TRABAJO PARA LOS DÍAS DEL 13 AL 26 DE MAYO
Durante el último mes de curso vamos a hacer una primera aproximación a la programación de un microcontrolador. Dado que no va a ser posible dar este tema con componentes reales vamos a utilizar un simulador online que funciona muy bien.
En primer lugar debeis seguir la siguiente guía:
- Página en la que se explica cómo registarse en el simulador: https://www.yourtechnologyweb.com/programas/arduino/2/
- Página en la que se muestra un ejemplo del funcionamiento del simulador: https://www.yourtechnologyweb.com/programas/arduino/3/
- Página en la que se explica cómo se deben conectar los componentes electrónicos al microcontrolador: https://www.yourtechnologyweb.com/programas/arduino/4/
- Página en la que se explica la estructura de un programa de Arduino y cómo configurar los pines: https://www.yourtechnologyweb.com/programas/arduino/5/
- Página en la que se explica cómo dar órdenes a los distintos componentes electrónicos conectados al Arduino: https://www.yourtechnologyweb.com/programas/arduino/6/
En realidad podéis pasar de una página a otra en el menú de la parte de abajo de la página:
En las páginas 3, 4, 5 y 6 os recomiendo que no os limitéis a leer por encima la información, sino que vayáis dando, por vuestra cuenta, los pasos que se explican en el programa a medida que leeis las instrucciones. De esa manera después os resultará mucho más sencillo hacer los ejercicios propuestos.
Y finalmente compartírmelos por correo electrónico. Podéis encontrar una guía sobre cómo hacerlo aquí: https://www.yourtechnologyweb.com/compartir-proyectos-con-tinkercad-circuits/
Intentad enviarme los 10 enlaces a vuestros ejercicios en un mismo correo con vuestro nombre, para que me sea más sencillo corregirlos.
Si detectáis cualquier error en alguna de las páginas os agradecería que me aviséis para poder cambiarlo y sí algún punto no está del todo claro no dudéis en preguntarme por correo. Soy consciente de que puede ser un tema complejo al principio, por eso he tratado de explicarlo lo más detalladamente posible.
La fecha límite de entrega es el 26 de mayo (tenéis 2 semanas para hacerlo). Si os leéis la guía con atención estoy seguro de que os resultará sencillo realizar los ejercicios.
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TRABAJO PARA LOS DÍAS DEL 20 DE ABRIL AL 3 DE MAYO
1) Añadir un menú en la parte superior del blog (algunos de vosotros ya lo habéis hecho) para que sea más sencillo pasar de unas páginas a otras. Además, de esta manera bastará con que me enviéis un enlace a vuestro blog y no será necesario un enlace para cada página.
Estos son los pasos que debéis seguir para añadirlo:
- Primero vais a la sección de Diseño y buscáis el apartado Lista de páginas (arriba):
- Pincháis en el lapicero para editar el campo.
- Seleccionáis Mostrar páginas (¡IMPORTANTE!). Y abajo seleccionáis todas las páginas que queréis que aparezcan en el menú:
- Por último ordenáis las páginas según queráis que aparezcan en el menú y guardáis los cambios:
- El resultado debería ser algo así:
2) A parte de añadir el menú tenéis que hacer la última página del blog, que es la que corresponde a la instalación eléctrica de una vivienda. Podéis llamarla Instalación para que el nombre quepa en la pestaña del menú.
En las páginas anteriores habéis explicado cómo llega la electricidad desde las centrales eléctricas hasta las ciudades, pueblos, poligonos industriales... El último paso del proceso de transporte de la electricidad consiste en reducir el voltaje de la corriente hasta un valor de 230 voltios (en Europa). Esa reducción del voltaje se lleva a cabo en los centros de transformación, desde los cuales la corriente es dirigida a los edificios y viviendas de una zona, barrio, pueblo...
Los puntos que debéis tratar en detalle en esta última página son los siguientes:
a) Qué es la caja general de protección (CGP) de un edificio: punto conexión entre la red eléctrica y la instalación de un edificio.
b) Qué es el cuadro general de mando y protección (CGMP) de una vivienda. Debéis añadir un esquema en el que se indiquen sus diferentes partes.
c) Cuál es la función de los diferentes interruptores de un cuadro general de mando y protección:
- Interruptor de control de potencia (ICP).
- Interruptor general automático (IGA).
- Interruptor diferencial (ID).
- Pequeños interruptores automáticos (PIAS).
En esta página hay información bastante buena al respecto:
d) Por último debéis investigar en cuantas partes se divide la instalación eléctrica de una vivienda. Cuando se realiza la instalación eléctrica de una casa, esta se divide en los denominados circuitos individuales (CI) cada uno de los circuitos individuales lleva electricidad a una parte de la vivienda, por ejemplo, un circuito individual suele dedicarse únicamente a llevar la corriente a la cocina (vitrocerámica, por ejemplo) y al horno.
Debéis investigar tanto el número de circuitos individuales que tiene una vivienda estándar como la función de cada uno de ellos.
Entrega del trabajo:
Una vez hayáis añadido el menú en la parte superior del blog y hayáis terminado la página Instalación de una vivienda deberéis enviarme un correo, con un único enlace al blog para que os lo corrija y os indique si tenéis que hacer algún cambio en la última página.
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TRABAJO PARA LOS DÍAS DEL 12 AL 25 DE MARZO.
Durante estas dos semanas se debe continuar con el blog sobre la Generación, transporte y distribución de energía eléctrica.
El jueves 19 comprobaré si habéis avanzado. Aquellos que todavía no me habéis mandado el link para poder acceder a vuestro blog tenéis que enviármelo, bien a mi correo personal o al institucional (ivan.carbajo@educa.madrid.org), indicando en el correo los nombres de todos los alumnos del grupo. Aquellos que tengáis problemas para crear un menú desde el que se pueda acceder a todas las páginas haced lo siguiente:
Dentro de vuestra cuenta de blogger vais a la sección de Páginas:
Hacéis click en Ver en la página que queráis enviarme:
Y me enviáis por correo electrónico el enlace de la página que se abra:
Para enviarme varias páginas por este procedimiento me tenéis que enviar un link por cada página. A la vuelta os ayudaré a crear el menú a aquellos que todavía no lo hayáis conseguido.
Dentro de vuestra cuenta de blogger vais a la sección de Páginas:
Hacéis click en Ver en la página que queráis enviarme:
Y me enviáis por correo electrónico el enlace de la página que se abra:
Para enviarme varias páginas por este procedimiento me tenéis que enviar un link por cada página. A la vuelta os ayudaré a crear el menú a aquellos que todavía no lo hayáis conseguido.
- Para el jueves 19 de marzo deberéis haber terminado la página de Transformación. Donde, como he explicado en clase, debéis explicar el funcionamiento de un transformador de energía eléctrica. Conviene que añadáis las ecuaciones que se han explicado en clase y que definen el comportamiento de un transformador:
a) La ecuación que permite calcular las pérdidas energéticas en forma de calor cuando una corriente eléctrica circula por un cable (ley de Joule):
La ecuación anterior nos dice que cuanto mayor es la intensidad de una corriente eléctrica mayores son las pérdidas energéticas en forma de calor. Es por ese motivo por el que, para transportar la energía eléctrica a largas distancias, se eleva la tensión de la corriente eléctrica a cambio de disminuir la intensidad. Esta operación se realiza en unas máquinas denominadas transformadores eléctricos.
b) La ecuación que determina que la potencia eléctrica que entra en un transformador es igual que la que sale:
c) La ecuación que permite calcular si se trata de un transformador elevador (que aumenta la tensión) o reductor (que la disminuye). Así como el valor exacto de ese aumento o disminución de la tensión.
A partir de la siguiente ecuación, conociendo el número de vueltas que hay en al entrada y la salida así como el voltaje que entra en el transformador, se puede despejar el voltaje de salida. Si el voltaje de entrada es mayor que el de salida se tratará de un transformador reductor, si el voltaje de salida es mayor que el de entrada se tratará de un transformador elevador.
Siempre habrá más tensión en el lado del transformador que tenga un mayor número de vueltas de cable.
Los transformadores elevadores se instalan a la salida de las centrales eléctricas para elevar la tensión y así reducir las pérdidas energéticas durante el transporte a largas distancias. Por el contrario, a las afueras de los núcleos de población se instalan transformadores reductores para reducir el voltaje de la corriente una vez que esta ha sido transportada. De esta manera, a la viviendas llega una corriente eléctrica con un voltaje reducido que resulta mucho más seguro para su manipulación.
- Para el miércoles 25 de marzo deberéis haber empezado la cuarta página del blog: Transporte y distribución. Para que podáis empezar a trabajar en ella os incluyo el siguiente esquema que explica en funcionamiento de la red eléctrica desde las centrales de generación hasta los núcleos de población: pueblos, ciudades, polígonos industriales...
Los cuatro tipos de estación que aparecen en el esquema (estación elevadora, subestación de transformación, estación transformadora de distribución y centro de transformación) son esencialmente instalaciones con transformadores eléctricos como los explicados en clase.
Las estaciones elevadoras disponen de transformadores elevadores (aumentan el valor del voltaje) y se instalan a la salida de las centrales eléctricas. Su función es elevar la tensión de la corriente eléctrica para que las pérdidas energéticas sean menores a lo largo de su transporte a largas distancias.
Recordad que las pérdidas energéticas (en forma de calor) se pueden calcular con la ecuación del efecto Joule y son mayores cuanto mayor es la intensidad, por lo que se recurre a transformadores eléctricos que reducen la intensidad a cambio de aumentar la tensión.
Los otros tres tipos de estación son estaciones reductoras, es decir, disponen de transformadores eléctricos reductores (disminuyen el valor del voltaje). El motivo por el que existe más de un tipo de estaciones reductoras es que, mientras que la elevación del voltaje previo al transporte se realiza en un solo paso, la reducción del voltaje se realiza en sucesivos pasos:
a) La primera reducción se realiza en las subestaciones de transformación (o subestaciones transformadoras). Estas suelen ubicarse en el campo, alejadas de núcleos de población. Cada subestación de transformación surte de electricidad a una gran área geográfica.
b) La segunda reducción se realiza en las estaciones de transformación (o estaciones transformadoras), que suelen ubicarse a las afueras de las poblaciones.
c) Por último, la última reducción, hasta los 230 voltios que se emplean en las viviendas, se realiza en los centros de transformación. Estos suelen ubicarse dentro de las poblaciones y pueden surtir de electricidad bien a un único edificio a varios.
Por último, como se representa en el esquema la red eléctrica anterior, el conjunto de la red se suele dividir en tres partes:
a) Red de transporte: desde las estaciones elevadoras hasta las subestaciones de transformación. La corriente en esta parte de la red es de alta tensión de primera categoría o de categoría especial (ver la tabla de abajo).
b) Red de reparto: desde las subestaciones de transformación hasta las estaciones de transformación. La corriente en esta parte de la red es de alta tensión de segunda categoría.
c) Red de distribución: desde las estaciones de transformación hasta los centros de transformación. La corriente en esta parte de la red es de alta tensión de tercera categoría (lo que tradicionalmente se ha denominado media tensión). Los polígonos industriales (también llamados clientes industriales) toman la corriente eléctrica directamente de la red de distribución, antes de que llegue a los centros de transformación.
d) Por último, las instalaciones de las viviendas y otro tipo de edificios de las ciudades y pueblos emplean corriente de baja tensión, ya que es más segura. Esta corriente es de la que disponemos a través de los enchufes de casa (230 voltios).
Todo esto es una explicación resumida del esquema de la red eléctrica que puede seros útil para estructurar la página de Transporte y distribución de vuestro blog. Sin embargo es necesario que profundicéis un poco en el tema e investiguéis a través de Internet por cuenta propia para obtener más información.
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Basándoos en esquema de la red eléctrica visto anteriormente deberéis explicar:
- Diferencia entre las redes de transporte, reparto y distribución y explicación del tipo de corriente utilizada en cada caso (según la nomenclatura más reciente):
- El funcionamiento de las estaciones elevadoras (tienen transformadores elevadores), subestaciones de transformación (tienen transformadores reductores), estaciones transformadoras (tienen transformadores reductores) y centros de transformación (tienen transformadores reductores).
- Los diferentes tipos de clientes: residenciales e industriales.
A la vuelta a clase se aclararán dudas y se harán las correcciones oportunas. Pero a lo largo de estas dos semanas, a las que les corresponderían 4 días de clase debéis avanzar contenidos para poder continuar con la programación prevista. El trabajo durante estas semanas se tendrá en cuenta para la calificación de la tercera evaluación.
Para cualquier duda os podéis dirigir a mi mediante el correo personal o a través del institucional (ivan.carbajo@educa.madrid.org).
¡Nota aclaratoria!
Las estaciones elevadoras disponen de transformadores elevadores (aumentan el valor del voltaje) y se instalan a la salida de las centrales eléctricas. Su función es elevar la tensión de la corriente eléctrica para que las pérdidas energéticas sean menores a lo largo de su transporte a largas distancias.
Recordad que las pérdidas energéticas (en forma de calor) se pueden calcular con la ecuación del efecto Joule y son mayores cuanto mayor es la intensidad, por lo que se recurre a transformadores eléctricos que reducen la intensidad a cambio de aumentar la tensión.
Los otros tres tipos de estación son estaciones reductoras, es decir, disponen de transformadores eléctricos reductores (disminuyen el valor del voltaje). El motivo por el que existe más de un tipo de estaciones reductoras es que, mientras que la elevación del voltaje previo al transporte se realiza en un solo paso, la reducción del voltaje se realiza en sucesivos pasos:
a) La primera reducción se realiza en las subestaciones de transformación (o subestaciones transformadoras). Estas suelen ubicarse en el campo, alejadas de núcleos de población. Cada subestación de transformación surte de electricidad a una gran área geográfica.
b) La segunda reducción se realiza en las estaciones de transformación (o estaciones transformadoras), que suelen ubicarse a las afueras de las poblaciones.
c) Por último, la última reducción, hasta los 230 voltios que se emplean en las viviendas, se realiza en los centros de transformación. Estos suelen ubicarse dentro de las poblaciones y pueden surtir de electricidad bien a un único edificio a varios.
Por último, como se representa en el esquema la red eléctrica anterior, el conjunto de la red se suele dividir en tres partes:
a) Red de transporte: desde las estaciones elevadoras hasta las subestaciones de transformación. La corriente en esta parte de la red es de alta tensión de primera categoría o de categoría especial (ver la tabla de abajo).
b) Red de reparto: desde las subestaciones de transformación hasta las estaciones de transformación. La corriente en esta parte de la red es de alta tensión de segunda categoría.
c) Red de distribución: desde las estaciones de transformación hasta los centros de transformación. La corriente en esta parte de la red es de alta tensión de tercera categoría (lo que tradicionalmente se ha denominado media tensión). Los polígonos industriales (también llamados clientes industriales) toman la corriente eléctrica directamente de la red de distribución, antes de que llegue a los centros de transformación.
d) Por último, las instalaciones de las viviendas y otro tipo de edificios de las ciudades y pueblos emplean corriente de baja tensión, ya que es más segura. Esta corriente es de la que disponemos a través de los enchufes de casa (230 voltios).
Todo esto es una explicación resumida del esquema de la red eléctrica que puede seros útil para estructurar la página de Transporte y distribución de vuestro blog. Sin embargo es necesario que profundicéis un poco en el tema e investiguéis a través de Internet por cuenta propia para obtener más información.
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Basándoos en esquema de la red eléctrica visto anteriormente deberéis explicar:
- Diferencia entre las redes de transporte, reparto y distribución y explicación del tipo de corriente utilizada en cada caso (según la nomenclatura más reciente):
- El funcionamiento de las estaciones elevadoras (tienen transformadores elevadores), subestaciones de transformación (tienen transformadores reductores), estaciones transformadoras (tienen transformadores reductores) y centros de transformación (tienen transformadores reductores).
- Los diferentes tipos de clientes: residenciales e industriales.
A la vuelta a clase se aclararán dudas y se harán las correcciones oportunas. Pero a lo largo de estas dos semanas, a las que les corresponderían 4 días de clase debéis avanzar contenidos para poder continuar con la programación prevista. El trabajo durante estas semanas se tendrá en cuenta para la calificación de la tercera evaluación.
Para cualquier duda os podéis dirigir a mi mediante el correo personal o a través del institucional (ivan.carbajo@educa.madrid.org).
TEMA 1: TIPOS DE ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN
LA DIFERENCIA ENTRE ENERGÍA Y POTENCIA
La energía (E) se define como la capacidad para realizar un cambio físico. Por ejemplo, para lanzar una piedra a una cierta velocidad se necesita proporcionarle una cierta cantidad de energía.
La unidad de la energía en el Sistema Internacional es el julio (J). Pero también se emplean otras unidades como la caloría (cal), muy utilizada en el ámbito de la nutrición, o el vatio-hora (Wh), muy utilizada en el ámbito de la ingeniería.
1cal = 4,18J 1Wh = 3600J
Cualquier forma en la que se manifieste la energía, ya sea cinética, química, térmica, potencial... se mide en las mismas unidades.
La potencia (P) se define como la rapidez con la que se genera o se produce energía. La unidad de la potencia en el Sistema Internacional es el vatio (W). Pero también se emplean otras unidades como el caballo de vapor (CV).
1CV = 735W
La relación entre la potencia, la energía y el tiempo es la siguiente:
P = E / t ; E = P x t
Donde:
- La potencia (P) se mide en vatios.
- La energía (E) se mide en julios.
- El tiempo (t) se mide en segundos.
Por ejemplo, un ventilador de 80W de potencia conectado durante 5 minutos (300 segundos) consume una energía de:
E = 80 x 300 = 24.000J
Si en vez de tratarse de una máquina que consume energía se trata de un generador de energía el cálculo es el mismo. Por ejemplo, un panel fotovoltaico de 200W al que le da el Sol durante 3 minutos (180 segundos) generará una energía de:
E = 200 x 180 = 36.000J
Múltiplos de unidad: en el campo de la energía es muy típico recurrir a los múltiplos de unidad, ya que las unidades del Sistema Internacional, el julio y el vatio, son muy pequeñas. Los múltiplos más empleados son:
- kilo (k): x 1.000 (ejemplo: 1kW es igual a 1.000W)
- Mega (M): x 1.000.000 (ejemplo: 1MJ es igual a 1.000.000J)
- Giga (G): x 1.000.000.000 (ejemplo: 1GWh es igual a 1.000.000.000Wh)
Ejercicio: calcular la energía que consume una tostadora de 750W conectada durante un minuto y medio. Dar el resultado en kilojulios (kJ).
1,5min = 90s
E = 750 x 90 = 67.500J
67.500J = 67,5kJ
Ejercicio: calcular cuánta energía genera un aerogenerador con una potencia de 2MW que gira durante una hora. Dar el resultado en Gigajulios (GJ).
LA INTENSIDAD, LA TENSIÓN Y LA POTENCIA DE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA
2MW = 2.000.000W
1h = 3600s
E = 2.000.000 x 3.600 = 7.200.000.000J = 7,2GJ
LA INTENSIDAD, LA TENSIÓN Y LA POTENCIA DE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA
Una corriente eléctrica es un flujo de cargas eléctricas (normalmente electrones) que recorren un material conductor (habitualmente metálico). Las corrientes eléctricas vienen definidas por dos magnitudes:
- La tensión (V) (o voltaje, o diferencia de potencial): que guarda relación con la energía de los electrones de la corriente. la unidad de la tensión en el Sistema Internacional es el voltio (V). Una corriente con una gran tensión implica que fluyen electrones con mucha energía.
- La intensidad (I): que hace referencia al número de electrones de la corriente eléctrica. Una corriente con una gran intensidad implica que fluye una gran cantidad de electrones. la unidad de la intensidad en el Sistema Internacional es el amperio (A). Para tener una idea de la enorme cantidad de electrones que circulan en una corriente, por una corriente de 1 amperio pasan unos 6,24 trillones de electrones cada segundo.
Por último, si se multiplica la intensidad por la tensión de una corriente eléctrica se obtiene su potencia (P) en vatios.
Por ejemplo, una corriente de 7A y 50V tiene una potencia de:
- La tensión (V) (o voltaje, o diferencia de potencial): que guarda relación con la energía de los electrones de la corriente. la unidad de la tensión en el Sistema Internacional es el voltio (V). Una corriente con una gran tensión implica que fluyen electrones con mucha energía.
- La intensidad (I): que hace referencia al número de electrones de la corriente eléctrica. Una corriente con una gran intensidad implica que fluye una gran cantidad de electrones. la unidad de la intensidad en el Sistema Internacional es el amperio (A). Para tener una idea de la enorme cantidad de electrones que circulan en una corriente, por una corriente de 1 amperio pasan unos 6,24 trillones de electrones cada segundo.
Por último, si se multiplica la intensidad por la tensión de una corriente eléctrica se obtiene su potencia (P) en vatios.
Por ejemplo, una corriente de 7A y 50V tiene una potencia de:
P = 7 x 50 = 350W
ENERGÍAS RENOVABLES
Son aquellas que provienen de fuentes naturales inagotables, bien por la cantidad inagotable de energía que contienen o porque son capaces de regenerarse por sí mismas.
Son aquellas que provienen de fuentes naturales inagotables, bien por la cantidad inagotable de energía que contienen o porque son capaces de regenerarse por sí mismas.
1. Centrales hidroeléctricas.
Una central hidroeléctrica es una instalación que transforma la energía potencial del agua, primero en energía cinética y finalmente en energía eléctrica. Para ello, deja caer un cierto caudal de agua Q desde una altura H, con lo que aumenta mucho su velocidad, transformándose su energía potencial en cinética. El flujo de agua a gran velocidad se utiliza para mover unas turbinas que a su vez hacen girar un alternador (generador de corriente).
La ecuación que nos permite calcular la potencia que genera una central hidroeléctrica es la siguiente:
La ecuación que nos permite calcular la potencia que genera una central hidroeléctrica es la siguiente:
Ejercicio: calcular la potencia que genera una central hidroeléctrica con un rendimiento del 73% si el salto de agua tiene una altura de 97m y un caudal de 12m3/s.
P = 0,73 x 1000 x 9,8 x 97 x 12 = 8.327.256W
2. Centrales eólicas.
Una central eólica (o parque eólico) es una instalación que transforma la energía cinética del viento directamente en energía eléctrica. Para ello, el eje de las aspas está conectado a un alternador que genera una corriente eléctrica.
Están formadas por un cierto número de aerogeneradores que generan una potencia dada por la siguiente ecuación:
Están formadas por un cierto número de aerogeneradores que generan una potencia dada por la siguiente ecuación:
Ejercicio: se desea construir una central eólica que genere 65MW de potencia los días en los que el viento lleva una velocidad de 7m/s. Calcular cuántos aerogeneradores se deberán instalar si se va a utilizar un modelo con un rendimiento de 48% y cuyas aspas miden 45m.
P = 0,48 x 0,5 x 3,14 x 1,2 x 45 x 45 x 7 x 7 x 7 = 628.118W
3. Centrales solares fotovoltaicas.
Una central solar fotovoltaica es una instalación que transforma la energía térmica proveniente del sol en energía eléctrica por medio del efecto fotoeléctrico. Están formadas por un cierto número de paneles solares, los cuales, a su vez, están formados por un cierto número de células fotovoltaicas. Por ejemplo, el panel de la imagen, está formado por 36 células fotovoltaicas (4x9):
Aunque esto depende de la calidad de la célula, actualmente las células funcionan como pilas que generan una corriente eléctrica con una tensión de 0,5V y una intensidad de entorno a 8A (en un día soleado). Cuanto mejor es la célula mayor tensión e intensidad es capaz de proporcionar.
Dado que la tensión que generan de manera individual es muy baja, todas las células de un panel se conectan en serie (¡no en paralelo!) ya que de esta manera, la tensión resultante es el resultado de multiplicar los 0,5V por el número de células. Por ejemplo, el esquema de conexiones de las 36 células del anterior panel sería algo así:
Por tanto, el panel generará una tensión de:
0,5 x 36 = 18V
y una intensidad de unos 8A, ya que al estar conectadas en serie la intensidad que proporciona el panel es igual a la que proporciona cada una de las células individuales.
Por último, si se desea calcular la potencia que generará el panel de la imagen se debe multiplicar la tensión por la intensidad:
P = V x I = 18 x 8 = 144W
Sin embargo, lo más habitual es construir instalaciones con varios paneles fotovoltaicos conectados entre sí, de tal manera que se consigan potencias mayores.
Por ejemplo, en la mini central fotovoltaica de la imagen se han conectado en paralelo 2 filas compuestas por 3 paneles conectados en serie. ¿Qué intensidad, qué tensión y qué potencia generará el conjunto de paneles?
De nuevo, cada panel funciona como una pila. Suponiendo que los paneles empleados son los del ejercicio anterior, cada uno genera una intensidad de 8A y una tensión de 18V.
- La intensidad de corriente del conjunto de paneles se calcula multiplicando la intensidad de un panel por el número de filas, es decir:
2 x 8 = 16A
- La tensión del conjunto de paneles se calcula multiplicando la tensión de un panel por el número de paneles que hay en cada fila, es decir:
3 x 18 = 54V
Por último, la potencia generada por el conjunto de paneles se puede calcular de dos maneras:
1) Multiplicando la intensidad total por la tensión total:
16 x 54 = 864W
2) Multiplicando la potencia de un panel solar por el número de paneles:
6 x 144 = 864W
Ejercicio: calcular la intensidad, la tensión y la potencia que genera el siguiente panel fotovoltaico teniendo en cuenta que cada una de sus células genera una tensión de 0,5V y 8A.
Como las 72 (12x6) células del panel están conectadas en serie:
V = 0,5 x 72 = 36V
I = 8A (igual que la de cada célula por separado)
P = V x I = 36 x 8 = 288W
Ejercicio: calcular la intensidad, la tensión y la potencia que se generará si se conectan 20 paneles como los del ejercicio anterior según el siguiente esquema.
Para calcular la tensión se tienen en cuenta los paneles de cada fila:
V = 36 x 5 = 180V
Para calcular la intensidad se tiene en cuenta el número de filas:
I = 8 x 4 = 32A
La potencia se puede calcular de dos maneras:
P = V x I = 180 x 32 = 5.760W
P = P(un panel) x nº de paneles = 288 x 20 = 5760W
ENERGÍAS NO-RENOVABLES
Son aquellas fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas y que no pueden regenerarse una vez consumidas. En este grupo se incluyen los combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas natural...) y los combustibles nucleares (uranio, plutonio...)
1. Centrales termoeléctricas.
Una central termoeléctrica es una instalación que transforma la energía química presente a nivel molecular en un combustible (petróleo, carbón, gas natural, biomasa...), primero en energía térmica y finalmente en energía eléctrica por medio de una reacción de combustión. Para ello, en primer lugar se realiza la combustión del combustible, la cual libera energía térmica que se aprovecha para evaporar agua. Esta agua evaporada a muy alta presión es conducida hacia una turbina y la hace girar. Por último, un alternador conectado a la turbina genera la corriente eléctrica.
En el siguiente esquema se muestran las principales partes de estas instalaciones:
En este caso, la potencia generada por la central dependerá del tipo de combustible empleado, en concreto de una propiedad llamada poder calorífico. El poder calorífico de un combustible es la energía que este libera cuando se produce la reacción de combustión. Los valores del poder calorífico de algunos combustibles frecuentemente utilizados en estas centrales son:
Por ejemplo, si se realiza la combustión de 500kg de petróleo se obtendrá la siguiente cantidad de energía:
E = 500 x 42,55 = 21.275MJ (Megajulios) = 21.275.000.000J (julios)
Para calcular la potencia de una de estas centrales se necesita saber el tiempo que se tarda en realizar la combustión de una cierta cantidad de combustible. Por ejemplo, si los 250kg de petróleo anteriores se consumen cada minuto (60 segundos), la potencia de la central sería de:
P = E/t = 21.275.000.000/60 = 354.583.333W (vatios) = 354,58MW (megavatios).
Ejercicio: una central termoeléctrica de carbón, con un rendimiento del 39%, tiene capacidad para realizar la combustión de 110t (toneladas) de carbón cada 4 horas. Si se utiliza antracita como combustible:
a) Calcular la energía que produce cada dos minutos.
b) Calcular la potencia que genera la central en Megavatios.
a)
Primero se calcula la energía que se produce cada 4 horas, teniendo en cuenta que el poder calorífico de la antracita es 34,3MJ/kg (ver tabla arriba):
110t = 110.000kg
E = 34,3 x 110.000 = 3.773.000MJ
Sin embargo, como el rendimiento de la central es del 39%, la energía generada será:
E = 3.773.000 x 0,39 = 1.471.470 MJ
Una vez que se sabe la energía que se genera en 4 horas se calcula, mediante una relación, la energía que producirá en 2 minutos:
4h = 240min
240 / 1.471.470 = 2 / x; x = 12.262MJ
b)
La potencia se calcula dividiendo la energía (en julios) que se produce en un tiempo determinado entre ese tiempo (en segundos):
2min = 120s
12.262MJ = 12.262.000.000J
P = 12.262.000.000 / 120 = 102.183.333W = 102,18MW
2. Centrales nucleares.
Una central nuclear es una instalación que transforma la energía nuclear presente a nivel atómico en un combustible nuclear en energía eléctrica por medio de una reacción de fisión nuclear. En estas reacciones los núcleos (protones y neutrones) de los átomos de uranio se dividen en núcleos más pequeños y además pierden cierta masa que se transforma en energía.
El combustible utilizado a nivel industrial en las centrales nucleares es el uranio (y en menor medida el plutonio). Sin embargo, existen dos tipos principales de átomos de uranio (isótopos) el U235, que es el útil para las reacciones de fisión nuclear, y el U238 que es el más abundante. Del uranio que se extrae de la naturaleza tan solo el 0,7% es U235.
Por este motivo se lleva a cabo un tratamiento conocido como enriquecimiento del uranio, que permite concentrar el uranio útil (el 235) hasta aproximadamente el 5% del total. Es este uranio enriquecido el que se introduce en forma de barras en el reactor de una central nuclear para obtener energía.
Nota: el uranio necesario para la fabricación de armas nucleares debe enriquecerse hasta entorno a un 90% de uranio U235, mucho más que el necesario para la generación de energía.
En el siguiente esquema se muestran las principales partes de estas instalaciones:
Para calcular la energía generada por una central nuclear hay que recurrir a una de las ecuaciones de la teoría de la relatividad de Einstein:
Cuando se realiza una reacción de fisión los átomos tan solo pierden un 0,1% (0,001 en tanto por uno) de su masa, que es la que se transforma en energía. Por tanto, si se fisiona 1 gramo de uranio (0,001kg), enriquecido al 5% (0,05 en tanto por uno), la diferencia de masa será de:
0,001x0,05x0,001 = 0,00000005kg
La energía que se podría extraer de 1 gramo de uranio enriquecido al 5% sería, por tanto, de:
E = 0,00000005 x 300.000.000 x 300.000.000 = 4.500.000.000J (julios) = 4.500MJ (Megajulios)
Teniendo en cuenta que las centrales nucleares tienen un rendimiento de entorno al 30%, la energía que realmente se obtendría de una central sería aproximadamente 1.350MJ.
En todo caso, la cantidad de energía que se puede extraer de una masa tan reducida es enorme.
Para calcular la potencia de una de estas centrales se necesita saber el tiempo que se tarda en llevar a cabo la fisión de una cierta cantidad de combustible. Por ejemplo, si se fisiona 1g de uranio cada 1,4 segundos la potencia de la central sería de:
P = E/t = 1.350.000.000/1,4 = 964.285.714W (vatios) = 964,28MW (megavatios).
Ejercicio: una central nuclear, con un rendimiento del 35%, tiene capacidad para fisionar 1 gramo de uranio enriquecido al 5% cada 1,5 segundos. Teniendo en cuenta que tan solo el 0,1% del U235 se transforma en energía durante la reacción:
a) Calcular la energía que produce cada 2 minutos en Gigajulios.
b) Calcular la potencia que genera la central en Megavatios.
a) Primero hay que calcular la energía que se produce a partir de 1 gramo de uranio enriquecido. Para ello hay que calcular cuánta masa (de ese gramo inicial) se va a transformar en energía.
El uranio que emplea la central está enriquecido al 5%, eso significa que tiene un 5% de U235 y un 95% de U238. El único uranio útil para la fisión es el U235, por tanto:
1g = 0,001kg de uranio (mezcla de U238 y U235)
0,001 x 0,05 = 0,00005kg de U235 (el útil para la fisión)
Sin embargo, según el enunciado, tan solo el 0,1% del U235 se transforma en energía, por tanto:
0,00005 x 0,001 = 0,00000005 kg de U235 se transforman en energía
La transformación de la masa en energía viene determianda por la ecuación de Einstein:
E = 0,00000005 x 300.000.000 x 300.000.000 = 4.500.000.000J
Por último, como el rendimiento de la central es del 35%:
E = 0,35 x 4.500.000.000 = 1.575.000.000J de energía genera la central cada 1,5 segundos
Como se pide la energía que produce cada 2 minutos hay que hacer una relación:
2min = 120s
1,5 / 1.575.000.000 = 120 / x ; x = 126.000.000.000J = 126GJ
b) La potencia se calcula dividiendo la energía (en julios) que se produce en un tiempo determinado entre ese tiempo (en segundos):
P = 126.000.000.000 / 120 = 1.050.000.000W = 1.050MW
TEMA 2: ELECTRICIDAD
PROYECTO: ¿CÓMO LLEGA LA ELECTRICIDAD A NUESTRAS CASAS?
El blog constará de un cierto número de páginas (¡páginas! no entradas), con una pestaña en la parte superior para cada una. Para crear una página hay que seleccionar Páginas en el menú principal y a continuación hacer click en Página nueva:
A continuación se debe escribir el título de la página:
En cada página se explicará una de las etapas del proceso:
- Primera página (Título: Introducción): introducción del proyecto con una explicación de lo que se va a hacer.
- Segunda página (Título: Generación): explicación (no demasiado extensa) de los diferentes tipos de centrales eléctrica existentes en nuestro país: nucleares, termoeléctricas de carbón, termoeléctricas de ciclo combinado (de gas natural). hidroeléctricas, solares (fotovoltaicas y térmicas), eólicas, undimotrices (de las olas)... Se deben clasificar dichas centrales en función de si utilizan fuentes de energía renovables o no.
En este apartado también se puede investigar:
a) El número de centrales de cada tipo presente en nuestro país.
b) El porcentaje del total de energía que genera cada tipo de central en la actualidad.
c) Otros tipos de centrales que aún no existen en nuestro país y que podrían ser una alternativa a las actuales.
d) El desarrollo de las energías renovables en comparación con otros países del mundo.
- Tercera página (Título: Transformación): explicación de los conceptos de corriente eléctrica, intensidad y voltaje.
También se analizará el funcionamiento de los transformadores de tensión (se explicará en clase) tanto elevadores como reductores.
a) El número de centrales de cada tipo presente en nuestro país.
b) El porcentaje del total de energía que genera cada tipo de central en la actualidad.
c) Otros tipos de centrales que aún no existen en nuestro país y que podrían ser una alternativa a las actuales.
d) El desarrollo de las energías renovables en comparación con otros países del mundo.
- Tercera página (Título: Transformación): explicación de los conceptos de corriente eléctrica, intensidad y voltaje.
También se analizará el funcionamiento de los transformadores de tensión (se explicará en clase) tanto elevadores como reductores.
- Cuarta página (Título: Transporte y distribución): se explicará el funcionamiento y los distintos elementos de las redes de transporte, reparto y distribución de energía eléctrica (se explicará en clase): estaciones elevadoras, subestaciones de transformación, estaciones transformadoras, centros de transformación y torres eléctricas. Así como los diferentes niveles de tensión empleados en cada parte de la red.
- Quinta página (Título: Instalación eléctrica): se explicarán los distintos elementos de protección de las instalaciones eléctricas de las viviendas así como los circuitos individuales que componen la instalación (se explicará en clase) .
VALORACIÓN DEL TRABAJO:
Se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:
- La redacción propia de los textos (sin copiar directamente de otras páginas web).
- El uso de distintos soportes: imágenes, vídeos, enlaces a otras webs, fotos propias...
- Referenciar las fuentes de las que se extrae la información (Por ejemplo: Información obtenida de: https://yourtprblog.blogspot.com/p/1.html).
- La inclusión de otros contenidos distintos de los especificados en esta guía.
- La presentación y corrección en la redacción.
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