Ejercicios: Energía en los alimentos y su transformación

Los valores energéticos aproximados de los nutrientes son: carbohidratos $4\ \text{kcal/g}$, proteínas $4\ \text{kcal/g}$ y grasas $9\ \text{kcal/g}$.

1. a) Ordena los tres nutrientes de mayor a menor aporte de energía por gramo.
2. b) Indica cuál de ellos almacena el cuerpo como principal reserva de energía y explica por qué es una ventaja.

Una porción de un alimento contiene $20\ \text{g}$ de carbohidratos, $5\ \text{g}$ de proteínas y $10\ \text{g}$ de grasas. Con los valores $4$, $4$ y $9\ \text{kcal/g}$ respectivamente, calcula el valor energético total de la porción en kilocalorías.

Una barra de cereal aporta $250\ \text{kcal}$. Usa $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$.

1. a) Expresa la energía de la barra en kilojulios.
2. b) Explica la diferencia entre la «caloría» de la ciencia y la «Caloría» (kilocaloría) que aparece en las etiquetas de los alimentos.

La etiqueta de un paquete de galletas indica, por cada porción de $30\ \text{g}$: $20\ \text{g}$ de carbohidratos, $2\ \text{g}$ de proteínas y $6\ \text{g}$ de grasas. El paquete trae $4$ porciones. Usa $4$, $4$ y $9\ \text{kcal/g}$ y $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$.

1. a) Calcula el valor energético de una porción en kcal.
2. b) Diego come $2$ porciones. Calcula la energía que consume, en kcal y en kJ.
3. c) Calcula qué porcentaje representa esa energía de una necesidad diaria de $2.000\ \text{kcal}$.

En el laboratorio del liceo se quema una muestra de $2{,}0\ \text{g}$ de un snack bajo un recipiente con $500\ \text{g}$ de agua. La temperatura del agua sube de $20{,}0\ \text{°C}$ a $29{,}0\ \text{°C}$. Considera que toda la energía liberada la absorbe el agua, cuyo calor específico es $1{,}00\ \text{cal/(g·°C)}$.

1. a) Calcula el calor absorbido por el agua en calorías y en kilocalorías.
2. b) Calcula el valor energético del snack por gramo.
3. c) Menciona una razón por la que el resultado real sería algo mayor que el medido.

La respiración celular oxida la glucosa según la ecuación:

$C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O \qquad \Delta H = -2.800\ \text{kJ/mol}$

1. a) Indica si el proceso es exotérmico o endotérmico y justifica con el signo de $\Delta H$.
2. b) Calcula la energía liberada al oxidarse $18\ \text{g}$ de glucosa ($M = 180\ \text{g/mol}$).
3. c) Expresa ese resultado en kilocalorías.

Isabella camina y gasta aproximadamente $5\ \text{kcal}$ por minuto. Quiere comparar dos opciones para después de clases:

• un jugo de $330\ \text{mL}$ con $35\ \text{g}$ de carbohidratos y nada de grasa;

• una barra con $20\ \text{g}$ de carbohidratos y $12\ \text{g}$ de grasas.

Usa $4\ \text{kcal/g}$ para los carbohidratos y $9\ \text{kcal/g}$ para las grasas.

1. a) Calcula la energía de cada opción.
2. b) Calcula cuántos minutos de caminata se necesitan para gastar cada una.
3. c) Argumenta qué opción conviene antes de hacer ejercicio intenso y cuál no, considerando la rapidez con que el cuerpo aprovecha cada nutriente.

Un atleta del equipo de baloncesto del liceo metaboliza durante un entrenamiento $2.400\ \text{kcal}$ de energía química de los alimentos. De esa energía, $480\ \text{kcal}$ se convierten en trabajo mecánico y el resto se disipa como calor al ambiente. Usa $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$ y la relación $\Delta U = q + w$, con $q$ y $w$ medidos desde el cuerpo como sistema.

1. a) Calcula el calor disipado en kcal y en kJ.
2. b) Calcula la eficiencia del cuerpo como porcentaje de la energía convertida en trabajo.
3. c) Explica qué signo tienen $q$ y $w$ en este caso y cómo esta situación muestra que la energía se transforma pero no se crea ni se destruye.
4. d) Explica por qué el atleta suda más durante el entrenamiento.