Tecnología Industrial I Problemas de Energías renovables

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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 el75% 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 enrelación 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 potenciade 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 del86%. Sabiendo que el salto de agua es de 120 m y que la energía producida al año es de 10.000Mwh, 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 saltode 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 Potencia Salto Turbinas Rendimiento3.162 Hm3 915,2 Mw 380 m 6 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 deaguas y 6 horas diarias durante el resto del año (183 días), calcular la energía generada en unaño.

6. El embalse de Cedillo tiene una potencia de 440.000 Kw. Suponiendo que esta centralhidroeléctrica no funciona durante los tres meses de verano y que produce una energía anual de1.430 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 diámetrocuando 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. Elradio de cada pala es e 4 m. Se supone un rendimiento del 90%. ¿Qué energía genera laaeroturbina en 10 horas?.

10.- Un aerogenerador tiene una potencia nominal de 5.000 W (100%) y una curva derendimiento 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 de50 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 mediomillón 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 elviento con una velocidad de 12 m/s, ¿cuál es su rendimiento? Si utilizáramos este molino parasacar agua de un pozo de 26m de profundidad, ¿cuántos litros podríamos sacar en un díasuponiendo 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 totalde 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 8m/s, ¿cuál debe ser el diámetro del aerogenerador?

14. En La Muela (Zaragoza) se ha instalado un aerogenerador de 43 m de diámetro. Lavelocidad 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 de1200 w. Suponiendo un rendimiento del 12% en los paneles fotovoltaicos, ¿cuántos m2 depaneles 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 depaneles. 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 desol es de 3053h.1kwh=864Kcal

17. Se dispone de una placa fotovoltaica de 60x30 cm, cuyo rendimiento es del 20%. Determinarla cantidad de energía eléctrica (KWh) que generará, para acumular en una batería, si la placa haestado funcionando durante 8 horas, siendo el coeficiente de radiación de 0,9 cal/min.cm2. Seadmite 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 ladensidad 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 deradiación 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 de1500 W de potencia durante 2 horas. Suponer una densidad de radiación de 1000 W/m2, unaprovechamiento 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 unconsumo 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 dejulio, suponiendo que dispone de una cristalera de 3 x 2 m, y no se han producido pérdidas nireflexiones 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 usodoméstico. Sabiendo que el coeficiente de radiación solar K=0,9 cal/min.cm2 y que el consumode agua es constante, a razón de 6 litros/minuto, determina el aumento de temperatura del agua siestá funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialmente el agua está a 18 ºC y que no haypérdidas de calor.

24. Determinar, en m2, las dimensiones de una placa solar suponiendo que con ella se alimenteun frigorífico (de potencia 150 W) durante 4 horas. El coeficiente de radiación solar es K =0,7cal/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 deuna piscina cubierta en el que el agua está a 14 ºC y queremos calentarla a 25 ºC. Se supone queno 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 elagua, 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 nireflexiones 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 aldía?.

27. Un colector solar plano, que se va a utilizar como medio de calefacción en Andalucía mide 4m2 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 vale0,08 €.

28. Una industria dedicada al trabajo con madera de pino produce diariamente, en forma dedesechos, 250 kg de serrín. Para aprovechar esta biomasa residual, se instala un horno generadorde vapor que mueve un alternador para producir energía eléctrica. El fabricante de este sistemade reciclaje energético garantiza un rendimiento total del 45% (el porcentaje de la energíacalorífica que se convierte en energía eléctrica).Averiguar el ahorro económico mensual que supone esta instalación si los gastos demantenimiento ascienden al 20% de la energía producida. El kWh se paga a 0,1 € y se trabajan25 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) seintroducen 300 Kg de estiércol de vaca y 600 Kg de paja de trigo. Al cabo de 30 días se produceel 80% de la fermentación. ¿Qué energía, en KWh, se habrá producido? Datos:

Desechos fermentables Biogás producido (m3/Kg)Estiércol de vaca 0,315Paja 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 Kgde 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 unatemperatura 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 (enKcal) se obtiene diariamente.34. Determinar la cantidad de energía (en Kcal) que se obtendría por hora si se introdujese aguaa 15 ºC en un yacimiento de roca caliente y se obtuviese agua a 75 ºC. El caudal de agua es de 4m3/hora.16. Una fábrica necesita un aporte energético de 500 Kwh/día. Si se utiliza como combustible elorujo 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.