of 26
1Introduccin a la Economa de la Energa
Tema I: Naturaleza de la energa y otros aspectos
bsicosDaniel H. Bouille
Fundacin Bariloche
2Naturaleza Fsica de la EnergaAl analizar los aspectos fsicos de la energa se distingue entre:
Esencia (nica)Manifestaciones (formas de energa) (Varias)Energticos (fuentes de energa) (Muchas)
Aunque puede manifestarse en diferentes formas, la esencia fsica de la energa es una sola.
Definicin (nocin fsica de la energa): capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo
Definicin de trabajo : accin de vencer una resistencia sobre una trayectoria.
Unidad de medida de trabajo : T = peso * distancia = p * d= (Kgr m)
Para realizar un trabajo se gasta una cantidad de caloras y ciertos tipos de trabajo mecnico producen calor. La calora es una medida de calor.
3Naturaleza Fsica de la Energa
Definicin de calora (cal) : cantidad de calor que, entregada a 1 gr de agua a 15 grados centgrados eleva su temperatura en un grado centgrado.
El trabajo se puede transformar en calor y el calor en trabajo. El calor es una forma de energa.
Joule estableci la equivalencia entre trabajo y calor : 1 cal = 0,437 Kgrm
Joule define una unidad de medida de energa del siguiente modo: 1 joule = 0,24 cal
Definicin de Potencia: es el cociente entre trabajo (T) y el tiempo empleado en realizarlo (segundo). P = T / segundo
As, el watio (W) es una unidad de potencia que se define como: W = joule / segundo
4Formas de EnergaEnerga Radiante
Energa Mecnica
EnergaElctrica
EnergaTrmica
Energa Qumica
EnergaNuclear
Efecto Joule
Efecto termo-inico
MotoresElctricos
Dnamos-Alternadores
MquinasTrmicas
Frotamiento
Electrlisis
Acumuladores
FotosntesisFuentes solares
Incandescente
PilasNucleares
Reacciones Endotrmicas
ReaccionesExotrmicas
Geotermia
5Principios de la TermodinmicaPrimero: Principio de Conservacin de la Energa:
La energa no se crea ni se destruye, se conserva.
Es decir que ninguna maquina terica puede crear energa. La energa producida es equivalente a la energa recibida. Esto significa que la produccin de energa implica en realidad la transformacin de una forma de energa en otra.
Formas de energaCalor (Energa Trmica)Trabajo (Energa Mecnica)Radiacin (Energa Radiante)Combustin (Energa Qumica)Flujo de Electrones (Energa Elctrica)
Puesto que la esencia de la energa es una sola, de acuerdo con el principio de conservacin de la energa es posible establecer relaciones de equivalencia entre las diferentes formas de energa.
6Segundo Principio de la Termodinmica
Principio de Entropa : El rendimiento de la transformacin de una forma de energa en otra es siempre inferior a uno.
Es decir que, si se designa con ER la energa entregada, con EP la energa producida, con al rendimiento y con p a las prdidas, se tiene que:
ER EP EP / ER < 1
p
Esto implica que no existen mquinas perfectas, con rendimiento de 100%. La nocin de prdidas no significa que la energa perdida desaparece; sin embargo, la calidad de esa parte de la energa se degrada de modo tal que no puede volver a ser utilizada. Esdecir que, si se tuviera un sistema termodinmico cerrado, la Entropa del sistema ira en constante aumento hasta que el sistema quedara inerte por falta de energa. La tierra es un sistema termodinmico abierto, puesto que recibe la energa solar.
7Fuentes de Energa
Los energticos o fuentes de energa pueden tener el carcter de Primarias o Secundarias
Las fuentes de energa primaria son aquellas que se obtienen directamente de la naturaleza, sin que medie ningn proceso de transformacin energtica. Se trata en esencia de recursos naturales renovables (no agotables) o no renovables (agotables).
La diferencia esencial entre los recursos naturales agotables y no agotables radica en la longitud de los ciclos de renovacin. A escala humana, todos los recursos energticos fsiles son no renovables. Algunos de los recursos energticos renovables son en realidad condicionalmente renovables (Vgr.: ciertos tipos de bosques, algunos recursos hdricos).
8Fuentes de Energa Primaria
Principales Fuentes de Energa Natural o Primaria
Fuentes No Renovables Fuentes Renovables
Petrleo Energa solarGas Natural Energa elicaCarbn Mineral HidroenergaUranio Geoenerga
Combustibles vegetales Endoenerga (energa animada)
9Fuentes de Energa SecundariaLas Fuentes Secundarias de energa resultan de uno o mas procesos de transformacin de las fuentes primarias de energa
Derivados del PetrleoNaftas
Kerosene
GLP
Gas Oil
Fuel Oil
Asfaltos
....
Derivados del Gas Natural Metano (Gas Distribuido)
Propano
Butano
Etano
Gasolina
Carbn de lea Electricidad
10
Unidades Energticas
Mltiplos de las de medida de energay potencia (gramos)
Kilo (K): 10^3Mega (M): 10^6Giga (G): 10^9
Tera (T) : 10^12
Principales equivalencias:
1joule= 0,24 cal1joule = 0,102 Kgrm
1Kcal = 4,1855 Kjoule = 1,16 Wh1HP = 746 W
1KWh = 860 Kcal1MBTU = 252 Mcal
11
Otras Unidades Energticas
Todas las fuentes de energa, sean primarias o secundarias, tienen sus unidades propias (m3, KWh, tn, etc); sin embargo, todas ellas pueden expresarse en unidades equivalentes. As, por ejemplo, la energa contenida ( poder calrico inferior resultante de la combustin) contenida en 1 tn de petrleo es 10 * 106 kcal. De este modo, la tonelada equivalente de petrleo ( tep) o sus fracciones pueden ser utilizadas como unidades de medida para todos los energticos.
1 tep = 10 * 10^6 Kcal1 bep (barril equivalente de petrleo) = 0,137 tep = 137 Kep1 m3 de Gas Natural (poder cal. Inf.) = 8836 Kcal = 0,8836* 10-3 tep1 m3 de Gas Natural (poder cal. Sup.) = 9300 Kcal1 Kgr de Carbn Mineral = 7200 Kcal = 0,72 Kep1 Kgr de lea (dura) = 2300 Kcal = 0,23 Kep
12
Otras Unidades Energticas
1 litro Nafta = 7607 Kcal = 0,7607 Kep
1 litro Kerosene = 8322 Kcal
1 litro Gas oil = 8619 Kcal
1 litro Fuel oil = 9261 Kcal
1Kgr Nafta = 10350 Kcal
1Kgr Kerosene = 10300 Kcal
1Kgr Gas oil = 10200 Kcal
1Kgr fuel oil = 9800 Kcal
Electricidad:
Consumo: 1 MWh = 0,086 tepProduccin: 1 MWh = 0,2234 tep
Rendimiento medio: 38,5 %
13
Cadenas Energticas
De otras CadenasEnergticas (Petrleo, Gas Natural)
Produc-cin Transporte
Refinacin de Petrleo
Transporte yAlmacenamiento de Derivados
Exportacin
Importacin
DistribucinYComerciali-zacin
Otras cadenas Energticas(CentralesElctricas)
Reservas
ConsumoFinal
Importacin
Exportacin
(RecursosNaturales)
(RecursosNaturales)
Potenciales
Transmisin
Comercializacin
ConsumoFinal
GeneracinElctrica Distribucin
Petrleo
Electricidad
14
Definiciones bsicas
z Energa bruta: Es aquella energa primaria y/o secundaria a la que no se le han deducido las prdidas de transformacin, transmisin, transporte, distribucin y almacenamiento.
z Energa neta: Es aquella energa primaria y/o secundaria cuyo destino es el consumo y a la que se le han deducido las prdidas antes sealadas.
z Energa final: Es aquella energa primaria y/o secundaria que es utilizada directamente por los sectores socioeconmicos. Es igual a la energa neta menos el consumo propio del sector energa (incluye a la energa utilizada como no energtica).
z Energa til: Es la energa neta a la que se le han deducido las prdidas de utilizacin de los equipos o artefactos donde se consume a nivel del usuario y se transforma en satisfactor de los usos energticos. Se aplica tanto al consumo propio como al consumo final y con fines productivos.
z Perdidas: Hay varios tipos. Las originadas en el transporte, almacenamiento, transmisin y distribucin de fuentes primarias y secundarias; la producida pero no utilizada (venteo de gas, lea no recolectada, residuos de biomasa no utilizados); las originadas en centros de transformacin y las que se generan a nivel del usuario. En general, el concepto de Prdidas no incluye el No Aprovechado o no utilizado que se maneja como concepto separado.
15
Centros de Transformacin
PlantaSeparadora
de Gas
Gas Natural
Metano
Propano
Butano
Etano
Gasolinas
16
Centros de TransformaciCentros de Transformacinn
Refinera de
Petrleo
Naftas
GLP
Kerosene
Gas Oil
Fuel Oil
Combustible Jet
Asfaltos
.......
.......
Petrleo Crudo
17
Centros de TransformaciCentros de Transformacinn
PLANTA DE PRODUCCION
DE GAS
COQUE
NAFTA
CARBONMINERAL
GASDISTRIBUIDO
PERDIDAS
COQUE
NOENERGTICO
18
Centros de Transformacin(Primarias)
Centrales
ElctricasElectricidad
Carbn Mineral
Gas Natural
Lea
Solar
Elica
Geotermia
Nucleoenerga
Hidroenerga
(Secundarias)Gas Distribuido
Fuel Oil
Gas Oil
19
EnergEnerga Final y a Final y tiltil
Aparatos de Utilizacin
Energa Final o Neta
Energa til
F1
F2:
Fn
EU
Usos
Prdidas
20
En SEn Sntesisntesis
fuente energtica:
(lea, electricidad)
energa neta energa tilequipo o artefacto
(cocina, lmpara)
Uso
(coccin, iluminacin)
Rendimiento
Necesidad
(alimentacin, vivienda)
DESARROLLO SOCIOECONMICO
BIOGEOGRAFA HABITOS CULTURALES
21
Energa e innovaciones tecnolgicas
22
INNOVACIONES TECNOLGICAS VINCULADAS AL CARBN MINERAL
Primera bomba de vapor (Savery 1698) Primer motor de vapor (Newcomen 1712) Desarrollo de la Teora del Vapor (Blank
1764) Primer motor rotativo (Watt 1769) Primer barco a vapor (Fitch 1787) Primera locomotora (Trevithick 1802) Desarrollo y uso extensivo de la
locomotora (Stephenson 1814)
23
INNOVACIONES TECNOLGICAS VINCULADAS A LA ELECTRICIDAD
Teora de induccin electromagntica (Faraday 1831)
Generador manual (Piseri 1832)
Primer motor elctrico (Davemport 1834)
Desarrollo de la turbina hidrulica moderna (Francis 1849)
Generador elctrico (Jedlic-Siemens 1861- 66)
Primera central Pblica (Edison 1881)
24
INNOVACIONES TECNOLGICAS VINCULADAS A LOS DERIVADOS DEL PETRLEO
Motor Otto a gasolina (1886)
Perfeccionamiento del motor de combustin interna (1920)
Invencin del motor diesel (1920)
25
UNA OBSERVACION INICIAL:
EL USO VARIADO DE LAS FUENTES ENERGETICAS EST CONDICIONADO POR EL DESARROLLO TECNOLOGICO
26
FIN MODULO I
Introduccin a la Economa de la EnergaNaturaleza Fsica de la Energa Naturaleza Fsica de la EnergaFormas de EnergaPrincipios de la TermodinmicaSegundo Principio de la TermodinmicaFuentes de EnergaFuentes de Energa PrimariaFuentes de Energa SecundariaUnidades EnergticasOtras Unidades EnergticasOtras Unidades EnergticasCadenas EnergticasDefiniciones bsicasCentros de TransformacinCentros de TransformacinCentros de TransformacinCentros de TransformacinEnerga Final y tilINNOVACIONES TECNOLGICAS VINCULADAS AL CARBN MINERALINNOVACIONES TECNOLGICAS VINCULADAS A LA ELECTRICIDADINNOVACIONES TECNOLGICAS VINCULADAS A LOS DERIVADOS DEL PETRLEO