1ENERGA, ECONOMA Y MEDIO AMBIENTE EN PROCESOS INDUSTRIALESAutor:ANDRS AMELL ARRIETAPROFESOR UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAGRUPO GASURE - FACULTAD DE INGENIERAUn proyecto de:PROYECTO USO EFICIENTE Y RACIONAL DE ENERGAEN EL MARCO DEL PROGRAMA DE PRODUCCIN MS LIMPIADEL REA METROPOLITANA EN EL VALLE DE ABURREjecuta unin temporal:Uso eficiente y racional de energaLIBRO N 2 ENERGA, ECONOMA Y MEDIO AMBIENTE EN PROCESOS INDUSTRIALESUna publicacin derea Metropolitana del Valle de AburrRICARDO SMITH QUINTERODirectorMARA DEL PILAR RESTREPO MESASubdirectora Ambiental Autor ANDRS AMELL ARRIETA. I.M., MScProfesor Universidad de AntioquiaGrupo GASURE - Facultad de IngenieraEjecutaUniversidad Nacional de ColombiaUniversidad Ponticia BolivarianaUniversidad de AntioquiaEQUIPO DE TRABAJO:Direccin del Proyecto Farid Chejne Janna, I.M., Ph.DUniversidad Nacional de ColombiaCoordinacin del Proyecto Universidad Nacional de Colombia: Sara Catalina Crdenas Castillo, I.Q.Universidad Ponticia Bolivariana: Katerina Mara Snchez Parra, I.Q, MSc.Universidad de Antioquia: Andres Amell Arrieta, I.M., MSc.Co-autorMARIO ALEJANDRO SNCHEZ, Est. I.M.Universidad de Antioquia - Grupo GASURE - Facultad de IngenieraInterventora Mara Helena Gmez Gallo, I.S. EspecialistaProfesional Universitario rea Metropolitana del Valle de AburrGustavo Londoo, I.Q. MSc.Profesional Universitario rea Metropolitana del Valle de AburrCoordinacin de la Publicacin:Ocina Asesora de Comunicaciones rea Metropolitana del Valle de AburrFotografa portada Grupo GASUREImpresinCentro de PublicacionesUniversidad Nacional de ColombiaSede MedellnREGISTRO ISBN978-958-44-1377-2Primera EdicinImpreso en Medelln, Colombia - 2007Est prohibida la reproduccin parcial o total de sta publicacin y mucho menos para nes comerciales. Para utilizar informacin contenida en ella se debe citar fuente.3CONTENIDOPresentacin6Introduccin 81Importancia de la energa en el desarrollo histrico de la humanidad 92Formas en que se incorpora la energa a la economa y a la sociedad122.1Energa primaria 122.2Energa secundaria 132.3Energa nal132.4Energa til142.5Fuentes renovables de energa162.6Fuentes no renovables de energa 162.7Fuentes no convencionales de energa162.8Fuentes alternas de energa 163La energa en los procesos industriales173.1Introduccin173.2Tipos de energa nal en procesos industriales173.3Perl energtico en los procesos industriales203.4Clasicacin de los procesos industriales segn el nivel de temperatura253.5Parmetrospara el manejo de la energa en la industria y la clasicacin de los procesos 264Energa y economa304.1Importancia macroeconmica de la energa 304.2Laenerga y la economa en los procesos industriales 344.2.1 La intensidad energtica de un proceso industrial344.2.2 La funcin de produccin384.2.3 Energa y competitividad industrial 395Energa e impactos ambientales en procesos industriales.415.1Energa y ambiente: una interaccin de doble va. 415.2Impactosambientales de la energa en procesos industriales435.3Acercadel efecto invernadero.475.4Emisiones de gases de invernadero en proceso industriales.495.5Mitigacin del efecto invernadero.545.6Clculo del factor de emisin de los contaminantes gaseosos (FEx) y de la emisin de material particulado (MP) 53Bibliogra 58Anexos60Uso eficiente y racional de energaLista de FigurasFigura 1. Canasta energtica nacional. Consumo nal por fuente [2]13Figura 2. Conguracin de los sistemas energticos15Figura 3. Opciones posibles de suministro de energa elctrica en una planta. Wel: trabajo elctrico, Qp: carga trmica del proceso, Ep: calor sensible que se pierde con los gases a la atmsfera18Figura 4. Sistemas de calentamiento centralizado, decentralizado y directo [3]19Figura 5. Diagrama de proceso industrial textil acabados [4]21Figura 6. Perl energtico industrial textil-acabado [4]22Figura 7. Diagrama de proceso industrial textil confecciones [4]22Figura 8. Perl energtico industrial textil - confecciones [4]23Figura 9. Diagrama de proceso industrial de aluminio [5]24Figura 10. Perl energtico empresa de aluminio [5]24Figura 11. Relacin calor/electricidad y potencial de recuperacin de calor para diferentes procesos industriales [6]26Figura 12. Intensidad de energa contra factor de cargo para diferentes procesos [6]27Figura 13. Relacin calor/electricidad e intensidad energtica por proceso [6]27Figura 14. Evolucin de la intensidad energtica en los pases de la OCDE, TPS: suministro de energa primaria, GDP: Producto interno bruto, TFC: Consumo nal de energa [7]33Figura 15. Interaccin entre los sistemas energticos y el ambiente41Figura 16. Representacin esquemtica del efecto invernadero47Figura 17. Composicin tpica y relacin Hidrgeno/Carbono de los diferentes combustibles fsiles53Figura 18. Anlisis comparativo de emisiones de material particulado gas natural-diesel56Figura 19. Horno de fuel para fusin de cobre64Lista de tablasTabla 1. Relacin energa, crecimiento econmico y calidad de vida [1]. tep: toneladas equivalentes de petrleo10Tabla 2. Valorizacin energtica de una fuente primaria12Tabla 3. Clasicacin SIC para las empresas28Tabla 4. Desviaciones estndar de la relacin calor electricidad e intensidad energtica para diferentes sectores industriales segn las clasicacin SIC29Tabla 5. Comparacin de indicadores energticos de inters macroeconmico de Colombia con otros pases [1]325Tabla 6. Indicadores fsicos utilizados por empresas en el Valle de Aburr35Tabla 7. Descomposicin de la intensidad energtica fsica para sectores industriales en Indonesia [14]38Tabla 8. Matriz de impacto integrales40Tabla 9. Efectos globales de los contaminantes originados en la operacin de lossistemas energticos [15]42Tabla 10. Efectos de los contaminantes producto de la combustin [17]45Tabla 11. Rangos de temperatura de los procesos industriales [19]46Tabla 12. Factores de emisin de GEI para diferentes combustibles [23]48Tabla 13. Potencial de calentamiento atmosfrico de diferentes contaminantes [23]49Tabla 14. Sectores industriales intensivos en emisiones de CO2 [1]50Tabla 15. Emisiones de GEI en el sector PYMES de Indonesia [14]52Tabla 16. Factores de emisin y concentraciones base 3% oxgeno encontrados para gas natural y diesel de caldera en una caldera de 30 BHP [16]56Tabla 17. Consumos mensuales de energa, ejercicio 161Tabla 18. Poderes calorcos msicos de los combustibles62Tabla 19. Comparacin entre un horno funcionando con Fuel Oil sin recuperacin de calor y otro funcionando con GN y con recuperacin de calor66Uso eficiente y racional de energaUSO EFICIENTE Y RACIONAL DE LA ENERGA: UNA ALTERNATIVA PARA MEJORAR LA COMPETITIVIDAD Y LA PRODUCTIVIDAD DE LAS EMPRESAS DEL VALLE DE ABURREl rea Metropolitana del Valle de Aburr contina en la labor de asesorar y acompaar a los diversos sectores econmicos bajo su jurisdiccin, a travs de programas que les permitaalasorganizacionesindustriales,comercialesydeservicios,fortalecerseen trminos de productividad, competitividad y desempeo ambiental, con benecios para las empresas y para la regin.EnestaoportunidadlaEntidaddacontinuidadaesfuerzosanterioresenmateriade ProduccinMsLimpia,conunproyectoqueseconcentraenuntemaidenticado como prioritario: la energa. Se seleccion un grupo con amplia trayectoria en la materia, unaalianzadetresreconocidasinstitucioneseducativas:laUniversidadNacionalde Colombia, la Universidad Ponticia Bolivariana y la Universidad de Antioquia, las cuales conforman una Unin Temporal para la ejecucin y operacin del proyecto Uso Eciente y Racional de Energa para empresas que hacen parte de Programa de Produccin Ms Limpia que viene liderando el rea Metropolitana del Valle de Aburr.Laenerga,encualquieradesusformas,constituyeuneslabnestratgicoparala consolidacin del desarrollo econmico del pas, as como para lograr un mejor nivel de vida. Tambin, el uso de la energa elctrica o trmica representa uno de los costos que tiene mayor incidencia en los procesos productivos de las industrias, en la fabricacin de un producto o en la prestacin de un servicio determinado. Es por ello que los empresarios deben optimizarla, evitar desperdicios en su uso y propender por una eciente gestin y administracin de este recurso, acciones que implican cambios en la forma de pensar y actuar, de aquellas personas que estn directamente relacionadas con el manejo de los procesos consumidores de energa.Es frecuente encontrar que en las empresas no se mide el consumo de energa relacionado con el producto y se carece de indicadores que permitan valorar el costo por unidad de produccin o servicio; adicionalmente, no se controla el tipo de potencia de una mquina y su tiempo de operacin, en relacin con el valor del consumo energtico. Lo mismo sucede con el uso de la energa trmica, no se determina el consumo de combustible, sus caractersticas, su eciencia, la cantidad requerida y los impactos generados, entre otras variables.La eciencia en el uso de la energa, elemento imprescindible para la reduccin de los costosdeproduccinenlasempresas,puedeserlogradapordosvas:Unacostosa yfcil,atravsdelaimplementacindetecnologasproductivasdebajoconsumo;y otraeconmicaydifcil,puessedebenrealizarcambiosdehbitosenelusonalde la energa, con la tecnologa existente, lo que implica transformaciones en la forma de pensar y actuar de aquellas personas que estn directamente relacionadas con el manejo de los procesos que consumenenerga.Parece lgico agotar primero todos los potenciales de reduccin de costos de energticos queofreceelsegundocamino,apropsitodelasituacinactualdealtonivelde competitividad por precio y calidad del producto a la que estn sometidas las empresas, antesdecomenzarainvertirsignicativamente.Peroesimportantetenerencuenta quenoselograrningnavance,sinconsolidarunsistemaquegaranticeelptimo aprovechamiento y la evaluacin real de la recuperacin del dinero invertido.7Es un hecho que muchos de los problemas asociados con la energa en las empresas nosonslodendoletcnica,tambinsedebenaldesconocimientoyalaestructura creada para coordinar los esfuerzos y obtener un sistema sostenible de su uso racional. Engeneralunapequeaomedianaempresanomanejaycontrolasusconsumos energticos, no conoce a fondo la relacin entre energa consumida y produccin (as como energa no asociada a la produccin).De ah el inters del rea Metropolitana del Valle de Aburr en motivar la prctica de Uso Racional de Energa, partiendo de acciones como la seleccin de la fuente energtica, paraoptimizarsuproduccin,transformacin,transporte,distribucin,yconsumo, incluyendo su reutilizacin cuando sea posible. De esta manera, se constituye en una medida efectiva para propiciar el crecimiento econmico, el desarrollo social y, por tanto, el bienestar nacional, contribuyendo a la sostenibilidad del pas.En este sentido, el Congreso de la Repblica, mediante la expedicin de la Ley 697 de 2001, declar al Uso Racional y Eciente de la Energa URE como asunto de inters social, pblico y de conveniencia nacional. Con la promulgacin de esta Ley se sentaron las bases jurdicas necesarias para que el Estado pueda organizar, fomentar e impulsar el criterio URE y promover la utilizacin de las energas alternativas de manera efectiva en Colombia.Igualmente, se cuenta con el Decreto 3683 de 2003, por medio del cual se reglamenta laLey697de2001ysecreaunaComisinIntersectorial.ElobjetivodelDecretoes reglamentarelusoracionalyecientedelaenerga,paraasegurarelabastecimiento energticoplenoyoportuno,lacompetitividaddelmercadoenergticocolombiano,la proteccin al consumidor y la promocin de fuentes no convencionales de energa, dentro del marco del desarrollo sostenible y respetando la normatividad vigente de ambiente y los recursos naturales renovables.Para que la cultura URE quede denitivamente instaurada en el pas, se requiere que el mercado de servicios energticos comience a funcionar, incluyendo tanto los actores deoferta(empresasdeconsultora,universidades)comodelademanda(sectores productivo,nanciero),crendoseasunnuevosegmentodemercadoenergticoen Colombia.JustamenteaestainiciativaleapuestaLaEntidadatravsdelproyecto deasesorayacompaamientoalasempresasquehacenpartedelosconveniosde Produccin ms Limpia.Esta publicacin hace parte de un conjunto de 10 libros en temas como: A dnde va a caer este globo?, Energa, economa y medio ambiente, Administracin de los recursos energticos,Usoecientedelaenerga:Conceptostermodinmicosbsicos,Manejo de combustibles, Uso eciente de la energa en sistemas trmicos, Uso eciente de la energa elctrica, Tecnologas de conversin y recuperacin de la energa: convencionales ynuevastendencias,Lossistemasenergticosindustrialesysurelacinconlasalud ocupacional y Anlisis energtico industrial del Valle de Aburr.Este material es una herramienta que orienta y favorece la aplicacin de la Produccin Ms Limpia, una alternativa que va en la direccin de la autorregulacin y el entendimiento de la dimensin ambiental como un factor que incide de manera positiva en la competitividad de las empresas. RICARDO SMITH QUINTERODirectorUso eficiente y racional de energaIntroduccinLaenergaensusdiferentesmanifestacionesseconstituyeenlosprocesos industriales en un importante factor de produccin. Dependiendo de la estructura productiva de las industrias, ella puede tener mltiples impactos, destacando entre otros, en los costos de produccin, en la calidad de los productos, en la productividad de los procesos, en la salud ocupacional de los operarios y en el ambiente.En un contexto de globalizacin de las economas y de intensa y permanente competitividad industrial, el examen del manejo de la energa en los procesos industriales,seconstituyeenunatareapertinenteenlagestinempresarial. Porelloexplicitarlasrelacionesentreenerga,economaymedioambiente queseestablecenenlosprocesosindustriales,resultaunejerciciodegran inters prctico, del cual deben derivarse iniciativas que contribuyan a mejorar la competitividad de las empresas.En la medida en que se conozcan las categoras y conceptos para el estudio delasrelacionesentelaenerga,laeconomayelambienteenelcontexto delosprocesosindustriales,serposiblepasardelmanejoimplcitoypoco trascendentedelaenergaenlaempresa,aunmanejomscualicadoy estratgico.Elpresentetrabajoseconstituyeenunesfuerzoporprecisary divulgar los conceptos disponibles para tal efecto, para lo cual se plantean los siguientes objetivos:Examinar las formas en las que se incorpora la energa en los procesos industriales.Analizarlasrelacionesenergayeconomaenlosprocesos industrialesAnalizar las interacciones entre los sistemas energticos y el ambiente, teniendo como referencia los procesos industriales.9Eneldesarrollohistricodelahumanidadlaenergasehaconstituidoenunfactor determinante para crecimiento material y la calidad de vida de la sociedad, lo cual se ha visto fortalecido desde la Revolucin Industrial, con el descubrimiento y utilizacin de nuevasfuentesenergticasyconlaintroduccindemecanismosdeconversin energtica mas ecientes.Las estadsticas son abundantes y contundentes para mostrar que aquellas sociedades conmayorconsumodeenergapercpitaoporproductointerno,tienenmayores indicadoresdecrecimientoeconmico,enlaTabla1sepresentalacomparacinde indicadoresdecrecimientoeconmicoyconsumoenergticoparadiferentespases para el ao 2004. [1]Cada da la cotidianidad de las personas se vuelve ms dependiente de la energa, la necesidaddecalidaddevidayconfortrequieredecoccindealimentos,calefaccin de espacios, acondicionamiento del aire, locomocin y telecomunicaciones, actividades todasconsumidorasdeenerga.Lafaltadedisponibilidaddeenergatransitoriao permanente genera grandes alteraciones en la vida del hombre moderno.Importancia de la energa en el desarrollo histrico de la humanidad1Uso eficiente y racional de energaTabla 1. Relacin energa, crecimiento econmico y calidad de vida [1]. tep: toneladas equivalentes de petrleo. PAISESPIB (billion 2000 US$)Energa primaria / habitante(tep/capita)Energa primaria / PIB(tep/miles - 2000 US$)Consumo de electricidad / habitante (kWh/capita)USA 10,703.90 7.91 0.22 13338JAPON 4,932.50 4.18 0.11 8076ALEMANIA 1,952.70 4.22 0.18 7030INGLATERRA 1,591.10 3.91 0.15 6206FRANCIA 1,414.80 4.43 0.19 7689CHINA 1,715.00 1.24 0.94 1585INDIA 581.22 0.53 0.99 457CHILE 88.06 1.73 0.32 3084ESPAA 655.60 3.33 0.22 5924BRASIL 655.38 1.11 0.31 1955COLOMBIA 93.93 0.62 0.29 866HAITI 3.47 0.26 0.64 30GHANA 6.03 0.39 1.38 247CONGO 3.65 0.27 0.29 131MOZAMBIQUE 5.34 0.44 1.61 367Slaenergaesfuentedegeneracinderiqueza,deconfortydecalidaddevida,es evidente concluir que su disponibilidad y acceso por parte de la poblacin de un pas, seconstituyeenunfactordeequidadsocial.Enconsecuenciaelsuministroconable y de calidad de la energa, como tambin el acceso a tecnologas ecientes y seguras para la conversin de la energa, en los diferentes sectores de la economa (industria, transporte, comercio y residencial), se constituyen en asuntos de polticas pblicas en una perspectiva de bienestar social.Enloscordonesdemiseriadelosgrandescentrosurbanos,dondenohay disponibilidaddeenergaelctricaytrmica,parasatisfacerlosrequerimientos cotidianos.Enaquelloscasosdondehaydisponibilidad,lafaltadecalidaddela energa, el mal estado de las instalaciones y la obsolescencia de los equipos de uso residencial de la energa, afectan el confort y la calidad de vidaEn los sectores rurales donde no se dispone de energa elctrica y los requerimientos decalorparalacoccindealimentossesatisfacenconleaprovenientedela deforestacin de los bosques, a travs de hornillas inecientes que inciden en las 11enfermedadesrespiratoriasdelasmujeresyniosencargadosdelasactividades domsticas.En las pequeas y medianas empresas, que en muchos casos utilizan combustibles atpicos yde muy mala calidad, que sumado al grado de obsolescencia tecnolgica delosequiposdeconversinenergtica,afectanloscostosdeproduccin,la calidad de los productos, la productividad de los procesos, la salud ocupacional de los trabajadores y las emisiones gaseosas y de partculas.Enpasesendesarrollocomoelnuestro,eltemadeladisponibilidadycalidaddela energa y el uso de tecnologas adecuadas para la conversin energtica, resultan de particular inters y con grandes repercusiones sociales y econmicas en las siguientes situaciones:Instalada la era del petrleo en el siglo XIX, la identicacin, acceso, control y explotacin de las fuentes primarias de origen fsil ha generado grandes tensiones y conictos en diferentesregionesdelmundo,particularmenteenelMedioOrienteyel AsiaCentral, es indiscutible que la energa se ha constituido y se seguir constituyendose con mayor intensidad en un elemento dinamizador de la geopoltica mundial. En este contexto, el efecto de invernadero y el cambio climtico mundial asociado, se estn constituyendo enunanuevadimensindelageopolticamundialenelmanejodeloscombustibles fsiles.Otro referente de inters para el anlisis de la importanciade la energa en el desarrollo histrico de la humanidad, lo constituye la relacin entre sistemas energticos y desarrollo sostenible.Eslacadenadelaexplotacinyusodelosenergticosdondesedanlos mayores impactos ambientales sobre el suelo, el aire, el agua, la fauna, la ora, por lo que el uso racional y eciente de la energa, la produccin limpia y la transicin hacia una base energtica menos soportada en combustiblesfsiles, son estrategias a incorporar en las polticas energticas nacionales para contribuir a la sostenibilidad del planeta.Del anlisis precedente, se concluye que en una perspectiva social responsable de los individuos,delosgobiernosenladenicindepolticasenergticasydedesarrollo econmico, como tambin en el abordaje de la energa como objeto de investigacin por las comunidades acadmicas, se requiere de una visin sistmica de la energa.Uso eficiente y racional de energaSiendo la energa uno de los factores dinamizadores de la economa y la sociedad, es conveniente precisar las formas en que ella es incorporada, al respecto se identican las siguientes: energa primaria, energa secundaria, energa nal y energa til.2.1Energa primariaSonaquellasenergasprovistasporlanaturaleza,yaseaenformadirecta,comola hidrulica, elica y solar, o despus de atravesar un proceso minero, como el petrleo crudo, el gas natural, el carbn mineral, los minerales sionables y la geoenerga, o a travs de la fotosntesis, como es el caso de la lea y los otros combustibles vegetales y de origen animal.EnlaTabla2sepresentaparalasdiferentesfuentesprimarias,lascaractersticas, propiedadesoparmetrosdeujo,quepermitenestimarlacantidaddeenerga disponible.Tabla 2. Valorizacin energtica de una fuente primaria.Fuente primaria Propiedad o parmetro Valorizacin energtica (kJ)Combustibles fsilesPoder calorco superior (kJ/Kg)PCS mBiomasaHidrulica Caudal (Q) y altura del salto (H)Elica Velocidad del aire (v)Solar Intensidad de radiacin I (kJ/m2)IAm:masa (kg)m:ujo msico de la corriente de aire(kg/s): peso especco del agua (N/m3)A: rea de incidencia de la radiacin solar (m2)t: tiempo de operacin del sistema (s)M:masa del combustible en Kg.Formas en que se incorpora la energa a la economa y a la sociedad2132.2Energa secundariaSon aquellos productos energticos resultantes de los diferentes centros de transformacin, que tienen como destino los diversos sectores de consumo y eventualmente otro centro de transformacin. Un ejemplo tpico de obtencin de energa secundaria a partir de una fuente primaria de energa, son los subproductos que se obtienen en una renera como resultado de la destilacin del petrleo crudo: gasolina, motor, diesel, gasolina de aviacin, gas licuado de petrleo, etc.2.3Energa finalEs la energa transformada, de tal manera que ya se encuentra disponible para un servicio especico. Como ejemplos de energa nal pueden mencionarse los siguientes:Laenergaelctricaquehasidogeneradaenunacentral,transportadaycon reduccin de niveles de tensin, para estar disponible en los diferentes sectores de la economa.Elgasnaturaldistribuidoporred,despusdehabersidotratadoenunaplanta detratamiento,transportadoporgasoducto,odorizadoyreducidasupresin paradistribuirloporlasredesdedistribucinurbanaalosdiferentessectores consumidores.El consumo nal de energa por fuente en Colombia es presentado en la Figura 1. Como puede observarse el 42% del consumo nal lo representa el petrleo y sus derivados, siendo el sector transporte el mayor consumidor de este energtico, el consumo de lea lo representa la coccin de alimentos en zonas rurales.Figura 1. Canasta energtica nacional. Consumo final por fuente [2].Uso eficiente y racional de energa2.4Energa tilEslaformaqueadquierelaenergaalmomentodeutilizarseduranteunproceso determinado, la iluminacin, la locomocin, la traccin, la refrigeracin y el calentamiento, etc.En la Figura 2 se presentan la conguracin tpica de la cadena energtica de un pas o regin. Los procesos de conversin de energa primaria en secundaria, de transporte, de almacenamiento, de distribucin y uso de la energa nal, plantea desde el punto vista del uso racional de la energa y de la produccin ms limpia, los siguientes aspectos:Degradacindeenerga,porloquesepresentadisminucindeecienciaencada proceso y eslabn de la cadena energtica.Impactos ambientales asociados a la contaminacinde suelos, agua, aire, destruccin de fauna y ora y desplazamientos poblacionales.Conelpropsitodedenirlosujosdeenergaprimaria,secundariaynal,enun determinadopasyregin,paraunperiododeterminadodetiemposedenenlos balances de energa. A manera de ilustracin a continuacin se describe brevemente la informacin requeridapara un balance de energa:Produccin de energa primaria: EP.Importaciones de energa: imp.La variacin de stocks.Los procesos de transformacin energtica, por ejemplo, de carbn a electricidad y de petrleo crudo en productos nales energticos y no energticos: TE.El autoconsumo de energa realizado por la industria energtica: A.Las prdidas en los sistemas de distribucin de transporte y distribucin de energa: P El consumo nal de energa por los diferentes sectores de la economa: CFE.15CadenaEnergticaFuentes primariasde energaAdecuacin yprocesamientoTransporteTransformacin oconversin energticaAlmacenamientoDistribucinTransporteUsos finalesEnergticos No energticosMedioAmbienteEP ESESEPEPEPFigura 2. Configuracin de los sistemas energticos.Si se considera el comercio exterior de energa de un pas o regin, esto es, importacin yexportacindeujosenergticos,alquedesignaremosCE(+importaciones exportaciones), siendo el consumo bruto de energa primaria CBEP, se establecen las siguientes ecuaciones de balance de energa:CBEP = EP + CE (+importaciones - Exportaciones)(1)CFE = CBEP - (TE + A + P)(2)Cuandoserealizaunbalancedeenergadebentenerseencuentalossiguientes asuntos:Todos los ujos energticos deben expresarse con la misma unidad de energa, siendo frecuente en la literatura internacional utilizar la tonelada equivalente de petrleo (Tep) o el kWh.La energa que resulta de las transformaciones energticas (TE), su valor depende de la eciencia de conversin energtica del proceso o sistema, por ejemplo, ello aplica para la energa elctrica producida en centrales de generacin.122 m V t Uso eficiente y racional de energaOtra distincin de inters para examinar las formas en las que se incorpora la energa a la economa y la sociedad tiene que ver con la siguiente clasicacin:2.5Fuentes renovables de energaSonlasfuentesnaturalesdeenergaqueporsupropiacondicinycaractersticase renuevanpermanentementecomoproductodelosciclosnormalesdelanaturaleza. Comnmente,seaceptancomofuentesrenovablesdeenergalassiguientes:solar, elica, hdrica, geotrmica y biomasa. 2.6Fuentes no renovables de energaSonaquellosproductosdeciclosnaturalesantiguos,quetienenunaexistencia limitada, y no se renuevan dentro del lapso de tiempo aceptable para ser aprovechada permanentementeporlahumanidad.Normalmenteseaceptancomofuentesno renovables de energa al petrleo, el gas y el carbn.2.7Fuentes no convencionales de energaSonaquellasfuentesdeenergadisponiblesanivelmundialquesonambientalmente sostenibles, pero que en el pas no son empleadas o son utilizadas de manera marginal ynosecomercializanampliamente.Estasfuentespuedenserrenovablesono renovables.2.8Fuentes alternas de energaSe entender como energa alternativa las fuentes no convencionales de energa y las fuentes renovables de energa.173.1Introduccin En todo proceso industrial la energa es un factor de produccin cuya disponibilidady calidadcontribuyealacompetitividadempresarial.Laenerganosolotieneefectoen loscostosdeproduccin,enmuchossectoresindustrialessusimpactospuedenser integrales, esto es, sobre los costos, la calidad de los productos, la productividad de los procesos, la salud ocupacional de los operarios y el ambientales.Lagestindelaenergaseestconstituyendoenunacomponenteimportantedelas actividades gerenciales de una empresa, por lo que hay que superar la visin de que la energaesuninsumomsqueestdisponible.Unagestinintegraldelaenergaen los procesos industriales exige el examen y seguimiento permanente de los siguientes aspectos:Implementacin de sistemas de informacin energticos:La disponibilidad y calidad de los energticos.El control del consumo de energa por proceso.El seguimiento y evaluacin de los precios de los energticos en el mercado.Elcontrolyevaluacindelasemisionescontaminantesderivadosdelossistemas industriales, cada da la produccin mas limpia se erige como un factor determinante en la competitividad de las empresas en los mercados internacionales.Desagregacin de los procesos productivos en funcin de los ujos energticos.Conocimientodelasformasycaractersticasdelasenergasqueconsumenlos procesos.Conocimiento del perl energtico de la planta, es decir, determinar si los procesos son intensivos en calor o electricidad.Vigilancia tecnolgica de los sistemas y equiposde conversin energtica, que evite caer en condiciones de obsolescencia tecnolgica que afecten la competitividad de la empresa.3.2Tipos de energa final en procesos industrialesLos principales tipos de energa nal que se utilizan en los procesos industriales son la La energa en los procesos industriales3Uso eficiente y racional de energaelectricidad y el calor. La electricidad puede ser comprada a la red de distribucin local o generada a partirdel uso de combustibles fsiles en mquinas trmicas (turbinas de vapor, motores de combustin interna y turbinas a gas) a travs de la implementacin de sistemas de autogeneracin o cogeneracin.Un sistema de autogeneracin se establece cuando una empresa instala una mquina trmica(M.T.)paraproducirelectricidad,yaseaparaoperarcomorespaldo,enhoras picooencondicionesdecargabase.Enunsistemadecogeneracinademsdela produccin de electricidad, se satisfacen de forma parcial o total los requerimientos de energa trmica de la planta mediante la recuperacin del calor sensible de los gases de combustin provenientes de la mquina trmica, mediante una caldera de recuperacin de calor (R.C.) para producir vapor. En la Figura 3 se presentan esquemticamente las opciones posibles de suministro de energa elctrica en unaindustria. Figura 3. Opciones posibles de suministro de energa elctrica en una planta. Wel: trabajo elctrico, Qp: carga trmica del proceso, Ep: calor sensible que se pierde con los gases a la atmsferaLageneracindecalorenprocesosindustrialesparasatisfacerlademandatrmica, se obtiene a partir de la combustin de un combustible fsil en un horno o caldera, de laelectricidadcomofuentedecalorydelarecuperacindecalorenunsistemade cogeneracin. Generalmentelosrequerimientosdecalorenlosprocesosabajatemperaturase satisfacen con la combustin de un combustible en una caldera y la generacin de vapor deagua,actuandoestecomosustanciacaloportadoraparatransportarytransferirel calor a los procesos que lo demandan.19En los ltimos aos se viene observando la introduccin de sistemas de calentamiento directo,dondelasdemandasdecalorsesatisfacenporlacombustindelgasnatural atravsdeunquemadorsituadoencadaproceso,enestossistemasnoserequiere del vapor como sustancia caloportadora. Algunas ventajas que presentan los sistemas decalentamientodirectoydescentralizadoconrespectoalossistemascentralizados basados en calderas de vapor son los siguientes:Mayor eciencia porque se disminuye el nmero de transformaciones energticas y no existen prdidas de energa por transporte y reduccin de presin del vapor.Mayorecienciaenergticaporquelossistemasoperanacarganominal,enun sistema centralizado la caldera puede operar a carga parcial cuando algn proceso demandante de vapor est inactivo.Semejoralaproductividaddelosprocesosporquesegarntizaunadisponibilidad instantnea de calor, en un sistema centralizado ocurren tiempos muertos para llevar la caldera a rgimen.La disponibilidad de redes de distribucin de gas natural en sectores industriales, permite la introduccin de sistemas de calentamiento directo con la implementacin de tecnologa de nueva generacin como: tubo inmerso, equipos de combustin sumergidos, caldera decondensacin,calentadoresdecontactodirecto,panelesytubosradiantespara secado.En la Figura 4 se presentan en un esquema los sistemas de calentamiento centralizado basado en caldera de vapor y los directos y descentralizados. Es importante anotar, que en Colombia no obstante la disponibilidad de redes de gas natural, no se observaan la introduccin de sistemas de calentamiento descentralizado y directo. Figura 4. Sistemas de calentamiento centralizado, decentralizado y directo [3]Uso eficiente y racional de energaOtromecanismodegeneracindecaloreslautilizacindeelectricidadcomofuente, utilizando para ello el efecto Joule en resistencias elctricas para disipar calor, los hornos de induccin elctrica y los hornos de arco elctrico. Si bien el uso de la electricidad como fuente de calor garantiza alta eciencia de conversin energtica, mayor productividad enalgunoscasosymenosemisionescontaminantesenlaplanta,sumayorprecio respecto a los combustibles fsiles, hacen que su aplicacin se reserve a procesos muy especcos como: tratamientos trmicos, fusin de materiales ferrosos y no ferrosos y deformaciones plsticas.Otrafuentedecalorenprocesosindustrialesesmediantelaimplementacinde sistemas de cogeneracin, el calor disponible en los gases de combustin provenientes de la mquina trmica puede ser usado directamente en procesos de secado, cuando elcombustibleesgasnaturaldebidoalacalidaddelosproductosdecombustin.La otra opcin es utilizar el calor recuperado para la generacin de vapor en una caldera de recuperacin de calor.La electricidad en los procesos industriales tiene las siguientes aplicaciones:Accionamiento de motores elctricos para generar energa mecnica rotacional la cual tiene mltiples aplicaciones como: la traccin, la compresin de gases, el bombeo de uido, etc. Esta aplicacin en industrias que no utilizan la electricidad como fuente de calor, puede representar el mayor uso de electricidad.Iluminacin de espacios donde se desarrollan los procesos industriales y ocinas.Operacin de sistemas computacionales e informticos, donde se tiene requerimientos exigentes de disponibilidad y calidad de la energa, cada da son ms importantes en la operacin ptima y en la competitividad de las empresas.Comofuentedegeneracindecalorparasecado,fusindematerialferrosoyno ferroso,tratamientostrmicosydeformacinplstica,atravsderesistencias elctricas, hornos de induccin y de arco elctrico.Las principales aplicaciones del calor en procesos industriales son los siguientes:En procesosde baja temperatura para el secado y calentamiento de agua y uidos trmicos, a travs de la generacin de vapor como sustancia caloportadora.En procesos de alta temperatura para la fusin de materiales ferrosos y no ferrosos, tratamientos trmicos, deformacin plstica y tratamientos superciales.En los procesos de generacin de fro a travs de sistemas de absorcin.3.3Perfil energtico en los procesos industrialesReconocidas la electricidad y el calor (energa trmica) como las formas de energa nal mas usadas en los procesos industriales, el perl energtico de una industria muestra la relacin de la utilizacin del calor y la electricidad en los procesos de una industria en funcin del tiempo.21Para construir el perl energtico de una planta para un periodo determinado de tiempo, esnecesariollevarlaelectricidadyelcaloralamismaunidaddeenerga(kWh,MJ, BTU).Lasventajasquesetienenalconstruiryactualizarelperlenergticosonlas siguientes:Muestra la distribucin del consumo de energa en funcin del tiempo.Permite identicar si una industria es intensiva en calor o electricidadPermite identicar las posibilidades de sustitucin entre calor y la electricidad.Permiteidenticarlasposibilidadesdeutilizarsistemasdecogeneracino trigeneracinOtraherramientaimportanteparaidenticarycontrolarlosujosenergticosenuna plantaindustrial,comotambindeterminarcualessonlosnivelesdetemperaturade los procesos, es el diagrama del proceso. Este consiste en un arreglo secuencial de los procesosquesedebenrealizarparafabricarundeterminadoproducto,indicandoen cada uno de ellos los tipos de energa que se consumen y la temperatura caracterstica del proceso.EnlaFigura5y6sepresentaneldiagramadeprocesoyeldeperlenergtico, respectivamente de una industria textil con procesos de acabado, como puede observarse esuna industria intensiva en calor, con una relacin promedio de energa trmica a elctrica de 5.7 y con procesos a baja temperatura.ALMACENAMIENTO M.P.TEIDO YLAVADO EXPRIMIDOCENTRIFUGADOSECADOESTAMPADOE.E.(Iluminacin)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Carbn (Vapor)AguaE.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)E.E.(Iluminacin)ALMACENAMIENTO Y DESPACHOTERMOFIJADOSECADO ACABADOS ESPECIALESCarbn (Vapor)Gas Natural (Productos de combustin)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Gas Natural (Vapor)Carbn (Vapor)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Gas Natural(Aceite Trmico)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Carbn (Vapor)ALMACENAMIENTO M.P.TEIDO YLAVADO EXPRIMIDOCENTRIFUGADOSECADOESTAMPADOE.E.(Iluminacin)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Carbn (Vapor)AguaE.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)E.E.(Iluminacin)ALMACENAMIENTO Y DESPACHOTERMOFIJADOSECADO ACABADOS ESPECIALESCarbn (Vapor)Gas Natural (Productos de combustin)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Gas Natural (Vapor)Carbn (Vapor)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Gas Natural(Aceite Trmico)E.E.(Iluminacin,Fuerza motriz)Carbn (Vapor)Figura 5. Diagrama de proceso industrial textil acabados [4]Uso eficiente y racional de energaFigura 6. Perfil energtico industrial textil-acabado [4]Las Figuras 7 y 8presentan el diagrama de procesoy el perl energtico de una industria textil con proceso de confeccin, de las estudiadas en el proyecto de produccin mas limpia del rea Metropolitana, se concluye que es un sector muy intensivo en energa elctrica.Extendido Trazo y CorteAlmacenamientodeM.P.Revisin de TelaE.E. (Iluminacin)E.E. (Iluminacin)ConfeccinColocacin deAccesoriosColocacindeCremallerasColocacin deBotonesControl de CalidadE.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)ET (GN) Extendido Trazo y CorteAlmacenamientodeM.P.Revisin de TelaE.E. (Iluminacin)E.E. (Iluminacin)ConfeccinColocacin deAccesoriosColocacindeCremallerasColocacin deBotonesControl de CalidadE.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)E.E. (Iluminacin, motores, AC)ET (GN) Figura 7. Diagrama de proceso industrial textil confecciones [4]23 Figura 8. Perfil energtico industrial textil confecciones [4]LasFiguras9y10presentaneldiagramadeprocesoyelperlenergticodeuna empresadealuminio,delasestudiadasenelproyectodeproduccinmaslimpiadel reaMetropolitana,caracterizndoseporserunaindustriaintensivaencalorycon unarelacinpromediodeenergatrmicaaelectricidaddel3.7yconprocesosaalta temperatura.

Uso eficiente y racional de energa Salida GN Chatarra Acondicionamiento (prensado) Fundicin (780 C) Tratamiento Trmico Homogenizado (Tamb-580 C, sostenimiento,580C-Tamb) Corte Horno calentamiento de matrices (350C) Preparacin de superficie Acondicionamiento (prensado) E.E (motor) Calentamiento (480C promedio) GN E.E (motores) GN GN Extrusin Chatarra primariaChatarra secundariaTratamiento trmico (185) C) Pintura Anodizado GN Secado (Indirecto 180C) GN. Horno pintura (217C) GN E.E Aire Comprimido E.E (motores) E.E Vapor Figura 9. Diagrama de proceso industrial de aluminio [5]0,001,002,003,004,005,00MesRelacin ET/EERelacin ET/EE 3,38 3,63 4,13 3,47 3,85 3,70Enero Febrero Marzo Abril Mayo JunioFigura 10. Perfil energtico empresa de aluminio [5]253.4Clasificacin de los procesos industriales segn el nivel de temperaturaPara los procesos industriales consumidores de energa trmica resulta de inters prctico su clasicacin segn el nivel de temperatura, para lo cual se maneja la siguiente:Procesos a baja temperatura:-Calentamientodelquidosindustrialesyproduccindeaguacaliente:45-100 C-Calentamiento de aire para secado industrial: 70 120 CProcesos a alta temperatura:-Fusin de metales: 232 C, 675 C, 1083 C, 1530 C.-Forja: 1000 C.-Tratamientos trmicos: 450 C, 600 C, 900 C, 1000 C.-Procesos cermicos: 1110 C 1370 C.-Produccin de cemento: 400 C.-Fusin de vidrio: 1500 C.La clasicacin de los procesos por nivel de temperatura desde el punto de vista de la planeacin del desarrollo industrial, del uso racional de la energa y del anlisis de los impactos de la contaminacin trmica, tiene las siguientes ventajas:Identicarenunareginsisudesarrolloindustrialsesoportaenprocesosdebaja o alta temperatura, de inmediato ello se asocia al tipo de industria existente, as por ejemplo,silosprocesossonabajatemperaturalasindustriasexistentessernde tipo textil, alimentos, papel y otras. Si los procesos son de alta temperatura a ella se asocian empresas de fusin de metales, fabricacin de vidrio, produccin de cemento, deformacin plstica, fabricacin de plsticos, produccin de cermicas y tratamientos trmicos, entre otros.Denicin de estrategias para incrementar la eciencia energtica va recuperacin de calor. Si los procesos son a baja temperatura se podra pensar en la introduccin de bombas de calor, caldera de condensacin y combustin sumergida. Si lo que existen son procesos a alta temperatura las tecnologas a implementar son intercambiadores o recuperadores de calor regenerativos.Identicacin de fuentes de contaminacin trmica resultado de la emisin de gases aaltatemperatura,conlocuallasautoridadesambintalespuedenestablecer regulaciones de control, lo que en consecuencia promovera la instalacin de sistemas de recuperacin de calor. Uso eficiente y racional de energa3.5Parmetrospara el manejo de la energa en la industria y la clasificacin de los procesosPara la gestin y optimizacin de los sistemas energticos industriales es conveniente denir un conjunto de parmetros que se constituyen en variables de referencias para el control, planeacin, evaluacin y comparacin. Para ello, por su claridad, coherencia y vericabilidadson de gran utilidad y reconocimiento los siguientes [6]:Intensidad energtica: Denida como la relacin entre la energa consumida para la produccin de unbieny la cantidad fsica o valor econmico de este. En un prximo capitulo seexamina con mayor detalle.Factordecargaoutilizacindelosprocesos:Sedenecomolarelacinen porcentajeentrelaenergaconsumidayelconsumoencondicionesdemxima demanda del equipo,en un periodo determinadotiempo, este parmetro determina la cargabilidad del proceso o equipo de conversin energtica.Relacin electricidad/ calor: Se dene como la relacin entre el consumo de energa trmica y elctrica en un periodo determinado.La identicacin y registro de los parmetros arriba descritos permiten la caracterizacin energtica de lo procesos industriales, con lo cual se pueden establecer comparaciones entrelosprocesos,orientaraccionesdeconservacindelaenerga,aprovecharlas complementariedades energticas entre los procesos para planear y desarrollar parques energticos,estimularenunlugardeterminadolaubicacindeuntipodeindustria especca,paralaempresasdistribuidorasdeenergaconocermejorlaestructuray requerimientos de la demanda.EnlaFigura11sepresentaelcomportamientodelosparmetrosrelacincalor electricidad y potencial de recuperacin de calor para procesos de naturaleza diferente, observndosequelosdeincineracin,desecado,defundicin,tienenrelaciones mayores de 10, por lo que son procesos muy intensivos en energa trmica. [6].Figura 11. Relacin calor/electricidad y potencial de recuperacin de calor para diferentes procesos industriales [6]27En la Figura 12 se analizan el comportamiento de los procesos en funcin de la intensidad energticaydelfactordecargadelosequipos,comopuedeobservarseamayor intensidad energtica mayor factor de carga. [6]Figura 12. Intensidad de energa contra factor de cargo para diferentes procesos [6].SegnlosresultadosdelestudiorealizadoporelIndustrial AssessmentCentre(IAC) de la universidad de Sandiego en California [6] en 270 plantas industriales, esposible examinar energticamente los procesos industriales con la cuanticacin y registro de la intensidad energtica, el factor de carga y la relacin calor y electricidad, tal como se presenta en las Figura 11, 12 y 13.Figura 13. Relacin calor/electricidad e intensidad energtica por proceso [6].Otro aspecto para mencionar del estudio del IAC son los inconvenientes que se presentan para examinar energticamente a los diferentes sectores industriales bajo la clasicacin SIC(StandardIndustrialClassication),debidoaqueenunmismoagrupamientoo cdigonoexistesimilitudenelordendemagnituddelostresparmetrosindicados. Enla Tabla3sepresentanloscdigosSICparadiferentessectoresindustrialesyen laTabla4lasdesviacionesestndarregistradasporagrupamientoindustrialdelos Relacin ET/EE Mximo: 4.13, Mnimo: 3.38, Promedio: 3.7 Uso eficiente y racional de energaparmetros intensidad energtica, factor de carga y relacin calor y electricidad, como puede observarse se presentan valores mayores del 100. [6] Tabla 3. Clasificacin SIC para las empresas.Cdigo SIC Descripcin Procesos202223242526272829303233343536373839Alimentos y bebidasProductos textiles de hilosRopa y otros productos textilesProductos de maderaMuebles y adornosPapel y productos similaresLitografa y publicidadProductos qumicos y anesDerivados del carbn y petrleoCaucho y productos plsticosPiedra, arcilla y productos de vidrioIndustria de metales primariosFabricacin de productos metlicosMaquinaria y equipos industrialesEquipos electrnicos y elctricosEquipo de transporteInstrumentacin y productos relacionadosIndustria manufacturera variadaEnsambleHorneadoVaporizacinEnfriamientoCuradoCortadoSecadoExtrusinRecticadoTratamiento trmico IncineracinInyeccin en moldes LaminacinMaquinadoFundicinMezcladoMoldeadoPinturaEchapadoPrensadoImpresinSinterizadoSoldadura29Tabla 4. Desviaciones estndar de la relacin calor electricidad e intensidad energtica para diferentes sectores industriales segn las clasificacin SIC [6]SIC/procesoDesviacin estndarRelacin T/E (%) Intensidad energtica (%)30 159 10334 131 10120 106 15533 74 104Mezclado 87 94Extrusin 133 136Prensado 151 86Maquinado 98 55Conelpropsitodedisponerdeunaclasicacindelosprocesosindustrialesquede informacin mas precisa, uniforme y objetiva de sus respectivas estructuras energticas, el IAC est proponiendo una nueva clasicacin denominada Process OrientedEnergy IntensityClassication(POEIC),consistentedetresnmerosdndeelprimerose relaciona con la relacin calor/electricidad, el segundo con la intensidad energtica y el tercero con el factor de carga. [6]El grupo GASURE de la Universidad de Antioquia considera viable el criterio de clasicacin que propone el IAC agregando que para las industrias con perl energtico trmico se introduzca un cuarto parmetro de clasicacin en funcin del nivel de temperatura de los procesos, con lo cual entonces se puede tener informacin acerca de la intensidad energtica, de la relacin calor electricidad, del factor de carga y si el proceso es de baja o alta temperatura. De otro lado, dada la importancia que en el anlisis de los procesos industriales comienza a tener el ndice de emisiones de CO2 sera interesante considerar un quinto parmetro en funcin de ste indicador.Uso eficiente y racional de energa4.1Importancia macroeconmica de la energaLa energa se constituye en insumo indispensablede las economas nacionales, como factor de produccin en los procesos industriales, en los servicios, en la locomocin y variabledeterminanteenlacalidaddevidadelapoblacin.Paraalgunospasescon disponibilidaddereservasesunafuenteimportanteenlageneracindedivisas,por loqueensituacionesdeuninesperadoinujomasivodestassepuedengenerar inestabilidadesmacroeconmicascomolareevaluacindelamonedalocalyel incrementodeinacin,fenmenoqueenlaliteraturaeconmicasehadenominado enfermedad holandesa, debido a los efectos macroeconmico que en su momento tuvo Holanda por la explotacin comercial del gas natural del yacimiento de Groningue.Losindicadoresmasfrecuentequeseutilizanparaexaminarlaenergadesdeuna perspectivamacroeconmica sonsiguientes:Intensidadenergtica:Denidacomolarelacinentrelaenergaconsumidapor un pas en un periodo determinado y el producto bruto interno, dependiendo de si el consumo de energa se establece en funcin de la energa primariao la energa nal se denen: (3)IEnerga primaria consumida en un perodo por una regin o pasCanG =ttidad de bienes y servicios PIBTEPUSkWhUS ( ) $ ,$=

(4)Energa y economa431Dada la importancia e impacto de la energa elctrica en las economas nacionales es frecuente tambin encontraren las fuentes estadsticas el registro de la intensidad energticaen funcin del consumode electricidad, en tal sentido se dene:

(5)Consumo per cpita de energa. Es el consumo promedio de energa por habitante enunperiododeterminado,esdenidoenfuncindelaenergaprimaria(Tep/habitante)ytambindelaenergaelctrica(kWh).Esteindicadordainformacin acerca del crecimiento econmico de un pas y del bienestar de su poblacin.ndice de emisiones de gases de efecto invernadero. La incidencia de la emisin de gases de invernaderosobre el cambio climtico mundialy el impacto de este sobre los sistemas ecolgicos estratgicos y el desarrollo econmico, como tambin el hecho de que los combustibles fsiles representan aproximadamente el 90% del consumo mundial de energa y son laprincipal fuente de generacin de dixido de carbono(CO2),hamotivadolaintroduccindeesteindicadorenlasestadsticas energticas de inters macroeconmico.Este ndice se dene como la relacinentre las emisiones de CO2en toneladas y el consumo de energa primaria en Tep.

(6)Emisiones per cpita de gases de invernadero: Es la emisin promedio de gases deefectoinvernaderoporhabitanteparaunadeterminadaeconomanacional, expresada en toneladas de CO2/habitante.Emisionesdegasesdeinvernaderoycrecimientoeconmico:Eslarelacin entre las emisiones de gases de efecto invernadero y el crecimiento econmico de un pas medido en su respectivo producto bruto interno, expresada en toneladas de CO2/unidades monetarias del PIB.De acuerdo a la Agencia Internacional de la Energa (AIE) [1] la informacin ms relevante para examinar la relacin entre la energa y la economa de un pas es la siguiente:Uso eficiente y racional de energaPoblacin en millones de habitantes.Producto bruto interno en billones de dlaresdel ao 2000Produccin de energa en megatoneladas equivalentes de petrleo (MTep)Suministro de energa primaria en megatoneladas equivalentes de petrleo (MTep)Consumo de energa elctrica enteravatioshoras (TWh)Emisiones deCO2 en megatoneladas, derivadas nicamente de la combustin de combustibles fsiles (Mt CO2).Intensidad energticaen funcin del consumo de energaprimaria en Tep/US$ del 2000.Consumo per cpita de energa primaria en Tep/habitante.Consumo per cpita deenerga elctricakWh/habitante.ndice de emisiones de CO2 en TCO2/Tep.Emisiones per cpita de CO2 en TCO2/hab.Emisiones de CO2 por unidad monetariadel PIB TCO2/US$ del 2000.En la Tabla 5 se comparan los indicadores energticos de inters macroeconmico de Colombia con otros pases para el ao 2004 [1].Tabla 5. Comparacin de indicadores energticos de inters macroeconmico de Colombia con otros pases [1].PasesEnerga primaria/habitante (tep/capita)Energa primaria / PIB (tep/miles - 2000 US$)consumo de electricidad / habitante (kWh/capita)CO2/energa primaria (tCO2/tep)CO2/Habitante(tCO2/capita)CO2/PIB (kg CO2/2000 US$)USA 7.91 0.22 13338 2.49 19.73 0.54JAPON 4.18 0.11 8076 2.28 9.52 0.25ALEMANIA 4.22 0.18 7030 2.44 10.29 0.43INGLATERRA 3.91 0.15 6206 2.30 8.98 0.34FRANCIA 4.43 0.19 7689 1.41 6.22 0.27CHINA 1.24 0.94 1585 2.94 3.65 2.76INDIA 0.53 0.99 457 1.93 1.02 1.90CHILE 1.73 0.32 3084 2.10 3.63 0.67ARGENTINA 1.66 0.22 2301 2.13 3.54 0.47BRASIL 1.11 0.31 1955 1.58 1.76 0.49COLOMBIA 0.62 0.29 866 2.07 1.28 0.61MEXICO 1.59 0.27 1804 2.26 3.59 0.6033Laintensidadenergticadeunpasdependefundamentalmentedelossiguientes factores:Nivel de crecimiento de la economa.La eciencia de las tecnologas utilizadas en los diferentes eslabones de la cadena energtica,asporejemplo,pasesconrenerasobsoletasycentralestrmicas para la generacin de electricidad con baja eciencia, tendrn un mayor consumo de energa primaria.Estructuraproductiva,unpasconindustriasconaltaintensidadenergticayun sistema de transporte ineciente tiende a tener altos consumos de energa primara. Comportamientodelosusuariosenmateriadehbitosalimenticios,climatizacin, automatizaciny grado de informatizacin.Ubicacingeogrcaysituacinclimatolgicadeunpas.Esevidentequepases con estaciones tienen mayores consumos de energa por calefaccin de espacios en periodos de baja temperatura y acondicionamiento de aire cuando las temperaturas son altas. Apartirdeladcadadelosaossetentadelsigloanterior,comoconsecuenciadel incremento de los precios internacionales del petrleo y la prdida de conabilidad en su suministro, los pases de la OCDE iniciaron programas de uso racional de la energaen todas las cadenas energticas y sectores de consumo, para disminuir sus respectivas intensidades energticas, en laFigura 14 se presenta claramente esta tendencia [7].Figura 14. Evolucin de la intensidad energtica en los pases de la OCDE, TPES: suministro de energa primaria, GDP: Producto interno bruto, TFC: Consumo final de energa [7].Uso eficiente y racional de energa4.2Laenerga y la economa en los procesos industrialesLa nalidad econmica de todo proceso industrial esla produccin de bienes de consumo, intermedios y de capital, los cuales tienen un valor en el mercado, de otro lado, la energa es uno de los factores esenciales para la produccin de dichos bienes. En este contexto es conveniente precisar las relaciones que se presentan entre la energa y laeconoma en los procesos industriales,para tal efecto, en este trabajo se consideran los siguientes elementos:La intensidad energtica.Energa en la funcin de produccin La energa en los costos de produccinImpacto de la energa en la competitividad industrial4.2.1La intensidad energtica de un proceso industrialDada la cantidad de energa que consume unproceso para la produccin de un bien y la cantidad de producto (output),la intensidad energtica se dene como:OEOutputEnergaI = = (7)E: cantidad de energa utilizadaen la produccin del producto enkJ, Btu, kcal y kWh.La unidad de outputpuede estar dadaen: -En un indicador econmico: valor agregado, valor comercial o valor de produccin -En un indicadorfsico: peso del producto, unidad del producto y otrasDependiendo de s la cantidad de output est dada en funcin de un indicador econmico o uno fsico, la intensidad energtica de un proceso industrial puede expresarse como una intensidad energtica fsica o una intensidad energtica econmica [8-9], por lo que se tienen las siguientes deniciones:intensidad energtica fsica Ienerga consumidaindicador fef= =ssicokJton BtutonkWhton= , , (8)En la especicacin del indicador fsico entre las diferentes ramas industriales existe un granheterogeneidad, por lo que este indicador tiene problema cuando se utiliza para comparar diferentes sectores, en la Tabla 6se presenta el indicador fsico que reportaron varias empresas de Valle de Aburr en el estudio realizado por el rea Metropolitanay lasUniversidades de Antioquia, Nacional y UPB. [4, 5, 10]35Tabla 6. Indicadores fsicos utilizados por empresas en el Valle de Aburr.Sector Intensidad energtica fsicaSector textil-Confecciones kWh / (unidad)-Fabricacin de telas e hiloskWh / (tonelada de tela procesada)kWh / (tonelada de hilo procesado)-Fabricacin de cinta kWh / (metro de cinta producida)-Lavanderas,teidosyacabados especialeskWh / (prenda procesada)Sector metalmecnicoMJ / (ton)MJ / (colada)Sector litografas kWh / (millares)kWh / (tonelada)Sector curtimbres kWh / (hoja) (9)Elindicadoreconmicopuedeservaloradomonetariamenteenfuncindelvalor agregado, valor comercialo el valor de produccin, con lo cual se obtiene un indicador de intensidad energtico mas uniforme para establecer comparaciones entre los sectores, por ello enla literatura internacional se observa un mayor nfasis en la utilizacin de este tipo de intensidad. A continuacin se aclaran los conceptosutilizados para la valorizacin econmica de la produccin en una industria. [9]Volumen de producto (Q): Denota la cantidad fsica de producto, generalmente dado en toneladas, unidades y otras.Valor de venta (Vs): Es el valor comercial del producto en moneda corriente dividido por un ndice de precio (10)Vsc: valor de venta del producto en moneda corrienteP: ndice de precioValor de produccin. En moneda constante es el de la cantidad fsica de producto por precio unitario en moneda corriente, dividido por el ndice de precio.Uso eficiente y racional de energa (11)Donde: Q: cantidad fsica de productoPc: precio unitario en moneda corrienteP: ndice de precioValoragregado.Eselvalorcomercialdelaproduccinmenosloscostosvariables, dividido por el ndice de precio (12)Donde: Vsc: valor de venta de la produccin en moneda corrienteCvc: costos variables en moneda corrienteP: ndice de precioFactores que inciden en la intensidad energtica de un proceso industrial.Lossiguientessonlosprincipalesfactoresqueafectanlaintensidadenergticaenla produccin de bienes [11, 12]:Laecienciaenergticadelosprocesos(EEP):Lacualdependedeltipode tecnologa de conversin energtica que se utilice, de las condiciones de operacin ymantenimientodelosprocesosydelaproductividadlaboral.Esevidenteque losesfuerzostecnolgicospormejorarlaecienciadeconversinenergticade losequipostieneunimpactoenladisminucindelaintensidadenergtica,la optimizacinde operacin y el mantenimiento es una estrategia de bajo costo para disminuir la intensidad energtica. Varios estudios internacionales han mostrado que la mejora enla productividad laboral incide sobre la eciencia energtica [13], por lo que la mejora de las competencias de operarios e ingenieros para el manejo de los sistemas energticos y garantizar ptimas condiciones de salud ocupacional en los establecimientos industriales, tiene repercusiones positivas sobre la intensidad energtica.Componenteestructuraldelsector(CES):Estefactorhacereferenciaalas siguientes condiciones:-Caractersticasfsicas,qumicas,trmicasymecnicasdelasmaterias primas utilizadas en la produccin.-Caractersticas nales del bien a producir.37-Caractersticas y especicaciones del conjunto de procesos necesarios para producir el bien.Deloanteriorseconcluyequelaintensidadenergticaesunafuncinquedepende delaEEPydelaCES,noperderdevistaestadependenciacuandoserealizan anlisiscomparativosentrediferentessectoresindustrialesenunmismopaso internacionalmente,evitacaerenimprecisiones,sesgosyconclusionesequivocadas. Si existe alta heterogeneidad en el CES se tienen altos intervalos de variabilidad. Si el CES es homogneo o igual en el conjunto de empresas a comparar, prcticamente la intensidad energtica depender de la EEP.Bajo la premisa de que los indicadores estructurales, son determinantes para establecer comparaciones entre intensidades energticas de industrias de un sector, en un mismo pas o pases diferentes, a continuacin se sugiere una metodologa [13]:Denir los indicadores estructurales en el sector industrial que se estudia Denircriteriosparaseleccionarlaintensidadenergticadereferenciauptima, para cada indicador estructuralGracar la intensidad energtica de referencia en funcin del indicador estructuralPara el conjunto de industria con indicador estructural igual o comparable, comparar su respectiva intensidad energtica con el valor de referencia Recomendaciones para estimar la intensidadenergticaEnlaestimacindelaintensidadenergticadeunprocesoindustrialesconveniente seguir los siguientes pasos:Seleccionar en trminos de que ndice se va denir la intensidad energtica, esto es, como indicador fsico o como indicador econmico.S parte de la energa total es aportada por un combustible, cuanticar en funcin del poder calorco superior la energa(PCS) consumida en el proceso: (14)Et: energa trmica consumida en el proceso en kJ, Btu, kWh y kcalMc: masa de combustible en kg, toneladas y libra masaPCS: poder calorco superior del combustible en kJ/kg, kWh/kg y BTU/libraConvertirlaenergatrmica(Et)olaenergaelctrica(Ee)alamismaunidadde energa:S Et en kJ -------------------- kWhS Ee en kWh----------------- kWhS Ee en kWh----------------- kJS Et en kJ ----------------- kJUso eficiente y racional de energaDonde: Et: energa trmicaconsumida en el procesoEe: energa elctricaconsumida en el procesoDeterminarla energa total [ET] consumida en el proceso como: (14)Como ilustracin en la Tabla 7 se presenta ladescomposicin de la intensidad energtica total,expresadacomoindicadorfsico,devariossectoresindustrialesclasicadode acuerdo a los cdigos SIC enIndonesia.Tabla 7. Descomposicin de la intensidad energtica fsica para sectores industriales en Indonesia [14]Promedio Rango Promedio Rango31 5,9 0,08-23,5 152,7 2,9-689,2 2,2532 31,8 5-84,5 956,8 101,5-2755,6 11,6833 2,8 1,5-6 286,6 48,86-694,2 1,1534 0,4 0,04-1,8 135,8 1,5-195,2 3,6935 8,2 0,1-23,3 939,9 52,1-4303,7 3,0536 6,8 1,5-15,7 67,3 16,2-356,5 6,3738 12,6 0,2-45,9 985,2 57,9-2944,6 1,48Consumo especfico de combustible (TJ/1000 ton de producto)Consumo especfico de electricidad (MWh/1000 ton de productos)Sector / Cdigo ISICSEC (TJ/1000 ton) del sector industrial en Thailandia (Consumo de combustible y electricidad)4.2.2La funcin de produccinLosprincipalesfactoresenlaproduccindeunbiensonelcapital,fuerzalaboral, lasmateriasprimasylaenerga.Sedenominafuncindeproduccinalarelacin matemtica de los factores de produccin necesarios para la produccin de un bien:( ) E M L C f Y , , , =(15)Y: la produccin en unidades monterasC: el capital o medios de produccin en unidades monetarasL: la fuerza laboral en unidades monetarias.M: la materia prima no energticaen unidades monetariasE: la energa en unidades monetariasEl estudio de la funcin de produccin de un determinado sector industrial es importante por las siguientes razones:DeacuerdoalateoradeLeontiefpermiteanalizarlasposibilidadesde complementariedad entre los factores.DeacuerdoalateoradeCobb-Douglaspermiteexaminarlasposibilidadesde sustituibilidadentrelosfactores,asporejemplo,conlamodernizacindelos procesos productivos, se puede identicar si hay una sustitucin de la fuerza laboral 39por la energa, particularmente de la energa elctrica.Para los estudios de sensibilidad del impacto de los factores sobre el costo de produccin seestablecelafuncindecostoparaundeterminadosectorindustrialdelasiguiente manera: (16)C: costo de produccinpe: precio unitario de la energaE: consumo de energapm: precio unitario de materias primasM: cantidad de materia prima utilizadapl: precio unitario de la fuerza laboralL: cantidad de fuerza laboral utilizadaDeparticularinterseconmicoresultaparaunaempresaconocerelimpactode loscostosdeenergasobreelcostototaldeproduccin.Siporlanaturalezadelos procesos que se manejan los costos son elevados, sin duda que la energa en este tipo de empresas es un factor que condiciona y determinasu competitividad en el mercado. No es frecuente encontrar en la literatura que se propongan metodologas para evaluar la incidencia de los costos de la energa sobre la estructura total de costo.La cultura energtica de una empresa est determinada por el conocimiento y manejo que ella tenga de los siguientesaspectos:La funcin de produccin.Que representa el costo de la energa en la estructura de costo de la empresaLa intensidad energtica propia y del sectorLa sensibilidad del benecio de la rama industrial con los costos de la energaLa sustitucin entre el capital, el trabajo y la energaLa sustitucin entre energticos.4.2.3Energa y competitividad industrialTradicionalmente y abundan muchostrabajos en la literatura, donde el tema del impacto de la energa sobre la competitividad industrial es abordado nicamente enfuncin de laincidenciadelcostodelaenergasobreloscostostotales,sibienelloesvlidoen particular en industrias con alta intensidad energtica, se requiere demetodologas que apunten a identicar de manera ms integral la relacin entre la energa y competitividad industrial.Tambin, porque dependiendo de la naturaleza y especicidades de algunos procesos productivos es posible la existencia de impactos ocultos de la energa, ms importantes Uso eficiente y racional de energaquelaincidenciasobreelcostodeproduccin,sehacenecesarioeldesarrollode metodologas que identiquen de manera integral los mltiples impactos de la energa en la competitividad industrial de las empresas.En el intento por introducir modelos ms integrales,es conveniente entender la necesidad deconsideraralsistemaenergticocomounbinomioconstituidoporelenergtico mismoylatecnologadeconversinenergticamasapropiada.Esposiblequecon la no eleccin apropiada de una tecnologa para el uso de un determinado energtico y viceversa, se este renunciandoa mayores impactos sobre la competitividad, mas all del efecto de la reduccin de costos.Enestetrabajoseproponeparaidenticardemaneramsintegrallosimpactosde laenergasobrelacompetitividadindustrialsetengancomoreferentelossiguientes asuntos:Impactode la energa sobre la funcinde costo: F1Incidenciade la eciencia energtica sobre la funcin de costo: F2Incidencia de la energa sobre la calidad de los productos: F3Incidenciade la energa sobre la rapidez de los procesos: F4Incidenciade la energa sobre la salud ocupacional de los usuarios y de esta sobre la productividad laboral: F5Incidencia de la energa sobre las emisiones contaminares y la internalizacin de los costosambientales: F6Lapuestaenprcticadeestametodologarequiererealizardiagnsticosenergticos integralesyaprofundidad,paraobtenerinformacinyprocesarlamatrizdeimpactos integrales de la energa que se presentaen la Tabla 8. Tabla 8. Matriz de impacto integralesSector o proceso F1 F2 F3 F4 F5 F612n 415.1Energa y ambiente: una interaccin de doble va.Las interaccionesentrelos sistemas energticos y el ambienteson posibles examinarlas desde dos puntos de vista. El primero, est relacionado con los impactos que causan todos los procesos de la cadena energtica sobre el ambiente, por sus mltiples implicaciones en la economa, la sociedad y la sostenibilidad del planeta, este ocupa lamayor atencin de la ciencia y de los formuladores de polticas pblicas. El segundo, tiene que ver con losimpactosquegeneraelambientesobrelaoperacindelossistemasenergticos, loscualesincidensobrelaseguridadydisponibilidadenelsuministrodeenerga,la ecienciaenergticayloscostosdeoperacin.LaFigura15esunarepresentacin esquemtica de estas interacciones.Figura 15. Interaccin entre los sistemas energticos y el ambienteLos principales impactos ambientales que causanlos sistemas energticos en las etapas deextraccin,produccin,tratamientos,transporte,transformacionesenergticas, almacenamiento, distribucin y uso nales son los siguientes [15]:Efecto invernadero y el cambio climtico mundial, como consecuencia de la emisin dedixidodecarbono(CO2),metano(CH4),dixidodenitrgeno(N2O)yotros gases.Contaminacin de la atmsfera, resultado de las emisionesde oxido de azufre (SOx), Energa e impactos ambientales en procesos industriales.5Uso eficiente y racional de energaoxidonitroso (NOx), monxido de carbono (CO), hidrocarburos sin quemar (HC)y partculas, originados en la combustin de los combustibles fsiles.Contaminacin de aguas y suelos, debido al derrame de combustibles, vertimiento dedesechos y residuos txicos.Desplazamientodepoblaciones,cuandoeneldesarrollodelainfraestructura energtica se requierede la utilizacin del territorio donde existen asentamientos de habitantes. Este tipo impactos son los que genera la construccin de embalse para la operacin de centrales elctricas, trazado de poliductos y gasoductos.Destruccin de fauna y ora, cuando el desarrollo de los proyectos energticosse ubicaen sistemas ecolgicos estratgicos.Contaminacin sonora debido a los procesos de compresin y expansin de gases, de combustin, de perforacin y remocin de materiales.Efectos biolgicos de los campos electromagnticos, que se generan en lneas de transmisin y distribucin de electricidad.Alteracin de los ciclos naturales, fundamentalmente como consecuencia del cambio climticomundial.Contaminacintrmica derivada de la descarga de gases a muy alta temperatura, mayores de 300 C, desde lossistemas de combustin.EnlaTabla9sepresentanlosefectosglobalesqueproducenloscontaminantes originados en la operacin de los sistemas energticos. [15]Tabla 9. Efectos globales de los contaminantes originados en la operacin de los sistemas energticos [15]Medio sobre el que acta EfectoSobre la calidad atmosfricaReduccin de la visibilidadFormacin y precipitacin de la neblinaReduccin de la radiacin solarAlteracin de las temperaturasAlteracin de la distribucin de los vientosSobre la saludEnfermedades respiratorias Enfermedades digestivasEnfermedades drmicasSobre la vegetacinInterrumpen la fotosntesisReducen el crecimientoMuerte de las plantasAcidicacin de los suelosSobre los materialesEnsuciamientoCorrosin43En relacin con los impactos del ambiente sobre los sistemas energticos son frecuentes los siguientes:Terremotos, inundaciones y huracanes que tienen como consecuencia la destruccin de infraestructura energtica, con las respectivas implicaciones sobre la seguridad y conabilidad en el suministro de energa a la sociedad.Elefecto de la temperatura y la humedad relativa sobre la eciencia y disponibilidad delosistemasenergticos,asporejemplo,estdemostradoqueelaumento excesivodelatemperaturaambientedisminuyelaecienciaylapotenciadelas mquinas trmicas.La alteracin del ciclo hidrolgico genera perodos prolongados de mala hidrologa con lo que se afectada la disponibilidad de aguapara la generacin de electricidad encentrales hidroelctricas.Sin duda que uno de los factores quetendr muchos impactos negativos sobre los sistemasenergticosserelincrementopromediodelatemperaturadelatierra, consecuencia del Efecto Invernadero Mundial.5.2Impactosambientales de la energa en procesos industrialesParaestudiarlosimpactosambientalesdelossistemasenergticosenproceso industriales, es necesario identicar los tipos de energa utilizados en la industria y los mecanismos de conversinenergtica frecuentementeusados, ello ha sido realizado en el captulocuatro de este trabajo, encontrndose que la electricidad y calor son las formas de energa mas utilizadas.La mayorfuente para lageneracinde calor esla combustin de los combustibles fsiles, por lo que los impactos ambientales se identican en los siguientes procesos: Enelalmacenamientoydistribucindeloscombustiblesseemitensustancias contaminantesalambiente.Enelmanejodelcarbnsepresentalaemisinde material voltil y de partculas nas, en los lquidos vapores inamables y compuesto orgnicos, en las redes de distribucin de gas natural fuga de metano.En el proceso de combustin se forman y emiten las siguientes especies contaminantes [16]:-Dixido de carbono como resultado de la oxidacin del carbono contenido enel combustible.Enloscombustibleconmayorrelacindehidrogeno/carbonose forma menos CO2.-Monxido de carbono, originado por la combustin incompleta, es un gas txico y el incremento de su concentracin disminuye signicativamente la eciencia de combustin.-Oxidodenitrgeno,alnombredeNOxseasignanlossiguientescompuestos presentes en la atmsfera: xido ntrico (NO), dixido de nitrgeno (NO2) y xido nitroso (N2O).Uso eficiente y racional de energaEl NO se forma principalmente debido altas temperatura enla llama que facilita ladisociacindeloxgenoparareaccionarconelnitrgenodelaire,tambin almecanismodeformacinpromptyalnitrgenocontenidoenelcombustible [17]. El NO puede reaccionar con varias especies que contiene oxgeno y formar eldixidodenitrgeno,porejemploatemperaturaambientedondeabundan radicalesHO2prevalecelareaccin:[18].ElN2O se forma en las regiones ms calientes de la llama debido a las reacciones con radicales CH [18].-Oxido de azufre: se forma por la reaccin del azufre contenido en el combustible coneloxigeno,elcontenidodeazufredetodosloscombustiblespuedeser reducidoporprocesosfsicosyqumicos,siendoladesulfurizacinunadelas principales tcnicas de control de la emisin de sta especie. -Hidrocarburos: en los procesos de combustin de combustible alifticos se forman muchasespeciesoxigenadascomoalcoholes,aldehdosycidos,tambines caracterstica la formacin de hidrocarburos olefnicos. Otra especie que se forma son los hidrocarburos aromticos policclicos (HAP). Existe una gran interaccin entre el material particulado y los HAP puesto que muchos de stos son absorbidos en las supercies de las partculas.-Materialparticulado: el holln o partculas emitidas en los sistemas de combustin consiste de la aglomeracin de algunas a miles esferas primarias cuyos dimetros estn en el rango de 10 a 40 nanmetros.En la Tabla 10 se presentan los principales efectos de los contaminantes anteriormente descritos.45Tabla 10. Efectos de los contaminantes producto de la combustin [17]Contaminante Efecto y problemtica ambientalMonxido de carbono (CO)Interere en el transporte de oxgeno en la sangreMuerte por asxiaDixido de carbono (CO2)Losaltosnivelesatmosfricosalcanzadoshacenque contribuya en un 57% al efectos invernaderoxido nitroso (N2O)Contribuye al efecto invernadero en la troposferaContribuyealaeliminacindelozonoenla estratosferaxido ntrico (NO)Precursor de la formacin de NO2Smog fotoqumicoDixido de nitrgeno (NO2)Efectos anestsicos en humanos y animalesIrritacin en ojos y narizAfecciones humanasCada de hojas en plantasReduccin de frutos en plantasPrecursor de la lluvia cidaSmog fotoqumicoxidos de azufre (SOx)Irritacin ocular y pulmonarCambio de color y cada de hojas en plantasCorrosin de materiales (hierro, acero, zinc)Precursor de la lluvia cidaCompuestos orgnicos voltiles (VOC) y metano (CH4)Los HAP son carcinognicos y mutagnicosIrritanlasmembranasdelasmucosasenhumanosy animalesInhiben el crecimiento de las plantasElmetanocontribuyeenlatroposferaalefecto invernaderoElmetanocontribuyealaeliminacindeozonoenla estratosferaMaterial particulado (MP)Efectosbrognicosenorganismoscuandolas partculascontienecuarzo,asbestos,carbn, tungsteno, titanio, berilio o aluminio.Irritanlasmucosasocularesyrespiratoriasypueden convertirse en enfermedades crnicas si las partculas contienen SO2, vanadio, nquel, manganeso, aluminio o cromo.Carcinognicassilaspartculascontienenarsnicoo cromo.Uso eficiente y racional de energaContaminacintrmicaoriginadaporlaexpulsinalasatmsferadegasesde combustinamuyaltatemperatura,elloescaractersticodelasindustriascon procesos de alta temperatura que no implementan sistemas de recuperacin de calor, loscualesademsdeenfriarlosgasesmejoranlaecienciadecombustin.En industrias de fusin de materiales ferrosos y no ferrosos, de tratamientos trmicos, de deformacin plsticay de fabricacin de vidrio , entreotros, es necesario desde el punto de vista ambiental y energtico aplicar sistema de recuperacin de calor. Para tener una idea de los rdenes de magnitud de las temperaturas de estosprocesos en la Tabla 11 se presentan dichos valores.Tabla 11. Rangos de temperatura de los procesos industriales [19]ProcesoTemperatura de procesoFundicin de materiales no ferrosos 500 -1200 CTratamientos trmicos y acabados 330 1100 CFundicin de materiales ferrosos 1450 CDeformacin plstica 900 CGalvanizado en caliente 450 CFusin de vidrio 1500 CAcerca de los impactosambientales de laenerga elctrica en los procesos industriales los planteamientos a presentar son los siguientes: La energa elctrica durante su uso en los procesos industriales no genera emisiones contaminantes gaseosa y de partculas,slo si su generacin interna o externase realiza a partir de combustible fsiles se le podrn asociar a ella las emisiones ya conicidas.El principal problema ambiental de la electricidad estasociado alimpacto biolgico de los campos electromagntico de baja frecuencia que se generanenlos circuitos elctricosde las redes industriales. Si bien existe aun controversia cientca sobre los efectos, ya es abundante la literatura y trabajos sobre los efectos en la salud de loshumanos. [20, 21]475.3Acercadel efecto invernadero.Siendo lo sistemas energtico responsables en un 60% de las emisiones de gases de EfectoInvernadero[1]ydadosuimpactosobreelCambioClimticoMundial,enel examen de la relaciones entre energa, economa y ambiente este se constituye en un referenteineludible. A continuacin se revisan losprincipales aspectos tcnicos de este fenmeno y sus implicaciones.Los gases de efectoinvernadero son molculas termo activas que tiene la propiedad de almacenar la radiacin reejada desde la supercie de la tierra, la presencia de estos gases en la atmsfera terrestre han actuado en la regulacin natural de la temperatura de la Tierra, haciendo posible que la vida oreciera en sta. Conla Revolucin Industrial el hombre inici la dependencia de los combustibles fsiles que sumada a otras actividades antropognicas, han contribuido a aumentar signicativamente las concentraciones de gasesdeefectoinvernadero(GEI),demostrandolaevidenciacientcasuincidencia sobre la variacin de la temperatura promedio de laTierra. En la Tabla 12 se presentan los factores de emisin de gases de efecto invernadero de los diferentescombustibles utilizados en la economa mundial.EnlaFigura16sedescribedemaneraesquemticalosfenmenosqueexplicanla ocurrencia del Efecto Invernadero, como puede observarseuna fraccin de la radiacin solarincidenteesreejadadesdelasuperciedelaTierra,delacualunapartees absorbida por las molculas termo activasy reemitida en todas las direcciones y la otra escapaal espacio, la consecuencia es elcalentamiento de la atmsfera y la supercie de la Tierra, lo cual es ms intenso con el incremento de la concentracin de los gases, se estima que a mediados delos aos de 1800 la concentracin de CO2 era de 280 ppm y en laactualidad es de 353 ppm [23].DeforestacinRadiacin absorbi da por la atmsfera y la ti erraCFCsRadiacin que escapaBorde de la atmsferaRadiacin absorbi daRadi acin refl ejadaMotores gasoli na y dieselGases de efecto invernaderoRadiacin absorbi da por gases de invernaderoDeforestacinRadiacin absorbi da por la atmsfera y la ti erraCFCsRadiacin que escapaBorde de la atmsferaRadiacin absorbi daRadi acin refl ejadaMotores gasoli na y dieselGases de efecto invernaderoRadiacin absorbi da por gases de invernaderoFigura 16. Representacin esquemtica del efecto invernadero.Uso eficiente y racional de energaTabla 12. Factores de emisin de GEI para diferentes combustibles [23]FE[tCO2/TJ]Combustibles slidos: Combustibles lquidos:Antracita 98.3 Crudo 73.3Carbn de coque 94.6 Fuel oil 77.4Hulla 94.6 Diesel oil 74.1Carbones sub-bituminosos 96.1 Gasolinas 69.3Lignito 101.2 Querosenos (aviacin) 71.5Turba 106 Otros querosenos 71.9GLP 63.1GLN 63.1Etano 61.6Nafta 73.3Asfaltos 80.7Lubricantes 80.7Coque de petrleo 100.8Materia prima renera 73.3Orimulsin 80.7Combustibles gaseosos:Gas natural 56.1Metano 55.1Gas de renera 66.7Gas de horno de coque 108/47Gas de alto horno 24.2En la Tabla 13 se presentan los gases de efecto invernadero y su respectivo potencial de calentamiento atmosfrico, parmetro ste que se dene en funcin de la termo actividad de cada molcula y que sirve de escala para comparar el potencial de cadagas, como puede observarse existen gases con potenciales muchsimo mayores que el del CO2.49Tabla 13. Potencial de calentamiento atmosfrico de diferentes contaminantes [23]Gases de efecto invernadero (GEIi)Smbolo qumicoMasa molecularPotencial de calentamiento atmosfrico (PCAi)Dixido de carbono 1 CO244 1Metano 2 CH416 21xido nitroso 3 N2O 30 310Hidrouorocarbonos (HFC)4 HFC 23 70 117005 HFC 125 120 28006 HFC 134a 102 13007 HFC 152a 66 140Peruorocarbonos8 CF488 65009 C2F6138 9200Hexauoruro de azufre 10 SF6146 23900Segn el Panel Intergubernamental en Cambio Climtico (IPCC) los efectos potenciales del Calentamiento Global son los siguientes:Se prev que el nivel medio global del mar se elevar entre 9 y 99 cm entre 1990 y 2100 y en caso de que todo el hielo de la Antrtida se derritiera, el nivel del mar aumentara 125 m. [23]Seprevquelaconcentracinglobaldevapordeaguaylasprecipitacionesse incrementarnduranteelsigloXXI.ParalasegundamitaddelsigloXXIes probablequelasprecipitacionessehayanincrementadoenlaslatitudesmedio-altas y en la Antrtida en invierno. En las bajas latitudes habrn tanto incrementos comodecrecimientosregionalessegndiferentesreas.Enlamayoradelas reassernprobablesvariacionesinteranualesyseesperaunincrementoenlas precipitaciones.Modicacindeladistribucindelafaunayorasdelplaneta.,locualconllevar la extensin de enfermedadesdebido a la migracin de portadores. Tal es el caso de la malaria, el dengue o la ebre amarilla, cuyos vectores son ciertas especies de mosquitos que habitan principalmente en zonas tropicales. [23]5.4Emisiones de gases de invernadero en proceso industriales.Para tener una ideaacercade las industrias intensivas en emisiones de gases de efecto invernadero en la Tabla 14 sepresentanla informacin de los pases de la OCDE para elao2004,comopuedeobservarselasindustriasproductorasdeaceroycemento sonresponsablesenmasdeun50%delastoneladasdeCO2alao,tambinson importantes las contribuciones de los sectores de renacin delpetrleo y petroqumica. Esto seexplicaporque son sectores grandes consumidores de combustiblesfsiles para satisfacer sus requerimientos energticos y como materia prima.Uso eficiente y racional de energaTabla 14. Sectores industriales intensivos en emisiones de CO2 [1].Sector industrial 106 Ton/aoProduccin de hierro y acero 1440Fabricacin de cemento 1130Renado de petrleo 690Industria petroqumica 520Otras industrias 1320Industria en general 5100Generacin de potencia 7660Dada la importancia y atencin mundialque ocupa el Cambio Climtico, las emisiones degasesdeefectodeinvernaderoporunidaddeproductoseconstituyenenun nuevoindicadorparaevaluareconmicayambientalmentelosprocesosindustriales. AcontinuacinsedescribeelprocedimientoaseguirparaestimarelndicedeCO2 equivalenteen una industria:Sisimultneamenteocurrelaemisindevariosgasesdeefectoinvernadero (GEI) el ndice de emisiones en Teq CO2 se estima de la siguiente manera:PCAi i F FniE E ==1 (17)Donde:FE: factor de emisin en ton de CO2 por unidad energtica en JouleFEi: factor de emisin del i-simo GEIPCAi: Potencial de calentamiento del i-simo GEIEjemplo: si en la combustin del fuel oil se produce CO2, N2O y CH4 encontrar el factor de emisin.Segn el IPCC los factores de emisin del fuel oil son:F F fo PCAi F PCAi F PCAiE ECO ECH EN O= + + 2 4 2(18)FtCOTJtCHTJE = |\

|.|

(( + |\

|.|

(77 4 0 98 1 0 003 212 4. . .(( + |\

|.|

((0 0006 3102.tN OTJ (19)51Donde:: Factor de oxidacin del carbn.

Las emisiones de CO2 en una industria son de dos tipos: directas e indirectas. Las emisiones directas estn relacionadas con las emisiones que se realizan en la planta al utilizar combustibles fsiles en los equipos de generacin de calor y/o autogeneracin trmica de electricidad. Se estima con la siguiente expresin: D CO C EF F2( )=

(20)Donde: : emisiones directas de GEI en toneladas equivalentes de CO2FC: consumo anual de combustible en la planta en unidades energticas.(Tj)FE: factor de emisin del combustible utilizado en tonCO2/TjLasemisionesindirectashacenreferenciaalasemisionesdeCO2enla generacin de energa elctrica que compra la empresa, se estiman mediante la siguiente expresin: I COeTDEC FE2( )=

(21)Donde:: emisiones indirectas de GEI en toneladas equivalentes de CO2EC: consumo anual de electricidad en la planta en MWhFEe: factor de emisin debido a la generacin elctrica, depende del energtico y tecnologa usado para la generacin de electricidad.: eciencia por transmisin y distribucin de electricidadUso eficiente y racional de energaLas emisiones totales de CO2 son resultados de sumar las emisiones directas y las emisiones indirectas como se muestra en la expresin: T CO D CO I CO2 2 2( ) ( ) ( )= + (22)Conocidoelfactordeemisindegasesdeinvernaderoylaproduccinanualdela empresa, es posible determinar la emisin especca de GEI en toneladas de CO2 sobre toneladasdeproducto. AmaneradeilustracinydadoqueanenColombianose dispone de informacin acerca de ndices de emisiones de CO2 para diferentes sectores industriales,enlaTabla15sepresentalainformacinparapequeasempresasde Indonesia.Tabla 15. Emisiones de GEI en el sector PYMES de Indonesia [14]SectorEmisiones especficas anuales directas de CO2 (ton de CO2/1000 ton de producto)Emisiones especficas anuales indirectas de CO2 (ton de CO2/1000 ton de producto)Emisiones especficas anuales de CO2 (ton de CO2/1000 ton de producto)Textil (32) 2227.2 926.9 3154.1Fabricacin de productos metlicos (38)998.7 923.3 1922Productos qumicos (35) 600.8 939.9 1540.7Productos en madera (33) 104.0 286.6 390.6Alimentos y bebidas (31) 215.9 97.1 313Productos con minerales no metlicos (36)228.1 67.3 295.4Pulpa y papel, se incluyen productos en papel, litografias y publicidad (34)31.8 135.8 167.65.5Mitigacin del efecto invernadero.Las principales opciones y que yacomienzana ser aplicada paramitigar las emisiones de gases de efecto invernadero son las siguientes:Reducirelconsumodeenergaprimaria,paralocualserequiereincrementarla ecienciadeconversinaotrasformasdeenergadeloscombustiblesfsiles.A menor consumo de energa menor emisin de gases de efecto invernadero. [22]Sustituir combustibles fsiles de alto contenido de carbono por combustibles de bajo contenido, en este sentido las sustituciones del carbn o derivados del petrleo por gas natural cumplen con esta condicin. En la Figura 17 se muestra la composicin tpica y la relacinhidrgeno/ carbono de los combustibles fsiles53Promover la utilizacin de recursos energticos de reducidas emisiones de CO2, como las energas renovables y la energa nuclear.Promover la reforestacin como mecanismo de jacin de CO2 y disminuir los procesos de descomposicin anaerobia de la biomasa.Captura y almacenamiento del CO2 emitido en la combustin de combustibles fsiles. Comoreceptculosdealmacenamientoseestnconsiderandolosyacimientosde petrleo y gas ya agotados. Para la captura, se estn realizando proyectopilotos para la oxicombustinde los fsiles, conlo cual se incrementa la concentracin de CO2 en los gases de combustin y con ello la reduccin de costos en su captura. CarbnAceite mineralGas NaturalHidrgenoMetanoPropanoDecano CarbnAceite mineralGas NaturalHidrgenoMetanoPropanoDecanoFigura 17. Composicin tpica y relacin Hidrgeno/Carbono de los diferentes combustibles fsiles.5.6Clculo del factor de emisin de los contaminantes gaseosos (FEx) y de la emisin de material particulado (MP)Elclculodelfactordeemisinrequieredelsiguienteprocedimientodescritoenel mtodo 19 de la EPA[24]:Determinar el factor del combustible (Fc) que se dene como la relacin del volumen de gas en los productos de combustin con respecto al poder calorco superior del combustible(PCS), Fc incluye todos los componentes de la combustin excepto el agua y puede ser calculado a partir del anlisis del combustible con la siguiente Uso eficiente y racional de energaecuacin:Donde: Fc: Factor del combustible en base seca, pcss/MMBtu, (pcss/MMBtu: pies cbicos estndar secos por milln de Btu),H, C, S, N, O: Composicin elemental de Hidrgeno, Carbono, Azufre, Nitrgeno y Oxgeno en el combustible, % peso,PCS: Poder calorco superior del combustible, Btu/lb.A continuacin se presentan los factores de combustible para el gas natural de la Guajira y el diesel de caldera [16]Combustible Fc (mcss/J)gas natural de la Guajira 2.25*10-7Diesel de caldera 2.46*10-7Determinar el caudal de gas en chimenea (Q) a partir de la siguiente expresin:Donde:Q: Caudal de gas en chimenea, pcss/min.%O2: Concentracin de oxgeno medido en base seca, %VPt: Tasa de calor que entra o potencia trmica, MMBtu/h.Determinarlaemisinenmasadelcontaminanteenunahora(Ex)apartirdela siguiente ecuacin: Donde:60: 60 min/hEx: Emisin horaria del contaminante x, lb/h,C: Concentracin del contaminante, ppmvd,PM: Peso molecular del contaminante, lb/lb-mole,V: Volumen ocupado por una mol de gas ideal a 20 C y 1 atm.Conlosdatosobtenidosparacadaexperimentosecalculaelfactordeemisin (FEx), denido como la masa de contaminante por unidad de energa liberada, en 55unidades de nanogramo por Joule (ng/J) a partir de la siguiente expresin:Donde:FEx: Factor de emisin del contaminante x, ng/JComo puede observarse el mtodo 19 de la EPA utiliza la concentracin de Oxgeno como el parmetro que indica la condicin determinada de suministro de aire en cada experimento. Para la determinacin de la concentracin y la emisin de MP, a partir del muestreo isocintico se calcula el volumen y el caudal de los gases de salida y se determina el peso total de las partculas retenidas en el muestreador. As a condiciones de 20 C y 1 atm, se calcula la concentracin, en g/m3, utilizando la siguiente ecuacin:Donde: Cpr: Concentracin de partculas, g/m3,PT: peso total de partculas, g,Vmr: Volumen de gas, m3.Con la siguiente expresin se calcula la emisin en kg/hDonde: ETp: Emisin total de partculas, kg/h,Qr: Caudal de gas, m3/min.EmpleandoelmtododescritoanteriormenteelgrupoGASUREdelaUniversidadde Antioquia realiz un estudio comparativo de las emisiones del diesel de caldera y el gas natural de la Guajira, en una caldera de generacin de vapor de 30 BHP para diferentes condicionesdeexcesodeaireofactordeaireacin,losresultadosdestetrabajose presentanenla Tabla16paralaemisionesgaseosasyenlaFigura18paramaterial particulado [16].Uso eficiente y racional de energaTabla 16. Factores de emisin y concentraciones base 3% oxgeno encontrados para gas natural y diesel de caldera en una caldera de 30 BHP [16]Factores de emisin (ng/J)n CO2 CO NO HC CH4GN FO GN FO GN FO GN FO GN FO1.0738549,2 53984,5 63,85 785,6 16,72 13,80 1781,6 2294,1 144,2 238,31.16 37802,7 54216,3 10,97 451,2 21,85 17,31 1749,5 2429,1 154,5 183,51.26 37907,7 54922,8 10,53 81,7 23,26 20,19 2070,9 2075,3 183,3 201,21.34 38349,5 55350,8 6,88 33,3 22,49 26,30 1785,6 1942,7 176,1 206,31.45 38504,8 55009,6 4,83 16,6 21,63 28,33 1222,5 1997,1 179,1 225,5Concentracin corregida base 3% oxgenon CO2 (%V) CO (ppm) NO (ppm) HC (%V) CH4 (%V)GN FO GN FO GN FO GN FO GN FO1.07 10,07 13,26 263,62 3031,9 63,78 49,7 0,26 0,32 0,10 0,161.16 10,09 13,32 45,96 1741,5 85,40 62,3 0,26 0,34 0,11 0,121.26 10,09 13,49 44,04 315,5 90,79 72,8 0,31 0,29 0,13 0,141.3410,10 13,59 28,43 128,7 86,84 94,7 0,26 0,27 0,13 0,141.45 10,10 13,51 19,90 64,0 83,20 102,1 0,18 0,28 0,13 0,15SO2 GN FOFactor de emisin (ng/J)0,94 62,08Concentracin corregida base 3% oxgeno (ppm)1,70 104,75Factores de emisin (ng/J)n CO2 CO NO HC CH4GN FO GN FO GN FO GN FO GN FOFactores de emisin (ng/J)n CO2 CO NO HC CH4GN FO GN FO GN FO GN FO GN FO1.0738549,2 53984,5 63,85 785,6 16,72 13,80 1781,6 2294,1 144,2 238,31.16 37802,7 54216,3 10,97 451,2 21,85 17,31 1749,5 2429,1 154,5 183,51.0738549,2 53984,5 63,85 785,6 16,72 13,80 1781,6 2294,1 144,2 238,31.16 37802,7 54216,3 10,97 451,2 21,85 17,31 1749,5 2429,1 154,5 183,51.26 37907,7 54922,8 10,53 81,7 23,26 20,19 2070,9 2075,3 183,3 201,21.34 38349,5 55350,8 6,88 33,3 22,49 26,30 1785,6 1942,7 176,1 206,31.26 37907,7 54922,8 10,53 81,7 23,26 20,19 2070,9 2075,3 183,3 201,21.34 38349,5 55350,8 6,88 33,3 22,49 26,30 1785,6 1942,7 176,1 206,31.45 38504,8 55009,6 4,83 16,6 21,63 28,33 1222,5 1997,1 179,1 225,5 1.45 38504,8 55009,6 4,83 16,6 21,63 28,33 1222,5 1997,1 179,1 225,5Concentracin corregida base 3% oxgenon CO2 (%V) CO (ppm) NO (ppm) HC (%V) CH4 (%V)Concentracin corregida base 3% oxgenon CO2