IMPORTANCIA DE LOS SERES VIVOS
Reino Mónera (Bacterias y Cianofíceas)
Bacterias
Importancia Ecológica
En el ecosistema encontramos algunas bacterias que toman el nitrógeno libre de la atmosfera para incorporarlo a las plantas hospedantes que lo transforman en compuestos orgánicos. Son las bacterias fijadoras de nitrógeno. Los géneros mas conocidos son Nitrobacter, Clostridium y Rhizobium.
Ciertas bacterias que viven en el suelo tienen la capacidad de fijar el nitrógeno en forma de compuestos; otras son responsables de la descomposición de las sustancias orgánicas muertas. Este proceso es conocido como amonificación. Algunos de los microorganismos utilizan las proteínas y excreta el exceso de nitrógeno en forma de amoniaco (NH3) o de ión amonio (NH4).
Las bacterias que viven en el suelo intervienen también en el proceso de nitrificación. Ellas pueden oxidar el amoniaco y la energía desprendida en esta reacción la utilizan posteriormente; el nitrito obtenido es oxidado a nitrato, logrando también liberación de energía. He aquí la reacción:
2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O
Las bacterias son parte indispensables en el reciclaje de nutrientes ya que todos los desechos de plantas y animales al ser descompuestos, pasan a formar parte del suelo y son reutilizados de nuevo por las plantas.
Además de los procesos nombrados, existe otro donde las bacterias descomponen los nitratos en ausencia de oxígeno, es la desnitrificación, la cual ocurre en suelos mal drenados y por lo tanto poco aireados.
Importancia Económica
Las bacterias son ampliamente utilizadas por el hombre en algunos procesos industriales. Así, metabolizando los contribuyentes de la leche, ciertas especies de bacterias son utilizadas en la producción de quesos, mantequilla, Yogurt y otros productos lácteos.
Importancia Sanitaria
La mayoría de las bacterias son benignas e intervienen en procesos que de alguna manera benefician al hombre, pero existen bacterias patógenas causantes de graves enfermedades.
Las aguas para consumo humano que no han recibido un tratamiento adecuado pueden contener bacterias peligrosas para la salud, como son: Escherichia Coli y Aerobacter Aerogens.
Cianofíceas
Importancia Ecológica
Este tipo de algas está ampliamente distribuido. Por formar parte del fitoplancton, son los productores primarios de las cadenas alimenticias y base fundamental de la vida en el mar, lagos y lagunas.
Las cianofíceas intervienen en la oxigenación de ambientes acuáticos y en la formación del suelo. Pueden presentarse en cantidad suficiente como para colorear el agua; es el caso del mar rojo que debe su nombre a la presencia de una cantidad innumerable de cianofíceas en ciertas épocas del año.
Algunos géneros como Nostocy Anabaena tienen la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico y hay especies que intervienen en la formación de los arrecifes (Oscillatoria).
Importancia Económica
Cuando se presentan en exceso agotan el oxigeno, provocando así la muerte de la fauna acuática de ríos y lagos.
Importancia Sanitaria
Cuando se acumulan en grandes cantidades provocan la contaminación del agua, especialmente de las reservas de agua para el consumo humano.
Generalmente en estos casos congestionan los filtros y causan malos olores.
Reino Protista
Algas
Importancia Ecológica
Las algas son de gran valor como productores primarios, sirven de base a las cadenas alimentarias y por su actividad fotosintética son importantes productoras de oxigeno. Están ampliamente distribuidas en las zonas ártica y antártica y a grandes profundidades; en los trópicos también contribuyen a la formación de arrecifes.
Importancia Económica
El empleo de las algas como alimento es costumbre muy antigua, sobre todo entre chinos, japoneses y hawaianos. Actualmente destaca su importancia industrial para la producción de agar, algina, carrugina, yodo, potasio, vitaminas y fertilizantes. El valor nutritivo de las algas ha sido demostrado fehacientemente.
El agar, es un compuesto de carbohidratos y proteínas, se obtiene principalmente de las algas Gracilaria, Gelidium y otras; se emplea en bacteriología para la preparación de cultivos, en los procesos de enlatados de pescado, fabricación de adhesivos, sopas, salsas, gelatinas, espuma de afeitar, cremas cosméticas, etc. También es utilizado como clarificador de algunas bebidas alcohólicas.
La carrugina se obtiene de las especies Chondrus Crispus y Gigartina Stellate y se utiliza en la industria como estabilizador de emulsiones, suspensiones y espumas.
La algina, obtenida de las especies Ascophylium, Laminaria, Macrocystis y otras, por sus propiedades coloidales es ampliamente utilizada en la industria farmacéutica, en la elaboración de pulimientos para carros, cosméticos, pinturas y repostería.
Como fertilizantes las algas son muy apreciadas por sus nutrientes, especialmente se utilizan las Laminarias y otras especies.
Importancia Sanitaria
La presencia de excesivas algas en las tomas de agua la hacen inservible para el consumo humano, producen olores desagradables y obstruyen los filtros.
Hoy en día existen centros muy importantes de talasoterapia que utilizan algas marinas para el tratamiento de algunas enfermedades.
En ocasiones y por diferentes factores, en el mar hay proliferación de algunos microorganismos, dinoflagelados, que debido a su abundancia colorean las aguas de rojo, vino tinto y marrón según los casos. Este fenómeno se conoce como marea roja que al liberar toxinas mueren grandes cantidades de peces y moluscos. A veces, al ingerir el hombre los moluscos contaminados, puede sufrir graves intoxicaciones.
Protozoarios
Importancia Ecológica
Forman parte del plancton marino y se encuentran igualmente en el suelo, de allí su importancia para el mantenimiento del equilibrio ecológico y control de otros microorganismos en el medio acuático.
Importancia Sanitaria
Algunos protozoarios son causantes de enfermedades ya que muchos son parásitos. Actualmente con el desarrollo de las técnicas de laboratorio se están utilizando protozoarios en investigaciones ecológicas y en estudios sobre vitaminas y drogas.
Reino Fungi (Hongos y Líquenes)
Importancia Ecológica
Los hongos son organismos descomponedores, abundan en el medio terrestre y escasean en el marino. Junto con las bacterias descomponen los cadáveres y provocan la desintegración de las partículas orgánicas. Los materiales se producen por efecto de la descomposición son nuevamente utilizados por los organismos productores, con lo cual se obtiene el reciclaje de la materia.
Hongos y líquenes contribuyes a la formación de los suelos, particularmente estos últimos porque descomponen las rocas. Los líquenes casi no se encuentran en los arboles de las grandes ciudades, debido a la contaminación de la atmósfera y a la resequedad del aire. Una rara excepción la constituye una especie que en Inglaterra crece en áreas fuertemente contaminadas.
Importancia Económica
En este aspecto los líquenes no han sido de gran interés. El hombre los ha utilizado como alimento, medicina y sobre todo para teñir telas, pero han sido sustituidos en esta aplicación por productos sintéticos. A la especie Centraria Islándica se le atribuyen propiedades para aliviar y prevenir la tos y ha sido usada por mucho tiempo para combatir las afecciones bronquiales. En general, los líquenes han sido poco explotados económicamente muchos de sus componentes inhiben o destruyen bacterias y virus.
Los hongos son conocidos por su amplio valor económico. Algunas especies son comestibles, cuyo cultivo ha dado origen a una industria prospera de enlatados y conservas en general.
Las levaduras se emplean para la elaboración del pan y en la fermentación alcohólica. Algunas especies de levaduras se utilizan para la obtención de productos como cerveza, vino y otros licores.
Importancia Sanitaria
El uso de los hongos para la producción de antibióticos ha sido vital para el hombre en su lucha contra las enfermedades. A partir del hongo Penicillium Notatum, el científico Alexander Fleming descubre la penicilina, de ahí en adelante muchos han sido los antibióticos obtenidos de los hongos. Los más comunes son la estreptomicina, aureomicina, terramicina entre otros.
Reino Plantae
Importancia Ecológica
Los vegetales ayudan a la conservación de los suelos y los protegen de la erosión y con sus restos contribuyen a fertilizarlos y a la formación de la capa humus. La vegetación al proteger el suelo, retiene las aguas y ayuda a conservar los cursos de agua. Contribuyen a la purificación del aire mediante la producción de oxígeno y absorben el CO2 producto de la respiración vegetal y animal.
Importancia Económica
Las plantas proporcionan grandes beneficios entre ellos, el beneficio de que existen gran variedad de ellas, y la mayoría sirven de alimento y como planta medicinal, eso sin mencionar que también como organismos productores, estas dentro de la cadena alimentaria.
El hombre cultiva plantas desde tiempos ancestrales, legumbres, vegetales, hortalizas, frutas y condimentos, todas ellas forman parte de la alimentación del hombre. Actualmente son muchas las industrias que se benefician de la explotación de la madera extraída de los árboles como el roble, cedro, caoba, apamate, etc.
Importancia Sanitaria
El hombre en todas épocas ha utilizado plantas con fines medicinales (manzanilla, sábila, yerbabuena); algunas plantas se emplean en la industria farmacéutica para la preparación de medicamentos: belladona, eucalipto, higuerilla, etc.
Así mismo podemos encontrar plantas perjudiciales que son venenosas, cáusticas o producen alergias. En nuestras ciudades es muy común ver los arboles parasitados por la tiña, una planta que vive sobre las ramas de los mismos y los debilita hasta que se secan y se mueren.
Importancia Estética
La vegetación forma parte del paisaje, lo embellece y adorna parques y jardines, destacándose en el aspecto ornamental las flores y los helechos.
Reino Animalia
Importancia Ecológica
La fauna desempeña un gran papel en el mantenimiento del equilibrio ecológico, en el control de poblaciones que unas especies ejercen sobre otras. También son importantes desde el punto de vista económico, cultural y científico.
Los animales contribuyen a la propagación de las plantas ya que algunos actúan como agentes polinizadores (abejas) o porque sirven como medio de transporte de las semillas.
Los restos de los animales muertos se descomponen y se reciclan pasando a formar parte de los suelos convertidos en sustancias minerales.
Importancia Económica
Ha sido de gran ayuda para la humanidad el caballo como medio de transporte, los Bueyes para tirar de los arados, sistema todavía usado en algunas regiones, perros que cuidan rebaños, etc.
Los animales son fuente de alimento para el hombre desde su aparición sobre la tierra. De ellos obtenemos las diferentes carnes, leches, huevos, grasa, y gran variedad de materia prima como pieles, lana, huesos, cerdas, etc. Desde los orígenes de la humanidad, el hombre ha utilizado los animales para realizar sus actividades agrícolas y para su alimentación.
Importancia Estética
La fauna al igual que la flora, es parte del paisaje. Muchos animales de plumaje vistoso son apreciados por su valor ornamental, como el caso de las aves y peces de colores, diversas especies se agrupan en grandes parques zoológicos para que el hombre pueda apreciarlos y observarlos.
Importancia Sanitaria
Son muy útiles en este caso aquellas aves que se alimentan de cadáveres, por ejemplo los zamuros, gavilanes y otros. En la investigación científica sobre vacunas, medicinas y sueros, se emplean animales de experimentación como caso previo para la utilización en el hombre.
INTRODUCCIÓN
La tierra está habitada por muchas formas de vida. Ya se han descubierto más de un millón de especies de animales y 325,000 especies de plantas. Los biólogos sugieren que puede haber varios millones de especies diferentes que viven en éste planeta. Para poner orden en este extenso conjunto de formas de vida los biólogos han desarrollado sistemas para agrupar o clasificar los organismos. La taxonomía es la ciencia de la clasificación que comprende algo más que identificar y dar nombres a los organismos. Un taxónomo (el científico que se especializa en la taxonomía) trata de entender las relaciones entre los organismos y de identificar y dar nombre a los organismos. Un buen sistema de clasificación permite a los biólogos saber muchas cosas acerca de un organismo si conoce las características del grupo a que pertenecen.
El primer esfuerzo real para desarrollar un sistema de clasificación empezó con los antiguos griegos. Hacia el 350 A.C., al filósofo griego Aristóteles dividió a los organismos en dos grupos: reino animal y reino vegetal, introdujo el término especie queriendo decir “formas similares de vida “. Hoy el término especie significa “un grupo de organismos de una clase en particular, estrechamente relacionados, que pueden entrecruzarse y producir crías fértiles”. En los siglos XVI y XVII, los científicos se fijaron nuevamente en la clasificación. En el siglo XVII, el botánico inglés John Ray desarrolló un sistema de clasificación mejorada. Él inventó un método para clasificar las plantas de semilla de acuerdo con la estructura de la semilla, el cual se usa todavía. Ray diseñó un sistema mediante el cual a cada organismo se le daba un nombre en latín, el cual consistía en una larga descripción científica del organismo.
Hoy día, siguiendo los ideales plasmados de los científicos anteriores se tiene una clasificación para la diversidad de seres vivientes sobre el planeta, incluyendo las plantas y demás especies vegetales. Tal es el caso que veremos a continuación en la presente obra, puesto que se observará clara y detalladamente la clasificación, entre otras características de los hongos y los helechos.
CONCLUSIÓN
A manera de resumen se puede decir que Los hongos constituyen un grupo de organismos numeroso y extensamente distribuido, cuya actividad resulta esencial en el funcionamiento de todos los ecosistemas. Son los causantes, junto con las bacterias, de la putrefacción y descomposición de toda la materia orgánica. Son seres vivos descomponedores que degradan los restos de organismos muertos y devuelven el carbono y otros elementos de nuevo al ambiente, para que puedan ser reutilizados. La importancia de los hongos para los seres humanos es inestimable. Ciertos hongos, entre los que se incluyen algunos mohos, tienen un valor probado en la síntesis de antibióticos y hormonas empleados en medicina, así como de enzimas utilizados en determinados procesos industriales. Algunos hongos, como las trufas, son considerados un alimento exquisito. Sin embargo, no todos los hongos resultan beneficiosos, algunos son parásitos de organismos vivos y producen graves enfermedades en plantas y animales.
Algunas especies conocidas incluyen champiñones, níscalos y levaduras, así como varias especies que originan enfermedades en plantas y animales, como las royas y los tizones. Algunos expertos estiman que hay aproximadamente 1,5 millones de especies, de las cuales aproximadamente unas 100.000 han sido identificadas. Las características propias de estos organismos hacen necesario incluirlos en un reino propio; el reino Hongos. Ciertos organismos similares a los hongos, como los mohos acuáticos (también conocidos como oomicetes) y los mohos mucilaginosos, que antiguamente se clasificaban en este reino, se incluyen ahora en el reino Protoctistas.
En cuanto a los helechos se podría decir que, el nombre común de cada uno de los miembros de una subdivisión de plantas criptógamas (sin reproducción sexual aparente). Se han hallado restos fósiles de helechos en rocas del periodo devónico lo que indica que el grupo apareció sobre la Tierra antes que las plantas con flor; los helechos están entre los vegetales terrestres más antiguos, junto con los briofitos (musgos, hepáticas y antocerotas); durante el periodo carbonífero constituían la forma de vegetación dominante.
En cuanto al tamaño, los helechos oscilan entre unos pocos centímetros y el porte arbóreo de varias especies tropicales, que alcanzan hasta 24 m de altura. Los helechos arbóreos forman troncos leñosos sin ramificar, rematados por un copete de hojas plumosas o frondes.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.monografias.com/reino?fungi/tersorstate.html
http://es.wikkipedia.org/fungikingdom/ramdontruck.html
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Friday, January 14, 2011
INTRODUCCIÓN
Las vías de comunicación en todos los aspectos posibles (aéreos, terrestres, marítimos y fluviales) son las principales vías de acceso para comunicarnos o desplazarnos hacía otros lugares, regiones, territorios y/o países. La historia de las mismas se remonta a años atrás cuando nuestros antepasados indígenas (a manera general y en referencia a las distintas civilizaciones) crearon caminos para poder viajar de un lado a otro. De esta manera nace lo que se conoce hoy día como vialidad.
El concepto de vialidad abarca todos los medios directos, en las que encontramos "vías" que pueden ser tanto de comunicación y transporte, los medios por donde encontramos estas vías pueden ser el agua, el aire y la tierra. Desde el punto de vista ingenieril y del constructor consideramos como parte de la vialidad de una región o país, a toda la infraestructura física (caminos, carreteras, autopistas, ferrocarriles, aeropuertos, puentes y puertos) e incluso lógica (Internet). Todo ello es considerado vialidad. Se puede decir que el sistema vial más antiguo ha sido el lacustre o marítimo ya que las antiguas civilizaciones utilizaban este medio como un sistema de transporte.
A continuación se presentan una serie de aspectos en referencia a lo que es la vialidad pero en un aspecto un poco más complejo. Para muestra de ello, se evidencia a continuación la capacidad y los niveles de servicio en cuanto a tráfico vehicular se refiere. Así como también se podrá observar y detallar los diferentes factores que afectan tanto la capacidad, como los niveles de servicios vehicular entre otros.
1. CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO
La teoría de Capacidad de Carreteras desarrollada por el Transportation Research Board (TRB), a través del Comité de Capacidad de Carreteras y Calidad del Servicio, de los Estados Unidos, edición 1994, constituye una poderosa herramienta para analizar la calidad del servicio que es dable esperar para el conjunto de vehículos que operan en una carretera de características dadas.
A continuación se resumen los principios básicos y se dan algunas tablas elaboradas para ilustrar el concepto de capacidad y nivel de servicio en situaciones particulares. Los valores que allí se indican deben ser considerados sólo como indicadores que permiten ilustrar órdenes de magnitud para las condiciones más corrientes en Perú.
La Teoría de Capacidad para Caminos Rurales es aplicable a carreteras o secciones de ellas que presenten tránsito ininterrumpido, libre de interferencias tales como semáforos, cruces a nivel de mayor prioridad, etc. por otra parte, la carretera o camino debe poseer pavimento superior en un razonable estado de conservación, de donde se deduce que esta teoría no es aplicable a caminos con carpeta de ripio o afirmado que introducen variables no cuantificadas por el método.
2. TIPOS DE CARRETERAS RURALES CONSIDERADAS
La teoría da un tratamiento diferente al problema según se trate de:
a. Carreteras o Caminos de dos carriles con tránsito bidireccional. En estos casos se considera que la vía no tiene control de acceso, pero sí que tiene prioridad sobre todas las demás vías que empalman o la cruzan. En caso que existan vías de mayor prioridad, deberá sectorizarse el camino y analizar por separado los sectores así determinados, posiblemente el punto de cruce pasará a ser un punto crítico.
b. Carreteras de más de dos carriles, sin control de acceso, en que se cuenta por los menos con dos carriles adyacentes para cada sentido de tránsito (Tránsito Unidireccional). Puede tratarse de una sola calzada sin separación central, o dos calzadas separadas.
c. Carreteras de dos o más carriles para tránsito unidireccional, con control total o parcial de acceso y calzadas separadas. Corresponde al caso de Autopistas y multicarriles que cumplan con las condiciones descritas.
3. CONDICIONES IDEALES O DE REFERENCIA
A fin de establecer las condiciones que permitan obtener los máximos volúmenes para una cierta calidad del flujo, se definen las condiciones ideales respecto del tránsito y de las características del camino. para condiciones que se apartan de las ideales la metodología define coeficientes de corrección que permiten calcular los volúmenes máximos asociados a una calidad de flujo, bajo las condiciones prevalecientes. Las condiciones ideales o de referencia son:
a. Flujo de Tránsito Continuo. Libre de interferencias según lo definido en A1.01 para las diferentes categorías de caminos que considera la teoría.
b. En el flujo de tránsito existen solamente vehículos ligeros de pasajeros (automóviles, camionetas).
c. Carriles de 3,6 m, de ancho, con bermas a los costados de la carretera de un ancho igual o mayor a 1,8 m, libres de obstáculos. Se considera obstáculo cualquier elemento de más de 0,15 m, de alto y su influencia será diferente si se trata de obstáculos continuos o aislados.
d. En carreteras rurales la alineación horizontal y vertical debe poseer una "Velocidad Promedio del Camino" (VPC: velocidad de diseño de sus diversos elementos geométricos ponderada por la longitud), igual o mayor a 110 Kph. En caminos de dos carriles con tránsito bidireccional debe contarse, además con distancias de visibilidad adecuadas para adelantar, en forma continua, a lo largo de todo el sector bajo análisis.
En la práctica la condición b) es de muy rara ocurrencia, ya que lo normal es que en el flujo existan camiones (cualquier vehículo de carga con seis o más ruedas) y buses para el transporte público.
La presencia de estos vehículos implica un factor de corrección, cuyo valor base está determinado para trazados que se desarrollan por terrenos prácticamente planos. Cuando la topografía es en general ondulada o montañosa la metodología consulta las correcciones adicionales necesarias.
4. CAPACIDAD DE UNA CARRETERA O CAMINO
Se define como el número máximo de vehículos por unidad de tiempo que pueden pasar por una sección de un camino, bajo las condiciones prevalecientes del tránsito y del camino. Normalmente se expresa como un volumen horario, cuyo valor no se puede sobrepasar a no ser que las condiciones prevalecientes cambien. Como valores de referencia se cita a continuación la "Capacidad en Condiciones Ideales".
TABLA 1
CAPACIDAD EN CONDICIONES IDEALES
Sentido de Transito Clase de Via Capacidad Ideal
Unidireccional Autopista 2 carriles por sentido 2200 V.L./hr/carril
3 ó más carriles por
sentido 2300 V.L./hr/carril
Multicarril 2200 V.L./hr/carril
Bidireccional Dos carriles 2800 V.L./hr/ambos sentidos
Como puede observarse, la unidireccionalidad del tránsito, que evita tener que compartir los carriles para efectos de adelantamiento, tiene una importancia capital en la capacidad de una carretera. Las cifras mencionadas representan valores medios determinados mediante procesos de medición directa y son actualmente aceptadas como válidas internacionalmente.
La capacidad de las carreteras de dos carriles está afectada por el reparto del tráfico por sentidos. Según se separa el reparto de la situación ideal 50/50, la capacidad total de ambos sentidos que reducida como se indica a continuación:
TABLA 2
CAPACIDAD CARRETERAS DE DOS CARRILES
Reparto por
Sentidos Capacidad Total
(VL/hr) Relación Capacidad / Capacidad
Ideal
50/50 2 800 1,00
50/40 2 650 0,94
70/30 2 500 0,89
80/20 2 300 0,86
90/10 2 100 0,75
100/0 2 000 0,71
5. NIVELES DE SERVICIO
Cuando el volumen de tránsito es del orden de aquel correspondiente a la capacidad de la carretera, las condiciones de operación son malas, aún cuando el tránsito y el camino presenten características ideales.
En efecto, la velocidad de operación fluctuará alrededor de los 48 Kph para la totalidad de los usuarios y la continuidad del flujo será inestable, pudiendo en cualquier momento interrumpirse, pasando de un flujo máximo a un flujo cero, durante el período de detención.
Es necesario, por lo tanto que el volumen de demanda sea menor que la capacidad de la carretera, para que ésta proporcione al usuario un nivel de servicio aceptable.
La demanda máxima que permite un cierto nivel o calidad de servicio es lo que se define como Volumen de Servicio.
La metodología desarrollada por el TRB define cuatro Niveles de Servicio (A, B, C y D) que permiten condiciones de operaciones superiores a las antes descritas. Cuando la carretera opera a capacidad se habla de Nivel E y cuando se tiene flujo forzado se le denomina Nivel F.
Así pues se presenta una seria de niveles para poder definirlos mejor, y para tener una idea basta de lo que se puede decir que es un nivel de servicio vehicular, es necesario tener un punto de vista multiparadigmático, y en base a lo anteriormente descrito tenemos como muestra la siguiente imagen que muestra los niveles de servicio.
Figura Nº 1. Niveles de Servicio.
Cuantitativamente, los Niveles de Servicio se establecen a partir de la Velocidad de Operación que permiten y la densidad (VL/Km/carril), para las condiciones prevalecientes en la carretera. Dicho de otro modo, el límite inferior de un Nivel de Servicio queda definido por el volumen máximo que permite alcanzar la velocidad de operación especificada como propia de ese nivel.
En este orden de ideas podríamos realizar mediante una gráfica, las expresiones anteriormente descritas en el párrafo alusivo a lo que son niveles de servicio, a continuación se expresa de la manera más simple que hay.
Grafico Nº 1. Niveles de Servicio, idea general del índice de los mismos.
Los niveles de servicio abarcan un rango en que volúmenes menores que el volumen de servicio permiten velocidades de operación mayores que la mínima exigida para el nivel. Cuando el volumen disminuye y la velocidad de operación aumenta hasta aquellos definidos para el nivel Superior, se ha alcanzado dicho nivel, por el contrario, si el volumen aumenta y la velocidad disminuye, se pasa a las condiciones definidas para el nivel inferior.
Las características principales de operación que se dan dentro del rango correspondiente a cada nivel son:
Nivel A: Representa la condición de flujo libre, que se da con bajos volúmenes de demanda, permitiendo altas velocidades a elección del conductor. La velocidad está sólo limitada por la velocidad de diseño de la carretera, la que en todo caso debe ser al menos igual a 110 Kph, por definición de condiciones físicas exigidas para el nivel. Debe ser posible que todo usuario que lo desee pueda desarrollar velocidades de operación iguales o mayores que 96 Kph.
Nivel B: Representa la condición de flujo estable, los conductores aún pueden seleccionar sus velocidades con libertad razonable. Para poder brindar este nivel la carretera debe poseer una velocidad de diseño igual o mayor que 96 Kph. Todo usuario que lo desee podrá desarrollar velocidades de operación iguales o mayores que 80 pero menores que 96 Kph.
Nivel C: Representa aún condición de flujo estable, pero las velocidades y la maniobrabilidad están íntimamente controladas por los altos volúmenes de tránsito. La mayoría de los conductores no puede seleccionar su propia velocidad. En caminos con tránsito bidireccional hay restricción para ejecutar maniobras de adelantamiento. La velocidad de diseño exigida por el nivel debe ser de al menos 80 Kph y la velocidad de operación posible debe ser igual o mayor que 64 pero menor que 80 Kph.
Nivel D: Representa el principio del flujo inestable, con volúmenes del orden, aunque algo menores, que los correspondientes a la capacidad del camino. Las restricciones temporales al flujo pueden causar fuertes disminuciones temporales al flujo pueden causar fuertes disminuciones de la velocidad de operación. Los conductores tienen poca libertad para maniobrar, poca comodidad en el manejo, pero estas condiciones pueden tolerarse por cortos períodos de tiempo. La velocidad de operación fluctúa alrededor de 56 Kph.
Nivel E: Representa la capacidad del camino o carretera y por tanto el volumen máximo absoluto que puede alcanzarse en la vía en estudio. El flujo es inestable, con velocidades de operación del orden de 48 Kph. El nivel E representa una situación de equilibrio límite y no un rango de velocidades y volúmenes como los niveles superiores.
Nivel F: Describe el flujo forzado a bajas velocidades con volúmenes menores que la capacidad de la carretera. Estas condiciones se dan generalmente por la formación de largas filas de vehículos debido a alguna restricción en el camino. Las velocidades y las detenciones pueden ocurrir por cortos o largos períodos debido a la congestión en el camino.
Cabe destacar que la descripción cualitativa dada anteriormente es válida tanto para caminos de tránsito bidireccional como para los unidireccionales con o sin control de acceso, sin embargo, los rangos de velocidad de operación son válidos sólo para caminos con tránsito bidireccional, siendo algo mayores los asociados a cada nivel en caso de caminos unidireccionales con y sin control de acceso.
6. FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD Y VOLÚMENES DE CIRCULACIÓN CONTINUA
La capacidad de un carril es el máximo número de vehículos que puede pasar por él, suponiendo una velocidad uniforme, generalmente se expresa en vehículos/hora.
Donde:
v : velocidad en km/h
s : separación media mínima en metros entre las partes frontales de dos vehículos sucesivos, para determinar la velocidad.
Las variables v y s no son independientes. El valor de s es función de la longitud de los vehículos, del tiempo de reacción de los conductores y de la distancia de frenado, pudiendo expresarse en función de v por una fórmula del tipo:
En 1950, el Bureau of Public Roads de los Estados Unidos se publicó el Manual de Capacidad, del que se distribuyeron 30,000 ejemplares traducidos a 10 idiomas, la experiencia acumulada en este manual constituyó un paso decisivo para la Ingeniería de Tráfico, que dispuso de la posibilidad de analizar cuantitativamente y con cierta seguridad los problemas de circulación. En este manual de cuyas ideas básicas continúan vigentes, se definían los siguientes tipos de capacidad:
a) Capacidad básica, o máximo número de vehículos-tipo que pueden pasar por una sección dada de un carril durante una hora, en las condiciones óptimas tanto de la vía, como de los vehículos y de los agentes externos (condiciones atmosféricas y luz).
b) Capacidad posible, o máximo número de vehículos-tipo que pueden pasar por una sección dada de un carril durante una hora en las condiciones existentes del tramo de la vía considerando el tráfico que circula por ella.
c) Capacidad práctica, o máximo número de vehículos-tipo que puede pasar por una sección dada de un carril durante una hora sin que la intensidad del tráfico sea tan alta que cause pérdidas de tiempo, peligro o restricciones a la maniobrabilidad de los conductores más allá de lo razonable, en las condiciones existentes del tramo de vía considerado y del trafico que pasa por ella.
Los valores indicados en el manual de 1950 para condiciones ideales de la vía y que a efectos de la capacidad posible se alcanzan normalmente para velocidades de 40 a 50 Km/h, son los siguientes:
En calzadas de sentido único, la capacidad básica y posible en una vía ideal es de 2000 vehículos/hora por carril, y la capacidad práctica de 1000 vehículos/hora por carril en tramos rurales y de 1500 vehículos/hora en tramos urbanos.
En carreteras de dos carriles y doble sentido de circulación, la capacidad básica y posible para la circulación en dos sentidos es de 2000 vehículos/hora y la practica de 900 vehículos/hora y 1500 vehículos/hora entramos rurales y urbanos respectivamente.
La infraestructura vial, sea esta una vía rural o calle, puede ser de circulación continua o discontinua. Los sistemas viales de circulación continua no tienen elementos fijos externos al flujo de tránsito, tales como semáforos, que producen interrupciones en el mismo. Los sistemas viales de circulación discontinua tienen elementos fijos que producen interrupciones periódicas del flujo de tránsito, tales como semáforos, las señales de alto y otros tipos de regulación. Dependiendo del tipo de infraestructura a analizar se debe establecer un procedimiento para el cálculo de su capacidad.
7. FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD
Las características de la mayor parte de las vías rurales y urbanas y del tráfico que las utiliza difieren más o menos de las que se consideran ideales desde el punto de vista de capacidad.
Por ello es preciso aplicar una serie de factores de corrección para tener en cuenta la forma en que afectan la capacidad las diferencias que existen entre las circunstancias reales y las teóricas ideales. A veces, estos factores son a su vez función del nivel de servicio que se pretende.
Unos factores se refieren a las vías en sí y otros a las características del tráfico, aunque no siempre son independientes, como por ejemplo en el caso de la influencia de las pendientes y de la proporción de camiones que utiliza una determinada vía.
a) Factores que se refieren a las características de las vías.
Ancho de carriles
El ancho ideal de un carril es de 3.50 m. Si es menor, en carreteras de dos carriles, el adelantamiento es algo más difícil y la maniobra suele ocupar durante más tiempo el carril destinado al tráfico que circula en sentido opuesto; en calzadas de varios carriles un porcentaje mayor de vehículos ocupa parte de los carriles adyacentes. A continuación se presenta una tabla que relaciona el ancho del carril con él % de capacidad.
Tabla Nº 3. Ancho de carriles.
Obstáculos laterales a la calzada y ancho de bermas
Cualquier obstáculo lateral a la calzada próximo al borde, excepto un bordillo montable de 15 cm, produce cierto efecto de estrechamiento. Un ejemplo de la influencia de la influencia de los obstáculos laterales, se recoge de la tabla siguiente, para carreteras de dos carriles. En la práctica estos coeficientes se engloban en otros que reflejan conjuntamente el ancho de los carriles y que se dan al definir los niveles de servicio de los distintos tipos de vías.
Tabla Nº 4. Sobre obstáculos laterales desde el borde de la calzada.
Es fundamental la existencia de bermas que permitan situar fuera de la calzada los vehículos que hayan de detenerse momentáneamente, que no solo anulan un carril, si no que reducen la capacidad del carril adyacente por la existencia del obstáculo lateral que representa el vehículo detenido.
Carriles auxiliares
Además de los carriles principales en una calzada, muchas veces la existencia de carriles auxiliares mejora las condiciones de capacidad, por que eliminan de la calzada principal obstáculos y dificultades de circulación. Es el caso de carriles de aceleración o desaceleración, carriles para ciertos movimientos de giro, carriles auxiliares en los tramos de trenzado y carriles para tráfico pesado.
Estado del pavimento
Un pavimento deficiente reduce considerablemente la capacidad y es incompatible con los niveles de servicio elevados. Sin embargo, no es normal que en las calzadas donde las intensidades de tráfico son tan altas que llega a preocupar su falta de capacidad, el pavimento no permita circular a 40 o 50 km/h velocidades a las que se alcanza la máxima capacidad.
Trazado
Las características del trensado tienen una influencia considerable en la velocidad de servicio y por tanto, en el nivel de servicio. En cuanto a su influencia en la capacidad no es importante ya que las velocidades que corresponden a intensidades del orden de la capacidad, son bajas.
Pendientes
El efecto de las pendientes está muy ligado al tráfico pesado. Desde el punto de vista de la capacidad, la pendiente solo tiene efectos favorables cuando obliga a reducir la velocidad de los camiones por debajo de 50 km/h a cuya velocidad se alcanza aproximadamente la máxima capacidad.
El efecto sobre la velocidad de servicio se produce mucho antes y por tanto la pendiente influye considerablemente en los niveles de servicio, cuando el porcentaje de vehículos pesados es apreciable. En carreteras de dos carriles, el efecto de la pendiente suele ir acompañado por el también desfavorable de una reducción de la visibilidad de adelantamiento. Por ello muchas veces es conveniente el establecimiento de carriles lentos para los camiones.
b) Factores que se refieren al tráfico.
Camiones
Cualquier camión influye desfavorablemente en la capacidad, es decir, en el número total de vehículos/hora que pueden pasar por un tramo. Cada camión desplaza un cierto número de vehículos ligeros, cuyo número, que depende de circunstancias de cada caso, se representa por un coeficiente de equivalencia.
Autobuses
Los autobuses influyen desfavorablemente en la capacidad de forma análoga, aunque menos acusada, que los camiones.
Tabla Nº 5. Medios de Equivalencia.
Distribución del tráfico en los carriles de una calzada
La intensidad de tráfico en cada uno de los carriles de una calzada de autopista o arteria principal no es la misma. Cuando se llega a situaciones próximas a la saturación, en una autopista con calzada de tres carriles, son típicas intensidades de 1700 vehículos/hora en el carril derecho, 2100 en el carril central y de 2200 en el carril izquierdo. En general se suelen usar los carriles izquierdos, sobre todo en los niveles de servicio más altos.
Variación de la intensidad de tráfico dentro de una hora
Las cifras de capacidad normalmente se refieren a intensidades horarias, aunque la intensidad de tráfico no es uniforme durante los 60 minutos de una hora.
Con intensidades elevadas, las puntas acusadas dentro de la hora pueden reducir la capacidad horaria total. Para valorar este efecto, el manual de capacidad considera un factor de hora punta, que se determina en las autopistas por la relación entre el tráfico que pasa durante una hora y 12 veces el tráfico que pasa en 5 minutos de mayor intensidad. Para carreteras rurales hay menos experiencias en la valoración de este fenómeno, que además no interesa tanto, generalmente por que en ellas no es frecuente que las intensidades de tráfico alcancen valores próximos a la capacidad.
Interrupciones de circulación.
Cuando los vehículos están detenidos por cualquier interrupción, no es normal que puedan luego moverse a un ritmo superior a 1500 vehículos por carril. Como en condiciones de circulación continua la capacidad es de 2000 vehículos/hora es evidente que una brusca interrupción del tráfico, aunque sea corta, puede producir colas, ya que origina una disminución importante de la capacidad.
8. ZONAS DE ENTRECRUZAMIENTO
Es aquella zona donde se entrecruzan distintos flujos vehiculares que siguen un mismo sentido de circulación. La longitud y el ancho de la sección de entrecruzamiento determinan la facilidad de maniobra de los vehículos a través del mismo y en consecuencia su capacidad. La longitud y ancho del tramo de entrecruzamiento determinan la facilidad de maniobra de los vehículos a través del mismo y consecuentemente su capacidad. El ancho del tramo de entrecruzamiento expresado en carriles, se determina de acuerdo a la siguiente fórmula:
Donde:
N = ancho del tramo de entrecruzamiento en carriles
F1 y F2 = volúmenes de tránsito directo
W1 = volumen mayor que se entrecruza
W2 = volumen menor que se entrecruza
K = factor de influencia de entrecruzamiento
Vs = volumen de servicio correspondiente a la calidad del flujo deseado (Tabla 502.02)
TABLA 6
VOLÚMENES DE SERVICIO MÁXIMO SEGÚN CALIDAD DE FLUJO
Calidad de Flujo Volumen de Servicio Veh/Hora/Carril
I 2900
II 1900
III 1800
IV 1700
V 1800
La calidad de flujo es equivalente a lo que se denomina niveles de servicio en el tratamiento de la capacidad de carreteras con tránsito ininterrumpido; del mismo modo como se definen estos niveles de servicio, también se definen los grados de calidad de flujo. En la siguiente Tabla (6) se presenta la relación entre el nivel de servicio y la calidad de flujos en los tramos de entrecruzamiento.
Tabla Nº 7. Relaciones básicas de niveles.
(a) Según se representa en la Figura 7
(b) Operación a capacidad
(c) Volumen máximo equivalente a la calidad de flujo V, pero puede ser mucho más bajo
En la Tabla 8 se indica la longitud mínima de la sección de entrecruzamiento correspondiente a una velocidad de entrecruzamiento de 50 Km/h, C = 1700, K = 3, que son los valores mínimos absolutos.
TABLA 8
LONGITUD MÍNIMA DE ENTRECRUZAMIENTO
(VE = 50 Kph, C = 1700 VL/hr, K = 3)
Volumen de Entrecruzamiento
= W1 + W2 (VL/hora) Longitud Mínima de la sección de
entrecruzamiento (m)
1000 75
1500 120
2000 200
2500 290
3000 410
3500 565
En el análisis de secciones de entrecruzamiento se deben tener en cuenta los siguientes puntos:
• Cuando N es menor que 3, para un volumen total con un volumen exterior que sobrepase 600 VL/hora, se debe suministrar un carril adicional para el flujo exterior.
• Cuando N es menor que 4, para un volumen total con dos volúmenes exteriores, ada uno superior a 600 VL/hora, se debe suministrar un carril adicional a cada uno.
• No se tendrá en cuenta el entrecruzamiento si la distancia en metros entre las vías de entrada y salida es igual o superior a 0.8 veces el volumen horario que se entrecruza.
• En donde emergen dos vías, el número de carriles más allá del punto de entrada no debe ser menor que la suma de los carriles de las calzadas que emergen menos uno.
• Más allá del punto de salida el ancho de la calzada principal no se debe reducir en más de un carril.
Balance de Carriles
En el estudio de intersecciones a desnivel se debe efectuar un balance de carriles que contemple los siguientes puntos como mínimo:
La distancia entre puntos de salida sucesivos debe ser al menos la longitud del carril que interviene en el cambio de velocidad y se debe incrementar hasta donde sea necesario para facilitar las maniobras y la señalización.
• Distancia mínima entre puntos consecutivos de entrada y salida: 180 metros
• Angulo deseable entre la vía de enlace o secundaria y la calzada de la vía principal: 4 a 5º.
• Longitud mínima de las narices de entrada y salida: 45 metros.
• Si después de una punta de salida el ancho de la vía principal se reduce en un carril, la reducción debe hacerse mediante una línea diagonal cuya longitud sea superior a 90 metros, medidos a partir de la nariz de salida.
Carriles de Cambio de Velocidad
Los carriles de cambio de velocidad se deben ubicar en los tramos en donde la vía principal es razonablemente recta y los estándares de nivel y visibilidad son altos. Nunca se deben ubicar en los alineamientos curvos de la vía principal.
En general, se regirán las dimensiones mínimas y recomendaciones según, lo normado en el Tópico 7.
Vías de Enlace
En la Tabla 6 se presentan los criterios correspondientes a velocidad de diseño, ancho de la calzada y pendiente en vías de enlace de intersecciones a desnivel y en las Tablas 4, 5, 6 y 7, los valores mínimos para velocidad en ramales, radio de curvatura, parámetro de clotoide y anchos de berma, respectivamente.
Las distancias de visibilidad de parada se deben chequear entre puntos a 1.15 metros por encima de la calzada, a lo largo de líneas a 1.8 metros de ambos bordes de la calzada.
Figura Nº2. Zona de entrecruzamiento.
9. ESTACIONAMIENTO
Figura Nº 3. Último nivel de un estacionamiento multinivel en la Universidad Rutgers de New Brunswick, Nueva Jersey, Estados Unidos.
En relación con los vehículos, se conoce como estacionamiento (o parking, término este último un anglicismo del que derivan otros sinónimos: parqueadero y aparcamiento, e incluso el verbo aparcar) al espacio físico donde se deja el vehículo por un tiempo indeterminado cualquiera y, en algunos países hispanohablantes, también al acto de dejar inmovilizado un vehículo. Para la definición que del término hace en España la Instrucción 08/V-74 apartado 3.1 Vías urbanas D.G.T. (del 28 de enero de 2008), no es relevante si los ocupantes se encuentran o no en el interior del vehículo, y basta con que la actividad que desarrollen en su interior no trascienda al exterior mediante el despliegue de elementos que desborden el perímetro del vehículo tales como tenderetes, toldos, dispositivos de nivelación, soportes de estabilización, etc.
En México se le llama pensión al lugar donde se pueden dejar, especialmente de noche, los vehículos a cambio de un pago por hora o semanal o mensual. En los países donde el automóvil es de uso habitual, instalaciones para el estacionamiento son construidas junto a edificios para facilitar el movimiento de los usuarios y ofrecer seguridad a sus vehículos; esto suele ser en garajes construidos en los sótanos de los mismos.
En muchos núcleos urbanos se implementan desde la década de 1990 esquemas de estacionamiento regulado con el objetivo de garantizar un espacio de aparcamiento mínimo para los residentes de una zona concreta y fomentar la rotación de vehículos de no residentes aparcados. El gran inconveniente de éste sistema es que es de pago. Otra posible solución a la escasez de espacio disponible en el centro de las ciudades son los aparcamientos robotizados. Este tipo de estacionamientos permiten multiplicar el número de plazas de aparcamiento disponibles en un espacio limitado.
10. TIPOS DE ESTACIONAMIENTO
Existen dos modalidades: las instalaciones totalmente robotizadas y las parcialmente robotizadas. En la primera el vehículo se transporta de forma automática, sin conductor, mediante equipos de elevación y transporte hasta su almacenamiento. En un aparcamiento parcialmente mecanizado es el conductor quien conduce el vehículo hasta la plaza del aparcamiento, de forma que aumenta la capacidad de los estacionamientos. Además, también existe otra modalidad de parking con servicio para viajeros. Existen empresas que centran su actividad en recoger vehículos, estacionarlos desde unas horas a varios días, y devolverlos a los clientes donde soliciten. Se puede hablar de tres tipos de estacionamientos diferentes dependiendo de la localización en la cual se realizan los servicios:
• Estacionamiento en aeropuerto.
• Estacionamiento en estación de tren.
• Estacionamiento en puerto.
Otra posible clasificación de estacionamiento depende de las características específicas del servicio para viajeros. En este caso concreto habría que hablar de tres tipos de diferentes:
• Valet Parking: Este tipo de estacionamiento también es conocido como aparcacoches. Es decir, el cliente no tiene porque desplazarse más allá del lugar en el que estableció que se le iba a recoger el vehículo. Es un chófer el que recoge y entrega el vehículo.
• Park and ride: En estos estacionamientos son los propios clientes los que llegan con sus vehículos, los aparcan y luego el propio parking en su autobús es el que lleva a los clientes o bien a la estación de tren, al aeropuerto o al puerto, dependiendo de lo contratado. Se trata de un estacionamiento en el que es más rentable las largas estancias.
• Estacionamiento rotacional: Esta cerca de la estación de tren, el puerto o el aeropuerto, pero suelen ser estacionamientos en los que es más rentable dejar el vehículo durante poco tiempo, ya que pese a estar más cerca del destino las tarifas son más altas porque la tarificación se realiza por minutos. Además, son los propios clientes lo que aparcan y recogen sus coches.
11. LUGARES DONDE ESTÁ PERMITIDO ESTACIONARSE
• En vías interurbanas:
Carreteras convencionales. Fuera de la calzada, en el lado derecho de la misma y dejando libre la parte transitable del arcén.
Autopistas y autovías. Únicamente en los lugares habilitados a dicho fin. (Áreas de servicio y similares)
• En vías urbanas y travesías:
De doble sentido. Tanto la parada como el estacionamiento, se pueden realizar en la calzada o en el arcén, pero situando el vehículo lo más cerca posible del borde derecho, salvo señalización contraria que prohíba dichas maniobras.
De sentido único. Se puede situar el vehículo tanto en el lado izquierdo como en el derecho de la calzada o del arcén, salvo que igualmente esté expresamente prohibido.
Tanto en las vías de doble sentido como de sentido único, el estacionamiento puede estar condicionado por Ordenanza Municipal al pago de una tasa o canon, o bien puede estar limitada su duración.
12. PROHIBICIONES GENERALES
Está prohibido estacionar, en todos los casos, en los siguientes lugares o circunstancias:
• En una vía de doble sentido, en la mitad opuesta al sentido de circulación.
• Donde al estacionar dejemos libres menos de 3 metros en nuestro carril (considerado estrecho).
• En autopistas, autovías, o rutas, excepto en los lugares habilitados a tal efecto (esto es así en casi todo el mundo).
• En las curvas y cambios de rasante de visibilidad reducida, en sus proximidades y en los túneles.
• En pasos a nivel, pasos para ciclistas y pasos para peatones.
• En los carriles o partes de la vía reservados exclusivamente para la circulación o para el servicio de determinados usuarios.
• En las intersecciones y en sus proximidades, si se dificulta el giro a otros vehículos o, en vías interurbanas, si se produce peligro por falta de visibilidad.
• Sobre los raíles de tranvías o tan cerca de ellos que pueda entorpecerse su circulación.
• En los lugares donde se impida la visibilidad de la señalización a los usuarios a quienes les afecte u obligue a hacer maniobras.
CONCLUSIONES
Básicamente lo que se ha venido estudiando, se conoce como características geométricas de vialidad o lo que es lo mismo decir capacidad de una vía de acceso. En fin las mismas deben cumplir con ciertas características para poder proporcionar lo que se conoce como nivel o niveles de servicio.
Las características geométricas de la vía esta directamente relacionadas con la capacidad de la vía, con el tipo de vehículos que circularán por ella y con la velocidad de circulación. El ancho de los carriles, la altura libre existente en las estructuras bajo las que lasa la vía, así como otras características geométricas de la misma, limita las dimensiones de los vehículos. De la misma manera, estas dimensiones imponen unas características geométricas mínimas a la vía.
La interdependencia entre la vía y el vehículo, tiene también lugar en lo referente a los pesos totales o por eje que afectan esencialmente al tipo y resistencia de los pavimentos y a la resistencia de las estructuras. El ancho, la separación entre ejes y la longitud total del vehículo determinan un radio mínimo de giro; es así que para diseñar una vía es indispensable conocer el radio de la curva descrita por la rueda interior trasera o radio interior de los vehículos tipo que circularán por dicha vía.
Las interpretaciones más lógicas dadas u ofrecidas a las distintas características expuestas se pueden apreciar en las distintas tablas que se plasman a lo largo de toda la acción del trabajo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Estudiosdetransito.ucv. Capacidad y Niveles de Servicios. Los factores que afectan esta capacidad al igual que los niveles de servicios. Extraído el 30 de Noviembre de 2011 desde: http://www.estudiosdetransito.ucv.cl/estac.htm
Wikipedia.org. Zonas de Entrecruzamiento. Zonas de entrecruzamiento y diferentes niveles de capacidad. Extraído el 01 de Diciembre de 2011 desde: http://es.wikipedia.org/wiki/zona_entrecruzado
Arwhys.com. Estacionamientos. Tipos de estacionamientos. Extraído el 01 de Diciembre de 2011 desde: http://www.arqhys.com/contenidos/tipos-estacionamientos.html
Wikipedia.org. Estacionamiento. Que es un estacionamiento y sus tipos y capacidades. Extraído el 30 de Noviembre de 2011 desde: http://es.wikipedia.org/wiki/Estacionamiento
Procesos Energeticos de los Seres Vivos
INTRODUCCIÓN
Todo ser viviente cumple una función en la tierra pero para ello requiere de materia prima para poder cumplir su labor sea cual sea. Es decir, para ello debe estar provisto de energía entiéndase por esta la materia prima de todo ser viviente para realizar una función en específica o bien para su correcto funcionamiento dentro de un área determinada. Por ejemplo para los seres humanos y los animales la energía la obtenemos mediante el metabolismo y el complejo proceso que realiza el cuerpo humano para procesar los alimentos contener en el cuerpo la materia hecha energía y desechar los residuos, al igual que los animales. En el caso de las plantas sucede algo muy similar pero de complejo sumario que es uno de los mayores descubrimientos hechos por el hombre en su ansiedad de descubrir el mundo que lo rodea. Este proceso de transformación de nutrientes absorbidos por las plantas a través de sus raíces recibe el nombre de FOTOSÍNTESIS. Es un complejo proceso en donde ciertos elementos como la luz del sol, juegan un papel imprescindible durante todo el transcurso del mismo y cabe destacar que este proceso ocurre en cuestiones de segundos. A pesar de ser complejo y corto, ocurre continuamente.
Bien mientras el estudio de la fotosíntesis sigue siendo un constante resurgir de ideas hay otro proceso o más bien leyes que rigen el comportamiento de la energía en un sistema y que de ello va a depender no solo eso sino también el trabajo que realiza un sistema durante la transmisión de energía con su entorno aunque no necesariamente se transfiere energía al medio, también se puede recibir sin retribuir. El ramo de la ciencia física que estudia estos cambios de energía es la termodinámica y cuyos principios son de irrelevante importancia suprema para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería debido a la descripción y relación de las propiedades y cambios de la materia así como sus intercambios energéticos Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos termodinámicos.
LEYES DE LA TERMODINÁMICA
o PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA:
Este principio establece que existe una determinada propiedad, denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. Tiene tremenda importancia experimental:
— pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema.
— pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro del físico químico y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.
Este principio fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Esta ley se expresa como: Eint = Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W).
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.
La primera ley de la termodinámica se aplica a todo proceso de la naturaleza que parte de un estado de equilibrio y termina en otro. Decimos que si un sistema está en estado de equilibrio cuando podemos describirlo por medio de un grupo apropiado de parámetros constantes del sistema como presión, el volumen, temperatura, campo magnético y otros la primera ley sigue verificándose si los estados por los que pasa el sistema de un estado inicial (equilibrio), a su estado final (equilibrio), no son ellos mismos estados de equilibrio. Por ejemplo podemos aplicar la ley de la termodinámica a la explosión de un cohete en un tambor de acero cerrado.
Hay algunas preguntas importantes que no puede decir la primera ley. Por ejemplo, aunque nos dice que la energía se conserva en todos los procesos, no nos dice si un proceso en particular puede ocurrir realmente. Esta información nos la da una generalización enteramente diferente, llamada segunda ley de la termodinámica, y gran parte de los temas de la termodinámica dependen de la segunda ley.
o SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.
Enunciado de Clausius: En palabras de Sears es: "No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada".
Enunciado de Kelvin: No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente (Energía absorbida), y lo convierta íntegramente en trabajo (Energía útil).
Todo ser viviente cumple una función en la tierra pero para ello requiere de materia prima para poder cumplir su labor sea cual sea. Es decir, para ello debe estar provisto de energía entiéndase por esta la materia prima de todo ser viviente para realizar una función en específica o bien para su correcto funcionamiento dentro de un área determinada. Por ejemplo para los seres humanos y los animales la energía la obtenemos mediante el metabolismo y el complejo proceso que realiza el cuerpo humano para procesar los alimentos contener en el cuerpo la materia hecha energía y desechar los residuos, al igual que los animales. En el caso de las plantas sucede algo muy similar pero de complejo sumario que es uno de los mayores descubrimientos hechos por el hombre en su ansiedad de descubrir el mundo que lo rodea. Este proceso de transformación de nutrientes absorbidos por las plantas a través de sus raíces recibe el nombre de FOTOSÍNTESIS. Es un complejo proceso en donde ciertos elementos como la luz del sol, juegan un papel imprescindible durante todo el transcurso del mismo y cabe destacar que este proceso ocurre en cuestiones de segundos. A pesar de ser complejo y corto, ocurre continuamente.
Bien mientras el estudio de la fotosíntesis sigue siendo un constante resurgir de ideas hay otro proceso o más bien leyes que rigen el comportamiento de la energía en un sistema y que de ello va a depender no solo eso sino también el trabajo que realiza un sistema durante la transmisión de energía con su entorno aunque no necesariamente se transfiere energía al medio, también se puede recibir sin retribuir. El ramo de la ciencia física que estudia estos cambios de energía es la termodinámica y cuyos principios son de irrelevante importancia suprema para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería debido a la descripción y relación de las propiedades y cambios de la materia así como sus intercambios energéticos Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos termodinámicos.
LEYES DE LA TERMODINÁMICA
o PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA:
Este principio establece que existe una determinada propiedad, denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. Tiene tremenda importancia experimental:
— pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema.
— pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro del físico químico y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.
Este principio fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Esta ley se expresa como: Eint = Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W).
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.
La primera ley de la termodinámica se aplica a todo proceso de la naturaleza que parte de un estado de equilibrio y termina en otro. Decimos que si un sistema está en estado de equilibrio cuando podemos describirlo por medio de un grupo apropiado de parámetros constantes del sistema como presión, el volumen, temperatura, campo magnético y otros la primera ley sigue verificándose si los estados por los que pasa el sistema de un estado inicial (equilibrio), a su estado final (equilibrio), no son ellos mismos estados de equilibrio. Por ejemplo podemos aplicar la ley de la termodinámica a la explosión de un cohete en un tambor de acero cerrado.
Hay algunas preguntas importantes que no puede decir la primera ley. Por ejemplo, aunque nos dice que la energía se conserva en todos los procesos, no nos dice si un proceso en particular puede ocurrir realmente. Esta información nos la da una generalización enteramente diferente, llamada segunda ley de la termodinámica, y gran parte de los temas de la termodinámica dependen de la segunda ley.
o SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.
Enunciado de Clausius: En palabras de Sears es: "No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada".
Enunciado de Kelvin: No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente (Energía absorbida), y lo convierta íntegramente en trabajo (Energía útil).
-
o TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por las ciencias.
LEYES DE LA TERMODINÁMICA (EJEMPLOS)
o Ley cero de la termodinámica: Si los cuerpos A y B están en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí.
o Primera ley: En la transformación de cualquier tipo de energía, en energía calorífica, o viceversa, la energía producida equivale, exactamente, a la energía transformada, es decir que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
Q =cal
U =cal
W = cal
U=Q-W
o Segunda ley: Afirma la imposibilidad de movimiento continuo, esto es que, todos los procesos de la naturaleza tienden a producirse sólo con un aumento de entropía y la dirección del cambio siempre es en la del incremento de la entropía, o que no existe máquina que, sin recibir energía exterior, pueda transferir calor a otro, (de mayor temperatura) para elevar su temperatura.
E = cal/°C
Q=cal
T = °C
E=^Q / T
o Tercera ley: La entropía de todo sólido cristalino puro se puede considerar nula a la temperatura del cero absoluto.
E=0
LA FOTOSÍNTESIS
En la fotosíntesis las células con clorofila de las plantas verdes atrapan una pequeña cantidad de energía luminosa para convertir el dióxido de carbono que toman del aire y el agua que toman del suelo en azúcar y oxígeno que es energía química. Se estudian juntas porque son dos funciones metabólicas antagónicas, pero complementarias ya que depende la una de la otra.
Se ha avanzado mucho, sobre todo en los últimos años, en cuanto a los procesos de la fotosíntesis, aunque todavía hay aspectos que no se conocen suficientemente. El proceso se puede empezar de la siguiente reacción química.
6CO2+6H2O+energía (ATP) → C6H12O6+6O2
Este proceso se realiza en un organoide llamado cloroplasto que es único y exclusivo de las células vegetales y tienen en su interior la clorofila. Se considera que se produce en dos fases sucesivas: Una, en presencia de luz o reacción fotoquímica y la otra se da en la fase oscura o afotónica.
FASES DE LA FOTOSÍNTESIS
En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:
1. Fase luminosa: en en tilacoide en ella se producen transferencias de electrones.
2. Fase oscura: en el estroma. En ella se realiza la fijación de carbono.
FASE LUMINOSA:
Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos:
1. Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser:
o acíclica o abierta
o cíclica o cerrada
2. Síntesis de poder reductor NADPH
3. Fotolisis del agua.
Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía.
Existen dos tipos de fotosistemas, el fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm) y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680.
La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce,la Plastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están varios citocromos (cyt b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI.
En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso, el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP.
El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I.
En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O.
Los dos fotosistemas pueden actuar conjuntamente - proceso conocido como esquema en Z, para producir la fotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo solamente el fotosistema I; se diferencia entonces entre fosforilación no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, y fotofosforilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I únicamente. En la fotofosforilación acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH, mientras que en la fotofosforilación cíclica únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno.
FASE OSCURA:
En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias.
Las plantas obtiene el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin.
La fijación del CO2 se produce en tres fases:
1. Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA.
2. Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH.
3. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula.
En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas, y la más conocida es la enzima Rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa/oxidasa), que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2.
Si la concentración de CO2 es baja, funciona como oxidasa, y en lugar de ayudar a la fijación de CO2 mediante el ciclo de Calvin, se produce la oxidación de glúcidos hasta CO2 y H2O, y al proceso se le conoce como fotorrespiración. La fotorrespiración no debe confundirse con la respiración mitocondrial, la energía se pierde y no se produce ni ATP ni NADPH; y como se ve en el esquema se disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, porque sólo se produce una molécula de PGA que pasará al ciclo de Calvin; en cambio cuando funciona como carboxilasa, se obtienen dos moléculas de PGA.
CICLO DE CALVIN BENSON
El Ciclo de Calvin (o de los tres carbonos) se desarrolla en estroma de los cloroplastos (¿donde ocurrirá en los procariotas?). El anhídrido carbónico es fijado en la molécula ribulosa 1,5 bifosfato (RuBP). La RuBP tiene 5 carbonos en su molécula. Seis moléculas de anhídrido carbónico entran en el Ciclo de Calvin y, eventualmente, producen una molécula de glucosa.
El primer producto estable del ciclo es el ácido 3- fosfoglicérico (PGA), molécula de tres carbonos. Globalmente 6 moléculas de RuBP (ribulosa bifosfato) se combinan con 6 de anhídrido carbónico y dan 12 de 3-fosfoglicérico. La enzima que cataliza esta reacción es la RuBP carboxilasa (la rubisco), posiblemente la proteína más abundante del mundo y se encuentra en la superficie de las membrana tilacoideas.
La energía del ATP y el NADPH generados por los fotosistemas se usan para "pegar" fosfatos (fosforilar) al 3-PGA y reducirlo a fosfogliceraldehido o PGAL, también de tres carbonos.
Del total de 12 moléculas transformadas, dos moléculas de 3-PGAL salen del ciclo para convertirse en glucosa. Las moléculas restantes de PGAL son convertidas por medio del ATP en 6 moléculas de RuBP (5 carbonos), que recomienzan el ciclo.
Recuerde la complejidad de los seres vivos, al igual que en el ciclo de Krebs cada reacción es catalizada por una enzima específica.
IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la Biosfera por varios motivos:
La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.
Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos.
En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.
La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.
De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.
Entonces se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.
RESPIRACIÓN
La respiración es un proceso catabólico en el que se oxida una molécula combustible, la glucosa, cuya energía es atrapada en forma de ATP (fuente universal de energía).
La respiración puede ser anaeróbica en ausencia del oxígeno (glucólisis) o aeróbica en presencia de oxígeno molecular.
La reacción general de oxidación de la glucosa es:
C6 H 12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6H2O + 686 Kcal * mol-1 (1)
Esto significa que 180 g (1 mol) de glucosa es oxidada por 192 g (6moles) de oxígeno, con la formación de 264 g (6moles) de CO2, 108 g (6 moles) de agua y la liberación de 686 Kcal * mol-1 (2872 KJ * mol-1), ésta es una reacción fuertemente exergónica, con una energía libre (DGo) negativa, y representa la respiración aeróbica. Esto significa que por cada mol de oxígeno absorbido (32g.), se producen 114 Kcal de energía. De la ecuación (1) se deduce que la respiración se puede medir por la cantidad de oxígeno absorbido o de anhídrido carbónico liberado.
CICLO RESPIRATORIO
Las tres funciones básicas de la respiración son:
• Aportar oxígeno para las necesidades de energía del cuerpo.
• Eliminar el dióxido de carbono.
• Ayudar a mantener el pH del plasma sanguíneo.
La mecánica del ciclo respiratorio consiste en procesos alternados de inspiración y espiración. Durante la inspiración, los músculos esqueléticos como el diafragma e intercostales externos se contraen. Así, aumenta el volumen de la cavidad torácica, desciende la presión intrapleurla, y entra aire en los pulmones.
Espiración: En una respiración en reposo, los músculos inspiratorios se relajan, causando que el volumen de la cavidad torácica y los pulmones se reduzcan. Esta reducción fuerza el aire a salir hacia la atmósfera. Normalmente la espiración es pasiva. Durante el ejercicio o espiración forzada (ejemplo, tos) la espiración se vuelve un evento activo y depende de la activación de los músculos espiratorios que bajan la caja torácica y comprimen los pulmones.
Una manera de determinar la actividad respiratoria es usando el neumógrafo que convierte la expansión y contracción del pecho en cambios de voltaje que aparecen como onda: aumento del voltaje = inspiración; disminución del voltaje = espiración. Otra forma de medir la respiración es colocando un transductor de temperatura cerca de la nariz. La temperatura del aire que entra en la nariz es frío durante la inspiración y caliente durante la espiración.
Hiperventilación: El ritmo respiratorio y la profundidad aumenta, así que los pulmones se deshacen más rápidamente del dióxido de carbono de lo que se está produciendo. Los iones de hidrogeno son eliminados de los fluidos corporales y el pH se hace más elevado. Esto tiende a bajar la ventilación hasta que los niveles de dióxido de carbono e iones de hidrogeno se hacen normales.
Hipoventilación (respiración baja o lenta): Se gana dióxido de carbono en los fluidos corporales (hipercapnia) ya que los pulmones fallan en remover el dióxido de carbono tan rápidamente como se está produciendo, disminuyendo el pH de la sangre. La retroalimentación de los quimiorreceptores causa que la ventilación aumente hasta que los niveles de dióxido de carbono y pH regresen a valores normales.
FASES DE LA RESPIRACIÓN
Comprende dos fases:
• PRIMERA FASE:
Se oxida la glucosa (azúcar) y no depende del oxígeno, por lo que recibe el nombre de respiración anaeróbica y glucólisis, reacción que se lleva a cabo en el citoplasma de la célula.
• SEGUNDA FASE:
Se realiza con la intervención del oxígeno y recibe el nombre de respiración aeróbica o el ciclo de krebs y se realiza en estructuras especiales de las células llamadas mitocondrias.
La respiración toma y consume este oxígeno liberando dióxido de carbono (y además agua). El oxígeno es necesario en los seres vivos aeróbicos para la respiración celular, y como un subproducto de este metabolismo de energía es que se desecha el CO2 (dióxido de carbono).
Si te fijas ambos procesos son parte de un ciclo necesario para la vida de plantas y animales, donde se complementan mutuamente. Se puede decir que ambos procesos son parte de una relación dinámica, macro ecológica.
CICLO DE KREBS
El ciclo de Krebs también conocido como ciclo del ácido cítrico es la vía común final de oxidación del ácido pirúvico, ácidos grasos y las cadenas de carbono de los aminoácidos.
La primera reacción del ciclo ocurre cuando la coenzima A transfiere su grupo acetilo (de 2 carbonos) al compuesto de 4 carbonos (ácido oxalacético) para producir un compuesto de 6 carbonos (ácido cítrico).
El ácido cítrico inicia una serie de pasos durante los cuales la molécula original se reordena y continúa oxidándose, en consecuencia se reducen otras moléculas: de NAD+ a NADH y de FAD+ a FADH2. Además ocurren dos carboxilaciones y como resultado de esta serie de reacciones vuelve a obtenerse una molécula inicial de 4 carbonos el ácido oxalacético.
El proceso completo puede describirse como un ciclo de oxalacético a oxalacético, donde dos átomos de carbono se adicionan como acetilo y dos átomos de carbono (pero no los mismos) se pierden como CO2.
IMPORTANCIA DE LA RESPIRACIÓN
La respiración es de vital importancia y es la que nos ayuda a entrar en un estado de relajación en el cual podremos visualizar mejor o imaginar mejor lo que queramos para nuestra vida y de ese modo crear la corriente de energía positiva para que esto se realice.
FERMENTACIÓN
Es un proceso natural que ocurre en determinados compuestos o elementos a partir de la acción de diferentes actores y que se podría simplificar como un proceso de oxidación incompleta. La fermentación es el proceso que se da en algunos alimentos tales como el pan, las bebidas alcohólicas, el yogurt, etc., y que tiene como agente principal a la levadura o a diferentes compuestos químicos que suplen su acción.
La fermentación es realizada por diferentes bacterias y microorganismos en medios anaeróbicos, es decir, en los que falta aire, por eso es un proceso de oxidación incompleta. Las bacterias o microorganismos, así como también las levaduras, se alimentan de algún tipo de componente natural y se multiplican, cambiando la composición del producto inicial. En el caso de las levaduras que se utilizan para hacer fermentar el pan, las mismas requieren de la presencia de azúcar o glucosa ya que es esta la que se convierte en su alimento y les permite crecer en tamaño. Lo mismo sucede con la fermentación alcohólica que da bebidas como el vino o la cerveza.
Tanto en el caso de la fermentación que tiene lugar en los alimentos como la que tiene lugar en las bebidas, ambas suponen la conversión de los azúcares en etanol y esta es la razón por qué muchas veces los alimentos fermentados (tales como el pan o el yogur) poseen cierto aroma particular que proviene de la presencia de esos gases naturales. Dependiendo del tipo de producto al que se haga referencia, el proceso de fermentado será distinto, requiriendo una mayor o menor cantidad de fermento, más o menos tiempo de descanso, más o menos cantidad de azúcares. El exceso del proceso de fermentado puede fácilmente arruinar el producto ya que la presencia de gases en demasía hace que el mismo pierda su cualidad de consumible por el ser humano.
TIPOS DE FERMENTACIÓN
• Fermentación acética:
Es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino. La fermentación acética es un área de estudio dentro de la cimología.
La formación de ácido acético (CH3COOH) resulta de la oxidación de un alcohol por la bacteria del vinagre en presencia del oxígeno del aire. Estas bacterias, a diferencia de las levaduras productoras de alcohol, requieren un suministro generoso de oxígeno para su crecimiento y actividad. El cambio que ocurre es descrito generalmente por la ecuación:
C2H5OH + O2 → Acetobacter aceti → CH3COOH + H2O
• Fermentación alcohólica:
La fermentación alcohólica (denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica) es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.
La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentación. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico.
• Fermentación butírica:
La fermentación butírica (descubierta por Louis Pasteur) es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.
Se puede producir durante el proceso de ensilado si la cantidad de azúcares en el pasto no es lo suficientemente grande como para producir una cantidad de ácido láctico que garantice un pH inferior a 5.
• Fermentación láctica:
Es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.
Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración aeróbica. Cuando el ácido láctico se acumula en las células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias de manera que se ven obligadas a obtener energía por medio de la fermentación láctica; por el contrario, el parénquima muere rápidamente ya que no fermenta, y su única fuente de energía es la respiración aeróbica.
IMPORTANCIA DE LA FERMENTACIÓN
La fermentación es un reacción química muy importante, pues digamos en los alimentos desempeña un papel muy importante en la obtención de productos con mejores calidades organolépticas y mejores propiedades nutricionales, además se pueden obtener combustibles como alcoholes y entre otros.
CICLO DE LA ENERGÍA
Toda nuestra energía proviene del sol (energía solar) y ésta se origina de la energía nuclear. Esta energía proveniente del sol la capturan las plantas verdes en forma de energía química a través de la fotosíntesis; esto es, junto con la energía radiante, la clorofila de las plantas, y el agua y el bióxido de carbono, las plantas producen moléculas de alimentos (carbohidratos, grasas, y proteínas) que poseen energía potencial química. Los animales (y seres humanos) dependen de las plantas y otros animales para poder producir su propia energía, la cual se produce mediante la degradación de los nutrientes en la célula (carbohidratos, grasas, y proteínas) con la presencia de oxígeno; dicho proceso se conoce como respiración celular (o metabolismo), y tiene el objetivo de proveer energía para el crecimiento, contracción del músculo, transporte de compuestos y líquidos, y para otras funciones del organismo.
ENZIMAS
Los enzimas son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas Como catalizadores, los enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución.
Las enzimas son grandes proteínas que aceleran las reacciones químicas. En su estructura globular, se entrelazan y se pliegan una o más cadenas polipeptídicas, que aportan un pequeño grupo de aminoácidos para formar el sitio activo, o lugar donde se adhiere el sustrato, y donde se realiza la reacción. Una enzima y un sustrato no llegan a adherirse si sus formas no encajan con exactitud.
IMPORTANCIA DE LAS ENZIMAS
La importancia de una enzima capaz de aumentar la digestibilidad de las proteínas es crucial. Proteasa es una enzima que degrada otras proteínas. Hay muchos tipos de proteasas y cada una degrada un tipo específico de proteínas. Las proteasas son importantes en la regulación celular, porque constantemente es necesario cortar y reparar moléculas.
Las proteínas son los materiales que desempeñan un mayor número de funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado, forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, espuela, pico, etc.) y, por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras (asimilación de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasa en la sangre, inactivación de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético ADN y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario.
La importancia de las enzimas se pone de manifiesto en el hecho de que una enfermedad letal puede ser causada por el mal funcionamiento de un único tipo de enzima de todos los miles de tipos que existen en nuestro cuerpo.
¿QUÉ SE ENTIENDE POR ENERGÍA DE ACTIVACIÓN?
La energía de activación en química y biología es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones se repelen.
Esto requiere energía (energía de activación) y proviene del calor del sistema, es decir de la energía traslacional, vibracional, etcétera de cada molécula. Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para que se produzca una reordenación de los enlaces de las moléculas. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la reacción. El estudio de las velocidades de reacción se denomina cinética química.
Un ejemplo particular es el que se da en la combustión de una sustancia. Por sí solos el combustible y el comburente no producen fuego, es necesario un primer aporte de energía para iniciar la combustión autosostenida. Una pequeña cantidad de calor aportada puede bastar que se desencadene una combustión, haciendo la energía calórica aportada las veces de energía de activación y por eso a veces a la energía de activación se la llama fuente de cosegracion Según el origen de este primer aporte de energía lo clasificamos como:
• Químico: La energía química exotérmica desprende calor, que puede ser empleado como fuente de ignición.
• Eléctrico: El paso de una corriente eléctrica o un chispazo produce calor.
• Nuclear: La fusión y la fisión nuclear producen calor.
• Mecánico: Por compresión o fricción, la fuerza mecánica de dos cuerpos puede producir calor.
Las siguientes representaciones gráficas manifiestan diferencias acerca de cómo la presencia de un catalizador (ejemplo una enzima) por ejemplo biológico disminuye la energia de activacion debido a su complementariedad y por tanto provoca una disminución en el tiempo requerido para que se forme el producto o sea aumenta la velocidad.
La relación entre la energía de activación ( Ea ) y el incremento de la entalpía de formación (Δ ) con y sin catalizador. El punto de mayor energía (punto del complejo activado) representa el estado de transición. Con un catalizado, la energía requerida para que la reacción entre en el estado de transición disminuye, por lo tanto, la energía necesaria para iniciar la energía también disminuye.
CONCLUSIONES
Frecuentemente, el lenguaje de las ciencias empíricas se apropia del vocabulario de la vida diaria. Así, aunque el término “temperatura” parece evidente para el sentido común, su significado padece de la imprecisión del lenguaje no matemático. El llamado principio cero de la termodinámica, que se explicó anteriormente, proporciona una definición precisa, aunque empírica, de la temperatura. Cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio cero de la termodinámica, que afirma que si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí. Esta propiedad compartida en el equilibrio es la temperatura. Pero como va ello ligado a los diferentes cambios que se llevan a cabo en los diferentes sistemas, es simple de decir, la temperatura en un elemento importante en todo proceso durante el trabajo realizado por un sistema.
Con respecto a la Fotosíntesis como principal proceso para la obtención de energía para las plantas, este se lleva en dos fases la Luminosa o fase de luz y la fase oscura. En principio la fase luminosa es aquella de la fotosíntesis es la absorción de luz por los pigmentos. La clorofila es el más importante de éstos, y es esencial para el proceso. Captura la luz de las regiones violeta y roja del espectro y la transforma en energía química mediante una serie de reacciones. Los distintos tipos de clorofila y otros pigmentos, llamados carotenoides y ficobilinas, absorben longitudes de onda luminosas algo distinto y transfieren la energía a la clorofila A, que termina el proceso de transformación. Estos pigmentos accesorios amplían el espectro de energía luminosa que aprovecha la fotosíntesis.
La reacción en la oscuridad tiene lugar en el estroma o matriz de los cloroplastos, donde la energía almacenada en forma de ATP y NADPH2 se usa para reducir el dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta función se lleva a cabo mediante una serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y NADPH2. Cada vez que se recorre el ciclo entra una molécula de dióxido de carbono, que inicialmente se combina con un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa para formar dos moléculas de un compuesto de tres carbonos llamado 3-fosfoglicerato. Tres recorridos del ciclo, en cada uno de los cuales se consume una molécula de dióxido de carbono, dos de NADPH2 y tres de ATP, rinden una molécula con tres carbonos llamada gliceraldehído 3-fosfato; dos de estas moléculas se combinan para formar el azúcar de seis carbonos glucosa. En cada recorrido del ciclo, se regenera la ribulosa 1,5-difosfato.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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