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Undécimo 11° · Física
La energía · La energía en nuestro mundo

Producción y uso responsable de la energía

Usted conecta su celular al tomacorriente y se carga en una hora. Esa electricidad se produjo en alguna central, viajó por cables de alta tensión y antes de eso salió de una fuente: gas, viento, agua, Sol, uranio. Nada de eso es gratis ni perfecto. Toda producción de energía tiene un costo, una eficiencia limitada y una huella ambiental que se puede medir. Al final de la página calculará cuánto CO₂ hay detrás de una carga de su celular.

De dónde sale la electricidad

En Costa Rica la electricidad que llega a su casa por la red del ICE y de distribuidoras como la CNFL sale casi toda de fuentes renovables: hidroeléctricas como Reventazón y Arenal, geotermia en Miravalles y Las Pailas, y parques eólicos en Guanacaste. Esa mezcla cambia según la hora y la época del año, lluviosa o seca.

En los ejercicios usaremos esta matriz aproximada de práctica. La real cambia cada año y no coincide exactamente con ella; la de Costa Rica, por ejemplo, depende mucho más de las renovables.

Gráfica de barras de una matriz eléctrica aproximada: eólica 25 %, nuclear 20 %, solar 17 %, gas 15 %, hidráulica 12 % y otras 11 %. 25 % eólica 20 % nuclear 17 % solar 15 % gas 12 % hidráulica 11 % otras los porcentajes de todas las fuentes suman 100 %
Practica★☆☆Sin empezar
El mix eléctrico español de un año se puede aproximar así: eólica $25\ \%$, nuclear $20\ \%$, solar $17\ \%$, ciclos combinados de gas $15\ \%$, hidráulica $12\ \%$ y…

El mix eléctrico español de un año se puede aproximar así: eólica $25\ \%$, nuclear $20\ \%$, solar $17\ \%$, ciclos combinados de gas $15\ \%$, hidráulica $12\ \%$ y otras fuentes $11\ \%$, como se muestra en el gráfico.

Eólica 25 % Nuclear 20 % Solar 17 % Gas 15 % Hidráulica 12 % Otras 11 % 0 5 10 15 20 25 %
  1. a) Considerando renovables la eólica, la solar y la hidráulica, ¿qué porcentaje de la electricidad española fue renovable?
  2. b) Compruebe que todos los porcentajes del mix suman $100\ \%$.
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Practica★☆☆Sin empezar
Clasifique estas fuentes de energía en renovables y no renovables, y justifique su elección en cada caso: viento, carbón, uranio, Sol, gas natural y biomasa.

Clasifique estas fuentes de energía en renovables y no renovables, y justifique su elección en cada caso: viento, carbón, uranio, Sol, gas natural y biomasa.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
La demanda eléctrica anual de España es de unos $250\ \text{TWh}$. Con el mix aproximado del año pasado (eólica $25\ \%$, solar $17\ \%$): a) ¿Cuántos $\text{TWh}$…

La demanda eléctrica anual de España es de unos $250\ \text{TWh}$. Con el mix aproximado del año pasado (eólica $25\ \%$, solar $17\ \%$):

  1. a) ¿Cuántos $\text{TWh}$ produjo la eólica?
  2. b) ¿Cuántos $\text{TWh}$ produjo la solar?
  3. c) ¿Cuántos $\text{TWh}$ sumaron entre ambas?
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Eficiencia: ninguna transformación es perfecta

Cuando una central, un motor o un foco transforma energía, solo una parte llega como energía útil. El resto se disipa, casi siempre como calor. La energía no desaparece (se conserva), pero se convierte en una forma que ya no nos sirve.

Diagrama de una central termoeléctrica: entran 100 kWh de energía del combustible, salen 40 kWh de electricidad útil y se pierden 60 kWh como calor. entran 100 kWh central 40 kWh útiles 60 kWh de calor eficiencia: 40 / 100 = 40 %

Por eso importa la etiqueta de eficiencia energética de los aparatos. En las tiendas de electrodomésticos usted ve etiquetas de eficiencia en refrigeradoras, aires acondicionados y otros aparatos. En los ejercicios usaremos una escala de clases de la A (la más eficiente) a la G (la menos eficiente). Un aparato de clase A consume menos energía para dar el mismo servicio.

Lo mismo pasa con los focos. Un foco LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que uno incandescente de $60\ \text{W}$, así que convierte en luz mucha más de la energía que consume. Para comparar consumos recuerde $E = P \cdot t$, con $P$ en kW y $t$ en horas, para obtener kWh.

Practica★☆☆Sin empezar
Una bombilla LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que una incandescente de $60\ \text{W}$, como se muestra en la figura. a) Calcule la energía que consume cada una si…

Una bombilla LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que una incandescente de $60\ \text{W}$, como se muestra en la figura.

LED 10 W E = ? misma luz Incandescente 60 W E = ?
  1. a) Calcule la energía que consume cada una si están encendidas $5\ \text{h}$, en $\text{kWh}$.
  2. b) ¿Cuál de las dos es más eficiente? Explíquelo con los resultados.
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Practica★☆☆Sin empezar
Los electrodomésticos llevan una etiqueta energética con clases desde la A hasta la G, como se muestra en la figura. a) ¿Qué significa que una refrigeradora sea de clase…

Los electrodomésticos llevan una etiqueta energética con clases desde la A hasta la G, como se muestra en la figura.

A B C D E F G más eficiente menos eficiente
  1. a) ¿Qué significa que una refrigeradora sea de clase A y otra de clase G?
  2. b) Explique por qué conviene mirar esa etiqueta antes de comprar, aunque la de clase A sea más cara.
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Practica★★☆Sin empezar
En un edificio de apartamentos se cambian $10$ bombillas incandescentes de $60\ \text{W}$ por LED de $9\ \text{W}$. Están encendidas $4\ \text{h}$ al día durante $365$…

En un edificio de apartamentos se cambian $10$ bombillas incandescentes de $60\ \text{W}$ por LED de $9\ \text{W}$. Están encendidas $4\ \text{h}$ al día durante $365$ días al año.

  1. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se ahorran en un año? Redondee a un decimal.
  2. b) Si el precio es de $80\ \text{\text{₡}\ /kWh}$, ¿cuántos colones se ahorran al año?
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Potencia instalada y factor de carga

Una planta no produce siempre su potencia máxima. Un parque eólico solo da su máximo cuando el viento sopla fuerte, y un panel solar no produce de noche. Por eso se distingue entre la potencia máxima (o instalada) y la potencia media.

La misma idea sirve para instalaciones pequeñas. Si una región recibe, por ejemplo, $1.400\ \text{kWh}$ al año por cada kW de paneles instalado, unos paneles que suman $1{,}6\ \text{kW}$ producen $1{,}6 \cdot 1.400 = 2.240\ \text{kWh}$ al año. Compare esa cifra con el consumo de la casa para ver cuánta energía sobra o falta.

Practica★★☆Sin empezar
Un parque eólico tiene una potencia máxima de $100\ \text{MW}$, pero el viento no sopla siempre igual, así que su factor de carga (porcentaje medio sobre la potencia…

Un parque eólico tiene una potencia máxima de $100\ \text{MW}$, pero el viento no sopla siempre igual, así que su factor de carga (porcentaje medio sobre la potencia máxima) es del $30\ \%$, como se muestra en la gráfica.

t (h) P (MW) 100 potencia máxima media = ? MW 0 24
  1. a) ¿Cuál es su potencia media?
  2. b) ¿Cuánta energía produce en un día, en $\text{MWh}$?
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Practica★★☆Sin empezar
En el techo de una casa se instalan $6$ paneles solares de $450\ \text{W}$ cada uno. En esa zona, cada kilovatio instalado produce unos $1500\ \text{kWh}$ al año. a)…

En el techo de una casa se instalan $6$ paneles solares de $450\ \text{W}$ cada uno. En esa zona, cada kilovatio instalado produce unos $1500\ \text{kWh}$ al año.

  1. a) ¿Cuántos kilovatios de potencia suman los paneles?
  2. b) ¿Cuántos $\text{kWh}$ producen al año?
  3. c) La vivienda consume $3600\ \text{kWh}$ al año: ¿cubren los paneles ese consumo? ¿Cuánta energía sobra o falta?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Una central nuclear de $1000\ \text{MW}$ de potencia funciona $8000\ \text{h}$ al año. a) ¿Cuánta energía eléctrica produce en un año, en $\text{MWh}$? Exprésela también…

Una central nuclear de $1000\ \text{MW}$ de potencia funciona $8000\ \text{h}$ al año.

  1. a) ¿Cuánta energía eléctrica produce en un año, en $\text{MWh}$? Exprésela también en $\text{TWh}$.
  2. b) Si esa misma energía se produjera quemando gas, que emite $0,45\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$, ¿cuántas toneladas de $\text{CO}_2$ se emitirían? La nuclear prácticamente no emite $\text{CO}_2$ al funcionar: ¿cuántas toneladas evita al año frente al gas?
  3. c) Exponga dos ventajas y dos problemas de la energía nuclear, y termine dando su opinión argumentada sobre si debe formar parte de la matriz eléctrica.
Resolver

La huella de carbono: cuánto CO₂ hay detrás de cada consumo

Un tubo de escape expulsa humo visible. Un carro eléctrico circula en silencio y sin humo. Aun así, cargar su batería tiene una huella si la electricidad se produjo quemando combustibles. ¿Cómo se calcula?

Cálculo de emisiones: un consumo de 250 kWh multiplicado por un factor de emisión de 0,15 kg de CO₂ por kWh da 37,5 kg de CO₂. consumo 250 kWh × factor de emisión 0,15 kg CO₂/kWh = emisión 250 × 0,15 = 37,5 kg de CO₂

Cuando una familia tiene varias fuentes de emisión (luz, auto, gas), se calcula cada partida por separado y se suman. Para saber cuánto se reduce la huella con una medida, calcule la huella antes y después, y reste.

Practica★☆☆Sin empezar
Producir $1\ \text{kWh}$ de electricidad en España emite de media unos $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$ a la atmósfera. Si una vivienda consume $300\ \text{kWh}$ en un…

Producir $1\ \text{kWh}$ de electricidad en España emite de media unos $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ a la atmósfera. Si una vivienda consume $300\ \text{kWh}$ en un mes, ¿cuántos kilogramos de $\text{CO}_2$ corresponden a ese consumo?

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Quemar un litro de gasolina emite unos $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$. Si un carro gasta un tanque de $40\ \text{L}$, ¿cuántos kilogramos de $\text{CO}2$ ha emitido?

Quemar un litro de gasolina emite unos $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$. Si un carro gasta un tanque de $40\ \text{L}$, ¿cuántos kilogramos de $\text{CO}_2$ ha emitido?

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Una vivienda consume $3200\ \text{kWh}$ de electricidad al año y el factor de emisión del mix español es de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$ por $\text{kWh}$. a)…

Una vivienda consume $3200\ \text{kWh}$ de electricidad al año y el factor de emisión del mix español es de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$.

  1. a) Calcule los kilogramos de $\text{CO}_2$ que corresponden a ese consumo anual.
  2. b) Expréselo en toneladas.
Resolver

Comparar y reducir

Con el mismo método se resuelven situaciones más completas. Se calcula la energía o el combustible consumidos en un año (por ejemplo, $\dfrac{\text{L}}{100\ \text{km}} \times \dfrac{\text{km al año}}{100}$), luego el $\text{CO}_2$ de cada partida, y al final se suman o se comparan. Para decir cuántas veces más emite una opción que otra, divida una emisión entre la otra. Para un ahorro de un porcentaje, multiplique el consumo por ese porcentaje.

Practica★★☆Sin empezar
Un carro de gasolina consume $6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ y recorre $12000\ \text{km}$ al año. Quemar un litro de gasolina emite $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$.…

Un carro de gasolina consume $6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ y recorre $12000\ \text{km}$ al año. Quemar un litro de gasolina emite $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$.

  1. a) ¿Cuántos litros consume en un año?
  2. b) ¿Cuántos kilogramos de $\text{CO}_2$ emite en un año? Exprese el resultado también en toneladas, redondeando a un decimal.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Para un trayecto de $400\ \text{km}$ se comparan dos opciones por persona: Carro de gasolina que consume $6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ y en el que viaja una sola…

Para un trayecto de $400\ \text{km}$ se comparan dos opciones por persona:

  • Carro de gasolina que consume $6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ y en el que viaja una sola persona ($2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por litro).

  • Tren eléctrico que consume $12\ \text{kWh}$ por viajero en ese trayecto ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$).

  1. a) Calcule las emisiones de $\text{CO}_2$ del trayecto en cada opción.
  2. b) ¿Cuántas veces emite más el carro que el tren en este caso? Redondee a un decimal.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Una vivienda unifamiliar consume $8000\ \text{kWh}$ de gas natural al año para calefacción. El factor de emisión del gas natural es de $0,20\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$…

Una vivienda unifamiliar consume $8000\ \text{kWh}$ de gas natural al año para calefacción. El factor de emisión del gas natural es de $0,20\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$.

  1. a) ¿Cuántos kilogramos de $\text{CO}_2$ emite esa calefacción al año?
  2. b) Si un buen aislamiento reduce el consumo un $25\ \%$, ¿cuántos kilogramos de $\text{CO}_2$ se dejan de emitir al año?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Se compara un carro de gasolina ($6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$; $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$ por litro) con uno eléctrico ($16\ \text{kWh}$ cada…

Se compara un carro de gasolina ($6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$; $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por litro) con uno eléctrico ($16\ \text{kWh}$ cada $100\ \text{km}$; $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$ con el mix español actual).

La gráfica muestra el $\text{CO}_2$ acumulado por cada carro según los kilómetros recorridos:

km recorridos kg CO₂ acumulado gasolina 6000 eléctrico (batería ya fabricada) ? km
  1. a) Calcule los kilogramos de $\text{CO}_2$ por cada $100\ \text{km}$ de cada carro.
  2. b) ¿Cuántos kilogramos emite cada uno al año si recorren $15000\ \text{km}$?
  3. c) Fabricar la batería del eléctrico emite unos $6000\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ más que fabricar el de gasolina. Usando el ahorro de emisiones por cada $100\ \text{km}$, calcule a partir de cuántos kilómetros el eléctrico ya ha compensado la fabricación de su batería. Redondee a millares.
  4. d) Con esos resultados, escriba un párrafo breve argumentando cuándo vale la pena el carro eléctrico desde el punto de vista de las emisiones.
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Practica★★★Sin empezar
Una familia quiere reducir su huella de carbono. Su situación actual: Electricidad: $3800\ \text{kWh}$ al año ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$ por $\text{kWh}$). Carro…

Una familia quiere reducir su huella de carbono. Su situación actual:

  • Electricidad: $3800\ \text{kWh}$ al año ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$).

  • Carro de gasolina: $12000\ \text{km}$ al año con un consumo de $6,5\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ ($2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por litro).

  1. a) Calcule su huella anual actual sumando ambas partidas, en kilogramos de $\text{CO}_2$.
  2. b) Aplican dos medidas: cambios de hábito y bombillos LED que ahorran $700\ \text{kWh}$ al año, y compartir el carro, que reduce los kilómetros anuales a la mitad. Calcule la nueva huella anual.
  3. c) ¿En qué porcentaje han reducido su huella? Redondee a un decimal y comente qué partida ha contribuido más a la reducción.
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Practica★★★Sin empezar
Un carro eléctrico consume $16\ \text{kWh}$ cada $100\ \text{km}$. Su huella depende de cómo se haya producido la electricidad (factores de emisión: mix español actual…

Un carro eléctrico consume $16\ \text{kWh}$ cada $100\ \text{km}$. Su huella depende de cómo se haya producido la electricidad (factores de emisión: mix español actual $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$; electricidad de carbón $0,9\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$). Un carro de gasolina comparable emite $13,8\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ cada $100\ \text{km}$.

  1. a) Calcule los kilogramos de $\text{CO}_2$ cada $100\ \text{km}$ del eléctrico con el mix actual y con electricidad de carbón.
  2. b) Compare los tres casos: ¿con qué electricidad el carro eléctrico emite incluso más que el de gasolina?
  3. c) Con estos datos, escriba un argumento breve a favor del carro eléctrico y otro que matice esa conclusión, mencionando el papel del mix eléctrico.
Resolver

El ciclo del carbono y el efecto invernadero

¿Por qué importa tanto el $\text{CO}_2$? Porque cambia el balance de energía de toda la Tierra.

El carbono circula entre la atmósfera, los océanos, las plantas, los animales y el suelo. Las plantas lo toman de la atmósfera como $\text{CO}_2$ al hacer fotosíntesis. Los seres vivos lo devuelven al respirar y al descomponerse. Los combustibles fósiles son carbono que quedó almacenado bajo tierra durante millones de años. Al quemarlos, ese carbono pasa de golpe a la atmósfera como $\text{CO}_2$.

La energía que mueve el planeta entra como radiación solar. La Tierra la absorbe, se calienta y, para mantener su temperatura estable, devuelve energía al espacio como radiación infrarroja. Un sistema en equilibrio emite tanta energía como recibe.

Balance de energía de la Tierra: la radiación solar entra, la superficie emite radiación infrarroja hacia arriba y los gases de efecto invernadero devuelven una parte hacia la superficie. Sol radiación solar superficie de la Tierra gases de efecto invernadero infrarrojo parte regresa

Gases como el $\text{CO}_2$ y el metano absorben parte de esa radiación infrarroja y la devuelven hacia la superficie. Este efecto invernadero es natural y necesario: sin él, la Tierra sería mucho más fría. El problema es que al quemar fósiles aumenta la cantidad de estos gases. Se atrapa más energía y el sistema se reacomoda a una temperatura promedio más alta.

Practica★☆☆Sin empezar
Quemar un litro de gasolina emite unos $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$. Si un carro gasta un tanque de $40\ \text{L}$, ¿cuántos kilogramos de $\text{CO}2$ ha emitido?

Quemar un litro de gasolina emite unos $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$. Si un carro gasta un tanque de $40\ \text{L}$, ¿cuántos kilogramos de $\text{CO}_2$ ha emitido?

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Una vivienda consume $3200\ \text{kWh}$ de electricidad al año y el factor de emisión del mix español es de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}2$ por $\text{kWh}$. a)…

Una vivienda consume $3200\ \text{kWh}$ de electricidad al año y el factor de emisión del mix español es de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$.

  1. a) Calcule los kilogramos de $\text{CO}_2$ que corresponden a ese consumo anual.
  2. b) Expréselo en toneladas.
Resolver

Impacto ambiental y transición energética

Ninguna forma de producir electricidad está libre de impacto. Se trata de comparar costos y beneficios económicos, sociales y ambientales.

Fuente Ventajas Inconvenientes
Fósiles (gas, carbón, petróleo) Producen energía cuando se necesita; infraestructura ya existente Emiten $\text{CO}_2$ y contaminantes; se agotan
Nuclear Casi no emite $\text{CO}_2$ al operar; mucha energía con poco combustible Residuos radiactivos de larga duración; riesgo de accidentes; costo alto; uranio limitado
Solar fotovoltaica No emite gases al generar; el recurso es abundante (Guanacaste) Solo produce con luz; ocupa terreno; fabricación de paneles; necesita almacenamiento
Eólica No emite gases al generar; viento de Guanacaste Depende del viento; ocupa terreno; afecta aves y paisaje
Hidráulica Gran capacidad y almacenamiento de agua (Reventazón, Arenal) Cambia ríos y ecosistemas; desplaza poblaciones; depende de las lluvias

La transición energética es el cambio gradual hacia un mix con más renovables y menos fósiles. Tiene retos prácticos. El Sol y el viento son intermitentes, así que hay que almacenar energía (baterías, presas de bombeo) y reforzar las redes de transmisión. Mientras tanto, el gas suele usarse como respaldo para cubrir los huecos.

Para abastecer una población solo con paneles hay que calcular la energía diaria que consume y dividirla entre lo que produce cada metro cuadrado de panel. Verá que se necesitan hectáreas de terreno. Esa es una forma concreta de ver que las renovables también cuestan terreno y materiales.

Practica★☆☆Sin empezar
Nombre dos ventajas y dos inconvenientes de la energía solar fotovoltaica como forma de producir electricidad, y explique brevemente cada uno.

Nombre dos ventajas y dos inconvenientes de la energía solar fotovoltaica como forma de producir electricidad, y explique brevemente cada uno.

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Practica★★★Sin empezar
En el mix eléctrico español aproximado, los ciclos combinados de gas producen el $15\ \%$ de una demanda anual de $250\ \text{TWh}$ y emiten $0,45\ \text{kg}$ de…

En el mix eléctrico español aproximado, los ciclos combinados de gas producen el $15\ \%$ de una demanda anual de $250\ \text{TWh}$ y emiten $0,45\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$. El gráfico resume los datos del mix, actual y futuro:

% 0 10 20 30 40 25 % 35 % Eólica 15 % 5 % Gas ? TWh hoy futuro
  1. a) ¿Cuántos $\text{TWh}$ produce hoy el gas?
  2. b) En un escenario futuro la eólica sube del $25\ \%$ al $35\ \%$ y el gas baja del $15\ \%$ al $5\ \%$, manteniéndose la demanda. ¿Cuántos $\text{TWh}$ de gas se dejan de producir?
  3. c) ¿Cuántas toneladas de $\text{CO}_2$ se evitarían al año con ese cambio? Exprese el resultado en notación científica.
  4. d) El gas suele usarse de respaldo cuando no hay viento ni Sol. Explique qué problema técnico habría que resolver para reducirlo al mínimo y nombre una posible solución.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Un pueblo de $5000$ hogares quiere abastecerse solo con energía solar. Cada hogar consume en promedio $10\ \text{kWh}$ al día, y los paneles producen en esa zona unos…

Un pueblo de $5000$ hogares quiere abastecerse solo con energía solar. Cada hogar consume en promedio $10\ \text{kWh}$ al día, y los paneles producen en esa zona unos $0,25\ \text{kWh}$ al día por cada $\text{m}^2$ instalado. El esquema muestra el flujo de energía entre los paneles, los hogares y las baterías:

paneles 5000 hogares 10 kWh/día cada uno día excedente baterías noche: ? MWh
  1. a) ¿Cuánta energía consume el pueblo al día, en $\text{MWh}$?
  2. b) ¿Cuántos $\text{m}^2$ de paneles harían falta? Exprese el resultado también en hectáreas ($1\ \text{ha} = 10000\ \text{m}^2$).
  3. c) Si el $40\ \%$ del consumo se produce de noche, ¿cuánta energía, en $\text{MWh}$, deberían almacenar las baterías del pueblo cada día?
  4. d) Exponga dos retos técnicos o territoriales de abastecer un pueblo solo con energía solar y una posible solución para cada uno.
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COP de una bomba de calor

Una bomba de calor (por ejemplo, un aire acondicionado que también calienta) no quema nada para producir calor. Mueve calor del exterior al interior de la casa, igual que una refrigeradora saca calor de su interior y lo manda a la cocina.

Con $\text{COP} = 3$, cada $1\ \text{kWh}$ eléctrico mueve $3\ \text{kWh}$ de calor. Si una bomba entrega $6\ \text{kWh}$ de calor y su COP es $3$, consumió $6/3 = 2\ \text{kWh}$.

Practica★☆☆Sin empezar
Una bombilla LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que una incandescente de $60\ \text{W}$, como se muestra en la figura. a) Calcule la energía que consume cada una si…

Una bombilla LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que una incandescente de $60\ \text{W}$, como se muestra en la figura.

LED 10 W E = ? misma luz Incandescente 60 W E = ?
  1. a) Calcule la energía que consume cada una si están encendidas $5\ \text{h}$, en $\text{kWh}$.
  2. b) ¿Cuál de las dos es más eficiente? Explíquelo con los resultados.
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Ahorro de energía y amortización de una inversión

Un foco LED cuesta más que uno incandescente, pero consume mucho menos. ¿En cuánto tiempo se recupera el sobreprecio con lo que se ahorra en el recibo de electricidad? Lo mismo pasa con unos paneles solares o con aislar una casa.

Gráfica de amortización: una línea horizontal marca la inversión de 2 millones de colones y una recta creciente muestra el ahorro acumulado, que la alcanza a los 8 años. inversión: ₡2.000.000 8 años tiempo (años) ahorro acumulado

Para obtener el ahorro anual, suele hacer falta antes calcular energía: kWh que se dejan de consumir al año multiplicados por el precio del kWh, o el porcentaje del gasto que se reduce.

Practica★☆☆Sin empezar
Una instalación de paneles solares cuesta $\text{₡}\ 4000$ y ahorra $\text{₡}\ 500$ al año en el recibo de la luz. La gráfica muestra la inversión y el ahorro acumulado:…

Una instalación de paneles solares cuesta $\text{₡}\ 4000$ y ahorra $\text{₡}\ 500$ al año en el recibo de la luz. La gráfica muestra la inversión y el ahorro acumulado:

t (años) ₡ ₡4000 inversión ahorro: ₡500/año ? años

¿Cuántos años tarda en amortizarse, es decir, en recuperar el dinero invertido con el ahorro?

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Una instalación de paneles solares cuesta $\text{₡}\ 2\,500\,000$ y produce $4000\ \text{kWh}$ al año que la familia deja de comprar a $80\ \text{\text{₡}\ /kWh}$. a)…

Una instalación de paneles solares cuesta $\text{₡}\ 2\,500\,000$ y produce $4000\ \text{kWh}$ al año que la familia deja de comprar a $80\ \text{\text{₡}\ /kWh}$.

  1. a) ¿Cuántos colones ahorra al año?
  2. b) ¿Cuántos años tarda en amortizarse? Redondee a un decimal.
  3. c) Si una subvención paga el $30\ \%$ de la instalación, ¿en cuánto queda el tiempo de amortización?
  4. d) Los paneles duran unos $25\ \text{años}$. ¿Cuánto dinero habrán ahorrado en total en ese tiempo (sin subvención)? Comente si la inversión vale la pena.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Una casa consume $9000\ \text{kWh}$ de gas al año en calefacción, a $35\ \text{\text{₡}\ /kWh}$. Aislar la fachada cuesta $\text{₡}\ 1\,500\,000$ y reduce el consumo un…

Una casa consume $9000\ \text{kWh}$ de gas al año en calefacción, a $35\ \text{\text{₡}\ /kWh}$. Aislar la fachada cuesta $\text{₡}\ 1\,500\,000$ y reduce el consumo un $30\ \%$.

  1. a) ¿Cuánto cuesta la calefacción al año antes de aislar?
  2. b) ¿Cuántos colones ahorra el aislamiento cada año?
  3. c) ¿Cuál es el tiempo de retorno de la inversión? Redondee a un decimal.
  4. d) Si una ayuda pública cubre el $40\ \%$ del costo del aislamiento, ¿cuál sería el nuevo tiempo de retorno? Comente cómo influyen las ayudas en las decisiones de ahorro energético.
Resolver

Vuelva al principio: cargar la batería de un celular consume unos $0{,}015\ \text{kWh}$. Con el factor de práctica de $0{,}15\ \text{kg}\ \text{CO}_2/\text{kWh}$, cada carga completa corresponde a $0{,}015 \cdot 0{,}15 = 0{,}00225\ \text{kg}$, es decir, unos $2{,}25\ \text{g}$ de $\text{CO}_2$ en las centrales eléctricas. Es poco por carga, pero se multiplica por todas las cargas que se hacen cada día en el país.

Resumen

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