Energía y sostenibilidad ambiental: fuentes, eficiencia e impacto
El bloque de energía y sostenibilidad evalúa el manejo de unidades y balances energéticos, el cálculo de potencias y rendimientos en instalaciones renovables y convencionales, y la valoración del impacto ambiental.
Fuentes y conversión
- Renovables (solar, eólica, hidráulica, biomasa, geotérmica, mareomotriz) y no renovables (carbón, petróleo, gas natural, nuclear). Una central de ciclo combinado ronda η ≈ 55-60 %; una hidráulica, η ≈ 90 %.
- Energía y potencia no son lo mismo: E = P·t. Equivalencias: 1 kWh = 3,6 MJ; 1 tep ≈ 41,87 GJ.
- Cogeneración: aprovecha el calor residual. Una bomba de calor puede tener COP > 3 porque mueve calor, no lo crea.
- Almacenamiento y redes inteligentes: bombeo hidráulico, baterías, hidrógeno y gestión de la demanda.
Cálculo en renovables
- Eólica: P = ½·ρ·A·v³·C_p, con A = π·r² y C_p ≤ 0,593 (límite de Betz); en la práctica C_p ≈ 0,35-0,45.
- Solar fotovoltaica: E = P_pico·HSP·PR, con HSP las horas de sol pico y PR el rendimiento global (0,75-0,85).
- Impacto: emisiones de CO₂ y otros gases, lluvia ácida por SO₂ y NOx, residuos radiactivos, ocupación del territorio, afección a la avifauna, ciclo de vida y huella de carbono; instrumentos de evaluación de impacto ambiental y economía circular.
Ejemplo resuelto
Aerogenerador de D = 60 m con v = 12 m/s, ρ = 1,225 kg/m³ y C_p = 0,40.
- A = π·30² = 2 827 m².
- 12³ = 1 728.
- P = 0,5·1,225·2 827·1 728·0,40 ≈ 1,2·10⁶ W ≈ 1,2 MW.
- Si el viento bajara a 6 m/s, la potencia caería a la octava parte (≈ 150 kW), porque depende de v³.
Trampas que restan puntos
- Confundir kW (potencia) con kWh (energía).
- Usar el diámetro del rotor como radio.
- Ignorar el coeficiente de potencia o dar rendimientos por encima del límite de Betz.
- Sumar rendimientos en serie en lugar de multiplicarlos.
- Aplicar el factor de emisión (kg CO₂/kWh) a una potencia en lugar de a una energía.