Salta al contingut
Classes de reforç
Menú

Exercicis de recursos i materials — Tecnologia i Enginyeria 1r Batxillerat

Tot objecte tecnològic comença amb un recurs natural, i aquests exercicis segueixen el camí des de l'extracció fins al reciclatge. Distingeixes recursos renovables de no renovables i raones per què un recurs renovable, com la fusta d'un bosc, també es pot esgotar si s'explota malament. Després descrius les etapes per obtenir un material, com el vidre d'una ampolla a partir de la sorra, i analitzes els impactes ambientals de l'extracció i la transformació. Al final expliques per què reciclar alumini estalvia tanta energia i què proposa l'economia circular. Errors típics: pensar que un recurs renovable no s'esgota mai i confondre transformació amb fabricació.

Tens examen d'aquest tema? Fes un simulacre de 60 minuts com el de l'institut, amb solucions i criteris de correcció.Fes el simulacre →

Nivell bàsic

Exercici 1

Quina diferència hi ha entre un recurs renovable i un de no renovable?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 1

Resultat

Un recurs renovable es regenera en un temps curt (fusta, aigua, sol); un no renovable es forma tan lentament que s'esgota (petroli, minerals).

Resolució

  1. Criteri. La diferència és el ritme de regeneració comparat amb el ritme amb què el consumim, a escala de la vida humana.
  2. Renovable. Es regenera en un temps curt de manera natural: la fusta (els arbres tornen a créixer), l'aigua, l'energia del sol o del vent.
  3. No renovable. N'hi ha una quantitat limitada perquè es forma molt lentament (milions d'anys): el petroli, el carbó, el gas natural o els minerals metàl·lics.
  4. Conclusió. Per tant, un recurs no renovable, un cop gastat, no el podem recuperar a escala humana i s'acaba esgotant.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 2

Què és una matèria primera? Posa'n un exemple.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 2

Resultat

És el recurs natural ja extret i preparat per fabricar, però encara sense transformar; per exemple, el mineral de ferro o els troncs de fusta.

Resolució

  1. Definició. Una matèria primera és un recurs que s'ha extret de la natura i s'ha preparat per poder fabricar, però que encara no s'ha transformat en un material elaborat.
  2. Exemples. El mineral de ferro (d'on s'obté l'acer) o els troncs de fusta (d'on surten taulers, mobles o paper).
  3. Conclusió. Fixa't en la cadena: recurs natural → matèria primera → material → producte. La matèria primera és el pas just abans de la transformació.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 3

Anomena dos impactes ambientals de l'extracció i transformació de materials.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 3

Resultat

Per exemple, l'esgotament de recursos no renovables i el consum d'energia amb emissions de CO₂ (també la generació de residus i la contaminació).

Resolució

  1. Extracció. Treure minerals, petroli o fusta esgota recursos que no es regeneren (o no prou de pressa) i altera el paisatge i els ecosistemes.
  2. Transformació. Fondre, refinar o processar materials consumeix molta energia; si prové de combustibles fòssils, s'emet CO₂, que contribueix al canvi climàtic.
  3. Altres impactes. També es generen residus (com la roca estèril de les mines) i contaminació de l'aire, l'aigua i el sòl.
  4. Conclusió. N'hi ha prou d'anomenar-ne dos, per exemple l'esgotament de recursos no renovables i les emissions de CO₂ per l'energia consumida.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 4

A Catalunya, en quin contenidor es llença cada residu: (a) una ampolla de vidre, (b) un brik de llet, (c) una caixa de cartró, (d) una pela de taronja, (e) una joguina trencada de plàstic?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 4

Apartat a)

Resultat

Contenidor verd (vidre).

Resolució

  1. Tipus de residu. Una ampolla de vidre és un envàs de vidre.
  2. Conclusió. Va al contenidor verd (iglú), sense tap ni xapa.

Apartat b)

Resultat

Contenidor groc (envasos lleugers).

Resolució

  1. Tipus de residu. El brik és un envàs lleuger fet de capes de cartró, plàstic i alumini.
  2. Conclusió. Va al contenidor groc, el dels envasos lleugers: plàstic, llaunes i brics.

Apartat c)

Resultat

Contenidor blau (paper i cartó).

Resolució

  1. Tipus de residu. Una caixa de cartró és paper i cartó.
  2. Conclusió. Va al contenidor blau, millor plegada perquè ocupi menys.

Apartat d)

Resultat

Contenidor marró (fracció orgànica).

Resolució

  1. Tipus de residu. La pela de taronja és una resta d'aliment, és a dir, matèria orgànica.
  2. Conclusió. Va al contenidor marró, d'on se n'obté compost.

Apartat e)

Resultat

A la deixalleria (o al contenidor de rebuig si no hi ha altra opció), no al groc.

Resolució

  1. Tipus de residu. Una joguina de plàstic no és un envàs: el contenidor groc només és per a envasos lleugers.
  2. Conclusió. S'ha de portar a la deixalleria; si no hi ha cap altra opció, va al contenidor de rebuig.
  3. Error típic. Pensar que tot el que és de plàstic va al contenidor groc.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 5

Classifica aquestes matèries primeres segons el seu origen (vegetal, animal o mineral): cotó, llana, marbre, seda, argila i suro.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 5

Resultat

Vegetal: cotó i suro; animal: llana i seda; mineral: marbre i argila.

Resolució

  1. Criteri. Classifiquem cada matèria primera segons d'on s'obté a la natura: de plantes, d'animals o del subsòl.
  2. Origen vegetal. El cotó (fibra de la planta del cotó) i el suro (escorça de l'alzina surera).
  3. Origen animal. La llana (pèl de les ovelles) i la seda (fil del cuc de seda).
  4. Origen mineral. El marbre (roca) i l'argila (sediment del sòl).
  5. Conclusió. Les matèries primeres naturals s'obtenen directament de la natura; després es transformen en materials.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 6

Què signifiquen les tres R de l'economia verda? Ordena-les de més a menys favorable per al medi ambient i posa un exemple de cadascuna.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 6

Resultat

Reduir, reutilitzar i reciclar, en aquest ordre de més a menys favorable.

Resolució

  1. Les tres R. Reduir, reutilitzar i reciclar. L'ordre de prioritat és justament aquest.
  2. 1) Reduir. Generar menys residus des de l'origen; per exemple, comprar a granel o evitar embalatges.
  3. 2) Reutilitzar. Tornar a fer servir l'objecte tal com és; per exemple, una ampolla de vidre retornable o roba de segona mà.
  4. 3) Reciclar. Transformar el residu en matèria primera nova; per exemple, fondre llaunes per fer-ne de noves.
  5. Conclusió. Reciclar gasta energia en el procés de transformació, per això va al darrere; el millor residu és el que no es genera.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 7

Una mina extreu 2000 t de mineral que conté un 40 % de ferro. Quantes tones de ferro hi ha en el mineral extret?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 7

Resultat

mFe=800 tm_{\text{Fe}} = 800\ \text{t}

Resolució

  1. Dades. Massa de mineral: 2000 t; riquesa en ferro: 40 %.
  2. Percentatge en massa. La massa de ferro és el percentatge aplicat a la massa total: mFe=0,40⋅mmineralm_{\text{Fe}} = 0{,}40\cdot m_{\text{mineral}}.
  3. Càlcul. mFe=0,40⋅2000 t=800 tm_{\text{Fe}} = 0{,}40\cdot 2000\ \text{t} = 800\ \text{t}
  4. Comprovació. 8002000=0,4\tfrac{800}{2000} = 0{,}4, és a dir, un 40 %. La resta, 1200 t, és roca que no és ferro.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 8

Què és l'obsolescència programada? Posa'n un exemple i digues per què perjudica el medi ambient.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 8

Resultat

És dissenyar un producte perquè deixi de funcionar o quedi antiquat al cap d'un temps determinat; perjudica el medi ambient perquè augmenta el consum de recursos i els residus.

Resolució

  1. Definició. L'obsolescència programada és la pràctica de dissenyar un producte perquè deixi de funcionar o es consideri antiquat al cap d'un temps determinat, de manera que se n'hagi de comprar un de nou.
  2. Exemple. Una bateria de mòbil no extraïble que perd capacitat al cap d'un parell d'anys i obliga a canviar tot l'aparell.
  3. Impacte ambiental. Com que els productes duren menys, se n'han de fabricar més: augmenta el consum de matèries primeres i d'energia i la quantitat de residus.
  4. Conclusió. Per tant, allargar la vida útil (reparar, poder canviar peces) és una de les mesures més eficaces per estalviar recursos.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 9

Les reserves conegudes d'un mineral són de 120 milions de tones i se'n consumeixen 6 milions de tones l'any. Si el consum es manté constant, quants anys durarà el recurs?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 9

Resultat

t=20t = 20 anys

Resolució

  1. Dades. Reserves: 120 milions de tones; consum: 6 milions de tones l'any, constant.
  2. Durada d'un recurs. Amb consum constant, t=reservesconsum anualt = \dfrac{\text{reserves}}{\text{consum anual}}.
  3. Càlcul. t=120 Mt6 Mt/any=20 anyst = \dfrac{120\ \text{Mt}}{6\ \text{Mt/any}} = 20\ \text{anys}
  4. Conclusió. Aquest càlcul és una estimació: si el consum augmenta o es descobreixen nous jaciments, el resultat canvia.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 10

Quina diferència hi ha entre la fusta massissa i un tauler de DM (fibres de densitat mitjana)? Digues'n un avantatge del DM i un inconvenient.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 10

Resultat

La fusta massissa surt directament del tronc serrat; el DM són fibres de fusta aglomerades amb resines i premsades. Avantatge del DM: barat i homogeni; inconvenient: aguanta malament la humitat.

Resolució

  1. Fusta massissa. S'obté directament del tronc de l'arbre, serrat en peces; conserva l'estructura natural de la fusta.
  2. Tauler de DM. Es fabrica triturant fusta en fibres, que s'aglomeren amb resines i s'enganxen a pressió formant un tauler.
  3. Avantatge del DM. És barat, homogeni (sense nusos ni vetes) i es talla i es pinta fàcilment; a més, aprofita residus de fusta.
  4. Inconvenient del DM. Aguanta malament la humitat (s'infla) i és menys resistent que la fusta massissa.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Nivell intermedi

Exercici 11

Per què un recurs renovable com la fusta es pot arribar a esgotar?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 11

Resultat

Perquè, si la consumim més de pressa del que es regenera (talant més arbres dels que creixen i sense replantar), s'acaba esgotant tot i ser renovable.

Resolució

  1. Idea clau. Renovable vol dir que es regenera, però a un ritme determinat: els arbres triguen anys a créixer.
  2. Causa. Si es talen més arbres dels que creixen i no es replanta, el ritme de consum supera el de regeneració.
  3. Conclusió. Llavors el bosc es va reduint any rere any i el recurs s'acaba esgotant tot i ser renovable.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 12

Explica per què un recurs renovable, com la fusta d'un bosc, es pot arribar a esgotar igualment.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 12

Resultat

Perquè renovable no vol dir il·limitat: si es tala més fusta de la que el bosc pot fer créixer en aquell temps, el recurs es redueix i es pot esgotar com un de no renovable.

Resolució

  1. Què vol dir renovable. Un recurs és renovable quan es regenera en un temps curt comparat amb la vida humana, però això no vol dir que sigui il·limitat.
  2. Causa. Si es tala més fusta de la que el bosc pot fer créixer de nou en aquell període, el consum va més de pressa que la regeneració.
  3. Efecte. El recurs es va reduint cada cop més, perquè cada any se'n treu més del que es recupera.
  4. Conclusió. Per tant, pot arribar a esgotar-se igual que un recurs no renovable, encara que en principi tingués capacitat de renovar-se. Cal una gestió forestal sostenible (replantar i no superar el creixement del bosc).

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 13

Per què l'obtenció de l'acer a partir del mineral consumeix tanta energia?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 13

Resultat

Perquè cal fondre i tractar el mineral en un alt forn a temperatures molt altes per separar el ferro de la roca, i mantenir aquesta calor requereix molta energia.

Resolució

  1. Punt de partida. Al mineral, el ferro no està lliure: està combinat amb oxigen (òxids de ferro) i barrejat amb roca.
  2. Procés. Cal fondre i tractar el mineral en un alt forn, a temperatures molt altes, per separar el ferro de l'oxigen i de la roca.
  3. Conclusió. Assolir i mantenir aquestes temperatures durant tot el procés requereix moltíssima energia (i, si s'usa carbó, comporta grans emissions de CO₂).

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 14

Per què reciclar un metall com l'alumini és molt més sostenible que produir-lo de nou?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 14

Resultat

Perquè reciclar-lo consumeix molta menys energia i no cal extreure nova matèria primera; així es redueixen les emissions, els residus i l'esgotament del recurs.

Resolució

  1. Producció nova. Obtenir alumini a partir del mineral (la bauxita) obliga a extreure'l i a fer-hi un procés que gasta moltíssima energia.
  2. Reciclatge. L'alumini reciclat ja és metall: només cal fondre'l de nou, cosa que consumeix molta menys energia, i no cal extreure nova matèria primera.
  3. Conclusió. Per tant, reciclar redueix les emissions, els residus i l'esgotament del recurs.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 15

Una planta de reciclatge rep 500 t de paper usat i en recupera un 82 %. Es calcula que cada tona de paper reciclat evita talar 15 arbres. Quantes tones de paper recicla i quants arbres s'eviten?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 15

Resultat

Paper reciclat: 410 t410\ \text{t}; arbres evitats: 61506150

Resolució

  1. Dades. Paper usat: 500 t; recuperació: 82 %; 15 arbres evitats per tona reciclada.
  2. Paper reciclat. m=0,82⋅500 t=410 tm = 0{,}82\cdot 500\ \text{t} = 410\ \text{t}
  3. Arbres evitats. N=410 t⋅15 arbrest=6150 arbresN = 410\ \text{t}\cdot 15\ \tfrac{\text{arbres}}{\text{t}} = 6150\ \text{arbres}
  4. Conclusió. La resta (500 − 410 = 90 t) són impureses o fibres massa curtes que ja no serveixen.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 16

Descriu les tres etapes principals de l'obtenció de paper a partir de fusta i digues en quina d'elles es consumeix més aigua i energia.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 16

Resultat

Obtenció de la pasta, blanqueig i neteja, i formació i assecat de la fulla; es consumeix més aigua i energia en l'obtenció de la pasta i en l'assecat.

Resolució

  1. 1) Obtenció de la pasta. Es trituren els troncs i se'n separen les fibres de cel·lulosa per mitjà de procediments mecànics o químics.
  2. 2) Blanqueig i neteja. La pasta es neteja, es blanqueja i es dilueix en aigua.
  3. 3) Formació de la fulla. La pasta diluïda s'estén sobre una malla, es drena, es prem i s'asseca en cilindres calents; així s'obté el paper.
  4. Conclusió. Es consumeix més energia i aigua en l'obtenció de la pasta i en l'assecat, perquè cal triturar o coure la fusta i després evaporar tota l'aigua de la fulla.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 17

Una mina de coure treballa amb una mena que conté un 2 % de coure. A la planta de concentració se n'aprofita el 90 % i el concentrat resultant té un 30 % de coure. Per cada 1000 t de mena, quantes tones de coure hi ha a la mena, quantes se'n recuperen i quantes tones de concentrat s'obtenen?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 17

Resultat

Coure a la mena: 20 t20\ \text{t}; coure recuperat: 18 t18\ \text{t}; concentrat: 60 t60\ \text{t}

Resolució

  1. Dades. 1000 t de mena amb un 2 % de Cu; rendiment de concentració: 90 %; el concentrat té un 30 % de Cu.
  2. Coure a la mena. mCu=0,02⋅1000 t=20 tm_{\text{Cu}} = 0{,}02\cdot 1000\ \text{t} = 20\ \text{t}
  3. Coure recuperat. mrec=0,90⋅20 t=18 tm_{\text{rec}} = 0{,}90\cdot 20\ \text{t} = 18\ \text{t}
  4. Concentrat. El coure recuperat és el 30 % del concentrat: mconc=18 t0,30=60 tm_{\text{conc}} = \dfrac{18\ \text{t}}{0{,}30} = 60\ \text{t}
  5. Conclusió. Es generen, doncs, 1000 − 60 = 940 t de residus (estèrils) per cada 1000 t de mena, un dels grans impactes de la mineria.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 18

Una ampolla de PET pesa 30 g. Per fabricar 1 kg de PET es necessiten aproximadament 2 kg de petroli. (a) Quantes tones de PET calen per fer un milió d'ampolles? (b) Quantes tones de petroli representen?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 18

Apartat a)

Resultat

mPET=30 tm_{\text{PET}} = 30\ \text{t}

Resolució

  1. Dades. 1 000 000 d'ampolles de 30 g cadascuna.
  2. Càlcul. m=106⋅30 g=3⋅107 g=30 000 kg=30 tm = 10^{6}\cdot 30\ \text{g} = 3\cdot10^{7}\ \text{g} = 30\,000\ \text{kg} = 30\ \text{t}
  3. Conclusió. Fixa't en el canvi d'unitats: 1 t = 1000 kg = 10⁶ g.

Apartat b)

Resultat

mpetroli=60 tm_{\text{petroli}} = 60\ \text{t}

Resolució

  1. Relació. Cada kg de PET necessita 2 kg de petroli, és a dir, el doble de massa.
  2. Càlcul. mpetroli=2⋅30 t=60 tm_{\text{petroli}} = 2\cdot 30\ \text{t} = 60\ \text{t}
  3. Conclusió. El petroli és un recurs no renovable, així que reduir el pes de l'envàs o reciclar-lo en reduiria el consum.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 19

Compara l'economia lineal i l'economia circular amb l'exemple d'un telèfon mòbil.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 19

Resultat

L'economia lineal segueix «extreure, fabricar, usar i llençar»; la circular manté els materials del mòbil en circulació (reparar, reutilitzar, recuperar-ne els metalls) per reduir l'extracció i els residus.

Resolució

  1. Economia lineal. S'extreuen matèries primeres, es fabrica el mòbil, s'usa uns anys i es llença: «extreure, fabricar, usar i llençar».
  2. Economia circular. El mòbil es dissenya perquè duri i es pugui reparar; es reutilitza o es ven de segona mà, i quan ja no funciona es desmunta i se'n recuperen els metalls (coure, or, plata) per fer-ne de nous.
  3. Conclusió. L'objectiu de l'economia circular és mantenir els materials en circulació i reduir l'extracció de recursos i els residus.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 20

Què és la petjada de carboni d'un producte? Proposa dues mesures per reduir-la en un moble de fusta.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 20

Resultat

És la quantitat de gasos d'efecte hivernacle (en kg de CO₂ equivalent) que emet un producte en tot el seu cicle de vida. Mesures: fusta propera i certificada, i un disseny durador i reparable.

Resolució

  1. Definició. La petjada de carboni és la quantitat de gasos d'efecte hivernacle, expressada en kg de CO₂ equivalent, que emet un producte al llarg del seu cicle de vida (extracció, fabricació, transport, ús i final de vida).
  2. Mesura 1. Fer servir fusta d'origen proper i certificada, per reduir el transport i garantir una gestió forestal sostenible.
  3. Mesura 2. Dissenyar el moble perquè duri i es pugui reparar, i evitar vernissos i coles molt contaminants.
  4. Altres opcions. També es pot fabricar amb energia renovable.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 21

Raona si és cert o fals: «El vidre es pot reciclar moltes vegades sense perdre qualitat, mentre que el paper no».

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 21

Resultat

Cert. El vidre es pot fondre i remodelar indefinidament sense degradar-se, mentre que el paper perd qualitat a cada cicle perquè les fibres s'escurcen.

Resolució

  1. Vidre. Es pot fondre i tornar a modelar indefinidament sense que se'n degradi el material; només cal que estigui net i separat per colors.
  2. Paper. Cada cop que es recicla, les fibres de cel·lulosa es trenquen i queden més curtes; després de 5 o 7 cicles ja no serveixen per refer-lo.
  3. Conclusió. L'afirmació és certa. Per això, en fabricar paper reciclat sempre cal afegir-hi fibra nova.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Nivell avançat

Exercici 22

Fabricar 1 kg d'alumini nou consumeix 210 MJ i fer-lo reciclat en consumeix 10 MJ. Quin percentatge d'energia s'estalvia reciclant?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 22

Resultat

S'estalvia un 95,2 %95{,}2\ \% de l'energia (aproximadament un 95 %).

Resolució

  1. Dades. Alumini nou: 210 MJ/kg; alumini reciclat: 10 MJ/kg.
  2. Estalvi absolut. ΔE=210−10=200 MJ\Delta E = 210 - 10 = 200\ \text{MJ}
  3. Percentatge d'estalvi. Es calcula respecte a l'energia de l'alumini nou: % estalvi=200210⋅100=95,2 %\%\ \text{estalvi} = \dfrac{200}{210}\cdot 100 = 95{,}2\ \%
  4. Conclusió. Reciclar l'alumini estalvia aproximadament un 95 % de l'energia.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 23

Descriu les etapes per obtenir una ampolla de vidre a partir de les matèries primeres (sorra de sílice, carbonat de sodi i calcària), i digues en quina es gasta més energia.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 23

Resultat

Preparació de les matèries primeres, barreja, fusió (uns 1500 °C), modelatge per bufat en motlle, recuit i control de qualitat; la fusió és l'etapa que gasta més energia.

Resolució

  1. 1) Matèries primeres. S'extreuen i es preparen la sorra de sílice, el carbonat de sodi i la calcària (i s'hi pot afegir vidre reciclat triturat). Es barregen en les proporcions adequades.
  2. 2) Fusió. La barreja es fon al forn a uns 1500 °C fins a obtenir una massa de vidre líquid.
  3. 3) Modelatge. Una porció de vidre fos es modela bufant-la dins d'un motlle amb la forma de l'ampolla.
  4. 4) Recuit i control. L'ampolla es refreda de manera controlada (recuit) per eliminar-ne les tensions internes, i després es fa el control de qualitat.
  5. Conclusió. La fusió és la que gasta més energia. Afegir vidre reciclat a la barreja la fa fondre a menys temperatura i en redueix el consum.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 24

Una família llença 15 kg d'envasos cada mes. Si en recicla el 70 %, i cada kg reciclat estalvia 1,5 kg de CO2, quant de CO2 estalvia en un any?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 24

Resultat

mCO2=189 kgm_{\mathrm{CO_2}} = 189\ \text{kg} l'any

Resolució

  1. Dades. 15 kg d'envasos al mes; se'n recicla el 70 %; cada kg reciclat estalvia 1,5 kg de CO₂.
  2. Envasos reciclats en un any. m=15 kgmes⋅12 mesos⋅0,70=126 kgm = 15\ \tfrac{\text{kg}}{\text{mes}}\cdot 12\ \text{mesos}\cdot 0{,}70 = 126\ \text{kg}
  3. CO₂ estalviat. mCO2=126 kg⋅1,5=189 kgm_{\mathrm{CO_2}} = 126\ \text{kg}\cdot 1{,}5 = 189\ \text{kg}
  4. Conclusió. La família estalvia 189 kg de CO₂ l'any només separant bé els envasos.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 25

Les reserves d'un mineral són de 900 Mt i el consum actual és de 20 Mt l'any, però augmenta un 3 % cada any. (a) Quants anys duraria si el consum es mantingués constant? (b) Quants anys durarà realment si el consum acumulat després de n anys és C = 20 · (1,03n−1)0,03\tfrac{(1{,}03^{n} - 1)}{0{,}03}? (c) Què en conclous?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 25

Apartat a)

Resultat

t=45t = 45 anys

Resolució

  1. Dades. Reserves: 900 Mt; consum constant: 20 Mt/any.
  2. Càlcul. t=90020=45 anyst = \dfrac{900}{20} = 45\ \text{anys}

Apartat b)

Resultat

n≈28,9n \approx 28{,}9 anys (uns 29 anys)

Resolució

  1. Condició. El recurs s'esgota quan el consum acumulat iguala les reserves: C=900 MtC = 900\ \text{Mt}.
  2. Equació. 20⋅1,03n−10,03=900  ⇒  1,03n−1=900⋅0,0320=1,35  ⇒  1,03n=2,3520\cdot\dfrac{1{,}03^{n} - 1}{0{,}03} = 900 \;\Rightarrow\; 1{,}03^{n} - 1 = \dfrac{900\cdot 0{,}03}{20} = 1{,}35 \;\Rightarrow\; 1{,}03^{n} = 2{,}35
  3. Logaritmes. Prenem logaritmes per aïllar l'exponent: n=ln⁡2,35ln⁡1,03=28,9 anysn = \dfrac{\ln 2{,}35}{\ln 1{,}03} = 28{,}9\ \text{anys}
  4. Comprovació. Al cap de 28 anys s'han consumit unes 859 Mt i al cap de 29, unes 904 Mt: el recurs s'esgota durant l'any 29.

Apartat c)

Resultat

Amb un consum creixent el recurs s'esgota molt abans (uns 29 anys en comptes de 45).

Resolució

  1. Comparació. Un creixement del consum de només un 3 % anual escurça la durada de 45 a uns 29 anys, gairebé un 36 % menys.
  2. Conclusió. Les estimacions amb consum constant són massa optimistes. Per això compten el reciclatge, l'eficiència i la reducció del consum.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 26

Per obtenir ferro, s'extreu hematites (Fe2O3) d'una mina. Masses atòmiques: Fe 56, O 16. (a) Quin percentatge de ferro conté el Fe2O3 pur? (b) Quants kg de Fe2O3 calen per obtenir 1000 kg de ferro? (c) Si la mena conté un 80 % de Fe2O3, quants kg de mena s'han d'extreure i quanta roca estèril s'hi acompanya?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 26

Apartat a)

Resultat

70 %70\ \% de ferro

Resolució

  1. Massa molar. M(Fe2O3)=2⋅56+3⋅16=160 g/molM(\mathrm{Fe_2O_3}) = 2\cdot 56 + 3\cdot 16 = 160\ \text{g/mol}
  2. Percentatge en massa. En 160 g de Fe2O3 hi ha 2 · 56 = 112 g de Fe: % Fe=112160⋅100=70 %\%\,\mathrm{Fe} = \dfrac{112}{160}\cdot 100 = 70\ \%

Apartat b)

Resultat

m(Fe2O3)≈1429 kgm(\mathrm{Fe_2O_3}) \approx 1429\ \text{kg}

Resolució

  1. Plantejament. El ferro és el 70 % de la massa de Fe2O3, per tant mFe=0,70⋅m(Fe2O3)m_{\text{Fe}} = 0{,}70\cdot m(\mathrm{Fe_2O_3}).
  2. Càlcul. m(Fe2O3)=1000 kg0,70=1429 kgm(\mathrm{Fe_2O_3}) = \dfrac{1000\ \text{kg}}{0{,}70} = 1429\ \text{kg}

Apartat c)

Resultat

Mena: ≈1786 kg\approx 1786\ \text{kg}; roca estèril: ≈357 kg\approx 357\ \text{kg}

Resolució

  1. Mena. El Fe2O3 és el 80 % de la mena: mmena=1429 kg0,80=1786 kgm_{\text{mena}} = \dfrac{1429\ \text{kg}}{0{,}80} = 1786\ \text{kg}
  2. Estèril. mesteˋril=1786−1429=357 kg (aproximadament)m_{\text{estèril}} = 1786 - 1429 = 357\ \text{kg}\ \text{(aproximadament)}
  3. Conclusió. Això mostra per què l'extracció genera tants residus: per cada tona de ferro es mouen més d'1,7 t de mena.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 27

Es compara una ampolla de vidre retornable de 400 g, que es reutilitza 20 vegades, amb una ampolla de PET d'un sol ús de 25 g. Fabricar 1 kg de vidre costa 15 MJ i 1 kg de PET, 80 MJ. Rentar l'ampolla de vidre en cada reutilització costa 0,25 MJ. Compara l'energia per ús i digues quina és més sostenible. Quin factor podria canviar la conclusió?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 27

Resultat

Vidre retornable: 0,55 MJ/uˊs0{,}55\ \text{MJ/ús}; PET: 2 MJ/uˊs2\ \text{MJ/ús}. El vidre retornable és més sostenible; la conclusió podria canviar amb poques reutilitzacions, transport llarg o un reciclatge gairebé total del PET.

Resolució

  1. Plantejament. Comparem l'energia per ús: la de fabricació repartida entre els usos, més el rentat en el cas del vidre.
  2. Vidre retornable. Fabricació: 0,400 kg⋅15 MJ/kg=6 MJ0{,}400\ \text{kg}\cdot 15\ \text{MJ/kg} = 6\ \text{MJ}; repartida en 20 usos: 620=0,30 MJ/uˊs;0,30+0,25=0,55 MJ/uˊs\dfrac{6}{20} = 0{,}30\ \text{MJ/ús};\qquad 0{,}30 + 0{,}25 = 0{,}55\ \text{MJ/ús}
  3. PET d'un sol ús. 0,025 kg⋅80 MJ/kg=2 MJ/uˊs0{,}025\ \text{kg}\cdot 80\ \text{MJ/kg} = 2\ \text{MJ/ús}
  4. Comparació. L'ampolla de vidre retornable consumeix menys de la meitat d'energia per ús (0,55 enfront de 2 MJ, unes 3,6 vegades menys): és més sostenible.
  5. Factors que la podrien canviar. Si el vidre només es reutilitza unes poques vegades, si cal transportar-lo moltes vegades a gran distància (és molt més pesant) o si el PET es recicla gairebé tot.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 28

Una família de 3 persones genera 1,2 kg de residus per persona i dia. La composició en massa és: 35 % orgànica, 22 % paper i cartó, 12 % envasos lleugers, 8 % vidre i 23 % rebuig. (a) Quants kg de residus genera en un any (365 dies)? (b) Quants kg són de matèria orgànica? (c) Si recicla correctament el 80 % del paper, els envasos i el vidre, quants kg recupera?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 28

Apartat a)

Resultat

m=1314 kg/anym = 1314\ \text{kg/any}

Resolució

  1. Dades. 3 persones · 1,2 kg per persona i dia · 365 dies.
  2. Càlcul. m=3⋅1,2⋅365=1314 kg/anym = 3\cdot 1{,}2\cdot 365 = 1314\ \text{kg/any}

Apartat b)

Resultat

morg≈460 kgm_{\text{org}} \approx 460\ \text{kg}

Resolució

  1. Percentatge. La matèria orgànica és el 35 % del total.
  2. Càlcul. morg=0,35⋅1314=459,9≈460 kgm_{\text{org}} = 0{,}35\cdot 1314 = 459{,}9 \approx 460\ \text{kg}

Apartat c)

Resultat

mrec≈442 kgm_{\text{rec}} \approx 442\ \text{kg}

Resolució

  1. Fraccions reciclables. Paper + envasos + vidre = 22 + 12 + 8 = 42 %: 0,42⋅1314=551,9 kg0{,}42\cdot 1314 = 551{,}9\ \text{kg}
  2. Recuperació. Se'n recicla correctament el 80 %: mrec=0,80⋅551,9=441,5≈442 kgm_{\text{rec}} = 0{,}80\cdot 551{,}9 = 441{,}5 \approx 442\ \text{kg}
  3. Comprovació. La matèria orgànica, que es pot convertir en compost, i els reciclables junts són un 35 + 42 = 77 % dels residus; només el 23 % és rebuig.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 29

Una empresa fabrica làmines d'alumini amb un 60 % de metall reciclat i un 40 % de metall primari. Obtenir 1 kg d'alumini reciclat costa 12 MJ i 1 kg de primari, 190 MJ. (a) Calcula l'energia per kg de làmina. (b) Quin percentatge s'estalvia respecte a una làmina de metall 100 % primari? (c) Quina energia s'estalvia en una partida de 1000 kg?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 29

Apartat a)

Resultat

E=83,2 MJ/kgE = 83{,}2\ \text{MJ/kg}

Resolució

  1. Mitjana ponderada. Cada kg de làmina té 0,60 kg de reciclat i 0,40 kg de primari.
  2. Càlcul. E=0,60⋅12+0,40⋅190=7,2+76=83,2 MJ/kgE = 0{,}60\cdot 12 + 0{,}40\cdot 190 = 7{,}2 + 76 = 83{,}2\ \text{MJ/kg}

Apartat b)

Resultat

S'estalvia un 56,2 %56{,}2\ \%

Resolució

  1. Referència. Una làmina 100 % primària costa 190 MJ/kg.
  2. Càlcul. % estalvi=190−83,2190⋅100=56,2 %\%\ \text{estalvi} = \dfrac{190 - 83{,}2}{190}\cdot 100 = 56{,}2\ \%

Apartat c)

Resultat

ΔE=106 800 MJ≈1,07⋅105 MJ\Delta E = 106\,800\ \text{MJ} \approx 1{,}07\cdot10^{5}\ \text{MJ}

Resolució

  1. Estalvi per kg. 190−83,2=106,8 MJ/kg190 - 83{,}2 = 106{,}8\ \text{MJ/kg}.
  2. Càlcul. ΔE=1000 kg⋅106,8 MJ/kg=106 800 MJ\Delta E = 1000\ \text{kg}\cdot 106{,}8\ \text{MJ/kg} = 106\,800\ \text{MJ}
  3. Conclusió. Com més alt és el percentatge de metall reciclat, menys energia es gasta per fabricar la làmina.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 30

Redacta una proposta d'ecodisseny, en 5 o 6 línies, per a una carmanyola per portar l'esmorzar a l'institut: tria un material, justifica'l amb criteris de recursos i cicle de vida, i explica què en faries al final de la seva vida útil.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 30

Resultat

Model: carmanyola d'acer inoxidable amb tapa de silicona, duradora i amb part de metall reciclat, que al final de vida es desmunta per reciclar cada material per separat.

Resolució

  1. Material. Dissenyaria una carmanyola d'acer inoxidable amb tapa de silicona.
  2. Recursos. L'acer inoxidable és resistent i dura molts anys, i es pot fabricar amb una part de metall reciclat; evita comprar envasos d'un sol ús i redueix el consum de plàstic derivat del petroli.
  3. Cicle de vida. L'impacte de fabricació és més alt que el d'un envàs de plàstic, però s'amortitza amb molts usos (més de cent); es renta amb poca aigua i no allibera substàncies als aliments.
  4. Final de vida. La tapa i el cos es poden separar fàcilment, de manera que l'acer es recicla a la deixalleria i la silicona es porta al punt de recollida corresponent.
  5. Criteris que es valoren. Durabilitat, reciclabilitat, ús de materials reciclats, seguretat per als aliments i cost.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Preguntes freqüents

Un recurs renovable es pot esgotar?

Sí, si s'explota més de pressa del que es regenera. Un bosc talat sense control desapareix encara que la fusta sigui renovable.

Per què reciclar alumini és tan sostenible?

Perquè refondre alumini reciclat necessita només una petita part de l'energia que cal per obtenir-lo de la bauxita, i es pot reciclar moltes vegades.

Tornar a Tecnologia i Enginyeria

Altres temes de Tecnologia i Enginyeria 1r Batxillerat