Introducción a la Economía de la Energía

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1 Introducción a la Economía de la Energía Tema I: Naturaleza de la energía y otros aspectos básicos Daniel H. Bouille Fundación Bariloche 1

2 Naturaleza Física de la Energía Al analizar los aspectos físicos de la energía se distingue entre: Esencia (única) Manifestaciones (formas de energía) (Varias) Energéticos (fuentes de energía) (Muchas) Aunque puede manifestarse en diferentes formas, la esencia física de la energía es una sola. Definición (noción física de la energía): capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo Definición de trabajo : acción 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 calorías y ciertos tipos de trabajo mecánico producen calor. La caloría es una medida de calor. 2

3 Naturaleza Física de la Energía Definición de caloría (cal) : cantidad de calor que, entregada a 1 gr de agua a 15 grados centígrados eleva su temperatura en un grado centígrado. El trabajo se puede transformar en calor y el calor en trabajo. El calor es una forma de energía. Joule estableció la equivalencia entre trabajo y calor : 1 cal = 0,437 Kgrm Joule define una unidad de medida de energía del siguiente modo: 1 joule = 0,24 cal Definición de Potencia: es el cociente entre trabajo (T) y el tiempo empleado en realizarlo (segundo). P = T / segundo Así, el watio (W) es una unidad de potencia que se define como: W = joule / segundo 3

4 Formas de Energía Energía Radiante Fotosíntesis Fuentes solares Energía Nuclear Acumuladores Electrólisis Energía Química Incandescente Pilas Nucleares Reacciones Exotérmicas Geotermia Reacciones Endotérmicas Energía Eléctrica Efecto Joule Efecto termo-iónico Energía Térmica Motores Eléctricos Dínamos-Alternadores Energía Mecánica Máquinas Térmicas Frotamiento 4

5 Principios de la Termodinámica Primero: Principio de Conservación de la Energía: La energía no se crea ni se destruye, se conserva. Es decir que ninguna maquina teórica puede crear energía. La energía producida es equivalente a la energía recibida. Esto significa que la producción de energía implica en realidad la transformación de una forma de energía en otra. Formas de energía Calor (Energía Térmica) Trabajo (Energía Mecánica) Radiación (Energía Radiante) Combustión (Energía Química) Flujo de Electrones (Energía Eléctrica) Puesto que la esencia de la energía es una sola, de acuerdo con el principio de conservación de la energía es posible establecer relaciones 5de equivalencia entre las diferentes formas de energía.

6 Segundo Principio de la Termodinámica Principio de Entropía : El rendimiento de la transformación de una forma de energía en otra es siempre inferior a uno. Es decir que, si se designa con E R la energía entregada, con E P la energía producida, con η al rendimiento y con p a las pérdidas, se tiene que: E R η E P E P / E R < 1 p Esto implica que no existen máquinas perfectas, con rendimiento de 100%. La noción de pérdidas no significa que la energía perdida desaparece; sin embargo, la calidad de esa parte de la energía se degrada de modo tal que no puede volver a ser utilizada. Es decir que, si se tuviera un sistema termodinámico cerrado, la Entropía del sistema iría en constante aumento hasta que el sistema quedaría inerte por falta de energía. La tierra es un sistema termodinámico abierto, puesto que recibe la energía solar. 6

7 Fuentes de Energía Los energéticos o fuentes de energía pueden tener el carácter de Primarias o Secundarias Las fuentes de energía primaria son aquellas que se obtienen directamente de la naturaleza, sin que medie ningún proceso de transformación energética. 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 renovación. A escala humana, todos los recursos energéticos fósiles son no renovables. Algunos de los recursos energéticos renovables son en realidad condicionalmente renovables (Vgr.: ciertos tipos de bosques, algunos recursos hídricos). 7

8 Fuentes de Energía Primaria Principales Fuentes de Energía Natural o Primaria Fuentes No Renovables Petróleo Gas Natural Carbón Mineral Uranio Fuentes Renovables Energía solar Energía eólica Hidroenergía Geoenergía Combustibles vegetales Endoenergéa (energía animada) 8

9 Fuentes de Energía Secundaria Las Fuentes Secundarias de energía resultan de uno o mas procesos de transformación de las fuentes primarias de energía Derivados del Petróleo Naftas Kerosene GLP Gas Oil Fuel Oil Asfaltos... Derivados del Gas Natural Metano (Gas Distribuido) Propano Butano Etano Gasolina Electricidad Carbón de leña 9

10 Unidades Energéticas Múltiplos de las de medida de energía y potencia (gramos) Kilo (K): 10^3 Mega (M): 10^6 Giga (G): 10^9 Tera (T) : 10^12 Principales equivalencias: 1joule= 0,24 cal 1joule = 0,102 Kgrm 1Kcal = 4,1855 Kjoule = 1,16 Wh 1HP = 746 W 1KWh = 860 Kcal 1MBTU = 252 Mcal 10

11 Otras Unidades Energéticas Todas las fuentes de energía, sean primarias o secundarias, tienen sus unidades propias (m 3, KWh, tn, etc); sin embargo, todas ellas pueden expresarse en unidades equivalentes. Así, por ejemplo, la energía contenida ( poder calórico inferior resultante de la combustión) contenida en 1 tn de petróleo es 10 * 10 6 kcal. De este modo, la tonelada equivalente de petróleo ( tep) o sus fracciones pueden ser utilizadas como unidades de medida para todos los energéticos. 1 tep = 10 * 10^6 Kcal 1 bep (barril equivalente de petróleo) = 0,137 tep = 137 Kep 1 m3 de Gas Natural (poder cal. Inf.) = 8836 Kcal = 0,8836* 10-3 tep 1 m3 de Gas Natural (poder cal. Sup.) = 9300 Kcal 1 Kgr de Carbón Mineral = 7200 Kcal = 0,72 Kep 1 Kgr de leña (dura) = 2300 Kcal = 0,23 Kep 11

12 Otras Unidades Energéticas 1 litro Nafta = 7607 Kcal = 0,7607 Kep 1 litro Kerosene = 8322 Kcal 1Kgr Nafta = Kcal 1 litro Gas oil = 8619 Kcal 1 litro Fuel oil = 9261 Kcal 1Kgr Kerosene = Kcal 1Kgr Gas oil = Kcal 1Kgr fuel oil = 9800 Kcal Electricidad: Consumo: Producción: 1 MWh = 0,086 tep 1 MWh = 0,2234 tep Rendimiento medio: 38,5 % 12

13 Cadenas Energéticas Petróleo Exportación Exportación (Recursos Naturales) Reservas Producción Transporte Refinación de Petróleo Transporte y Almacenamient o de Derivados Distribució n Y Comercialización Consum o Final Electricidad De otras Cadenas Energéticas (Petróleo, Gas Natural) Importación Importación Otras cadenas Energéticas (Centrales Eléctricas) (Recursos Naturales) Potenciales Generación Eléctrica Transmisió n Distribución Comercial ización Consumo Final 13

14 Definiciones básicas Energía bruta: Es aquella energía primaria y/o secundaria a la que no se le han deducido las pérdidas de transformación, transmisión, transporte, distribución y almacenamiento. Energía neta: Es aquella energía primaria y/o secundaria cuyo destino es el consumo y a la que se le han deducido las pérdidas antes señaladas. Energía final: Es aquella energía primaria y/o secundaria que es utilizada directamente por los sectores socioeconómicos. Es igual a la energía neta menos el consumo propio del sector energía (incluye a la energía utilizada como no energética). Energía útil: Es la energía neta a la que se le han deducido las pérdidas de utilización de los equipos o artefactos donde se consume a nivel del usuario y se transforma en satisfactor de los usos energéticos. Se aplica tanto al consumo propio como al consumo final y con fines productivos. Perdidas: Hay varios tipos. Las originadas en el transporte, almacenamiento, transmisión y distribución de fuentes primarias y secundarias; la producida pero no utilizada (venteo de gas, leña no recolectada, residuos de biomasa no utilizados); las originadas en centros de transformación y las que se generan a nivel del usuario. En general, el concepto de Pérdidas no incluye el No Aprovechado o no utilizado que se maneja como concepto separado. 14

15 Centros de Transformación Metano Gas Natural Planta Separadora de Gas Propano Butano Etano Gasolinas 15

16 Centros de Transformación Naftas Petróleo Crudo Refinería de Petróleo GLP Kerosene Combustible Jet Gas Oil Fuel Oil Asfaltos

17 Centros de Transformación COQUE GAS DISTRIBUIDO NAFTA PLANTA DE PRODUCCION DE GAS COQUE CARBON MINERAL NO ENERGÉTICO PERDIDAS 17

18 Centros de Transformación (Primarias) Carbón Mineral Gas Natural Leña Solar Eólica Geotermia Nucleoenergía Hidroenergía (Secundarias) Gas Distribuido Fuel Oil Gas Oil Centrales Eléctricas Electricidad 18

19 Energía a Final y Útil F 1 Energía Final o Neta F 2 : Aparatos de Utilización Energía Útil EU Usos F n Pérdidas 19

20 En SíntesisS ntesis fuente energética: (leña, electricidad) energía neta equipo o artefacto (cocina, lámpara) energía útil Rendimiento Uso (cocción, iluminación) DESARROLLO SOCIOECONÓMICO BIOGEOGRAFÍA HABITOS CULTURALES Necesidad (alimentación, vivienda) 20

21 Energía e innovaciones tecnológicas 21

22 INNOVACIONES TECNOLÓGICAS VINCULADAS AL CARBÓN MINERAL Primera bomba de vapor (Savery 1698) Primer motor de vapor (Newcomen 1712) Desarrollo de la Teoría 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) 22

23 INNOVACIONES TECNOLÓGICAS VINCULADAS A LA ELECTRICIDAD Teoría de inducción electromagnética (Faraday 1831) Generador manual (Piseri 1832) Primer motor eléctrico (Davemport 1834) Desarrollo de la turbina hidráulica moderna (Francis 1849) Generador eléctrico (Jedlic-Siemens ) Primera central Pública (Edison 1881) 23

24 INNOVACIONES TECNOLÓGICAS VINCULADAS A LOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO Motor Otto a gasolina (1886) Perfeccionamiento del motor de combustión interna (1920) Invención del motor diesel (1920) 24

25 UNA OBSERVACION INICIAL: EL USO VARIADO DE LAS FUENTES ENERGETICAS ESTÁ CONDICIONADO POR EL DESARROLLO TECNOLOGICO 25

26 FIN MODULO I 26

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