muestra
PROPUESTA DIDÁCTICA
2 FÍUSÍICMAICA E SO
yQ
González, J. M. Vílchez illalobos Galdeano s Cas, G. V a A. M. Morale
O peración ANDALUCÍA
mundo
4 Situación de aprendizaje
4 Fuentes de energía El camino correcto El CDP (Carbon Disclosure Project) es una organización sin ánimo de lucro que evalúa el impacto ambiental de las ciudades y provee de datos al Portal de Acción Mundial sobre el Clima de las Naciones Unidas. A principios de 2018, el CDP indicó que más de 100 ciudades de todo el mundo obtienen el 70 % de la energía que consumen de fuentes renovables. De las anteriores, unas 40 logran cubrir totalmente su consumo energético a partir de las energías eólica, solar, geotérmica o hidroeléctrica. De todas las ciudades evaluadas, esta consultora medioambiental destaca a las ciudades de Burlington (Estados Unidos), Reikiavik (Islandia) y Basilea (Suiza) como modelos de ciudad sostenible. De acuerdo con el CDP, la tasa de crecimiento (número de ciudades cuyo abastecimiento energético proviene de energías renovables en al menos un 70 %) supera el 100 %. Así, hemos pasado de 40 ciudades en 2015 a más de 100 en 2018. A pesar de que, mundialmente, se va avanzando hacia modelos urbanos más sostenibles, habría que preguntarse si el ritmo de implantación de estos es óptimo o habría que acelerarlo. En este sentido, las previsiones apuntan a que en 2030 el 60 % de la población mundial vivirá en ciudades, cifra que aumentará hasta el 70 % para 2050.
Paneles solares sobre la cubierta de una vivienda. >>
Tú qué ¿piensas
Los paneles solares convierten la energía del Sol en energía eléctrica
¿
Situación de aprendizaje
Fuentes de energía
¿Conoces los tipos de energía que se utilizan en una vivienda? ¿Sabes de qué fuentes proviene la energía que abastece a tu hogar? ¿Existen opciones para reducir el consumo energético?
Motivación
¡ACTÚA ! Te proponemos que elabores una lista de ideas que te permitan reducir el consumo energético de tu vivienda y hacer de tu hogar un lugar más sostenible.
Para lograrlo, sigue esta ruta:
Principales usos de la energía
Fuentes de energía renovables y no renovables
Problemas del uso de la energía
Posibles soluciones al problema energético
Desarrollo sostenible
STEAM Power
7. Energía sostenible
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APERTURA DE LA UNIDAD
Activación
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En esta situación de aprendizaje se presenta el trabajo que realiza la organización sin ánimo de lucro Carbon Disclosure Project de divulgación sobre temas ambientales y de apoyo a ciudades y compañías para la construcción de una economía sostenible, midiendo y actuando sobre su impacto ambiental. Esta organización lleva más de 20 años trabajando con el objetivo de concienciar a gobiernos, empresas y personas de la necesidad de tomar las decisiones correctas para conseguir una economía próspera y sostenible a largo plazo. En la presentación de la Situación de Aprendizaje se ofrecen una serie de datos que resaltan el incremento de ciudades que en los últimos años han pasado a modelos sostenibles y la evolución demográfica de las ciudades que se prevé hasta 2050 para hacer ver al alumnado la importancia de este cambio y promover una reflexión sobre el ritmo al que está teniendo lugar.
Exploración
Estructuración
DESARROLLO DE LA UNIDAD
Aplicación SECCIONES ESPECIALES
Conclusión
Evaluación
CIERRE DE LA UNIDAD
MATERIAL DEL PROFESORADO
Vivimos en una sociedad en la que cada vez se demanda más energía y con esta situación se pretende hacer reflexionar al alumnado sobre el impacto, tanto del uso que hacemos de la energía en los hogares como del origen de las energías que utilizamos, en las problemáticas que genera el consumo de los recursos naturales, para promover opciones que reduzcan el consumo energético de su vivienda y ayuden a conseguir un hogar más sostenible, lo que redundará en beneficios para la sociedad en su conjunto. Este hecho hace que sea un buen momento para centrar la atención en las competencias y en los saberes básicos asociados a las destrezas científicas básicas, al uso doméstico e industrial de la energía y a las implicaciones medioambientales del desarrollo social y económico del mundo real. Esta conexión permitirá interrelacionar los elementos del currículo con actividades, tareas competenciales y con la realización de un producto final: una presentación con la que puedan concienciar a sus familiares de la necesidad de llevar a cabo una transformación en su hogar. La situación de aprendizaje podemos relacionarla con el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 7: Energía sostenible, ya que a través de las actividades, consejos y estrategias que se proponen en la secuencia didáctica de la unidad se contribuye a promover un uso más eficiente y sostenible de la energía. En cada apartado, la sección «En situación», presenta un texto breve y motivador que permite al alumnado conectar directamente el contenido del apartado con el contexto inicial y el producto final propuesto, facilitando el seguimiento del hilo conductor de la Situación de aprendizaje.
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4
1 Principales usos de la energía
1.1 Usos de la energía
1.2 Energía eléctrica
La principal energía que necesita el ser humano es la que obtiene de los alimentos para realizar las funciones vitales y las actividades cotidianas, para las cuales también necesita energía.
La energía eléctrica es la que obtenemos de la electricidad. Todos los dispositivos que enchufamos a la red eléctrica, o los que funcionan con pilas o baterías, la utilizan. La energía que consumen depende de su potencia y del tiempo que estén funcionando. La unidad en la que las compañías eléctricas miden la energía que consumimos es el kilovatio hora (kW · h).
En situación
Todos los electrodomésticos tienen una etiqueta con sus características, y una de ellas es la potencia, que suele venir expresada en vatios (W).
¿Para qué usamos la energía en el hogar?
En situación En una vivienda utilizamos energía para diferentes cosas. Pero ¿sabes qué energías utilizamos, y para qué?
Antes de continuar leyendo, analízala y piensa, en tu caso particular, de dónde obtenéis en casa la energía necesaria para cada una ellas.
En situación
¿Cómo se calcula el consumo energético? Automoción Climatización Agua caliente
Electrodomésticos Cocina Iluminación
Ahora, observa las siguientes gráficas, en las que se representa de dónde obtenemos principalmente la energía que necesitamos para las actividades anteriores. Electricidad
% Automoción 100
Combustibles sólidos (carbón y madera)
Climatización
Agua caliente Electrodomésticos Cocina
Iluminación
80
Combustibles líquidos (gasóleos y gasolinas)
60
Gases licuados de petróleo (butano, propano) Gas natural Energía solar térmica
En la industria y los transportes • Máquinas • Motores
MANUFACTURED : MAY
Aparte de los usos propios del hogar, el principal uso que se da a la energía térmica es para la automoción, lo que se consigue con las máquinas térmicas. Son máquinas que, mediante el suministro de energía térmica (que procede de la energía química de los combustibles), producen energía mecánica.
20
Usos de la energía térmica
b_ 1kW P = 1200 W $ = 1, 2 kW bbb 1000 W b `b " E = 1, 2 kW $ 0, 25 h = 0, 3 kW $ h b 1h t = 15 min $ = 0, 25 h bbb 60 min a Imagina ahora que la lámpara de mi salón tiene seis bombillas de bajo consumo de 25 W cada una. ¿Qué ahorro energético conseguiré, por cada hora de funcionamiento, si las sustituyo por sus equivalentes LED, de 3,5 W?
GAEdu 49UB850V
De las gráficas anteriores hay al menos dos cuestiones que deben llamarte la atención: • La mitad de la energía que consumen las familias se dedica a la automoción, y aunque es cierto que cada vez se utilizan más vehículos eléctricos, la mayoría son aún de gasolina o gasoil. • Para todas las demás actividades necesitamos, en mayor o menor medida, energía eléctrica. Además, es la única con la que funcionan los electrodomésticos y con la que nos iluminamos.
La mayoría de nuestros vehículos tienen motores de explosión, que son máquinas térmicas de combustión interna. En ellas, el combustible arde en el interior y son los gases que se producen en la combustión los que transforman la energía térmica en mecánica.
2024
Unidad de energía: 1 kW · h = 3,6 · 106 J
2 3
1 4 5 6 7 8 Admisión
Compresión
Explosión
Escape
Los motores de combustión
También, en el organizador de la derecha, puedes observar que en muchas de nuestras actividades interviene la energía térmica.
La figura derecha muestra el funcionamiento de un motor de combustión interna de dos tiempos. Una característica esencial de todas las máquinas térmicas es el rendimiento, que se define como la relación entre el trabajo realizado y la energía que ha consumido.
Podemos afirmar, pues, que las principales energías que utiliza el ser humano son la energía eléctrica y la energía térmica.
Visualiza la animación del funcionamiento del motor de cuatro tiempos en anayaeducacion.es y explica con tus palabras qué significa que el rendimiento del motor de un coche de gasolina es del 25 %.
Para la producción de energía eléctrica • Centrales térmicas
451D0074 (312 / 705)
MODEL : 49UB850V – ZD
POWER : A C 1 0 0 – 240 V 5 0 / 6 0 Hz 1 . 8 A 180 W SERIAL NO. : 405MASXLY150 ˜
1.3 Energía térmica
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En el hogar • Climatización • Calentar agua • Cocinar
En la imagen se muestra la etiqueta de un televisor de 180 W (0,18 kW). Por cada hora de funcionamiento, consumirá 0,18 kW · h. Sabiendo esto, es muy fácil calcular la energía consumida por cualquier electrodoméstico. Si, por ejemplo, utilizamos una aspiradora de 1 200 W durante 15 minutos, la energía eléctrica consumida es:
Principales usos de la energía SOLUCIONES
Después, cada compañía pone un precio al kW · h y es lo que nos cobra, más impuestos y otros conceptos, por la energía eléctrica que consumimos.
En la gráfica de la derecha se muestra una estimación del uso de la energía que hacemos en nuestros hogares. En ella se representa el porcentaje de energía que dedicamos a cada actividad.
1. Válvula de admisión 2. Válvula de escape
3. Bujía 4. Cámara de combustión 5. Pistón
6. Cilindro 7. Biela 8. Cigüeñal
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En situación: ¿Para qué usamos la energía en el hogar? El epígrafe comienza con una actividad en la que se propone analizar la gráfica sobre el consumo energético familiar dividido por actividades. Podemos observar cómo, por ejemplo, el automóvil acapara, aproximadamente, la mitad de la energía consumida por las familias, la climatización cerca del 25 %, etc. A continuación, se propone al alumnado que revise, en su caso particular, cuál es la energía que utilizan para cada uso. Es de esperar que en sus respuestas digan que, excepto para el automóvil (en la mayoría de los casos), para el resto necesitamos energía eléctrica y, en ocasiones, es la única energía que utilizamos, como es el caso de la iluminación y los electrodomésticos. Conviene que los alumnos y las alumnas interpreten esta gráfica antes de explicársela, para así fomentar esta habilidad tan necesaria en la ciencia. Sería conveniente que se formaran pequeños grupos para realizar este análisis y contestar a la cuestión planteada en la actividad, para después poner en común sus conclusiones y comentarlas.
En situación: ¿Cómo se calcula el consumo energético? Las bombillas de bajo consumo, en conjunto, tienen una potencia de 150 W (0,15 kW). Esto significa que por cada hora que la lámpara esté encendida, consume 0,15 kW · h. Si las sustituimos por bombillas de 3,5 W, en total tendrán 21 W (0,021 kW), y por cada hora de funcionamiento consumirán 0,021 kW · h. Por tanto, cuando sustituyamos las bombillas conseguiremos un ahorro de 0,15 kW · h – 0,021 kW · h = 0,129 kW · h, por cada hora que tengamos la lámpara encendida.
Los motores de combustión Con la pretensión de estimular sus capacidades comunicativas, se puede pedir al alumnado que explique el funcionamiento de estas máquinas a partir de las ilustraciones. Se recomienda que esta actividad se realice de forma oral. Se recomienda también, si es posible, proyectar la animación del motor de cuatro tiempos en el aula. Los motores de combustión interna son dispositivos con los que el alumnado convive, y es conveniente que sepan dar una explicación científica a su funcionamiento. En esta actividad se introduce el concepto de rendimiento de una máquina térmica. Para ello, se utiliza el concepto de trabajo, aún no estudiado, que se puede sustituir por el de «energía deseada», cinética en el caso de los motores. Hay que destacar que, en la actualidad, las máquinas térmicas tienen rendimientos bajos, lo que hace necesario invertir en investigación científica para mejorarlos. Que el rendimiento de un motor de explosión es del 25 % significa que se disipa, mediante calor, el 75 % de toda la energía que recibe. En otras palabras, solo el 25 % de la energía que se obtiene al quemar el combustible se transforma en movimiento. En términos económicos, de cada euro que invertimos en llenar nuestro depósito solo aprovechamos 25 céntimos; los otros 75 céntimos se invierten en calentar el ambiente. 4
2
Laboratorio Máquinas térmicas Materiales
Planteamiento del problema ¿Cómo construir una máquina térmica en el laboratorio, con materiales caseros? Tu propuesta Antes de continuar, diseña un modo de construir una sencilla máquina térmica con materiales caseros. Si puedes, llévala a la práctica.
Un tetrabrik de litro Una lata de refresco vacía Varias pajitas Plastilina
2.1 Fuentes de energía En la imagen se muestran los recursos naturales de los que obtenemos energía. Fuentes de energía son el conjunto de recursos o materias primas que el ser humano utiliza para obtener energía.
Una vela Cinta adhesiva En situación
Nuestra propuesta
¿Qué fuentes de energía utilizamos?
Las máquinas térmicas son dispositivos que transforman en energía mecánica parte de la energía térmica que se transfiere entre dos cuerpos a diferente temperatura. El esquema general de estas máquinas es:
En las imágenes de la derecha, ¿qué crees que diferencia a las seis fuentes de energía representadas a la izquierda de las cuatro de la derecha?
Foco caliente a T1
Eólica
Solar
Geotérmica
Marina
Hidráulica
Biomasa
Ordénalas cronológicamente según creas que las haya ido utilizando el ser humano.
Q1 Máquina
Energía mecánica
Q2
Carbón
Nuclear
Gas natural
Petróleo
Foco frío a T2
En ocasiones, utilizamos la energía que nos proporcionan sin necesidad de transformarla; por ejemplo, en los antiguos molinos se movían grandes piedras para moler el grano, utilizando la energía del viento o de las corrientes de agua; también en las salinas se utiliza la energía solar para, a partir del agua de mar, evaporar el agua para obtener la sal.
En esta práctica vamos a construir un pequeño barco que funciona con una máquina térmica (figura izquierda).
Aspas
Ruedas dentadas
Orientaciones • Corta una de las bases mayores del tetrabrik como se muestra en la foto. • Introduce unos dos centímetros varias pajitas por el agujero de la lata y séllalas con plastilina para que no se muevan. • Fija el extremo opuesto de las pajitas para que queden paralelas. • Coloca la lata en un extremo del tetrabrik, de modo que las pajitas sobresalgan por el otro extremo, que también has de sellar con plastilina.
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1 ¿Llegaste a construir la máquina que planteaste en tu propuesta inicial? Reflexiona sobre si realmente se trata de una máquina térmica.
4 En el dispositivo que has construido en la práctica, ¿cuál es el foco caliente, cuál del foco frío y cuál la máquina térmica?
En otras, sin embargo, tenemos que transformarla para nuestro uso; ocurre, por ejemplo, cuando a partir del petróleo fabricamos carburantes, cuando usamos estos para hacer funcionar los motores, o cuando utilizamos biomasa, gas natural, o cualquier otro recurso, para obtener las energías que más utilizamos, térmica o eléctrica.
La energía del viento
2 ¿Cuál de las dos, la tuya o la que proponemos en el texto, crees que tiene mayor rendimiento? ¿Por qué? 3 ¿Cómo podrías aumentar el rendimiento de nuestro «barco de vapor»?
Laboratorio. Máquinas térmicas
En situación ¿De dónde obtenemos la energía?
Fuentes de energía renovables y no renovables
Tolva o depósito de grano Piedras de moler Depósito de grano molido
Compara la imagen del aerogenerador con la del molino de viento de la izquierda.
Multiplicador Generador
Rotor
1 ¿De qué recursos obtenemos la energía en las dos imágenes? 2 ¿Qué energía buscamos obtener en cada caso?
Góndola Pala
Torre
3 Piensa en otras aplicaciones de este tipo de energía.
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Se han definido las máquinas térmicas como aquellas que transforman energía térmica en energía mecánica. Se plantea, como trabajo práctico, la construcción de una de estas máquinas con materiales caseros. Existen muchas y diversas formas de construir máquinas térmicas sencillas. Basta con realizar una búsqueda en Internet utilizando los términos «máquina térmica casera» para darnos cuenta de ello. Así, si se propone al alumnado como experiencia abierta, se dispondrá de muchos modelos a comparar. El que se propone en el texto, es una adaptación de uno de los presentes en la Web, con el que el alumnado podrá comprobar cómo se transforma la energía térmica de una vela en energía cinética de nuestra pequeña embarcación. Una vez construidas las diferentes máquinas, podremos proceder a una comparación cualitativa de sus rendimientos si se utilizan velas iguales. 1 Se tratará de una máquina térmica si se transforma energía térmica en energía mecánica. 2 Respuesta abierta. El rendimiento se podrá comparar de modo cualitativo. Lo importante es hacer que el alumno o la alumna argumente su respuesta, pues así podremos comprobar su nivel de conocimientos y uso de la terminología científica. 3 Respuesta abierta. La actividad se plantea para estimular la creatividad del alumnado. Por ejemplo, se podría pensar en no aplastar la lata y sellar el orificio por el que se introducen las pajitas. 4 El foco caliente es la llama de la vela, el foco frío, la atmósfera y la máquina en sí, la lata con las pajitas.
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Laboratorio Máquinas térmicas
Planteamiento del problema ¿Cómo construir una máquina térmica en el laboratorio, con materiales caseros?
En situación ¿De dónde obtenemos la energía?
2.1 Fuentes de energía
Fuentes de energía renovables y no renovables
Materiales Un tetrabrik de litro Una lata de refresco vacía Varias pajitas Plastilina
En la imagen se muestran los recursos naturales de los que obtenemos energía. Fuentes de energía son el conjunto de recursos o materias primas que el ser humano utiliza para obtener energía.
Una vela Cinta adhesiva
Tu propuesta Antes de continuar, diseña un modo de construir una sencilla máquina térmica con materiales caseros. Si puedes, llévala a la práctica.
SOLUCIONES
En situación
Nuestra propuesta
¿Qué fuentes de energía utilizamos?
Las máquinas térmicas son dispositivos que transforman en energía mecánica parte de la energía térmica que se transfiere entre dos cuerpos a diferente temperatura. El esquema general de estas máquinas es:
En las imágenes de la derecha, ¿qué crees que diferencia a las seis fuentes de energía representadas a la izquierda de las cuatro de la derecha?
Foco caliente a T1
Eólica
Solar
Ordénalas cronológicamente según creas que las haya ido utilizando el ser humano.
Q1
Geotérmica
Marina
Hidráulica
Biomasa
Energía mecánica
Máquina Q2
Carbón
Nuclear
Gas natural
Petróleo
En situación: ¿Qué fuentes de energía utilizamos?
Foco frío a T2
En ocasiones, utilizamos la energía que nos proporcionan sin necesidad de transformarla; por ejemplo, en los antiguos molinos se movían grandes piedras para moler el grano, utilizando la energía del viento o de las corrientes de agua; también en las salinas se utiliza la energía solar para, a partir del agua de mar, evaporar el agua para obtener la sal.
En esta práctica vamos a construir un pequeño barco que funciona con una máquina térmica (figura izquierda).
Aspas
En otras, sin embargo, tenemos que transformarla para nuestro uso; ocurre, por ejemplo, cuando a partir del petróleo fabricamos carburantes, cuando usamos estos para hacer funcionar los motores, o cuando utilizamos biomasa, gas natural, o cualquier otro recurso, para obtener las energías que más utilizamos, térmica o eléctrica.
Ruedas dentadas
Orientaciones • Corta una de las bases mayores del tetrabrik como se muestra en la foto.
1 ¿Llegaste a construir la máquina que planteaste en tu propuesta inicial? Reflexiona sobre si realmente se trata de una máquina térmica.
• Introduce unos dos centímetros varias pajitas por el agujero de la lata y séllalas con plastilina para que no se muevan.
La energía del viento
2 ¿Cuál de las dos, la tuya o la que proponemos en el texto, crees que tiene mayor rendimiento? ¿Por qué? 3 ¿Cómo podrías aumentar el rendimiento de nuestro «barco de vapor»?
• Fija el extremo opuesto de las pajitas para que queden paralelas.
Compara la imagen del aerogenerador con la del molino de viento de la izquierda.
Tolva o depósito de grano
4 En el dispositivo que has construido en la práctica, ¿cuál es el foco caliente, cuál del foco frío y cuál la máquina térmica?
• Coloca la lata en un extremo del tetrabrik, de modo que las pajitas sobresalgan por el otro extremo, que también has de sellar con plastilina.
Piedras de moler Depósito de grano molido
Al inicio de este apartado se define el concepto de fuente de energía. Hay que hacer ver al alumnado que toda la energía que consumimos se obtiene de los recursos naturales, algunos de los cuales empiezan a ser escasos, y así empezar a estimular su conciencia hacia un uso responsable.
Multiplicador Generador
Rotor
1 ¿De qué recursos obtenemos la energía en las dos imágenes? 2 ¿Qué energía buscamos obtener en cada caso?
Fuentes de energía renovables y no renovables
Góndola Pala
Torre
3 Piensa en otras aplicaciones de este tipo de energía.
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En esta actividad, se pide al alumnado que adelante la diferencia entre las fuentes de energía renovables (izquierda) y las no renovables (derecha), lo que debe hacer antes de estudiarlo más adelante en este apartado. De manera orientativa, podemos decir que la primera utilizada por la humanidad es la solar, para calentarse y ver durante el día. Tras el descubrimiento del fuego, se empezó a utilizar la biomasa. Se puede decir, pues, que la térmica estaba presente, y que, en este sentido, las zonas con actividad geotérmica serían privilegiadas. Con la navegación se empezaron a utilizar la marina y la eólica, y esta última también sirvió, junto con la hidráulica, para mover los primeros molinos. Después, llegó la era del carbón, que terminó siendo sustituido por el petróleo. Finalmente, con la generación de electricidad, se le dio uso al gas natural y a la energía nuclear, acudiendo, también, a las comentadas en el párrafo anterior, pero con otros propósitos. Respecto a la clasificación de las fuentes de energía en renovables y no renovables, parte del alumnado tendrá la idea de que las fuentes de energía renovables son inagotables y limpias. Hay que resaltar que no es así. También se deben analizar las ventajas e inconvenientes de cada una, en las que conviene detenerse, y se explica la razón de que a las renovables también se las llame «energías alternativas».
La energía del viento 1 Obtenemos la energía del viento en ambos casos. 2 En el molino de viento, la energía del viento se transforma en energía mecánica para mover las piedras que muelen el grano. En el caso del aerogenerador, la energía que obtenemos es eléctrica, a través del generador. 3 La energía eólica se aprovecha también, por ejemplo, para proporcionar energía mecánica con la que impulsar a los barcos veleros, etc. 2
Fuentes de energía renovables y no renovables
4 Según los ritmos de consumo y regeneración de los recursos, las fuentes de energía se clasifican en renovables y no renovables. En la actualidad, las no renovables se utilizan en mayor medida que las renovables, y de ahí que a estas últimas también se las conozca como fuentes de energía alternativas.
Fuentes de energía
Definición
Ventajas
Inconvenientes
Renovables
Hidráulica Eólica Solar Biomasa Mareomotriz Undimotriz Geotérmica
Se consumen a menor ritmo del que se regeneran en la naturaleza.
Más limpias.
Muchas son intermitentes (no siempre están presentes). No pueden garantizar nuestras necesidades.
No renovables
En la siguiente tabla, y en las siguientes páginas, se muestran definiciones, ventajas, inconvenientes, y ejemplos y usos de cada una.
Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) Energía nuclear
El ritmo de consumo es mayor que el de regeneración.
Pueden garantizar nuestras necesidades energéticas.
Terminaremos agotándolas. El uso de combustibles fósiles contamina la atmósfera. La energía nuclear genera residuos radiactivos, perjudiciales para la vida, de difícil tratamiento.
Ciencia recreativa
Reflexiona La energía del viento (eólica) y la de las corrientes de agua (hidráulica) se utilizan desde hace mucho tiempo para moler grano en los molinos. En ellos, el viento o el agua mueven unas aspas unidas a un eje que transmite el movimiento a una gran piedra. En términos energéticos, se transforma la energía cinética del viento, o el agua, en energía cinética de la piedra. Te proponemos en esta ocasión que construyas un sencillo molino.
1 Este valor puede encontrarse, habitualmente, junto a los datos de identificación y descripción del contrato. Viene expresado en kilovatios (kW). En la actualidad pueden contratarse potencias diferentes para los períodos punta y valle, lo que debe reflejarse en la factura.
Materiales Cartulina cuadrada Palo de madera delgado y largo Tijeras, chincheta s, pegamento y regla Botella de plástico y de yogur (reutilizacivasito ón)
Construye Para construir el molino, sigue las instrucciones que se muestran numeradas en las figuras adjuntas.
En situación
La factura eléctrica
0,4 % 0,2 % 26,2 %
1 ¿Qué potencia tienes contratada? 2 ¿Cuánto cobra tu compañía por el kW · h? 3 ¿Cuál ha sido el consumo, y en cuánto tiempo? 4 ¿De qué fuentes procede la energía eléctrica que consumís en tu hogar?
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2 El precio del kilovatio hora depende del tipo de tarifa que tenga contratada cada usuario. Generalmente, se especifica en el detalle de la factura, en el apartado correspondiente al cargo por energía consumida, y se expresa en €/(kW · h).
Construidas las aspas, y fijadas al eje, pasamos a la estructura, para la que vamos a utilizar una botella de plástico y un punzón (o puntilla). Tienes que agujerear la botella, por su parte superior, de modo que puedas meter el eje del molino por los agujeros y que quede horizontal. Además, llena la botella de arena, sin llegar a la altura del eje, para que pese y sostenga bien las aspas del molino.
45,8 %
8,7 %
0,5 % 6,6 % 5,2 %
3,6 % 2,7 %
Pero, además de los costes, las compañías deben informar en la factura de la procedencia de la energía consumida. Revisa tu factura eléctrica y contesta a estas preguntas:
Asegúrate de que las aspas quedan fijadas al palo, de modo que cuando aquellas se muevan, este gire.
La siguiente imagen muestra con qué fuentes de energía se abasteció Andalucía durante el año 2021. Se tuvo que importar más energía eléctrica de la que se exportó; la diferencia aparece en la imagen como «Saldo energía eléctrica».
La energía eléctrica que consumimos en los hogares, industrias, etc., tiene un coste que los usuarios pagan por medio de la factura eléctrica.
Gas natural Eólica
Productos petrolíferos Solar Térmica
Carbón
Biomasa
Hidráulica
Solar Fotovoltaica
Termosolar
Saldo energía eléctrica
1 Hemos visto que la energía proveniente de las fuentes se transforma en otros tipos para poder usarla. Propón dos ejemplos diferentes a los estudiados y explica para qué utilizamos la energía en cada caso. 2
¿Qué porcentajes de energías renovables y no renovables utilizó Andalucía en 2021? ¿Qué problemas puede ocasionar el uso de fuentes de energía no renovables? ¿Por qué estas son las más utilizadas?
3
¿Conoces el grado de ingeniería de la energía? En anayaeducacion. es encontrarás un documento con el que podrás informarte acerca de este grado.
En situación: La factura eléctrica
Energía eólica
Experimenta Ata una cuerda al eje y en el otro extremo cuelgas un vasito de plástico, de modo que, cuando se muevan las aspas, la cuerda se enrolle en el eje y el vasito suba. Para mover las aspas puedes usar un secador de pelo. • ¿De qué factores depende que el molino pueda subir más o menos peso? • A igualdad de «viento», ¿cómo podemos mejorar la eficacia del molino? • ¿Podemos hacer las aspas tan grandes como queramos?
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3 Puede ser buen momento para repasar saberes básicos sobre la expresión de las unidades de medida. Es fácil ver, en todo tipo de documentos, unidades de medida expresadas de forma incorrecta, como suele ocurrir con el kilovatio hora. Al tratarse de un producto de dos unidades (potencia y tiempo), la multiplicación debe indicarse mediante un espacio o un punto centrado a media altura (·), pero es incorrecta la forma kWh que suele encontrarse en las facturas. Dependiendo de la compañía comercializadora de la electricidad y el tipo de tarifa aplicada, este concepto puede encontrarse en diferentes ubicaciones en la factura, como sucedía con los conceptos anteriores. 4 Las compañías comercializadoras eléctricas deben informar a los usuarios del origen de la energía que suministran, así como el impacto medioambiental. Para ello, suelen utilizar un modelo unificado de gráfico de sectores en el que indican los porcentajes que corresponden a cada fuente de energía dentro del mix de comercialización, y una comparación con el porcentaje correspondiente en el mix de generación nacional. Por otra parte, el impacto medioambiental de la energía comercializada se indica mediante dos etiquetas, similares a las utilizadas para indicar la eficiencia energética de los electrodomésticos, en los que se clasifica la compañía en función de las emisiones de CO2 equivalente y de residuos radiactivos de las fuentes que comercializa.
Actividades 1 Respuesta abierta. Serviría cualquier ejemplo en el que se obtenga energía térmica o eléctrica a partir de las energías provenientes de los recursos naturales, lo que constituye un adelanto al estudio de las centrales eléctricas.
55
2
En el año 2021, Andalucía consumió un 72,4 % de energías no renovables y un 22,3 % de energías renovables. Este dato contrasta con la afirmación que se verá más delante de que Andalucía ha superado ya la mitad de su producción de energía eléctrica a base de fuentes renovables. Hay que destacar que en el consumo de energía entran muchos otros términos, como el transporte o los usos industriales, en los que la energía proveniente de fuentes no renovables sigue siendo mayoritaria. Se puede ampliar información sobre el consumo de energía en Andalucía visitando el portal de la Agencia Andaluza de la Energía en www.agenciaandaluzadelaenergia.es. Los principales problemas que ocasiona el empleo de energías no renovables es el agotamiento de los recursos y la contaminación. Se utilizan porque son, por el momento, las que garantizan nuestras necesidades. Puede ser interesante establecer un debate en el aula, organizando el grupo grande en otros más pequeños, con el objetivo de que argumenten las respuestas a estas cuestiones. Se puede recomendar al alumnado consultar en anayaeducacion.es la documentación sobre el Plan Lingüístico como ayuda a la hora de argumentar sus opiniones.
3
Se recomienda al alumnado consultar la documentación incluida en los Itinerarios Académicos y Profesionales, en anayaeducacion.es, donde podrán encontrar información sobre las salidas profesionales y estudios superiores relacionados con la energía.
Ciencia creativa. Energía eólica El apartado «Ciencia recreativa» de esta unidad se dedica a lo que podríamos denominar una «nueva antigua energía». Las energías eólica e hidráulica se han utilizado desde muy antiguo con distintos propósitos, como se ha comentado en algunos apartados de esta propuesta didáctica. No obstante, en la actualidad se utilizan para producción de energía eléctrica y se vuelve a destacar su importancia como fuente de energía. Se propone la construcción de un molino eólico con materiales caseros. Con este dispositivo, se transforma energía primaria en movimiento, que podrá ser utilizada para otros menesteres. Conviene comentar al alumnado que es este giro de las turbinas el que finalmente produce la energía eléctrica en las centrales del mismo nombre. La construcción de este artilugio es fácil, por lo que se puede recomendar como trabajo autónomo. Una vez construido, se lleva al aula para analizarlo desde una perspectiva científica. Si se estima conveniente, se puede plantear en modo de concurso para comprobar qué molino es capaz de levantar pesos mayores, y analizar las causas de ello. En este análisis se deberán utilizar conceptos y terminología científica, constituyendo una buena oportunidad de repaso de saberes sobre las destrezas científicas básicas. Para ello, podemos utilizar las cuestiones que se plantean en el apartado «Experimenta», en las que se analizan las variables que pueden influir en la mejora de la transformación energética. Como orientación, podemos comentar que: • Puede depender de la energía eólica, de la calidad/forma/material de las aspas y del rozamiento entre el eje de madera y el plástico de la botella. • Haciendo que las aspas pesen menos y disminuyendo el rozamiento del eje. • Si las aspas fuesen muy grandes, aumentaríamos su masa y sería más difícil moverlas. Además, también se necesitaría mayor estructura. En la construcción de la estructura del molino eólico se nos presenta una buena oportunidad para comentar los efectos de las fuerzas para producir giros (concepto de momento). El rellenar la botella con arena es, precisamente, para anular el momento ejercido por el peso de las monedas. Finalmente, no podríamos terminar esta experiencia sin destacar la importancia de la energía eólica en el desarrollo de la humanidad.
2
Fuentes de energía renovables y no renovables
4
Energía solar
Energía eólica
«Andasol», Aldei
Carbón
Petróleo
El petróleo es un líquido muy oscuro de aspecto oleoso. Se extrae de yacimientos situados cientos de metros por debajo de la superficie. Se utiliza como principal fuente de energía en medios de transporte y para producir electricidad.
«Dúrcal», Granada
La energía nos llega del Sol en forma de radiación, y es el origen de otras energías. Su aprovechamiento se realiza mediante placas solares para producir energía eléctrica (energía solar fotovoltaica) y térmica (energía solar térmica), como la de la fotografía.
La energía eólica se transforma en energía eléctrica en los aerogeneradores (molinos de viento como los de la imagen). Depende de las condiciones meteorológicas, por lo que deben colocarse en zonas con viento frecuente.
El carbón es un sólido negro que procede de la descomposición de plantas. Se utiliza para obtener energía eléctrica y térmica, aunque en la actualidad se está sustituyendo por otros combustibles, también en las centrales térmicas.
Energía hidráulica
Energía biomasa
Gas natural
Central Iznájar, Córdoba
Fuentes de energía no renovables
Energía nuclear
Vega del Genil
Fuentes de energía renovables en Andalucía El agua embalsada en lo alto de una presa tiene energía potencial, que cuando el agua cae se transforma en energía cinética y mueve las turbinas de la central hidroeléctrica para producir energía eléctrica.
La biomasa es materia orgánica de origen animal o vegetal que se utiliza para producir energía eléctrica y biocombustibles que, a diferencia de los combustibles fósiles, son renovables, pues se obtienen a partir de vegetación.
Energía geotérmica
Energía marina (undimotriz y mareomotriz)
La energía geotérmica procede de las altas temperaturas que existen en el interior de la Tierra. Esta energía se puede utilizar como calefacción o transformar en energía eléctrica. La primera central de energía geotérmica de España se construye en Níjar, Almería.
Ambas energías se obtienen de los movimientos del agua del mar. La primera proviene de la energía de las olas al moverse, y la segunda, de la de las mareas. Andalucía tiene un gran potencial de energía marina.
58
El gas natural puede encontrarse en yacimientos asociados al petróleo o de forma aislada. Su uso es muy amplio, tanto en la industria como en los hogares, pero los principales son calefacción, combustible y obtención de energía eléctrica.
Fuente de energía Origen el Sol Otros orígenes
Renovable
No renovable
5
Fuentes de energía
Renovable
No renovable
Origen el Sol
Hidráulica Eólica Undimotriz Solar Biomasa
Carbón Petróleo Gas natural
Otros orígenes
Mareomotriz Geotérmica
Nuclear
A partir de tu respuesta a la actividad anterior, explica cómo interviene el Sol en la generación de otras fuentes de energía renovables.
6 Hasta ahora, las energías geotérmica y marina eran poco aprovechables. ¿Por qué crees que decimos esto? 7 Además de combustibles, ¿qué más se obtiene del petróleo? 59
56
4 Tras definir ambos tipos de fuentes de energía según los ritmos de consumo y de regeneración, hemos visto conveniente una doble clasificación, añadiendo un segundo criterio basado en determinar si se puede atribuir al Sol ser origen de ella. De este modo, surge la tabla de doble entrada que se propone en esta actividad. Es un buen momento para reforzar la idea de «criterio de clasificación», al que se enfrentarán continuamente en cursos siguientes.
La energía nuclear se obtiene cuando algunos elementos químicos experimentan una reacción de fisión nuclear, desprendiendo mucha energía, que se utiliza en la producción de energía eléctrica.
En Andalucía no se usa energía nuclear y, aunque cuenta con pequeñas reservas de carbón, petróleo y gas natural, apenas se explotan, y la mayor parte de estos recursos siempre los ha importado desde otros lugares. En la actualidad, ya se utilizan más fuentes de energía renovables que no renovables, gracias a la fuerte apuesta que está haciendo esta comunidad autónoma por el uso de las primeras, principalmente la solar y la eólica.
4 Son pocas las fuentes de energía no relacionadas, directa o indirectamente, con el Sol. Atendiendo a esto, rellena la tabla con los nombres de las fuentes de energía.
Actividades
5
La energía solar es origen de los movimientos de masas de aire de la atmósfera (eólica), del ciclo del agua (hidráulica), de la existencia de seres vivos (biomasa) y de las olas (undimotriz).
6 Las condiciones en las que pueden utilizarse estas fuentes de energía son muy particulares, y se dan en pocos puntos de la superficie terrestre. 7 Los usos del petróleo son muy diversos. Muchos de los materiales de uso común, como plásticos y algunos tejidos, provienen de él.
4 En situación ¿Usamos bien la energía?
3 Problemas del uso de la energía
3.1 Evolución de nuestras necesidades energéticas
3.2 Problemáticas derivadas del consumo energético
De las dos energías que más utilizamos, la térmica fue la primera que utilizó el ser humano, y transcurrió mucho tiempo hasta que aprendimos a producir y manejar la energía eléctrica.
Las problemáticas asociadas al ritmo actual de consumo energético pueden afectarnos a distintos niveles.
En la siguiente imagen se muestran algunos de los principales hitos en el uso de la energía.
Surgen, en el Medio Oriente, los molinos de agua, que se usan para moler grano y regadío. Durante la Edad Media se extienden por toda Europa.
El invento y desarrollo de la máquina de vapor hace posible la Revolución Industrial. Es la era del carbón.
Los primeros procesos de fabricación y distribución de electricidad permitieron que la energía eléctrica entrara en las viviendas.
Así, a nivel local, el uso de energías renovables puede alterar el paisaje y los ecosistemas del entorno, y el uso de no renovables puede influir en la calidad del aire de la zona. A escala mundial, podemos destacar el agotamiento de recursos, el cambio climático, el tratamiento de residuos y las desigualdades sociales (cuadro inferior).
Agotamiento de recursos Miles de millones de barriles por año
30 20
Siglo iii a. C.
Siglo vii
Siglo xviii
En Persia se desarrollan los primeros molinos de viento, aprovechando la energía eólica. Durante la Edad Media se mejoran y extiende su uso.
Final s. xix a principio s. xx
15
Primer tercio s. xx
Petróleos pesados Regiones polares
Oriente Medio
5
Gas natural licuado Anomalía térmica en agosto 2023 respecto a la media entre 1951 y 1980
Otros
10 Rusia
Europa
Año
-7,0 -4,0 -2,0 -1,0 -0,5 -0,2 0,2
0,5
1,0
2,0 4,0
4,4
La quema de carbón y petróleo emite a la atmósfera grandes cantidades de CO2, gas de efecto invernadero. Esto provoca un calentamiento global de la atmósfera y los océanos cuya consecuencia son grandes cambios en el clima mundial.
Nuestro modelo energético se basa en la combustión de carbón y de petróleo, recursos que terminarán agotándose. En la imagen se muestra el pico de extracción del petróleo, es decir, el momento a partir del cual comenzaron a disminuir nuestras reservas.
El desarrollo de los motores de combustión interna dio comienzo a la industria del petróleo.
Problemáticas a escala mundial
Nuestras necesidades energéticas siempre han ido creciendo. En la actualidad disponemos de multitud de máquinas para cultivar, trasladarnos, transportar mercancías o comunicarnos, y todo ello demanda, cada vez en mayor medida, más cantidad de energía.
Tratamiento de residuos radiactivos
Desigualdades sociales
El uso de la energía nuclear genera residuos radiactivos que hay que aislar del entorno humano, lo que recibe el nombre de confinamiento. Para ello, se utilizan distintas barreras que aíslan la radiactividad y evitan que los residuos entren en contacto con el agua de lluvia. Aunque son seguras, no están libres de accidentes.
El reparto de energía a nivel planetario no es equitativo; hay países que consumen mucha energía y otros que apenas disponen de ella. Las demandas de los países industrializados provocan grandes desigualdades sociales, incluso guerras por el control de los recursos, como la reciente «guerra del coltán».
Evolución del consumo energético Según la Agencia Internacional de la Energía, en 2040 se necesitarán 3 460 Mtep más que en 2019; esto significa que, si solo utilizáramos petróleo, en 2040 tendríamos que quemar 3 460 millones de toneladas más que en 2019.
% 35,0
Según la predicción de la imagen, ¿qué fuentes de energía tienden al alza y cuáles a la baja? ¿En qué cantidad? ¿En general, se tiende a usar más las renovables o las no renovables?
5,0
Evolución de uso de fuentes de energía
de equivalente La tonelada es una unidad petróleo (tep) equivale a la que de energía íamos al quemar . que obtendr de petróleo una tonelada J= 868 000 000 1 tep = 41 · Wh = 11 630 k 6 tep 1 Mtep = 10
30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 0,0
Hidráulica Petróleo
Gas natural
2019: 14 474 Mtep
Carbón
Biomasa
Otras Nuclear renovables
2040: 17 934 Mtep
Problemas del uso de la energía El epígrafe se centra, como indica su título, en las problemáticas derivadas del uso energético. Se han venido adelantando en epígrafes anteriores, y hemos visto conveniente reunir las principales a las que nos enfrentamos, por destacar su importancia.
Cambio climático
Petróleo convencional Reservas bajo aguas marinas profundas
0 EE. UU. (menos Alaska) 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Nuestros antepasados aprendieron a controlar el fuego para calentarse, cocinar, iluminar la oscuridad y protegerse de los depredadores.
Elabora un listado que recoja la contribución que se puede estar haciendo desde tu hogar a las problemáticas aquí descritas, de modo directo o indirecto, según el uso que hacéis de la energía.
Cada vez somos más conscientes de estos problemas, y se tienen iniciativas para solventarlos. Se comentan algunas en apartados siguientes.
25
Hace 1,5 millones de años
En situación
¿Cómo contribuyo a estos problemas?
60
61
Se comienza con un relato histórico para hacer ver que todos los avances en nuestro modo de vida han supuesto un aumento de nuestra demanda energética y de la necesidad de utilizar más recursos. Es una temática que se presta a un tratamiento desde una perspectiva CTS, lo que se debe aprovechar para reforzar estos contenidos. En el texto se destacan cuatro de las problemáticas más importantes a escala mundial, a las que deberemos dar solución. A estas soluciones, y su objetivo final, se dedican los siguientes epígrafes de la unidad. Respecto al agotamiento de recursos, de seguir el ritmo actual de consumo de carbón y petróleo, las reservas se pueden agotar en cuestión de varias décadas, a no ser que se planteen nuevas formas de extracción no exentas de riesgos y dificultades. En relación con el cambio climático, es importante diferenciarlo del calentamiento global y del efecto invernadero, conceptos muy relacionados entre sí, pero distintos. El efecto invernadero es el que ocasiona un aumento de temperatura de la atmósfera, que conlleva el calentamiento global y, en última instancia, un cambio de clima a nivel mundial. También, si se estima conveniente, sería oportuno hablar del oscurecimiento global, fenómeno que enmascara al calentamiento global. Sobre el tratamiento de residuos y las desigualdades sociales, ya se han venido comentando en apartados anteriores de la unidad, y son buenas temáticas para recomendar debates en el aula o la elaboración de informes con posterior presentación de resultados.
SOLUCIONES Evolución del consumo energético Se observa que el uso de petróleo y de carbón disminuye levemente, a costa de aumentar el uso de otras no renovables (nuclear y gas natural) y renovables. La segunda pregunta tiene una respuesta abierta en base a un análisis de datos numéricos y gráficos. Se aconseja establecer un debate en clase para responder de forma grupal a estas cuestiones.
En situación: ¿Cómo contribuyo a estos problemas? Respuesta abierta. Esta actividad plantea al alumnado una reflexión sobre las consecuencias del uso de la energía que se hace en su hogar, para lo que habrá de relacionar las conclusiones de sus investigaciones anteriores con los saberes adquiridos en este epígrafe.
4
4
Para solucionar las problemáticas asociadas al consumo actual de energía, se han de plantear tanto propuestas globales como acciones individuales.
Posibles soluciones al problema energético
4.1 Propuestas globales Las propuestas globales se deben centrar principalmente en dos aspectos: • Reparto más equitativo de los recursos. Son los gobiernos de los distintos países los que tienen que dar solución a esto, llegando a acuerdos que contemplen razones humanitarias aparte de las económicas.
En situación ¿Podemos tomar alguna medida para solucionar los problemas que plantea el uso de la energía?
Fuentes de energía en Andalucía
• Disminución de la contaminación. Se han de fomentar medidas de ahorro energético, para lo que es necesaria la concienciación social. Además, se ha de promover el uso de fuentes de energía renovables e invertir en investigación científico-tecnológica para mejorar el rendimiento de los procesos energéticos y aprovechar mejor la energía.
4.2 Acciones particulares Las acciones particulares requieren de un cambio de actitud para contribuir al ahorro energético. Debemos asumir que lo que podemos aportar a nivel particular a la solución de estos problemas es muy importante, pues somos miles de millones de personas y la suma de las acciones individuales pueden suponer ingentes cantidades de energía. Algunas medidas particulares pasan por utilizar electrodomésticos de alta eficiencia energética, lámparas LED, así como el transporte público o la bicicleta. Eficiencia energética de los electrodomésticos La eficiencia de los electrodomésticos no ha dejado de mejorar en los últimos años, lo que obligaba a añadir símbolos «+» a la letra A para los más eficientes. Para evitar esto, se ha hecho un nuevo reescalado. Un electrodoméstico que antes tenía clasificación A++, ahora pasa a tener una clasificación C sin que signifique que haya disminuido su eficiencia.
En la imagen se muestran las fuentes de energía que se producen en nuestra comunidad.
Convencional C. H. Bombeo Carbón Ciclo Combinado
2 ¿Te parece una decisión adecuada, según el clima de la zona?
Renovable Oceanotérmica Biogas Planta termosolar Biomasa Cogeneración/Residuos Eólica Cogeneración Fotovoltaica Hidroeléctrica Residuos
Consumo
B
A+++
C
A++
< 30 %
D
A+
30 % - 42 %
E
A
42 % - 55 %
G
< de 25 %
B
55 % - 75 %
C
75 % - 90 %
D
90 % - 100 %
Regla de las tres erres Para promover un consumo responsable de los recursos, se aplica la regla de las tres erres:
Una alternativa para disminuir la contaminación es el desarrollo de vehículos eléctricos, siempre que las baterías se recarguen con energías alternativas. También se están investigando otras alternativas, como las pilas de combustible, que podrían ser el motor del futuro.
• Reducir. Se trata de la acción más importante, según la cual debemos reducir el consumo de recursos, como la cantidad de materiales de un solo uso.
Fuentes de energía en Andalucía
Circulación de electrones Entrada de hidrógeno
O2 O2
Iones positivos de hidrógeno
O2 O2
2 H2O –→ 2 H2 + O2 Catalizador Electrolito Salida de agua
Aunque las celdas de combustible no contaminen localmente, si el hidrógeno se obtiene utilizando la energía eléctrica generada con fuentes de energía no renovables, en general sí producirá contaminación atmosférica.
GRIS
NARANJA
VERDE
AMARILLO
AZUL
ROJO
Orgánica
Envases de vidrio
Plásticos y envases metálicos
Papel
Hospitalarios infecciosos
• Reutilizar. Es la segunda acción más importante de la regla, y consiste en reutilizar, en la medida de lo posible, lo que tengamos pensado tirar, dándole el mismo uso o un uso diferente. • Reciclar. Cuando algo no se puede reutilizar, y decidimos tirarlo, se ha de hacer en los contenedores adecuados (figura de la derecha) para que pueda servir, una vez procesado, como una nueva materia prima.
Una celda de combustible es un dispositivo por el que se obtiene una corriente eléctrica haciendo reaccionar hidrógeno con el oxígeno del aire. No genera residuos, pues como producto se obtiene agua. Si se unen varias de estas celdas, se pueden utilizar como motor eléctrico de los vehículos del futuro. El hidrógeno necesario para hacer funcionar las pilas de combustible se puede obtener de la electrólisis del agua, proceso por el que se separa el hidrógeno del oxígeno por medio de una corriente eléctrica:
Colores de los contenedores de reciclaje
Desechos en general
8 El principal inconveniente de las centrales nucleares es la generación de residuos. Busca información sobre las soluciones que se han propuesto, y llevado a cabo, en los últimos años para su gestión. 9
Busca información sobre el gasohol y el biodiésel. ¿Podrían sustituir a los combustibles utilizados actualmente en la mayoría de los coches? Comprueba si se puede considerar que no contaminan y si suponen una alternativa para alcanzar la meta 13.a de los ODS.
Posibles soluciones al problema energético SOLUCIONES
–
Consumo responsable de los recursos
Pilas de combustible: ¿el motor del futuro?
62
–
Asimismo, hemos de ser conscientes de la necesidad de hacer un buen uso de los recursos, pensando siempre en reducir, reutilizar y reciclar (regla de las tres erres).
1 ¿Qué energías renovables se utilizan?
Electrodo
A
F
La letra A queda por el momento sin que se le asigne ningún electrodoméstico, a la espera de que siga mejorando la eficiencia energética.
Consulta el mapa interactivo que te ofrecemos en anayaeducacion.es para poder analizar la figura con mayor detalle, y contesta a las siguientes cuestiones:
Entrada de oxígeno
Nueva Clasificación clasificación anterior
En situación
¿Qué hacemos en casa para dar solución a los problemas energéticos? En el apartado anterior hiciste un listado sobre cómo contribuíais a los problemas derivados del uso de la energía. Haz uno ahora sobre lo que hacéis para darles solución, destacando qué más podríais hacer.
63
1 En el mapa se aprecia una fuerte implantación de energía solar fotovoltaica, lo que se ve favorecido por la alta tasa de radiación solar que recibe nuestra comunidad. También se aprecia un elevado número de centrales hidroeléctricas y, en tercer lugar, de biomasa. Estas observaciones están en consonancia con el último informe de datos energéticos elaborado por la Agencia Andaluza de la Energía, referido al año 2021. 2 Respuesta abierta. Dependiendo de la zona en la que se viva, será más adecuado el uso de unas fuentes de energía u otras. Sería conveniente una visita a alguna central eléctrica cercana, bien presencial o de modo virtual.
En situación: ¿Qué hacemos en casa para dar solución a los problemas energéticos? Respuesta abierta. El alumnado deberá planificar acciones concretas que pueda aplicar en su caso, que incluyan medidas como las estudiadas en este epígrafe.
57
Actividades 8 Las soluciones pasan, en última instancia, por el confinamiento de residuos. Ampliar información en: https://www.csn.es/residuos-radiactivos. De forma muy resumida, se utilizan recipientes con paredes absorbentes de la radiación que luego son almacenados a grandes profundidades. 9 Como suele ocurrir, todo depende del proceso de obtención de los combustibles. Además, en estos casos se utilizan derivados del petróleo (aunque en menor proporción), por lo que no se puede considerar que no contaminen.
4
5 Desarrollo sostenible
5.1 ¿Qué es el desarrollo sostenible?
5.2 Las cumbres del clima
Todas las medidas orientadas a atacar las problemáticas derivadas del consumo energético están dirigidas a conseguir lo que se conoce como desarrollo sostenible.
La primera conferencia mundial sobre el clima se celebró en Ginebra (Suiza) en 1979. En ella se lanzó el Programa Mundial de Investigación del Clima. En 1988 se creó el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, cuyo primer informe, en 1990, aportaba datos de la influencia de la actividad humana en el calentamiento global.
El desarrollo sostenible consiste en satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las generaciones del futuro para atender sus propias necesidades.
En situación ¿Podemos mantener el ritmo de consumo sin agotar los recursos naturales?.
El desarrollo sostenible comprende las dimensiones social, económica y ecológica, debiendo atenderlas todas para conseguirlo. Para poder hablar de desarrollo sostenible hay que conseguir que sea soportable, viable y equitativo. Analiza la siguiente imagen para entender estos términos.
Si solo se tuvieran en cuenta las dimensiones social y ecológica, se alcanzaría un desarrollo soportable, que podría ser económicamente inestable.
Si se atendiesen las dimensiones económica y ecológica se alcanzaría un desarrollo viable, que podría derivar en desigualdades sociales.
Gestión ecológica
Soportable
Desde entonces, se han celebrado muchas reuniones, algunas especialmente importantes debido a su impacto internacional y a los acuerdos que se alcanzaron. Se presentan en la línea del tiempo de la derecha. En la actualidad, las medidas se están articulando alrededor del Acuerdo de París, firmado en noviembre de 2016 por 192 países más la Unión Europea tras la finalización de la vigencia del Protocolo de Kioto. Desgraciadamente, en las reuniones posteriores hemos podido comprobar que no todos los países lo están cumpliendo.
Glasgow (Reino Unido)
Revisión de compromisos del Acuerdo de París.
2015
Acuerdo de París (Francia)
Tratado global para combatir el cambio climático.
Protocolo de Kioto (Japón)
Primer acuerdo internacional para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Cumbre de la Tierra (Río de Janeiro)
Se adoptó la Agenda 21, un programa para el desarrollo sostenible a nivel global.
1992
SOLUCIONES En situación: Un hogar sostenible Se sugiere establecer un debate en el que el alumnado exponga su modo de pensar, además de reflexionar sobre si se están llevando a cabo las medidas oportunas para participar en su consecución desde nuestras actividades diarias, analizando las causas de no hacerlo, cuando proceda.
Financiación: Las naciones ricas deberán aportar un mínimo de 100 000 millones anualmente desde 2020 para apoyar la mitigación y la adaptación al cambio climático en los países en desarrollo, así como revisar al alza esa cantidad antes de 2025. Pérdidas y daños: Se reconoce la necesidad de poner en marcha un mecanismo para hacer frente a las pérdidas y a los daños asociados a los efectos más adversos del cambio climático.
Revisión: Los países revisarán sus compromisos al alza cada cinco años.
En situación
10 Una de las claves para conseguir el desarrollo sostenible es la «regla de las tres erres». Prepara un informe en el que, basándote en ella, se propongan medidas concretas al respecto. 11
Respuesta abierta.
Meta a largo plazo: Las naciones se proponen que las emisiones toquen techo «tan pronto como sea posible». Además, los países se comprometen a lograr un equilibrio entre los gases emitidos y los que pueden ser absorbidos (cero neto) en la segunda mitad de siglo.
Forma legal: El acuerdo adoptado es legalmente vinculante, pero no lo son los objetivos nacionales de reducción de emisiones.
A escala mundial, las medidas se adoptan en reuniones anuales que comenzaron en la última década del siglo pasado. Desgraciadamente, como veremos a continuación, no todos los países se comprometen a cumplir los acuerdos, o no los cumplen, aunque se comprometan.
Desarrollo sostenible
Cumplimiento: Por el momento, no habrá sanciones, pero habrá un mecanismo transparente de seguimiento del cumplimiento.
Reducción de emisiones: Los compromisos nacionales contra el cambio climático entraron en vigor en 2020 y se revisarán al alza cada cinco años. Los países que no lo han hecho deberán presentarlos para poder formar parte del acuerdo. Los estados podrán usar mecanismos de mercado (compraventa de emisiones) para cumplir sus objetivos.
Gestión económica
Si solo se atendieran las dimensiones social y económica, se llegaría a un desarrollo equitativo, que no aseguraría el respeto del medioambiente.
Se crea el Fondo de Pérdidas y Daños.
2021
1997
Objetivo: Mantener la temperatura media mundial «muy por debajo» de 2 °C sobre los niveles preindustriales, y llevar a cabo «todos los esfuerzos necesarios» para que no rebase los 1,5 °C y evitar así los impactos más catastróficos del cambio climático.
Viable
Equitativo
Sharm el Sheij (Egipto)
Acuerdo de París
SOSTENIBLE
Gestión social
2022
Un hogar sostenible Ya puedes responder a las siguientes preguntas con conocimiento de causa: 1 ¿Qué hacéis en tu hogar para favorecer el desarrollo sostenible?
Infórmate sobre las acciones previstas para cumplir los compromisos adquiridos por la UE para alcanzar el cero neto de emisiones para 2050. Elabora una opinión sobre las consecuencias económicas y sociales de estas.
El término «desarrollo sostenible» ha sido criticado por su ambigüedad. En ocasiones, los estudiantes pueden entenderlo, desde una perspectiva del presente, relacionándolo con dificultades que se nos presentan para sostener nuestro nivel de desarrollo actual, sin pensar en las consecuencias sobre las generaciones futuras, aspecto sobre el que se centra el verdadero sentido del término. Del debate anterior, se pueden extraer las ideas del alumnado en este sentido.
2 ¿Qué más podéis hacer?
64
65
Hemos visto conveniente diferenciar las tres vertientes que definen las actuaciones necesarias para alcanzar el desarrollo sostenible: la ambiental, la social y la económica. Se analizan las situaciones a las que se llegaría al atender dos de ellas, por pares, para hacer entender al alumnado que este objetivo solo se conseguirá si se atienden las tres simultáneamente. Una reflexión sobre estas cuestiones no puede dejar a nadie impasible, y es en estos niveles donde debe comenzar el proceso de concienciación, haciendo especial énfasis en la correcta comprensión del término que nos ocupa.
Actividades 10 Se presentó en el epígrafe anterior la regla de las tres erres como una acción particular para dar solución de los problemas causados por el consumo de los recursos, pero hacemos extensible aquí su aplicación como estrategia para la participación de la ciudadanía en consecución del desarrollo sostenible. Sobre el reciclaje, hay que aclarar una idea muy extendida entre la población: lo que hacemos en nuestras casas no es reciclar, sino separar. El término «reciclaje» engloba muchas actuaciones, y no solo la separación de residuos (o 3R, de reducir, reutilizar y reciclar) es una de las más básicas de la educación medioambiental. De forma resumida, se trata de reducir el consumo y de reutilizar siempre que se pueda antes de desechar, lo que siempre habrá que hacer para que sea posible el reciclaje. Se recomienda que la actividad se realice en pequeños grupos y se prepare un informe final de resultados. 11
Power
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STEAM
MI PROFESIÓN
PROFESIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES
Uno de sus descubrimientos más famosos fue el del principio de flotación. Mientras se encontraba en su bañera notó que su cuerpo hacía que el agua se desplazara. Esta observación le permitió comprender el concepto de densidad y le llevó a entender cómo los objetos flotan, lo que le hizo exclamar «¡Eureka!», que significa «¡Lo encontré!» en griego antiguo.
En el ámbito de la energía, Arquímedes propuso la idea de usar máquinas accionadas por energía solar. Imaginó y fabricó un inmenso espejo curvado que concentraba la luz solar en un punto y permitía encender un fuewgo. Esto le hizo ver la posibilidad de aprovechar las fuentes de energía disponibles para realizar proezas sorprendentes. Arquímedes murió de forma trágica, asesinado por un soldado romano al que reprobó por molestarle mientras hacía cálculos sobre la arena. POWER SKILLS!
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La pasión de Arquímedes por las máquinas y las herramientas lo llevó a estudiar las palancas y las poleas. De hecho, se le atribuye la famosa frase: «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo». Desarrolló formas de utilizar varios tipos de palancas y poleas para realizar tareas con mayor facilidad. Sus ideas influyeron en la mejora de la construcción de edificios y monumentos, y condujeron al desarrollo de otros dispositivos ingeniosos, como el tornillo de Arquímedes, un sistema que permite la elevación de agua o de otros materiales.
GTER
CREATIVIDAD
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El Grupo de Termodinámica y Energías Renovables (GTER), perteneciente a la Universidad de Sevilla, está especializado en la investigación de tecnologías solares. Desde 1984 opera una estación meteorológica equipada con sensores de radiación solar. Sus estudios se han traducido en avances significativos en tecnologías solares, como prototipos de receptores y sistemas de almacenamiento térmico. En el campo de la energía fotovoltaica, sus investigaciones se han centrado en el desarrollo de prototipos y diseños híbridos y en el desarrollo de proyectos relacionados con sistemas inteligentes para ajustar y controlar la producción de electricidad de manera efectiva. Además, el GTER está comprometido con la formación e imparte cursos como la Evaluación de Recursos Solares para sistemas fotovoltaicos.
Hola, me llamo José Manuel y trabajo en una empresa de energías renovables, donde tengo el emocionante papel de contribuir al futuro sostenible de nuestro planeta promoviendo la utilización de fuentes de energía limpias y amigables con el medioambiente. Para adentrarme en esta profesión estudié una ingeniería tras terminar un ciclo superior de formación profesional.
Las salidas profesionales de este sector están en pleno crecimiento. Los profesionales que se especializan en energías renovables pueden trabajar en varios niveles de especialización, desde la investigación o el diseño hasta la instalación directa, puesta en marcha y mantenimiento de sistemas de energía solar o eólica. Como trabajador del sector de las energías renovables contribuyo al cambio hacia un futuro más limpio y sostenible. Con una base sólida de conocimientos y una pasión por la sostenibilidad, puedo marcar la diferencia en el camino hacia un planeta más limpio y saludable.
Mis funciones son el diseño, instalación, mantenimiento y reparación de sistemas de energía renovable. Desde paneles solares en techos hasta aerogeneradores en campos abiertos, trabajo para asegurarme de que estos sistemas funcionan de manera eficiente y sostenible. Para hacer mi trabajo, se necesita una comprensión profunda de los principios de generación y almacenamiento de energía. Debo comprender cómo se convierte la luz solar en electricidad o cómo el viento se convierte en energía aprovechable. Tengo a mi cargo a un equipo de varios técnicos y técnicas de energías renovables, que son los encargados de la puesta en servicio en campo, de las operaciones y el mantenimiento de parques eólicos, instalaciones solares fotovoltaicas, estaciones eléctricas...
CONOCE UN POCO MÁS Las energías renovables que dependen del sol o del viento no siempre se producen cuando más se necesitan, y en ocasiones pueden quedar desaprovechadas por la dificultad de almacenar toda esa energía de forma eficiente. Una forma de evitar esto es utilizar el excedente de producción para alimentar las centrales hidroeléctricas de bombeo. En ellas, el agua es elevada a depósitos intermedios por medio de bombas eléctricas, desde los que se puede dejar caer de nuevo el agua para generar electricidad en momentos de alta demanda.
Mi habilidad para solucionar problemas es muy importante, ya que debo identificar y resolver desafíos técnicos que puedan surgir en los sistemas de energía renovable. También debo estar al tanto de los avances tecnológicos en el campo y adaptarme a las últimas tendencias.
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C O TIVA QUIP MO JO EN E CIÓN TE A TAN BA NIC ONS MU C CO DIZAJE
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SEVILLA
Investiga sobre estas centrales y haz un esquema de su funcionamiento. ¿Cuántas centrales de este tipo hay en Andalucía?
POWER SKILLS!
PR UC OB IÓ LEM N AS
Arquímedes fue un físico, ingeniero, inventor y matemático que vivió en la antigua Grecia hace más de 2000 años. Aunque nació y murió en la pequeña ciudad de Siracusa, en la isla de Sicilia, su genio trascendió fronteras y dejó un impacto duradero en la historia de la humanidad.
RE
ARQUÍMEDES
DE
PROTAGONISTA
¿SABÍAS QUE...? Las energías renovables, como el sol y el viento, son vitales para salvar el planeta. Son limpias y no dañan el medioambiente como los combustibles fósiles. Al usar estas energías protegemos la Tierra para las futuras generaciones, manteniendo el aire limpio y reduciendo el calentamiento global. Las energías renovables son nuestras aliadas para tener un mundo más verde y brillante.
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Respuesta abierta. Debemos destacar la importancia de que todos los países se comprometan para lograr reducir los niveles de contaminación.
STEAM Power Protagonista: Arquímedes El objetivo de este apartado es acercar a los estudiantes algunas de las figuras científicas más relevantes de la Historia relacionadas con los contenidos que han estudiado en la unidad, tanto por sus contribuciones a la ciencia como por las «Power skills» que desplegaron a lo largo de su carrera. En este caso, el elegido ha sido Arquímedes. Conocer la labor de este científico nos permitirá incidir en la importancia de la curiosidad, la innovación y la creatividad para lograr avances en el conocimiento del mundo físico y, en relación con los contenidos de esta unidad, en el aprovechamiento de la energía.
Propuesta de actividad: lectura del apartado Antes de la lectura Podemos comentar con el alumnado si conoce algún tipo de máquina solar como la ideada por Arquímedes y desde qué época se utiliza.
58
Durante la lectura Buscamos el significado de las palabras o expresiones que no entendamos y apuntamos en un guion las ideas principales del texto. Después de la lectura Relacionamos lo que hemos leído con los contenidos de la unidad. ¿Por qué hablamos de Arquímedes en una unidad donde hemos estudiado las fuentes de energía? Reflexionamos sobre la relación entre las power skills de Arquímedes y sus aportaciones científicas. ¿Para qué crees que tuvo que utilizar, en concreto, cada una de las power skills que hemos destacado? Imaginamos un mundo donde Arquímedes no hubiese existido. ¿Qué cantidad de aportaciones a la ciencia, a la tecnología y a la sociedad habríamos perdido?
Mi profesión, profesional de energías renovables El objetivo de este apartado es familiarizar a los escolares con una profesión ligada a los contenidos de la unidad y resaltar las habilidades necesarias para ejercerla. Con ello, estamos contribuyendo a la orientación académica y profesional del alumnado, tal y como exige el marco legal vigente para este nivel educativo. En este caso, hemos elegido un personaje, José Manuel, que trabaja como profesional de energías renovables, una profesión cada vez más en auge por el fuerte avance de estas energías en los últimos años.
Propuesta de actividad: lectura del apartado Antes de la lectura Podemos preguntarles a los alumnos en qué creen que consiste el trabajo de un profesional de energías renovables. Durante la lectura Buscamos el significado de las palabras o expresiones que no entendamos y apuntamos en un guion las ideas principales del texto. Después de la lectura Relacionamos lo que hemos leído con los contenidos de la unidad y reflexionamos sobre las power skills de José Manuel. ¿Para qué crees que las necesita en su trabajo? ¿Qué aspectos de esta profesión te parecen más atractivos y por qué?
Conoce un poco más Esta actividad propone al alumnado un trabajo de investigación sobre las centrales hidroeléctricas de bombeo. Este tipo de centrales hidráulicas se pueden usar tanto para generar energía durante las horas punta (horas de mayor demanda de energía) usando el agua embalsada, como para almacenar agua consumiendo energía mediante bombeo en las horas valle (horas de menor demanda de energía). Aunque el bombeo hidráulico no se considera energía renovable, ya que requiere un consumo eléctrico para volver a elevar el agua al depósito superior, permite el almacenamiento del excedente de energía producida en horas de poco consumo (generalmente, por fuentes renovables) para la generación de electricidad en los momentos de mayor demanda. En Andalucía existen dos centrales de bombeo: las de Guillena y Tajo (Ardales), con una potencia total de 570 MW. El esquema de funcionamiento de estas centrales es el siguiente: Embalse superior
Embalse inferior
Generador
Bomba hidráulica
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PORFOLIO
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¿Qué has aprendido? Mapa conceptual. Completa en tu cuaderno los espacios vacíos del mapa conceptual siguiente y amplía sus ramas. Aprende a hacer un mapa conceptual con el recurso disponible en anayaeducacion.es. Fuentes de energía las utilizamos para obtener
Energía
10 En tu vida cotidiana, ¿utilizas más la energía térmica o la eléctrica? Elabora un listado de actividades para las que las utilices.
pueden ser
…………
No renovables
son
generan
Intermitentes
Problemáticas
principalmente
…………
Eléctrica
que hacen peligrar el
…………
Iniciación 2 ¿Cuáles son las formas de energía que más utilizamos? ¿Cuál crees que es la razón de que sean estas las más utilizadas? 3 Reflexiona sobre las actividades que realizas un día cualquiera y elabora un listado de aquellas para las que utilizas energía eléctrica. 4 ¿Qué es una máquina térmica? Nombra algunas. 5 ¿Qué ventajas e inconvenientes tienen las energías renovables? ¿Y las no renovables? 6
9 ¿Qué significa que el desarrollo sostenible ha de ser viable, soportable y equitativo?
Aplicación
¿Cuál es la función de los paneles mostrados en la imagen? ¿Qué nombre reciben? Indica si utilizan una fuente de energía renovable o no renovable. Debate con tus compañeros y compañeras acerca de las ventajas y los inconvenientes del uso de este tipo de paneles.
11 Una estufa eléctrica de baño tiene una potencia máxima de 2 000 W. Si la uso durante 20 minutos, ¿qué energía eléctrica consume? Exprésala en kW · h y en unidades del SI. 12 El rendimiento de los coches de gasolina suele ser del orden del 23 % en carretera y del 10 % en ciudad. ¿Qué significa esto? Por cada 1 000 julios que se producen en el motor, ¿cuántos se aprovechan para mover el coche? Y con el resto, ¿qué ocurre?
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21 Explica, ayudándote de los esquemas de la unidad, el funcionamiento del motor de cuatro tiempos. 22 La gráfica muestra el consumo mundial de energía en las últimas décadas. Responde de forma argumentada: a) ¿En qué fuentes de energía se observa mayor crecimiento? b) ¿Cuáles crees que pueden garantizar nuestras necesidades futuras? Consumo mundial de energía
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Petróleo Carbón Gas Hidráulica Nuclear Renovables
15 10 5 0 1970
1980
1990
2000
23 Organiza un debate en el aula sobre las consecuencias que tendrá en la economía y en la sociedad mundial el agotamiento del petróleo, y sobre las soluciones que se plantean a este problema. 24 La biomasa se incluye entre las fuentes de energía renovables. Sin embargo, al quemar restos orgánicos se desprende dióxido de carbono a la atmósfera. Busca información y argumenta por qué, pese a ello, se considera una fuente de energía renovable. 25 Una pila de combustible, ¿es lo mismo que una pila eléctrica? Describe sus características esenciales.
28 ¿Es realmente necesario pensar en la sostenibilidad? ¿Cómo podemos participar en el desarrollo sostenible?
2010
14 Según la predicción de la Agencia Internacional de la Energía sobre nuestras necesidades de energía para 2040, ¿crees que la humanidad se encamina a alcanzar un consumo energético sostenible? 15 Infórmate sobre las razones por las que en la actualidad se utiliza petróleo, en lugar de carbón, siendo este último más abundante y barato, y redacta un breve texto con tus conclusiones. 16 Analiza la gráfica de agotamiento del petróleo. ¿Qué países son los mayores productores de petróleo? ¿En cuáles no habrá petróleo en 2050, según la predicción? 17 En algunos textos podrás leer que las energías renovables son inagotables. ¿Es esto cierto? 18 ¿Qué fuentes de energía se utilizan principalmente para la obtención de energía eléctrica? ¿Y para obtener energía térmica?
20 ¿Qué energía, en julios, se necesitará en 2040 según lo que has estudiado en la unidad? Si una bombilla de 25 vatios consume 25 julios cada segundo que esté encendida, ¿cuántas de estas bombillas podrían lucir durante un año con la energía calculada?
¡ACTÚA !
Porfolio SOLUCIONES
26 Los coches eléctricos, ¿realmente no contaminan? 27 Cuando se habla de las problemáticas asociadas al uso de fuentes de energía no renovables normalmente se nombran el efecto invernadero, el calentamiento global y el cambio climático. Infórmate sobre ellos y comenta las diferencias y las relaciones que encuentres.
13 ¿Crees que transportar el petróleo en barco es seguro? Explica tu respuesta. Busca información sobre accidentes recientes que hayan provocado catástrofes contaminantes.
19 ¿Se podría construir una máquina que funcionase sin aporte de energía? ¿Por qué?
7 ¿Por qué las condiciones meteorológicas pueden ser un inconveniente para la energía eólica?
Profundización
• De dónde la obtiene la compañía eléctrica. • Cómo contribuís, directa o indirectamente, a las problemáticas derivadas del uso energético. • Qué hacéis para dar solución a estos problemas, y si podéis hacer algo más. • Algunas ideas para conseguir un hogar más sostenible. Con todo esto, entre toda la clase, preparad una presentación que os sirva para sentaros con vuestros familiares y convencerlos de emprender las medidas que habéis anotado para llevar a cabo la transformación de tu hogar.
Organiza las ideas 1 Los términos que faltan en el esquema son térmica, renovables y desarrollo sostenible.
Transforma tu hogar
Al estudiar la unidad habréis recopilado información sobre: • De dónde obtenéis en vuestras casas la energía que necesitáis.
Situación de aprendizaje
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8 La energía solar se puede utilizar de dos modos: el térmico y el fotovoltaico. ¿En qué se diferencian, y qué se obtiene con cada uno de ellos?
Energía (1 000 TWh/año)
Organiza las ideas
Iniciación
Reflexiona cómo has aprendido En esta unidad, has conocido el origen de la energía que utilizamos y los problemas que se derivan de su consumo, así como algunas posibles soluciones. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario o la rúbrica que encontrarás en anayaeducacion.es. 69
2 Las formas de energía más utilizadas son la eléctrica y la térmica. La eléctrica, por ser una de las formas más versátiles, pues se puede transformar en otras formas fácilmente. La térmica porque es la utilizada principalmente para automoción y para hacer funcionar las máquinas térmicas a nivel industrial, además de ser una de las principales para la obtención de energía eléctrica. 3 Respuesta abierta. Se plantea para destacar nuestra dependencia de la energía eléctrica. 4 Las máquinas térmicas son las que transforman energía térmica en energía mecánica. Como ejemplos, se pueden poner todos los motores que utilicen la quema de combustible, como motor de vapor, motor de combustión interna, turborreactor, etc. 5 Las energías renovables son aquellas que no se agotan a escala temporal humana (se regeneran más rápido de lo que se consumen); prácticamente no contaminan aunque sí conllevan un impacto ambiental importante. Las energías no renovables pueden agotarse ya que son limitadas (siempre a escala humana, pues las consumimos más rápido de lo que se regeneran); además suelen producir serios problemas de contaminación. 6
Se recomienda proponer al alumnado la resolución de esta actividad utilizando la técnica de trabajo cooperativo Rompecabezas, cuya explicación encontrará en anayaeducacion.es. Se trata de paneles fotovoltaicos, que transforman energía solar (primaria, renovable) en eléctrica (secundaria). Seguidamente, la energía eléctrica se transforma en energía térmica calentando el agua del depósito (secundaria). Tiene la ventaja de poder calentar agua utilizando la energía primaria que nos llega del Sol, y las desventajas de que su rendimiento puede que no sea el deseado los días nublados y su alta contaminación cuando se desechan.
7 Los aerogeneradores funcionan a partir de una mínima velocidad del viento, cuyo valor depende de sus características. Este fenómeno atmosférico es, en cierto modo, imprevisible, pues zonas en las que abunda durante un período determinado, pueden quedar sin él en otros períodos; por ello, las energías renovables son intermitentes. 8 En la solar térmica se utiliza la energía del Sol para calentar depósitos de agua; se obtiene, pues, energía térmica que, seguidamente, puede ser utilizada para transformarla en energía eléctrica. En la fotovoltaica, se obtiene directamente energía eléctrica por efecto fotoeléctrico. 9 Dado que el desarrollo sostenible comprende las dimensiones social, económica y ecológica, cuando se atienden solo algunas de ellas se habla de: • Desarrollo soportable, si solo se tienen en cuenta las dimensiones social y ecológica (podría ser económicamente inestable). • Desarrollo viable, si se atiende la económica y la ecológica (podría derivar en desigualdades sociales). • Desarrollo equitativo, si solo se atienden las dimensiones social y económica (no aseguraría el respeto del medioambiente).
Aplicación 10
Se recomienda proponer al alumnado la resolución de esta actividad utilizando la técnica de trabajo cooperativo Folio giratorio en grupo, cuya explicación encontrará en anayaeducacion.es. Respuesta abierta. Se propone para hacer ver al alumnado nuestra dependencia de las energías eléctrica y térmica. Seguramente, el alumnado sea más consciente del uso de la energía eléctrica que de la térmica, que también utilizamos en abundancia, principalmente para la locomoción y la calefacción.
11 Para calcular la energía consumida se multiplica la potencia, en kW, por el tiempo en horas: P = 2 000 W = 2 kW t = 20 min · E = P · t = 2 kW ·
1h 1 = 60 min 3 1 h = 0,67 kW · h 3
Como 1 kW · h = 3,6 · 106 J: E = 0,67 kW · h · 3,6 · 106 J/(kW · h) = 2,4 · 106 J
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12 Significa que solo ese porcentaje de la energía suministrada se transforma en energía cinética del vehículo. Así, de cada 1 000 J suministrados, solo 230 J se transforman en energía cinética en carretera, y en ciudad, solo 100 J. El resto, se transforma en energía térmica que termina disipándose en el ambiente. 13 Se recomienda destacar las medidas que se pueden tomar para conseguir un transporte seguro, como el doble casco de las embarcaciones. 14 En términos generales, en la gráfica se observa que seguiremos dependiendo, en mayor medida, de las fuentes de energía no renovables, lo que puede ser el punto de partida para un debate en el aula. Debemos destacar la importancia de que los países inviertan en investigación científica sobre el uso de fuentes de energía alternativas. 15 Aunque ambos contaminan, pues en su combustión se emite dióxido de carbono a la atmósfera, el uso de carbón genera, además, hollín. Un exceso de hollín en la atmósfera puede tener graves consecuencias en las vías respiratorias. 16 Los países con mayor producción de petróleo son los que componen Oriente Medio. Según predice la gráfica sobre el agotamiento del petróleo, para el año 2050 se habrán agotado casi totalmente las reservas de EE. UU., Europa y Rusia. 17 A escalas de tiempo humanas, podemos decir que son inagotables. 18 En ambos casos se utilizan, en mayor medida, los combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural. 19 No. Las máquinas transforman energía y, por tanto, hay que suministrarles la que se quiere transformar. 20 En 2040 se necesitarán 17 934 Mtep que, transformado a julios es: 41868 000 000J E = 17 934 $106 tep $ = 7, 51 $1020 J 1 tep El consumo anual de una bombilla de 25 W es: 86 400 s 365 días Consumo = 25 J/s $ $ = 788 400 000 J/s 1 año 1 día Por tanto, el número de bombillas que podrían funcionar con la energía de la actividad anterior es: 7, 51 $1011 J n= = 9, 53 $1011 bombillas 788 400 000 J/bombilla
Profundización 21 Respuesta abierta. 22 a) El crecimiento es mayor en el petróleo, el carbón y el gas natural. b) De las presentes en la gráfica, la nuclear es la única que, de seguir con el ritmo de consumo actual, puede garantizar nuestras necesidades futuras. 23 Respuesta abierta. 24 Al quemarlos, se desprende dióxido de carbono que, previamente, había sido eliminado de la atmósfera por los seres vivos a quienes pertenecen los restos. 25 En ambas se obtiene energía eléctrica a partir de reacciones redox. La diferencia está en los reactivos utilizados y los residuos generados. Pilas eléctricas hay de varios tipos, y en todas ellas los productos químicos y metales utilizados son fuente de contaminación ambiental (muy importante desecharlas adecuadamente). En las pilas de combustible, sin embargo, la reacción se produce entre hidrógeno y oxígeno, obteniendo agua como producto de la reacción, por lo que su uso no contamina (habría que considerar, eso sí, el modo de obtener el hidrógeno). 26 Depende de cómo se genere la energía eléctrica con la que se carguen las baterías. Por eso se dice que no tienen «contaminación local». Por otra parte, también habría que tener en cuenta la contaminación producida en el proceso de fabricación. 27 Se trata de fenómenos relacionados, pero diferentes. Consúltese lo comentado anteriormente en el aparatado «Problemas del uso de la energía» de esta Propuesta Didáctica. 28 Respuesta abierta. El hecho de pensar en la sostenibilidad implica el hacerlo como especie y no como individuo, pues compromete a las generaciones futuras. Pueden aflorar muchas ideas al respecto, por lo que la actividad es adecuada para afrontarla a modo de debate. Se puede organizar la clase en pequeños grupos, previa reflexión individual, para después hacer una puesta en común. Para participar en el desarrollo sostenible podemos pensar a dos niveles: global e individual. En cuanto al primero, debemos exigir a nuestros dirigentes que cumplan los acuerdos adoptados para la conservación del medioambiente y el uso de recursos; en cuanto al segundo, hacer un uso adecuado de nuestros recursos cotidianos, y del consumo energético.
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¡ACTÚA! Transforma tu hogar La elaboración del producto final (presentación para promover la transformación del hogar a un modelo sostenible) brinda al alumnado la oportunidad de analizar su propia realidad aplicando de forma holística los saberes y competencias adquiridos durante la unidad. Se recomienda fomentar que las imágenes escogidas, tipografías, etc. resulten lo más variadas y vistosas posible. Una vez completada la tarea, es recomendable exponer el trabajo de todos los equipos en algún lugar visible e invitar a los estudiantes a presentar su contribución ante otros miembros de la comunidad escolar, así como explorar en profundidad los productos finales de sus compañeros.
ANOTACIONES
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ANOTACIONES
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