Introducción a las Energías Renovables

Flashcards de repaso sobre los temas de análisis dimensional, balances de materia y energía, historia de la energía y fuentes energéticas tradicionales y renovables.

¿Cómo se definen las dimensiones en el contexto de la física?

Son los conceptos básicos de medición expresados como números relacionados con las propiedades topológicas o métricas de un objeto.

¿Cuáles son las siete magnitudes fundamentales establecidas por el Sistema Internacional de Unidades?

Longitud, masa, tiempo, intensidad eléctrica, temperatura, intensidad luminosa y cantidad de sustancia.

¿Qué diferencia a una magnitud escalar de una vectorial y de una tensorial?

La magnitud escalar se define solo por número y unidad sin dirección; la vectorial posee intensidad, dirección y sentido; y la tensorial es una entidad algebraica de varios componentes (un campo vectorial o vector de vectores).

¿Cuál es la diferencia entre magnitudes físicas intensivas y extensivas?

Las magnitudes intensivas no dependen de la cantidad de materia del sistema (ej. densidad, temperatura y presión en equilibrio), mientras que las extensivas sí dependen de la cantidad de materia y son aditivas (ej. masa, volumen y energía).

¿Cuáles son las fórmulas dimensionales para la energía, el trabajo y la potencia?

Para la energía y el trabajo es $L^2MT^{-2}$, y para la potencia es $L^2MT^{-3}$.

¿Cuál es la fórmula dimensional del caudal y de la carga eléctrica?

Para el caudal es $L^3T^{-1}$ y para la carga eléctrica es $IT$.

¿Qué es la base de cálculo en un balance de materia?

Es una cantidad o velocidad de flujo definida que indica el tamaño del proceso y sirve como marco de referencia para las mediciones.

¿Cuáles son los tres tipos de energía que constituyen la energía total de un sistema?

Energía cinética (por movimiento traslacional o rotación), energía potencial (por posición en un campo gravitatorio o electromagnético) y energía interna (por movimiento, vibración e interacciones moleculares).

¿Cómo se define la entalpía ($H$) y cuál es su expresión diferencial simplificada?

Se define como $H = U + PV$, y su variación diferencial simplificada es $dH = C_p\,dT$.

En termodinámica, ¿cuál es la diferencia conceptual entre calor y trabajo?

El calor es la energía que fluye debido a una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores, mientras que el trabajo es la energía que fluye debido a cualquier otra fuerza impulsora (como fuerza mecánica o voltaje).

¿Cuál es la ecuación general del balance de energía dentro de un sistema?

$\text{Acumulación} = \text{Entrada} - \text{Salida} + \text{Generación} - \text{Consumo}$.

¿Cómo se define la energía en ciencia y cuál es el valor comercial de la industria energética?

Se define como la habilidad de hacer un trabajo (mover una masa sobre cierta distancia) y su industria genera aproximadamente $3\text{ trillones}$ de dólares en ganancias al año.

¿Hace cuántos años comenzó la humanidad a usar el fuego y qué material lítico transformaban deliberadamente?

Hace unos $164\text{ mil}$ años, calentando silcreta (solidificación de sílice derretido por fuego) para fabricar herramientas de piedra.

¿En qué consistía la teoría del flogisto y quienes participaron en su desarrollo e impugnación?

Afirmaba que existía una sustancia liberada durante la combustión de carbón o madera; fue propuesta por Johann Becher, apoyada por Georg Stahl y refutada por Antoine Lavoisier.

¿Cuáles son las dos fases de la fotosíntesis y cuál es su ecuación química general?

Fase luminosa (en los tilacoides con transferencia de electrones) y fase oscura (en el estroma con fijación de carbono). Su ecuación general es $CO_2 + H_2O + \text{energía} \rightarrow (CH_2O)_n + O_2$.

¿Qué porcentaje de la radiación solar incidente aprovechan las plantas en la práctica?

Aprovechan un máximo del $4\%$ de la radiación solar incidente, consumiéndose aproximadamente la mitad en respiración y metabolismo.

¿Cuáles son las principales clasificaciones de la biomasa según su origen y estado?

Biomasa natural, biomasa residual seca, biomasa residual húmeda, cultivos energéticos y biocarburantes.

¿Cuál es la diferencia entre el carbón térmico y el carbón metalúrgico?

El carbón térmico se utiliza para la producción de calor y vapor en generación eléctrica, mientras que el metalúrgico se usa en la industria siderúrgica para fabricar coque.

¿Cuáles son los cinco mayores consumidores de carbón que representan el 77% del consumo global?

China, Estados Unidos, India, Japón y Sudáfrica.

¿Cómo influyen los grados API en la calidad del petróleo y cómo se clasifican los crudos mexicanos?

A mayor grado API, mayor calidad y valor comercial. Los crudos mexicanos son: Altamira ($15\text{--}16.5\,^{\circ}\text{API}$), Maya ($21\text{--}22\,^{\circ}\text{API}$), Istmo ($32\text{--}33\,^{\circ}\text{API}$) y Olmeca ($38\text{--}39\,^{\circ}\text{API}$).

¿Cuál es el componente principal del gas natural y cuáles son sus ventajas ambientales sobre otros fósiles?

Su componente principal es el metano ($CH_4$). Es el más limpio porque produce solo $H_2O$ y $CO_2$ en combustión perfecta, emitiendo casi nulo óxido de azufre, muy poco $NO_x$ y menor $CO_2$ por unidad de energía.

¿Cuál es la ecuación matemática de decaimiento radiactivo y la expresión de su vida media ($t_{1/2}$)?

La tasa de decaimiento es $\frac{dN}{dt} = -\lambda N$, la cantidad de átomos es $N = N_0 e^{-\lambda t}$ y su vida media es $t_{1/2} = \frac{\ln(2)}{\lambda}$.

¿Qué aporta la Central Nuclear Laguna Verde a la generación eléctrica de México?

Aporta aproximadamente el $5\%$ de la energía total del país con sus dos unidades de $810\,MW$ cada una, representando cerca del $16\%$ de la energía limpia producida por la CFE.

¿Qué hecho desencadenó la crisis del petróleo de 1973 y qué agencias internacionales surgieron como respuesta?

El embargo petrolero de la OAPEP a países que apoyaron a Israel en la guerra de Yom Kippur. Impulsó la creación de la Agencia Internacional de Energía (AIE/IEA) en 1974 y de la IRENA en 2009.

¿Qué diferencia a las fuentes de energía renovables de las finitas según este diagrama?

Las renovables representan un flujo continuo de energía que retorna al entorno, mientras que las finitas provienen de recursos minados de potencial limitado que terminan en un sumidero.