Este documento presenta 7 problemas relacionados con el cálculo de energía en diferentes contextos como energía solar, eólica, hidráulica y de combustión. Se piden cálculos como la energía generada por una minicentral hidráulica, la superficie de paneles solares necesaria para abastecer una vivienda, la energía producida por un aerogenerador, y el volumen de combustible necesario para elevar un peso con una grúa.

1. PROBLEMAS
1.- Calcula la energía solar total que recibe España a lo largo de un año sabiendo que sus
superficie aproximada es de 50000km2
y suponiendo una insolación media de 2200 horas
anuales y una densidad de radiación media de 1300 W/m2
2.- Calcula la superficie de un panel fotovoltaico necesario para alimentar una estufa eléctrica
de 1500 W de potencia durante 2 horas. Se supone una densidad de radiación de 1000 w/m2,
un aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento del equipo del 20 %.
3.- Se desea calentar hasta ebullición un recipiente que contiene 5kg de agua a 25ºC
utilizando un quemador de butano de 2,5 kw con un rendimiento del 60 %. Calcula el tiempo
necesario.
4.- En una presa situada a una altura de 100 m sobre la zona de las turbinas desciende una
tubería capaz de desarrollar una potencia de 1000 Kw. Determina el caudal de agua que
circulará por la tubería y la energía desarrollada en el tiempo de 220 horas.
b) Si de esa energía generada en la central se realizasen las siguientes actividades:
- Aprovechando un 30 %, calentar agua a 15 ºC hasta la temperatura de 60ºC para
climatización de una piscina. ¿Cuál sería la cantidad de agua que podríamos calentar?
- Aprovechando un 22 % Levantar un peso de 1000 Kg con una grúa ¿a qué altura
podremos levantar el peso?
5.- Se desea instalar un conjunto de paneles solares para abastecer una vivienda con un
consumo estimado de 525 kwh mensuales. Calcular la superficie de panel necesaria
suponiendo una densidad de 1250 w/m2, un aprovechamiento solar de 5 horas y un
rendimiento del 25 %.
6.- Calcula el coste de climatización de una sala de 45 m2 durante 20 horas, con un aporte de
100 kcal/hora.m2, si se emplea calefacción central alimentada con gas natural cuyo
rendimiento es del 85 %. Precio se supone 0,05 cent/la termia.
7.- Después de realizar un estudio completo sobre las posibilidades de vida de un pueblo
llamado “Villarriba”compuesto por 20 Viviendas, se vio como posibilidad mas rentable la
consecución de energía (en todas sus formas), según las siguiente lista:
Conseguir alimentar los frigoríficos de todo el pueblo con la energía generada
por la minicentral ubicada en la zona. Datos:
- Cada frigorífico toma 220 Voltios y 25 Amperios de la red durante 24
horas que tiene el día.
- La minicentral tiene una tubería de descenso hasta las turbinas que
permite un caudal de 2 m3
/s.
Calentar agua para uso doméstico a través de placas solares ubicadas en los
tejados de las viviendas.
- Se consumen unos 100 Kwh de energía diarios en todo el pueblo.
Alimentar los radiadores eléctricos mediante la energía eléctrica generada
por un aerogenerador ubicado en la zona y a disposición de los vecinos.
Datos:
- velocidad del viento en el pueblo es de 60 Km/h;
- densidad del aire es de 1,225 Kg/ m3
- Nº de palas 3
Funcionamiento de la grúa para construcción de viviendas a partir de la
combustión de gas.

2. - Como combustible se utiliza esencia de petróleo, cuyo poder calorífico
es de 9.900 Kcal/ m3
y la presión de suministro es de 3 atm, la
temperatura del combustible de 21º C y el rendimiento del motor
para quemar el combustible del 40 %.
Esta forma de distribución, permitiría en gran medida el abastecimiento seguro de energía
evitando posibles sobrecargas. Tú serás la persona que deberá realizar los cálculos
pertinentes:
1.- Para la Minicentral, calcula :
a) La altura en metros desde la superficie del embalse hasta el punto donde está la
turbina.
b) La energía REAL generada durante el mes de Septiembre en todo el
pueblo,.Expresa el resultado en KWh, en Kcal y en Julios.
2.- Placas Solares:
a) Calcular la superficie total y por vivienda, de panel solar en necesaria en todo el pueblo,
suponiendo una densidad de radiación solar de K=1300 W/m2
, un aprovechamiento
solar de 6 horas y un rendimiento del 25 %.
a) Si toda la energía consumida (los 100 Kwh) se utilizan para hacer hervir agua sanitaria
desde 10 ºC, ¿Qué cantidad de agua en Kg podríamos llegar a hacer hervir? Dato: Ce
del agua= 1 cal/ g. ºC
3.- Aerogeneradores:
a) Determina la superficie por pala del aerogenerador, conociendo que la potencia del
viento es de 125 kW.
b) Si el aerogenerador funciona durante 8 horas, calcula la energía producida si el
rendimiento de la máquina es del 55 %.
c) La energía producida del apartado anterior es la que consumen el conjunto de
radiadores eléctricos. Dichas estufas transmiten una cantidad de calor por convección
durante 4 horas. Si la temperatura de las estufas fuese de 100ºC y la de las
habitaciones del 25ºC. Calcula la superficie total POR VIVIENDA que habrá de estufa,
conociendo que el coeficiente de convección(α) es de 6,68 Kcal/m2
4.- Para el funcionamiento de las grúas.
a) Calcular el volumen necesario de combustible expresado en litros, para elevar
un peso de 2.000 Kg a una altura de 50 metros.
b) Imagina que por descuido o error, se desprendiera el peso anterior y cayera
sobre la superficie. Calcula para ésta situación, la energía mecánica, cinética y
potencial, así como la velocidad en cada uno de los siguientes momentos:
b.1.) Antes de caer el peso.
b.2.) Cuando está justo a 40 metros del suelo.
b.3.) Cuando está justo a 15 centímetros del suelo.
b.4.) Justo antes del momento del impacto.