Ejercicios: La energía y su consumo

Explica la diferencia entre una fuente de energía renovable y una no renovable (si se agota o no a escala humana) y escribe tres ejemplos de cada tipo, indicando de dónde se obtiene cada una.

La figura clasifica algunas fuentes de energía en dos familias, pero falta una fuente no renovable.

La fuente que falta no quema nada, pero usa uranio y genera residuos radiactivos muy duraderos. Nómbrala y añádela a la clasificación, explica el criterio que separa las dos familias y clasifica estas cuatro fuentes: la biomasa, la energía de las mareas, el carbón y el calor del interior de la Tierra.

Explica qué es una transformación de energía con dos ejemplos de tu vida:

1. a) Una lámpara encendida.

1. b) Pedalear en bici.

En cada caso, indica qué energía entra y qué energía sale.

La figura muestra la cadena de transformaciones de una presa hidroeléctrica, con una máquina tapada.

Entre la turbina y la red hay una máquina que convierte el giro en electricidad. Nómbrala, explica qué transformación de energía ocurre en cada eslabón de la cadena y razona por qué la electricidad no es una fuente de energía, sino una forma de transportarla.

Explica con tus palabras qué mide el kilovatio-hora (kWh) y por qué es la unidad de la factura de la luz: junta cuánta potencia tiene un aparato con cuánto tiempo está funcionando. Pon un ejemplo con un aparato de $1\ \text{kW}$ encendido una hora.

Explica qué información da la etiqueta energética de un electrodoméstico: la letra de eficiencia (de la A a la G) y el consumo estimado al año. ¿Qué letra elegirías entre dos modelos parecidos y por qué no basta mirar solo el precio?

Explica qué es la eficiencia energética con el ejemplo de las bombillas LED: dan la misma luz consumiendo mucha menos electricidad porque apenas pierden energía en calor. ¿Dónde se «pierde» la energía en una bombilla antigua?

Cita tres medidas de ahorro de energía en casa (apagar luces y aparatos en espera, bajar un grado la calefacción, usar programas cortos en la lavadora) y explica qué cambia cada una: menos potencia, menos tiempo de uso o menos pérdidas.

Describe la cadena de transformaciones de una central térmica de gas: energía química del combustible → térmica al quemarlo → cinética del vapor y la turbina → eléctrica en el alternador. Explica qué pasa en cada eslabón y dónde se pierde más energía en forma de calor.

El Sol y el viento no siempre están disponibles. Explica qué es la intermitencia de las renovables, qué tres soluciones la compensan (embalses que guardan agua, baterías, combinar varias fuentes en la red) y por qué no podemos depender de una sola fuente.

La figura muestra una etiqueta energética simplificada y los datos de un frigorífico con su consumo anual tapado.

El frigorífico consume de media $100\ \text{W}$ y está conectado las $24$ horas. Calcula su consumo en un día y en un año en kWh, estima el coste anual a $\$0{,}15$ el kWh y explica qué dos datos de la etiqueta compararías antes de comprar uno nuevo.

Una vitrocerámica de $1.200\ \text{W}$ se usa $1$ hora al día. Calcula su consumo en un mes de $30$ días en kWh y su coste a $\$0{,}15$ el kWh, mostrando los pasos (potencia en kW, energía del mes, coste), y compara el resultado con lo que consume cargar el móvil cada día, sabiendo que cada carga completa consume unos $12\ \text{Wh}$.

Dos frigoríficos parecidos: uno de letra A que consume $150\ \text{kWh}$ al año y cuesta $\$650\,000$, y otro de letra D que consume $350\ \text{kWh}$ al año y cuesta $\$500\,000$. Calcula el gasto anual en electricidad de cada uno a $\$150$ el kWh, el ahorro anual del modelo A y en cuántos años se recupera la diferencia de precio. ¿Cuál comprarías?

Un televisor en espera consume $3\ \text{W}$ durante $20$ horas al día. Calcula su consumo anual en kWh y su coste a $\$150$ el kWh, explica qué es el «consumo vampiro» y propón una solución sencilla para toda la casa (una regleta con interruptor).

Un kWh no «ensucia» siempre lo mismo: depende de con qué fuentes se haya generado en ese momento (el «mix» eléctrico). Explica por qué consumir cuando sopla el viento o brilla el sol tiene menos emisiones que en horas punta sin renovables, y qué hábito puedes cambiar en casa para aprovecharlo.

Haz una mini-auditoría de tu instituto: detecta cuatro desperdicios de energía (luces encendidas sin nadie, pantallas en espera, calefacción con ventanas abiertas, equipos antiguos) y propón una medida para cada uno, ordenándolos por el impacto que crees que tendrían.

Una familia gasta al año $\$2.400$ en electricidad en una vivienda mal aislada ($70\ \%$ en calefacción, $15\ \%$ en agua caliente y $15\ \%$ en electrodomésticos e iluminación). Dispone de un presupuesto de $\$3.000$ para mejorar la vivienda y duda entre dos opciones:

• Opción A: Renovar electrodomésticos antiguos por aparatos clase A e iluminación LED (coste: $\$2.500$; ahorro estimado: $30\ \%$ del consumo en electrodomésticos e iluminación).

• Opción B: Instalar aislamiento térmico en techos y sellar fugas de aire en ventanas (coste: $\$2.800$; ahorro estimado: $25\ \%$ del consumo de calefacción).

1. a) Calcula el ahorro económico anual de cada opción y cuántos años tardará la familia en amortizar cada inversión.
2. b) Justifica técnicamente por qué mejorar la envolvente del edificio suele ser una medida mucho más prioritaria que sustituir equipos consumidores.

Un ayuntamiento solo puede financiar una instalación solar fotovoltaica sin baterías y debe elegir entre la cubierta de un instituto de secundaria (horario de actividad de $8{:}00$ a $15{:}00$, de lunes a viernes) o la de un centro deportivo municipal (horario de $16{:}00$ a $23{:}00$ todos los días).

1. a) Dibuja de forma aproximada o describe la superposición de la curva de producción solar horaria con la curva de consumo de cada edificio. Justifica en cuál de los dos edificios el autoconsumo directo resultará mucho más rentable y eficiente.
2. b) El instituto tiene un grave inconveniente: no tiene actividad en fines de semana ni durante julio y agosto, cuando la producción solar es máxima. Propón dos soluciones técnicas o de gestión para aprovechar esos excedentes estacionales en beneficio de la comunidad sin instalar acumuladores químicos caros.

En la factura mensual de electricidad de una vivienda aparecen estos conceptos antes de impuestos:

• Término de potencia: $5{,}75\ \text{kW}$ contratados a $0{,}11\ \text{\$/(kW}\cdot\text{día)}$ durante $30$ días $\rightarrow \$18{,}98$.

• Término de energía: $180\ \text{kWh}$ consumidos a $0{,}18\ \text{\$/kWh} \rightarrow \$32{,}40$.

El interruptor de control de potencia (ICP) nunca ha saltado, y los dos aparatos de mayor potencia en la casa son el horno ($2{,}0\ \text{kW}$) y la lavadora ($1{,}8\ \text{kW}$).

1. a) Si reducen la potencia contratada a $4{,}0\ \text{kW}$ y reducen su consumo en $30\ \text{kWh}$ al mes apagando dispositivos en reposo (stand-by), calcula el ahorro económico mensual antes de impuestos.
2. b) Explica la diferencia técnica entre los dos conceptos cobrados: por qué el término de potencia se paga aunque la casa esté vacía durante un mes y qué hábito deben adoptar con los electrodomésticos para no sobrepasar los $4{,}0\ \text{kW}$.

Un municipio dispone de una partida de $\$120.000$ para acción climática y debe elegir entre dos proyectos con el mismo ahorro energético neto anual estimado:

• Proyecto 1 (Generación): Montar una planta solar municipal que producirá $100.000\ \text{kWh}$ al año para inyectar a la red.

• Proyecto 2 (Eficiencia y ahorro): Sustituir el alumbrado público por tecnología LED con telegestión y aislar térmicamente la cubierta del polideportivo municipal, lo que reducirá el consumo eléctrico en $100.000\ \text{kWh}$ al año.

Justifica técnicamente por qué los planes de transición energética aplican el principio «primero, la eficiencia energética», demostrando qué ventajas ambientales y operativas tiene evitar el consumo frente a generar energía limpia para alimentar un sistema ineficiente.

Reto del tema. ¿Cómo impacta el consumo eléctrico de tu hogar en el sistema energético nacional? Conviértete en auditor energético y diseña un plan de optimización con datos reales.

1. Toma de datos: Elige tres electrodomésticos habituales de tu casa (por ejemplo, horno, lavadora y microondas). Anota su potencia nominal en vatios ($W$) consultando su etiqueta técnica y estima sus horas diarias de uso ($h$).

2. Análisis y contraste: Entra en la web de Red Eléctrica de España (REE) y observa la curva de demanda peninsular en tiempo real. En LibreOffice Calc, crea una tabla para calcular la energía consumida en un día ($E = P \cdot t$, en $kWh$) y su coste económico estimado aplicando una tarifa media de $0,15$ pesos/$kWh$. Genera un diagrama de barras con el consumo relativo de cada receptor.

3. Plan de optimización: Redacta una propuesta de mejora (una página) con tres pautas realistas para reducir el consumo doméstico y desplazar hábitos fuera de las horas punta identificadas en REE.

Se valorará:

• Precisión en el cálculo de energía ($kWh$) y costes mediante el uso adecuado de fórmulas en LibreOffice Calc.

• Relación crítica establecida entre los picos de demanda oficiales de REE y el uso de los electrodomésticos.

• Viabilidad y rigor técnico de las pautas de eficiencia energética propuestas.