FÍSICA Y 2QUÍMICA ES O
J. M. Vílchez González, A. M.ª Morales Cas, G. Villalobos Galdeano
ANDALUCÍA
INCLUYE PROYECTO DIGITAL muestra
¿Qué vamos a aprender?
SABERES BÁSICOS PÁGINA
• La física y la química
• Los métodos científico y tecnológico
• El informe científico
• Modelos científicos
• Las power skills
• Las magnitudes físicas. Unidades y medida
• La física y la química
1
• La materia y sus propiedades
• La densidad
• Clasificación de los sistemas materiales
• La formación de mezclas y disoluciones
• Concentración de una disolución
• La energía
• Manifestaciones de la energía
• Energía térmica y temperatura
• El calor y el equilibrio térmico
• Usos de la energía
• Fuentes de energía.
• Energías renovables en Andalucía
• Cambios físicos
• Cambios de estado
• Leyes de los gases ideales 6
• Teoría atómica de Dalton
• Evidencias de un cambio químico
• Explicación de los cambios químicos: teoría cinética de la materia y teoría de colisiones
Conocimiento científico 8
La materia 14
2 Sustancias puras 30
3 Le energía. Energía térmica 50
Fuentes de energía 68
4
5 Cambios físicos 88
Cambios químicos 112
• Múltiplos y submúltiplos
• Los lenguajes de la ciencia
• Normas de seguridad y etiquetado de productos químicos
• Gestión de residuos
• Los estados de agregación y sus características
• La teoría cinética de la materia
• Concentración y densidad
• Métodos de separación de una mezcla
• Protagonista: Marie Curie
• Centro de investigación: Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla
• Mi profesión: Técnica superior de radiodiagnóstico
• Protagonista: Antonie y Marie-Ann Lavoisier
• Centro de investigación: Grupo de Investigación «Química de sólidos y catálisis»
• Mi profesión: Chef
• Efectos del calor
• Propagación del calor
• Aislamiento térmico
• Problemáticas derivadas del uso de la energía y posibles soluciones
• Desarrollo sostenible
• Protagonista: Leonardo Torres Quevedo
• Centro de investigación: Grupo de Investigación de Termodinámica y Energías Renovables
• Mi profesión: Operaria de calderas
• Protagonista: Arquímedes
• Centro de investigación: Plataforma Solar de Almería
• Mi profesión: Técnico de energías renovables POWER
: Construimos un coche con placas solares
• Protagonista: Benjamin Franklin
• Las fuerzas y sus efectos
• El movimiento
• Máquinas simples
• Velocidad de una reacción química
• Ecuaciones químicas
• Sustancias ácidas y básicas. Escala de pH
• Reacciones químicas, medioambiente, tecnología y sociedad
• Centro de investigación: Laboratorio de Innovación de Plasmas
• Mi profesión: Piloto de aviación comercial
• Protagonista: Dorothy C. Hogdkin
• Centro de investigación: Grupo de Ingeniería de Materiales Avanzados
• Mi profesión: Ambientóloga
SKILLS!
POWER
APRENDER Haciendo: Creamos un perfume
SKILLS!
APRENDER Haciendo
POWER SKILLS! APRENDER Haciendo: Construimos un globo aerostático STEAM POWER POWER SKILLS!
4 Situación de aprendizaje
Fuentes de energía
Transforma tu hogar
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. Desde 2018, el CDP elabora un listado de ciudades de todo el mundo que obtienen, al menos, 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 San Francisco (Estados Unidos), Quito (Ecuador) y Trondheim (Noruega) 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 casi 120 en 2023. 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. >>
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.
Tú qué ¿piensas
¿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?
Para lograrlo, sigue esta ruta:
Principales usos de la energía
Fuentes de energía renovables y no renovables
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¿
¡ACTÚA !
7. Energía sostenible
Los paneles solares convierten la energía del Sol en energía eléctrica
Problemas del uso de la energía
Posibles soluciones al problema energético
Desarrollo sostenible
83
STEAM Power
1 Principales usos de la energía
En situación En una vivienda utilizamos energía para diferentes cosas. Pero ¿sabes qué energías utilizamos, y para qué?
1.1 Usos de la energía
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.
En situación
¿Para qué usamos la energía en el hogar?
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.
Antes de continuar leyendo, analízala y piensa, en tu caso particular, de dónde obtenéis en casa la energía necesaria para cada una ellas.
Ahora, observa las siguientes gráficas, en las que se representa de dónde obtenemos principalmente la energía que necesitamos para las actividades anteriores.
Electricidad
Combustibles sólidos (carbón y madera)
Combustibles líquidos (gasóleos y gasolinas)
Gases licuados de petróleo (butano, propano)
Gas natural
Energía solar térmica
Usos de la energía térmica
En el hogar
• Climatización
• Calentar agua
• Cocinar
En la industria y los transportes
• Máquinas
• Motores
Para la producción de energía eléctrica
• Centrales térmicas
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.
También, en el organizador de la derecha, puedes observar que en muchas de nuestras actividades interviene la energía térmica.
Podemos afirmar, pues, que las principales energías que utiliza el ser humano son la energía eléctrica y la energía térmica.
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Automoción
Cocina Climatización Electrodomésticos Iluminación 20 40 60 80 100 % Automoción Climatización
Agua caliente
Agua caliente Electrodomésticos Cocina Iluminación
1.2 Energía eléctrica
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).
Todos los electrodomésticos tienen una etiqueta con sus características, y una de ellas es la potencia, que suele venir expresada en vatios (W). 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.
¿Cómo se calcula el consumo energético?
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.
P t E 1200 1000 1 12 15 60 1 025
b
W W kW kW min min h h b b b b b b b b b
kW hkWh
Unidad de energía: 1 kW · h = 3,6 · 106 J GAEdu 49UB850V 451D0074 49UB850V – ZD MODEL : POWER : SERIAL NO. : MANUFACTURED : MAY 2024 405MASXLY150 AC 1 0 0 – 2 4 0 V 5 0 / 6 0 H z 1 8 A 1 8 0 W (312 / 705)
1.3 Energía térmica
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.
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.
Los motores de combustión
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 %.
Admisión Compresión Explosión Escape 1 4 5 6 7 8 2 3
1. Válvula 3. Bujía 6. Cilindro de admisión 4. Cámara 7. Biela
2. Válvula de combustión 8. Cigüeñal de escape 5. Pistón
85 4
12
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: , , ,, , 3 == == == " _ ` a
0250
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?
En situación
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.
Laboratorio
Máquinas térmicas
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.
Nuestra propuesta
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:
Foco caliente a T1
Materiales
• Un tetrabrik de litro
• Una lata de refresco vacía
• Varias pajitas
• Plastilina
• Una vela
• Cinta adhesiva
Máquina Energía mecánica
Foco frío a T2
Q1 Q2
En esta práctica vamos a construir un pequeño barco que funciona con una máquina térmica (figura izquierda).
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.
1 ¿Llegaste a construir la máquina que planteaste en tu propuesta inicial? Reflexiona sobre si realmente se trata de una máquina térmica.
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»?
4 En el dispositivo que has construido en la práctica, ¿cuál es el foco caliente, cuál del foco frío y cuál la máquina térmica?
86
2
Fuentes de energía renovables y no renovables
En situación ¿De dónde obtenemos la energía?
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.
En situación
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?
¿Qué fuentes de energía utilizamos? Eólica
Ordénalas cronológicamente según creas que las haya ido utilizando el ser humano.
Aspas
Ruedas dentadas
Tolva o depósito de grano
Piedras de moler
Depósito de grano molido
Geotérmica
Hidráulica
Carbón
Gas natural
Solar Nuclear Marina Biomasa
Petróleo
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 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
Compara la imagen del aerogenerador con la del molino de viento de la izquierda.
1 ¿De qué recursos obtenemos la energía en las dos imágenes?
2 ¿Qué energía buscamos obtener en cada caso?
3 Piensa en otras aplicaciones de este tipo de energía.
Multiplicador
Generador
Rotor
Góndola
Torre Pala
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Fuentes de energía renovables y no renovables 2
Renovables
renovables
No
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.
En la siguiente tabla, y en las siguientes páginas, se muestran definiciones, ventajas, inconvenientes, y ejemplos y usos de cada una.
Fuentes de energía Definición Ventajas Inconvenientes
Hidráulica
Eólica
Solar
Biomasa
Mareomotriz
Undimotriz
Geotérmica
Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
Energía nuclear
Se consumen a menor ritmo del que se regeneran en la naturaleza. Más limpias.
El ritmo de consumo es mayor que el de regeneración.
Pueden garantizar nuestras necesidades energéticas.
Muchas son intermitentes (no siempre están presentes). No pueden garantizar nuestras necesidades.
Terminaremos agotándolas.
El uso de combustibles fósiles contamina la atmósfera. La energía nuclear genera residuos radiactivos, perjudiciales para la vida, de difícil tratamiento.
En situación
La factura eléctrica
La energía eléctrica que consumimos en los hogares, industrias, etc., tiene un coste que los usuarios pagan por medio de la factura eléctrica.
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:
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?
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».
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.
88
26,2 % 45,8 % 8,7 % 3,6 % 2,7 % 0,4 % 0,2 % 0,5 % 6,6 % 5,2 %
Gas natural Carbón Productos petrolíferos
Biomasa Hidráulica Eólica Solar Fotovoltaica Solar Térmica
Termosolar Saldo energía eléctrica
Ciencia recreativa
Energía eólica
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.
Construye
Para construir el molino, sigue las instrucciones que se muestran en las figuras adjuntas.
Asegúrate de que las aspas quedan fijadas al palo, de modo que cuando aquellas se muevan, este gire.
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.
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?
Materiales
• Cartulina cuadrada
• Palo de madera delgado y largo
•Tijeras, chinchetas, pegamento y regla
• Botella de plástico y vasito de yogur (reutilización)
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Fuentes de energía renovables y no renovables 2
Energía solar
«Andasol», Aldei
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.
Energía hidráulica
Central Iznájar, Córdoba
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.
Energía geotérmica
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.
Fuentes de energía renovables en Andalucía
Energía eólica
«Dúrcal», Granada
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.
Energía biomasa
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 marina (undimotriz y mareomotriz)
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.
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Vega del Genil
Petróleo
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.
Gas natural
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.
Fuentes de energía no renovables
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.
Energía nuclear
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, para la producción de energía eléctrica en Andalucía 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.
Fuente de energía Renovable No renovable Origen el Sol Otros orígenes
5 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?
91 4
Carbón
3 Problemas del 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.
Hace 1,5 millones de años
Nuestros antepasados aprendieron a controlar el fuego para calentarse, cocinar, iluminar la oscuridad y protegerse de los depredadores.
Siglo iii a. C.
En situación ¿Usamos bien la energía?
3.1 Evolución de nuestras necesidades energéticas
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.
En la siguiente imagen se muestran algunos de los principales hitos en el uso de la energía.
El invento y desarrollo de la máquina de vapor hace posible la Revolución Industrial. Es la era del carbón.
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.
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?
Siglo vii
En Persia se desarrollan los primeros molinos de viento, aprovechando la energía eólica. Durante la Edad Media se mejoran y extiende su uso.
Siglo xviii
Final s. xix a principio s. xx
Los primeros procesos de fabricación y distribución de electricidad permitieron que la energía eléctrica entrara en las viviendas.
Primer tercio s. xx
El desarrollo de los motores de combustión interna dio comienzo a la industria del petróleo.
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.
La tonelada equivalente de petróleo (tep) es una unidad de energía que equivale a la que obtendríamos al quemar una tonelada de petróleo.
1 tep = 41 868 000 000 J = = 11 630 k · Wh
1 Mtep = 106 tep
92
2019: 14 474 Mtep
35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 %
2040: 17 934 Mtep
Petróleo Biomasa Nuclear Carbón Otras renovables Gas natural Hidráulica
Evolución de uso de fuentes de energía
3.2 Problemáticas derivadas del consumo energético
Las problemáticas asociadas al ritmo actual de consumo energético pueden afectarnos a distintos niveles.
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). Cada vez somos más conscientes de estos problemas, y se tienen iniciativas para solventarlos. Se comentan algunas en apartados siguientes.
Agotamiento de recursos
Petróleo convencional
En situación
¿Cómo contribuyo a estos problemas?
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.
Cambio climático
Oriente Medio Rusia
Otros
30 25 20 15 10 5 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Reservas bajo aguas marinas profundas
Petróleos pesados
Regiones polares
Gas natural licuado
Miles de millones de barriles por año Año
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.
Problemáticas a escala mundial
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.
Tratamiento
de residuos radiactivos
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.
Desigualdades sociales
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».
93 4
Europa EE. UU. (menos Alaska)
-7,0 -4,0 -2,0 -1,0 -0,5 -0,2 0,2 0,5 1,0 2,0 4,0 4,4
Anomalía térmica en agosto 2023 respecto a la media entre 1951 y 1980
En situación ¿Podemos tomar alguna medida para solucionar los problemas que plantea el uso de la energía?
Convencional C. H. Bombeo Carbón Ciclo Combinado
Renovable Cogeneración/Residuos
Biogas Biomasa Eólica
Fotovoltaica
Hidroeléctrica
Oceanotérmica Planta termosolar Cogeneración Residuos
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.
La letra A queda por el momento sin que se le asigne ningún electrodoméstico, a la espera de que siga mejorando la eficiencia energética.
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).
Consumo responsable de los recursos
Regla de las tres erres
Para promover un consumo responsable de los recursos, se aplica la regla de las tres erres:
• 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.
• 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.
Nueva clasificación
Clasificación anterior Consumo
A – –
B A+++ < de 25 %
C A++ < 30 %
D A+ 30 % - 42 %
E A 42 % - 55 %
F B 55 % - 75 %
G C 75 % - 90 %
D 90 % - 100 %
Colores de los contenedores de reciclaje
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.
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.
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GRIS VERDE AZUL NARANJA AMARILLO ROJO Desechos en general Orgánica Papel Envases de vidrio Hospitalarios infecciosos Plásticos y envases metálicos
5 Desarrollo sostenible
En situación ¿Podemos mantener el ritmo de consumo sin agotar los recursos naturales?
Si solo se tuvieran en cuenta las dimensiones social y ecológica, se alcanzaría un desarrollo soportable, que podría ser económicamente inestable.
5.1 ¿Qué es el desarrollo sostenible?
Todas las medidas orientadas a atacar las problemáticas derivadas del consumo energético están dirigidas a conseguir lo que se conoce como desarrollo sostenible.
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.
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.
Gestión ecológica Soportable
Gestión social
SOSTENIBLE Equitativo
Viable Gestión económica
Si se atendiesen las dimensiones económica y ecológica se alcanzaría un desarrollo viable, que podría derivar en desigualdades sociales.
Si solo se atendieran las dimensiones social y económica, se llegaría a un desarrollo equitativo, que no aseguraría el respeto del medioambiente.
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.
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5.2 Las cumbres del clima
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.
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.
Acuerdo de París
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.
Forma legal: El acuerdo adoptado es legalmente vinculante, pero no lo son los objetivos nacionales de reducción de emisiones.
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.
1992
Sharm el Sheij (Egipto)
Glasgow (Reino Unido)
Acuerdo de París (Francia)
Protocolo de Kioto (Japón)
Cumbre de la Tierra (Río de Janeiro)
Se crea el Fondo de Pérdidas y Daños.
Revisión de compromisos del Acuerdo de París.
Tratado global para combatir el cambio climático.
Primer acuerdo internacional para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Se adoptó la Agenda 21, un programa para el desarrollo sostenible a nivel global.
Cumplimiento: Por el momento, no habrá sanciones, pero habrá un mecanismo transparente de seguimiento del cumplimiento.
Revisión: Los países revisarán sus compromisos al alza cada cinco años.
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.
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.
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 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.
En situación
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?
2 ¿Qué más podéis hacer?
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1997
2022
2015 2021
STEAMPower
PROTAGONISTA
ARQUÍMEDES
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.
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.
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.
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 fuego. 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.
CREATIVIDAD CURIOSIDAD INNOVACIÓN
CENTRO DE INVESTIGACIÓN
GTER
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.
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SEVILLA
POWER SKILLS!
MI PROFESIÓN
PROFESIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES
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. 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 eficien te 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... Mi habilidad para solucionar problemas es muy importante, ya que debo identificar y resolver desafíos técnicos que puedan sur gir en los sistemas de energía renovable. También debo estar al tanto de los avan ces tecnológicos en el campo y adaptarme a las últimas tendencias.
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.
TRABAJOENEQUIPO MOTIVACIÓN COMUNICACIÓN
APRENDIZAJECONSTANTERESOLUCIÓNDEPROBLEMAS
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.
Investiga sobre estas centrales y haz un esquema de su funcionamiento. ¿Cuántas centrales de este tipo hay en Andalucía?
¿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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POWER SKILLS!
PORFOLIO
¿Qué has aprendido?
Organiza tus ideas
1 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
principalmente
Repasa
pueden ser
No renovables
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?
9 ¿Qué significa que el desarrollo sostenible ha de ser viable, soportable y equitativo?
Aplica
10 Folio giratorio en grupo. En tu vida cotidiana, ¿utilizas más la energía térmica o la eléctrica? Elabora un listado de actividades para las que las utilices.
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.
Eléctrica
Intermitentes Problemáticas
son generan que hacen peligrar el
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 Rompecabezas. ¿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.
7 ¿Por qué las condiciones meteorológicas pueden ser un inconveniente para la energía eólica?
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?
13 ¿Crees que transportar el petróleo en barco es seguro? Explica tu respuesta. Busca información sobre accidentes recientes que hayan provocado catástrofes contaminantes.
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?
19 ¿Se podría construir una máquina que funcionase sin aporte de energía? ¿Por qué?
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?
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…………
Profundiza
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
¡ACTÚA !
Petróleo
Hidráulica Nuclear Renovables
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.
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.
28 ¿Es realmente necesario pensar en la sostenibilidad? ¿Cómo podemos participar en el desarrollo sostenible?
Transforma tu hogar
Al estudiar la unidad habréis recopilado información sobre:
• De dónde obtenéis en vuestras casas la energía que necesitáis.
• 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.
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
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1970 5 0 10 15 20 1990 1980 2000 2010
mundial de energía Energía (1 000 TWh/año)
Carbón Gas
Situación de aprendizaje
© GRUPO ANAYA, S.A., 2024 - C/ Valentín Beato, 21 - 28037 Madrid.
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