; gran industria/ingeniería. |
| microjulio | µJ | 0.000001 | Microjulio; sensores y pulsos de láser. |
| milijulio | mJ | 0.001 | Milijulio; pulsos pequeños. |
| nanojulio | nJ | 0.000000001 | Nanojulio; eventos de micro‑energía. |
| terajulio | TJ | 1.000e+12 | 1.000 GJ; liberaciones muy grandes. |
Imperial / EE. UU.
| Unidad | Símbolo | Julios | Notas |
|---|---|---|---|
| unidad térmica británica | BTU | 1,055.06 | Unidad térmica británica; HVAC y calefacción. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | Definición IT de BTU (≈ igual que BTU). |
| BTU (termoquímico) | BTU(th) | 1,054.35 | Definición termoquímica de BTU. |
| pie-libra fuerza | ft·lbf | 1.35582 | Pie‑libra fuerza; trabajo mecánico. |
| pulgada-libra fuerza | in·lbf | 0.112985 | Pulgada‑libra fuerza; par y trabajo. |
| millón de BTU | MBTU | 1.055e+9 | Millón de BTU; mercados energéticos. |
| quad | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ BTU; escalas energéticas nacionales. |
| therm | thm | 105,506,000 | Facturación de gas natural; 100.000 BTU. |
Calorías
| Unidad | Símbolo | Julios | Notas |
|---|---|---|---|
| caloría | cal | 4.184 | Pequeña caloría; 4,184 J. |
| Caloría (alimentaria) | Cal | 4,184 | ‘Caloría’ de las etiquetas de los alimentos (kcal). |
| kilocaloría | kcal | 4,184 | Kilocaloría; Caloría alimentaria. |
| caloría (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Caloría a 15°C. |
| caloría (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Caloría a 20°C. |
| caloría (IT) | cal(IT) | 4.1868 | Caloría IT (≈4,1868 J). |
| caloría (termoquímica) | cal(th) | 4.184 | Caloría termoquímica (4,184 J). |
Eléctrico
| Unidad | Símbolo | Julios | Notas |
|---|---|---|---|
| kilovatio-hora | kWh | 3,600,000 | Kilovatio‑hora; facturas de servicios públicos y vehículos eléctricos. |
| vatio-hora | Wh | 3,600 | Vatio‑hora; energía de electrodomésticos. |
| electronvoltio | eV | 1.602e-19 | Electronvoltio; energías de partículas/fotones. |
| gigaelectronvoltio | GeV | 1.602e-10 | Gigaelectronvoltio; física de altas energías. |
| gigavatio-hora | GWh | 3.600e+12 | Gigavatio‑hora; redes y centrales. |
| kiloelectronvoltio | keV | 1.602e-16 | Kiloelectronvoltio; rayos X. |
| megaelectronvoltio | MeV | 1.602e-13 | Megaelectronvoltio; física nuclear. |
| megavatio-hora | MWh | 3.600e+9 | Megavatio‑hora; instalaciones más grandes. |
Atómico / Nuclear
| Unidad | Símbolo | Julios | Notas |
|---|---|---|---|
| unidad de masa atómica | u | 1.492e-10 | Equivalente energético de 1 u (a través de E=mc²). |
| energía de Hartree | Eₕ | 4.360e-18 | Energía de Hartree (química cuántica). |
| kilotón de TNT | ktTNT | 4.184e+12 | Kilotón de TNT; energía de gran explosión. |
| megatón de TNT | MtTNT | 4.184e+15 | Megatón de TNT; energía de explosión muy grande. |
| constante de Rydberg | Ry | 2.180e-18 | Energía de Rydberg; espectroscopia. |
| tonelada de TNT | tTNT | 4.184e+9 | Tonelada de TNT; equivalente explosivo. |
Científico
| Unidad | Símbolo | Julios | Notas |
|---|---|---|---|
| barril de equivalente de petróleo | BOE | 6.120e+9 | Barril equivalente de petróleo ~6,12 GJ (aprox.). |
| pie cúbico de gas natural | cf NG | 1,055,060 | Pie cúbico de gas natural ~1,055 MJ (aprox.). |
| dina-centímetro | dyn·cm | 0.0000001 | Dina‑cm; 1 dyn·cm = 10⁻⁷ J. |
| ergio | erg | 0.0000001 | Ergio; energía CGS; 1 ergio = 10⁻⁷ J. |
| caballo de fuerza-hora | hp·h | 2,684,520 | Caballo de fuerza‑hora; mecánico/motores. |
| caballo de fuerza-hora (métrico) | hp·h(M) | 2,647,800 | Caballo de vapor‑hora métrico. |
| calor latente del vapor | LH | 2,257,000 | Calor latente de vaporización del agua ≈ 2,257 MJ/kg. |
| energía de Planck | Eₚ | 1.956e+9 | Energía de Planck (Eₚ) ≈ 1,96×10⁹ J (escala teórica). |
| tonelada de equivalente de carbón | TCE | 2.931e+10 | Tonelada equivalente de carbón ~29,31 GJ (aprox.). |
| tonelada de equivalente de petróleo | TOE | 4.187e+10 | Tonelada equivalente de petróleo ~41,868 GJ (aprox.). |
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre kW y kWh?
kW es potencia (tasa). kWh es energía (kW × horas). Las facturas usan kWh.
¿Son las Calorías lo mismo que las kcal?
Sí. Una ‘Caloría’ alimentaria equivale a 1 kilocaloría (kcal) = 4,184 kJ.
¿Cómo estimo el coste de un electrodoméstico?
Energía (kWh) × tarifa (por kWh). Ejemplo: 2 kWh × 0,20 € = 0,40 €.
¿Por qué hay tantas definiciones de caloría?
Las mediciones históricas a diferentes temperaturas llevaron a variantes (IT, termoquímica). Para la nutrición, usa kcal.
¿Cuándo debo usar eV en lugar de J?
El eV es natural para escalas atómicas/de partículas. Conviértelo a J para contextos macroscópicos.
¿Qué es el factor de capacidad?
La producción real de energía a lo largo del tiempo dividida por la producción si la planta funcionara a plena potencia el 100% del tiempo.
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