Ejercicios: Eficiencia energética y fuentes de energía

Una estufa eléctrica recibe 1.000 J de energía eléctrica y entrega 800 J útiles como calor al ambiente. Escribí la expresión de la eficiencia y calculala en porcentaje. Indicá qué ocurre con los 200 J restantes.

Clasificá cada una de las siguientes fuentes de energía como renovable o no renovable: energía eólica, petróleo, energía solar, carbón mineral, biomasa y energía hidráulica de la represa de Salto Grande. Mencioná además cuál de ellas tiene un uso importante en la generación eléctrica de Uruguay.

En una factura de UTE figura un consumo de 180 kWh en el mes. Sabiendo que $1\ \text{kWh} = 3{,}6 \cdot 10^6\ \text{J}$, expresá ese consumo en joules. Explicá en una frase qué magnitud mide el kWh.

Un motor eléctrico de una bomba de agua en un campo de Tacuarembó consume 2.000 J de energía eléctrica por cada segundo de funcionamiento y levanta agua realizando un trabajo útil de 1.500 J en ese mismo tiempo.

1. a) Calculá la eficiencia del motor.
2. b) Calculá la energía que se disipa por segundo y nombrá dos causas físicas de esa disipación.
3. c) Si se quisiera obtener 6.000 J de trabajo útil, ¿cuánta energía eléctrica haría falta con la misma eficiencia?

Micaela compara dos lámparas que dan la misma luz. La lámpara incandescente tiene una potencia de 60 W y la lámpara LED, de 9 W. Ambas se usan 5 horas por día durante 30 días.

1. a) Calculá la energía consumida por cada una en el mes, en kWh.
2. b) Si el kWh cuesta 8 pesos, calculá el ahorro en pesos en el mes al usar la lámpara LED.
3. c) ¿Qué indica esto sobre la eficiencia de cada lámpara, si ambas producen la misma energía luminosa?

Bruno analiza un auto que recorre una ruta nacional. El motor a nafta transforma en trabajo mecánico solo el 25 % de la energía química del combustible que quema. En un tramo se queman combustibles cuya energía química liberada es de $4 \cdot 10^7\ \text{J}$.

1. a) Calculá el trabajo mecánico útil obtenido.
2. b) ¿Cuánta energía se transfiere al ambiente? ¿En qué formas aparece principalmente?
3. c) Explicá por qué esa energía disipada no se puede reutilizar fácilmente para mover el auto.

Una central hidroeléctrica convierte energía en varias etapas. Del agua que cae, la turbina aprovecha el 90 % de la energía potencial gravitatoria, el generador transforma en energía eléctrica el 95 % de lo que recibe de la turbina y la línea de transmisión entrega al barrio el 92 % de la energía eléctrica generada. Cada segundo cae agua que aporta $5{,}0 \cdot 10^6\ \text{J}$ de energía potencial.

1. a) Calculá la energía que llega al barrio por segundo.
2. b) Hallá la eficiencia global de la cadena y explicá por qué no es la media de las tres eficiencias.
3. c) Indicá en qué etapa se pierde más energía en valor absoluto y discutí una forma de reducir esa pérdida.

Una familia de Maldonado analiza dos formas de calentar agua para la ducha: un calefón eléctrico que consume 2.500 W y un calefón solar térmico complementado con un respaldo eléctrico. Necesitan calentar 100 L de agua por día de $15\ ^\circ\text{C}$ a $45\ ^\circ\text{C}$. Datos: densidad del agua $1\ \text{kg/L}$, calor específico $4.180\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}$. Suponé que el calefón eléctrico tiene una eficiencia del 90 %.

1. a) Calculá la energía que debe recibir el agua por día.
2. b) Calculá la energía eléctrica que consume el calefón eléctrico por día, en kWh, y cuánto tiempo debe funcionar.
3. c) Si el sistema solar aporta el 70 % de la energía necesaria y el resto lo cubre el calefón eléctrico con la misma eficiencia, calculá el ahorro diario en kWh.
4. d) Valorá el impacto ambiental y económico de ambas opciones, comparando fuentes renovables y no renovables.