3.º y 4.º ESO · ⊕ 1.º Bachillerato · Tecnología · Energía
Fuentes de energía, centrales eléctricas y ahorro en casa: la energía en Tecnología de ESO
Las fuentes de energía se dividen en renovables y no renovables, y de ellas sale la electricidad que llega a tu casa a través de las centrales eléctricas y la red. Aquí tienes las formas de energía y cómo se transforman, el kWh y el rendimiento, cómo funcionan las centrales por dentro, el mix eléctrico de España y de la Región de Murcia, cómo se lee la factura de la luz, la arquitectura bioclimática y, para Bachillerato, cómo se fija el precio de la electricidad cada hora.
¿Qué es la energía?
La energía es la capacidad de un cuerpo para producir cambios: moverse, calentarse, iluminar. Se mide en julios (J) y se presenta en formas distintas que se transforman unas en otras. Lo más importante: la energía no se crea ni se destruye, se transforma, aunque en cada transformación una parte acaba como calor que no aprovechamos.
| Forma | La tiene… | Ejemplo |
|---|---|---|
| Cinética | lo que se mueve | el viento, el agua de un río |
| Potencial | lo que está en alto | el agua de un embalse |
| Térmica | lo que está caliente | el vapor de una caldera |
| Química | las sustancias | el carbón, el gas, una pila, los alimentos |
| Eléctrica | las cargas en movimiento | la del enchufe |
| Radiante | la luz | la del sol |
| Nuclear | el núcleo de los átomos | el uranio |
Mini-ejercicio
¿Qué transformación hace un panel solar fotovoltaico?
El kWh y el rendimiento
La electricidad se cuenta en kilovatios hora: lo que gasta un aparato de 1000 W funcionando una hora. Lo que gasta un aparato es su potencia por el tiempo:
E = P · t · 1 kWh = 3,6 MJ
Y lo que aprovechamos, comparado con lo que entra, es el rendimiento, siempre menor que el 100 %:
η = E útilE total
Un motor de coche aprovecha un 25 % de la gasolina; una central de carbón, un 38 %; un motor eléctrico, más del 80 %. Si te interesa el de los motores de combustión, lo tienes en el rendimiento de un motor.
Calcula
Un radiador de 1500 W está encendido 2 horas. ¿Cuántos kWh gasta?
Las fuentes de energía: renovables y no renovables
Las fuentes de energía renovables se reponen a la escala de la vida humana: el sol, el viento, el agua, la biomasa, el calor de la Tierra y las mareas. Las no renovables se agotan: el carbón, el petróleo y el gas natural tardaron millones de años en formarse, y el uranio es un mineral escaso. Las renovables casi no sueltan CO₂, pero el viento y el sol no se encienden cuando queremos: no son gestionables, y por eso hace falta almacenar energía.
| España | % | Región de Murcia | % |
|---|---|---|---|
| Eólica | 23,2 | Ciclo combinado | 45,8 |
| Nuclear | 20 | Solar fotovoltaica | 32,8 |
| Solar fotovoltaica | 17 | Cogeneración | 15,2 |
| Ciclo combinado | 13,6 | Eólica | 4,4 |
| Hidráulica | 13,3 | Hidráulica, termosolar y otras | 1,9 |
| Renovable en total | 56,8 | Renovable en total | 39 |
En España, más de la mitad de la electricidad ya es renovable y el viento fue la primera fuente en 2024. En la Región de Murcia, con todo su sol, todavía manda el gas de los ciclos combinados de Escombreras, aunque la fotovoltaica crece cada año. Dónde está cada central de España, y por qué, lo tienes en el mapa de centrales eléctricas de España.
Cómo funcionan las centrales eléctricas
Casi todas las centrales eléctricas hacen lo mismo: algo empuja una turbina, la turbina mueve un alternador y un transformador sube la tensión para la red. En las térmicas (carbón, gas, biomasa, nuclear) es el vapor a presión; en la hidroeléctrica, el agua que baja del embalse; en la eólica, el viento. La fotovoltaica es la excepción: no tiene nada que gire.
Una térmica de carbón que quema 60 kg de carbón por segundo recibe 1500 MW, da 570 MW de electricidad y pierde 930 MW en calor: su rendimiento es del 38 %. El diagrama de Sankey lo dibuja:
La potencia de una hidroeléctrica depende del caudal y del salto, y la de un aerogenerador crece con el cubo del viento:
P = ρ · g · Q · h · η · P = ½ · ρ · A · v³ · Cp
Para llevar la electricidad lejos perdiendo poco, se transporta a 220 000 o 400 000 V; cerca de casa se baja a los 230 V del enchufe. Cómo se comporta la corriente en un circuito lo tienes en la unidad de electricidad.
Calcula
Una minicentral aprovecha un salto de 50 m con 20 m³/s y un rendimiento de 0,9. ¿Qué potencia da, en MW? (g = 9,81)
La energía en casa: la factura de la luz y el ahorro
La tarifa doméstica cobra la potencia contratada (los kW por los días del mes, gastes o no) y la energía (los kWh), más cara en las horas punta (de 10 a 14 y de 18 a 22 h, de lunes a viernes), media en el llano y más barata en el valle (de 0 a 8 h y el fin de semana). Después van el impuesto eléctrico, el contador y el IVA.
En el laboratorio, una casa de cuatro personas con 4,6 kW contratados gasta 516 kWh al mes y paga 130,05 €. Cambiando a LED, apagando con regleta y poniendo la lavadora en valle, baja a unos 104 €. Si enciendes a la vez más de lo contratado, salta el limitador.
Calcula
Una videoconsola gasta 10 W en espera las 24 horas, todo el año. ¿Cuántos kWh al año son?
La casa bioclimática: ahorro de energía en los edificios
La arquitectura bioclimática aprovecha el clima para estar a gusto gastando poca energía. Las ventanas grandes, al sur, dejan entrar el sol bajo del invierno, y un alero tapa el sol alto del verano. El aislamiento y los buenos vidrios frenan el calor, los colores claros reflejan el sol, los muros gruesos suavizan los cambios de temperatura y la ventilación cruzada de noche enfría la casa.
Con el laboratorio, la misma casa de 100 m² en Murcia necesita 195 kWh/m² al año (letra G) con las ventanas al norte, sin aislar, con vidrio simple y fachada oscura, y solo 13 kWh/m² (letra A) bien orientada y aislada: quince veces menos.
Mini-ejercicio
¿Para qué sirve un alero sobre una ventana orientada al sur?
⊕ El mercado eléctrico: por qué el precio cambia cada hora
Cada hora, las centrales ofertan su electricidad y entran de la más barata a la más cara hasta cubrir la demanda. La última que entra fija el precio para todas: es un mercado marginalista. Las renovables ofertan casi a 0 € porque no pagan combustible; cuando hace falta el gas, el gas marca el precio.
En ese día, el 55 % de la energía fue renovable. Con más almacenamiento (bombeo, baterías) lo que sobra a mediodía se guarda para la noche y el gas hace falta menos horas. Y con el autoconsumo, cada kW de paneles en un tejado de Murcia da unos 1600 kWh al año.
Pruébalo en el simulador de centrales y energía
El simulador de centrales y energía tiene seis modos. En Centrales ves por dentro, moviéndose, once centrales con su diagrama de Sankey. En Mapa ves España por comunidades, con lo que produjo cada una en 2024 y sus grandes centrales. En La red cubres la demanda de un día hora a hora y ves el precio y el CO₂. En Tu casa calculas la factura y pruebas el ahorro. En Bioclimática diseñas una casa y miras su letra. Y en Practica tienes preguntas en cuatro niveles. Cada modo trae su tutorial.
También tiene su propia ficha, el simulador de centrales y energía.
El proyecto: la auditoría energética de tu casa
La unidad termina con una auditoría energética: el inventario de los aparatos de tu casa o de tu aula con su potencia y sus horas, dos medidas con un medidor de enchufe, el consumo de un mes, la factura calculada, la letra bioclimática y tres mejoras con lo que ahorran en kWh, en euros y en CO₂.
Dudas frecuentes
¿Cuáles son las fuentes de energía renovables y no renovables?
Renovables: el sol (solar fotovoltaica y térmica), el viento (eólica), el agua (hidráulica), la biomasa, el calor de la Tierra (geotérmica) y las mareas. No renovables: el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio.
¿Cómo funciona una central eléctrica?
Casi todas transforman una energía en movimiento para girar una turbina; la turbina mueve un alternador, que produce la electricidad, y un transformador sube la tensión para mandarla por la red. La fotovoltaica es la excepción: convierte la luz en electricidad sin piezas que giren.
¿Qué es el rendimiento de una central?
La parte de la energía que entra que sale como electricidad: η = energía útil ÷ energía total. Una térmica de carbón ronda el 38 %, una nuclear el 33 %, un ciclo combinado el 58 % y una hidroeléctrica el 90 %.
¿Qué es el mix eléctrico?
El reparto de la electricidad de un país entre sus fuentes. En España, en 2024, según Red Eléctrica, la eólica dio el 23,2 %, la nuclear el 20 %, la solar fotovoltaica el 17 %, el ciclo combinado el 13,6 % y la hidráulica el 13,3 %; el 56,8 % fue renovable.
¿Cuánto es un kWh?
La energía que gasta un aparato de 1000 W en una hora: 3 600 000 julios. Una bombilla LED de 9 W tarda unas 111 horas en gastarlo; un horno de 2000 W, media hora.
¿Qué son las horas punta, llano y valle?
Los tramos de la tarifa 2.0TD. De lunes a viernes, punta de 10 a 14 h y de 18 a 22 h; llano de 8 a 10, de 14 a 18 y de 22 a 24 h; valle de 0 a 8 h. Sábados, domingos y festivos, todo es valle.
¿Por qué salta el limitador?
Porque lo que está encendido a la vez pasa de la potencia contratada. Se arregla repartiendo los aparatos que más gastan (horno, vitro, lavadora, aire) o contratando más potencia, que se paga todos los meses.
¿Qué es una casa bioclimática?
Una casa diseñada para aprovechar el clima: ventanas al sur con alero, buen aislamiento, vidrios dobles, colores claros, muros con inercia y ventilación cruzada. Necesita mucha menos calefacción y refrigeración.
¿Por qué cambia el precio de la luz cada hora?
Porque en el mercado mayorista cada hora entran las centrales de la más barata a la más cara hasta cubrir la demanda, y la última que hace falta fija el precio para todas. Con mucho sol y viento entran pocas caras y el precio baja; en la punta de la tarde hace falta el gas y sube.
¿La energía nuclear es renovable?
No: el uranio es un mineral que se agota. Eso sí, casi no suelta CO₂ al producir electricidad (unos 12 g por kWh en todo su ciclo de vida), aunque deja residuos radiactivos que hay que guardar miles de años.
Abre la unidad interactiva completa
Seis bloques con ejercicios que se corrigen solos, el simulador de centrales y energía dentro, un repaso de veinte preguntas y el proyecto de la auditoría energética.
Abrir la unidad de Energía →Unidad elaborada por Jaime Aniorte, profesor de Tecnología en un instituto de la Región de Murcia, que ha construido el simulador de centrales y energía que la acompaña. Sigue el currículo de Tecnología de 4.º de ESO (tecnología sostenible: arquitectura bioclimática y ahorro energético en edificios) y de Tecnología y Digitalización de 1.º y 3.º de la Región de Murcia, y amplía con el bloque de tecnología sostenible de Tecnología e Ingeniería I de 1.º de Bachillerato. Los datos del mix son de Red Eléctrica (2024) y los de CO₂, del IPCC (2014).