Energia, recursos i sostenibilitat
Aquest bloc avalua la capacitat de calcular rendiments i energies en cadenes de conversió, comparar fonts i justificar impactes ambientals amb dades.
Fonts i conversió
- Fonts primàries (carbó, gas natural, vent, sol) i secundàries (electricitat, hidrogen). Renovables i no renovables.
- Conversió tèrmica: cicle de Rankine amb turbina de vapor; cicle de Brayton amb turbina de gas; motors d'Otto i Diesel.
- Renovables elèctriques: aerogenerador amb P = ½·ρ·A·v³ (el límit de Betz fixa un màxim del 59,3 % d'aprofitament) i cèl·lula fotovoltaica, amb rendiments comercials del 18–22 %.
Rendiment i unitats
- η = energia útil / energia d'entrada. En cadenes de conversions els rendiments es multipliquen: η_total = η1·η2·…
- 1 kWh = 3,6 MJ. Es distingeix potència (kW) d'energia (kWh); l'energia és la potència integrada en el temps.
- La cogeneració aprofita alhora calor i electricitat i pot superar el 85 % de rendiment global.
Impactes i sostenibilitat
- Emissions de CO₂ i efecte hivernacle, pluja àcida (SO₂ i NOx), residus nuclears i ocupació del territori.
- Petjada de carboni i factor d'emissió del mix elèctric (kg CO₂ per kWh); com més renovable és el mix, més baixa.
- Estratègies: eficiència energètica, gestió de la demanda, reciclatge i allargament de la vida útil dels equips.
Exemple resolt
Instal·lació fotovoltaica de 3 kWp en un lloc amb 1500 kWh/kWp anuals, cost de 4500 € i preu de 0,15 €/kWh.
- Producció anual = 3·1500 = 4500 kWh.
- Estalvi = 4500·0,15 = 675 €/any.
- Retorn simple = 4500/675 = 6,7 anys. Raonament: es compara energia anual amb cost, no potència amb preu; el resultat és un període de retorn, no un rendiment.
Errors que costen punts
- Barrejar kW i kWh en el càlcul.
- Sumar rendiments en lloc de multiplicar-los.
- Oblidar l'energia primària necessària per produir un kWh elèctric.
- Presentar un impacte sense cap dada ni comparació.