Operación mundo: Tecnología y Digitalización 2 ESO (muestra)

2 ES O

TECNOLOGÍA Y DIGITALIZACIÓN

M. P. Blázquez, J. Santos, R. Arroyo, M. S. Rodríguez, C. Esteban, I. Hoyos

¿Qué vamos a aprender?

SITUACIÓN DE APRENDIZAJE • ODS SABERES BÁSICOS PÁGINA

• La humanidad avanza con la tecnología

Nuestra

2

3

La

Ciudades y comunidades sostenibles

La producción responsable

4

5

6

e infraestructuras

Ciudades y comunidades sostenibles

Producción y consumo responsables

• Consecuencias de la actividad tecnológica

• El impacto en el medioambiente

• Introducción al diseño técnico

• Técnicas de dibujo técnico

• Materiales y herramientas

• Los materiales y sus propiedades

• La madera

• ¿Qué uso le damos a la madera?

• Herramientas para el trabajo con madera

La

Energía

Un

Ciudades y comunidades sostenibles

• ¿Qué es y para qué sirve una estructura?

• Las fuerzas

• Componentes estructurales

• El circuito eléctrico

• Los generadores eléctricos y la corriente

• Los receptores eléctricos

• Elementos de control y protección

• Simbología eléctrica

• La resistencia y la potencia eléctrica

• Componentes de un ordenador

• La unidad central de propceso

7

La

8

El

9

Las

• Procesadores de texto

• Presentaciones electrónicas con Genially

• ¿Qué es internet? Ventajas y riesgos

• El funcionamiento de internet

• La web y el protocolo HTTP

• El correo electrónico

• Las máquinas programables

• El lenguaje de los ordenadores

• Programando con Scratch

• Proceso de resolución de problemas tecnológicos

• El aula taller y los trabajos de tecnología

• Proceso de diseño técnico

• Evaluación del proceso

• Aplicaciones prácticas

• Los metales

• Los metales férricos y no férricos

• Herramientas para trabajar con metales

• El trabajo con los metales

STEAM POWER PORFOLIO

• Protagonista: Emilio Herrera

• Profesión: Inventora

• C. de investigación: EDAR de Nerja

• Protagonista: Cai Lun

• Profesión: Ingeniera de diseño

• Centro de investigación: Grupo de Ing. Gráfica, Diseño Industrial y SIG

• Protagonista: Stephanie Kwolek

• Profesión: Técnico de laboratorio de materiales

• Centro de investigación: Instituto de Ciencia de Materiales

POWER SKILLS! APRENDER Haciendo: Diseña una mesa antigravedad

• Tipos de estructuras

• Perfiles

• Los mecanismos

• Disposición de receptores en un circuito

• La placa protoboard

• El simulador de circuitos de Tinkercad

• Las fuentes de energía

• El código de eficiencia energética

• Los periféricos

• Descubriendo las redes informáticas

• Protagonista: Shigueru Ban

• Profesión: Diseñadora de sistemas mecánicos

• Centro de investigación: Centro de Ingeniería e Innovación Aeroespacial

• Protagonista: Amory Bloch Lovins

• Profesión: Ingeniera en eficiencia energética

• Centro de investigación: BlueSolar Technologies

• Protagonista: Jean E. Sammet

• Profesión: Diseñador de chips

• Centro de investigación: Grupo Morse

• Construimos un regalo personalizado

• Diseña un juego de búsqueda del tesoro en tu localidad

• Fabricamos una silla plegable de cartón reciclado

• Construimos una estructura para un aerogenerador

• Producimos energía eléctrica con un aerogenerador

• Compra inteligente de componentes y periféricos

POWER SKILLS! APRENDER Haciendo: Aprende a configurar una red por cable cruzado

• Protagonista: Sidney L. Pressey

• Profesión: Diseñadora instruccional multimedia

• Presentaciones electrónicas con Canva

• La red de las persones

• Internet de las cosas

• Computación en la nube

• Legislación y seguridad en la red

• Introducción a la robótica

• Arquitectura de un robot

• Sistemas de control

• Programación de robots con micro: bit

• Centro de investigación: Centro de estudios avanzados en TIC

• Protagonista: Carol Shaw

• Profesión: Diseñador de videojuegos

• Centro de investigación: Instituto DASCI

• Protagonista: Teresa de Pedro

• Profesión: Prof. de robótica educativa

• Centro de investigación: Space Robotics LAB

POWER SKILLS! APRENDER Haciendo: Monta y programa un robot siguelíneas

• Preparamos la información y cartelera de un festival de cine

• Creamos un blog para comunicar nuestros proyectos

• Construimos y programamos un entrenador de reflejos

Electricidad 5

Situación de aprendizaje

Son muchas las formas de energía disponibles, pero ninguna de ellas es tan versátil como la energía eléctrica: fácil de generar a partir de diferentes fuentes y de sencilla conversión en otras formas de energía es, al mismo tiempo, fácil de transportar. Pero no todo podían ser ventajas: no resulta sencillo almacenarla ni transportarla en grandes cantidades. Tampoco su producción es inocua y, como cualquier actividad humana, tiene un impacto en la naturaleza. Con todo ello, la energía eléctrica es la energía de nuestro día a día.

Con el objetivo de encontrar una solución a estos problemas, se han ideado alternativas sostenibles, con las que garantizar el suministro eléctrico sin comprometer la vida en el planeta. Entre sus planteamientos está que la producción de energía utilice fuentes renovables y se haga lo más próxima posible a donde se va a consumir, reduciendo así su impacto y las pérdidas durante su transporte.

¿No sería genial que pudiéramos generar nuestra propia energía limpia, en la cantidad justa que necesitáramos y en el lugar donde fuéramos a utilizarla?

La iluminación indirecta, eficiente y con poca intensidad reduce la contaminación lumínica. Muelle de Riotinto, Huelva. >>

Tú qué ¿piensas ¿

¿Conoces alguna forma de generar energía eléctrica a pequeña escala? ¿Y que pueda integrarse en las actividades que realizas en tu día a día?

¡ACTÚA !

Diseña y construye el circuito eléctrico y la estructura de un aerogenerador portátil. Con él, podrás aprovechar la energía del viento y convertirla en energía eléctrica allá donde vayas.

¿Son soluciones sostenibles?

Para lograrlo, sigue esta ruta:

El circuito eléctrico

Los generadores eléctricos

La corriente eléctrica

Los receptores eléctricos

Elementos de control y protección

En la estación de bomberos de Livermore, California, se encuentra la lámpara con mayor vida útil de la historia: lleva encendida desde 1901. ¡Más de un siglo iluminando a los bomberos de la ciudad!

Existen cientos de especies de peces capaces de generar pequeñas descargas eléctricas

Disposición de receptores en un circuito

La placa protoboard

El simulador de circuitos de Tinkercad

Las fuentes de energía

El código de eficiencia energética

1

El circuito eléctrico

El átomo y los electrones

1.1 ¿Qué es un circuito eléctrico?

Un circuito eléctrico es un camino cerrado formado por un material conductor de la electricidad, en el que se conectan componentes eléctricos por los que circulan las cargas eléctricas.

En un circuito eléctrico puedes encontrar los siguientes elementos:

– Pila o generador, que proporciona energía al circuito.

– Conductores, que permiten la circulación de electricidad desde el generador hasta los receptores.

– Receptores, que transforman la energía eléctrica y producen efectos: movimiento (energía cinética), luz (energía lumínica), calor (energía calorífica), etc.

La materia está constituida por unas partículas llamadas «átomos». Los átomos están formados por partículas subatómicas llamadas «protones», «neutrones» y «electrones». Tanto los protones como los electrones tienen la misma carga eléctrica, positiva en el caso de los protones y negativa en los electrones.

La del electrón es la cantidad de carga más pequeña que podemos encontrar. Es tan pequeña que se ha definido una unidad mayor, el culombio, de símbolo C, que contiene la carga eléctrica de 6,24 · 1018 electrones, lo que es equivalente a la carga de 624 000 billones de electrones.

– Elementos de control, como los interruptores y los pulsadores.

– Elementos de protección, como los fusibles.

La pila o generador, los conductores y, al menos, un receptor deben estar presentes en el circuito. Los elementos de control y de protección son opcionales.

En anayaeducacion.es encontrarás una presentación sobre los componentes eléctricos.

Analogía hidráulica

Observa esta imagen.

Fluido de agua a presión

Bomba hidráulica Agua a presión

Giro de turbina

Absorción de agua

Estanque de agua

a) ¿Cómo funciona el sistema hidráulico que representa?

b) ¿Cuál es la función de la bomba hidráulica? ¿A qué componente de un circuito eléctrico se parece? ¿Por qué?

c) ¿Crees que cada gota de agua que se mueve por el circuito hidráulico tiene cierto parecido con el movimiento de las cargas eléctricas en un circuito eléctrico? ¿Por qué?

2

Los generadores eléctricos

Corriente continua y corriente alterna

Según la forma en la que se genera, hay dos tipos de corriente eléctrica:

• Corriente continua: es la que proporcionan las pilas y las baterías eléctricas. Su valor es constante.

• Corriente alterna: es la que se obtiene con los alternadores. Es la corriente que llega hasta nuestras casas. Su valor varía pasando de positivo a negativo, y viceversa, todo el tiempo.

Consulta el documento «Corriente continua y corriente alterna» en anayaeducacion.es

Fuente de alimentación

Un ordenador de sobremesa está conectado a la red eléctrica de corriente alterna. Sin embargo, sus circuitos funcionan con corriente continua. Por ello, necesita de una fuente de alimentación cuya misión es la de transformar la señal eléctrica alterna en continua.

En situación Investiga qué es una dinamo y elabora una pequeña presentación exponiendo cuál es su función, cómo funciona y de qué partes se compone.

2.1 Los generadores eléctricos

En un circuito eléctrico, el generador aporta energía eléctrica a las cargas y dirige su desplazamiento a lo largo del circuito. Si un generador no dispone de energía, las cargas no se desplazarán.

Se clasifican en:

– Pilas y baterías. Contienen sustancias químicas que reaccionan generando electricidad. Cuando estas sustancias permiten que la reacción se revierta, se denominan «pilas o baterías recargables».

– Alternadores. Son máquinas eléctricas que generan corriente alterna: energía eléctrica en forma de ondas.

– Fuentes de alimentación. Son dispositivos electrónicos que transforman la corriente alterna en otra forma de energía eléctrica, como, por ejemplo, corriente continua.

2.2 El voltaje eléctrico

El voltaje, o potencial eléctrico, es la magnitud eléctrica que indica cuánta energía se ha aportado a cada carga eléctrica.

Si un generador entrega un julio de energía a un culombio de carga (esto es, a 6,24 · 1018 electrones), se dice que el voltaje del generador es de un voltio. Por tanto, la fórmula del voltaje será:

Voltaje = Energía ; V = E Carga eléctrica Q

donde E es la energía expresada en julios (J), Q es la carga eléctrica expresada en culombios (C) y V es el voltaje expresado en voltios (V).

El voltio es la unidad de voltaje en el sistema internacional. Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta (1745-1827), creador de la primera pila eléctrica. Se representa con la letra V.

Ejercicio resuelto

¿Cuánta carga acumula una batería de 9 voltios que ofrece una energía de 90 julios?

A partir de la fórmula, se despeja la carga Q, intercambiando su posición con el voltaje V. Sustituyendo valores se obtiene:

E = Q = 90J = 10 culombios

V 9V

¿Cuánta energía almacena una pila de 4,5 voltios si acumula una carga eléctrica de 100 culombios?

E = V · Q E = 4,5V · 100C = 450 julios

¿Cuál es el voltaje de una pila que acumula 200 julios y 40 culombios?

V = E V = 200J = 5 voltios Q 40C

3

La corriente eléctrica

Práctica guiada

Observa el circuito de la fotografía. En él se puede ver una pila conectada a una lámpara, intercalando entre ambas un objeto. Repite la experiencia intercalando, uno a uno, objetos fabricados con diferentes materiales, anotando si la lámpara se enciende, y, por tanto, se trata de un elemento conductor, o si la lámpara se apaga, por lo que estaremos conectando un aislante. Empieza ensayando con los siguientes objetos: cable de cobre, trozo de tubería, lapicero, trozo de vidrio, cáscara de huevo, trozo de limón y agua.

Se llama corriente eléctrica, o intensidad eléctrica, a la circulación de cargas a través de un conductor cuando está conectado a un circuito cerrado en el que se dispone de un generador. Las cargas se mueven y, por tanto, crean un flujo a través de los conductores. Si el valor de cargas es muy elevado se producirán choques entre ellas, lo que dará lugar al calentamiento del conductor.

De la misma manera que se cuentan vehículos circulando en un punto de la carretera en un tiempo determinado, lo que se conoce como intensidad de tráfico, la intensidad eléctrica se medirá a partir del número de cargas que circulan por segundo en un punto del circuito. Así se expresa matemáticamente:

Intensidad = Carga ; I = Q Tiempo t

La carga eléctrica (Q) se mide en culombios y el tiempo (t) en segundos. En consecuencia, la intensidad eléctrica se mediría en culombios por segundo, pero en el sistema internacional se ha adoptado la unidad del amperio (A) para medir la corriente eléctrica.

El amperio es la unidad de voltaje en el sistema internacional y recibe este nombre en honor a André Marie Ampère (1775-1836), inventor del galvanómetro, dispositivo utilizado para la medida de la intensidad de corriente. Se representa mediante la letra A.

3.1 Conductores y aislantes

No todos los materiales tienen el mismo comportamiento frente a la corriente eléctrica. Algunos, los materiales conductores, permiten el paso de la corriente. Otros materiales, los conocidos como materiales aislantes, por el contrario, no permiten el paso de la corriente y son utilizados para evitar que llegue donde no debe.

Tipo Características

Conductores

Aislantes

Semiconductores

Oponen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica.

Oponen una resistencia elevada al paso de la corriente eléctrica.

Pueden comportarse como conductores o aislantes, según aspectos externos.

Ejemplos

Materiales metálicos.

Papel, plásticos, cerámica, vidrio.

Elementos como el germanio y el silicio para fabricar diodos, transistores, etc.

1 ¿Qué valor de intensidad eléctrica obtienes en un circuito por el que circulan 50 culombios durante 5 segundos?

2 ¿Qué te hace decir eso? Si en el circuito descrito en la actividad anterior, la carga que circula aumentara a 75 culombios en el mismo período de tiempo, ¿aumentaría o disminuiría la intensidad? Justifica matemáticamente tu respuesta.

3 Intuyo y deduzco. El aire es un fluido aislante. Por ejemplo, en un enchufe de pared, la corriente no pasa de un borne a otro. Sin embargo, la electricidad de un rayo sí pasa de las nubes hasta el suelo. ¿Cómo explicarías este fenómeno?

4 Escoge un aparato eléctrico de casa y observa los elementos aislantes que tiene. ¿Qué elementos es necesario aislar? ¿De qué materiales están hechos?

4

Los receptores eléctricos

Evolución de las lámparas

El estándar de lámparas ha cambiado con los años, pasando de las incandescentes y halógenas, con escasa eficiencia energética y corta vida útil, hasta las actuales, de ledes, con las que se reduce hasta un 90% la energía necesaria y cuya vida útil puede superar las 25 000 horas.

Calefactor radiante por infrarrojos

Altavoz

En situación Los motores son receptores reversibles: puenden convertir la energía eléctrica en energía mecánica, pero también convierten la energía mecánica en eléctrica.

Los receptores son elementos que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas de energía. En general, todos los receptores poseen resistencia eléctrica, es decir, la oposición que ofrecen al paso de la corriente eléctrica a través de ellos.

Los receptores pueden ser de diferentes tipos:

4.1 Receptores emisores de luz

Existen dispositivos muy variados que transforman la energía eléctrica en luz. Su principal representante son las lámparas.

En la actualidad, cada vez es más utilizada la iluminación basada en diodos emisores de luz (ledes). Están fabricados con materiales semiconductores y tienen un consumo eléctrico muy reducido.

4.2 Receptores emisores de calor

Son dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía calorífica. Se basan en el efecto Joule: cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, parte de la energía se transforma en energía calorífica. Algunos ejemplos son: tostadores, calentadores, hornos, etc. El calor puede transmitirse de tres formas diferentes:

• Por conducción: se produce al entrar en contacto dos cuerpos a distintas temperaturas. Un ejemplo es la plancha para ropa.

• Por convección: se hace a través de un fluido (líquido o gas) que conduce el calor a lugares con distinta temperatura. Un secador de pelo es un dispositivo que transmite el calor por convección.

• Por radiación: se debe a la temperatura interna de cada cuerpo. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la intensidad de su radiación. Muchos calefactores funcionan por radiación: infrarrojos, halógenos, de cuarzo, etc.

4.3 Receptores generadores de movimiento

Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica a partir de las fuerzas que se originan en los conductores de cobre del motor al moverse dentro del campo magnético que generan los imanes del motor.

4.4 Otros receptores

Son todos aquellos receptores que transforman la energía eléctrica en una forma de energía diferente de las anteriores. Entre ellos están los altavoces, los zumbadores, los relés electromagnéticos, etc.

5 Generar-clasificar-relacionar. Haz una lista de los aparatos eléctricos que hay en tu casa. Clasifícalos por el tipo de transformación que llevan a cabo y observa los componentes que tienen en común. Si transforman la electricidad en calor, especifica si emplean conducción, convección o radiación. Si tienen motores o bombas, indica qué tipo de corriente usan. Indica, además, si alguno aprovecha la energía eléctrica para producir más de un efecto.

Elementos de control y protección

Circuito abierto, circuito cerrado

Decimos que un circuito está cerrado cuando todos sus elementos están conectados y la corriente eléctrica circula por ellos.

Por el contrario, cuando un circuito está abierto, la corriente no circula por él. Esto se puede deber a que alguno de los elementos está desconectado o estropeado, o bien un elemento de control está abierto.

Los elementos de control son componentes cuya misión es permitir o impedir el paso de la corriente eléctrica por todo el circuito o por una parte de él.

Existen tres tipos: interruptores, pulsadores y conmutadores.

5.1 Interruptores

Sirven para abrir o cerrar el circuito en el que se encuentran.

Un ejemplo es el interruptor de la luz de tu habitación o los interruptores para encender o apagar el horno, la campana extractora, etc.

5.2 Pulsadores

Funcionan de forma similar a los interruptores, con la particularidad de que solo cumplen con su misión de abrir o cerrar el circuito eléctrico mientras permanecen accionados. Existen dos tipos de pulsadores:

• Pulsadores normalmente abiertos, o NA.

• Pulsadores normalmente cerrados, o NC.

Ejemplos típicos son el mando del portero automático y el timbre de las casas que se mantienen activos el mismo tiempo que se esté pulsando su botón.

5.3 Conmutadores

El conmutador se diferencia del interruptor en que este último solo controla el paso de corriente a través de una línea de un circuito, mientras que al accionar un conmutador, se cambia la conexión entre dos circuitos. Es decir, con una sola acción, abre un circuito y cierra otro, y al volver a cambiar su posición, se cierra el que estaba abierto y se abre el que estaba cerrado.

Circuito cerrado, bombilla encendida

Su aspecto exterior es similar al de los interruptores, y un ejemplo lo puedes encontrar en los mandos que encienden y apagan las luces de los pasillos y otras estancias desde dos puntos diferentes.

Circuito abierto, bombilla apagada

Conmutador y esquema de circuito eléctrico con conmutador

6Simbología eléctrica

En situación Investiga cuál es el símbolo eléctrico de un diodo y de un led e indica su polaridad.

¿Cuál es la función de cada uno?

¿Por qué son tan parecidos?

¿Cómo se indica la función del led en su símbolo?

Como en toda actividad técnica, la representación gráfica es una parte importante en la definición de los circuitos eléctricos. Para poder interpretar un esquema eléctrico que representa un circuito, es necesario conocer la simbología empleada para los generadores, los conductores, los receptores y los elementos auxiliares como interruptores y pulsadores.

Observa la siguiente tabla y trata de memorizar los diferentes símbolos eléctricos que se representan.

Tipo Símbolo

Pila + –

Cable

Alternador

Resistencia

Bombilla

Fusible

Tipo Símbolo

Zumbador

Motor M

Interruptor

Pulsador NA

Pulsador NC

Conmutador

Consulta en anayaeducacion.es la presentación «Ejemplos de circuitos y esquemas eléctricos».

6 Utiliza un buscador de imágenes en internet y descarga una fotografía de cada uno de los dispositivos de la tabla de símbolos de esta página. Elabora una presentación en la que recopiles todas las que hayas encontrado y exponla en clase.

¿Existe alguna relación entre la forma comercial de los dispositivos que has encontrado y su símbolo eléctrico?

7 Utiliza los símbolos adecuados para realizar un esquema que incluya una pila y un interruptor que controle el encendido y apagado de una lámpara, un zumbador y un motor.

¿Cuántas posibilidades habría para conectar estos dispositivos? ¿Cuál es la que consideras más adecuada?

8 Observa el siguiente circuito, identifica los componentes que lo integran y responde a las siguientes preguntas:

a) El componente A se encuentra abierto. ¿Qué componentes funcionarían si se cerrara?

b) Estando el componente A cerrado, ¿Qué pasaría si se pulsa el componente B? + –

A B M

7

La resistencia eléctrica

La ley de Ohm

VI R

7.1 El concepto de resistencia eléctrica

Se define la resistencia eléctrica como la mayor o la menor dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica.

En función de esta oposición, los materiales se clasifican en conductores, aislantes, semiconductores y superconductores. La resistencia eléctrica de un objeto depende de su composición y de sus dimensiones físicas. La resistividad es una propiedad física de los materiales que permite conocer si un material es buen o mal conductor. A mayor resistividad, peor capacidad para conducir la electricidad. En el sistema internacional, la unidad de resistencia es el ohmio y se representa con la letra Ω

V=I•R

I= V — R

R= V — I

Experimenta con el laboratorio virtual de la ley de Ohm que te ofrecemos en anayaeducacion.es

7.2 La ley de Ohm

Georg Ohm, científico alemán del siglo xviii, descubrió la relación que existe entre las tres magnitudes eléctricas fundamentales —intensidad, voltaje y resistencia— y enunció la ley que lleva su nombre:

La intensidad que recorre un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Se expresa con la fórmula:

I = V R

Despejando en la fórmula anterior podrás obtener las otras dos expresiones de la ley.

El valor del voltaje dependerá de la batería o fuente de alimentación; dado este valor, la intensidad será pequeña si la resistencia del circuito es grande y será elevada si la resistencia del circuito es pequeña.

Magnitud Símbolo Unidad Símbolo de la unidad

9 ¿Qué valor expresado en ohmios tiene un resistor por el que circula una intensidad de 0,5 A cuando es conectado a una batería de 24 V?

10 ¿A qué voltaje es necesario conectar una bombilla de 100 Ω para que por ella circule una intensidad de 1,2 A?

11 ¿Qué intensidad circulará por una bombilla de 90 Ω al ser conectada a una pila de 4,5 V?

12 Intuyo y deduzco. Considera dos circuitos con la misma resistencia. Por el primero circula el doble de intensidad que por el segundo. ¿Cómo será el voltaje del segundo circuito?

Intensidad I Amperio A

Voltaje V Voltio V

Resistencia R Ohmio Ω

Ejercicio resuelto

Calcula la intensidad que circula por una bombilla de 100 Ω si se conecta a una pila de 5 V. I = V = 5 V = 0,05 A = 50 mA R 100 Ω

Calcula a qué voltaje es necesario conectar un resistor de 3 Ω para que por él circule una intensidad de 1,5 A.

V = I · R = 1,5 A · 3 Ω = 4,5 V

Calcula el valor de un resistor por el que circulan 0,25 A al conectarlo a una pila de 9 V. R = V = 9 V = 36 Ω I 0,25 A

8

La potencia eléctrica

Stand-by

Stand-by es la situación en la que se encuentran algunos aparatos eléctricos cuando, estando enchufados, están a la espera de iniciar su funcionamiento. En esta situación, el aparato tiene un consumo eléctrico, aunque sea muy pequeño. Por eso, se recomienda que si no se van a utilizar durante un tiempo, se desconecten totalmente de la corriente eléctrica.

¿Sabes que el consumo de estos aparatos «en espera» puede llegar a alcanzar hasta el 10 % del consumo total en una vivienda?

Investiga cuántos aparatos de tu casa permanecen la mayor parte del tiempo en espera.

En situación Investiga qué es la ley de Watt, qué magnitudes eléctricas relaciona y qué ecuación la representa matemáticamente.

Todos los aparatos eléctricos, en su funcionamiento, consumen energía eléctrica. La cantidad de energía que consumen depende de la potencia eléctrica que desarrollan.

La potencia eléctrica es la cantidad de energía que se consume durante un período de tiempo. La unidad de medida es el vatio (W), que se define como el consumo de un julio de energía cada segundo:

1 W = 1 J/1 s

A pesar de que el julio es la unidad de medida de la energía en el sistema internacional, cuando se habla de energía eléctrica, se prefiere emplear otra unidad, el kilovatio-hora (kWh). Resulta más sencillo calcular la energía consumida multiplicando la potencia en kilovatios por el número de horas que un dispositivo está en funcionamiento. El valor de la potencia de un aparato eléctrico está escrito en su superficie o en su placa de características. Por ejemplo, las bombillas suelen tener su potencia escrita en el bulbo o en el casquillo. A continuación, puedes ver una tabla comparativa de las potencias de distintos tipos de bombillas que proporcionan una cantidad equivalente de luz.

Ejercicio resuelto

Un frigorífico tiene una potencia de 300 W. Este tipo de electrodoméstico siempre están encendidos, pero tienen un programa de ahorro que los conecta a la red 18 horas al día. Si el precio de la electricidad ese día fuera de 20 €/MWh, ¿cuánto pagaríamos por la electricidad consumida por el frigorífico?

En primer lugar, se calcula la energía diaria que consume el frigorífico. Dado que su potencia es de 300 W y está funcionando 18 horas al día, la energía consumida será:

E = 300 W · 18 horas = 5 400 Wh diarios

Considerando que el mes tiene 30 días, el gasto de energía mensual será:

Em = 5 400 Wh · 30 = 162 000 Wh.

Convertimos la cifra en megavatios-hora:

Em = 162 000 Wh · 1MWh = 0,162 MWh  1 000 000 Wh

Multiplicamos esta cifra por el precio del MWh:

Precio = 0,162 MWh · 20 €/Mwh = 3,24 euros

9

Disposición de receptores en un circuito

Asociación en serie de resistores

Dos resistores en serie

R1 R2

Tres resistores en serie

R2 R1 R3

N resistores en serie

R2 R1 Rn

Resistor o resistencia

La resistencia es la magnitud que define la dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica.

Un resistor, en cambio, es un componente eléctrico diseñado para introducir una resistencia eléctrica entre dos puntos de un circuito.

9.1 Asociación de resistores . Resistencia equivalente

Los circuitos eléctricos están compuestos habitualmente por más de un receptor. Estos receptores pueden estar asociados de diferentes formas, dando lugar a distintos tipos de circuitos.

Se denomina resistencia equivalente a aquella resistencia que sustituye a otras resistencias, con el mismo efecto en el circuito que las resistencias a las que reemplaza.

9.2 El circuito serie

En un circuito serie, los receptores están conectados uno a continuación del otro. Tiene el inconveniente de que si uno de los receptores se estropea, el resto dejará de funcionar, puesto que la corriente no podrá circular a través de él.

La resistencia equivalente que ofrece el conjunto de receptores es igual a la suma de la resistencia de cada uno de ellos, de acuerdo con la fórmula:

Re = R1 + R2 + ... + Rn

Por ejemplo, la resistencia equivalente de una asociación en serie de dos resistores de 3 Ω y 5 Ω será una resistencia de:

Re = R1 + R2 = 3 Ω + 5 Ω = 8 Ω

En un circuito serie, la intensidad que recorre todos los elementos es la misma, y corresponde a la intensidad que proporciona el generador.

Sin embargo, el voltaje se reparte entre los diferentes elementos; es decir, la energía que proporciona el generador se distribuye entre todos los receptores del circuito.

Vgen = V1 + V2 + ... + Vn

Se podrá calcular el voltaje en cada punto multiplicando el valor de la intensidad por el valor de cada resistencia.

Si se suman todos los voltajes de las resistencias, el resultado ha de ser igual al valor del voltaje de la pila o generador.

Magnitud Explicación Fórmula

Resistencia equivalente La suma de las resistencias que forman el circuito. Re = R1 + R2 + ... + Rn

Voltaje

Intensidad

El voltaje que proporciona la pila se distribuye entre las diferentes resistencias, cumpliéndose que la suma de los voltajes de las resistencias ha de ser igual al voltaje del generador.

Al existir un solo camino para la corriente, esta será la misma para todos los elementos del circuito.

Vgen = V1 + V2 + ...

Ejercicio resuelto

En el circuito de la figura, calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La corriente que circula por todos los componentes.

c) El voltaje en cada resistor.

a) La resistencia equivalente será la suma de las resistencias:

Re = R1 + R2 = 3 Ω + 7 Ω = 10 Ω

b) Tomamos el valor de voltaje de la pila y el valor de la resistencia y aplicamos la ley de Ohm para calcular la intensidad:

I = V = 10 V = 1A

Re 10 Ω

c) Si aplicamos la ley de Ohm a cada resistor por separado, obtenemos la parte de voltaje que tiene cada uno de los dos.

V1 = I1 R1 = 1 A 3 Ω = 3 V

V2 = I2 R2 = 1 A 7 Ω = 7 V

Podemos comprobar que la suma de ambos voltajes corresponde con el valor del voltaje de la pila:

V

13 Calcula la resistencia equivalente de las siguientes agrupaciones de resistencias:

Nomenclatura de los circuitos

Al resolver circuitos eléctricos, es habitual asignar a los voltajes y a las intensidades un subíndice para indicar que se trata del voltaje y la intensidad a través de un componente determinado. Así:

• I es la intensidad que proporciona la pila.

• I 1 es la intensidad que circula por el primer resistor.

• I 2 es la intensidad que circula por el segundo resistor.

De la misma forma, para el voltaje tendremos:

• V es el voltaje de la pila.

• V1 es la caída de voltaje en el primer resistor.

• V 2 es la caída de voltaje en el segundo resistor.

14 Calcula la resistencia equivalente, la intensidad que circula por el circuito y el voltaje en cada uno de los resistores en los siguientes circuitos:

Disposición

9.3 El circuito paralelo

En un circuito paralelo, los receptores tienen sus terminales conectados entre sí. De esta forma existe más de un camino, también llamado rama, por el que la corriente eléctrica puede circular.

Este esquema es el que se utiliza en las viviendas. Permite que, aunque uno de los receptores no funcione, los demás puedan hacerlo.

La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo se calcula de acuerdo con la fórmula:

1 = 1 + 1 + + 1 Re R1 R2 Rn

En el caso particular de dos resistencias, la fórmula se reduce a:

Re = R1 · R2 R1 + R2

También puedes utilizar la fórmula anterior para asociaciones de más de dos resistencias, agrupándolas de dos en dos hasta obtener una única resistencia equivalente.

En los circuitos en paralelo, todos los elementos están conectados al mismo voltaje, el voltaje del generador. Y la intensidad que proporciona el generador corresponde a la suma de las intensidades que circulan por cada una de las resistencias.

Magnitud Explicación

Resistencia equivalente

Se calcula como el valor inverso de la suma de los valores inversos de cada una de las resistencias del circuito. En el caso de tener dos resistencias, se puede emplear la fórmula del producto partido de la suma.

Voltaje

Intensidad

El voltaje que proporciona la pila es el mismo para todos los elementos que se conecten en paralelo.

Por cada rama del circuito circulará una intensidad que dependerá exclusivamente del valor de resistencia de la rama. La intensidad total, que es la proporcionada por la pila, será la suma de todas las intensidades circulantes por las ramas.

Ejercicio resuelto

Calcula la resistencia equivalente de las siguientes asociaciones de resistores:

Fórmula

Solución:

Asociación en paralelo de resistores

Dos resistores en paralelo

Tres resistores en paralelo

N resistores en paralelo

Para obtener el valor de Rt, se invierte el resultado obtenido:

Ejercicio resuelto

En el circuito de la figura de la derecha, calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La intensidad total de la corriente que recorre el circuito.

c) El voltaje en cada resistor.

d) La intensidad de la corriente que atraviesa cada uno de los resistores.

a) Como se trata de dos resistores en paralelo, la resistencia equivalente se calcula usando la fórmula:

Re = R1 · R2 = 3 · 6 = 18 = 2 Ω R1 + R2 3 + 6 9

b) Para calcular la intensidad total, aplicamos la ley de Ohm, dividiendo el voltaje entre la resistencia equivalente.

I = V = 12 = 6 A Re 2

c) Como los resistores están conectados en paralelo, todos ellos reciben el mismo voltaje.

V = V1 = V2 = 12 V

d) Para calcular la intensidad de corriente, bastará con aplicar la ley de Ohm en cada uno de los resistores:

I1 = V1 = 12 = 4 A ; I2 = V2 = 12 = 2 A

15 Calcula la resistencia equivalente, la intensidad que proporciona la pila y la que circula por cada bombilla, así como el voltaje en cada bombilla, en los siguientes circuitos. Considera todas las bombillas iguales y, por tanto, con la misma resistencia eléctrica de 100 ohmios.

16 Observa los siguientes circuitos equipados con bombillas (L) e interruptores (S). Los interruptores de cada rama podrán estar cerrados y permitir el paso de corriente, o estar abiertos, por lo que no circulará corriente. Según la posición de los interruptores en cada circuito, ¿qué bombillas lucirán y cuáles estarán apagadas?

b)

10

La placa protoboard

La placa protoboard es también conocida como la placa de inserción, placa de prototipado o placa de pruebas. Es una pieza de plástico con pequeños agujeritos que se encuentran conectados eléctricamente entre sí para permitir la conexión de componentes eléctricos y electrónicos de forma rápida y sin necesidad de soldadura.

Puedes ver en la imagen de la izquierda la forma en que los orificios están conectados entre sí mediante láminas conductoras. En la zona central de la placa hay columnas de cinco agujeros conectados entre sí; los componentes electrónicos conectados en una misma columna estarán eléctricamente unidos. En los bordes de la placa hay largas filas, de 25 agujeros o más, que se utilizan habitualmente para la alimentación de los circuitos.

Laberinto eléctrico

En la cara superior de la placa de prototipado, las filas se nombran con letras y las columnas van numeradas.

En la cara inferior se ven las láminas de aleación de cobre que conectan los orificios elécricamente.

Observa estas placas de prototipado. En ellas aparecen dibujados tres caminos: cada uno es un laberinto con una entrada y una salida, pero falta una parte del camino. En el verde, para llegar a la salida, faltaba un cable que unía los puntos J9 y J12. Pasando por todos los cables de su color, ¿qué cables faltan en los otros dos recorridos para llegar a la salida?

Montaje de componentes en serie

Bajo este texto se muestra un montaje de resistores conectados en serie. El primer terminal o «pata» del primer resistor está conectado a la línea de alimentación positiva y su segundo terminal en la misma columna en que se encuentra el primer terminal del segundo resistor, haciendo que ambos queden conectados; el segundo terminal del segundo se conecta al carril de alimentación negativa, cerrando así el circuito. En la imagen de la derecha se han añadido dos voltímetros en paralelo con cada uno de los resistores y un amperímetro en serie con ellos, para medir el voltaje y la intensidad en el circuito.

Dos posibles montajes de un circuito serie. En ambos casos, el segundo resistor está conectado a continuación del primero.

Montaje de componentes en paralelo

En el montaje de resistores en paralelo, los dos extremos de cada uno de ellos deben estar unidos entre sí.

Observa en el montaje cómo el primer terminal de ambos resistores se encuentra en la misma columna, y el segundo puede estar en la misma columna o conectado por medio de un cable.

En situación

Diseñamos el esquema de un circuito

Observa este circuito y el esquema que aparece a su lado. Los montajes en una placa de prototipado no suelen tener la misma forma o la distribución de componentes que tiene su esquema.

Dibuja el esquema de los siguientes circuitos, utilizando la simbología adecuada a cada componente.

Dos posibles montajes de un circuito paralelo. En ambos casos, los terminales de los dos resistores están conectados dos a dos.

Al estar en paralelo, la lectura se hace con un voltímetro y dos amperímetros.

9 V

El simulador de circuitos de Tinkercad

Para acceder a Tinkercad, necesitarás una cuenta de usuario, que puedes crear utilizando tu dirección de correo electrónico. Si eres menor de 13 años, la cuenta deberá ser creada o aprobada por una persona adulta responsable de tu tutela.

Tinkercad es una colección de herramientas desarrollada por Autodesk que sirven tanto para el diseño de objetos en 3D —de forma gráfica o mediante programación visual por bloques— como para la simulación de circuitos eléctricos y electrónicos, incluyendo las tarjetas controladoras Arduino y micro:bit.

Es un entorno que continúa creciendo, con nuevas aplicaciones como Sim Lab, y con los proyectos compartidos por toda su comunidad. Accede a https://www.tinkercad.com/ y haz clic en el botón JOIN NOW en la parte superior derecha de la pantalla para crear tu cuenta. Es posible que el profesorado haya creado ya una cuenta para la clase, en cuyo caso, te proporcionarán un enlace y una clave con la que podrás acceder.

Para crear circuitos eléctricos, en el panel de la parte izquierda de la ventana de trabajo tienes que hacer clic en Circuits. La primera vez que accedas deberás crear un circuito desde cero; en las siguientes ocasiones aparecerán los proyectos ya creados.

Al comenzar un nuevo circuito, verás a la derecha de la ventana un listado de componentes y, en el centro, un espacio de trabajo. Para añadir los elementos al espacio de trabajo, solo tienes que hacer clic sobre ellos y arrastrarlos al lugar deseado, ya sea «en el aire» o en una de las placas de prototipado de diferentes tamaños que incluye. Para modificar las características de un elemento, haz clic sobre él y escribe el valor correspondiente.

Puedes buscar elementos por su nombre en la barra de búsqueda que aparece sobre las imágenes de los componentes. Para conectarlos entre sí, haz clic sobre uno de sus terminales y lleva el cable hasta otro terminal. Si deseas «doblar» el cable, haz clic en el punto donde quieras doblarlo.

Aunque los circuitos se pueden montar uniendo los elementos directamente, resulta conveniente utilizar la placa de prototipado.

Tinkercad te permite simular los montajes e incluso ver cómo funcionan los circuitos, antes de hacer el montaje real, con lo que ahorrarás tiempo y errores.

Además de los componentes, Tinkercad también dispone de instrumentos de medida, como amperímetros y voltímetros, que pueden añadirse al circuito.

Para poder conocer los valores de intensidad y voltaje, es necesario simular el funcionamiento del circuito haciendo clic en el botón Iniciar simulación, en la parte superior derecha de la ventana.

17 Observa el circuito de la derecha creado en Tinkercad y dibuja su esquema eléctrico en tu cuaderno. Realiza, a continuación, los cálculos necesarios para obtener la lectura de cada uno de los instrumentos de medida.

Monta el circuito en el simulador Tinkercad y comprueba si las lecturas coinciden con lo que has calculado. Detalle de los resistores

Consejo

La conexión de los instrumentos de medida puede resultar liosa. Dibuja primero el esquema del circuito en tu cuaderno, utilizando los símbolos adecuados y, a continuación, monta los componentes en Tinkercad. Si lo deseas, puedes simular el circuito con otros programas, como Crocrodile Clips o Yenka y comparar los resultados.

Las fuentes de energía

Energía solar

Andalucía es la primera región de España en aprovechamiento de la energía solar, tanto con plantas termosolares como empleando tecnología fotovoltaica.

Puedes localizar todas las centrales eléctricas de tu comunidad consultando el mapa interactivo «Centrales eléctricas de Andalucía» en anayaeducacion.es

18 Visita el apartado «Datos energéticos» de la web de la Agencia Andaluza de la Energía y encuentra la evolución de generación de las diferentes fuentes de energía. Realiza un gráfico que te permita ver la evolución de cada una de ellas.

a) ¿Cuál es la fuente de energía más empleada en Andalucía en los últimos años?

b) ¿Ha existido cierto crecimiento en Andalucía en los últimos años de generación de energía procedente de fuentes renovables?

c) ¿A qué se refiere la unidad ktep, utilizada en sus datos?

La energía eléctrica es la fuente de energía más utilizada por la humanidad. No obstante, a excepción de los fenómenos meteorológicos, necesitamos captar energía desde otras fuentes para convertirla en energía eléctrica. Existen dos tipos de fuentes de energía:

– Primaria. Es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser transformada. Las fuentes de energía primaria son: el

Sol, el viento, el calor interno de la Tierra, el agua, los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), la biomasa y el uranio.

– Secundaria. Es aquella que procede de la transformación de una fuente primaria y que está lista para ser almacenada, transportada y utilizada en el lugar de consumo.

Además de esta clasificación, se utiliza otra que distingue si la energía es ilimitada (renovable) o si no lo es (no renovable).

12.1 Las energías renovables

Las energías renovables son aquellas cuyas fuentes no se agotan a medida que se utilizan; es decir, son aquellas cuyas fuentes se regeneran a un ritmo igual o mayor que el ritmo al que se consumen.

Entre las energías renovables que podemos aprovechar, están la energía solar, la eólica, la geotérmica, la biomasa o la energía del agua.

Energía solar

Es generada por el Sol a partir de las reacciones de fusión nuclear que se producen en su núcleo. Nos llega a través de la radiación electromagnética: luz visible, radiación infrarroja y radiación ultravioleta. La energía solar se puede aprovechar de forma directa (iluminación, climatización natural, cocinar en un horno solar, producir agua caliente, secar la ropa, etc.) o indirecta (para generar energía eléctrica).

Energía eólica

Es la energía que tiene una masa de aire en movimiento, el viento. Su origen está en el Sol, que al calentar irregularmente las masas de aire, provoca diferencias de presión, y estas, su displazamiento.

La energía eólica se aprovecha mediante modernos molinos de viento instalados en parques eólicos, donde es transformada en energía eléctrica. Su aprovechamiento directo se aplica en, por ejemplo, barcos de vela, alas delta y molinos para moler el grano o extraer agua.

Energía geotérmica

Es la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor interno de la Tierra. Se utiliza de forma indirecta para la generación de energía eléctrica y directamente para sistemas de calefacción.

Energía de la biomasa

Es la energía que se obtiene a partir de toda materia orgánica de origen vegetal o animal. El aprovechamiento de la biomasa se puede realizar quemando los residuos para obtener energía eléctrica y energía calorífica, o a través de transformaciones que permitan la obtención de otros combustibles, como, por ejemplo, el biodiésel.

Energía hidráulica

La energía del agua se manifiesta en forma de energía cinética en el agua en movimiento de un río, las corrientes marinas, las olas y las mareas; y como energía potencial del agua almacenada en una presa.

Se aprovecha de forma directa como medio de transporte, río abajo, de personas y mercancías, así como para mover norias que sirven para el abastecimiento de agua. De forma indirecta se utiliza en:

– Centrales hidroeléctricas. En ellas se aprovecha la energía mecánica del agua de ríos y presas para producir energía eléctrica.

– Centrales mareomotrices. La diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar permite el aprovechamiento de la energía del movimiento de grandes masas de agua para la obtención de electricidad.

– Centrales undimotrices. Generan energía eléctrica aprovechando movimiento de las olas, originadas por el viento sobre el mar.

12.2 Las energías no renovables

Las fuentes de energía no renovables son aquellas que se agotan a medida que se va haciendo uso de ellas, ya sea porque no se regeneran, o bien porque lo hacen a un ritmo menor al que se consumen.

Las fuentes de energía no renovables más importantes son el carbón, el petróleo, el gas natural y el combustible nuclear.

Gas natural

El gas natural es una mezcla de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos, en estado gaseoso. Suele encontrarse formando bolsas sobre los yacimientos petrolíferos. Es el combustible fósil menos contaminante y su transformación desde el yacimiento hasta su utilización es mínima. Se usa para generar energía eléctrica y como fuente de calor en la calefacción o en la cocina.

Combustibles nucleares

La obtención de energía se realiza, principalmente, a través de la fisión o rotura de los átomos del isótopo de uranio-235.

La energía liberada se emplea para producir energía eléctrica, aunque también ha sido utilizada militarmente en forma de armas nucleares.

Carbón

El carbón es un combustible fósil que se originó por la descomposición de vegetales que se acumularon en zonas pantanosas o marinas. Se utiliza sobre todo en la producción de energía eléctrica, pero también en procesos industriales como la fabricación de acero.

Petróleo

El petróleo es una mezcla de compuestos orgánicos, básicamente hidrocarburos. Procede de la sedimentación y descomposición, durante millones de años, de zooplancton y algas en los fondos marinos.

Es la principal fuente de energía en los países desarrollados. Para aprovecharlo, se transforma en combustibles, utilizados en el transporte y para la producción de energía eléctrica. Del petróleo también se obtienen otros productos, como los plásticos y el asfalto.

Energía hidráulica

En las centrales hidroeléctricas, la caída del agua almacenada hace girar las turbinas. Este movimiento se transmite al generador, que lo convierte en energía eléctrica.

Puedes consultar la presentación «Fuentes renovables de energía» en anayaeducacion.es

Fisión nuclear

Neutrón

Núcleo pesado

El núcleo se descompone en otros más pequeños.

Se libera energía y nuevos neutrones, que inciden en otros núcleos pesados.

La fisión nuclear se consigue rompiendo un núcleo al bombardearlo con neutrones.

El núcleo se divide en dos fragmentos y unos pocos neutrones, que pueden romper más núcleos y producir más energía, produciéndose una reacción en cadena. Para controlar esta reacción, se utiliza un material moderador, capaz de frenar a los neutrones.

Complementa la información de estas páginas con la presentación «Centrales eléctricas» y el documento «Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear».

El código de eficiencia energética

13.1 El etiquetado energ ético

El rendimiento energético es la relación que existe entre la energía extraída de un sistema, o energía útil (Eu) que realmente obtenemos, y la energía suministrada (Es) a dicho proceso o sistema.

Rendimiento = Eu Es

Un dispositivo es energéticamente eficiente cuando tiene un elevado rendimiento energético. Quiere decir que aprovecha al máximo la energía suministrada, reduciendo al mínimo las pérdidas de energía.

Debido a la importancia de ahorrar energía y reducir las emisiones de dióxido de carbono, el Parlamento Europeo exige el etiquetado energético de los electrodomésticos para poder identificar su nivel de eficiencia energética.

El etiquetado energético es obligatorio en multitud de dispositivos como frigoríficos, congeladores, lavadoras, lavavajillas, secadoras, lavadoras-secadoras, fuentes de luz, hornos eléctricos, climatizadores, campanas extractoras, calentadores de agua, aspiradoras, televisores e, incluso, neumáticos.

La utilización de electrodomésticos energéticamente eficientes permite el ahorro de energía y agua en los hogares, lo que contribuye a hacer un uso más eficiente de la energía y de los recursos naturales.

13.2 Campos de la etiqueta energética

19 ¿Por qué crees que es importante el etiquetado energético?

20 Haz una lista de los electrodomésticos que tienes en casa. Trata de encontrar en internet o en su placa de características la potencia que consumen en kilovatios (kW). Pregunta en casa cuántas horas creen que están funcionando al día. Multiplica la potencia de cada electrodoméstico por las horas de funcionamiento. Suma todos los valores obtenidos y compara los resultados con los obtenidos por otras personas de clase. ¿A qué se deben esas diferencias? ¿Qué medidas podríais tomar para reducirlas?

La etiqueta energética tiene una apariencia similar a la de la figura de la página siguiente. En ella destacan los siguientes campos:

– Marca y modelo. Debe incorporar el nombre del fabricante y el modelo del electrodoméstico al que corresponde.

– Clasificación energética del producto. Es el dato más relevante de la etiqueta e indica la categoría de consumo en la que se encuentra el electrodoméstico en relación con el consumo medio de electrodomésticos del mismo tipo. Cuanto más alta es la categoría, menor es el consumo energético.

– Consumo eléctrico anual, expresado en kWh y calculado bajo unas condiciones de uso estandarizadas.

– Otras características, en función del tipo de electrodoméstico. Por ejemplo, en una lavadora, aparte del consumo energético anual y su categoría energética, se incluye el número de litros de agua por ciclo y la cantidad de ropa que puede lavar, así como el ruido durante el lavado y el centrifugado.

– Código QR. En los dispositivos con el etiquetado más actual, el código QR da acceso a una descripción del modelo en la base de datos de registro de la Unión Europea.

La energía energética

Marca y modelo

Clasificación energética del producto

INTERPRETACIÓN DE LAS ETIQUETAS

Tomando como referencia un frigorífico promedio de clase G

Los más eficientes

Consumo eléctrico (anual o en 100 ciclos)

Los que presentan consumo medio

Otras características de este tipo de electrodoméstico

21 Observa las siguientes etiquetas, que corresponden a dos tipos de electrodomésticos diferentes, y responde a estas preguntas:

a) ¿Cuál es la marca de cada uno?

b) ¿De qué electrodomésticos se trata?

c) ¿Cuál es el más eficiente?

d) ¿Cuál es el más ruidoso?

e) ¿Cuál consume más energía en un año?

22 Los tamaños de los televisores suelen indicarse en pulgadas. ¿En qué sistema de medida se utiliza esta unidad? ¿A cuántos centímetros equivale?

23 Describe el significado de estos pictogramas e indica en qué tipo de electrodoméstico se utilizan.

Alto consumo de energía

A B C D E F G

Menos del 20 %

Entre el 20 % y el 30 %

Entre el 30 % y el 40 %

Entre el 40 % y el 50 %

Entre el 50 % y el 70 %

Entre el 70 % y el 85 %

Entre el 85 % y el 100 %

STEAMPower

PROTAGONISTA

AMORY BLOCH LOVINS

Amory B. Lovins irrumpió en el mundo de la energía en la década de 1970, cuando la crisis del petróleo tenía al planeta entero preocupado por el futuro energético. Desde entonces, este físico y ambientalista nos ha hecho replantearnos cómo utilizamos la energía y cómo podríamos usarla mejor.

Nacido en 1947 en Washington D. C., Lovins destacó desde joven por su amor hacia la ciencia. Además de formarse como físico, es un escritor apasionado y un estratega en temas de medioambiente. Ganador del Premio Nobel alternativo en 1983, Lovins es conocido, sobre todo, por haber acuñado el concepto de «negaWatt», una idea revolucionaria que nos anima a pensar en la energía que podemos ahorrar, en lugar de en la que podemos producir.

Lovins ha trabajado en proyectos en todo el mundo, desde diseñando casas que no necesitan calefacción hasta conceptualizando políticas de energía sostenible para países enteros. Usando su capacidad de resolver problemas y su mente abierta, ha demostrado que podemos disfrutar de una vida confortable sin destruir el planeta. Sus métodos innovadores y su argumentación persuasiva han cambiado la forma en que gobiernos y empresas piensan sobre la energía.

Uno de los aspectos más impresionantes de Lovins es su capacidad tomar decisiones efectivas bajo Ante los desafíos urgentes que plantea el cambio climático, ha mosresiliencia y un enfoque en el aprendizaje constante que son realmente ejemplares. Su trabajo no solo nos ayuda a crear sociedades más sostenibles, sino que también demuestra la importancia de las acciones de cada individuo para contribuir al bienestar del planeta.

DECIDIRBAJOPRESIÓN RESILIENCIA

APRENDIZAJE CONSTANTE

BLUESOLAR TECHNOLOGIES

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

Surgida del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla encontramos BlueSolar, una empresa a la vanguardia de la industria energética. Fundada en Sevilla en 2019, está desarrollando una idea innovadora y revolucionaria: una planta fotovoltaica con generación térmica.

La tecnología BlueSolar se basa en una hibridación de la tecnología fotovoltaica con la tecnología solar térmica, con la que los paneles generan, simultáneamente, electricidad y calor, algo mucho más eficiente y rentable que las plantas de generación tradicionales de calor mediante espejos, Este avance pretende proporcionar nuevas soluciones para la producción eléctrica más sostenible.

MI PROFESIÓN

INGENIERA EN EFICIENCIA ENERGÉTICA

Hola, me llamo Azucena y soy ingeniera en eficiencia energética. Mi trabajo consiste en diseñar sistemas y tecnologías capaces de minimizar el consumo de energía sin renunciar a sus prestaciones. Para ser ingeniera en eficiencia energética, he tenido que estudiar Ingeniería Industrial, espe cializándome en el ámbito de las energías re novables y la sostenibilidad. También me he formado en el análisis de sistemas energé ticos industriales y en realizar auditorías energéticas.

En mi campo hay muchas modalidades y aplicaciones. Se puede trabajar en el sector público, en empresas privadas o incluso como consultora independiente para ambos secto res. Actualmente, yo trabajo en una empre sa que lleva a cabo evaluaciones sobre la eficiencia energética de multitud de edifi cios industriales. Utilizo equipos de medi ción de alta precisión y software especiali zado para analizar el consumo de energía y buscar formas de reducirlo.

Este trabajo requiere una gran capacidad de resolver problemas y ser capaz de adaptar me y entender en profundidad las necesida des y las características de las instalaciones que evalúo. A veces, los sistemas que ana lizo son muy antiguos y hay que ser muy creativa para encontrar soluciones efectivas. También necesito contar con buenas

ADAPTABILIDAD CREATIVIDADCOMUNICACIÓNINICIATIVARESOLVERPROBLEMAS

POWER SKILLS!

habilidades de comunicación para explicar a los clientes la importancia de implementar las mejoras que propongo y cómo llevarlas a cabo.

Lo que más me gusta de mi trabajo es disfrutar viendo la cara de sorpresa de la gente cuando descubre cuánto dinero y recursos se pueden ahorrar siendo más eficiente y el impacto que eso tendrá en sus edificios, en su forma de trabajar y en el medioambiente. para todos, ¡incluida la Tierra!

MEJORANDO LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE TU CASA

Imagina que eres un ingeniero en eficiencia energética y te has propuesto optimizar el consumo eléctrico de… tu propia casa.

Consigue los envases de varios tipos de bombillas (incandescentes, fluorescentes y led) y compara la información que aparece en ellos sobre su eficiencia energética, como los vatios o las horas de vida útil.

Elabora una lista con otras maneras de ahorrar energía en tu casa, como el uso eficiente de electrodomésticos, el aprovechamiento térmico y la optimización de la iluminación natural.

Con los datos recopilados, diseña un plan de eficiencia energética para tu casa. Elige qué tipo de bombillas usar y qué otras estrategias aplicar para reducir el consumo eléctrico.

¿SABÍAS QUE...?

En 1973, durante la crisis del petróleo, el término «eficiencia energética» cobró mayor importancia. Ingenieros y científicos empezaron a estudiar cómo conseguir más con menos energía, lo que llevó a la creación de la primera bombilla de bajo consumo en 1976, la llamada CFL (lámpara fluorescente compacta). Sin embargo, sus costes de fabricación no permitieron su producción en serie hasta los años ochenta del siglo xx.

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

Las magnitudes eléctricas

1 Copia la siguiente tabla y calcula, utilizando la ley de Ohm, la magnitud de la celda en blanco de cada fila.

6 Calcula la resistencia equivalente de los siguientes circuitos.

2 Se conecta un timbre a una pila de 4,5 V. Se ha medido que la intensidad que pasa a través del timbre es de 0,05 A. Dibuja el esquema eléctrico y calcula la resistencia del timbre.

3 Dibuja un circuito donde una batería de 12 voltios suministra electricidad a una lámpara y un motor mediante una conexión en paralelo. Por la lámpara circulan 100 mA y por el motor 250 mA. ¿Cuál es la resistencia equivalente del circuito?

4 Conectamos tres lámparas iguales, con una resistencia de 100 Ω cada una, a una pila de 9 V. Para conseguir la mayor iluminación del conjunto, ¿cómo deberían asociarse, en serie o en paralelo? ¿Por qué?

La asociación de receptores en un circuito

5 Calcula la resistencia equivalente de estos circuitos.

Los circuitos eléctricos

7 Calcula la corriente que cederá la pila en los circuitos de las actividades 5 y 6, en cada caso, suponiendo que se emplea una pila de 9 voltios en los circuitos en serie (actividad 5) y de 6 voltios en los circuitos en paralelo (actividad 6).

8 Calcula la corriente que circula por cada uno de estos resistores y por cada batería.

9 Realiza dos montajes (uno en serie y otro en paralelo) con una pila de 9 voltios y dos resistores de 15 kΩ y 5 kΩ. Calcula la corriente que circula en cada resistor en ambos circuitos y compruébalo en Tinkercad circuits.

La energía eléctrica y su consumo

10 Efecto y alcance. Enumera las ventajas y los inconvenientes que crees que tiene el uso de la energía eléctrica. Elabora una tabla con dos columnas en las que recopiles cada una de ellas.

11 Asamblea de ideas. Elaborad una lista de medidas de ahorro con las que penséis que es posible reducir el consumo de electricidad en vuestro centro educativo.

ACTÚA !

Producimos energía eléctrica con un aerogenerador A

1 En equipos de trabajo, recopilad los siguientes materiales:

a) Motor eléctrico de pequeño tamaño

b) Diodo semiconductor

c) Hélice

d) Portalámparas y lámpara de 5W

e) Cables de conexión eléctrica

f) Junta para unir ejes

g) Eje de metal roscado de 5 mm

h) Amperímetro y voltímetro

2 Recuperad la estructura construida en la unidad anterior y montad sobre ella el aerogenerador y el circuito. Tened en cuenta que la hélice sobresalga y no choque contra ninguna parte de la estructura cuando esté girando.

3 Seguid esta representación del circuito para incorporar dos instrumentos de medida: el amperímetro y el voltímetro.

V

4 Elaborad su esquema eléctrico, incluyendo la posición del amperímetro y el voltímetro.

5 Preparad dos situaciones: una con poco viento y otra con mucho. Podéis simularlas con un secardor de pelo con dos potencias diferentes. Anotad los datos que aportan el amperímetro y el voltímetro y observad el brillo de la bombilla. Completad con ellos esta tabla:

Viento Intensidad Voltaje Brillo de la bombilla

Poco

Mucho

6 Utilizad los valores que habéis registrado para calcular la potencia que genera el aerogenerador. Podéis usar esta ecuación: Potencia (W) = Intensidad (A) · Voltaje (V)

Viento Potencia

Poco

Mucho

Reflexiona cómo has aprendido

1 En esta unidad, has aprendido la importancia que tiene la energía eléctrica en todo lo que hacemos, las formas que disponemos para producirla y cómo utilizarla en nuestro día a día. Además, has conocido qué son los circuitos eléctricos, de qué están compuestos y cómo diseñarlos y analizarlos.

Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es.

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