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$S) 15 Consumo (tep) 10 5 Año 2004 (elaborado a partir de datos de la AIE) Áf r ic a E) O CD La tin oa m er ic a (n o (n o O CD E) na Ch i As ia DE ) (n o O C UR Eu ro pa Ex M nt e O rie SS o ed i DE O C M un do 0 Relación entre reservas y producción de petróleo “BP statistical review of world energy June 2002” EVOLUCIÓN DEL PRECIO DEL PETRÓLEO (hoy >100U$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.