Usos de la energía en el transporte

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1 Monografía EnerTran Monografía 2 Uo de la energía en el tranporte Energy utilization in the tranport ector Alberto García Álvarez Mª del Pilar Martín Cañizare

2 Uo de la energía en el tranporte Energy utilization in the tranport ector Alberto García Álvarez Mª del Pilar Martín Cañizare Fundación de lo Ferrocarrile Epañole De eta edición, Grupo Getor del Proyecto EnerTran, 2008 ISBN: Depóito Legal: M Eta monografía ha ido redactada por u autore en el marco del Proyecto de Invetigacion Dearrollo de un modelo de cálculo y predicción de lo conumo energético y emiión del itema de tranporte que permita valorar la enibilidad de lo conumo a la deciione de inverión en infraetructura y de política de tranporte (EnerTran). El proyecto EnerTran ha ido dearrollado por lo iguiente organimo: Fundación de lo Ferrocarrile Epañole, Univeridad Pontificia Comilla de Madrid, Univeridad Politécnica de Madrid-INSIA; Univeridad de Catilla-La Mancha; ALSA; Fundación General de la Univeridad Autónoma de Madrid; Fundación Agutín de Betancourt ; Fundación Univeridad de Oviedo. El proyecto EnerTran contó con una ayuda económica del Centro de Experimentación de Obra Pública (CEDEX) dentro de u primer programa de ayuda (2006). El proyecto EnerTran etuvo dirigido por u inveigador principal Alberto García Álvarez con el apoyo de un Comité Cientifico del que formaron parte la iguiente perona: Alberto García Álvarez (Fundación de lo Ferrocarrile Epañole); Ignacio Pérez Arriaga y Eduardo Pilo de la Fuente (Univeridad Pontificia Comilla de Madrid); Joe María López Martínez (Univeridad Politécnica de Madrid-INSIA); Alberto Cillero Hernández y Carlo Acha Ledema (ALSA); Timoteo Martínez Aguado y Aurora Ruiz Rúa (Univeridad de Catilla-La Mancha); Joé Miguel Rodríguez Antón y Lui Rubio Andrada (Fundación General de la Univeridad Autónoma de Madrid); Manuel Cegarra Plané (Fundación Agutín de Betancourt ) y Roa Iabel Aza y Joé Francio Baño Pino (Fundación Univeridad de Oviedo). El coordinador del proyecto por parte del CEDEX fue Antonio Sánchez Trujillano. The aim of the EnerTran reearch project i to obtain an accurate model to find out the energy conumption (and aociated emiion) of the Spanih tranport ytem, according to the important variable on which it depend, and thereby avoid the need to extrapolate hitorical data erie calculated with variou methodologie in the European phere for each mode of tranport. The participant include variou univeritie and foundation linked to different mode of tranport: Fundación de lo Ferrocarrile Epañole, Univeridad Politécnica de Madrid INSIA, Univeridad de Catilla-La Mancha, ALSA, Univeridad Pontificia de Comilla de Madrid, Fundación General de la Univeridad Autónoma de Madrid, Fundación Agutín de Betancourt and Fundación Univeridad de Oviedo. The project ha involved contructing a model which can be ued to explain and predict energy conumption (and aociated emiion) in the Spanih tranport ytem, uing a coherent methodology for all mode, conidering all energy utilization (contruction, operation, maintenance, movement) and the whole energy cycle from ource to final ue, thu allowing the effect of the reult of infratructure or tranport policy to be anticipated and evaluated. A a econdary objective, the project will permit aement of the impact of any type of technical or operational meaure aimed at reducing thi energy conumption, which will be ueful for tranport operator. It include innovation uch a taking into conideration different route between the ame point for each one of the different mode of tranport, or eparating conumption from load or pace utilization coefficient. The publihed document correponding to the EnerTran project fall into three categorie: Article and Technical note. Monograph, Con la ubvención del Centro de Etudio y Experimentación de Obra Pública (Miniterio de Fomento), número de proyecto PT IASM.

3 /2 Uo de la energía en el tranporte ÍNDICE ÍNDICE INTRODUCCIÓN Objeto Jutificación Metodología Terminología Modo de tranporte Carretera Ferrocarril Aéreo Marítimo Tubería Cable y cinta Reumen de modo de tranporte CONSUMO Y FLUJOS DE ENERGÍA EN EL TRANSPORTE Actividade en el tranporte que conumen energía Energía necearia para el mantenimiento y otro conumo indirecto Comparación de la energía empleada en la explotación del tranporte Flujo de energía Equema de flujo de la electricidad y el petróleo Pérdida de energía Definición de rendimiento y coeficiente de pérdida Claificación de la pérdida de energía ENERGÍA ÚTIL Cálculo de la energía útil Energía útil conumida para el movimiento del vehículo Energía conumida por lo ervicio auxiliare Energía generada en el frenado Energía conumida en fae complementaria del ciclo de tranporte ENERGÍA FINAL Sitema de propulión Vectore energético Orden de magnitud de rendimiento en el vehículo /61

4 Uo de la energía en el tranporte /2 5. ENERGÍA PRIMARIA Pérdida en tracción eléctrica Pérdida en tracción con derivado de petróleo COSTES Y EFECTOS NEGATIVOS DEL USO DE LA ENERGÍA EN EL TRANSPORTE Contribución al agotamiento de la reerva naturale Emiione de contaminante Emiione de gae de efecto invernadero Emiione con impacto en la calidad del aire Cuantificación y variabilidad de la emiione egún vectore energético ESTANDARIZACIÓN DE LOS CONSUMOS Y EMISIONES Unidade de referencia del conumo epecífico La cuetión de la diferencia entre trayectoria y deplazamiento BIBLIOGRAFÍA ANEXOS Anexo A. Unidade empleada Unidade de trabajo o energía Macrounidade energética Unidade de potencia Unidade de longitud y velocidad Anexo B. Poder calorífico de alguno producto LISTA DE TABLAS Y FIGURAS /61

5 /2 Uo de la energía en el tranporte 1. INTRODUCCIÓN El deplazamiento de una maa (que puede correponder a una perona o a una coa) dede un lugar a otro requiere la realización de un trabajo, y por ello, la aportación de energía e conutancial a todo proceo de movimiento. Cuando una perona e mueve andando, corriendo o a lomo de un animal, o cuando una coa e tranportada por una perona o arratrada por animale, o en un vehículo movido por ello, e emplea el llamado motor de angre : la energía procede de lo alimento que la perona o animal han ingerido y que eventualmente han podido acumular en u organimo. En el proceo, ademá, e genera dióxido de carbono (CO 2 ), por lo que ete tipo de movimiento no e utancialmente diferente del producido por otro tipo de motor. Sin embargo, el tranporte que e realiza con el motor de angre no e coniderado a lo efecto de análii de la energía conumida en el tranporte. En el cao má general, el movimiento requerido para el deplazamiento e produce por un motor (que puede er de divero tipo) que mueve un vehículo en el que e deplazan la perona o coa (aí ocurre en el coche, tren, barco o avión); o bien mueve un cable que lo arratra (tranporte por cable); o bien impula un liquido o un ga por una conducción (tranporte por tubería). El motor iempre convierte una forma de la energía en otra forma de energía útil para el deplazamiento, y por ello el proceo de tranporte requiere la aportación de una gran cantidad de energía. La energía que neceita el motor debe er uminitrada en el lugar oportuno (generalmente en punto de repotaje preetablecido o en el propio vehículo) que e encuentra lejo de lo yacimiento energético o de la refinería o centrale de tranformación, y por ello e precio tranportarla. Por otra parte, la energía que neceita cada vehículo o modo de tranporte tiene una forma concreta (energía eléctrica, gaóleo, etc.) y una caracterítica (tenión, frecuencia, octanaje), lo que upone que debe producire previamente un proceo de tranformación de la energía entre la fuente primaria de energía y u uo en el motor del vehículo. En lo proceo de tranformación y de tranporte de la energía e producen pérdida y otro efecto negativo como emiione, contaminación, etc., que deben er imputado al proceo que requiere la energía, eto e, al tranporte de perona o mercancía. Cualquier etudio obre el uo de la energía para el tranporte requiere, pue, el conocimiento de lo flujo de energía: u procedencia, lo proceo de cambio de forma, o de caracterítica, u tranporte y u uo. En todo eto proceo e producen pérdida y emiione de CO 2 ; una y otra dependen de divero parámetro y variable que e precio conocer Objeto El propóito general de ete etudio e el análii de lo uo y de lo flujo de energía para divero modo de tranporte, tipo de motore y propulore, aí como diponer de una aproximación al orden magnitud de la pérdida y emiione que e producen en lo proceo aociado. 5/61

6 Uo de la energía en el tranporte /2 El conocimiento de lo flujo y de la etructura de la pérdida y de la emiione e neceario como apoyo a otro tipo de análii; en concreto, para etablecer comparacione entre modo de tranporte, entre itema de propulión, entre fuente de energía empleada, etc. El análii de lo flujo de la energía, no olo permite conocer la cantidade de energía requerida, ino u efecto en término de agotamiento de la energía no renovable (petróleo, carbón y ga, fundamentalmente) o de emiione de gae de efecto invernadero o de otro tipo de contaminante. Por ello, el objeto concreto de ee documento e: Decribir y analizar lo flujo que recorre la energía entre u fuente (en una concreta ubicación epacial) y u uo en el vehículo, incluyendo en eto flujo lo cambio en u forma y caracterítica. Y ello, para cada modo de tranporte y para cada itema de propulión. Decribir y analizar la pérdida que e producen en cada uno de lo pao de tranformación, cambio de caracterítica y tranporte, aí como la energía primara requerida (ditinguiendo entre renovable y no renovable) en función de la energía final conumida, y la emiione aociada a cada proceo. Etablecer una terminología y un itema coherente de medida etandarizada de lo conumo y de unidade y u equivalencia, que permitan que lo divero etudio de modo de tranporte concreto e realicen de forma homogénea Jutificación En el ector del tranporte e produce un conumo de energía epecialmente intenivo, creciente y ingularmente perjudicial para el medio ambiente. Y ello agravado por el hecho de que el modelo de tranporte dominante actualmente (upuetamente dearrollado, pero intenivo en uo de energía y agreivo con el medio ambiente) ólo e acceible a una pequeña parte de la población mundial. Se debe calificar el vigente modelo energético de tranporte como inotenible y planteare la neceidad de u modificación. El neceario cambio requiere el conocimiento profundo e intenivo de la relación entre lo proceo de tranporte y conumo de energía. Lo efecto perjudiciale del conumo de energía por el ector de tranporte proceden fundamentalmente de tre ámbito: La contribución del tranporte al agotamiento de lo combutible fóile (principalmente del petróleo, pero también del ga y del carbón), cuya exitencia on limitada, y aunque el final de la extracción económicamente viable e deconocido, parece que e encuentra relativamente próximo en lo cao del petróleo y del ga. Cabe reflexionar obre el hecho de que la humanidad, en lo último 100 año, ha conumido cai la totalidad de lo recuro fóile acumulado durante millone de año. La contribución del tranporte al cambio climático, como conecuencia de lo proceo de combutión (y la ubiguiente emiión de gae de efecto invernadero aociado al conumo de energía y a la tranformacione previa necearia). 6/61

7 /2 Uo de la energía en el tranporte La contribución del tranporte a la contaminación local, tanto en lo que e refiere a la calidad del aire, como al ruido. En todo lo cao, la contribución del tranporte a lo efecto negativo aociado reulta epecialmente relevante, por do hecho: El tranporte tiene un peo muy importante en el conumo total de energía, y con tendencia al crecimiento, tanto en el valor aboluto de la energía conumida, como en la participación del tranporte en el conjunto de lo conumo. Ete crecimiento etá normalmente por encima del crecimiento de otro indicadore de la actividad económica (como, por ejemplo, del PIB). El itema de tranporte, en u concepción actual, e epecialmente dependiente de lo combutible fóile no renovable y, en concreto, del petróleo. En efecto, el tranporte (principalmente por carretera y aéreo) obtiene la mayor parte de la energía que neceita del petróleo, y a u vez, la mayor parte del conumo de petróleo e detina al tranporte. Únicamente lo modo ferroviario de tracción eléctrica y el tranporte por cable y tubería (oleoducto y gaoducto) emplean energía eléctrica como vector energético para el tranporte; y en la medida que una parte (aún pequeña) de la energía eléctrica e generada con fuente renovable, eto modo de tranporte permiten la utitución parcial de lo combutible fóile (y la emiione aociada) para el tranporte Metodología El análii de lo uo de la energía en el tranporte e realizará de abajo arriba, e decir partiendo del análii de lo uo finale de la energía útil, y ubiendo en el análii agua arriba hata la fuente primaria de energía. Por ello, el trabajo e etructura en lo iguiente apartado: - En primer lugar, e preenta la jutificación, objetivo de etudio y la metodología, aí como lo término empleado y la unidade. - Se analizan omeramente lo diferente modo de tranporte, u epecificidade técnica relevante y lo itema de propulión que emplean. - Se definen con carácter general lo flujo de la energía, e decir, lo camino y proceo que igue éta hata u uo en el vehículo (energía útil) dede el yacimiento (energía primaria). - Se reflexiona obre el orden de magnitud de la pérdida de energía y obre la energía primaria conumida, aí como la emiione egún lo tipo de propulore empleado. Dada la diferente naturaleza del tranporte por tubería, en el que no exiten vehículo como tale, e tratará ete modo de manera independiente, aunque e harán la necearia referencia al decribir lo flujo de energía y pérdida Terminología La decripción de lo flujo y uo de la energía en el tranporte ugiere la definición de uno término científicamente correcto, entendible y homogéneo, válido para lo proceo energético como para todo lo modo de tranporte; aí como de la unidade a emplear y de la equivalencia entre ella. 7/61

8 Uo de la energía en el tranporte /2 Caracterítica de la energía. Son lo atributo que caracterizan poible etado de la energía de una determinada forma de energía. En lo flujo de energía on frecuente lo proceo que producen cambio en la caracterítica de la energía (y en eto proceo hay pérdida y generalmente emiione de CO 2 ). Son ejemplo de caracterítica la tenión, la frecuencia, el octanaje o el poder calorífico. Energía final. En el cao del tranporte, denominamo energía final a la energía que entra al vehículo y que e el reultado de retar a la energía primaria la pérdida que e producen en lo proceo de tranformación, cambio de caracterítica y tranporte que tienen lugar ante de llegar al vehículo. Energía primaria, e la cantidad de energía contenida en lo combutible ante de paar por cualquier proceo de tranformación. Energía útil. Denominamo energía útil a la que realmente e aprovecha para lo fine de tranporte; e decir, a la uma de la energía conumida para el movimiento del vehículo (medida en la llanta, la rueda, la hélice o el ala) y de la energía conumida por lo ervicio auxiliare (medida en la entrada de lo equipo conumidore de eta energía). Forma de energía. Cada una de la forma de energía tiene en común la habilidad de cauar algún tipo de cambio o forma de hacer una labor. Son forma de energía, por ejemplo la energía mecánica, la eléctrica, la calorífica, etc. Fuente de energía on aquello elemento de la naturaleza que pueden uminitrar energía. Se llaman fuente de energía renovable a aquella a la que e puede recurrir de forma permanente porque on inagotable; por ejemplo el agua, el ol o el viento. La fuente de energía no renovable on aquella cuya reerva on limitada y, por tanto, diminuyen a medida que e conumen; por ejemplo el petróleo, el carbón o el ga natural. Modo de tranporte e el itema definido por el vehículo de tranporte utilizado y u infraetructura, y que tiene una caracterítica tecnológica propia (diferente de la propia del itema de propulión). El tranporte por tubería no requiere vehículo, pero también e un modo de tranporte. Motor principal e el motor del vehículo que recibe la energía del exterior, y que la convierte otra forma ditinta de energía para el movimiento del vehículo (o la impulión de un líquido). Si en un vehículo hay diferente motore (por ejemplo, en un tren o en un barco de propulión diéel-eléctrica hay un motor diéel y ademá motore eléctrico de tracción) e conidera como motor principal al que recibe la energía del exterior (en ete cao, el motor diéel). Pérdida tank to wheel (TTW). Son la pérdida que e producen dede el uminitro al vehículo hata la rueda del vehículo. (Correponden, por lo tanto, a la diferencia entre la energía final y la energía útil). Pérdida well to tank (WTT) on la pérdida de energía que e producen en lo diferente proceo de tranformación y tranporte dede la fuente de energía primaria (imbólicamente repreentada por la rueda, wheel, del pozo de petróleo), hata el aproviionamiento al vehículo en u tanque de combutible. (La pérdida well to tank on, por lo tanto, la diferencia entre la energía primaria y la energía final ). Sitema propulor. Conjunto formado por el motor principal, la tranmiión y todo aquello elemento que convierten la energía que recibe el vehículo en energía útil para el movimiento. 8/61

9 /2 Uo de la energía en el tranporte Tranformación de la energía. E el proceo que tiene por objeto cambiar de una forma de energía a otra, o cambiar la caracterítica de la energía. Tranmiión. E el conjunto de elemento (incluyendo a vece motore diferente del principal) que convierten la energía que ale del motor principal en energía de forma útil para producir el movimiento. Vector energético e la forma de energía que e e utilizable en uo finale, para el almacenamiento o para el tranporte de la energía. Lo vectore energético on la forma de energía que e uan para uminitrar energía al motor principal, pueto que e tranportan, en ocaione e almacenan, y e manejan de forma má encilla que la energía en u etado original. Son ejemplo típico de vectore energético la electricidad y el hidrógeno, que no e preentan libre en la naturaleza, ino que e obtienen a travé de otra forma de energía Modo de tranporte El tranporte de perona o de coa e puede realizar en lo iguiente modo de tranporte: carretera, ferrocarril, marítimo, aéreo y tubería eguidamente e indican alguna caracterítica relevante de cada uno de ello Carretera La carretera e un medio que emplea vehículo no guiado que circulan obre rueda de caucho por camino terretre, generalmente dotado de una capa de rodadura. Se utiliza para tranporte de mercancía ya ea de producto terminado o emiterminado de volumen medio, cuando e requiere ervicio de puerta a puerta; y para tranporte de viajero. Lo ubmodo del tranporte por carretera on: - Tranporte de viajero: e realiza normalmente en automóvil, autobú, trolebú o motocicleta. - Tranporte de mercancía: En furgoneta, camión (de vario tipo) o el llamado tren de carretera. Automóvil El automóvil e un vehículo de tranporte de perona que tiene una cubicación de entre 4 y 8 m 3, puede tranportar normalmente dede 4 a 7 perona (incluido el conductor) y tiene una maa media de entre y kg. La potencia intalada varían de 52,5 a 125 kw (71 a 170 CV). El motor térmico puede er de gaolina o diéel; la tranmiión del movimiento e produce mediante un cambio de marcha mecánico (normalmente de 5 marcha) o un mediante cambio automático que tranmite el movimiento al puente, donde a travé de un diferencial y do emieje e dirigen la rueda motrice. Lo conumo uelen er, en el cao del motor de gaóleo de 0,05 a 0,08 litro por kilómetro y de 0,075 a 0,1 litro por kilómetro para lo propulado por gaolina, la emiione media de CO 2 on de 236 gramo por kilómetro y 178 gramo por kilómetro repectivamente. 9/61

10 Uo de la energía en el tranporte /2 Autobú Lo autobue on vehículo para el tranporte colectivo de perona que tienen una cubicación de aproximadamente 45 m 3, con anchura de 2,5 m y longitude de hata 18 m. Pueden tranportar, en u formato má habituale, dede un mínimo de 30 a un máximo de 85 perona entada (número que aumenta i viajan de pie, como e el cao de lo autobue urbano) y tienen una maa total en orden de marcha de kg, y de kg en carga. Lo autobue llevan un motor diéel de 6 u 8 cilindro de una cilindrada completa de uno cm 3. La potencia intalada varían de 220 kw a 308 kw (300 a 420 CV). La inyección puede er con y in intercooling, el cambio mecánico con junta hidráulica normalmente tiene de 5 a 8 marcha y tranmite el movimiento al puente (donde a travé de un diferencial y do emieje) acciona la rueda motrice. El conumo medio e del orden 0,03 litro de gaóleo cada kilómetro y la emiione media del orden de 600 gramo de CO 2 por kilómetro. Trolebú El trolebú, también conocido como trolley o trole, e un autobú con motor eléctrico alimentado por do cable upendido de lo que toma la energía eléctrica, mediante do ata. El trolebú no requiere de plataforma reervada o carrile en la calzada, lo que lo hace un de él itema má flexible que el tranvía. Cuenta con neumático de caucho en vez de rueda de acero en carrile como lo tranvía Ferrocarril El itema ferroviario emplea vehículo guiado que tienen rueda metálica y que circulan obre una vía formada por carrile metálico. Se utiliza para tranporte de viajero y mercancía de todo tipo, tale como materia prima o producto de riego (gae licuado, combutible, producto químico, etc.). Para el cao del tranporte de mercancía e un medio relativamente lento, que ofrece una reducida capilaridad, pero que permite tranportar grande volúmene y maa. La carga y la decarga e realizan en terminale epecializada. En el tranporte de viajero permite alta velocidade por lo que e ha convertido en un fuerte competidor del avión en ditancia de hata 700 kilómetro. Ofrece también una alta capacidad epecífica, lo que favorece que e implante en ervicio de alta denidad, tipo cercanía. En el ferrocarril e diferencian do ubmodo principale egún el objeto material del tranporte: el tren de mercancía y el de viajero (que también puede llevar equipaje o carga fraccionada aí como automóvile) Trene Junto a la caracterítica que tengan lo vehículo para la acomodación y para el tranporte de viajero o mercancía, hay cierto parámetro que condicionan la forma de operar de lo trene: - Tipo de tracción: puede er diéel o eléctrica. - Localización de la tracción en el vehículo: puede er ditribuida o concentrada, dando lugar a trene autopropulado y remolcado repectivamente. En el cao de tracción concentrada, lo vehículo motore o 10/61

11 /2 Uo de la energía en el tranporte locomotora tienen potencia de entre y kw, pudiendo llegar a remolcar carga de hata t. Eta limitación no e debida generalmente a la potencia de la máquina, ino a la adherencia y a la reitencia del gancho de tracción. - Tipo de rodadura: exiten vehículo de 2 o 3 eje y vehículo de bogie (4 a 6 eje) cuya longitud máxima e de 25 m. La carga etática por eje etá limitada normalmente a 22,5 t por eje en Europa y a 30 t por eje en Norteamérica. - La limitacione de gálibo para lo trene en Epaña on de 2,9 a 3 m de ancho y 4,3 m de altura obre el carril. La longitud de lo trene depende entre otro factore de la longitud de la vía de apartado, iendo un valor muy común en Epaña el de 750 m, aunque en otro paíe europeo on frecuente lo m y en Norteamérica de vario kilómetro. - El conumo de energía en lo trene depende de mucha variable, y iendo el rango de tamaño de lo trene muy grande, también lo e el de variación de lo conjunto. Pero puede dare un orden de magnitud de 0,03 a 0,045 kwh (energía final) por kilómetro por cada tonelada de maa del tren Aéreo El tranporte aéreo emplea vehículo má peado que el aire que vuelan in má contacto con la tierra que el que e produce en el proceo inicial y final del vuelo (aterrizaje, depegue y rodaje). En ete tipo de tranporte no e necearia la creación de infraetructura má allá del aeropuerto de origen y detino, de lo centro de control, de lo ervicio de navegación (lo que permite el tranporte obre o a zona deértica, dehabitada, o a travé de orografía compleja) y de lo centro de inpección y mantenimiento, neceario para el correcto funcionamiento de la aeronave y u itema. Ete modo de tranporte permite alta velocidade, epecialmente útile en larga ditancia, y e utiliza tanto para tranporte de viajero como de mercancía iendo, en ete último cao, idóneo para mercancía de una maa pequeña y de alto valor añadido. Lo Etado utilizan para u neceidade de tranporte tanto la aviación civil como la militar. Si bien exite en determinado paíe (o alianza), una elevada capacidad de tranporte aéreo militar, en ete trabajo no referiremo a la aviación civil que e la empleada en el tranporte. La aviación civil e puede claificar atendiendo a lo medio que emplea, al fin a que e detinan eo medio, a la ditancia a la que operan, a la maa al aterrizaje, etc. La primera gran claificación e puede efectuar entre la aviación general y deportiva y la aviación comercial. Dentro de la aviación civil comercial e encuentran lo trabajo aéreo y el tranporte aéreo. A u vez, el tranporte aéreo puede claificare por la ditancia a recorrer, en: corto, medio, largo y ultra largo radio; por el alcance, en regional, domético, internacional e intercontinental; por lo tranportado, e claifica en carga, paajero y mixto; por el tipo de ervicio, en regular y chárter, etc. Avión En la aeronave, e puede ditinguir entre la de ala fija (avión) y la de ala rotatoria (helicóptero). A u vez, dependiendo de la motorización, pueden etar 11/61

12 Uo de la energía en el tranporte /2 equipada con motor de pitón o motor de reacción. Dentro de lo motore de reacción podemo ditinguir entre turborreactore, turbo fan y turbo hélice. E conveniente puntualizar que en el turbo hélice la potencia tractora e tranmite, fundamentalmente, a una hélice. La aeronave de tranporte civil de paajero y carga tienen un rango amplio de velocidade entre lo 200 km/h y km/h. La cota de tangencia máxima varía con el tipo de aeronave y el trayecto, iendo uual, en tramo de ditancia media y larga, la operación entre lo y lo m. Lo recorrido pueden ir dede lo 300 a lo km, tranportando dede un paajero(aviación ejecutiva) hata 800 paajero (Airbu A-380). La aeronave de tranporte de paajero y carga utilizan motore de pitón (uualmente en aviación general, deportiva, trabajo aéreo, etc.) o motore a reacción ya ean turbohélice o turbo fan. El número varía en virtud de lo tipo de aeronave pero habitualmente ocila entre uno y cuatro. Lo impulo (fuerza de empuje) por motor en lo motore a reacción varían entre lo 15,6 kn de un Allied Signal TFE que equipa alguna aeronave ejecutiva a lo 504,9 kn de un General Electric GE90-113B que equipa alguno de lo má grande avione en ervicio como el Boeing B-777(ICAO, 2007) Marítimo El tranporte marítimo e realiza en buque de divero tipo, por océano, mare, río, canale y lago, iendo u campo de actuación el tranporte de grande maa a ditancia media o grande, y también tranporte de mercancía y perona entre territorio que no etán unido por tierra o que no lo etán con una ditancia razonable. El tranporte marítimo etá conociendo un gran incremento en lo último año, debido a la expanión de la demanda de China e India, a la globalización de la economía y a la delocalización de la producción. Ello e traduce en un fuerte incremento de lo tranporte realizado, de lo precio (denominado flete en ete ector), de la contrucción de nuevo buque, y una reducción importante de lo buque que e deguazan o que etán inactivo por falta de carga. El ámbito del tranporte marítimo e mundial. Aunque exiten traporte nacionale o regionale (cabotaje), lo grande movimiento on de ámbito oceánico; la naviera operan en paíe diferente del propio (y también abanderan u buque en el propio paí o en tercero paíe), lo que hace que la norma, uo y cotumbre de ete tranporte ean de ámbito planetario, el idioma utilizado ea el inglé en la definición de todo lo término y diponga de unidade propia de ditancia (1 milla náutica=1,85 kilómetro) y de velocidad (1 nudo=1 milla/hora=1,85 km/h). El tranporte marítimo e realiza por emprea denominada naviera (que pueden er o no er propietaria del buque), a la que contratan el tranporte o bien el cargador (propietario de la mercancía) o bien un operador logítico a quien ha contratado el cargador. El tranporte e puede realizar de do forma: - Línea regular (con fecha y puerto de ecala previto y publicado y en principio de uo público para todo lo cargadore y operadore intereado) y - Tramp (equivalente al tranporte dicrecional) contratado para hacer un tranporte determinado por un único cargador u operador. En mucha ocaione ete tipo de ervicio e hace por contrato a largo plazo que incluo pueden 12/61

13 /2 Uo de la energía en el tranporte implicar la contrucción de buque epecífico y cuyo contrato e uado en mucho cao como garantía de la financiación requerida para la contrucción. (Hay que tener en cuenta que el proceo de dieño y contrucción de un buque uele er de uno do año y en el momento actual de ocupación completa de lo atillero puede llegar a 5 año, con lo que la neceidad de financiación y el importe de éta e muy importante). Buque Lo buque on vehículo que flotan obre la uperficie del agua y que e mueven utilizando motore de divero tipo y, en alguno cao (olamente en el campo de buque de recreo e empleado) vela que aprovechan el impulo del viento. Dado que lo recorrido que realizan pueden er muy largo (normalmente mile de kilómetro) y la velocidad baja (máxima del orden de 50 km/h alvo lo ferrie) y que on totalmente autónomo, lo buque on ciudade flotante que deben tener una gran autonomía y que en realidad pueden er coniderado, a efecto de funcionamiento, como un tranporte (Bodega/Tanque de carga), una fábrica (Cámara de máquina) y una reidencia (Habitación). Lo buque etán caracterizado por u longitud (denominada elora ), u anchura manga y u altura a cubierta (denominada puntal ), El deplazamiento, medido en tonelada, e la uma del peo en roca (maa del buque denudo) y el peo muerto (maa de la carga, latre má la maa de lo conumo). Hay buque de hata 450 metro de elora y hata tonelada de peo muerto. La capacidad de carga e de una media aproximada del 80% del peo muerto. Lo buque e pueden claificar, egún u uo, en: - Militare; pequero; - Deportivo y de recreo; - No tranporte (draga, remolcadore, off hore, bote de ervicio, etc.); y - De tranporte. Por lo que e refiere a lo buque detinado al tranporte de mercancía y/o de perona, la claificación egún el tipo de carga, (egún EUROSTAT)e la iguiente: - Buque para granele ólido (carbón, hierro, grano, otro.) - Buque para granele líquido (petróleo y derivado, ga licuado) - Buque para portacontenedore - Buque para carga general (para chatarra, mercancía no contenerizada, aunque eto buque a vece llevan también contenedore). - Buque para paajero/ferry/roll on roll off. Dentro de cada uno de eta clae e agrupan, a u vez, divero tipo de buque. En el movimiento de lo buque pueden ditinguire la iguiente fae de u ciclo operativo: - Crucero que e, etapa del ciclo en la que el buque navega a u velocidad de dieño, uualmente a potencia alrededor del 80 % de la potencia de propulión intalada. (E la fae fundamental de navegación por lo mare, canale y río) - Maniobra (de acercamiento y atraque en el puerto de detino o de alida) - Atracado/Fondeadero en puerto. En eta fae e pueden ditinguir a efecto de conumo energético entre la etapa con operacione de carga y decarga (en la 13/61

14 Uo de la energía en el tranporte /2 que egún el tipo de buque el conumo de energía e ignificativamente mayor) y la etapa de atraque/fondeo in operacione en la que el conumo de energía e el requerido por la habitabilidad del buque y de la carga. Lo buque, en u mayoría, etán movido por hélice accionada por un motor diéel (con rendimiento de fábrica del orden de 160 a 190 g/kwh) con una tranmiión mecánica entre ambo. (El rendimiento aproximado de la hélice y caco del buque e del 60% y de la tranmiión del 97%) En alguno cao, la hélice on accionada por motore eléctrico que reciben la energía de grupo embarcado motor (diéel)-alternador. Alguno buque má antiguo etán movido por un itema caldera de vapor-turbina de vapor. Epecíficamente alguno buque detinado al tranporte de ga licuado e mueven por una turbina de vapor que e abatece de una caldera que e alimenta parcialmente con gae evaporado de la carga. Para lo ervicio auxiliare (mantenimiento y refrigeración de la carga, manipulación de la mima, carga y decarga, otro ervicio del buque y ervicio de lo tripulante) e dipone de grupo generadore de electricidad formado, cada uno, por un motor diéel y un generador de electricidad. E común diponer una toma de fuerza del motor propulor para conectarla a un generador eléctrico para obtener electricidad del motor propulor. Eta toma etá retringida a u uo en la etapa de crucero y en buque epecialmente preparado durante la etapa de maniobra ya que u uo requiere un funcionamiento del motor propulor a revolucione contante. En el cao de lo buque de tranmiión diéel eléctrico, lo propio generadore acoplado a lo motore diéel alimentan tanto al motor eléctrico que mueve la hélice como a lo conumo auxiliare. Por lo que e refiere a lo combutible utilizado en lo buque, on fundamentalmente de tre tipo: - Reidual fuel oil, derivado reidual del petróleo, de alto contenido en azufre que puede llegar al 7 % (Media 2,7 %).Por ello u uo etá limitado en mucha área y en lo puerto de manera general, donde etá limitado el porcentaje de azufre (como por ejemplo en el mar Báltico) o incluo prohibido u uo. Debido a u alta vicoidad, en epecial a temperatura fría, debe er calentado para traegarlo y para u uo en lo motore propulore o auxiliare u denidad media e de 990 kg/m 3 y u poder calorífico entre y kj/kg. - Marine diéel oil, derivado detilado del petróleo (con denidad de 890 kg/m 3 y poder calorífico entre y kj/kg) - Marine ga oil derivado detilado del petróleo (con denidad 820 kg/m 3 y poder calorífico entre y kj/kg) También, como e ha indicado, en ocaione e emplea el ga excedente del tranporte para la caldera de ga o directamente ga natural en lo motore combutión interna, epecialmente en zona má enible a la contaminación. Como e deduce de lo expueto, el mimo buque uele utilizar divero combutible, por lo que uelen etar equipado de un dipoitivo de cambio de combutible. El criterio de claificación de lo motore má uado e egún la velocidad de giro: Motore lento. Su velocidad de giro e entre 80 y 300/400 normalmente entre 80 y 140 revolucione por minuto. Se utilizan como motore propulore y on lo de menor conumo epecífico, permitiendo el uo de fuel oil de alta vicoidad. 14/61

15 /2 Uo de la energía en el tranporte Motore emirápido, u velocidad de giro etá de entre 300/400 y revolucione por minuto. Se utilizan como motore propulore y generadore y uan fuel oil o diéel oil. Motore rápido. Su velocidad de giro e de má de revolucione por minuto, e uan como motore generadore o en buque de pequeño tamaño como motore propulore. Debido a que queman ga oil, u uo en la marina mercante e reducido Tubería El tranporte por tubería permite deplazar líquido o gae impulado por un motor a travé de oleoducto o gaoducto. Se caracteriza por baja velocidade, permitir el tranporte de grande volúmene de mercancía peligroa con cote bajo y logrando una diponibilidad inmediata. Se utiliza para el tranporte de combutible, líquido tale como petróleo y producto refinado, y de gae. El tranporte por tubería e una tecnología, entendiendo por tal un conjunto de conocimiento técnico que hacen poible la implantación (proyecto y contrucción) y la explotación de intalacione de ete tipo (oleoducto, gaoducto, etc.). En eencia, el tranporte por tubería e la tecnología opueta al aprovechamiento energético de una corriente de fluido (Cegarra, 2007). En éte e extrae la energía del fluido en movimiento dentro de la tubería (conducción forzada) mediante la turbina. En la tubería, por contra, e inyecta en el fluido la energía necearia, en u cao, para mantener el movimiento, mediante la máquina invera (bomba o compreor). E decir, el tranporte por tubería e un conumidor de energía, como cualquier otro modo de tranporte. Aí que, en el cálculo y análii de la rede de tubería, e muy importante llegar a conocer la variación de la energía (cinética, potencial de preión y gravitatoria) contenida en el fluido a lo largo de la conducción, en el proceo de u movimiento por el interior de la tubería, y de ahí deducir que cantidad de energía, y en qué punto conviene inyectarla en el fluido para mantener u movimiento, lo que en definitiva determina la potencia a intalar en la etacione de bombeo o de compreión y u ubicación. La etacione e conectan normalmente a la red eléctrica en media tenión de ditribución y emplean motore trifáico. En oleoducto la etacione de bombeo e encuentran cada km y u potencia e de 0,5 a 1 MW. La etacione de compreión de lo gaoducto etán ubicada cada km y tienen una potencia algo uperior de alrededor de 1 MW Cable y cinta El tranporte por cable emplea itema concebido para tranportar mercancía o perona en vehículo remolcado por arratre, upendido de cable o tirado por cable, etando colocado dicho cable a lo largo del recorrido efectuado. Ete modo de tranporte no e repreentativo como itema de tranporte público pueto que utilizado actualmente en intalacione deportiva, mina o fábrica. Lo mimo puede decire de la cinta tranportadora. 15/61

16 Uo de la energía en el tranporte / Reumen de modo de tranporte En la tabla e reumen la principale caracterítica de lo modo de tranporte Modo de tranporte Carretera Tabla 1. Cuadro reumen de lo modo de tranporte Medio de tranporte (vehículo) Infraetructura (vía) Tranportan Entorno Obervacione Generale Para fluido Mercancía Paajero Automóvil / camión Camión citerna Carretera x x Terretre Ferrocarril Vagón de ffcc Vagón citerna Vía férrea x x Terretre Tubería x Terretre y acuático Marítimo Buque / barcaza Buque tanque Puerto x x Acuático Aéreo Avión Avión citerna (nodriza) Tubería Aeropuerto x x Atmófera Por cable Cabina / cubeta Cubeta Funicular / teleférico x x Terretre Fuente: Cegarra Plané (2007) Paajero y todo tipo de mercancía Vehículo = vía Fluido energético y otro (agua, etc) Paajero y todo tipo de mercancía Paajero y cierto tipo de mercancía 16/61

17 /2 Uo de la energía en el tranporte 2. CONSUMO Y FLUJOS DE ENERGÍA EN EL TRANSPORTE El movimiento de lo vehículo de tranporte requiere una aportación importante de energía, que en el cao de lo vehículo privado, e traduce en el uminitro de gaolina o de gaóleo al coche, y por ello, e trata de una neceidad energética bien conocida para la mayor parte de lo ciudadano. Sin embargo, el conumo de energía en el tranporte e algo má complejo, pueto que éta e emplea en otra etapa del proceo de tranporte Actividade en el tranporte que conumen energía Dentro de lo proceo de tranporte, e pueden ditinguir tre tipo de actividade que conumen energía: Contrucción y mantenimiento de infraetructura. E neceario el empleo de energía para la contrucción y el mantenimiento de la infraetructura del tranporte, ya ea de camino o de terminale. En ete apartado e puede incluir la energía necearia para el movimiento de tierra, para la excavación de túnele, para el tralado de la tierra excedente a vertedero o a punto de aporte, la fabricación de cemento y hormigón, etc. Como eto conumo de energía on realizado por emprea contructora dentro de u actividad ordinaria, en la etadítica no on imputado al ector tranporte, ino al de la contrucción. Contrucción, final de vida y mantenimiento de vehículo. Para la fabricación, deguace o reciclado y mantenimiento de vehículo también e emplea energía, incluyendo la necearia para la extracción y elaboración de la materia prima; para la fabricación y el tranporte de pieza y componente; para el montaje del vehículo; para el tranporte del mimo ante de u entrega, etc. Debe incluire también la energía necearia para u deguace o fragmentación final. Eto conumo aparecen etadíticamente imputado al ector indutrial, con la excepción del conumo de energía de lo tallere de mantenimiento de trene, avione y barco, que en ocaione e imputan al tranporte. Explotación del tranporte. El conumo de energía para la explotación del tranporte e el que produce directamente movimiento de lo vehículo y otro ervicio auxiliare, tanto en lo propio vehículo (calefacción, aire acondicionado, iluminación), como en la infraetructura (terminale, eñalización, etc.). Lo conumo de lo vehículo, tanto para el movimiento como para lo auxiliare pueden er directo, (entendiendo por tale lo producido por un ervicio comercial), o indirecto (entendiendo por tale lo que e producen en movimiento en vacio, o en el etacionamiento de lo vehículo entre ervicio). 17/61

18 Uo de la energía en el tranporte /2 Figura 1. Uo de la energía en el tranporte Fuente: García Álvarez (2006) Lo conumo de explotación, que e caracterizan (a diferencia de lo de la contrucción) por er recurrente o repetitivo, y e producen en cuatro ámbito o tipo de actividade: Energía para el movimiento de lo vehículo (o para la impulión del fluido o ga en la tubería). Eta parte del conumo de energía e la má importante cuantitativamente y la má caracterítica del tranporte. Por ello, a ella e le dedicará la mayor atención en ete etudio. Energía para lo ervicio auxiliare de lo vehículo. Se entiende por ervicio auxiliare en lo vehículo, tanto que denominaremo técnico, que lo neceario para el funcionamiento de vehículo (ventiladore de lo motore, lo compreore, etc.); como lo comerciale, que on lo requerido para el confort de lo viajero o la conervación de la carga (calefacción, refrigeración, iluminación, funcionamiento de la cafetería, etc.). En el paado, eto ervicio eran muy reducido y e atendían de forma diferenciada y dipera, pero el aumento de lo requerimiento de confort a bordo de lo vehículo ha hecho que ete conumo pae a er ignificativo. El uminitro de eta energía e va confundiendo cada vez má con el de la energía requerida para el movimiento de lo vehículo, por lo que u etudio requiere un conocimiento adecuado de uno y otro. Energía para ervicio auxiliare de la infraetructura, que incluyen, por ejemplo, lo conumo de iluminación de túnele o de tramo de la vía, la calefacción de aguja del ferrocarril, lo panele informativo luminoo en carretera, la alimentación a itema de eñalización y comunicacione, etc. Energía para el funcionamiento de terminale y otro uo. Se incluyen en ete apartado el conumo de energía para iluminación y climatización de aparcamiento, terminale y etacione, tallere y oficina; y en general todo lo conumo del itema de tranporte que e requieren para u funcionamiento ordinario y que no etán incluido en lo anteriore. Eto conumo no tienen un gran peo relativo dentro del conjunto (con alguna excepcione como alguno ferrocarrile metropolitano)ni preentan, en 18/61

19 /2 Uo de la energía en el tranporte general, rago diferenciale en cuanto a u getión en el tranporte repecto a otro ectore, por lo que ólo e hará mención a ello cuando e etime que ello e relevante por alguna razón. Lo do primero tipo de lo conumo de explotación pueden denominare como conumo de lo vehículo y lo do último como conumo diferente de lo de lo vehículo. El conumo de energía por lo vehículo (para tracción y ervicio auxiliare), que impropiamente, y en conjunto, uele denominare genéricamente como conumo de energía para tracción, upone la mayor parte del conumo energético del tranporte Energía necearia para el mantenimiento y otro conumo indirecto Conumo de mantenimiento Una parte de la energía que e emplea para el mantenimiento depende directamente del uo de lo vehículo, por ejemplo la energía necearia para fabricar el aceite de lubricación; lo neumático de lo vehículo de carretera o la rueda de lo vehículo ferroviario, que deben er reemplazada cada cierto número de kilómetro. Igual ocurre con alguno cote de mantenimiento de la infraetructura. Dependiendo del objeto del análii podría er neceario añadir al conumo derivado de la circulación del vehículo lo conumo energético marginale producido por el mantenimiento del vehículo y en u cao, de la infraetructura. Movimiento en vacío Por otra parte, ademá de lo conumo directo producido por el movimiento comercial, en lo vehículo exiten otro conumo de explotación que no pueden imputare directamente a un ervicio concreto. Aí ocurre con la energía empleada en lo movimiento en vacío, o la conumida por lo auxiliare de lo vehículo cuando éto e encuentran detenido pero con una parte de lo ervicio auxiliare en funcionamiento. También dependiendo del objeto del etudio puede er conveniente tener en cuenta eto conumo indirecto, aplicando un coeficiente de mayoración al conumo neceario para el movimiento y lo auxiliare Comparación de la energía empleada en la explotación del tranporte Para la evaluación comparativa y aproximada de uno y otro uo de la energía e empleará el ferrocarril que, en el cao de la emprea ferroviaria integrada (que realizan tanto la explotación de la infraetructura como la operación de lo ervicio de tranporte), ofrece una panorámica batante completa, tanto de tipo de uo de la energía, como de combutible y vectore energético empleado. Si e analizan, por vía de ejemplo, lo dato de una emprea ferroviaria integrada (que getiona la infraetructura y ademá ofrece ervicio de tranporte) como era Renfe en 2002, e oberva que el conumo para uo ditinto de lo propio de lo trene repreenta el 11,6% de la energía conumida en termia, y un porcentaje ligeramente uperior (alrededor del 13%) del gato económico (debido al menor precio unitario de la energía para uo de lo trene). 19/61

20 Uo de la energía en el tranporte /2 Figura 2. Uo de la energía y vectore energético empleado en el ferrocarril como ejemplo de un modo de tranporte integrado 913,5 M te (101,2 M l) 1.743,2 M termia (2.027 GWh) 88,4% Conumo de lo trene 50,6 M te 70,4 M te (7,8 M l) M termia (264 GWh) 11,6% Conumo diferente de lo trene 1,6% 32,7% 65,7% Ga Gaóleo Electricidad Fuente: García Álvarez (2006) La mayor parte de la energía e de origen eléctrico, pero éta e una ingularidad del ferrocarril y de la tubería Flujo de energía Para el análii del conumo de energía en el tranporte, en la parte que e refiere a la energía conumida por lo vehículo, reulta báico diponer de una viión de conjunto obre lo diferente tipo de tracción y de uminitro a lo ervicio auxiliare; lo vectore energético utilizado en cada cao; y la fuente de energía empleada. Eto e de ingular importancia por cuanto el uminitro de energía e una cadena cuyo efecto deben analizare en u conjunto. Aí, e engañoo penar que un vehículo e epecialmente eficiente porque lo ea u itema de propulión i emplea un vector energético que e produce con un rendimiento muy bajo o con un nivel de emiione alto. Ello reulta epecialmente relevante cuando e compara la tracción eléctrica con la producida por lo motore térmico (diéel o de gaolina, por ejemplo). En el primer cao, lo vehículo on muy eficiente, pero el rendimiento energético global e ve muy condicionado por la etructura de generación de electricidad y por la pérdida en el tranporte de electricidad. Según lo cao, pueden llegar a apreciare rendimiento globale imilare en ambo itema. Para una mejor compreión del problema, el flujo de energía conumida por lo vehículo puede medire para u análii, de forma genérica para todo lo modo de tranporte y tipo de tracción, en cuatro punto de control que, comenzado a decribirlo dede el fin de la cadena (en coherencia con el enfoque de abajo a arriba de ee trabajo), erían lo iguiente: Energía útil, ería la energía realmente utilizada para el movimiento del vehículo (medida en llanta, en hélice, en rueda o en ala); y la energía empleada para lo ervicio auxiliare (medida en la entrada de lo equipo conumidore de eta energía). Energía final ería la energía que entra al vehículo, que e el reultado de umar a la energía útil, la energía que e pierde en lo proceo de 20/61

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