Necesidades energéticas y propuestas de instalaciones solares. ENAC0108. Bernabé Jiménez Padilla
Un sistema cerrado solo puede intercambiar energía con el exterior. Se corresponde con una olla a presión cocinando.
2.6. Conservación de la energía
Es cierta aquella afirmación de “la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma” que corresponde al enunciado del primer principio de la termodinámica.
Con este principio se demuestra que la energía siempre se conserva, aunque se transforme de una forma a otra. Cuando un cuerpo está más caliente que otro, el primero cede calor al segundo hasta que los dos se encuentran a la misma temperatura.
Lo esencial en el desarrollo de la tecnología, que utiliza la técnica para crear aparatos que hagan más confortable la vida del ser humano, es la posibilidad de transformar un tipo de energía en otro para adaptarlo a la función de la máquina.
A los seis tipos de energía estudiados hay que sumar otro utilizado desde hace muchos años, la energía hidráulica. Este sistema toma la energía potencial del agua acumulada en un embalse y la transforma en cinética cuando se hace pasar por una tubería de pequeño diámetro. La fuerza del agua hace mover las paletas de una turbina, que a su vez hace girar el rotor del generador eléctrico, transportando esa electricidad hasta los electrodomésticos que se tienen en los hogares y en las máquinas de las industrias.
Este es el ejemplo más claro de transformación de energía mecánica en eléctrica, térmica y radiante. Por ello se considera este séptimo tipo de energía hidráulica como uno solo que se transforma en muchos otros, con la posibilidad además de regular el cauce de los ríos y ser utilizado como reserva de agua, regadío y cría de especies acuáticas.
Nota
La energía nuclear supuso una revolución científica cuando se pudieron ver las consecuencias nefastas que produjo en las personas, tras su utilización en la 2ª guerra mundial en las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki.
El siguiente esquema representa las diferentes transformaciones que se pueden realizar desde las siete formas de energía consideradas:
Esta transformación de la energía no es gratis, ya que los propios mecanismos de las máquinas que la realizan consumen parte de esa energía. De esta forma, se debe introducir el concepto de rendimiento η, que es variable dependiendo del tipo de máquina utilizada.
Este valor siempre es menor que 1, ya que relaciona el trabajo realizado y la energía suministrada por la máquina.
3. Cálculos
Las necesidades de tipo térmico y eléctrico en las viviendas y en los edificios de viviendas es el primer paso que se debe tener en cuenta a la hora de estimar si una instalación solar va a ser o no rentable, ya que de otra manera la inversión no sería económicamente correcta.
3.1. Conceptos de termodinámica
El primer principio de la termodinámica, se recuerda, es que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma:
Q = ΔE + W
Siendo Q la cantidad de calor o energía que recibe el sistema y ΔE la variación de energía en el sistema (calor o frío), que se calcula con la diferencia entre la energía final (Ef) y la energía inicial (Ei). W representa el trabajo.
ΔE = Ef − Ei = Q − W
En el caso de conseguir que el calor se transforme en trabajo, se producirá un aumento de la temperatura; por ejemplo, en una máquina que se calienta al desplazar sus mecanismos (motor térmico).
En el caso de una máquina frigorífica, empleada para bajar la temperatura ambiente de un recinto, esta se encarga de extraer calor, por lo que la energía interna aumenta, aumentando también la temperatura del gas incluido en el compresor. El trabajo que se tiene es el incremento de temperatura más el calor que se extrae.
W = ΔE + Q
Actividades
6. Escribir un listado de aparatos domésticos empleados para conseguir calor y frío.
3.2. Conceptos de electricidad
En cualquier instalación, normalmente se utiliza la electricidad para el funcionamiento de muchos de sus elementos. El conocimiento básico de las variables que intervienen en la electricidad, tanto de corriente continua como alterna, ayuda a la identificación de los problemas que pudieran aparecer en las máquinas y las instalaciones de todo tipo.
La intensidad, la tensión y la resistencia están unidas por la ley de Ohm, básica en el cálculo de los circuitos eléctricos.
La corriente eléctrica
Es el fenómeno que se produce cuando se desplazan los electrones (e-) libres de un cuerpo que los tiene en exceso (electronegativo) hacia otro cuerpo que tiene menos electrones (electropositivo) cuando estos se encuentran unidos por un elemento conductor.
Como ya se señaló anteriormente, los electrones en el átomo se encuentran realizando trayectorias alrededor del núcleo formado por protones (positivos) y neutrones (sin carga), de modo que, cuando un material se une a otro, el conductor hace de camino para que uno ceda electrones al otro y se consiga el equilibrio entre los dos.
Importante
En cualquier material, el camino para el desplazamiento de los electrones libres a través de él se realiza por los huecos de su composición atómica.
Magnitudes elementales (V, I y R). Ley de Ohm
En cualquier circuito eléctrico, ya se trate de corriente continua (CC) o corriente alterna (CA), existen tres variables: la tensión (V), la intensidad (I) y la resistencia (R), relacionadas por la ley de Ohm.
La tensión, también llamada diferencia de potencial, es la diferencia de electrones que existe entre dos cuerpos cargados que se ponen en contacto. Un cuerpo estará a más tensión o tendrá mayor potencial cuando el número de electrones libres de los que dispone para abandonarlo hacia otro cuerpo es mayor que el cuerpo a donde llegan.
La unidad de tensión eléctrica es el voltio (V), por lo que tradicionalmente también se denomina voltaje a la tensión de un circuito.
La intensidad es la cantidad de corriente eléctrica que es capaz de circular por un conductor en un tiempo determinado cuando existe una diferencia de potencial entre los dos cuerpos. Siempre estará en función del tamaño de la sección y del material por donde se desplazan los electrones.
La unidad de intensidad eléctrica es el amperio (A).
La resistencia es la oposición que un cuerpo o el conductor que une dos cuerpos opone al paso de