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

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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

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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

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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 %

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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

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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.

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Centros de Transformacin

PlantaSeparadora

de Gas

Gas Natural

Metano

Propano

Butano

Etano

Gasolinas

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Centros de TransformaciCentros de Transformacinn

Refinera de

Petrleo

Naftas

GLP

Kerosene

Gas Oil

Fuel Oil

Combustible Jet

Asfaltos

.......

.......

Petrleo Crudo

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Centros de TransformaciCentros de Transformacinn

PLANTA DE PRODUCCION

DE GAS

COQUE

NAFTA

CARBONMINERAL

GASDISTRIBUIDO

PERDIDAS

COQUE

NOENERGTICO

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Centros de Transformacin(Primarias)

Centrales

ElctricasElectricidad

Carbn Mineral

Gas Natural

Lea

Solar

Elica

Geotermia

Nucleoenerga

Hidroenerga

(Secundarias)Gas Distribuido

Fuel Oil

Gas Oil

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EnergEnerga Final y a Final y tiltil

Aparatos de Utilizacin

Energa Final o Neta

Energa til

F1

F2:

Fn

EU

Usos

Prdidas

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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

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Energa e innovaciones tecnolgicas

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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)

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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)

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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)

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UNA OBSERVACION INICIAL:

EL USO VARIADO DE LAS FUENTES ENERGETICAS EST CONDICIONADO POR EL DESARROLLO TECNOLOGICO

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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