Recursos energéticos: generación, conversión y sostenibilidad
El bloque de energía evalúa el cálculo de potencias y energías en sistemas de generación, la comparación entre fuentes con criterios de rendimiento e impacto ambiental y el manejo correcto de magnitudes y unidades.
Magnitudes y criterios de comparison
- Potencia (kW) no es energía (kWh); 1 kWh = 3,6·10⁶ J.
- Rendimiento η = Eútil/Eprimaria; factor de carga = E real/(P nominal · 8760 h).
- Renovables frente a fósiles y nuclear de fisión: disponibilidad, densidad energética, emisiones, residuos y coste del MWh.
Conversión de energía
- Hidráulica: P = ρ·g·Q·H·η, con Q en m³/s.
- Eólica: P = ½·ρ·A·v³·Cp, con A = πD²/4; límite de Betz, Cp ≤ 16/27 ≈ 0,593.
- Fotovoltaica: en STC (1000 W/m², 25 °C) P = G·A·η; el rendimiento cae al subir la temperatura y el MPPT busca el punto de máxima potencia de la curva I-V.
- Termosolar, biomasa, geotermia y mareomotriz; el hidrógeno verde como vector energético y el almacenamiento como respaldo.
- Impactos: ocupación del terreno, afección a aves, huella de carbono del ciclo de vida y residuos nucleares.
Ejemplo resuelto
Aerogenerador de D = 60 m con v = 10 m/s, ρ = 1,225 kg/m³, Cp = 0,45 y η = 0,92. A = π·30² = 2827 m²; Pdisponible = 0,5·1,225·2827·1000 ≈ 1,73 MW. Pútil = 1,73·0,45·0,92 ≈ 0,72 MW. Con 2200 h equivalentes: E = 0,72·2200 ≈ 1580 MWh al año. Si el viento sube a 12 m/s, la potencia disponible crece en (12/10)³ = 1,73, es decir, un 73 % más.
Errores que restan puntos
- Elevar la velocidad al cuadrado en vez de al cubo.
- Usar el diámetro como radio al calcular el área barrida.
- Presentar un Cp mayor que 0,593 o ignorar los rendimientos mecánico y eléctrico.
- Dar kWh como si fuera potencia, o mezclar MW y W en el mismo cálculo.
- Comparar fuentes solo por potencia instalada, sin energía anual ni impacto.