problemas de energías renovables_v2

Tecnología Industrial I
Problemas de Energías renovables
PROBLEMAS DE ENERGÍAS RENOVABLES_V2
1. Una cascada de agua de 85 m de altura arroja un caudal de 50 m3/s. Si se puede aprovechar el
75% de la energía de esa agua, ¿Cuántas bombillas de 100 W podrían encenderse?.
2. Una central hidroeléctrica tiene 2,5 Hm3 de agua embalsada a una altura media de 120 m en
relación a la turbina. Calcular:
a) Energía potencial en kwh.
b) Si el rendimiento de sus instalaciones es del 65% y el caudal es de 2 m3 /s, calcular la potencia
de la central y la energía suministrada en una hora (en kwh).
3. Una central hidroeléctrica dispone de un grupo turbogenerador de 5200 kw y rendimiento del
86%. Sabiendo que el salto de agua es de 120 m y que la energía producida al año es de 10.000
Mwh, calcular:
a) Caudal que recibe la turbina.
b) Tiempo medio diario que funciona la central.
4. La central hidroeléctrica de Machin en Navarra dispone de un caudal de 140 m3/s y un salto
de 5m. La potencia de la central es de 4200 Kw y la energía anual obtenida es de 13000 Mwh.
Calcular:
a)Potencia suministrada a las turbinas.
b)Rendimiento de las turbinas.
c)Horas anuales de funcionamiento.
5. Dados los siguientes datos sobre un embalse, calcular:
Capacidad
3.162 Hm3
Potencia
915,2 Mw
Salto Turbinas
380 m
6
Rendimiento
94 %
a) Potencia de cada turbina.
b) Caudal por cada turbina suponiendo un rendimiento del 100 %.
c) Caudal real por cada turbina.
d) Si la central hidroeléctrica funciona 14 horas diarias durante los 182 días de nivel alto de
aguas y 6 horas diarias durante el resto del año (183 días), calcular la energía generada en un
año.
6. El embalse de Cedillo tiene una potencia de 440.000 Kw. Suponiendo que esta central
hidroeléctrica no funciona durante los tres meses de verano y que produce una energía anual de
1.430 Gwh, calcular:
a) ¿Cuántas horas diarias funciona?.
b) Si la altura de la presa es de 260 m., ¿cuál es el caudal?.
8. Calcular la potencia útil aprovechada por la hélice de un aerogenerador de 20 m de diámetro
cuando el viento sopla a 15 m/s si su coeficiente de aprovechamiento es de 0,35.
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9.- Determinar la potencia útil de una aeroturbina sobre la cual actúa un viento de 50 Km/h. El
radio de cada pala es e 4 m. Se supone un rendimiento del 90%. ¿Qué energía genera la
aeroturbina en 10 horas?.
10.- Un aerogenerador tiene una potencia nominal de 5.000 W (100%) y una curva de
rendimiento como la del gráfico siguiente. El diámetro de la hélice es de 5,9 metros. Averiguar:
a) El % de la energía del viento que aprovecha cuando gira a 8,5 m/s.
b) La potencia que suministra con un viento de 24 km/h.
c) Los kWh que suministrará diariamente en una zona con vientos medios de 7 m/s.
11.- En un parque eólico se han instalado 60 aeroturbinas. Suponiendo que hubiese un viento de
50 km/h o mayor durante 180 días al año y que el diámetro de las aeroturbinas sea de 63 m,
determinar:
a) Potencia del viento a nivel de captación.
b) Potencia útil de cada uno de los generadores si η = 0,9.
c) Energía generada por cada aerogenerador al año.
Tiempo que se tarda en amortizar cada aerogenerador sabiendo que cada uno ha costado medio
millón de euros. El precio del KWh es de 0,09 €.
12. Un aerogenerador de 25 m de diámetro tiene una potencia de 120 kw. Cuando recibe el
viento con una velocidad de 12 m/s, ¿cuál es su rendimiento? Si utilizáramos este molino para
sacar agua de un pozo de 26m de profundidad, ¿cuántos litros podríamos sacar en un día
suponiendo la misma velocidad de viento y un rendimiento del 22%?.
DATOS: daire=1,3 Kg/m3
13. Se desea instalar un aerogenerador para el alumbrado de una casa situada en Tarifa. El total
de equipos que podrán estar conectados simultáneamente necesitarán una potencia de 1200 w.
Suponiendo un rendimiento del 22% en el aerogenerador y una velocidad media del viento de 8
m/s, ¿cuál debe ser el diámetro del aerogenerador?
14. En La Muela (Zaragoza) se ha instalado un aerogenerador de 43 m de diámetro. La
velocidad media del viento es de 7 m/s y la producción anual de energía es de 1320 Mwh.
Calcular :
a) Potencia eólica recibida por el aerogenerador.
b) Rendimiento.
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15. Se desea instalar una central fotovoltaica para el alumbrado de una casa situada en Toledo.
El total de equipos que podrán estar conectados simultáneamente necesitarán una potencia de
1200 w. Suponiendo un rendimiento del 12% en los paneles fotovoltaicos, ¿cuántos m2 de
paneles se necesitarán para abastecer la vivienda?.
Datos: en Toledo se reciben 4,4 kwh/m2 ·día y el nº de horas de sol al año es de 2824.
16. Una central solar instalada en Almería dispone de una potencia de 500 kw y 3655 m2 de
paneles. Calcular:
a) Rendimiento teórico de la central.
b) Rendimiento obtenido en 1995 sabiendo que la energía producida fue de 210 Mwh.
DATOS: En Almería se recibe una irradiación de 3860 kcal/m2 ·día y la media anual de horas de
sol es de 3053h.
1kwh=864Kcal
17. Se dispone de una placa fotovoltaica de 60x30 cm, cuyo rendimiento es del 20%. Determinar
la cantidad de energía eléctrica (KWh) que generará, para acumular en una batería, si la placa ha
estado funcionando durante 8 horas, siendo el coeficiente de radiación de 0,9 cal/min.cm2. Se
admite que no hay pérdidas ni en el transporte, ni en la carga de la batería.
18. Calcular la potencia útil entregada por un colector plano de 225 m2 suponiendo que la
densidad de radiación sea de 100 W/m2 y el rendimiento del colector del 60 %.
19. Un panel fotovoltaico entrega una potencia útil de 75000 W. Suponiendo que la densidad de
radiación sea de 1000 W/m2 y el rendimiento del panel del 50 %, calcular la superficie del panel.
20. Calcula la superficie del panel fotovoltaico necesario para alimentar una estufa eléctrica de
1500 W de potencia durante 2 horas. Suponer una densidad de radiación de 1000 W/m2, un
aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento del equipo del 20%.
21. 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 constante de radiación de 1250 W/m2 ,
un aprovechamiento solar diario de 5 horas y un rendimiento de la instalación del 25 %.
22. Determina la cantidad de calor que habrá entrado en una casa, durante el día del mes de
julio, suponiendo que dispone de una cristalera de 3 x 2 m, y no se han producido pérdidas ni
reflexiones en el vidrio. Nota: 10 h diarias de sol.
23. Un colector solar plano que tiene una superficie de 4 m2 debe calentar agua para uso
doméstico. Sabiendo que el coeficiente de radiación solar K=0,9 cal/min.cm2 y que el consumo
de agua es constante, a razón de 6 litros/minuto, determina el aumento de temperatura del agua si
está funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialmente el agua está a 18 ºC y que no hay
pérdidas de calor.
24. Determinar, en m2, las dimensiones de una placa solar suponiendo que con ella se alimente
un frigorífico (de potencia 150 W) durante 4 horas. El coeficiente de radiación solar es K =0,7
cal/min.cm2 y el rendimiento energético de la placa el 25 %.
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25. Calcular la superficie que debería tener un colector plano si se emplea para calentar agua de
una piscina cubierta en el que el agua está a 14 ºC y queremos calentarla a 25 ºC. Se supone que
no se producen ni pérdidas de calor ni reflexión alguna. El coeficiente de radiación solar, ese día,
vale K=0,7 cal/min.cm2. El caudal del agua queremos que sea de 3600 litros cada hora.
26. Para calentar agua de uso industrial, una empresa emplea colectores planos. Sabiendo que el
agua, inicialmente está a 18 ºC y se quiere calentar a 90 ºC, determinar:
a) Las características del colector solar.
b) La superficie del colector, si K=0,5 cal/min.cm2. Se supone que no hay pérdidas de calor ni
reflexiones dentro del colector y el caudal requerido de agua es de 600 litros/hora.
c) ¿Qué cantidad de energía calorífica captura diariamente el colector si funciona cuatro horas al
día?.
27. Un colector solar plano, que se va a utilizar como medio de calefacción en Andalucía mide 4
m2 y vale 2600 €, incluida la instalación. Determinar el tiempo que se tardará en amortizar
(pagar lo que ha costado) si K=0,8 cal/min.cm2 y está funcionando una media de 6 horas al día,
durante 150 días al año. Este colector sería una alternativa al radiador eléctrico. Un KWh vale
0,08 €.
28. Una industria dedicada al trabajo con madera de pino produce diariamente, en forma de
desechos, 250 kg de serrín. Para aprovechar esta biomasa residual, se instala un horno generador
de vapor que mueve un alternador para producir energía eléctrica. El fabricante de este sistema
de reciclaje energético garantiza un rendimiento total del 45% (el porcentaje de la energía
calorífica que se convierte en energía eléctrica).
Averiguar el ahorro económico mensual que supone esta instalación si los gastos de
mantenimiento ascienden al 20% de la energía producida. El kWh se paga a 0,1 € y se trabajan
25 días al mes. Dato: Poder calorífico del serrín de pino Pc= 4320 Kcal/Kg
29.En un digestor (depósito en el que se produce la fermentación de la materia orgánica) se
introducen 300 Kg de estiércol de vaca y 600 Kg de paja de trigo. Al cabo de 30 días se produce
el 80% de la fermentación. ¿Qué energía, en KWh, se habrá producido? Datos:
Desechos fermentables
Biogás producido (m3/Kg)
Estiércol de vaca
0,315
Paja de trigo
0,300
Pc del biogás: 4500 Kcal/m3.
30. Calcular la energía calorífica liberada al quemar 5 Kg de madera cuyo poder calorífico Pc=
2800 Kcal/Kg, si el rendimiento es del 65%.
31. Determinar la cantidad de Kcal obtenidas al quemar etanol (de 94º) obtenido a partir de 3 Kg
de glucosa.
Datos: Pc del etanol= 6000 Kcal/Kg.
Cada Kg de glucosa genera 510 g de etanol.
32. Calcular la profundidad a la que habría que hacer un pozo si quisiéramos calentar agua a una
temperatura de 90 ºC.
Nota: Por cada 100 m de profundidad la temperatura aumenta 3 ºC.
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33. Por un yacimiento hidrotérmico aflora agua a 96 ºC. El caudal que sale es de 6 m3/hora.
Suponiendo que la temperatura ambiente es de 24 ºC, determina qué cantidad de energía (en
Kcal) se obtiene diariamente.
34. Determinar la cantidad de energía (en Kcal) que se obtendría por hora si se introdujese agua
a 15 ºC en un yacimiento de roca caliente y se obtuviese agua a 75 ºC. El caudal de agua es de 4
m3/hora.
16. Una fábrica necesita un aporte energético de 500 Kwh/día. Si se utiliza como combustible el
orujo de aceituna (Pc= 4900 Kcal/Kg).
a) Calcular la masa de combustible necesaria, sabiendo que el equipo transformador de energía
tiene un rendimiento del 40 %.
b) Calcular los litros de agua que se pueden llevar a ebullición con 100 Kg de este combustible,
si el agua está inicialmente a 10º C.
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