MSc.Ing. Quím. Mauricio Passeggi

ENERGÍA
MSc.Ing. Quím. Mauricio Passeggi
DEFINICIONES:
„
„
Energía
Es la capacidad que poseen los cuerpos para
entregar calor o realizar trabajo debido de su
temperatura (energía térmica), a su constitución
(energía de enlace y nuclear), a su posición
(energía potencial) o a su movimiento (energía
cinética).
Potencia:
Es la velocidad a la cual se transforma o
transfiere la energía.
P=E/t
UNIDADES DE ENERGÍA
El Julio (J) es la unidad de energía del sistema internacional.
1J = 1N.m
Kilowatt hora es la unidad con que se expresa la
energía eléctrica
1 kWh = 3,6 millones de julios
Kilocaloría es la unidad con que se expresa la energía térmica
1kcal es la energía necesaria para aumentar en
un grado la temperatura de un kilo de agua
1kcal = 4,186 x 103 J
Para los grandes balances se usa la Tonelada equivalente de petróleo
1 tep es la energía que libera la combustión de una tonelada de petróleo crudo
1 tep = 4,184 x 1010 J
1tep = 10millones de Kcal
LEYES DE LA
TERMODINÁMICA
PRIMERA LEY:
“Cuando un sistema pasa por un cambio cíclico, el
calor neto que entra o sale del sistema es igual al
trabajo neto que efectúa o recibe el mismo”
Consecuencia:
“LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE,
SOLO SE TRANSFORMA”
Ej.: La energía química del combustible se transforma en:
Energía potencial gravitatoria
Energía cinética
Energía térmica del ambiente (energía disipada)
LEYES DE LA
TERMODINÁMICA
SEGUNDA LEY:
“Ninguna máquina termodinámica que opera en ciclos
puede convertir en trabajo todo el calor que recibe,
sino que tiene que ceder cierta cantidad de calor a un
sistema a menor temperatura”
“Es imposible transferir calor de un cuerpo a otro que
esté a una temperatura superior sin la acción de una
máquina que reciba calor o trabajo del exterior”
CONSECUENCIA:
En la práctica cualquier proceso de transformación o
transferencia de energía implica transferencia de
energía a un cuerpo más frío (“degradación de la
energía”)
TODA
TRANSFORMACIÓN
DE ENERGÍA IMPLICA LA
PÉRDIDA DE ENERGÍA ÚTIL.
ASPECTOS E IMPACTOS AMBIENTALES
„
aspecto ambiental
elemento de las actividades, productos o servicios de una
organización
que puede interactuar con el medioambiente
„
impacto ambiental
Modificación del ambiente producida por un aspecto ambiental
LOS IMPACTOS AMBIENTALES EN GENERAL SON DIFICILES
DE CUANTIFICAR Y POR LO GENERAL SE TRABAJA CON
LOS ASPECTOS AMBIENTALES QUE LOS CAUSAN.
EL CICLO DE VIDA DE UN PRODUCTO
El ciclo de vida de un producto o servicio comprende el
conjunto de procesos que participan desde la
adquisición de materias primas hasta la disposición
final de los residuos, pasando por las etapas de
producción, transporte y uso. En cada una de estas
etapas hay interacciones con el ambiente.
LA EVALUACIÓN
AMBIENTAL DE UN
PRODUCTO O SERVICIO
REQUIERE LA
CONSIDERACIÓN DE TODO
EL CICLO DE VIDA.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
El flujo de materia en la biosfera se produce en ciclos
cerrados con etapas bióticas y etapas abióticas.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Las especies vivas han evolucionada adaptándose a
las condiciones ambientales de los diversos
ecosistemas determinadas en gran medida por las
formas naturales en que se producen estos ciclos.
LA ACTIVIDAD ANTRÓPICA ES CAPAZ DE ALTERAR
LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS PRODUCIENDO
ALTERACIONES AMBIENTALES COMO EL
CALENTAMIENTO GLOBAL, LA LLUVIA ÁCIDA Y EL
SMÓG FOTOQUÍMICO
CALENTAMIENTO GLOBAL:
Gases de efecto invernadero CO2, CH4, N2O, etc
LLUVIA ÁCIDA:
SO2 y NOx reaccionan en la atmósfera para dar H2SO4 Y HNO3
SMOG FOTOQUÍMICO:
HC y NO catalizan la formación de OZONO toposférico (O3)
TIPOS DE ENERGÍA
Energía primaria:
es la que se obtiene directamente del ambiente.
Energía secundaria:
se obtienen a partir de las primarias u otras
secundarias, mediante un proceso de transformación
por medios técnicos.
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
ENERGÍA HIDROELÉCTRICA:
Energía almacenada en el agua se transforma:
Energía potencial Energía cinética Energía Mecánica Energía
eléctrica
ALGUNOS POSIBLES ASPECTOS E IMPACTOS
AMBIENTALES DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
ASPECTOS
IMPACTOS
Inundación del área de la represa
Pérdida de tierras fértiles
Pérdida de Ecosistemas Terrestres
Desplazamiento de Pobladores
Alteración del flujo hídrico
Floración de algas
Acumulación de sedimentos
Afectación de la migración de peses
Afectación del transporte fluvial
Consumo de recursos para su
construcción
Reducción de recursos minerales
Reducción de recursos energéticos
Presencia física de la obra
Alteración del paisaje
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
CARBÓN:
El carbón es un combustible fósil sólido, resultado final de una
serie de transformaciones sobre restos vegetales
La poder calorífico varía de 2.000 a 7.000 kcal/kg, desde la
antracita y hulla hasta lignito y turba.
Las aplicaciones más importantes del carbón son:
•
•
•
Como
Como
Como
combustible doméstico e industrial.
reductor en la siderurgia.
combustible para generación de enegía eléctica.
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
PETRÓLEO:
Es un aceite mineral formado por una mezcla de hidrocarburos
acompañados de azufre, oxígeno y nitrógeno en cantidades
variables.
El petróleo es un combustible fósil, que se acumula en rocas
sedimentarias. Es el resultado final de una serie de
transformaciones sobre restos de vegetales fundamentalmente.
Poder calorífico 10.000 kcal/kg aproximadamente.
Los principales usos del petróleo y sus derivados son:
Como combustible doméstico e industrial.
Como combustible para generar energía eléctrica
COMO COMBUSTIBLE PARA EL TRASPORTE
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
GAS NATURAL:
El gas natural es una mezcla de gases entre los que se
encuentra en mayor proporción el metano.
Está asociado normalmente a los yacimientos de petróleo.
El gas natural se utiliza como combustible doméstico e industrial
y para generación de energía eléctrica:
Tiene un buen poder calorífico: 8300kcal/m3.
„Produce escasa contaminación. (la producción de CO2 es poco
mayor de la mitad de la producida por los restantes
combustibles fósiles).
„
ALGUNOS POSIBLES ASPECTOS E IMPACTOS
AMBIENTALES DEL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES
ASPECTOS
IMPACTOS
Emisión de material
particulado
Afectación de la salud a nivel
del aparato respiratorio.
Impacto visual
Emisión de CO2
Calentamiento global
Emisión de SO2
Afectación de suelos, cultivos y
cuerpo de agua por lluvia ácida.
Emisión de NOx y COV
Afectación de la salud por
acción irritante del ozono
toposférico que generan.
Lluvia ácida (similar a SO2)
Emisión de ruidos
Afectación del confort de
vecinos y transeúntes
Consumo de combustibles
Fósiles
Reducción de recursos
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
ENERGÍA SOLAR:
Paneles solares térmicos
Paneles fotovoltaicos
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
ENERGÍA EÓLICA:
Aerogenerador piloto
Aerobomba
300kW de potencia eléctrica
Extrae agua subterránea
Cerro de los Caracoles
(Maldonado)
para pequeños consumos
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
BIOMASA: Leña
La principal aplicación de la leña es la producción de calor a nivel
industrial y domestico mediante el proceso de combustión.
Puede usarse para generar energía en centrales térmicas
adecuadas
Tiene un poder calorífico de 2500kcal/kg.
Por tonelada de leña se podría producir
1MW.h (1.3 kW/há)
Requiere importantes extensiones de
tierra y demanda mano de obra
Alto costo de transporte favorece
generación descentralizada
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
BIOMASA: Biocombustibles
A partir de cultivos energéticos se obtienen combustibles
Requieren grandes extensiones de tierra y demanda mano de obra.
Bioetanol
(fermentación de azucares)
Sustituye a las naftas
Biodiesel
(transesterificación de grasas y aceites)
Sustituye al gasoil
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
HIDRÓGENO: EL COMBUSTIBLE DEL FUTURO?
H2 + ½ O2 = H2O + ENERGÍA
GAS NATURAL
REFORMADO (ALTA T y P)
ENERGÍA ELÉCTRICA DE
CUALQUIER ORIGEN
BIOMASA
ELECTROLISIS
FERMENTACIÓN CONTROLADA
H2
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
BIOMASA: Residuos Orgánicos
Incineración de residuos con alto poder calorífico
Fermentación anaerobia de residuos sólidos y líquidos
(Biogás)
Companía Uruguaya de Cemento (Lavalleja)
Relleno Sanitario de Las Rosas (Maldonado)
PRINCIPALES RECURSOS
ENERGÉTICOS Y SU
APROVECHAMIENTO
ENERGÍA NUCLEAR
Es la debida a la interacción de las partículas subatómicas.
Se distingue Fisión y Fusión.
Se utiliza para obtener energía eléctrica en las centrales nucleares.
La energía térmica se origina por las reacciones nucleares de
fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de
uranio.
Ventaja:
Recurso energético barato, de altísimo
contenido energético y con mínima emisión de
gases contaminantes.
Desventajas:
Riesgo de accidente poco probable pero grave.
Gestión de residuos radioactivos no resuelta.
Emisiones producidas por cada KWh de energía eléctrica
generado, calculado en base al análisis del ciclo de vida
Fuente: Hydropower-Internalised Costs and Externalised Benefits (Frans H.Koch)
Externalities and Energy Policy: The Life Cycle Analysis Approach – París, France 1516November 2001
CLASIFICACIÓN DE LOS
RECURSOS ENERGÉTICOS
Por el efecto del consumo en la disponibilidad
NO RENOVABLES:
Son aquellos cuyo consumo afecta la disponibilidad.
RENOVABLES:
Son aquellos cuyo consumo no afecta la
disponibilidad.
CLASIFICACIÓN DE LOS
RECURSOS ENERGÉTICOS
Por el estado de desarrollo de su explotación:
TRADICIONALES:
Son aquellos cuya explotación está ampliamente
desarrollada y por tanto constituyen la base del
suministro energético.
ALTERNATIVOS:
Son los que están en desarrollo y por lo tanto son
aún marginales en la matriz energética.
LA ENERGÍA EN EL MUNDO
Previsiones de aumento de demanda de energías primarias
(IEA, Key World Energy Statistics, 2002)
Indicadores per cápita
25
20
PBI (miles de U$S)
15
Consumo (tep)
10
5
Año 2004 (elaborado a partir de datos de la AIE)
Áf
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O
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un
do
0
Relación entre reservas y producción de petróleo
“BP statistical review of world energy June 2002”
EVOLUCIÓN DEL PRECIO DEL
PETRÓLEO (hoy >100U$S/barril)
„
¿EXISTE CRISIS ENERGÉTICA?
„
¿QUÍENES LA PADECEN?
„
¿CUÁLES SON LAS IMPLICANCIAS
GEOPOLÍTICAS?
„
¿CUÁLES SON LAS CONSECUENCIAS SOCIALES?
„
¿ES SOSTENIBLE ESTE NIVEL DE CONSUMO?
LA ENERGÍA EN URUGUAY:
BALANCE ENERGÉTICO NACIONAL
Fuente: DNETN
2005
2003
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
1975
1973
1971
1969
1967
1965
CONSUMO ENERGÉTICO NACIONAL (ktep)
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
k te p
CONSUMO FINAL ENERGÉTICO POR FUENTE
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1990
1995
2000
2005
leña y carbón vegetal
residuos de biomasa
c.mineral y derivados
derivados del petróleo
electricidad
gas natural
Fuente: DNETN
Fuente: DNETN
CONSUMO FINAL ENERGÉTICO POR SECTOR
1000
900
800
700
k te p
600
500
400
300
200
100
0
1990
1995
residencial/comercial/servicios
2000
transporte
2005
industrial
agro/pesca
Fuente: DNETN
ENERGÍA ELÉCTRICA
UTE: POTENCIA INSTALADA (MW)
central
1990
1992
2006
TERMICAS VAPOR (Central Batlle)
Sala B
100
100
50
5ª Unidad
88
88
80
6ª Unidad
125
125
125
G.E.
G.E.
10
10
BBC
21
21
AA (Maldonado)
24
24
20
0
226
212
TURBINAS DE GAS
CTR (La Tablada)
Punta del Tigre
200
GRUPOS DIESEL AUTONOMOS
30
31
3
398
625
690
Gabriel Terra
128
128
152
Baygorria
108
108
108
Constitució
Constitución (Palmar)
333
333
333
630
787
945
total hidraú
hidraúlicas
1.199
1.356
1.538
TOTAL
1.597
1.981
2.228
total té
térmicas
RIO NEGRO
RIO URUGUAY
Salto Grande (corresp
(corresp.. Uruguay)
Fuente: DNETN
COSTO DE LA GENERACIÓN ELÉCTRICA
CONSUMOS
Costo solo por
ESPECIFIC.
Combustible
CENTRAL/GRUPO
COMBUSTIBLE
(GR/KWH)
(U$S/
U$S/MWh)
MWh)
CENTRALES HIDROELÉ
HIDROELÉCTRICAS
NO
0
0
BATLLE GRUPO 5
FUEL OIL
283
104
BATLLE GRUPO 6
FUEL OIL
290
107
BATLLE SALA B
FUEL OIL
373
137
CTR 1
GAS OIL
287
205
CTR 2
GAS OIL
288
206
PUNTA DEL TIGRE
GAS OIL
251
180
MALDONADO
GAS OIL
371
266
Costo medio residencial: 104 U$S/MWh + IVA
Valores estimados en base a costo de combustibles, tarifas de EE y consumos medios
CENTRAL/GRUPO
BATLLE GRUPO 5
BATLLE GRUPO 6
BATLLE SALA B
CTR 1
CTR 2
PUNTA DEL TIGRE
MALDONADO
EMISIONES GASEOSAS
(gr/KWh)
SO2
NOx
CO2
8,25
1,55
881
7,92
1,6
902
12,00
1,24
1162
2,26
3,19
914
2,26
3,19
920
2,01
0,70
801
2,97
3,93
1183
Fuente: UTE
CENTRAL/GRUPO
BATLLE GRUPO 5
BATLLE GRUPO 6
BATLLE SALA B
CTR 1
CTR 2
PUNTA DEL TIGRE
MALDONADO
EMISIONES GASEOSAS
(kg/h a potencia máxima)
SO2
NOx
CO2
660
124
70462
990
200
112784
600
62
58079
238
335
95997
238
335
96600
402
140
160266
59
79
23670
Fuente: UTE
Comparación con emisiones de un automovil:
Un auto promedio emite 180 g de CO2/km
eM 00
ay
Se 0 0
p0
En 0
eM 01
ay
Se 0 1
p0
En 1
eM 02
ay
Se 0 2
p0
En 2
eM 03
ay
Se 0 3
p0
En 3
eM 04
ay
-0
Se 4
p0
En 4
eM 05
ay
Se 0 5
p0
En 5
eM 06
ay
-0
Se 6
p0
En 6
eM 07
ay
-0
7
En
Generación de UTE (MWh)
Generación
Térmica
Generación
Hidráulica
TOTAL
1.200.000
1.000.000
800.000
600.000
400.000
200.000
0
En
e0
5
7
6
6
l-0
e0
Ju
En
5
l-0
e0
4
Brasil
Ju
En
3
4
l-0
e0
Ju
En
3
l-0
e0
2
Argentina
Ju
En
1
2
l-0
e0
Ju
En
0
1
l-0
e0
Ju
En
9
0
l-0
e0
Ju
En
9
l-9
e9
Ju
En
IMPORTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
(MWh)
TOTAL
500.000
400.000
300.000
200.000
100.000
0
En
e99
Ju
l-9
En 9
e00
Ju
l-0
En 0
e01
Ju
l-0
En 1
e02
Ju
l-0
En 2
e03
Ju
l-0
En 3
e04
Ju
l-0
En 4
e05
Ju
l-0
En 5
e06
Ju
l-0
En 6
e07
CARGA MÁXIMA MENSUAL
SUMINISTRADA POR UTE (MW)
1.600
1.500
1.400
1.300
1.200
1.100
1.000
Curva deDE
carga
- Dia tipo: Segunda a Sexta
CURVA
CARGA
Invernoe Resto
do ano
(Día típico
deVerão
lunes
a viernes)
Setor Residencial
800000,00
700000,00
600000,00
Inverno
kW
500000,00
Verão
Verano
400000,00
Resto do
delano
Resto
300000,00
año
200000,00
100000,00
0,00
horadel
dodía
día
Hora
CurvasDE
deCARGA
carga Setor
Residencial CURVA
SECTOR
Día tipo
de Inverno - Todo o pais
RESIDENCIAL
(día típico de invierno)
300000,00
Iliminación
Ilumninação
250000,00
Cocção
Cocción
Conservación
Conservação
de de
alimentos
alimentos
Aquecimento
de água
Calentamiento
de
kW
200000,00
agua
150000,00
Ventilação
Ventilación
100000,00
Aquecimento
Calefacciónambiental
Ferro
elétrico
Fuerza
motriz
50000,00
Lavado
e secado
Lavado
y secado
0,00
Vídeo
e Audio
Video
y audio
hora do
hora
deldíadía
DEPENDENCIA ENERGÉTICA
„
„
„
En Uruguay los productos
energéticos constituyen el rubro de
importación de mayor peso.
En el año 2006 la importación de
energía representó
el 23% de las importaciones,
el 6% del PBI
¿Qué podemos hacer?
CONEXIONES
ENERGÍA ELÉCTRICA
„
5 Conexiónes eléctrica con
Argentina
Conexión eléctrica con Brasil
„
vía Rivera.
GASODUCTO CRUZ DEL SUR
GAS NATURAL
Paysandú
Gasoducto del Litoral
(ANCAP,1998)
Gasoducto “Casa Blanca”
(UTE,2000)
Sur del País
Gasoducto Cruz del Sur
(20%ANCAP,2002)
DIVERSIFICACIÓN ENERGÉTICA
„
„
Incrementa la seguridad del
abastecimiento.
Reduce la dependencia.
¿Biocombustibles o alimentos?
¿Energía nuclear?
¿Forestación con fines energéticos?
Se necesita investigación e inversión.
EFICIENCIA ENERGÉTICA
„
„
Eficiencia energética es la obtención de un
objetivo de confort, producción,
transporte, etc. con un bajo consumo de
energía.
La eficiencia energética implica:
• Adopción de hábitos.
• Mejora en la gestión.
• Incorporación de tecnología.
AHORRO ENERGÉTICO
„
IMPLICA REDUCIR EL CONSUMO
ENERGÉTICO MEDIANTE LA
RENUNCIA A OBJETIVOS DE
CONFORT, PRODUCCIÓN,
TRANSPORTE, ETC.
El consumo de
energía se obtiene
multiplicando la
potencia por las
horas de uso
¿Cómo podemos
usar la energía
en forma más
eficiente?
Fuente: Recomendaciones de
ahorro energético (DNETN)
Ahorro de energía mediante el
consumo sustentable de bienes y
servicios
Reducción, Reuso, Reciclo
Diseño ecoeficiente
Opciones de transporte.
…………………………..
CONCLUSIONES
El consumo de energía es un requisito para el desarrollo
económico de una sociedad y para el bienestar de la población.
La distribución de su consumo es un indicador de la distribución
de la riqueza en una sociedad
Las reservas de energía son un recurso estratégico, causa de
dominación y de conflictos entre naciones.
Su transformación y consumo causan diversos impactos
ambientales.
Uruguay está gravemente condicionado por su dependencia
energética
La crisis energética es una oportunidad para desarrollar nuevas
capacidades y valores como sociedad.
La eficiencia energética es la respuesta proactiva.
El ahorro energético es la respuesta reactiva.