¡AHORREMOS ENERGIA!

ACES ¡Ahorremos Energía!
¡AHORREMOS ENERGIA!
Parque eólico
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ACES ¡Ahorremos Energía!
objetivos de aprendizaje
Al finalizar la unidad se espera que seas capaz de:
1. Reconocer y distinguir entre sí los diferentes tipos de energía, describir las
bases para esta distinción y clasificar el tipo a que pertenecen algunos
ejemplos habituales.
2. Describir en qué condiciones y de qué forma se producen transformaciones
de unos tipos de energía en otros.
3. Enunciar con tus propias palabras el principio de conservación de la energía,
y relacionar el principio de conservación y la degradación.
4. Comparar el rendimiento de distintas transformaciones energéticas, y
ordenarlas según su eficiencia.
5. Explicar por qué hay que "ahorrar energía" si ésta se conserva.
6. Interpretar, en términos de transformaciones y transferencias de energía
distintos procesos, por ejemplo de redes y cadenas alimentarias, de
fabricación de materiales, de procesado de alimentos...
7. Distinguir entre tipos de energía y tipos de recursos energéticos (o fuentes de
energía).
8. Comparar distintos combustibles en cuanto a la energía que proporcionan, su
precio y los costes medioambientales de su uso.
9. Argumentar las ventajas e inconvenientes de distintos métodos de ahorro
energético a escala nacional y planetaria, y proponer medidas concretas para
el ahorro energético doméstico y en el centro escolar.
10. Transformar enunciados de la vida cotidiana relacionados con la energía,
formulándolos en términos acordes con la física.
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LA ENERGIA ES ETERNA
¿QUÉ SABEMOS DE LA ENERGÍA?
Piensa un poco sobre estas cuestiones, y después discutidlas en el grupo. Con las
respuestas elaborad un cartel con letras grandes para que los demás puedan
leerlo:
- 1 ¿Qué es para ti la energía?
- 2 Escribe cuatro palabras asociadas con la palabra "energía"
- 3 ¿De dónde obtenemos las personas la energía que gastamos en movernos,
correr, hablar, estudiar etc?
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Vamos a trabajar en primer lugar sobre la cuestión 3. Imagina que tienes que
recorrer corriendo el camino entre tu casa y el centro, actividad en la que
utilizas energía ¿De dónde la consigues? Es probable que entre las respuestas
que habeis dado en el grupo a la cuestión 3 aparezcan estas:
PERSONAS
AGUA
AIRE
DORMIR
COMIDA
Tomar el SOL
Ahora elegid una de ellas, la que os parezca más adecuada, y unirla por medio
de una flecha a "persona", para indicar que las personas obtienen así su energía;
a su vez este factor ¿De dónde obtiene la energía?
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a)................
AGUA
AIRE
COMIDA
SOL
SUELO
......(otros)
AGUA
AIRE
COMIDA
SOL
SUELO
.......(otros)
Escribe en la línea de puntos a) la respuesta elegida en la cuestión anterior, y
únela con una flecha a lo que pienses que es su fuente de energía. Luego une con
una flecha la palabra elegida en esta columna a la de la segunda columna que te
parezca su fuente de energía.
De esta forma hemos establecido una ruta de energía en sentido inverso, es decir
desde la persona que la utiliza hasta la fuente.
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TIPOS DE ENERGÍA
En la actividad anterior hemos trabajado con dos tipos de energía, la de la luz, y la
química, como la que se obtiene de los alimentos (jamón, hierba etc).
La energía que conseguimos cuando comemos, por ejemplo una chuleta, ¿para
qué la usamos?, o en otras palabras ¿cómo la gastamos?.
De entre las siguientes actividades y funciones humanas, escoge las que te
parezca que utilizan energía (pueden ser muchas), y numéralas poniendo el 1 a la que te
parezca que requiere más energía, 2 a la siguiente y así sucesivamente.
- bajar escaleras
- comer
- correr
- escribir
- lavar platos
- mantenerse caliente
- nadar
- pasear
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Compara este orden con el de otros grupos y con los datos que tiene tu profesora
o profesor.
La energía no está presente únicamente en las actividades humanas, sino también
en el mundo inanimado: un muelle en tensión, un explosivo, una bolsa de agua caliente
o un balón lanzado con fuerza son ejemplos de sistemas inertes con energía, a los que
seguro que podrás añadir otros.
(..................................................................................................................................
...,.........................................................................................................................................
......)
Con frecuencia habrás oido hablar de diferentes tipos o formas de energía:
términos como energía cinética, energía térmica, energía potencial gravitatoria o
energía química no te sonarán desconocidos, pero vamos a detenernos un poco en ellos.
Energía cinética es la energía que tiene un objeto por estar en movimiento. Todo
objeto en movimiento la tiene, y la cantidad de energía cinética depende de su masa y,
sobre todo, de su velocidad, de acuerdo con la expresión:
Ec = 1/2 m v2
donde
Ec representa energía cinética
m representa la masa
v representa la velocidad.
Si expresamos la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros por segundo
(m/s), la energía cinética vendrá expresada en joules o julios (J), que es la unidad de
energía en el sistema internacional (S.I.).
Fíjate que la velocidad influye más que la masa en la Energía cinética. Veamos un
ejemplo:
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¿Qué tuvo más efecto sobre la energía, aumentar (al doble) la masa o aumentar
(al doble) la velocidad?
Ejercicio
Estima la energía cinética que tienen:
a) un coche circulando por una autopista
b) una pelota de tenis (durante el juego)
c) una flecha disparada por Robin Hood.
Robin Hood
Ejercicio
Calcula qué velocidad tiene que tener un terrón de azúcar para tener la misma
energía cinética que la que nos aporta como alimento.
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A la energía que tienen los objetos por estar a una cierta altura, le llamamos
energía potencial gravitatoria: tienen energía potencial gravitatoria el agua de un
embalse, una maceta en una ventana o una persona en lo alto de un trampolín. La
cantidad de energía potencial gravitatoria depende de la masa y de la altura, y podemos
calcularla mediante la expresión:
Epg = mgh
donde Epg es la energía potencial gravitatoria
m es la masa
g es la aceleración de la gravedad
h es la altura desde la que puede caer
Para que la Epg venga dada en Julios, la masa ha de estar en kilogramos y la
altura en metros. Para g podemos tomar el valor de 9,8 m/s2.
Ejercicio
Estima la energía potencial gravitatoria de:
a) una chica en un trampolín
b) una bombona de butano en un 8º piso
c) un halcón peregrino iniciando la caza.
Ejercicio
¿A qué altura debería estar el terrón de azúcar para tener una Epg equivalente a
la que nos aporta como alimento?
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Es frecuente denominar energía térmica a la energía que tienen los objetos en
función de su temperatura. Así una bolsa de agua caliente tiene más energía térmica que
cuando está fría. Nosotros necesitamos reponer nuestra energía térmica cuando
cedemos calor al ambiente.
A la energía que tienen las sustancias por su composición química podemos
llamarla energía química. Así por ejemplo, una moto utiliza la energía química de la
gasolina. Nosotros tomamos la energía química de los alimentos y la usamos en
nuestras actividades y en mantenernos calientes. Por eso nuestros requerimientos
energéticos cambian según las épocas del año y la temperatura, según el tipo de trabajo
que haga cada persona etc.
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Pon al lado de cada una de estas comidas la época del año en que son más
habituales:
- cocido
- gazpacho
- ensalada
- lacón con grelos
- chocolate con churros
- fabada
- Explica por qué crees que el cocido se toma en la época del año en que es
típico.
- De las formas de energía que hemos visto ¿cuáles son fáciles de almacenar?
Razona tu respuesta
- ¿Puedes poner ejemplos de almacenamiento de alguna de esas formas de
energía?
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LA ENERGÍA ES ETERNA
En los ejemplos anteriores vimos que la energía puede pasar de un lugar a otro,
por ejemplo
SOL ---------- HIERBA ----------- VACA----------- PERSONA
Cuando levantamos una pelota le transferimos energía, o continuamente
transferimos energía térmica al ambiente, si está a menor temperatura que nuestro
cuerpo. Es decir la energía se transfiere de un cuerpo a otro.
Embalse
Además la energía puede cambiar de forma, transformarse en energía de otro tipo.
Por ejemplo la energía potencial del agua almacenada en un embalse, se transforma en
energía cinética al caer. Esta energía puede aprovecharse en una central eléctrica y, por
medio de la electricidad puede transformarse en
- luminosa (una bombilla)
- térmica (un hornillo de cocina o una estufa)
- cinética (un molinillo de café, una batidora, un ventilador)
- ........¿se te ocurre alguna posibilidad más?
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Actividad. Observa cómo se transforma la energía.
Materiales:
péndulo, soporte, pila, cables, bombilla, vela, vaso de precipitados, termómetro,
agua, balanza.
Con los materiales anteriores diseña procesos en que se puedan observar
transformaciones o transferencias de energía, y explícalas lo más detalladamente
posible.
Material de laboratorio
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Hasta ahora hemos visto que la energía puede existir en varias formas, que puede
transformarse (pasar de una forma a otra), y que puede pasar de un cuerpo a otro
(transferirse). Para trabajar un poco más con la energía, es interesante tener en cuenta
que es un concepto inventado, difícil de definir. Sin embargo este concepto de energía
es útil porque gracias a él resulta más fácil entender muchos procesos.
La energía tal como se entiende en Física tiene como propiedad fundamental que
su cantidad en el Universo permanece siempre constante, en otras palabras, ni se crea
energía nueva, ni se destruye la ya existente. Lo que puede ocurrir es que la energía
cambie de una forma a otra (se transforme) o que la energía pase de un objeto a otro (se
transfiera), pero en cualquier transformación o transferencia, la cantidad total de energía
no varía. Esto se conoce como principio de conservación de la energía.
A la luz de este principio vamos a revisar algunas de las actividades anteriores:
• Calentar agua con una vela
En este caso puedes calcular por separado la energía cedida por la combustión de
la vela y la energía absorbida por el agua:
E cedida vela= ∆m x Cc
donde: ∆m es la masa de vela que ardió
Cc es el calor de combustión de la vela (46,8 kJ/g)
E absorbida agua = m x 4,18 x (t2 - t1)
donde: m es la cantidad de agua (en g)
4,18 es el calor específico del agua en J/g °C
t2 es la temperatura final del agua
t1 es la temperatura inicial del agua
Si las cantidades no coinciden (ni siquiera se aproximan) ¿cómo lo explicas?
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• Flujo de energía: sol, hierba, vaca, persona
SOL ---------- HIERBA ----------- VACA----------- PERSONA
Veamos algunas cantidades de energía (aproximadas) que intervienen:
- energía radiante, proveniente del sol, que incide sobre 1 metro cuadrado de
prado durante un año: 8 000 000 kJ.
- crecimiento de la hierba en el m2 de prado: 20 000 kJ
- hierba comida por la vaca: 3000 kJ
- energía incorporada al nuevo tejido de la vaca (filete): 125 kJ (equivalentes a
unos 10 g de carne).
Como ves, en cada eslabón de la cadena aparece mucha más energía al principio
que al final. ¿Donde están las cantidades de energía que faltan? (De acuerdo con
el principio de conservación no puede faltar ni sobrar nada.).
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• La energía en el péndulo
En la oscilación del péndulo se observa la conversión de energía cinética (1/2mv2)
en energía potencial gravitatoria (mgh).
Sin embargo esta conversión de energía tiene una pequeña "fuga", que resulta
evidente si esperas algún tiempo (un par de minutos): el péndulo se habrá
detenido. ¿dónde ha ido a parar la energía?
• La pila y la bombilla
Sólo una pequeña parte de la energía química de la pila se transforma en luz
visible. El resto habrá que buscarlo en emisión de radiación no visible, ¿de qué
tipo? ¿cómo se manifiesta?
Lectura
La energía "perdida"
En muchos procesos, al cambiar de tipo la energía, al
transformarse, no lo hace a una única forma. Igualmente, al transferirse
energía de un cuerpo, no se transfiere sólo a otro cuerpo u objeto, sino a
varios.
Por ejemplo, cuando arrancamos en un automóvil, la energía
química de la gasolina se transforma en energía cinética, que pone en
movimiento el automóvil. Pero además el motor se calienta, debido a que
parte de la energía de la gasolina se ha transformado en energía térmica.
En muchos aparatos de uso corriente que funcionan conectados a
la corriente eléctrica puede observarse este calentamiento; una lámpara
ilumina debido a la energía radiante (luz), pero también se calienta debido
a que parte de la energía se transforma en energía de tipo térmico. Una
aspiradora pone en movimiento el aire (le comunica energía cinética) para
hacerlo pasar por un filtro que retiene el polvo, pero además se calienta el
motor y el aire que sale (energía térmica).
Para expresar la relación entre las cantidades de energía que
siguen los distintos caminos se utiliza el rendimiento, definido como el
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cociente entre la energía transferida de la forma deseada, útil y la energía
total transferida.
Teniendo en cuenta esto ¿Cómo explicarías ahora la energía que "faltaba" en los
ejemplos que vimos antes, y en los montajes que diseñasteis?
En el texto se habla de energía "perdida". Teniendo en cuenta el principio de
conservación de la energía ¿Crees que es cierto que se pierde? Razona tu
respuesta.
UTILIZANDO LA DEFINICIÓN DE RENDIMIENTO
rendimiento =
energía transferida en la forma deseada
energía total transferida
Podemos calcular el rendimiento de alguno de los procesos que vimos
anteriormente:
SOL ---------- HIERBA ----------- VACA----------- PERSONA
• rendimiento de la conversión de E luminosa en E química de la hierba:
20 000 kJ
8 000 000 kJ
es decir 0,0025 o bien 0,25%.
• rendimiento de la conversión,que hace la vaca, de E de la hierba en E del
filete:
125 kJ
3 000 kJ
es decir 0,042 o bien 4,2%.
• rendimiento obtenido en el calentamiento del agua por medio de la vela:
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calor absorbido por el agua
energía cedida por la vela
Diseña
1) Propón un diseño para que el rendimiento obtenido en el calentamiento del
agua sea mayor. Discutid los diseños en clase y probad los dos o tres que os
parezcan mejores. Comparad su eficacia.
2) ¿Se os ocurre alguna forma de aumentar el rendimiento en el caso de la
cadena de alimentos?
CONSERVACIÓN Y DEGRADACIÓN
Piensa un poco sobre estas cuestiones, y después discutidlas en grupo:
- Si la energía no se pierde ¿por qué hablamos de ahorrar energía?
- ¿Por qué tenemos que pagar cada mes por distintas formas de energía y no una
sola vez en la vida?
- ¿Por que tenemos que comer todos los días (varias veces)?
En todos los procesos que ocurren en la naturaleza la cantidad de energía no varía.
Si embargo, aunque la energía no cambie en cantidad, podemos decir que pierde
calidad, o que se degrada. Esto quiere decir que después de cualquier proceso real en
que haya habido transformaciones o transferencias de energía, que son casi todos, la
energía pierde parte de sus posibilidades de volverse a transformar o transferir, y por
tanto pierde utilidad.
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Lectura de ampliación
Máquina de vapor
Energía utilizable, equilibrio y desequilibrio
"Los industriales del siglo XIX buscaban un tratamiento
matemático de la idea de energía útil. Se sabía desde hacía tiempo que la
energía podía tomar muchas formas, y que podía convertirse de una forma
a otras: por ejemplo, una locomotora de vapor transforma la energía
química del carbón en energía mecánica de movimiento.
También se sabía que la energía total se conserva siempre cuando
cambia de forma. En el mundo real las máquinas trabajan siempre con una
eficacia menor del 100 %, lo que significa que siempre se malgasta algo de
energía en cada conversión sucesiva. La energía no desaparece,
simplemente se disipa; es decir perdemos su control. En otras palabras,
deja de ser energía útil.
La energía térmica es una forma de energía, y se han inventado
muchos dispositivos para convertirla en otras formas, por ejemplo las
turbinas de vapor para generar electricidad. Al estudiar la eficacia de los
motores térmicos durante el siglo XIX, una de las conclusiones más
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ACES ¡Ahorremos Energía!
importantes fue que incluso la eficacia del más perfecto motor térmico tiene
que ser siempre inferior al 100 %, por lo general considerablemente menor.
Por ejemplo, considerando la energía térmica de un recipiente de
agua. Si se coloca en un congelador se helará, porque habrá perdido parte
de su energía térmica. Si se le devuelve la energía, el hielo se volverá a
fundir. El recipiente de agua contiene energía térmica cuando está a
temperatura ambiente, pero no podemos usarla por ejemplo para hacer
funcionar un motor; la energía térmica del agua no está en forma útil. El
recipiente con agua caliente en un entorno frío permite utilizar algo de
energía; por ejemplo el aire frío alrededor del agua se calentará y
expansionará y podría ejercer una presión sobre una membrana, o mover
un pistón. El hecho crucial que hace que la energía térmica del agua sea
utilizable en el segundo caso, pero no cuando está a temperatura ambiente
es la existencia de una diferencia de temperaturas entre el agua y su
entorno. Es la no uniformidad en la distribución de la energía térmica lo
que permite al calor realizar el trabajo. Cuando el contenido del recipiente
y la habitación están a la misma temperatura, no hay flujo de calor. El flujo
espontáneo de calor entre los cuerpos es siempre del caliente al frío.
Cuando ambos cuerpos alcanzan la misma temperatura el flujo de calor se
detiene, se puede decir que se ha alcanzado el equilibrio.
Este principio general del flujo de calor se puede describir
diciendo que se puede utilizar la energía térmica cuando está dispuesta de
manera no uniforme, si hay una diferencia de temperatura. La esencia de la
actividad es el desequilibrio: cuando se alcanza el equilibrio, cesa la
actividad.
La actividad microscópica, incluso en equilibrio, es muy intensa,
con los átomos moviéndose, chocando etc pero totalmente al azar, sin
comportamiento cooperativo que afecte a grandes cantidades de átomos.
Lo que interesa es la actividad organizada, macroscópica; por ejemplo las
corrientes de convección dentro de un recipiente de agua que se está
enfriando suponen un movimiento cooperativo de millones y millones de
átomos en un flujo ordenado. La actividad organizada sólo existe cuando
hay desequilibrio térmico.
Para poder precisar estas ideas, se ha inventado en Física una
medida cuantitativa del orden y desorden, para describir el grado de
organización macroscópica o de disposición estructurada de un sistema.
Esta cantidad, la medida del grado de desorganización, recibe el nombre
de entropía. Un sistema ordenado tiene baja entropía, y uno desordenado
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alta entropía. En un sistema desordenado aunque todos los átomos estén
moviéndose lo hacen caóticamente, lo que significa que no hay actividad."
(Paul Davies "El Universo desbocado" Salvat)
- Resume en menos de diez líneas las ideas fundamentales del texto. ¿Se te ocurre
otro título?
- ¿Crees que puede construirse una máquina térmica "perfecta" con un
rendimiento del 100 %?
La degradación de la energía ocurre en todos los procesos: la energía al final está
más degradada que al principio del proceso. Nosotros y nuestras máquinas
continuamente absorbemos formas de energía útiles (alimentos, combustibles,
electricidad...) y las degradamos, desprendiendo formas de energía menos útiles (calor
cedido al ambiente...).
La energía se degrada en todos los procesos, pero en distinta cuantía. Podemos
decir que la degradación se produce en las transferencias de calor y la degradación es
mayor si el calor se transmite a temperaturas bajas.
El que la energía se degrade en todos los procesos supone por ejemplo:
• en los motores, que son máquinas destinadas a producir trabajo, no toda la
energía de partida puede ser transferida en forma de trabajo. Recuerda que en física se
llama trabajo, W , a una forma de transferencia de energía. Se realiza trabajo cuando
actúa una fuerza y se recorre una distancia que no sea perpendicular a la fuerza. En
los motores parte de esa energía ha de transferirse en forma de calor (degradarse). Esto
hace que un motor nunca pueda tener un rendimiento igual a 1 (del 100%):
rendimiento motor:
trabajo producido
energía de partida (trabajo + calor)
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ACES ¡Ahorremos Energía!
Motor
• El paso de calor de un cuerpo caliente a un cuerpo frio supone degradación de la
energía, y ocurre por si mismo. Es relativamente fácil en tales procesos conseguir un
rendimiento de 1 (100%)
• El paso de calor de un cuerpo frío a un cuerpo caliente no puede ocurrir por sí
solo (no habría degradación de la energía, sino lo contrario). Las máquinas que
producen ese proceso, necesariamente producen otros procesos que degradan la energía.
¿Sabes qué ocurriria si dejases una nevera abierta y funcionando en una
habitación?......Pues que la habitación se calienta (y la energía se degrada). ¿Por qué?
¿Por qué entonces, si la energía no se destruye (principio de conservación),
necesitamos aportes nuevos de energía?: porque necesitamos formas de energía
útiles, capaces de sufrir numerosas transformaciones. Una vez degradada esta
energía útil nos desprendemos de ella. ¿sabes cómo?
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ACES ¡Ahorremos Energía!
TODAS LAS ACTIVIDADES HUMANAS CONSUMEN* ENERGIA
La energía es necesaria para
A continuación te proponemos algunos ejemplos de procesos . Intenta añadir uno
o dos más a la lista, y analízalos de forma análoga.
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ACES ¡Ahorremos Energía!
Tabla1
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ACES ¡Ahorremos Energía!
¿CUÁNTA ENERGÍA GASTAMOS* EN CASA?
Recogida de datos:
Pretendemos averiguar para qué se consume* Energía en casa, de qué fuentes
procede, en qué aparatos se emplea y con qué potencia.
CONSUMO* DE ENERGIA
Butano/Propano
bombonas/nº de días
.............kJ/mes
Cocina
E. Eléctrica
kWh/2 meses
........kJ/mes
Otros (leña, gasóleo...)
cant. combust./tiempo
............kJ/mes
Agua caliente
Calefacción
Total
Total mensual:....................................(kJ/mes)
Por persona mensual:........................(kJ/(persona.mes)
Hoja de recogida de datos
Cómo completar el cuadro
Para completar los datos del cuadro puedes proceder del siguiente modo:
Si en tu casa se utiliza butano o propano en bombonas, entérate de cuánto tiempo
"dura" una bombona. A partir de ese dato y de la cantidad de gas que contiene cada
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ACES ¡Ahorremos Energía!
bombona podrás estimar el consumo de gas en kg por día (y kg / mes o kg/año). Con
ayuda de los datos de la tabla 2 podrás convertir estos resultados a consumo en kJ.
Con el gas canalizado o con la corriente eléctrica deberás utilizar los datos de
los recibos correspondientes.
Con otros combustibles (como la leña, el carbón, el gasóleo, etc.) deberás
proceder de manera similar: averiguar cuánta cantidad se compra o se trae a casa, y
cuánto tiempo tarda en gastarse esa cantidad.
Tabla de datos
calores de combustión:
butano 5,05.104 kJ/kg
propano
5,0.104 kJ/kg
gasóleo C
4,2.104 kJ/kg
gas natural
4,1.104 kJ/kg
gas ciudad
1,7.104 kJ/kg
carbón 2,8.104 kJ/kg
leña
1,1.104 kJ/kg
contenido bombona de butano 12,5 kg
contenido bombona de propano
densidad gasóleo C
11
kg
0,85 kg/l
factor de conversión: 1 kWh = 3 600 kJ
Tabla II. Datos sobre distintos combustibles
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ACES ¡Ahorremos Energía!
¿CUÁNTA ENERGÍA ELÉCTRICA CONSUMIMOS*?
El consumo* de energía eléctrica puede registrarse más pormenorizadamente.
Para ello completa la hoja teniendo en cuenta lo siguiente:
La potencia de los distintos aparatos eléctricos puedes encontrarla en la placa de
características (suele estar en la parte posterior del mismo). También puedes encontrarla
en los libros de instrucciones, o solicitando los datos en un comercio de
electrodomésticos.
En la hoja se relacionan unos cuantos aparatos a título de ejemplo. Puedes
añadir aquellos que falten, y dejar sin cubrir los que no se utilicen en la casa que
escojais; por ejemplo si la cocina es de gas dejar sin cubrir "cocina".
Aparatos de uso doméstico
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ACES ¡Ahorremos Energía!
APARATOS
Potencia
nº horas día
consumo medio mensual
Cocina
Nevera
Congelador
Lavadora
Secadora
Lavaplatos
Tostador pan
Secador pelo
Bombillas
Calefacción
Otros...........
..................
..................
..................
Total:............
......kWh/mes, equivalentes a ....(x 3600)..........kJ/mes
Hoja de recogida de datos
El ejemplo siguiente puede servirte de ayuda:
Pedro tiene en su casa dos bombillas de 100 W, ocho de 60 W y 4 de 25 W.
Además también hay cinco tubos fluorescentes de 20 W cada uno. Pedro cree que estas
luces estarán encendidas unas cinco horas al día (aunque la de su mesa de estudio
bastante menos). Hace los cálculos siguientes:
Potencia = 100 W x 2 + 60 Wx 8 + 25 Wx 4 + 20 Wx5 = 880 W
Energía = 0,880 kW x 5 horas = 4,400 kWh (en un día).
4,400 kWh/día x 30 días = 132 kWh cada mes
como 1 kWh equivale a 3 600 000 J o a 3 600 kJ, el consumo en
alumbrado en casa de Pedro será de .............kJ al día, de ..............cada mes (esto
equivale a ................. cada dos meses, (que es como nos pasan los recibos).
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ACES ¡Ahorremos Energía!
Puesta en común de los distintos valores obtenidos por los estudiantes de la
clase, y comparación con los que proporciona el o la docente.
Evalúa la precisión de tus estimaciones comparándolas con los datos de consumo
que aparecen en el recibo de la luz.
Te habrás dado cuenta de que es necesario trabajar con números muy grandes de
julios o kilojulios. Para estos números es muy útil emplear las potencias de 10.
Recapitulación sobre conservación y degradación de la energía
Volvamos atrás, al cuadro 1 , y centremos nuestra atención en las columnas
"fuente de energía" y "destino de la energía".
El principio de conservación de la energía nos da información sobre las
cantidades de energía implicadas en esas columnas ¿qué relación hay entre esas
cantidades?, es decir, ¿crees que las cantidades de energía iniciales son mayores
que las finales?, ¿menores?, ¿iguales?
En cuanto a la degradación, podemos observar como la formas de energía
iniciales son más útiles que las finales, pueden utilizarse en más procesos. La forma
final de energía más frecuente es energía térmica cedida al ambiente, que es una forma
de energía poco útil, muy degradada.
Con las formas de energía de partida (butano, gasolina, energía eléctrica...),
energías útiles, poco degradadas, podemos imaginar multitud de procesos en que
se transformen, pueden hacer funcionar máquinas, etc., pero...¿serías capaz de
imaginar algún proceso en que se transforme la energía térmica del ambiente?
En el cuadro 1 hay dos energías finales poco degradadas: las almacenadas en el
aluminio y en los tejidos nuevos que desarrollamos al crecer o engordar. Sin
embargo sólo una pequeña parte de la energía de partida ha conservado su
utilidad, la mayor parte de la energía de partida en ambos procesos se transformó
en energía térmica. Podrás hacerte una idea de la disminución de energía útil que
se produce entre la que se almacena en nuestro cuerpo cuando crecemos o
engordamos y la que ingerimos con los alimentos comparándola con la que
ingiere y almacena la vaca de la página 15.
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ACES ¡Ahorremos Energía!
Ejercicio: Hablando en términos científicos
A lo largo de todo este punto 2 hemos hablado de "consumo" y "gasto" de
energía. Sin embargo por el principio de conservación sabemos que la energía no se
consume ni se gasta, por eso les hemos puesto un asterisco Estos términos son útiles
para la vida diaria, pero vamos a hacer un intento de "traducir" esas frases de forma que
sean más adecuadas a lo que hemos aprendido de energía.
Redacta de nuevo estas frases, de forma que sean coherentes con el principio de
conservación:
- "Todas las actividades humanas consumen energía"
- "¿Cuánta energía gastamos en casa?"
- "La energía eléctrica que consumimos"
Una fuente de energía tradicional: leña
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ACES ¡Ahorremos Energía!
¿QUÉ ENERGÍA ES MÁS BARATA?
Piensa un poco sobre estas cuestiones y después discutidlas en grupo:
- ¿Puede decirse que el petróleo es energía? Argumenta tu respuesta.
- ¿Puedes poner tres ejemplos de combustibles?
- Cuando decimos que un coche es muy "potente" ¿A qué crees que se debe esa
potencia?
a. a que es de gran tamaño
b. al tipo de motor que tiene
c. a que consume mucha gasolina
d. a varios de estos factores o a otro (explícalo)
Puesta en común:
Discutid con el profesor los resultados de cada grupo, y tratar de explicar con
vuestras propias palabras las diferencias entre energía, fuentes de energía, y
combustibles.
La actividad que haremos a continuación nos permitirá conocer, aunque sea de
forma aproximada, lo que tenemos que pagar por la energía útil proveniente de fuentes
distintas.
- En primer lugar investiguemos los precios de:
butano (bombona)
corriente eléctrica (kWh)
gasóleo calefacción (l o kg)
gasolina (l)
gasóleo automoción (l)
leña (kg o tonelada)
carbón (kg o tonelada)
bocadillo de queso (unidad).
- A continuación deberemos calcular lo que pagamos por cada kJ, dividiendo el
precio por los kJ que proporciona.
- Por último podemos indicar los posibles usos para cada uno de las fuentes de
energía anteriores.
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ACES ¡Ahorremos Energía!
Toda la información obtenida en la actividad puedes representarla en cuadro
como el siguiente:
fuente de E
precio
cada kJ cuesta
butano
corriente eléctrica
gasóleo
calefacción
gasolina
gasóleo auto
leña
carbón
bocadillo de queso
puede usarse para
-
Tabla III. Precios y usos de los combustibles
Análisis comparativo
¿ En qué medio de transporte gastas menos dinero viniendo al centro?
Recorrido supuesto; 1 km
vehículo
coche
moto
autobús
--(andando)
--(corriendo)
combustible
consumo precio del viaje
(energía)
(combustible)
gasolina sin plomo
gasolina "mezcla"
gasóleo auto
bocadillo de queso
bocadillo de queso
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De los datos del cuadro, y por tu propia experiencia, verás que hay ciertos usos en
que alguna forma de energía es insustituible: por ejemplo para hacer funcionar un
ordenador o un horno microondas, la electricidad es insustituible. Sin embargo, hay
otros procesos, como la calefacción, la producción de agua caliente o la cocina en que
pueden utilizarse fuentes de energía diversas.
¿Cuál es la fuente de energía más barata para calefacción?
Otro aspecto a tener en cuenta a la hora de valorar en términos económicos o de
"gasto de energía" la utilización de una fuente de energía en un proceso, es el
rendimiento, es decir, la cantidad de energía que sigue el camino deseado. Vamos a
aclararlo con un ejemplo, referido a la obtención de agua caliente:
fuente de energía
precio por kJ
rendimiento
electricidad
0,9
butano
0,63
gasóleo C
0,59
precio por kJ útil
Obtención de agua caliente
Análisis del recibo "de la luz"
Trae de casa un recibo de un mes de invierno, y otro de un mes de verano (o
utiliza la fotocopia que te dará tu profesor o profesora).
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Recibo de la luz
- ¿A cuántos meses corresponde? ¿A qué corresponden las cantidades que
aparecen en los distintos apartados?
- ¿Son parecidos los de invierno y verano o muy distintos? ¿Cómo interpretas
esto?
- ¿Qué significa potencia contratada (POT en el recibo)?
- ¿Hay algún recibo en tu equipo con tarifa nocturna? ¿Sabes en qué consiste?
Recapitulación: recursos y fuentes de energía
- A lo largo de este apartado hemos utilizado en varias ocasiones la expresión
"fuentes de energía". ¿Puedes definir con tus propias palabras lo que es una
fuente de energía?
- Haz una lista de algunas de las fuentes de energía más importantes para
nuestro país.
- A veces oímos o leemos frases como "el petróleo es energía" ¿es correcta?
¿podrías expresarlo mejor?
Lectura
- Lee la siguiente noticia aparecida en el diario "El País" en octubre de 1992
Autobuses de Mataró utilizarán un combustible extraído de plantas
Marisol Sanz. Mataró
"Dos autobuses de transporte público urbano de Mataró
(Barcelona) y cinco turismos propiedad del Ayuntamiento de El Masnou
experimentarán a partir de la próxima semana la utilización de un nuevo
carburante vegetal llamado diesel-BI, que ya se ha empleado en más de 20
poblaciones de Suiza, Italia, Austria, Alemania y Francia, y está
considerado por la CE como un carburante alternativo a los derivados del
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petróleo, puesto que al provenir de plantas oleaginosas constituye un
recurso fácilmente renovable. Se extrae de la soja, la colza y el girasol.
Este combustible es ventajoso desde el punto de vista ecológico, ya
que al no contener azufre, reduce en un 50% las emisiones contaminantes.
Además puede ser utilizado por cualquier motor diesel sin ser modificado.
El carburante se importará de Italia. Está previsto que en los
próximos seis meses se consuman 300 000 litros de diesel-BI, que será
suministrado a un precio de 63,70 pesetas el litro más el IVA
correspondiente."
- Explica, o busca si no lo sabes el significado de carburante y de recurso
renovable.
- Haz una lista de las ventajas e inconvenientes que, en tu opinión tiene el uso del
nuevo combustible.
- En el texto se menciona que el diesel-BI no contiene azufre. Por el contrario,
los combustibles tradicionales, que sí contienen azufre, al quemarse, emiten,
como uno de los productos de la combustión óxidos de azufre, por ejemplo SO2,
responsables de la "lluvia ácida". ¿Sabes lo que es la lluvia ácida? ¿Conoces
alguno de los problemas que origina?
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¿CUÁNTA ENERGÍA SE GASTA* EN ESPAÑA ?
En el apartado anterior hemos visto como todas las actividades humanas
consumen* energía. Vamos a fijarnos ahora únicamente en las fuentes de energía que
podríamos llamar "comerciales", es decir, el butano, la corriente eléctrica, la gasolina
etc. Si repartimos el consumo total de energía "comercial" en España entre los sectores:
- Usos diversos (Doméstico, Agricultura, Servicios)
- Industria
- Transporte
¿Serías capaz de ordenarlos según su consumo de energía?
- Asigna a cada uno de los sectores anteriores el porcentaje, de los que se te dan
a continuación, que creas que le corresponde:
41,4%
34,2%
24,4%
- Una vez comparados tus datos con los de tu profesora o profesor rellena el
diagrama:
- En 1990 gastamos* en España 3,75x1018 J de energía "comercial". ¿De dónde
crees que obtiene este pais esa energía?
- En grupo haced una lista con las que creeis que son las fuentes de energía más
importantes en España, y ordenadlas de más a menos importante (por su
cantidad).
- Comparad vuestra lista con los datos de vuestra profesor/a, y rellenad con esos
datos el encabezamiento de la tabla 4. A veces, en lugar de en julios, estas
cantidades vienen expresadas en "tec" que significa "tonelada equivalente de
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carbón", o en "tep", "tonelada equivalente de petróleo", y son también formas de
comparar energía de distintas fuentes.
- Haz un diagrama de barras con los % de las distintas fuentes de energía del
año 1990
Año
Total
Por
habitante
1960
258
422
0
161
0
841
1970
1 151
413
6
272
8,8
1 852
1979
2 010
469
59
475
61
3 073
83.109 J
1988
1 872
650
146
352
448
3 468
80.109 J
1989
1 942
803
188
179
524
3 636
1990
2 016
797
208
246
483
3 750
Tabla IV consumo energético de distintas fuentes en España
(en 1015 J = miles de billones de julios. La última columna en J)
¿Todos los habitantes del mundo gastamos igual?
Datos de consumo de energía por habitante y año en distintos países en tep
(toneladas equivalentes de petróleo) y en julios (1988)
Canadá
EEUU
Arabia Saudí
Suecia
Francia
Italia
Portugal
Marruecos
España
Filipinas
Etiopía
India
9,7 tep
7,7 tep
3,1 tep
6,6 tep
3,7 tep
2,6 tep
1,3 tep
0,24 tep
1,9 tep
0,24 tep
0,020 tep
0,21 tep
406.109 J
322.109 J
130.109 J
276.109 J
155.109 J
109.109 J
54.109 J
10.109 J
80.109 J
10.109 J
0,8.109 J
9.109 J
Nicaragua
Zaire
0,25 tep
0,074 tep
10.109 J
3.109 J
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ACES ¡Ahorremos Energía!
Tabla V. Diferencias de consumo* entre distintos países
- Cuando se habla de "gastar menos energía" ¿crees que puede reducirse el
consumo por igual en todos los países? Razona tu respuesta.
- Compara el consumo de España con el de Canadá y con el de Marruecos. ¿Se
te ocurren algunos ejemplos de en qué se gasta más energía en Canadá? ¿Y
algunos ejemplos de en qué se gasta menos en Marruecos?
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AHORRANDO* ENERGIA
¿Es conveniente ahorrar* energía?
- Sobre esta cuestión es probable que tengas tus propias ideas. Discute con tus
compañeros sobre la necesidad o no de evitar el derroche de energía.
- Elaborad un resumen de vuestras opiniones.
Problemas que presentan las fuentes de energía actuales
Utilizando los datos del dossier que aparece al final de esta unidad, repartíos los
problemas entre los distintos equipos de la clase y elaborad un cartel informativo para
toda la clase sobre cada uno de ellos.
• problemas: - lluvia ácida
- inundación de valles
- efecto invernadero
- residuos radiactivos
- agotamiento de recursos
- accidentes
Residuos radiactivos
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- Valora los problemas anteriores de 1 a 5 según la gravedad que consideres que
tienen.
- ¿ Contribuyes tú de alguna manera a agravar alguno de los problemas
anteriores?
Países /regiones
reservas (en miles de
millones de
toneladas,109 t)
porcentaje del
total
consumo por
habitante y año
(1988) en GJ
Canadá
1.0
0.8
405
Estados Unidos
4.3
3.4
320
Norteamérica
5.3
4.2
Méjico
7.9
5.6
55
Venezuela
8.4
5.8
99
17.6
12.5
CEI (antes URSS)
8.0
5.8
Reino Unido
0.5
0.4
Europa
10.6
7.7
Arabia Saudí
34.7
25.2
130
Irak
13.4
9.9
33
Oriente medio
89.3
65.2
Argelia
1.2
0.9
46
Libia
3.0
2.4
114
Nigeria
2.2
1.6
6
Africa
7.8
5.9
India
1.0
0.7
Asia y Australia
6.2
4.5
TOTAL MUNDO
136.8
100
Latinoamérica
157
9
Tabla VI. Reservas mundiales de petróleo en 1989 (Datos del Forum atómico)
Comparad estos datos con los de la tabla 5 y discutid en grupo las siguientes
cuestiones:
- ¿En que área del mundo hay mayores reservas?
- ¿Os parece que hay relación entre el consumo* y las reservas de los distintos
países?
Las reservas de petróleo, carbón y otras fuentes de energía van disminuyendo a
medida que se consumen; en otras palabras, no durarán indefinidamente. Para que las
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ACES ¡Ahorremos Energía!
personas que vivan en el futuro puedan seguir disponiendo de estas fuentes es necesario
planificar el consumo, no derrocharlas.
AHORRANDO ENERGÍA
Para ahorrar* energía hay que tener en cuenta que, como hemos visto en
apartados anteriores, sólo se aprovecha una parte de la energía que se transforma. Es
decir, para ahorrar* hay que buscar mecanismos, bien para disminuir la energía que
"entra" en el proceso, bien para aprovechar una mayor proporción, y disminuir la
proporción "no útil" o no aprovechada.
Algunas posibilidades de ahorrar energía son:
• disminuir el número de procesos que gastan* energía y no gastar* energía
si no es imprescindible
por ejemplo: apagar luces innecesarias, utilizar menos el coche e ir en bicicleta o
andando, no abusar de papeles de envolver, cargar las lavadoras y lavavajillas a tope,
reciclar...
Contenedor de vidrio para reciclar
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- ¿se te ocurren algunos ejemplos más?
• cuando sea indispensable gastar* energía, elegir el proceso con mejor
rendimiento
por ejemplo: los coches más modernos consumen menos combustible por
kilómetro recorrido; las bombillas de alto rendimiento proporcionan la misma luz que
las convencionales con menor consumo de electricidad, al ser un proceso de mejor
rendimiento.
Bombilla de 15 vatios, que ilumina como una convencional de 75
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Posibilidades de mejorar el rendimiento (Inv. y Ciencia)
- ¿Se te ocurren otros ejemplos?
• emplear la "energía no aprovechada" producida para algún otro fin
La calefacción en los coches utiliza el calor desprendido por el motor. Este calor
desprendido constituye la fracción "no aprovechada" de la energía de la gasolina.
- Sitúa en cada uno de los tres grupos o formas de ahorrar* energía estas
medidas
- Utilizar transportes públicos en vez de coche particular
- mejorar el aislamiento de las viviendas
- poner la lavadora - con algunos tipos de ropa - con agua fría.
- reciclar latas de refrescos (aluminio)
- apagar las luces al salir de clase.
- al comprar un coche, elegir uno de consumo bajo.
- utilizar papel reciclado.
- En términos físicos ¿Puede hablarse de "ahorrar energía"? ¿podrías
formularlo de otra manera?
AHORRANDO ENERGÍA EN CALEFACCIÓN
La calefacción constituye una de las partidas importantes del consumo*
energético doméstico, y por tanto vamos a detenernos un poco en analizarla.
Problema ¿cómo mantienen la temperatura?
Actividad: contando con
- tubos de ensayo
- agua caliente
-hielo
- algodón, porexpan, lana,
- termómetro
Dseña una experiencia para averiguar en qué condiciones se mantiene una
temperatura estable durante más tiempo.
Cómo se mantienen calientes o frescos los seres vivos
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La energía es algo muy valioso para todos los seres vivos; la vida implica una
competencia constante por la energía. Por ejemplo las plantas compiten por la luz del
sol, y los animales compiten por la comida. A lo largo de los siglos han sobrevivido en
mayor medida animales y plantas que tienen mecanismos eficaces en el uso de la
energía. Podríamos utilizar algunos mecanismos de ahorro* energético que
encontramos en los animales como modelo para ahorrar* energía en la calefacción o
refrigeración de nuestras casas.
• Un animal cubierto de pelos o plumas gasta* menos cantidad de comida
(energía) para mantenerse caliente en ambientes fríos, que si careciese de ese plumaje o
pelaje.
- Haz una lista de distintos mecanismos que podemos utilizar para aislar los
techos, ventanas, paredes etc de las casas, y conseguir estar a la misma
temperatura con menor gasto* de energía.
• Una buena medida para calentarse en invierno es ponerse al sol
- No podemos mover las casas una vez construídas, pero ¿se te ocurren algunas
medidas para aprovechar la luz y el calor del sol?
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CÓMO MANTIENE SU TEMPERATURA EL PLANETA TIERRA
La Tierra recibe constantemente energía en forma de radiación (luz) proveniente
del Sol. Esta energía es del orden de 5,6.1024 J al año, y viene a suponer unas 15 000
veces el suministro mundial de energía "comercial" en el mismo período de tiempo.
Un 30% de esta radiación es devuelta directamente al espacio por reflexión, y el
resto es absorbido, para ser posteriormente reemitido en forma de radiación térmica
(infrarroja). Esta radiación térmica es parcialmente absorbida y devuelta por ciertos
gases presentes en la atmósfera, como el dióxido de carbono, lo que provoca un
aumento de temperatura en la superficie de la Tierra y en la propia atmósfera. El
aumento de temperatura hace que los materiales de la superficie terrestre y de la
atmósfera emitan más radiación...... hasta que se alcanza un equilibrio, en el cual las
cantidades de energía en forma de radiación recibida del Sol y emitida por la Tierra son
iguales. La presencia en la atmósfera de esos gases hace que la superficie terrestre esté
unos 33 grados más caliente de lo que estaría sin ellos.
Balance energético de la Tierra (Investigación y Ciencia)
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