Problem as Energi As

Tema 1: La energía, el motor del mundo DEPARTAMENTO

DE TECNOLOGÍA

Actividades complementarias Curso: 1º Bach.

1.- ¿Que trabajo se realiza para levantar una losa de piedra de 500 Kg hasta una altura de 20 m?

¿Qué energía en Julios posee la losa debido a la altura a la que se encuentra?.

2.- ¿Cuánto tiempo empleará una bomba de agua de 8 CV de potencia en elevar 1000 litros hasta un depósito situado a 50 m de altura? ¿Cuánto dinero costará realizar este trabajo sí el Kwh cuesta 0,09 euros). Para resolver el problema supondremos que no hay pérdidas por rozamiento.

3.- Calcula la energía, en kilovatios hora, que ha consumido una máquina que tiene 30 CV y ha estado funcionando durante 2 horas.

4.- Determina la temperatura a la que se elevaran 2,5 litros de agua si han absorbido una energía de

4,3 Kcal e inicialmente se encontraban en una habitación con una temperatura de 20 ºC.

5.- Desde un helicóptero, a una altura de 100 m sobre la superficie terrestre, se suelta un objeto que

pesa 2 Kg. Calcula la energía mecánica, cinética y potencial en los puntos siguientes:

a) Antes de soltar el objeto.

b) Cuando está a 10 m del suelo.

6.- Una placa vitrocerámica de 220 V por la que circula una intensidad de 5 A está conectada 2

horas. ¿Qué energía ha consumido en julios ?.

7.- Un avión lanza una carga de 1000 Kg cuando se encuentra a una altura de 800 m. Calcula su

energía cinética y mecánica en los siguientes casos:

a) Cuando el objeto ha recorrido una distancia de 430 m.

b) Cuando el objeto está a punto de impactar contra el suelo.

8.-Una caldera con las paredes de 5 mm de espesor y de superficie 345 cm2 se quiere mantener a

125 ºC. Sabiendo que está fabricada de acero, determina la cantidad de calor que es necesario

aportar por hora (en Kcal/h) para mantener dicha temperatura. Se supone que en el exterior tenemos

22 ºC.

9.- Un frigorífico que tiene las siguientes dimensiones: 55 cm (ancho) x 125 cm (alto) x 55 cm (fondo),

lleva un recubrimiento, alrededor de cada una de las seis paredes, de fibra de vidrio de 3 cm de

espesor. Calcula la cantidad de calor por hora que se deberá extraer si se quiere mantener en el

interior una temperatura de 5 ºC si en el exterior hay 28 ºC.

10.- Calcula la cantidad de calor transmitido por convección del techo, en una habitación, durante 4

horas, si se dispone de un radiador eléctrico de superficie 1,5 m2, colocado en la parte inferior. La

temperatura del radiador es de 120 ºC y la de la habitación de 35 ºC (esta temperatura se mantiene

constante).

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11.- Un foco que se emplea para el secado de pinturas de automóviles tiene una temperatura de 600

ºC. Sabiendo que la temperatura ambiente (y también la de la chapa del coche a pintar) es de 35 ºC

y que no aumenta a lo largo del tiempo, calcula el calor transmitido por hora si la superficie del foco

es de 100 cm2 y el material con el que está fabricado dicho foco es de porcelana.

12.- Determina la cantidad de calor por hora (en Kcal/h) que se transmitirá por convección a la parte

alta de una cazuela, llena de agua, en el momento en que la temperatura interior es de 25 ºC y

después de empezar a hervir. La temperatura en la parte inferior es de 200 ºC y el diámetro de la

cazuela es de 25 cm.

13.- Se emplea un radiador de infrarrojos para calentar una bañera de porcelana. Sabiendo que el

reflector del radiador (fabricado de acero niquelado) alcanza una temperatura de 120 ºC y que la

temperatura ambiente es de 22 ºC (manteniéndose constante a lo largo del tiempo), calcula la

cantidad de calor emitido por hora. La superficie del radiador es de 0,25 m2.

14.- Calcula la energía liberada al quemar 5 Kg de madera.

15.- Determina la energía total obtenida al quemar 2 m3 de gas natural que se utiliza a una presión

de 1,5 m atm y a una temperatura de 22 ºC.

16.- Una central térmica produce 5500 kW en 1 hora. Sabiendo que emplea antracita como

combustible y que, aproximadamente, se aprovecha el 20 % del combustible quemado para generar

electricidad, calcula la cantidad de toneladas diarias que es necesario suministrar a la central.

17.- ¿Qué cantidad de butano será necesario quemar para obtener una energía calorífica de 10

KWh? La presión de consumo es de 2 atm y la temperatura de 28 ºC.

18.- Calcula la energía liberada (en Kcal) en una reacción nuclear suponiendo que se han

transformado 2 g de uranio en energía calorífica.

19.- Calcula la cantidad de calor acumulado en el agua del radiador de un coche antes de que se

ponga el ventilador en marcha, si su temperatura se ha elevado desde 22 ºC, antes de ponerse en

marcha, hasta los 97 ºC. El volumen de agua es de 3,5 litros.

20.- Una plancha tiene su base de aluminio, de superficie 50 cm2 y espesor 1 cm. Sabiendo que su

temperatura ha pasado de 18 ºC a 60 ºC en 10 segundos y se desprecian las pérdidas de calor por

radiación y conducción, calcula la energía térmica acumulada (en Kcal) así como la potencia de la

plancha. Densidad del aluminio: 2,75 kg/dm3.

21.- Una máquina de aire acondicionado ha extraído de una habitación 5000 Kcal. Sabiendo que

durante ese tiempo ha consumido 6 KWh, determina el rendimiento de la máquina.

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22.- Se dispone de un motor para bombear agua a un depósito que se encuentra a 40 m de altura.

Calcula su rendimiento si con 3 Kg de combustible (gasóleo) suministramos al depósito 100000 litros.

Se supone que 1litro de agua = 1Kg de agua.

23.- Calcula la variación de energía de un sistema en los siguientes casos:

a) El sistema absorbe 100 cal y realiza un trabajo de 1500 J.

b) El sistema absorbe 700 cal y recibe un trabajo de 40 Kpm.

c) Del sistema se extraen 1200 cal.

24.- Un motor de gas hace funcionar una grúa que eleva un peso de 1000 Kg a una altura de 27 m.

Calcula el volumen de gas que debe quemar el motor suponiendo que el combustible es gas natural,

la presión de suministro 3 atm, la temperatura del combustible 22 ºC y el rendimiento del motor 24 %.

25.- A una central térmica de carbón, que tiene un rendimiento del 16 %, se le han suministrado

20000 Kg de antracita. Calcula la energía producida en KWh.

26.- Una bombilla conectada a 220 V, que tiene una potencia de 100 W, está encendida una media

de 3 horas al día. Calcula la energía en KWh y en J, que consume durante el mes de noviembre.

27.- Un radiador eléctrico que está conectado a 220 V ha estado funcionando durante 3 horas.

Sabiendo que la intensidad que ha circulado por él ha sido de 6 A, determina la energía consumida

en Wh y el calor aportado en calorías.

28.- ¿Qué tiempo han estado encendidas las ocho lámparas de bajo consumo, de 15 W de potencia

cada una, que iluminan un jardín, si la empresa suministradora ha facturado 3,56 euros? El precio del

KWh es de 0,12 euros.

29.- Una habitación de una vivienda tiene las medidas siguientes: 3 m (ancho) x 4 m (largo) x 3 m

(alto). Las paredes son de ladrillo de espesor 35 cm y dispone de 2 ventanas de 1 x 1 m, con

cristales de 10 mm de espesor. Calcula el tiempo que tiene que estar conectado al día un radiador de

5000 W de potencia, para suministrar la energía perdida por conducción y radiación , si en el interior

hay 18 ºC y en el exterior 9 ºC. Se desprecia el calor perdido por el techo y por el suelo.

30.- Una caldera de espesor 5 mm y sección 345 cm2 se quiere mantener a 125 ºC. Sabiendo que

está fabricada de acero, determina la cantidad de calor que es necesario aportar por hora (en Kcal/h)

para mantener dicha temperatura. Se supone que en el exterior tenemos 22 ºC y que el calor

solamente se transmite por conducción.

31.- Admitiendo que el rendimiento energético del uranio sea del 6% (solamente el 6% se transforma

en energía), determina a cuántas toneladas de carbón equivaldría un Kg de uranio. Poder calorífico

del carbón: 8000 Kcal/Kg.

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32.- Si en España se consume al año 50 millones de toneladas de antracita (PC=8000 Kcal/Kg) para

producir electricidad, ¿qué cantidad de energía, en KWh, se habrá producido si el rendimiento de la

central térmica es del 16%?

33.- El indicador de una bicicleta estática informa al atleta que ha consumido 175 Kcal después de

haber estado pedaleando durante algún tiempo. Determina la energía eléctrica, en Wh, que se

obtendría si se hubiese conectado a un alternador eléctrico cuyo rendimiento fuese del 80 %.

34.- Un objeto se deja caer desde una altura de 150 m. Despreciando la resistencia del aire, ¿qué

velocidad lleva cuando se encuentra a 50 m del suelo?

35.- Por una estufa eléctrica de 30 ohmios de resistencia circula una corriente eléctrica de 12 A

durante 1 hora. Calcula el calor desprendido.

36.- Si el precio de la energía consumida es de 0,084 euros/KWh, ¿cuánto valdrá la energía

consumida por una bombilla de 100 W en 30 minutos?

37.- Calcula lo que cuesta para una familia ver una película de 2,5 horas sabiendo que el aparato de

video tiene una potencia de 0,3 KW y que el precio del KWh es de 0,11 euros. Realiza el cálculo con

tarifa nocturna, en la que el KWh cuesta 0,085 euros.

38.- Una habitación tiene una pared de ladrillo de 30 cm de espesor que mide 2,5 m de alto y 4 de

ancho. En un mes de invierno la temperatura media en el exterior es de 6 ºC y la temperatura media

dentro de la vivienda es de 22 ºC. Averiguar el ahorro energético que se obtiene si se coloca una

plancha de corcho de 1 cm recubriendo la pared interior. Evaluar la inversión si el m2 de corcho

colocado cuesta 12 euros y 1000 Kcal cuestan 0,12 euros. (no se ignorará la presencia de capas

límite de aire).

39.- Una tubería de acero cuyas paredes tienen un espesor de 2 mm tiene un diámetro exterior de 22

cm. Por ella circula vapor a baja presión a una temperatura de 300 ºC durante 16 horas diarias. Este

conducto tiene un aislamiento con fibra de vidrio de 25 mm a lo largo de toda su longitud que es de

20 m. La temperatura ambiente media oscila entre los 25 ºC y los 30 ºC. Comprobar la conveniencia

de aumentar el aislamiento a un espesor doble. (despréciese el efecto de la capa límite interior)

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Tema 2: Los combustibles fósiles DEPARTAMENTO

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Actividades complementarias Curso: 1º Bach. I.E.S Torreblanca

1.- Calcular la cantidad de carbón de antracita que es necesario aportar diariamente a una central térmica clásica si su rendimiento es del 30 % y tiene una potencia constante de 50000 KW. Poder calorífico de la antracita Pc= 8000 Kcal/kg.

2.- Calcular la cantidad de m3 de gas ciudad que es necesario quemar para convertir el carbón de hulla en carbón de coque (en el interior de una coquería), si se necesitan 2. 108 Kcal. El poder calorífico del gas ciudad es 5000 Kcal/m3. La presión de suministro es de 2 atm y la temperatura de 30 ºC. Supóngase un rendimiento del 95%.

3.- En una zona turística, para subir a lo alto de una montaña de 500 m se emplea una locomotora de vapor.

Suponiendo que la locomotora, junto con los viajeros, pesa 30 toneladas, determina qué cantidad mínima de carbón de antracita es necesario quemar si el rendimiento es del 8%. Poder calorífico de la antracita Pc= 8000 Kcal/kg.

4.- Calcular la cantidad de queroseno que se puede obtener a partir de 100 litros de crudo.

Dato: Aproximadamente del crudo obtenido, el 23% se convierte en queroseno.

5.- Para calentar un depósito de agua, que contiene 2000 litros de agua, se han gastado 1,5 litros de gasóleo. Calcula el incremento de temperatura originado si el rendimiento de la instalación en la que se ha calentado es del 85%. Densidad del gasóleo = 0,7 Kg/dm3. PC del gasóleo = 10300 Kcal/Kg.

6.- Un calentador consume 1 m3 de gas natural para calentar 400 litros de agua, incrementando su temperatura en 30 ºC. Calcula el rendimiento del calentador si el poder calorífico del gas natural es de 10500 Kcal/m3, la presión de suministro es de 1,5 atm y la temperatura ambiente es de 30 ºC.

7.- Suponiendo que una central eléctrica tenga una potencia útil de 550000 Kw y sea alimentada por fuelóleo, determina la energía suministrada en un año si el rendimiento fuese del 20 %. Calcula, también, la cantidad de fuelóleo consumido y el precio del Kwh útil generado si el Kg de combustible cuesta 0,20 euros. (considerar sólo el coste de la materia prima).

Poder calorífico del fuelóleo Pc=9900 Kcal/Kg

8.- Calcular a cuántas toneladas equivalentes de petróleo (tep) es igual 1 MWh.

9.- ¿Qué cantidad de barriles de petróleo se consumieron en España en el año 2001 sabiendo que el consumo de productos petrolíferos ascendió a 58,2 Mtep.

10.- Calcula la cantidad de antracita que es necesario quemar en 10 horas en una caldera si su rendimiento es del 30 % y tiene una potencia de 40 KW.

11.- Calcula el rendimiento de una central térmica que consume 250000 Kg de carbón (antracita) al día y cuya potencia es de 30000 KW.

12.- Si en una central térmica el rendimiento es del 32% y su potencia es de 75000 KW, calcula la cantidad de carbón (antracita) que consume al día esta central suponiendo un funcionamiento de 24 horas al día.

13.- ¿Cuántos julios se utilizan para producir cemento en España en un año si se sabe que se utilizaron 0,4 . 106 Tm de carbón (antracita).

Tema 3: La energía nuclear DEPARTAMENTO

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1.- a) Calcula la energía, en Kcal, que se habrá obtenido en un reactor nuclear de fisión si se ha consumido 1

Kg de uranio U235.

b) ¿Cuál hubiese sido la energía obtenida, en julios, suponiendo que toda la masa de uranio se hubieseconvertido en energía calorífica?

Nota: experimentalmente se ha comprobado que la energía liberada por un gramo de 235U es del orden de 20000 KWh.

2.- Calcula la cantidad de toneladas de carbón equivalentes a la fusión de 1 g de deuterio. Poder calorífico del carbón 8000 Kcal/Kg.

Nota: Se ha comprobado que en la formación de una molécula-gramo de helio, es decir 4 g de este elemento, la energía desprendida es de 342220 KWh.

3.- Calcular la cantidad de uranio que sería necesario introducir en el reactor de fisión, equivalente a la fusión de 1 Kg de deuterio (fusión nuclear).

4.- ¿Qué cantidad de hidrógeno (deuterio) sería necesario para obtener, por fusión nuclear, 1.105 KWh de energía?

5.- Determina qué cantidad de deuterio y tritio se necesita si queremos obtener 5 gramos de helio en una reacción nuclear de fusión.

6.- Calcula la cantidad de toneladas de carbón equivalentes a la fusión de 1 gramo de deuterio. Poder calorífico del carbón: 8000 Kcal/Kg.

7.- Sabiendo que el poder calorífico del carbón es de 7200 Kcal/Kg, y el del gasóleo es de 11200 Kcal/Kg, determina qué cantidad de cada uno de ellos, en Tm, será necesario quemar para obtener una energía equivalente a la obtenida si se desintegrase por completo 1 Kg de uranio.

8.-¿Cuánto tiempo tendría que estar funcionando la central nuclear de Cofrentes para generar una energía de 14,85 GWh.

Nota: La potencia entregada por la central es de 990 MW.

9.- La potencia térmica del reactor de la central nuclear de Trillo es de 3010 MW y la potencia eléctrica de 1066MW. La carga de combustible es de 93901 Kg de UO2. Si genera una energía de 8463 .106 KWh, calcular:

a) El rendimiento de la central.

b) El tiempo que estuvo funcionando para producir los KWh.

c) Energía que se obtiene de cada gramo de UO2. (Este uranio es 238U).

d) Cantidad de masa de uranio.

e) Cantidad de masa de U235 (se supone enriquecido al 4%).

10.- Demostrar que en la reacción “n” de una reacción nuclear de fisión se producen 2n-1 escisiones simultáneas.

11.- En la explosión de una bomba de hidrógeno se produce la siguiente reacción:

Calcule la energía liberada en la formación de 10 gramos de helio. Datos: Masa del deuterio: 2,01474 u Masa de tritio: 3,01700 u Masa del helio: 4,00388 u Masa del neutrón: 1,00087 u

12.- Teniendo en cuenta el ejercicio anterior, calcule la energía que podría obtenerse a partir de 1 gramo de deuterio mediante esa reacción.

Tema 4: La energía hidráulica DEPARTAMENTO

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1.- Calcula en KW la potencia útil que genera una central hidroeléctrica a partir de un caudal medio de 10 m3/s y una altura neta de salto de 30 m, si el rendimiento estimado es del 30 %.

2.- Calcula la potencia en KW y en CV que podría obtenerse en una central hidroeléctrica con un salto de 25 m a partir de un caudal de 15 m3/s, suponiendo el rendimiento del 35 %.

3.- El agua de una presa fluye por una tubería hasta llegar a una turbina situada a 200 m debajo de ella. Si suponemos que la turbina tiene un rendimiento del 60 % y que le llega un caudal de 2000 litros por minuto, se pide calcular la potencia de salida de esa turbina.

4.- Un río tiene un caudal de 3000 l/s y en su recorrido llega a una cascada de 60 m de altura. Si se pudiera aprovechar íntegramente toda la potencia generada en el salto, ¿cuántas bombillas de 100 w se podrían iluminar con esa potencia.

5.- Una central hidroeléctrica tiene un salto de agua de 240 m y una potencia instalada de 900 MW con seis turbinas idénticas. Si esta central funciona 10 horas diarias durante nueve meses y 4 horas diarias durante los tres meses de verano, calcular:

a) La potencia instalada de cada turbina.b) El caudal por cada turbina suponiendo que no haya pérdidas.c) La energía anual generada en KWh.d) Si el rendimiento de las turbinas es del 90 %, calcular el caudal por cada turbina.

6.- El embalse de Aldeadávila (Salamanca) tiene una capacidad de 56 hm3 y un salto bruto de 139,8 m. Si posee una potencia instalada de 718200 KW y seis turbinas idénticas, calcular:

a) La potencia de cada turbina.b) El caudal de cada turbina.c) La energía potencial almacenada en cada turbina.d) Si el embalse produce una energía media anual de 3488,3 GWh, ¿cuál será el tiempo medio

de utilización (en horas) al día de la central?.e) Si quisiéramos producir la misma energía eléctrica en una central térmica, ¿cuántas

toneladas de carbón (Tec) deberíamos quemar al día si disponemos de un rendimiento del45%.

7.- Si un embalse tiene una capacidad de 6000 m3 y un salto de agua de 200 m, y suponemos un caudal constante de 100 m3 por minuto y que dispone de una turbina con rendimiento del 95 %, calcular:

a) Energía potencial (en KJ y en KWh).b) La potencia eléctrica útil generada.

8.- Calcular: a) La energía que posee cada kilogramo de agua que se encuentra embalsada a 63 metros.b) ¿Cuánta energía podrías aprovechar por cada kilogramo de agua si dispones de una turbina

con un rendimiento del 84 % y un generador con un rendimiento de 98%.c) Si por la noche se consumen 400 J/kg, ¿qué medidas propondrías para aprovechar la energía

sobrante?.

9.- Calcular la potencia real de una central hidroeléctrica, en KW y CV, sabiendo que el salto de agua es de 15 m y el caudal 18 m3/s. La turbina empleada es Kaplan (η entre el 93% y el 95%).

10.- Calcular la energía producida (en MWh) en una central hidroeléctrica que emplea una turbina Pelton (η =90%), en el mes de noviembre, sabiendo que sobre la turbina actúa un caudal de 3 m3/s y la altura del salto de agua es de 100 m.

Tema 5: Las energías alternativas DEPARTAMENTO

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1.- Se dispone de una placa fotovoltaica de 60x30 cm, cuyo rendimiento es del 20%. Determinar la cantidad de energía eléctrica (KWh) que generará, para acumular en una batería, si la placa ha estado funcionando durante 8 horas, siendo el coeficiente de radiación de 0,9 cal/min.cm2. Se admite que no hay pérdidas ni en el transporte, ni en la carga de la batería.

2.- Calcular la potencia útil entregada por un colector plano de 225 m2 suponiendo que la densidad de radiación sea de 100 W/m2 y el rendimiento del colector del 60 %.

3.- Un panel fotovoltaico entrega una potencia útil de 75000 W. Suponiendo que la densidad de radiación sea de 1000 W/m2 y el rendimiento del panel del 50 %, calcular la superficie del panel.

4.- La horas de radiación sobre una superficie terrestre de 500000 Km2 son de 2200 h/año. Suponiendo que la densidad de radiación media sea de 1300 W/m2, calcular:

a) La potencia recibida por dicha superficie.b) La energía, en Julios, recibida a lo largo de todo el año.

5.- Calcula la superficie del panel fotovoltaico necesario para alimentar una estufa eléctrica de 1500 W de potencia durante 2 horas. Suponer una densidad de radiación de 1000 W/m2, un aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento del equipo del 20%.

6.- Se desea instalar un conjunto de paneles solares para abastecer una vivienda con un consumo estimado de 525 KWh mensuales. Calcular la superficie de panel necesaria suponiendo una constante de radiación de 1250 W/m2, un aprovechamiento solar diario de 5 horas y un rendimiento de la instalación del 25 %.

7.- Determina la cantidad de calor que habrá entrado en una casa, durante un día del mes de julio, suponiendo que dispone de una cristalera de 3 x 2 m, y no se han producido pérdidas ni reflexiones en el vidrio. Nota: 10 h diarias de sol.

8.- Un colector solar plano que tiene una superficie de 4 m2 debe calentar agua para uso doméstico. Sabiendo que el coeficiente de radiación solar K=0,9 cal/min.cm2 y que el consumo de agua es constante, a razón de 6 litros/minuto, determina el aumento de temperatura del agua si está funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialmente el agua está a 18 ºC y que no hay pérdidas de calor.

9.- Determinar, en m2, las dimensiones de una placa solar suponiendo que con ella se alimente un frigorífico (de potencia 150 W) durante 4 horas. El coeficiente de radiación solar es K =0,7 cal/min.cm2 y el rendimiento energético de la placa el 25 %.

10.- Calcular qué cantidad de calor habría que extraer cada hora, mediante aire acondicionado, de un edificio de oficinas, si dispone de una superficie de 120 m2 de cristaleras. El valor de K=0,6 cal/mim.cm2 y se supone que no se producen reflexiones ni pérdidas de calor.

11.- En una casa de campo se quiere instalar una placa fotovoltaica que alimente dos placas de bajo consumo (9 Wh cada una) y un televisor de 29 Wh. Determinar la superficie de la placa si η = 30 % y K=0,8 cal/min.cm2.

12.- Calcular la superficie que debería tener un colector plano si se emplea para calentar agua de una piscina cubierta en el que el agua está a 14 ºC y queremos calentarla a 25 ºC. Se supone que no se producen ni pérdidas de calor ni reflexión alguna. El coeficiente de radiación solar, ese día, vale K=0,7 cal/min.cm2. El caudal del agua queremos que sea de 3600 litros cada hora.


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13.- Para calentar agua de uso industrial, una empresa emplea colectores planos. Sabiendo que el agua, inicialmente está a 18 ºC y se quiere calentar a 90 ºC, determinar: a) Las características del colector solar.b) La superficie del colector, si K=0,5 cal/min.cm2. Se supone que no hay pérdidas de calor nireflexiones dentro del colector y el caudal requerido de agua es de 600 litros/hora. c) ¿Qué cantidad de energía calorífica captura diariamente el colector si funciona cuatro horas aldía?.

14.- Un colector solar plano, que se va a utilizar como medio de calefacción en Andalucía mide 4 m2 y vale 2600 €, incluida la instalación. Determinar el tiempo que se tardará en amortizar (pagar lo que ha costado) si K=0,8 cal/min.cm2 y está funcionando una media de 6 horas al día, durante 150 días al año. Este colector sería una alternativa al radiador eléctrico. Un KWh vale 0,08 €.

15.- Se desea instalar un sistema fotovoltaico que suministre energía eléctrica a un repetidor próximo a Albacete que ha de funcionar las 24 horas del día con un consumo medio de 2 A a 12 V.

Calcular: a) número de horas de sol equivalente.

b) número paneles fotovoltáicos

Datos: Albacete tiene una latitud aproximada de 39º.

Radiación diaria (mes más desfavorable) =1360 Kcal/m2.

Coeficiente de seguridad = 1,2

16.- Con las características indicadas, debemos abastecer de agua caliente sanitaria una vivienda unifamiliar, situada en Zaragoza, en la que viven cuatro personas adultas. ¿Qué volumen tendrá el depósito de almacenamiento del agua?, ¿con qué inclinación colocaremos los paneles? y ¿cuál será el rendimiento del panel ?.

Datos: Zaragoza tiene una latitud de 42º

Temperatura de salida del agua del panel: 60º C, con un T = 5 °C

Necesidades energéticas de la vivienda: 7600 Kcal/día

Características del panel a utilizar:

17.- Mediante un sistema concentrador con una relación de concentración Rc = 50, proyectamos perpendicularmente la radiación solar sobre un recipiente que almacena 10 litros de agua y ocupa una superficie de 0,1 m2. Averiguar el tiempo que tardará en hervir esta agua si se encuentra a 20 °C y aprovecha el 60% del calor que le llega. La radiación solar es de 700W/m2.

Nota: RC indica la capacidad de concentración de los rayos solares. Si por ejemplo RC =10 nos está indicando que la radiación que incide es 10 veces superior a la que llega a una superficie ordinaria.

18.- Tenemos un panel solar a baja temperatura en el que, según el fabricante, el rendimiento viene dado por la fórmula:

I

TTe A 8,386,0


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Si dicho panel está colocado con una inclinación de 50° en Sevilla, ¿qué rendimiento tendrá de media en noviembre si durante este mes hay 5,5 horas diarias de sol?. La bomba de circulación está regulada para que funcione con T = 10 °C con una temperatura de salida de agua del panel de 65 °C.

19.- Busca, el dato de la superficie de tu provincia y, a partir de las tablas climatológicas entregadas, averigua:

a) La energía solar total que llega en un día de julio.

b) Si pudiera transformarse el 10% de esta energía solar en energía eléctrica, ¿cuántos kWh seproducirían en el mes de julio? ¿Qué valor económico tendría esta energía si se vendiera a 0,12 € el kWh.

20.- Calcular la densidad de potencia que corresponde a un viento de 40 Km/h. Justificar si dicho viento es eficaz para mover un aerogenerador.

21.- Calcular la potencia útil aprovechada por la hélice de un aerogenerador de 20 m de diámetro cuando el viento sopla a 15 m/s si su coeficiente de aprovechamiento es de 0,35.

22.- Determinar la potencia útil a nivel de captación de una aeroturbina sobre la cual actúa un viento de 50 Km/h. El radio de cada pala es de 4 m. Se supone un rendimiento del 90%. ¿Qué energía genera la aeroturbina en 10 horas?.

23.- Un aerogenerador tiene una potencia nominal de 5.000 W (100%) y una curva de rendimiento como la del gráfico siguiente. El diámetro de la hélice es de 5,9 metros. Averiguar:

a) El % de la energía del viento que aprovecha cuando gira a 8,5 m/s.b) La potencia que suministra con un viento de 24 km/h.c) Los kWh que suministrará diariamente en una zona con vientos medios de 7 m/s.

24.- En un parque eólico se han instalado 60 aeroturbinas. Suponiendo que hubiese un viento de 50 km/h o mayor durante 180 días al año y que el diámetro de las aeroturbinas sea de 63 m, determinar:

a) Potencia del viento a nivel de captación.b) Potencia útil de cada uno de los generadores si η = 0,9.c) Energía generada por cada aerogenerador al año.d) Tiempo que se tarda en amortizar cada aerogenerador sabiendo que cada uno ha costado mediomillón de euros. El precio del KWh es de 0,09 €.

25.- Una industria dedicada al trabajo con madera de pino produce diariamente, en forma de desechos, 250 kg de serrín. Para aprovechar esta biomasa residual, se instala un horno generador


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de vapor que mueve un alternador para producir energía eléctrica. El fabricante de este sistema de reciclaje energético garantiza un rendimiento total del 45% (el porcentaje de la energía calorífica que se convierte en energía eléctrica).

Averiguar el ahorro económico mensual que supone esta instalación si los gastos de mantenimiento ascienden al 20% de la energía producida. El kWh se paga a 0,1 € y se trabajan 25 días al mes. Dato: Poder calorífico del serrín de pino Pc= 4320 Kcal/Kg

26.- En un digestor (depósito en el que se produce la fermentación de la materia orgánica) se introducen 300 Kg de estiércol de vaca y 600 Kg de paja de trigo. Al cabo de 30 días se produce el 80% de la fermentación. ¿Qué energía, en KWh, se habrá producido? Datos:

Desechos fermentables Biogás producido (m3/Kg) Estiércol de vaca 0,315 Paja de trigo 0,300

Pc del biogás: 4500 Kcal/m3.

27.- Calcular la energía calorífica liberada al quemar 5 Kg de madera cuyo poder calorífico Pc= 2800 Kcal/Kg, si el rendimiento es del 65%.

28.- Determinar la cantidad de Kcal obtenidas al quemar etanol (de 94º) obtenido a partir de 3 Kg de glucosa. Datos: PC del etanol= 6000 Kcal/Kg. Cada Kg de glucosa genera 510 g de etanol.

29.- Calcular la energía calorífica obtenida al quemar 0,5 m3 de biogás a una presión de 1,5 atmósferas y una temperatura de 25 ºC.

30.- Calcular la profundidad a la que habría que hacer un pozo si quisiéramos calentar agua a una temperatura de 90 ºC. Nota: Por cada 100 m de profundidad la temperatura aumenta 3 ºC.

31.- Por un yacimiento hidrotérmico aflora agua a 96 ºC. El caudal que sale es de 6 m3/hora. Suponiendo que la temperatura ambiente es de 24 ºC, determina qué cantidad de energía (en Kcal) se obtiene diariamente.

32.- Determinar la cantidad de energía (en Kcal) que se obtendría por hora si se introdujese agua a 15 ºC en un yacimiento de roca caliente y se obtuviese agua a 75 ºC. El caudal de agua es de 4 m3/hora.

I.E.S. "SIERRA MÁGINA"

MANCHA REAL Tema 6: Consumo y ahorro de energía

DEPARTAMENTODE

TECNOLOGÍA


1.- Para llenar una bañera con 500 litros de agua caliente se utiliza un calentador de gas. Si se dispone de los siguientes datos: presión del gas: 1,4 Kg/cm2; temperatura exterior = 24 ºC; temperatura del agua fría =14 ºC; temperatura del agua calentada = 35 ºC; PCgas = 8540 Kcal/m3. Calcular el rendimiento del calentador si se desprecia la energía calorífica perdida a través de la tubería desde el calentador a la bañera, habiendo sido el consumo de gas de 1,3 m3.

2.- En un instituto se desea realizar una instalación para calefacción, cocinas y alumbrado. Realizar un estudio energético, de lo que más nos interesaría, sabiendo que podemos utilizar electricidad, propano, butano, gas natural y gasóleo. Datos: - Energía eléctrica gastada en la última factura = 2000 KWh. - Importe de la factura = 200 €. - Rendimiento del calentador, sea del tipo que sea, = 75 %. - Propano: Precio de una botella de 35 Kg = 24 € ; PC Propano = 8000 Kcal/Kg. - Butano: Precio de una botella de 12,5 Kg = 13 €; PC Butano = 9400 Kcal/Kg. - Gas Natural: 10 m3 consumidos a 1 €/m3. 1 m3 de gas equivale a 10,829 KWh (aprobado por el Ministerio de Economía). - Gasóleo Precio 0,4 €/l: densidad = 0,8 Kg/l; PC Gasóleo = 10300 Kcal/Kg.

3.- Un grupo de baterías de 12 V tienen una capacidad total de 400 Ah (amperios hora); sabiendo esto, determinar: a) Cuánto tiempo pueden estar alimentando a un conjunto de receptores con una potencia total de675 W/ 12V. b) Cuánto tiempo tardarán en cargarse completamente si son alimentadas por seis placasfotovoltaicas de 110 W/12V cada una. c) Cuánto tiempo tardarían en recargarse completamente las baterías si son alimentadas por unaerogenerador de 500 W/12V.

4.- Calcula el tiempo que estaría funcionando una lavadora ininterrumpidamente si tiene una potencia de 1,2 KW y un voltaje de 220V y se alimenta de un grupo de baterías de 12 V con una capacidad total de 250 Ah. Nota: Para ello se emplea un inversor que transforma la corriente continua en corriente alterna y la eleva a 220 V sin, prácticamente, producir pérdidas de energía. La potencia de la lavadora a 220 V será igual a la potencia que suministran las baterías a 12 V.

5.- Para cocinar un alimento hemos utilizado la cocina durante 1 hora. Calcula la energía útil aprovechada si el quemador tiene una potencia de 2,5 KW y el rendimiento de transferencia de calor es del 50 %.

6.- Una vivienda está conectada a la red de distribución de gas y dispone de un contador de 4 m3/h. Calcula la potencia máxima sabiendo que el tipo de gas que se suministra es gas metanado (PC = 5000 Kcal/m3).

7.- Calcula la energía consumida por una ducha de agua caliente durante 10 minutos si el calentador del gas tiene una potencia de 17,4 KW y el rendimiento de la instalación es del 80 %.

8.- Calcula el precio, bimensual, que ha de pagar un usuario con tarifa D1 sabiendo que ha consumido 71 m3 de gas natural en ese periodo y que el contador, de 4 m3/h, es propiedad de la compañía suministradora. Datos: Tarifa D1: 0,0468 €/termia; Término fijo: 29,76 €/año; Alquiler contador 1,02 €/mes. PC gas natural =10600 Kcal/m3; 1 Termia = 1000 Kcal; IVA:16%.

Tema 6: Consumo y ahorro de energía DEPARTAMENTO

DE TECNOLOGÍA


9.-Calcular el importe total de la factura de un usuario con tarifa D2 que ha consumido 286 m3 de gas en dos meses y dispone de un contador alquilado de 6m3/h. Datos: Tarifa D2: 0,0391 €/termia; Término fijo: 68,96 €/año; Alquiler contador 1,02 €/mes; IVA:16%

10.- Calcular el coste de climatización de una sala de 45 m2, con un aporte de 75 Kcal/h.m2 durante 16 horas, si se emplea calefacción central alimentada con gas natural cuyo rendimiento es del 85%. Datos: PC gas natural =10600 Kcal/m3; Preciogas natural = 0,496 €/m3.

11.- Deseamos calentar hasta ebullición un recipiente que contiene 5 Kg de agua a 25 ºC utilizando un quemador de butano de 2,5 KW con un rendimiento del 60%. Calcular el tiempo necesario y el coste económico. Datos: PC butano = 11100 Kcal/kg; Precio de la botella = 10 €.

12.- Averiguar el coste de la energía consumida durante 9 meses por el flexo de un estudiante que lo utiliza durante 3 horas diarias, si emplea una lámpara de filamento de 60 W, o bien, una de bajo consumo de 25 W. Dato: Precio KWh = 0,083 €

13.- Una vivienda con 3,3 KW de potencia contratada ha consumido 500 KWh en un bimestre. Calcular el importe de la factura teniendo en cuenta que el contador es alquilado. Datos: Contador: 0,60 €/mes; Precio KWh: 0,083 €; Impuesto sobre electricidad: 4,864%; IVA: 16% Coeficiente del término fijo o de potencia: 1,461129 €/KW.mes

14.- Una estufa eléctrica de 1500 W de potencia está conectada por la noche durante 3 horas. Calcular el coste de la energía consumida en tarifa nocturna. Datos: Precio KWh: 0,04 €

15.- Una habitación de 15 m2 necesita un aporte de 50 Kcal/h.m2 durante 4 horas para climatizarse. Calcular el tiempo que necesitaría estar conectado un acumulador de calor de 1500 W para llevar a cabo ese suministro si el rendimiento es del 85%.

16.- Calcular el coste de la calefacción con radiadores eléctricos de una sala de 20 m2 durante 4 horas si se necesita un aporte de calor de 60 Kcal/h.m2 y el rendimiento del sistema es del 90 %. Dato: Precio KWh: 0,083 €

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