Cálculos Fundamentales de Energía y Eficiencia Energética

1. Motor/Grúa: Cálculo de Rendimiento Mecánico

Para determinar el rendimiento de un sistema motor/grúa, se aplican las siguientes fórmulas:

• Energía útil (E.útil): Se calcula a partir del trabajo realizado contra la gravedad.

  E.útil = Masa (m) * Aceleración de la gravedad (g) * Altura (h) = .......... Julios

• Conversión de tiempo: Asegúrese de que el tiempo esté en segundos.
• Potencia (P): Relación entre energía y tiempo.

  P = Energía / Tiempo (E/t)

• Energía absorbida (E.abs): Energía total consumida por el sistema.

  E.abs = Potencia (P) * Tiempo (t) = ......... * ........ = ......... Julios

• Rendimiento (η): Proporción de energía útil respecto a la energía absorbida.

  η = E.útil / E.abs = ...... / ....... = ......... --> ...... %

2. Presa y Turbinas: Potencia Hidráulica Ideal

Cálculo de la potencia teórica generada por una presa y sus turbinas, asumiendo un sistema sin pérdidas.

Datos:

• Altura (H): H = ...... m
• Caudal (Q): Q = ....... m³/s
• Densidad del agua (ρ): ρ = ........ kg/m³
• Aceleración de la gravedad (g): g = 9.81 m/s² (Valor estándar, si no se especifica otro)

Fórmula de Potencia:

Potencia (P) = ρ * Q * H * g = ........ W = ...... kW

¿Cómo calcular la potencia máxima sin pérdidas?

3. Energía Obtenida al Quemar Gas Natural

Determinación de la energía liberada en kilojulios (KJ) al quemar una cantidad específica de gas natural, considerando las condiciones de presión y temperatura.

Datos:

• Volumen de gas natural (V): V = ....... m³
• Presión (P): P = ....... atm
• Temperatura (T): T = ....... °C
• Poder calorífico (Pc): Pc = ......... Kcal/m³ (a condiciones de referencia)

Cálculo del Poder Calorífico Corregido (Pc_corregido):

Pc_corregido = Pc (condiciones normales) * (Presión / Presión_ref) * (273 K / (273 + T(°C)) K) = ....... Kcal/m³

Cálculo de la Energía Total (E):

• En kilocalorías:

  E = Pc_corregido * V = .......... Kcal

• Conversión a Julios y Kilojulios:

  E = ........ Kcal * (4,18 J / 1 Kcal) = ....... Julios = ......... KJ

4. Rendimiento de una Central Térmica

Evaluación de la eficiencia de una central térmica a partir de su consumo de combustible y la energía eléctrica generada.

Datos:

• Poder calorífico del combustible (Pc_combustible): Pc_combustible = ........ Kcal/Kg
• Duración de operación (t): t = 1 día = 86400 s
• Potencia generada (P_generada): P_generada = .......... kW

Cálculos:

• Energía útil (E.útil): Energía eléctrica producida.

  E.útil = P_generada * t = ........ Julios

• Energía absorbida (E.abs): Energía química del combustible consumido.

  E.abs = Pc_combustible * Masa_combustible = ........ Kcal * (4,18 J / 1 Kcal) = ......... J

• Rendimiento (η):

  η = E.útil / E.abs = .........

5. Dimensionamiento de Paneles Solares para una Comunidad

Cálculo del número de placas fotovoltaicas necesarias para satisfacer el consumo energético diario de un pueblo.

Datos:

• Número de familias: .......
• Consumo diario por familia: ........ KWh/día
• Irradiación solar (K): K = ........ W/m²
• Horas de sol al día: ...... horas (Convertir a segundos para cálculos de energía)
• Rendimiento de cada panel (η_panel): η_panel = ..... %
• Superficie de cada panel (S_panel): S_panel = ....... m²

Conversión de unidades: 1 KWh = 3.600.000 Julios

Cálculos por panel:

• Energía solar absorbida por panel (E.abs_panel):

  E.abs_panel = K * (Horas_sol * 3600 s/h) * S_panel = ......... Julios

  E.abs_panel (en KWh) = ......... J * (1 KWh / 3.600.000 J) = 148,2 KWh

• Energía útil generada por cada panel (E.útil_panel):

  E.útil_panel = η_panel * E.abs_panel = ........ * ....... = ........ KWh.

Cálculos para el pueblo:

• Consumo total diario del pueblo (E_pueblo):

  E_pueblo = (Consumo por familia) * (Número de familias) = ...... KWh * ...... = ......... KWh.

• Número de paneles fotovoltaicos necesarios:

  Número de paneles = E_pueblo / E.útil_panel = ...... KWh / ...... KWh = ........... paneles.

6. Cantidad de Calor Acumulado en Agua/Radiador

Determinación del calor acumulado en un volumen de agua o en un radiador, basado en el cambio de temperatura y las propiedades del material.

Datos:

• Temperatura inicial (T₁): T₁ = .... °C
• Temperatura final (T₂): T₂ = .... °C
• Calor específico (Ce): Ce = ........ Kcal/(Kg·°C)
• Volumen (V): V = ...... litros

Nota: Para el agua, se asume que 1 kg ≈ 1 litro.

Fórmula del Calor Acumulado (Q):

Q = Ce * Masa (m) * Cambio de Temperatura (ΔT)

Q = ........ Kcal/(Kg·°C) * ........ kg * (T₂ - T₁) °C = ...... Kcal

¿Cómo calcular el calor acumulado en el agua?