Fuentes de energía, generación eléctrica, renovables, eficiencia - Ejercicios y resumen

Fuentes de energía: ejercicios y resumen

En esta lección repasamos las ideas clave sobre fuentes de energía, generación eléctrica y eficiencia, y las aplicamos a problemas resueltos paso a paso.

Resumen del tema

• Energía: capacidad de producir cambios. Unidad SI: julio (J). En el consumo eléctrico se usa el kWh: 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J.
• Fuentes no renovables: carbón, petróleo, gas natural (combustibles fósiles, emiten CO₂) y uranio (energía nuclear, residuos radiactivos).
• Fuentes renovables: hidráulica, eólica, solar, biomasa, geotérmica, mareomotriz. Inconveniente de algunas: su producción depende del clima y es variable.
• Generación eléctrica: casi todas las centrales mueven una turbina que hace girar un alternador. La solar fotovoltaica produce electricidad directamente con células solares.
• Transporte: la electricidad viaja en alta tensión para perder menos energía y se reduce a 230 V para el uso doméstico.
• Potencia y energía: E = P · t. Coste = E · precio del kWh.
• Rendimiento: η = (energía útil / energía consumida) · 100. Siempre es menor que el 100 %.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Pasar de kWh a julios. Una nevera consume 0,8 kWh al día. ¿Cuántos julios son?

E = 0,8 · 3 600 000 = 2 880 000 J (2,88 MJ).

Ejemplo 2. Energía de un embalse. ¿Cuánta energía potencial pierden 1000 kg de agua al caer desde 50 m de altura? (g = 9,8 m/s²)

E_p = m · g · h = 1000 · 9,8 · 50 = 490 000 J. Si la central tiene un rendimiento del 80 %, la energía eléctrica obtenida es 0,80 · 490 000 = 392 000 J.

Ejemplo 3. Factura de un aparato. Una estufa de 2000 W está encendida 3 horas. El kWh cuesta 0,15 €.

E = 2 kW · 3 h = 6 kWh. Coste = 6 · 0,15 = 0,90 €.

Ejemplo 4. Pérdidas en una central térmica. Una central térmica recibe del combustible 1000 MJ y entrega a la red 380 MJ. Rendimiento: η = 380 / 1000 · 100 = 38 %. Los 620 MJ restantes se pierden como calor (por eso las centrales tienen torres de refrigeración).

Ejemplo 5. Ahorro al cambiar de electrodoméstico. Una lavadora antigua consume 1,2 kWh por lavado y una nueva de clase A, 0,6 kWh. Si se hacen 200 lavados al año y el kWh cuesta 0,15 €, ¿cuánto se ahorra al año?

Diferencia por lavado: 1,2 − 0,6 = 0,6 kWh. En un año: 0,6 · 200 = 120 kWh. Ahorro = 120 · 0,15 = 18 € al año, y además se evita producir 120 kWh de electricidad.

Ejemplo 6. Clasificar fuentes y centrales. Indica si es renovable y si usa turbina: a) central de ciclo combinado de gas; b) parque eólico; c) huerto solar fotovoltaico; d) central de biomasa.

a) No renovable, con turbina. b) Renovable, con turbina (las palas hacen girar el alternador). c) Renovable, sin turbina: las células solares generan corriente directamente. d) Renovable, con turbina: se quema la biomasa y el vapor mueve la turbina, como en una central térmica.

Ejemplo 7. Potencia a partir de la energía. Un aparato ha consumido 1,5 kWh en 30 minutos. ¿Qué potencia tiene?

P = E / t = 1,5 kWh / 0,5 h = 3 kW = 3000 W. Fíjate en que hay que pasar los minutos a horas antes de dividir.

Errores frecuentes

• Confundir potencia (kW) con energía (kWh): la potencia es lo que el aparato «gasta por hora»; la energía depende también del tiempo de uso.
• Olvidar pasar los vatios a kilovatios (dividir entre 1000) o los minutos a horas (dividir entre 60).
• Pensar que la energía nuclear es renovable: el uranio es un recurso limitado.
• Creer que una central fotovoltaica tiene turbina: no la tiene.

Ejercicios

Para recordar

• Antes de calcular, pasa la potencia a kW y el tiempo a horas si quieres el resultado en kWh.
• El rendimiento nunca puede superar el 100 %: si te sale más, revisa los datos.
• Ahorrar energía es la forma más limpia de «producirla».