dossierBTX TECNO

1rBTX

Alumna/e:

Tecnologia industrial

curs 2013 - 2014

APUNTS DETECNOLOGIA INDUSTRIAL

[1] ENERGIA [2] AUTOMÀTICA

amadeuvidalcasals

MATERIAL MÍNIM. CRITERIS D'AVALUACIÓ

INTRODUCCIÓ

MAGNITUDS i UNITATS ■ Els Sistemes d'unitats (SI)-(CGS)-(ST) :

Resum de magnituds i equivalències en altres sistemes.

Set formes d'energia.

Cronologia de l'evolució de l'energia.

Formes i manifestacions de l'energia.

1 Energia MECÀNICA. 5 Energia NUCLEAR.

2 Energia TÈRMICA. 6 Energia RADIANT o ELECTROMAGNÈTICA.

3 Energia QUÍMICA. 7 Energia SONORA.

4 Energia ELÈCTRICA.

Resum de les expressions principals.

ENERGIA. POTÈNCIA. PODER CALORÍFIC.

El rendiment (η).

Potència mecànica.

Poder calorífic.

Cogeneració.

TRANSFORMACIONS.

La contaminació ambiental.

1 L'EFECTE HIVERNACLE. 2 LA PLUJA ÀCIDA.

CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS. BALANÇ ENERGÈTIC.

CENTRAL HIDROELÈCTRICA (hidràulica).

CENTRAL TERMOELÈCTRICA (tèrmica).

CENTRAL NUCLEAR.

CENTRAL TERMOSOLAR.

PARC EÒLIC.

CENTRAL GEOTÈRMICA.

CONVERTIDORS i ELEMENTS D'ENERGIA.

La turbina.

1 TURBINES HIDRÀULIQUES. 2 TURBINES DE VAPOR.

L'alternador i el transformador.

1 L'ALTERNADOR. 2 EL TRANSFORMADOR.

El bescanviador (intercanviador), rescalfador i condensador.

1 EL BESCANVIADOR. 2 EL RESCALFADOR. 3 EL CONDENSADOR.

CENTRALS ELÈCTRIQUES.

ESQUEMA CENTRAL HIDROELÈCTRICA.

ESQUEMA CENTRAL TERMOELÈCTRICA.

ESQUEMA CENTRAL NUCLEAR.

ESQUEMA CENTRAL TERMOSOLAR (FORN).

PARC EÒLIC.

ESQUEMA CENTRAL GEOTÈRMICA.

EFICIÈNCIA.

Estalvi domèstic d'energia.

Codi d'eficiència energètica.

Consideracions d'estalvi.

■ Reportatge -Olot edifici "Espai Zero".

La cogeneració.

■ PROBLEMES RESOLTS. PAU 1

■ PROBLEMES PER RESOLDRE. PAU 2

■ PROBLEMES PER RESOLDRE. Exer.2 (test).

■ PROBLEMES PER RESOLDRE. Exer.3 a exer.11.


■ PROBLEMES RESOLTS. Exer.21 a exer.23

■ PROBLEMES RESOLTS. Exer.24 a exer.25

■ PROBLEMES RESOLTS. Exer.26.


■ PROBLEMES RESOLTS. Teoria. Exer.30.

■ PROBLEMES RESOLTS. Taula. Exer.30.


pàg. 37

38

pàg. 39

pàg.

pàg. 35

pàg. 36

pàg. 33

pàg. 34

7.4 pàg. 28

pàg. 30

7.3 pàg. 25, 26

7.1 " "

7.2 " "

7 pàg. 24

6 pàg. 18

6.5 pàg. 22

6.6

▪ pàg. 3

▪ pàg. 4

pàg. 40

"

" "

pàg. 27

pàg. 31

pàg. 32

ÍNDEX tema [1]. ENERGIES

8, 9

pàg.

"

pàg. 29

pàg. 23

6.4 pàg. 21

1rBTX-Tecno Industrial

" "

61.1

1.4 pàg.

1.2 pàg. 7

1.3 " 7

1 pàg. 5

6.2

6.1 pàg. 18

""

"

6.3 pàg. 20

pàg. 19

5.3 pàg. 17

11

" "

pàg.

2.4 " "

"

1.5 pàg. 9

2.2 " "

10

"

2.3

2 pàg.

2.1 "

" "

3 pàg. 12

3.1 pàg. 13

4 pàg. 14

4.1 " "

4.2 " "

4.3 " "

4.4 " "

4.5 " "

4.6 " "

5 pàg. 15

5.2 pàg. 16

5.1 " "

" "

Material mínim:

■ LLAPIS DE MEMÒRIA*.■ LLAPIS NORMAL + GOMA D'ESBORRAR + REGLE DE 20/30 cm.■ BOLIS O RETOLADORS. (Dos colors).■ CALCULADORA*.■ ORDINADOR* portàtil 1x1.

Accessos informàtics:

Plantejament d'objectius.■ Valoració de capacitats:

●

● Identificar i utilitzar les magnituds, les unitats de mesura i la simbologia de la matèria.

Arribar a resultats concrets amb les unitats correctes. Els resultats poden ser:

valors numèrics. Gràfics. Esquemes… (funcions lògiques, taules de la veritat…).● Analitzar amb esperit crític els resultats per a detectar possibles errors de plantejament i de càlcul.● Presentar amb pulcritud, concisió, precisió i claredat les resolucions dels exercicis plantejats.

■ Valoració de coneixements:● Contingut conceptual específic i lèxic bàsic.● Els continguts descriptius es consideren valorats en el Batxillerat.

Criteris de correcció generals.

■ Per obtenir la màxima puntuació cal:● Arribar al resultat correcte amb unitats SI (llevat que es demani en altres unitats).● Presentar els gràfics indicant les escales amb unitats correctes.● Presentar els esquemes, diagrames de blocs, etc. Sense ambigüitats.

■ Es penalitzen fortament i poden anul·lar la puntuació d'un apartat:● Els errors dimensionals i conceptuals en els raonaments.● Els resultats sense unitats o en unitats no SI.

■ Es penalitzen lleument:● Els errors numèrics que portin a resultats raonables.

Podeu consultar continguts digitals: [tecno12-18] part ordinària.

www.voltrera.comAquest curs tindreu la possibilitat d'anar a veure i baixar els dossiers,documents, fitxes, etc. També podreu consultar l'agenda d'entrega d'exercicis.De manera molt senzilla, només heu d'anar al google i posar:

3

ies voltrera387902

La clau d'accés és:

3

4Un resultat es desestima si no se'n presenta la procedència (excepte a les qüestions on només calcontestar la resposta correcta).

En preguntes encadenades no es penalitzen els errors causats per prendre resultats anteriorscom a dades si no representa un error conceptual i els resultats que se'n deriven són raonables.

Es valoren positivament la pulcritud, concisió, precisió i claredat. Cal que l'exposició de la resolucióestigui ben estructurada. La resolució numèrica ha d'anar acompanyada prèviament de lesexpressions (fórmules) emprades. L'aïllament d'expressions "no" haurien de ser directament ambvalors numèrics.

●

●

●

■

Aplicar els models matemàtics (lleis de la física) a anàlisi de situacions i artefactes relacionatsamb aspectes bàsics i simples de la tecnologia.

2

1rBTX-Tecno Industrial INFORMACIÓ ALUMNES

[*] IMPORTANT.

MATERIAL MÍNIM:

LLIBRETA* de problemes (Cal reflectir-hi tots els problemes, excepte els resoltsque ja estan en el dossier)

1

■

● ENERGIA. (Renovables i exhauribles. Habitatges energètics. Cogeneració. Etc.)● AUTOMÀTICA (Electrònica digital. Domòtica. PLCs. Etc.).

S'ha fet un esforç de síntesi per no carregar els continguts, aquets queden reflectits en 2 UD (grans temes)i de cada una d'elles se'n deriven mini UD amb l'assoliment dels conceptes de cada part que l'alumne/acaldrà que faci l'autoaprenentatge mitjançant l'ESTUDI DE PROBLEMES RESOLTS i la RESOLUCIÓ DEPROBLEMES.

tema [1]

Aquest dossier d'apunts de tecnologia industrial s'ha elaborat amb l'objectiu d'assolir, durantel primer curs, el conjunt de coneixements tecnològics necessaris que doni garanties, un copacabat el curs, per fer 2n de TECNOLOGIA INDUSTRIAL i les posteriors Proves d'Accés a laUniversitat (PAU), també anomenada selectivitat.

1rBTX-Tecno Industrial INTRODUCCIÓ

L'aplicació creativa dels principis científics per a dissenyar o desenvolupar estructures,màquines, aparells o processos de fabricació, o treballs que els utilitzen sols o combinats, o pera construir o operar amb aquests amb total coneixement del seu disseny; o per preveure el seucomportament en condicions de funcionament específic; tot respecte de la funció pretesa,l'economia de l'operació i la integritat de la vida i la propietat.

4

tema [2]

L'enginyeria és l'aplicació pràctica de la ciència i la tecnologia. L'American Engineers Council for ProfessionalDevelopment defineix l'"enginyeria" com:

L'activitat tecnològica influeix en el progrés social ieconòmic, el seu caràcter comercial fa que estigui mésorientada a satisfer el consumisme que les necessitatsessencials dels més necessitats, per la qual cosa tendeix afer un ús no sostenible del medi ambient. No obstant, latecnologia també pot ser utilitzada per a protegir el mediambient i evitar que les creixents necessitats provoquin unesgotament o degradació dels recursos materials ienergètics del planeta, també fa augmentar lesdesigualtats socials.

Encara que Marx es referia a les màquines, va dir: les tecnologies no son ni bones ni dolentes . El judicisètics no són aplicables a les tecnologies, si més no al ús que es fa d'elles. Actualment es fan infinitatd'intervencions quirúrgiques gràcies a la utilització de robots que a més les pot fer un prestigiós cirurgia oprestigiosa cirurgiana a kilòmetres de distància utilitzant les TIC. També malauradament existeix latecnologia armamentística capaç de destruir vides humanes.

Les tecnologies fan servir, en general, mètodes diferents del científic. Els mètodes difereixen segons estracti de tecnologies de producció artesanal o industrial d'aparells, de prestació de serveis, de realització iorganització de tasques de qualsevol tipus.

Estic segur que més d'un/una farà una carrera d'enginyeria, arquitectura, etc; en alguna de les moltesespecialitats que s'ofereixen actualment, us vull dir que és una professió apassionant. Aquest títol comportauna gran responsabilitat, perquè en qualsevol projecte hi haurà la vostra signatura, feu-ho ambconsciència, ètica i responsabilitat.

La tecnologia és un conjunt de coneixements tècnics,ordenats científicament, que permeten dissenyar i crearbens i serveis que faciliten l'adaptació al medi ambient isatisfer les necessitats essencials i desitjos de lespersones. Tecnologia és una paraula d'origen grec,formada per art, tècnica i/o ofici que pot ser resumida endestresa (estudi d'alguna cosa).

MAGNITUDS i UNITATS

MAGNITUD ► POTÈNCIA MAGNITUD ► LONGITUD MAGNITUD ► FORÇA

UNITAT ► kW UNITAT ► m UNITAT ► kN

VALOR ► 30 VALOR ► 200 VALOR ► 50

La unitat d'energia en el SI és el Joule (J).

■

Equivalència :

■

Equivalències :

■ Acció de variar la posició d'un cos o deformar-lo.

m ► [kg] (massa) a ► [m/s2] (acceleració)

■ Força d'atracció que exerceix la Terra sobre un cos.

g ► [m/s2] (acceleració de la gravetat)

■ És el treball (energia) realitzat en la unitat de temps.

EP = -----

t Equivalència :

■

mega

Sistema internacional.

Sistema Giorgi.

Sistema tècnic.

Temps Força

s N

5

PREFIXOS:

s dina

m utm s kp

Els Sistemes d'unitats (SI)-(CGS)-(ST) : Longitud Massa

cm g

SI

CGS

m kg

ST

µ

m

c

d

micro

mil.li

centi

deci

10-6

a

f

a

n

atto

fento

pico

nano10-12

10-9

MÚLTIPLES

Factor Prefix Símbol

SUBMÚLTIPLES

Factor Prefix Símbol

h

da

10-3

10-2

10-1

102

101

quilo

hecto

deca

10-18

10-15

106

103

E

P

T

G

M

k

1018

1015

1012

peta

tera

109

exa

Pes (N):

F = m · g

ULL

giga

P ► [W] (potència devatada).

1 CV = 736 W

ULL Aquests prefixos s'hand'evitar, amb l'exepcióen la mesura d'àrees ivolums.

t ---> [s] (temps)

Potència (P):

30 kW 200 m 50 kN

És la calor necessària per elevar, en un grau centígrad, des de 14,5 ºC → 15,5 ºC, latemperatura d'un gram d'aigua a la pressió atmosfèrica.

1 kW = 103 W

Caloria (cal):

Vat-hora (W·h):

Força (N):

1

g = 9,81 m/s2


1 cal = 4,18 J

SISTEMES D'UNITATS [SI] Sistema Internacional

F = m · a

Es defineix com el treball que s'ha de fer amb una força d'un newton [N] per recorrer un metre [m] en lamateixa direcció de la força.

Equival a l'energia elèctrica que desenvolupa, durant una hora. S'utilitza amb mésfreqüència un dels múltiples del vat, el kWh.

1 W = 1 J/s

Resum de magnituds i equivalències en altres sistemes.

■

unitat SI…[Kg] unitat SI…[m]

■ 1 utm = 9,81 kg ■ 1 lliura = 453,592 g ■ 1 milla (anglesa) = 1609,3 m

unitat SI…[s] ■ 1 milla (anglesa) = 1 milla (americana)

■ 1 h = 3600 s ■ 1 min = 60 s ■ 1 milla (marina) = 1852 m ■ 1 peu = 30,48 cm

unitat SI…[N]■ 1 Kp = 9,81 N ■ 1 N = 105 dines

■

unitat SI…[W (J/s)] unitat SI…[J]

■ 1 W = 1 J/s ■ 1 CV = 736 W ■ 1 Ws = 1 J ■ 1 Nm = 1 J ■ 1 Kpm = 9,81 J

■ 1 Btu = 1055 J ■ 1 J = 107 erg.

■ 4,18 J = 1 cal

unitat SI…[m/s] unitat SI…[K]

■ 1 nus = 1,852 Km/h = 0,5 m/s ■ ºF = 1,8 · ºC + 32 ■ K = 0,56 · ºF + 255,2

■ K = ºC + 273 ■ ºC = K - 273

■ ºC = 0,56 · ºF - 17,8 ■ ºF = 1,8 · K - 459,4

unitat SI...m3 unitat SI...Pa Pa = Pascal

■ 1 L = 1 dm3 ■ 1 Pa = 1 N/m2 ■ 1 atm = 105 Pa

■ 1 galó (anglès) = 3,785 L ■ 1 bar = 105 Pa

■ 1 galó (americà) = 4,546 L

1 2500 lliures ---> Kg 11 2 Mcal ---> KW·h

2 30 N ---> dines 12 3 KW ---> CV

3 0,25 h ---> min 13 36 CV ---> J/s

4 100 Km ---> milles (marines) 14 120 Km/h ---> m/s

5 3/4 pz ---> mm 15 30 nusos ---> m/min

6 32 ºC ---> ºF 16 6500 L ---> m3

7 300 K ---> ºF 17 400 dm3 ---> galó (anglès)

8 200 KW·h ---> KJ 18 5 bar ---> atm

9 3 Mbtu ---> Kcal 19 10 N/m2 ---> Kpa

10 500 Kpm ---> Kcal 20 6 Kp/cm2 ---> bar

[B]

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_d'Unitats

exer. 1"

Convertiu:

"

"

"

"

TEMPS

FORÇA

DERIVADES :

1.1

FONAMENTALS:

1rBTX-Tecno Industrial SISTEMES D'UNITATS [SI] Sistema Internacional

MASSA LONGITUD

Convertiu:

"

"

"

"

" "

"

"

"

"

"

POTÈNCIA ENERGIA

VELOCITAT TEMPERATURA

VOLUM PRESSIÓ

"

"

Actualment el sistema d'unitats reconegut [B] internacionalment és el Sistema Internacional (SI), basat enel sistema Giorgi, que té com a unitats fonamentals les quatre del sistema MKSA (metre, quilogram, segon,ampere), a més del kelvin per a les temperatures, el mol per a quantitat de matèria, i la candela per a laintensitat lluminosa. A la vegada té també dues unitats suplementàries; el radiant per a angles plans il'estereoradiant per a angles sòlids.

Fou proposat internacionalment l'any 1960 per a la 11a Conferénce Genérale de Poids et Mesures. L'any1964 va ser adoptat pel National Bureau of Standards.

6

WEB

7 formes d'energia.

F = F' · cosα

F = força. [N].

e = espai. [m].

E = Energia o treball [J].

Cronologia de l'evolució de l'energia.

1rBTX-Tecno Industrial ENERGIA

El terme energia té diverses accepcions i definicions, relacionades amb la capacitat per a obrar,transformar o posar en moviment. En física, energia → capacitat per fer un treball. En tecnologia,energia → recurs natural, en el qual es pot incloure la seva tecnologia associada per a extreure-la,transformar-la, i donar-li un ús industrial o econòmic.

1.2

E = F · e

1.3

El ser humà necessita energia per a realitzar qualsevol activitat, per a mantenir les seves constants vitals, enviar ordresal cervell a través dels nervis, renovar les seves cèl·lules, etc. Amés de l'energia necessària pel funcionament del seucos, ha d'aplicar-la també per a poder veure cobertes les seves necessitats d'alimentació, benestar, etc. Això es realitzaa traves dels músculs, dels quals, es pot obtenir una energia molt limitada quan s'han de realitzar moltes tasques.

Ordinàriament el terme treball s'aplica a qualsevol forma de l'activitathumana que requereixi l'exercici d'un cert esforç, tant muscular comintel·lectual.Aquesta definició és sostenible des del punt de vista filosòfic, encara queno ho és en Física, en que s'utilitza aquest terme per a relacionar unaforça [F] i un espai recorregut [e].Una condició imprescindible per a realitzar treball és que hi hagimoviment :

ENERGIA = CAPACITAT DE REALITZAR UN TREBALL

CERVELL

↓MÚSCULS

[ENERGIA]

Per als homes primitius, el disposar només d'aquesta energia tant minsa, limitava les seves possibilitats dedesenvolupament i subsistència. Amb el pas del temps, va fer un aprenentatge de la naturalesa i aplicant algunsrecursos d'aquesta va poder aconseguir un cert benestar. Creà diversos utensilis i eines com palanques, plans inclinats,etc; que l'hi van fer més fàcil la realització dels treballs.

MÚSCULS

+ÚTILS

[ENERGIA]

També va utilitzar els animals domèstics, per ajudar-lo a realitzar diferents tasques, màquines de petita potència (poc treball en un temps determinat) i rendiment baix, inclús es va utilitzar (explotar) el mateix home per a cobrir lesnecessitats energètiques. En les societats antigues, la majoria dels homes eren esclaus o servents d'una minoria.

ANIMALS

+ÚTILS

[ENERGIA]

7

Amb el desenvolupament industrial es van començar a aplicar noves fonts d'energies, com els combustibles fòssils, id'altres ja conegudes des de l'antiguitat, com el vent, la fusta, l'aigua, etc. La transformació d'aquestes energies enaltres més adequades es realitzen mitjançant mecanismes i útils. Al conjunt d'aquests mecanismes, que transformenuna energia en altre, es denomina màquina. En el món actual, i degut al altíssim benestar de les societatsdesenvolupades, el consum d'energia és molt gran; ens desplacem en vehicles que aprofiten l'energia tèrmica oelèctrica; per a la cocció dels aliments necessitem la calor que procedeix d'algun gas o de l'energia elèctrica, i comaquestes, existeixen innumerables aplicacions on l'energia està present.

FÒSSILS

+

MÀQUINES

[ENERGIA]

Formes i manifestacions de l'energia.

1 Energia MECÀNICA. [Em].

a) Energia POTENCIAL. [Ep].

b) Energia CINÈTICA. [Ec].

La que posseeix un cos degut a la posició que ocupa dins un camp gravitatori.

La que posseeix un cos degut al seu moviment.

2 Energia TÈRMICA. [ET].

4 Energia ELÈCTRICA. [EE].

P = potència [W] U = tensió [V] I = intensitat [A] t = temps [s] E = energia [Ws] [J]


1.4

És la relacionada amb el moviment i les forces que poden produir-la.

Em = Ep + EcComprèn dues formes :

Ep = m · g · h

Ec = 1/2 · m · v2

Depèn de l'energia mecànica de les molècules.

L'energia tèrmica pot passar d'un cos a l'altre.Per la qual cosa la calor es bescanvia d'uncos a l'altre de 3 formes:

1CONDUCCIÓ

Pas de la calor del cos amb major temperatura al de menor, persimple contacte entre ells.

EL FILET DE CARN REP LA CALOR PER CONDUCCIÓ.

2

CONVECCIÓ

En aquest cas el fluid fa d'intermediari. A l'escalfar-se,disminueix la seva densitat i passa a ocupar la part més alta, elfluid fred es queda a la part baixa. Aquesta circulació rep el nomde corrents per convecció.

EN L'AIGUA BULLINT HI HA UNA CONVECCIÓ DE CALOR.

3

RADIACIÓEmissió dels cossos des de la seva superfície a compte de laseva energia tèrmica en forma d'ones electromagnètiques.Si col·loquem varis cossos separats per un recinte tancat i ambdiferents temperatures, es produeix un intercanvi de radiacionsfins adquirir l'equilibri tèrmic.

LA CALOR PER EMISSIÓ DE RADIACIONS, COM EL SOL.

L’equivalència entre l'energia mecànica i l'energia calorífica o tèrmica, es deu al físic anglès Joule, elqual va demostrar experimentalment, l'any 1843, que una caloria equival a 4,18 Joules (J). Aquestaenergia, junt amb la química, són les primeres que emprar l'ésser humà. Per exemple, el foc l'hi servirper escalfar-se, defensar-se i cuinar els seus aliments.

3 Energia QUÍMICA. [Eq].S'origina quan reaccionen varis productes químics per a formar-ned'altres.

8

■ La base d'aquesta energia són aliments, vegetals i combustibles fòssils formats gràcies al'energia del Sol.

És el pas d'electrons a través d'un conductor elèctric.És una energia de transmissió, no és primària ni final. Majoritàriamentprocedeix de centrals elèctriques. També pot ser subministrada perpiles, bateries, grups electrògens, etc.

P = U · I

E = P · t

5 Energia NUCLEAR. [EN].

Es produeix per reaccions de fissió o fusió i procedeix de la transformació de la massa en energia.

2 És la que s'origina constantment en el Sol, a altíssimes temperatures.

m = massa que desapareix en [kg].

c = velocitat de la llum [3·108 m/s].

■ El Sol és el principal proveïdor d'aquest tipus d'energia.

7 Energia SONORA. [ES]. És la relacionada amb el moviment de vibració de :■ Les cordes vocals .■ Les cordes d'un violí o guitarra …etc.■ Les membranes d'un altaveu …etc

Resum de les expressions principals.

F = força. [N]. e = espai. [m]. E = Energia o treball [J].

Em = Energia mecànica [J]. m = massa [kg].

Ep = Energia potencial [J]. h = altura [m].U = tensió [V] I = intensitat [A] Ec = Energia cinètica [J]. v = velocitat [m/s].

P = potència [W] E = energia [Ws] [J]

m = massa que desapareix en [kg]. c = velocitat de la llum [3·108 m/s].


S'obté directament de la matèria, concretament, dels nuclis atòmics.

1 FISSIÓÉs la que es produeix en les centrals nuclears mitjançant el trencament (fissió) delnucli d'un àtom radioactiu com l'urani.

FUSIÓ

EN = m · c2 FÓRMULA D'EINSTEIN

La matèria es pot transformar en energia.

6 Energia RADIANT o ELECTROMAGNÈTICA. [ER].És la pròpia de les ones electromagnètiques,com per exemple, les ones infraroges,lluminoses, ultraviolades, microones, etc.

■ També existeix la denominada energia sonora, la qual permet la transmissió per l'aire devibracions i sons que fan possible la comunicació.

■ Hem vist 7 formes en les que es pot presentar l'energia. Totes elles es poden transformar en una altra,sempre complint el principi de l'energia:

L'ENERGIA NO ES CREA NI ES DESTRUEIX, ES TRANSFORMA

1.5

E = F · e

Em = Ep + Ec Ep = m · g · h Ec = 1/2 · m · v2

9

P = U · I

E = P · t

EN = m · c2

OBSERVACIONS.- Amb aquestes expressions resumides a les pàgines 21, 22 i 23 i amb les expressions i equivalències reflectides enles pàgines 6 i 7 del tema [0] es poden resoldre els exercicis que exposarem a continuació.

ENERGIA. POTÈNCIA. PODER CALORÍFIC.

El rendiment (η).

EU [EU] (treball realitzat per la màquina o sistema)η = ----- [EA] (treball aportat o absorbit de la font primària)

EA

PU [PU] (potència realitzada per la màquina o sistema)η = ----- [PA] (potència aportata o absorbida de la font primària)

PA

Potència mecànica.

v = D/2 · ω

2 · π · nω = ----------

60

■ F = Força [N] ■ Γ = Parell o moment. [N·m]

■ v = Velocitat lineal. [m/s] ■ d =

■ ω = Velocitat angular. [rad/s]

■ n = Velocitat angular. [min-1] (rpm) ■ R = Radi [m]. ■ D = Diàmetre [m]

1rBTX-Tecno Industrial ENERGIA i POTÈNCIA

2

2.1

El rendiment [η] és la relació entre El rendiment [η] és la relació entre

l'energia de sortida o útil [EU] i la potència de sortida o útil [PU] i

l'energia d'entrada o absorbida [EA] la potència d'entrada o absorbida [PA]

RECORDEM QUE EL

TEMPS (t) ENS

RELACIONA

ENERGIA (E) i

POTÈNCIA (P).

▼

Eperduda = EA - EU Pperduda = PA - PU E → genèric d'energia.

P → genèric de potència.

P ► [J/s] o [W] ■ ULL !

(potència devatada). Equivalència : 1 CV = 736 W

2.2

P = F · v v = R · ω

P = ω · Γ

Γ = F · d

Distància entre el punt de gir il'aplicació de la força. [m]

10

EA

PA

EU

PU

EP PP

MÀQUINA/SISTEMA

η

ω(n)

v

R

d

F

ΓF

dΓ

Poder calorífic.

EA EA

pC = ----- pC = ----- m VL

■ pC = Poder calorífic en [J/kg] o [J/m3].■ EA = Energia absorbida en [J].

■ m = Massa del combustible [kg].■ VL = Volum del combustible [m3].

pC · mEA = pC · m PA · t = pC · m PA = ----------

t

La relació (m/t) és utilitzada en els exercicis de selectivitat (PAU):

considerar que 1L ≡ 1Kg

q = 13,8 Kg/min q = 0,23 Kg/s

També hem de recordar l'expressió per escalfar aigua o bé líquid :

■

■

■ m = Volum equivalent a una massa d'aigua a escalfar. [kg].■ q = Cabal d'una massa d'aigua a escalfar. [kg/s].■

■ ce = Calor específica aigua. ce = 4,18 J/gºC ce = 4,18 KJ/KgºC

Cogeneració.

EA → → Eelec

E1 → → Eterm

E2 E2 = Energia perduda final.

Escalfador que dóna un cabal: q = 13,8 L/min

El poder calorífictambé el podemespressar així.


Unitats SI. Normalments'utilitzen múltiples.

Per exemple el carbó té unaenergia intrínseca : Antracita34/35 MJ per cada Kg.

Combustibles sòlids pc (MJ/kg)

1L d'aigua té una massa de1Kg per la qual cosa podem

Llenya seca

2.3

El poder calorífic és l'energia que es desprèn en lacombustió de la unitat de massa o volum d'un combustible.

18-19

Antracita 34-35

Coc 29-33

Lignit 28-29

Combustibles líquids pc (MJ/kg)

49

EU = Energia útil necessària per escalfar un volum (massa) d'aigua. [J]o [kJ].

Querosè 46Gasoil 44

EU = m · ce · ∆t PU = q · ce · ∆t Benzina

PU = Potència útil necessària per escalfar un cabal determinat d'aigua.[J/s (W)] o [kJ/s (kW)].

Fuel 43-45

Combustibles gasosos pc (MJ/kg)

Hidrogen 142

∆t = Increment de temperatura que experimenta l'aigua des d'unatemperatura inicial a final. [ºC].

Gas natural 42

Gas butà 49

∆t = tfinal - tinicial Gas propà 51

Combustibles gasosos pc (MJ/m3)

Hidrogen 13

2.4 Gas natural 46

ηelec Eelec = Energia elec. obtinguda ambgeneració.

TAULA DE PODERS CALORÍFICS.

Gas butà 120EA = Energia combustió de RSU oBIOCOMBUSTIBLE.E.Elèctrica Gas propà 97

E1 = Energia de pèrdues de la generació elèctrica.Primera transformació.E.Tèrmica

pèrdues tèrmiques 1

ηtèrmic Eterm = Energia d'escalfament d'aigua.Segona transformació.

11

pèrdues tèrmiques 2

TRANSFORMACIONS.

Energia hidràulicaA

Energia solarB/D A C. Hidroelèctriques.

Energia eòlicaE B C. Tèrmiques.

RENOVABLES ► Energia de la biomassaB C C. Nuclears.

Energia RSUB D Plaques fotovoltaiques.

Energia maremotriuF E Parks eòlics.

FONTS Energia de les onadesF F Parks marítims.

D'ENERGIA Energia de carbóB

Energia de petroliB

EXHAURIBLES ► Energia de gas naturalB

Energia d'uraniC

Altres


3

L'energia més utilitzada, la que més, és l'energia elèctrica, no és una energia primària , per la qual cosa cal feruna sèrie de transformacions a partir de les energies primàries fins obtenir-ne energia elèctrica , moltes vegadescal fer vàries transformacions que poden ser complexes.

ENERGIES PRIMÀRIES SUSCEPTIBLES DE TRANSFORMAR-SE EN ENERGIA ELÈCTRICA

L'energia elèctrica és una energia intermèdia. L'hem de produir a través d'una altra, ja que la que existeix deforma natural no és aprofitable ni suficient.

►

TRANSFORMACIÓ

S'anomena subcentral elèctrica i, també, subestació elèctrica , al conjunt d'aparells i dispositius detransformació i distribució de l'energia elèctrica, instal·lats en un edifici o a l'aire lliure, amb la missiód'alimentar una xarxa elèctrica.

ESQUEMA SIMPLE. (Imatge de Redelectrica)

12

Té l'avantatge de poder-se transformar fàcilment en altres tipus (mecànica, calorífica, lumínica…) i de poder-se transportar també fàcilment on calgui.Però té un inconvenient no la podem emmagatzemar en grans quantitats, i avui dia el consum i la demanda energètica són cada vegada més grans i imprescindibles per al desenvolupament social i econòmic. Per tant tota l'energia que produïm l'hem de consumir en el mateix moment.L'energia elèctrica es produeix en uns centres anomenats centrals elèctriques . Aquestes poden serhidroelèctriques, tèrmiques, nuclears, etc; segons quina sigui l'energia a partir de la qual es general'electricitat. A les centrals es desenvolupen una sèrie de processos en que, generalment, es transformal'energia d'origen en energia mecànica a través de turbines i l'energia mecànica en elèctrica amb elsgeneradors (alternadors) .Anomenarem central elèctrica al conjunt de màquines, generadors, aparells de control i protecció, etc.

La contaminació ambiental.

L'extracció. Els processos d'obtenció. ► Dels combustibles. ► Produeixen impactes ambientals. Utilització.

1 L'EFECTE HIVERNACLE :

El CO2 i altres gasos com vapor H2O

actuen com un vidre en un hivernacle :

CO2.

vapor H2O.

CFC(fluorocarburs).

NO2-(òxid nitrós).

CH4-metà.

O3-ozó.

2 LA PLUJA ÀCIDA :

■ Quan aquests àcids són arrossegats per la pluja o flocs de neu → pluja àcida .■ Deposició SECA: Contamina la rodalia.■ Deposició HUMIDA: Contamina centenars de km.


3.1

Deixa traspassar els rajos de sol.

Reté la infraroja (calor).

Aquest efecte produeix una elevació de latemperatura a l'atmosfera.

Els nivells naturals de CO2 i altres gasosfan possible la vida a la terra.Sense aquests, la T1/2 seria uns 30ºC més freda.L'augment de:

Pot incrementar l'efecte hivernacle i produirreescalfament del clima.

SO2-òxid sofre NO2-òxid nitrogen

Són contaminants perillosos.

Es generen al cremar fòssils.

Entren en contacte amb :

HNO3-àcid nítric

13

vapor H2O, llum i O2

Es transformen

H2SO4-àcid sulfúric

CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS. BALANÇ ENERGÈTIC.

CENTRAL HIDROELÈCTRICA (hidràulica).

► ► ►

CENTRAL TERMOELÈCTRICA (tèrmica).

► ► ► ►

CENTRAL NUCLEAR.

► ► ► ►

CENTRAL TERMOSOLAR.

► ► ► ►

PARC EÒLIC.

La quantitat de radiació solar que incideixi sobre l'aire, escalfant-lo. La rotació de la Terra. Les condicions atmosfèriques.

► ►

GEOTÈRMICA.

► ► ►

1rBTX-Tecno Industrial CENTRALS ELÈCTRIQUES

4

4.1Es basen en l'aprofitament de l'energia de l'aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica .

E.potencial E.cinètica E. mecànica E.elèctricaEMBASSAMENT CANONADES TURBINA ALTERNADOR

4.2Es basen en la generació d'energia elèctrica a partir de l'energia tèrmica produïda per la combustióde carbó, fuel (gas oil) o gas natural .

E. química E. tèrmica E.cinètica E. mecànica E.elèctricaCOMBUSTIBLE CALDERA VAPOR TURBINA

VAPOR TURBINA

ALTERNADOR

4.3Una central nuclear és una instal·lació termoèlectrica que aprofita la font de calor originada per lafissió del nucli d'urani per a produir energia elèctrica .

E. nuclear E. tèrmica E.cinètica E. mecànica E.elèctricaALTERNADOR

4.4Anomenades centrals solars de torre central (CRS, Central Receiver System). Aprofiten l'energia solara alta temperatura. El sistema de captació està format per una gran superfície coberta d'heliòstats , anomenada camp d'heliòstats , que concentra la radiació solar en un receptor (caldera) instal·lat al'extrem superior d'una torre.

E. solar E. tèrmica E.cinètica E. mecànica E.elèctrica

FISSIÓ URANI CALDERA

ALTERNADOR

4.5L'energia eòlica té com a font el vent, l'aire en moviment, per la qual cosa la forma d'energia éscinètica. Aquesta energia depent dels factors següents :

Aquestes condicions originen zones amb diferents temperatures i pressions, per la qual cosa el ventbufa des de les zones d'altes pressions a les de baixa pressions. Es calcula que un 2% de l'energiasolar que rep la Terra es converteix en energia cinètica dels vents, però pràcticament només es potaprofitar el vent que circula prop de terra.

HELIÒSTATS CALDERA VAPOR TURBINA

E. cinètica E. mecànica E.elèctricaPALES ROTOR MULTIPLICADOR ALTERNADOR

4.6El terme geotèrmic s'utilitza per a referir-se a la calor emmagatzemada en la Terra . La calor, perregle general, es transmet per conducció, part de la qual passa a la superfície terrestre on s'allibera,però degut a la baixa conductivitat dels materials (diversos) que constitueixen el subsòl terrestre,permeten que l'altre part s’emmagatzemi en l'interior.

E. tèrmica E.cinètica E. mecànica E.elèctrica

14

CALOR TERRA VAPOR TURBINA ALTERNADOR

CONVERTIDORS i ELEMENTS D'ENERGIA.

La turbina.

La turbina, en general, és un convertidor d'energia hidràulica o tèrmica en energia mecànica.

Les podem diferenciar en dues :

1 TURBINES HIDRÀULIQUES.

Turbina d'acció, d'eix horitzontal. Instal.lació no submergida. Per a salts entre 400 m/2500 m i petits cabals.

Turbina de reacció, d'eix vertical/horitzontal. Instal.lació sí submergida.Per a salts i cabals mitjans.

Turbina de reacció, d'eix vertical/horitzontal/inclinat. Instal.lació sí submergida.Per a salts petits (màxim 30 m) i grans cabals.

2 TURBINES DE VAPOR.

AP = Alta pressió. Àleps nombrosos de radi petit.

MP = Mitja pressió. Àleps no tant nombrosos de radi més gran.

BP = Baixa pressió. Àleps en menor quantitat de radi molt més gran.

TURBINA DE VAPOR

15

Són convertidors rotatius que transformen l'energia cinètica del vapor, el qual té una pressiógran, la qual expandeix dins les càmeres, normalment de tres cossos:

SÍMBOL

ESQUEMÀTIC

L'objectiu d'aquesta triple disposició és aprofitar al màxim la força del vapor augmentantprogressivament el radi dels àleps a mesura que disminueix la força del vapor (pèrdua depressió a mesura que va passant per cada cos).

En els àleps rotatius se'ls transfereixuna energia mecànica.

Kaplan

T. HIDRÀULICA EIX HORITZONTAL T. HIDRÀULICA EIX VERTICAL

SÍMBOL

ESQUEMÀTIC

5.1

Són convertidors rotatius que transformen l'energia cinètica d'un fluid (aigua) en energiamecànica, les més importants són:

Pelton

Francis


5

T-HID-eix H

desguàs

E. mecànica

E. Hidràulica

T. VAPOR

E. mecànica

Sortidavapor/aigua

Entradavapor apressió

AP

BPMP

MP

T-HID-eix Vdesguàs

E. mecànica

E. Hidràulica

L'alternador i el transformador.

1 L'ALTERNADOR.

L'alternador és un convertidor d'energia mecànica en energia elèctrica de corrent altern.

Observacions .- D'aquests convertidors se'n diuen màquines elèctriques.

Una de les dues definicions de Faraday:

2 EL TRANSFORMADOR.

Pot transformar un corrent altern de:

ALTA TENSIÓ i BAIXA INTENSITAT --en---> BAIXA TENSIÓ i ELEVADA INTENSITAT

BAIXA TENSIÓ i ELEVADA INTENSITAT --en---> ALTA TENSIÓ i BAIXA INTENSITAT

ESQUEMÀTIC

SÍMBOL

ESQUEMÀTIC

La mateixa paraula ho diu, no el podem considerar convertidor, l'hem de considerar com atransformador de dues magnituds elèctriques alhora, tensió i intensitat.

REDUCTOR

ELEVADOR

16


5.2

Està constituït per un eix rotatiu on hi ha uns pols magnètics (rotor) els quals indueixen unafem (força electromotriu) a les bobines allotjades en un tambor anomenat estator, a partird'aquí surten tres conductors (corrent trifàsic) o bé dos (corrent monofàsic), aquestsconductors són accessibles mitjançant una caixa de borns.

UN CONDUCTOR O VARIS, ELS QUALS ES MOUEN DINS D'UN CAMPMAGNÈTIC, EN ELS SEUS EXTREMS ES GENERARÀ UNA fem.

POSICIÓ HORITZONTAL POSICIÓ VERTICAL

SÍMBOL

ALTERNADOR

E. elèctrica

E. mecànica

ALTERNADOR

E. elèctrica

E. mecànica

TRAFO

primari

21secundari

E. e lèctrica 1 E. elèctrica 2

El bescanviador (intercanviador), rescalfador i condensador.

1 EL BESCANVIADOR.

Tipus 1 .- Fluid A -> Serpentí A -> Envoltant (medi transmissor) -> Fluid B.

Tipus 2 .- Fluid A -> Serpentí A -> Envoltant (medi transmissor) -> Serpentí B -> Fluid B.

El podem definir breument com :

2 EL RESCALFADOR.

3 EL CONDENSADOR.

SÍMBOL

ESQUEMÀTIC

17

SÍMBOL

ESQUEMÀTIC

El vapor que surt de la turbina cal liquar-lo per tornar a transformar la quantitat de el calordel vapor condensat. Quan el vapor que ha sortit de la turbina entra en el dipòsitpràcticament buit d'aire, denominat condensador, en el qual es liqua el vapor al posar-se encontacte amb l'aigua freda que s'introdueix en el condensador, un cop recuperat el vaporcondensat (liquat) es torna a enviar com a aigua d'alimentació de la caldera. Els tipus mésconeguts són:

1. Condensador de superfície.- Obté un producte condensat moltpur (poques matèries sòlides, escuma, etc.). No hi ha contacte ambl'aigua de refrigeració.

També hi ha un circuit secundari que pot ser l'interior del'envoltant o una canonada com el circuit primari.

Pel principi d'equilibri els fluids s'intercanvien el calor pelcontacte entre ells.

SÍMBOL ESQUEMÀTIC

2. Condensador de raig.- El vapor procedent de la turbina passa alcondensador, en el qual es barreja amb l'aigua de refrigeració quecircula per dins dividida en fins rajos.

APARELL EN QUE UN FLUID CEDEIX CALOR A UN ALTRE QUE ES TROBA A UNATEMPERATURA MÉS BAIXA.

És, també, un bescanviador de calor, que està destinat a transmetre energia addicional alvapor saturat procedent de la caldera. Els tipus més coneguts són:

1. Rescalfadors de convecció.- Prenen l'energia dels gasos decombustió que es dirigeixen a la xemeneia.

2. Rescalfadors de radiació.- Prenen l'energia directament de lesflames de la caldera.

És un element utilitzat en circuits de fluids tèrmics ( calor/fred ) el qual permet unatransferència de calor entre dos fluids A i B, els fluids no entren en contacte entre si per ferl'intercanvi, aquest fet possibilita tenir dos fluids diferents, no barrejats, en un mateix circuit,la qual cosa és una solució a possibles contaminacions entre fluids, i, amés es pot utilitzar elfluid més adient segons la transferència o intercanvi de la calor.

Consta d'un circuit primari constituït d'una canonada en espiral,màxima longitud en poc espai, per on hi circula el fluidcontaminant, de l'espiral se'n diu serpentí.


5.3

Primari (A)

BESCANVIADOR

Secundari (B)

PRESCALFADOR

Fluid reescal fat

Apo rtació cal or

Vap or

Aig ua

CONDENSADOR

ESQUEMA CENTRAL HIDROELÈCTRICA.

EU = η · m · g · h

EU PU VLη = ----- η = ----- Q = -----

EA PA t

E = P · t

1 L = 1 dm3 ≡ 1 Kg1 m3 ≡ 103 Kg

EA = Energia absorbida [J] (W·s). EU = Energia útil [J] (W·s). PA = Potència absorbida [W] (J/s). PU = Potència útil [W] (J/s). m = Massa d'aigua [Kg]. h = Alçada de la presa [m]. η = rendiment [º/1]. Q = Cabal [m3/s]. VL = Volum d'aigua [m3]. t = Temps [s].

18

6.1


ESQUEMA CENTRAL TERMOELÈCTRICA.

m = Massa del combustible [Kg].VL = Volum del combustible [m3].η = rendiment [º/1].

EA EAPC = ----- PC = -----

m VL

EU PUη = ----- η = -----

EA PA

EA = Energia absorbida [J] (W·s).EU = Energia útil [J] (W·s).PA = Potència absorbida [W] (J/s).PU = Potència útil [W] (J/s).t = Temps [s].

p 273 PC = PC(CN) · ---------· ----------

101300 273 + T

(CN) = Condicions Normals

p = 1 atmT = 0 ºC

p = Pressió del gas [Pa].T = Temperatura del gas [ºC].


6.2

EU = η · PC · m

EU = η · PC · VL

combustibles sòlids

combustibles líquids

19

PC = Poder calorífic en [J/Kg] o[J/m3].

E = P · t

per a GASOS

ESQUEMA CENTRAL NUCLEAR.

m = massa que desapareix en Kg.c = velocitat de la llum (3·108 m/s).η = rendiment [º/1].

EA EAPC = ----- PC = -----

m VL

EU PUη = ----- η = -----

EA PA

E = P · t

EA = Energia absorbida [J] (W·s).EU = Energia útil [J] (W·s).PA = Potència absorbida [W] (J/s).PU = Potència útil [W] (J/s).t = Temps [s].

EU = η · m · c2

20


6.3

ESQUEMA CENTRAL TERMOSOLAR (FORN).

EU = Energia útil [J] (W·s). I0 = Emissivitat del sol [1395 W/m2].EA = Energia absorbida [J] (W·s). CA = Coeficient de nuvolositat [º/1].

E = P · t η = rendiment [º/1]. AH = Àrea útil d’heliòstats [m2].

EU = η · AH · I0 · t · CA

21


6.4

PARC EÒLIC.

EC = EA = 1/2 · m · v2

m = δ · S · v

EA = 1/2 · δ · S · v · v2

La densitat de l'aire a nivell del mar és de 1,225 Kg/m3

EA = 1/2 · δ · S · v3 · 0,5925 EA = 1/2 · 1,225 · S · v3 · 0,5925

π · D2 π · D2

S = ------ EA = 1/2 · 1,225 · ------- · v3 · 0,59254 4

EA = 0,285 · D2 · v3

EU PUη = ----- η = -----

EA PA

E = P · t

EA = Energia absorbida [J] (W·s).EU = Energia útil [J] (W·s).PA = Potència absorbida [W] (J/s).PU = Potència útil [W] (J/s).m = Massa d'aire [Kg].η = rendiment [º/1].t = Temps [s].D = Diàmetre de les pales de l'aerogenerador [m].v = Velocitat del vent [m/s]. (Freqüència de velocitat mitjana analitzades durant 10 anys)

El teorema de Betz, diu que només és possible recuperar el 59,25 % (0,5925) de l'energiacinètica del vent. Més d'aquest percentatge es produiria l'efecte bloqueig.

EU = 0,285 · η · D2 · v3

22


6.5

ESQUEMA CENTRAL GEOTÈRMICA.

23


6.6

EFICIÈNCIA.

Estalvi domèstic d'energia.

1rBTX-Tecno Industrial Eficiència energètica en els HABITATGES

7Eficiència energètica és la relació entre la quantitat d'energia consumida i els productes i serveis finalsobtinguts. Es pot millorar mitjançant la implantació de diverses mesures i la inversió a nivell tecnològic, de gestiói d'hàbits de consum en la societat.

Des dels inicis de la Revolució industrial al segle XVIII s'ha debatut molt sobre l'estalvi de l'energia. El pensador William GuillemStanley Jevons va publicar el 1865 un llibre titulat The Coal Question (La qüestió del carbó ). Hi va enunciar la Paradoxa de Jevons:«augmentar l'eficiència disminueix el consum instantani, però incrementa l'ús del model el que provoca un increment del consumglobal ». Una paradoxa anàloga a aquesta és la Paradoxa de l'estalvi.

Un pla actiu d'estalvi d'energia és el que s'ha implantat a la Unió Europea (UE) en el sector de l'habitatge idels serveis, compost en la seva majoria per edificis, els quals absorbeixen més del 40% del consum finald'energia a la Comunitat i es troba en fase d'expansió, tendència que previsiblement farà augmentar el consumd'energia i, per tant, les emissions de diòxid de carboni. Aquesta normativa és similar a la etiquetaenergètica dels electrodomèstics. La idea és construir edificis bioclimàtics encarregats d'aprofitar l'energia del'entorn. El Parlament Europeu aprovava recentment una directiva que obligarà els Països Membres a assumirl'anomena't "triple objectiu vint" per a 2020: reducció de les emissions de diòxid de carboni (CO2) en un20%; augment de l'eficiència energètica en un 20 %, i que l'energia a la Unió Europea (UE) provingui en un20% d'energies renovables.

CASA SOLAR BIOCLIMÀTICA

L'arquitectura bioclimàtica suposa un sobre cost constructiu, peròque es compensa per l'estalvi en el consum dels sistemes artificials decondicionament ambiental.

L'operació diària habitual que es fa a l'habitatge pot comportar un estalvi considerable d'energia si escanvien les actituds i s'és conscient del consum real i del necessitat. En la majoria dels casos n'hi ha prouamb l'elecció d'un electrodomèstic de baix consum, o d'una racionalització del consum de la calefacció,de l'aire condicionat i de l'aigua calenta sanitària (ACS). L'aïllament tèrmic de l'edificació ha de tenir unpaper fonamental en la reducció del nivell de demanda energètica. La casa passiva té un requerimentd'energia primària inferior a 120 kWh/m² any.

L'arquitectura bioclimàtica consisteix en el disseny d'edificis que tinguin en compte l'entorn, optimitzant lautilització dels recursos naturals (sol, vegetació, vent, etc.) per tal d'estalviar energia i fer més saludables elsedificis als seus usuaris.

7.1Els aproximadament 160 milions d'edificis de la Unió Europea representen el 40% del consum de l'energiaprimària d'Europa. Per tant, l'ús d'energia en edificis representa la major contribució a l'ús de combustiblesfòssils i les emissions de diòxid de carboni.

24

ESQUEMA DE CASA PASSIVA BIOCLIMÀTICA

Els electrodomèstics tenen molta importància en l'estalvi d'energiadomèstic. A la UE la majoria d'ells tenen un etiquetatge especialanomenat etiqueta energètica que indica la seva eficiència d'estalvi en elconsum i el respecte d'un aparell amb el medi ambient. No tots elselectrodomèstics tenen l'etiqueta energètica, només aquells queconsumeixen molt o que estan connectats gran part de la seva vida útil,aquests electrodomèstics principals podem considerar: neveres i congeladors, rentadores, rentavaixelles, assecadores, rentadores-assecadores, fonts de llum domèstiques, forn elèctric, i aire

Tot i que sembla un concepte nou, l'arquitectura bioclimàtica es basaen els sistemes constructius que tradicionalment ha empratl'arquitectura popular. Els habitants de cada clima han trobat una formad'habitatge ideal per enfrontar-se als rigors del temps (cabanesventilades a climes càlids amb molta humitat, habitatges soterrats aclimes àrids amb forts canvis de temperatura, o fins i tot les sofisticadesfinestres amb porticons exteriors del centre i nord d'Europa)

Codi d'eficiència energètica.

■ Identificació mitjançant un codi de color + lletra.1 Un electrodomèstic pot consumir 55% menys.

2

3

4

5

6

7

Consideracions d'estalvi.

1 ENLLUMENAT.

2 CUINA.

Existeixen noves tecnologies de lluminàries com els díodes emissors de llum (LED), així comdiverses tecnologies de control de la il·luminació: regulació de potència, sensors de proximitat,combinació llum natural - llum artificial, doble il·luminació i il·luminació selectiva.


[A] [verd fosc]

La normativa europea expressa l'eficiència energètica dels electrodomèstics en una escala de 7 classes d'eficiència:

[B] [verd]

[C]

7.2

[F] [taronja]

[G] [vermell]

[verd clar]

[D] [groc]

[E] [groc fosc]

7.3

Utilitzar bombetes de baix consum en aquelles dependències de l'habitatgeque hagin de romandre molt de temps enceses. Sempre que sigui possible,aprofitar la il·luminació natural. Utilitzar la llum només quan es necessiti.

Les làmpades halògenes consumeixen molta més energia que altres tipus de bombetes i dissipenmés calor. Els llums fluorescent duren fins a 10 vegades més que les bombetes tradicionals i sónmolt eficients energèticament, si s'ha de tenir una làmpada fluorescent apagada menys de 15-20minuts[7], és millor deixar-lo encès (el temps depèn de la tarificació elèctrica i el preu de la làmpada:quant més cara la tarifa i més barata la làmpada, menor serà aquest temps). Si es té il·luminacióexterior en un jardí, controlar el seu funcionament mitjançant un programador o interruptorcrepuscular.

BOMBETA DE BAIX CONSUM

25

En els habitatges que tinguin una orientació adequada amb finestres o terrasses assolellades, espoden utilitzar forns solars d'acumulació, cuinen a foc lent conservant moltes propietats delsaliments. El temps de cocció és el doble que en un forn normal, però el cost d'energia és zero. Tenenpoca potència i això fa que no es cremi el menjar.

Cal utilitzar sempre cassoles i paelles de diàmetre una mica més gran que la placa o zona de cocció itapar sempre les cassoles perquè la cocció és més ràpida. Utilitzar bateries de cuina amb fons difusorde calor. Utilitzar sempre que es pugui olles a pressió perquè consumeixen menys energia iestalvien molt de temps.

Aprofitar la calor residual en les vitroceràmica. Una vegada s'arriba albull, reduir al mínim, ja que una ebullició alta no implica una majortemperatura i, per tant, no escurça el temps de cocció. Les cuines d'inducció, consumeixen molta menys electricitat que lesvitroceràmiques. Són més eficients en la cocció.

CUINA D'INDUCCIÓ

3 FRIGORÍFIC-CONGELADOR.

4 FRIGORÍFIC-CONGELADOR.

Temperatura aigua freda (G-). Acumulador ACS.

Placa solar + circuit amb bescanviador. Energia solar.

Temperatura aigua calenta (F+). - Punt de consum -.

5 RENTADORA i RENTAVAIXELLES.

6 STAND-BY

És convenient apagar per complet els equips elèctrics que no es vagin a utilitzar ja que es calcula queel mode stand-by suposa d'un 5-10% del consum total, que podem considerar del tot superflu. En elcas dels equips que no compten amb botó d'apagada, pot resultar útil utilitzar preses de corrent(endolls) amb interruptor incorporat que elimina el stand-by.

[B]

[D]

26

Utilitzar al màxim la capacitat de la rentadora (o assecadora) ambaquesta pràctica es redueix molt el consum d'aigua, detergent i energia, amés s'allarga de forma considerable la vida del electrodomèstic. Si escompra una rentadora nova, és recomanable triar-la amb centrifugat d'altavelocitat. La roba sortirà escorreguda i es redueix el temps d'ús del'assecadora. Un centrifugat de la rentadora a 1.200 min-1 revolucions, enlloc de 700 min-1, redueix el consum de l'assecadora en un 20%. Tot i així,si és possible, és recomanable no usar assecadora, sinó estendre la robaperquè s'assequi a l'aire.

Aprofitar al màxim la capacitat del rentavaixelles (rentaplats) i seleccionar el programa adequat. Sino està ple, es pot realitzar un pre-rentat amb aigua freda ja que facilita el rentat posterior. Tenircura en posar els estris ja que l'aigua ha de circular entre ells amb facilitat. Utilitzar els nivells de sal iabrillantador recomanats. Cal recordar que els programes econòmics / ecològics solen ser els demajor durada, en contra del que es pot pensar. Això és degut a la reutilització d'aigua i l'ús detemperatures menors, el temps necessari per igualar el resultat d'un rentat curt, és menor. Elsprogrames curts són els de major consum tant d'aigua com d'electricitat.

[C]

[E]


[A]

Regular la temperatura de l'aparell just a les necessitats. Cal tenir aquestselectrodomèstics el més lluny possible del focus de calor (sol, forn, etc.). Nointroduir aliments calents al frigorífic o al congelador: deixant-los refredarfora, s'estalvia energia. Mantenir les portes obertes el menor tempspossibles i comprovar que tanquen correctament. Quan es compri unanevera o congelador s'ha de triar en funció al codi d'eficiència.

El frigorífic és l'electrodomèstic de les llars que consumeix mésenergia elèctrica, fent un ús racional del mateix s'aconsegueix unbon estalvi.

Els termos d'aigua calenta sanitària (ACS) seria recomanable instal·lar-lo dins de l'habitatge, tan aprop com sigui possible dels punts de consum (cuina, cambra de bany), si s'utilitza la dutxa en lloc dela banyera es consumeix pràcticament la quarta part d'aigua i energia. La instal·lació d'una vàlvulamescladora a la sortida del termos, s'obté l'aigua calenta a una temperatura constant, és a dir, méscomoditat i menys consum. Utilitzant termos acumuladors d'aigua calenta i contractant la tarifanocturna, es pot estalviar més del 50% en el cost d'aigua calenta.Respecte de l'ACS es pot utilitzar també com ajuda l'energia solartèrmica, mitjançant ús de sistemes d'emmagatzematge d'energia solar que retinguin la calor perquè l'ACS estigui disponiblela major part de temps possible. Aquest esquema és molt bàsic i noreal, però apropa la idea de l'aprofitament de l'energia solar. Elssistemes reals són una mica més complexos. Actualment tots elsedificis d'habitatges nous estan obligats a fer una instal·laciód'aprofitament solar pel conjunt d'habitatges.

Balanç net zero a l'autoconsum energètic.


7.4

27

El balanç net zero per a l'autoconsum energètic, balanç net zero, balanç net 0 (a premsa noespecialitzada es pot llegir, de vegades balanç net) o balanç zero, a l'àmbit de l'energia, l'economia,i societat, es refereix a l'opció política que permet als productors particulars (famílies) de vendre electricitat a la xarxa elèctrica. A Espanya la demanen al govern tant tècnics especialistes (per exemplecol·legis d'enginyers) com entitats que vetllen per la sostenibilitat i el medi ambient (com WWF o Som Energia),però oficialment la seva legislació encara roman en curs. El balançzero energètic permetria que les energies renovables fossin viables econòmicament sense necessitat desubvencions ni impostos especials.

Es preveu que la Unió Europea tregui una novadirectiva segons la qual en 2015 tots[1] els edificispúblics haurien de tenir un balanç zero energètic, ique a partir de 2020 el tinguin tots, públic oprivats, de nova construcció.

És molt bonic de dir-ho "políticament" però homconsidera que es quedarà en bones intencions.

[1]

La cogeneració.

ESQUEMA DE RESOLUCIÓ DE PROBLEMES DE COGENERACIÓ.

EA → E.Electrica → Eelec

ηelec↓ pèrdues tèrmiques 1

Eterm → E.Tèrmica → ETaigua

ηtèrmic↓ pèrdues tèrmiques 2

EA = Energia aportada mitjançant la combustió de RSU

Eelec = Energia elèctrica obtinguda amb generació.

Eterm = Energia aportada mitjançant les pèrdues de la generació elèctrica (1a transformació).

ETaigua = Energia d'escalfament d'aigua (2a transformació).

Planta de cogeneració de 250 MW a Massachusetts

28

La cogeneració consisteix en la producció combinada de calor i electricitat. Procediment mitjançant elqual s'obtenen simultàniament energia elèctrica i energia tèrmica útil (vapor, aigua calenta, aire calent)apartir d'una font d'energia primària. També es pot definir com la producció conjunta, en procés seqüencial,d'energia elèctrica o mecànica i d'energia tèrmica útil (en forma d'aigua calenta, vapor, etc.), apartir d'una mateixa font primària.

El gran avantatge de la cogeneració és l'eficiència energètica que es pot obtenir del combustible primariutilitzat, a diferència de les opcions convencionals de generació d'energia tèrmica i elèctrica perseparat. Per exemple, al generar electricitat amb un motor generador o una turbina, l'aprofitament energètic del combustible és del 25 – 40 %, en canvi generant electricitat amb un sistema decogeneració augmentem el rendiment global de la màquina aprofitant l'energia tèrmicadissipada pel generador.

Una planta de cogeneració a Dinamarca que utilitza palla com a combustible per produir energia i alhora escalfar elshivernacles que es veuen a la dreta de la imatge.

ESQUEMA DE RESOLUCIÓ DEPROBLEMES DE COGENERACIÓ.◄


7.4

a) L'energia elèctrica Eelec, en MW·h, produïda en un dia i la potència elèctrica mitjana Pelec.

b) La quantitat d'aigua diaria maigua, escalfada.

c) El cabal mitjà q, en L/s, d'aigua escalfada.

EA → → Eelec

E1 → → Eterm

E2 (pèrdues finals)

EA

pC = ----- EA = pC · m = 70·103 · 11,5 = 805·103 MJ m

Eelecηelec = ------ Eelec = ηelec · EA = 0,29 · 805·103 = 233,5·103 MJ (233,5·103 MWs)

EA

Eelec 64,86Eelec = 233,5·103 MWs / 3600 = 64,86 MWh Pelec = ------ = -------- = 2,703 MW a)

t 24

E1 = EA - Eelec = 805 - 233,5 = 571,6·103 MJ

sabem que: ce = 4,18 J/gºC també ce = 4,18 kJ/kgºC

Etermicηtermic = ------- Etermic = ηtermic · E1 = 0,75 · 571,6·103 = 428,7·103 MJ

E1

Etermic = ηtermic · E1 = 0,75 · 571,6·103 = 428,7·106 kJ

Etermic 428,7·107

Etermic = ma · ce · ∆T ma = --------- = ------------- = 2930280 kg/dia b)ce · ∆T 4,18 · 35

VL 2930·103

q = ----- = ------------- = 33,91 L/s c) t 24 · 3600

E.Tèrmicaηtèrmic

↓

29

E.Elèctricaηelec

↓

exer. PAU 1 En una planta d'aprofitament de biomassa es reben cada dia m = 50·103 kg de residusvegetals que tenen un poder calorífic mitjà pc = 11 MJ/kg. La planta produeix electricitatamb un ηelec = 0,28 i la resta d'energia s'aprofita amb un rendiment ηtermic = 0,85 perescalfar aigua. La calor específica de l'aigua és ce = 4,18 J/g ºC i la temperatura s'incrementaen ∆t = 40 ºC. Determineu:

2004

1rBTX-Tecno Industrial PROBLEMES RESOLTS DE COGENERACIÓ

a) El rendiment elèctric mitjà ηelec de la planta.

b) El rendiment tèrmic mitjà ηtermic de la planta.

c)

→ →

→ →E.Tèrmica

E.Elèctricaηelec

↓

30

1rBTX-Tecno Industrial PROBLEMES DE COGENERACIÓ

exer. PAU 2 Una planta de tractament i aprofitament de residus produeix una energia elèctrica diària Eelec

= 65 MWh a partir de mr = 75·103 kg de residus vegetals que tenen un poder calorífic mitjàp = 11,8 MJ/kg. La resta de l'energia provinent d'aquests residus s'empra per a elevar latemperatura de ma = 3·106 kg d'aigua en ∆t = 40 ºC. La calor específica de l'aigua és ce =4,18 J/g·ºC. Determineu:

2007

ηtèrmic

↓

La potència elèctrica mitjana Pelec i el cabal mitjà q, en L/s, d'aigua escalfada.

1 2

a) 2,2 A/h c) 1,4 KWh/setmana

a) Conducció c) Convecció b) 440 W/dia d) 220 KWh/dia

b) Inducció d) Radiació

4

3

Quina força ha fet ?

a) 98,1 J c) 0 J a) 8 N c) 1 Kp

b) 9,81 J d) 10 J b) 1 N d) 80 Kp

5 6

a) Energia química c) Energia mecànica

a) 80,00 cal c) 100,0 cal b) Energia tèrmica d) Energia radiant

b) 19,14 cal d) 800,0 cal

8

7

a) Mecànica en tèrmica c) Química en tèrmica

a) Termòlisi c) Cataforesi b) Tèrmica en radiant d) Radiant en tèrmica

b) Piròlisi d) Electròlisi

10

9

Quina força ha fet ?

a) 28800 Kp c) 1 KN a) 25,00 % c) 82,58 %

b) 2936 Kp d) 80 KN b) 35,35 % d) 40,25 %

31

1rBTX-Tecno Industrial PROBLEMES

exer. 2 Cada qüestió CORRECTE suma 0,6 punts. Una qüestió INCORRECTE resta - 0,3 punts. Unaqüestió NO contestada ni suma ni resta.

En les següents respostes n'hi ha una que ésincorrecte, quan es diu que la calor estransmet per:

Una bombeta de 220 V i 100 W, connectada,durant 2 h al dia consumeix:

Una persona ha fet un treball durant 80 s de 80J per a desplaçar 10 m una caixa:L'energia cinètica d'un objecte d'1 Kg situat

en una teulada a una alçada de 10 m és:

Un motor consumeix 10 A a 220 V, durant 3 h i,durant aquest temps ha elevat un pes de 10 Tn auna alçada de 200 m. Quin rendiment té aquestmotor ?

Una màquina ha fet un treball durant 8 h dede 8 kWh per a desplaçar 1 km una caixa.

Quin nombre de calories ha cremat lapersona de la qüestió [4] al fer aquesttreball:

En tot procés de transformació de l'energia partes degrada en forma de:

Un combustible, al cremar-se, s'està produint latransformació energètica:El pas d'energia elèctrica en química es

realitza mitjançant:

CONVERTIU:

1 2 Gcal ---> KW·h

2 200 KW·h ---> cal

a) El parell desenvolupat.

b)

a) El parell Γu a l'eix de sortida.

b) El rendiment electromecànic η de la batedora.

c)

a) L'energia potencial d'aquest ocell. Doneu-la en (J) i (cal).

b) L'energia cinètica d'aquest ocell. Doneula en (J) i (cal).

a) L'energia cinètica quan circuli a una velocitat de 18 km/h.

b)

a) La massa, si sabem que té una energia potencial de 200 J.

b) Si la deixem anar quina velocitat portarà quan estigui a una altura de 2 m.

a) La potència. Doneu-la en [kW] i [kJ/h].

b) El treball (energia) fet si està funcionant durant 1 h. Doneu-lo en [kWh].

32

exer. 10 Una bola es troba a una alçada del terra de 5 m. Determineu:

exer. 11 El motor d'una excavadora té una potència de 250 CV. Determineu:

exer. 9 Un ciclista de 70 kg massa damunt d'una bicicleta de 12 kg de massa. Determineu:

L'energia cinètica quan circuli a una velocitat el doble de l'apartat a).

exer. 3Convertiu:

"

exer. 4 El poder calorífic d'un oli és de pcoli = 40 MJ/kg i la seva densitat de ρoli = 0,82 kg/L.

Expresseu el poder calorífic amb unitats de GJ/m3.

L'energia elèctrica consumida Eelec i l'energia dissipada Ediss si es fa funcionar durant untemps t = 20 min.

exer. 5 Un automòbil desenvolupa una potència de 120 CV a una velocitat angular de les rodes de150 rad/s. Si considerem negligibles les pèrdues. Determineu:

Si el diàmetre de les rodes és de 40 cm. A quina velocitat lineal va l'automòbil ?.Doneu-la en km/h.


exer. 6 Pel motor d'una batedora alimentada a una U = 230 V circula un corrent I = 0,800 A. Enrègim de funcionament nominal, proporciona a l'eix de sortida, que gira a n = 3500 min-1

una potència Pu = 78 W. Determineu:

exer. 8 Un ocell de 300 g de massa vola a una alçada de 10 m sobre el terra a una velocitat de 15km/h. Determineu:

exer. 7 Es disposa d'un motor per a bombejar aigua a un dipòsit que es troba a 60 m d'alçada.Calculeu el seu rendiment si amb 2098 g de combustible subministrem al dipòsit 80000 L.Dades: Poder calorífic del combustible pc = 44 MJ/kg.

a) La potència desenvolupada per la grua. Doneu-la en [kW] i [CV].

b) El treball (energia) fet si està funcionant durant 1 h. Doneu-lo en [kWh].

a) La potència. Doneu-la en [kW] i [kJ/h].

b) Quina energia ha consumit. Doneu-la en [kWh] i [kJ].

a) El treball emprat pels frens.

b) La força desenvolupada pels frens.

c) Quin temps triga per frenar.

d) Quina potència es necessita per frenar.

a)

b)

a)

b)

a)

b) L'energia absorbida per aquest motor.

c) El volum de gas que ha cremat el motor.

33

exer. 13


exer. 20

exer. 12 Una grua eleva una càrrega de 500 kg des del terra fins a una altura de 15 m en 10 s.Determineu:

Una placa vitroceràmica de 220 V per la qual circula una intensitat de 6 A està connectadadurant 4 h. Determineu:

exer. 14 Calculeu el temps que trigarà una bomba d'aigua de 8 CV en elevar 1000 m3 d'aigua fins aun dipòsit situat a 50 m d'altura. Calculeu també el cost per a realitzar aquest treball si elkWh té un preu de 20 cèntims d'euro.

Un automòbil de massa 1000 Kg es desplaça a una velocitat de 72 Km/h. Calculeu laquantitat de calor que s'ha produït en els frens per reduir la velocitat a 50 km/h.

exer. 16 Un motor elèctric de 15 CV treballa a plena potència durant 20 h. Calculeu el cost del'energia que consumeix si el preu és de 0,25 €/kWh.

exer. 15

exer. 17 Una locomotora de 95 tones de massa que desenvolupa una velocitat de 40 m/s, aplica elsfrens i avança encara 6,4 km abans de parar-se. Determineu:

exer. 18 Una màquina tèrmica desenvolupa una energia útil de 30 MJ i n'absorbeix 40 MJ.Determineu:

El rendiment. Doneu-lo en %.

Si està funcionant durant 1,5 h, quina serà la potència útil d'aquesta màquina ?. Doneu-laen kW i CV.

exer. 19 Un motor elèctric acciona una màquina amassadora, té una PU = 15 CV i està funcionantdurant 20 h. El rendiment és de, η = 0,8. Determineu:

La potència i energia útil.

La potència i energia absorbida.

Un motor de gas fa funcionar una grua. Es desitja elevar un pes de 2000 Kp a una alçada de20 m. El rendiment d'aquest motor és: η = 20% i el poder calorífic del gas, PC = 7500

kcal/m3. Determineu:

L'energia útil necessària per a elevar aquest pes.

a) Abans de deixar anar l'objecte.

b) Quan està a 120 m del terra.

c) Quan està a 10 m del terra.

d) Just en el moment d'impactar en el terra.

a) Ep = m · g · h m · g = 20Kp · 9,81 = 196,2 N

Ep = 196,2 · 300 = 58860 J Ec = 0 J

b) Ep = 196,2 · 120 = 23544 J Ec = 58860 - 23544 = 35316 J

c) Ep = 196,2 · 10 = 1962 J Ec = 58860 - 1962 = 56898 J

d) Ep = 0 J Ec = Em - Ep = 58860 J

a) Quina energia ha consumit. Doneu-la en kWh i kJ.

Eelec = U · I · t = 230 · 8 · 40 · 60 = 4416·103 J = 4416 kJ (kWs)

1 hEelec = 4416 kWs · --------- = 1,227 kWh

3600 s

Pelec = 25 CV · 0,736 = 18,4 kW

Eelec = Pelec · t = 18,4 kW · 24 h = 441,6 kWh

cost = 441,6 kWh · 0,25 €/kWh = 110,4 €

34

exer. 23 Un motor elèctric de 25 CV treballa a plena potència durant 24 h. Calculeu el cost del'energia que consumeix si el preu és de 0,25 €/kWh.

exer. 21Des d'un helicòpter, a una alçada de 300 m sobre la superfície terrestre, es deixa anar unobjecte de 20 kp. Calculeu l'energia mecànica, cinètica i potencial en les situacions següents:

OBSERVACIONS:

Si ens fixem en l'apartat a) l'objecte es troba a 120 m d'alçada i en repòs, per laqual cosa tindrà una energia potencial de 58,86 kJ. L'objecte fa una trajectòriarectilínia i sense fregament amb l'aire, situació que podem considerar d'ideal, quanjust en el moment de aturar-se (apartat d) impactant a terra haurà adquirit unaenergia cinètica de 58,86 kJ, la mateixa que la de l'apartat a). Durant la trajectòriaanirà perdent energia potencial i n'adquirirà de cinètica. Cal tenir present que no esconsideren pèrdues.

1rBTX-Tecno Industrial PROBLEMES RESOLTS

exer. 22 Una placa d'inducció de 230 V per la qual circula una intensitat de 8 A està connectadadurant 40 min. Determineu:

a) El treball emprat pels frens. c) Quin temps triga per frenar.

b) La força desenvolupada pels frens. d) Quina potència es necessita per frenar.

m = 120·103 kg d = 4000 m v0 = 36 m/s v1 = 0 m/s

Ec0 = 1/2 · m · v02 = 0,5 · 120·103 · 362 = 77,76·106 J Ec0 = 77,76 MJ

Ec1 = 0 MJ → v1 = 0 m/s

∆Ec = - 77,76 MJ a) Ec = F · d

Ec - 77,76·106

F = ------ = -------------- = - 19440 N F = - 19,44 kN b)d 4000

vmitjana = (36 + 0) / 2 = 18 m/s

d d 4000vmitjana = --- t = -------- = -------- = 222,2 s = 3,703 min c)

t vmitjana 18

Ec - 77,76·106

Ec = P · t P = ---- = -------------- = 350·103 J/s (W) d) t 222,2

a) El parell del motor, Γm.

b)

Ebat → → Pm =120 Wn = 800 min-1

Edis

2 · π · n 2 · π · 800 Pm 120ω = ---------- = -------------- = 83,78 rad/s Γm = ---- = -------- = 1,432 Nm a)

60 60 ω 83,78

t = 180 / 60 = 3 h Em = Pm · t = 0,120 kW · 3 h = 0,36 kWh

Em Em 0,36η = ----- Ebat = ---- = -------- = 0,6 kWh b) b)

Ebat η 0,6

35

Edis = Ebat - Em = 0,6 - 0,36 = 0,24 kWh

exer. 24 Un tren de càrrega transporta de 120 tones de massa que es mou a una velocitat de 36 m/s,aplica els frens i avança encara 4 km abans de parar-se. Determineu:

exer. 25 Un vehicle de joguina porta una bateria/motor, el conjunt té un rendiment η = 0,6 iproporciona en l'eix una potència mecànica Pm = 120 W quan funciona a una velocitat

angular de n = 800 min-1. Determineu:

Si el conjunt està funcionant un temps de t = 180 min.

P = 350 kW

L'energia que subministra la bateria, Ebat i l'energia dissipada en el conjunt de labateria/motor.. Doneu-la en Wh.

bateria/motor

Pm = ω · Γm

↓


η = 0,6

a) El parell motor, Γm.b) L'energia útil desenvolupada per aquest motor. Doneu-la en MJ i kWh.

c) L'energia absorbida del combustible. Doneu-la en MJ i kWh.

d)

e) L'energia dissipada durant aquest temps de travessia. Doneu-la en MJ i kWh.

2 · π · n 2 · π · 750ω = ---------- = -------------- = 78,54 rad/s

60 60

Pm 6·103

Γm = ---- = --------- = 76,39 Nm a) ω 78,54

Ecomb → → Pm EU6 kW

pC = 41 MJ/kgEdisp

EU = Pm · t = 6 · 3 = 18 kWh b)

3600 sEU = 18·103 Wh · --------- = 64,8·106 Ws (J) = 64,8 MJ b)

1 h

EApc = -------

mcomb

EA = pc · mcomb = 41 MJ/kg · 1,976 kg = 81,02 MJ c)

1 hEA = 81020 kJ = 81020 kWs · ---------- = 22,51 kWh c)

3600 s

EU 64,80ηm = ---- = -------- = 0,7998 (79,98%) d)

EA 81,02

Edis = EA - EU = 81,02 - 64,80 = 16,22 MJe)

Edis = EA - EU = 22,51 - 18,00 = 4,51 kWh

Edis = EA · (1 - ηm) = 81,02 · (1 - 0,7998) = 81,02 · 0,2002 = 16,22 MJ

Edis = 22,51 · 0,2002 = 4,51 kWh

El rendiment del motor, ηm.

Pm = ω · Γm

↓

■ També es pot calcular mitjançant el rendiment:

36


exer. 26 Un motor dièsel marí de 12 cilindres proporciona una potència Pm = 6 kW per a una velocitat

de rotació de l'eix n = 750 min-1. Fa una travessia que té una durada de 3 h. El podercalorífic del gasoil és pC = 41 MJ/kg. El consum de combustible és de 1,976 kg. Determineu:

m. DIESELη

■ L'embassament té una capacitat de 114,8·103 hm3.■ Altura de salt net de 139 m.■ Rendiment del 76%.

Determineu:

a) El cabal circulant total. En m3/s.

b) El cabal circulant a cada turbina. En m3/h.c) L'energia produïda en un any (45 setmanes...24 h/dia). En GWh

d) Si l'embassament no tingués l'aportació de les pluges. Quina reserva de dies tenim ?.

■ L'embassament té una capacitat de 518·106 m3.■ El cabal total és de 2532 m3/min■ Rendiment del 80%.

Determineu:

a) L'altura de salt net. En m.

b) El cabal circulant a cada turbina. En m3/h.

c) L'energia produïda en una setmana (24 h/dia). En MWh

■ La resclosa té una capacitat de 190·106 m3.■ Altura de salt net de 30 m.■ Rendiment del 66%.

Determineu:

a) El cabal circulant total. En m3/s.

b) El cabal circulant a cada turbina. En m3/h.c) L'energia produïda en un any (20 setmanes...24 h/dia). En MWh

d) Si la resclosa no tingués l'aportació de les pluges. Quina reserva de dies tenim ?.

exer. 29 Minicentral del Cairat.- Aquesta central es troba a la Colònia Sedó d'Esparreguera.

37

exer. 27 Central d'Aldeadávila.- El salt d'Aldeadávila forma part del complex instal·lat per IBERDUERO,SA per l'aprofitament hidràulic del riu Duero. La presa està enclavada en el termed'Aldeadávila de la Ribera, província de Salamanca, límit fronterer amb Portugal.

exer. 28 Minicentral de Vianden. Aquesta central es troba en la vall del riu Our, als voltants deVianden, prop de la frontera entre Luxemburg i Alemanya.


d) Si l'embassament no tingués l'aportació de les pluges. Quin és el volum consumit en unasetmana ?

Normalment el coeficient K es dóna → K = 0,9 cal/min·cm2

cal 1 min 4,18 J 104 cm2

K = 0,9 · ----------- · -------- · --------- · --------- min · cm2 60 s 1 cal 1 m2

0,9 = rendiment del col·lector

697 = factor de conversió

1 ABSORBIDOR. 4 XASSÍS.

2 AÏLLAMENT 5 JUNTA DE COBERTA. J/s = W → K = W/m2 K ≡ I0 · CA · AH · η

3 COBERTA

PU = K · AH = 0,9 · 696 · 4 = 2506 J/s = 2,506 kJ/s

t = 2 h = 2 · 3600 = 7200 s EU = PU · t = 2,506 · 7200 = 18043 kJ

EU = Energia útil per escalfar un volum (massa) d'aigua. [kJ].

ce = Calor específica aigua. ce = 4,18 KJ/KgºC

∆t = Increment de temperatura de l'aigua des d'una TI fins TF. [ºC].

m = 6 L ≡ 6 kg Aquesta massa en un temps de 2 h → 6 kg/min · 2 h · 60 min/h = 720 kg

EU = m · ce · (TF - TI)

EU 18043TF = ------- + TI TF = ------------- + 18 = 23,995 ≈ 24 ºC

m · ce 720 · 4,18

38

veieu pàg. 21

veieu pàg.11

PROBLEMES

EU = m · ce · ∆t

TF ≈ 24 ºC


resolució 1

exer. 30 Un col·lector solar pla que té una superfície de 4 m2 ha de escalfar l'ACS d'un habitatge. Sisabem que el coeficient de radiació solar és de K = 0,9 cal/min·cm2 i que el consum d'aiguaés constant amb un cabal q = 6 L/min. Determineu l'augment de temperatura de l'ACS siestà funcionant durant t = 2 h. Es considera que inicialment l'aigua està a 18 ºC i que no hiha pèrdues de calor.

RESOLT

CONJUNT DE PLAQUES SOLARS

Els 9 problemes d'energia solar que exposarem a continuacióestan simplificats. Els càlculs quan es fa un projecte solar tèrmicsón una mica més complexos, perquè es consideren mésvariables i factors que aquí negligim. També cal considerar queles plaques solars tenen unes mides estàndards, per la qual cosahaurem de fer l'elecció d'una o varies plaques en funció de l'úsespecífic.

Normalment es dóna un paràmetre intrínsec (coeficient deradiació solar -K-) del col·lector que ens indica la potènciacalorífica en funció de la superfície del col·lector.

K = 0,9 · 697 J/s·m2

COL·LECTOR (PLACA) SOLAR

PU = K · AH = 0,9 · 696 · 4 = 2506 J/s = 2,506 kJ/s

kg 1 minq = 6 ----- · ------- = 0,1 kg/s

min 60 s

PU = q · ce · (TF - TI)

PU 2,506TF = ------- + TI TF = ------------- + 18 = 23,995 ≈ 24 ºC

q · ce 0,1 · 4,18

▪ TAULA DE CONSUMS UNITARIS D'ACS.

Habitatges unifamiliars 30 L/persona·dia

Habitatges plurifamiliars 22 L/persona·dia

Hospitals i clíniques 55 L/llit·dia

Hotels**** 70 L/llit·dia

Hotels*** 55 L/llit·dia

Hotels** 40 L/llit·dia

Hostals i pensions 35 L/llit·dia

Càmpings 40 L/emplaçament·dia

Residències geriàtriques 55 L/persona·dia

Vestuaris / Dutxes col·lectives 15 L/servei·dia

Escoles 3 L/alumne·dia

Casernes 20 L/persona·dia

Fàbriques i tallers 15 L/persona·dia

Oficines 3 L/persona·dia

Gimnasos 20 L/usuari·dia

Bugaderies 3 L/kg roba·dia

Restaurants 5 L/àpat·dia

Cafeteries 1 L/dinar·dia

Aquesta taula ens servirà per resoldre els problemes tipus d'ACS/energia SOLAR per a habitatges.

39

TF ≈ 24 ºC

TIPUS D'ÚS CONSUM UNITARI


exer. 30 Un col·lector solar pla que té una superfície de 4 m2 ha de escalfar l'ACS d'un habitatge. Sisabem que el coeficient de radiació solar és de K = 0,9 cal/min·cm2 i que el consum d'aiguaés constant amb un cabal q = 6 L/min. Determineu l'augment de temperatura de l'ACS siestà funcionant durant t = 2 h. Es considera que inicialment l'aigua està a 18 ºC i que no hiha pèrdues de calor.

RESOLT

resolució 2

a)

b) El nombre mínim de col·lectors necessaris.

c) La quantitat d'energia calorífica capturada diàriament si funciona 4 h diàries.

d)

a)

b) L'energia diària necessària.

La superfície necessària de col·lectors per escalfar la quantitat diària d'aigua d'aquesthabitatge unifamiliar.

40

Per escalfar l'aigua d'ús industrial, una empresa utilitza col·lectors plans. L'aigua inicialmentestà a 15 ºC i es vol arribar a 60 ºC. Determineu la superfície total de col·lectors, si K = 0,5cal/min·cm2 i el rendiment del col·lector és del 50% i el cabal necessari és de 300 L/h.


exer. 31

exer. 34

Calculeu la superfície total de col·lectors solars plans, si s'ha d'escalfar l'aigua d'una piscinacoberta en que l'aigua està a 14 ºC i la volem escalfar fins a 25 ºC. Es considera que no esprodueixen ni pèrdues de calor ni de reflexió. El coeficient de radiació solar és de K = 0,7cal/min·cm2. El cabal d'aigua necessari és de 3600 L/h. També calculeu el nombre de plaques solars que s'han de muntar si sabem que la superfície d'una placa solar és de 3 m2.

exer. 33

Abans de l'alternativa amb energia solar s'utilitzava energia elèctrica, si el kWh té un costde 0,08 € quin seria l'estalvi si la utilització és de 4 h diàries i 300 dies l'any.

Un col·lector solar pla s'utilitza com a mitjà de calefacció. El col·lector solar té una superfíciede 4 m2 i val 2600 €, inclosa la instal·lació. Determineu el temps que es trigarà en amortitzar(pagar el cost) si K = 0,8 cal/min·cm2 i està funcionant una mitjana durant 150 dies a l'any.Aquest col·lector seria una alternativa als radiadors elèctrics. Cada kWh d'energia elèctricaval 0,08 kWh.

La superfície total dels col·lectors, si K = 0,5 cal/min·cm2. No hi ha pèrdues de calor ni dereflexió. El cabal necessari és de 600 L/h.

exer. 32 Hem d'escalfar l'aigua d'ús industrial de l'empresa DOGA. S'instal·laran damunt de la teuladacol·lectors solars plans de 3,75 m2. Sabem que l'aigua està a una temperatura inicial de 18ºC i es vol escalfar fins a 90 ºC. Determineu:

exer. 35 En un habitatge es vol instal·lar una placa fotovoltaica que alimenti dues làmpades de baixconsum de 9 W cada una i un televisor de 29 W. Determineu la superfície de la placa si elrendiment d'aquesta és del 30% i K = 0,8 cal/min·cm2.

exer. 36 Determineu la potència mecànica d'un motor elèctric que treballa amb un rendiment del 85%si és alimentat per 12 m2 de panells fotovoltaics amb un K = 0,5 cal/min·cm2.

exer. 37 Es vol extreure aigua d'un pou de 20 m de profunditat i s'ha instal·lat una bomba quetreballa amb un η = 30% de està alimentada per una placa solar d'1,5 m2. Determineu laquantitat d'aigua que s'extraurà durant 6 hores si treballa amb un coeficient de radiació solarde K = 0,67 cal/min·cm2.

exer. 38 S'ha de escalfar l'ACS d'un habitatge unifamiliar en el qual hi habiten 5 persones. Sabem queel coeficient de radiació solar és de K = 0,9 cal/min·cm2 i que el consum d'aigua el podemdeterminar a partir de la taula de la pàg. 39. Es considera que la temperatura inicial del'aigua és: TI = 16 ºC i la TF = 58 ºC (no hi ha pèrdues de calor). Determineu:

41

tema 1

[1] ENERGIA

amadeuvidalcasals

dossierBTX TECNO

Documents

Transcript of dossierBTX TECNO