USAC Ingeniería Específica study materials
USAC Ingeniería Específica study resources

USAC Ingeniería Específica: Ciencias naturales aplicadas a la ingeniería: materiales, energía y balances

USAC Ingeniería Específica · Work through your exam, one topic at a time.

All guide sections

Ciencias naturales aplicadas a la ingeniería: materiales, energía y balances

Aquí la ciencia funciona como insumo de diseño: propiedades y esfuerzos de materiales, balances de masa y energía, comportamiento de fluidos, ciclos naturales e impacto ambiental. Los ítems piden estimar, convertir y juzgar si un resultado es físicamente razonable, más que demostrar una teoría completa.

Materiales y esfuerzos

  • Esfuerzo σ=F/A en pascales; deformación unitaria ε=ΔL/L₀; módulo de Young E=σ/ε dentro del rango elástico.
  • Un material dúctil se deforma antes de romperse; uno frágil falla con deformación pequeña y sin aviso.
  • La densidad ρ=m/V permite estimar pesos: 0.1 m³ de hormigón con ρ≈2400 kg/m³ tiene 240 kg, es decir unos 2.4 kN.
  • La corrosión y la fatiga reducen la sección útil y explican fallas bajo cargas menores que la de diseño.

Energía, fluidos y ambiente

  • Eficiencia η = energía útil / energía total; siempre es menor o igual que 1.
  • Potencia eléctrica P=VI; energía en kWh = potencia en kW × tiempo en horas.
  • Caudal Q=A·v; en un conducto continuo A₁v₁=A₂v₂, así que al reducirse el área aumenta la velocidad.
  • Balance de masa: lo que entra a un proceso sale o se acumula; nada desaparece.

Ejemplo resuelto

Un panel solar entrega 300 W durante 5 h de sol útil. ¿Cuánta energía produce al día y cómo se compara con una lámpara de 100 W encendida 10 h?

  1. Panel: E=P·t=0.300 kW × 5 h = 1.5 kWh.
  2. Lámpara: 0.100 kW × 10 h = 1.0 kWh.
  3. El panel cubre 1.5 veces ese consumo y sobran 0.5 kWh.
  4. Conversión útil: 1 kWh=3.6×10⁶ J, por lo tanto 1.5 kWh≈5.4×10⁶ J.

Errores que cuestan puntos

  • Mezclar watts con kilowatts y horas con segundos dentro del mismo cálculo.
  • Multiplicar P·t con el tiempo en minutos y reportar el resultado como kWh.
  • Invertir la eficiencia, dividiendo el resultado útil en lugar de multiplicarlo.
  • Comparar magnitudes sin unificar unidades (kN frente a kg, por ejemplo).