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UNIDAD
Los conceptos que vas a ver en esta Unidad constituyen una de las claves para la
supervivencia de los seres vivos en nuestro planeta. A lo largo de su estudio debes recurrir
al mapa conceptual para reforzar los conocimientos que vas adquiriendo: fíjate con detalle
en las conexiones y en el sentido de las flechas.
Hay dos objetivos en muchas ocasiones enfrentados:
la rentabilidad económica a corto-medio plazo y
la conservación de la vida (humana, animal y vegetal).
Sin embargo, la cuantificación global del rendimiento -eficiencia, menos pérdidas-
juega a favor de esos dos objetivos.
El agotamiento de las energías no renovables debe conducir, inevitablemente, al
desarrollo y mejora de tecnologías que faciliten la obtención y uso de las renovables.
La energía. Las energías6INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
1. MANIFESTACIONES DE LA ENERGÍA. CLASIFICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
2. ENERGÍA Y SOCIEDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
2.1. Evolución histórica del uso de las energías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
2.2. Repercusiones sociales del uso de las energías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
2.3. Energía y desarrollo económico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
2.4. Cambios en la evolución del consumo energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
3. LOS RECURSOS ENERGÉTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
4. CONSECUENCIAS DE LA CRISIS DEL PETRÓLEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
4.1. El recorte del uso de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
4.2. El rendimiento energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
4.3. Cogeneración y ahorro energético. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
5. PRODUCCIÓN Y CONSUMOS ENERGÉTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
6. LA ELECTRICIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164
Í N D I C E D E C O N T E N I D O S
Los conceptos que vas a ver en esta Unidad constituyen una de las claves para la
supervivencia de los seres vivos en nuestro planeta. A lo largo de su estudio debes recurrir
al mapa conceptual para reforzar los conocimientos que vas adquiriendo: fíjate con detalle
en las conexiones y en el sentido de las flechas.
Hay dos objetivos en muchas ocasiones enfrentados:
la rentabilidad económica a corto-medio plazo y
la conservación de la vida (humana, animal y vegetal).
Sin embargo, la cuantificación global del rendimiento -eficiencia, menos pérdidas-
juega a favor de esos dos objetivos.
El agotamiento de las energías no renovables debe conducir, inevitablemente, al
desarrollo y mejora de tecnologías que faciliten la obtención y uso de las renovables.
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AHORRO ENERGÉTICOY
MEJORA DE EFICIENCIA
con-
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MAREOMOTERIZ etc OTRAS
OTRAS FUENTES
FOTOVOLTAICA
EÓLICA, etc
HIDRÁULICA
TÉRMICA SOLAR
GEOTÉRMICA, etc
DE FUSIÓN
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DE FUSIÓN
ELÉCTRICA
MECÁNICA
TÉRMICA
NUCLEAR
QUÍMICA
LASENERGÍAS
nuestra únicafuente deENERGÍA
RENOVABLES
NO RENOVABLES
su uso no racionalcontribuye a
DETERIOROdel
PLANETA
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PRIMARIAS
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CONSERVACIÓN DEL PLANETA
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EL SOL
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LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
IntroducciónToda la energía que utilizamos en nuestro plane-
ta procede del Sol. El resto de las energías de las queoímos hablar cada día y de otras que quizá no conoz-cas y en las que entraremos en detalle en ésta y enlas dos siguientes unidades no son sino distintasmanifestaciones de la energía solar.
Para situarnos, presentamos algunos datos signi-ficativos del Sol y la Tierra, estableciendo su compa-ración:
La distancia media entre el Sol y la Tierra es de 150.000.000 Km., lo que signi-fica que su luz tarda en llegar a nosotros algo más de 8 minutos y que, en el tra-yecto se queda una buena parte de la energía emitida.
Si bien la temperatura en la corteza es de 6000 ºC, en el centro es de, aproxi-madamente, 16.000.000 ºC.
El Sol es un cuerpo en estado de plasma, compuesto aproximadamente de 71%hidrógeno, 27% helio, algo menos de 1% de oxígeno, y el 1% restante de otros ele-mentos más pesados.
Fijémonos en estos datos: a pesar de la temperatura tan elevada en su centro,lo que es coherente con el estado “supergaseoso” en que se encuentra, su densidades 150 veces superior a la del agua (la sustancia más densa, de las conocidas en laTierra, es el platino, con un valor 21,4 veces superior al del agua). Estas dos cifrasconsideradas conjuntamente nos dan idea de las enormes presiones que hay en suinterior, y que deben ocurrir fenómenos de características muy especiales.
La fuente de energía en el Sol es la fusión de núcleos de hidrógeno (protones)convirtiéndose en núcleos de helio. En este proceso se pierde una pequeña cantidadde masa que es transformada en energía, fenómeno que descubrió Einstein y queestableció en su famosa ecuación que relacionaba la masa y la energía: E = mc2.
MAGNITUDES SOL TIERRA RATIO
Diámetro 1.400.000 Km. 12.700 Km. 110 veces mayor
Densidad media 150 g/cm3 5,52 g/cm3 27 veces más pesado
Temperatura enla corteza
6000 ºC 14 ºC
Masa 2x1030 Kg. 6x1024 Kg. 330.000 veces mayor
Del Sol procede toda la energía deque disponemos.
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Teniendo en cuenta que la velocidad de la luz, c, es de casi 300.000 Km/s,y que en la fórmula, además, está elevada al cuadrado, una cantidad muypequeña de masa da lugar, al transformarse en energía, a cantidades ingentesde ésta.
La reacción que se produce en el núcleo del Sol, sólo posible por las extre-mas condiciones de presión y temperatura es:
Tal es la actividad de fusión que, a pesar de que la masa convertida en ener-gía es muy pequeña, el Sol pierde medio millón de toneladas cada segundo enesta destrucción de masa para producir energía. Esto equivale a decir que, enun segundo, le energía generada es equivalente a la que se produciría por laexplosión de más de 100 millones de bombas de hidrógeno de 1 megatón.
Aún así, el hidrógeno que hay actualmente en el núcleo del Sol es suficien-te para mantener su actividad durante otros 5.000 millones de años.
Partiendo de esta premisa, todas las consideraciones, los análisis, los estu-dios y las valoraciones que hagamos en ésta y en las dos Unidades siguientesrelacionados con la energía, necesariamente han de ser parciales; atendiendo adistintos parámetros, atributos y características de tipo científico, técnico, eco-nómico o medioambiental en base a las cuales llegarás a conclusiones acercade la situación energética actual y de las acciones de diversa índole que sedeben y se pueden tomar.
En definitiva, y como decíamos en la introducción al libro de texto, se tratade que conozcas cómo podemos transformar la energía –o las energías– paracontribuir a mejorar el bienestar de la especie humana sin deteriorar nuestroentorno o, dicho en lenguaje cotidiano pero perfectamente válido, pagando elmenor “precio” posible, incluido el que futuras generaciones puedan vivir saluda-blemente en nuestro planeta y utilizar fuentes de energía que no lo deterioren.
En una primera aproximación podemos establecer una analogía entre el título deesta Unidad “La energía. Las energías” y lo que ocurre en las transacciones econó-micas: el dinero es uno, las monedas son muchas y éstas no son sino distintas mani-festaciones del primero. Nos serviremos de una u otra moneda en función del lugaren que nos encontremos. Nos serviremos de una u otra energía en función de lasfuentes de que dispongamos y de lo que necesitemos hacer con ella.
Por física sabemos que la energía ni se crea ni se destruye: se transforma.La primera ley de la termodinámica incluye como energía los cambios posiblesen la energía interna de la materia. Pero desde el punto de vista tecnológico,cuando transformamos una manifestación de energía en otra sí se producen“pérdidas”; esto no significa que no se cumpla el principio de conservación de laenergía sino que no toda se transforma en la que nosotros queremos. Estehecho es una generalización de la segunda ley de la termodinámica.
4H 1He + γγ
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LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
1. Manifestaciones de la energía.Clasificación
En física se define energía como la capacidad de un sistema para realizartrabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posi-ción en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación electromag-nética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitudde onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y pos-teriormente la emite. La energía asociada al movimiento se conoce como ener-gía cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial.Por ejemplo, un péndulo que oscila tiene una energía potencial máxima en losextremos de su recorrido; en todas las posiciones intermedias tiene energía ciné-tica y potencial en proporciones diversas.
La energía se manifiesta en distintas formas, entre ellas las energías mecá-nica, térmica, química, eléctrica, radiante o atómica. Todas las formas de energíapueden convertirse en otras mediante los procesos adecuados, y todas procedende la energía solar.
En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma deenergía, pero la suma total permanece constante. Este concepto, conocido comoprincipio de conservación de la energía, constituye una de las bases de la mecá-nica clásica. Al igual que el principio de conservación de la materia, sólo se cum-ple en fenómenos que se producen a velocidades bajas en comparación con lade la luz. Cuando nos aproximamos a ese rango, como ocurre en las reaccionesnucleares, la materia puede transformarse en energía y viceversa. (En la físicamoderna se unifican ambos conceptos, la conservación de la energía y de lamasa, expresado con la ecuación formulada por Einstein que hemos visto en laintroducción de la Unidad).
A modo de resumen, podemos agrupar las formas bajo las cuales puede pre-sentarse la energía en seis tipos. La clasificación no es en absoluto científica –laenergía es única– pero nos ayuda con fines prácticos y de estudio.
Un ejemplo que vivimos a diario nos ayudará a entender esta idea de las “pérdidas” deenergía: cuando encendemos una bombilla estamos transformando energía eléctrica enluminosa, que es el fin para el que se ha diseñado y fabricado la bombilla. Pero sabemosque se calienta; ese calor, que no deseamos, es el despilfarro, la ”pérdida” de energía, queno es tal, sino sólo para nuestros intereses concretos. El caso opuesto sería cuando enchu-famos una estufa eléctrica: el objetivo es convertir energía eléctrica en energía calorífica;pero una parte se transforma –se pierde para nuestros intereses– en energía luminosa, alponerse incandescentes (rojas) las resistencias eléctricas.
E j e m p l o
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Clasificación de las energías.
Los tipos de energías –las manifestaciones, según hemos visto– que utiliza elgénero humano para su consumo pueden clasificarse atendiendo a distintos atribu-tos. Las dos más utilizadas son:
Debe quedarte claro que son dos clasificaciones independientes, es decir, lasenergías primarias pueden ser tanto renovables como no renovables. (En el aparta-do “Cogeneración y ahorro energético” de esta Unidad, haremos referencia a lo quese conoce como “energías terciarias”).
Fuentes de energía renovables (también conocidas como alternativas o blan-das) son las que tienen directamente origen solar y, en consecuencia, no se agota-rán; se consideran como tales a las siguientes: solar (que puede aprovecharse comoenergía primaria o secundaria), hidroeléctrica (se genera haciendo pasar unacorriente de agua por una turbina), eólica (del viento, derivada de la solar, puesto quesu origen es la diferencia de temperaturas de distintas capas de aire), geotérmica(producida por la diferencia de temperaturas entre el centro y la superficie de laTierra), mareomotriz (aprovechamiento del movimiento de las aguas marinas) y labiomasa (se genera tratando distintos tipos de materia orgánica). Estas fuentes de
FORMA DE MANIFESTACIÓN DESCRIPCIÓN
Energía mecánica
Cinética, acumulada por un cuerpo en movimiento.
Potencial, gravitatoria.Elástica.
Energía electromagnética
Campo electrostático.
Campo magnético.
Corriente eléctrica.
Energía térmicaEnergía interna de los cuerpos que se manifiesta alexterior en forma de temperatura.
Energía químicaEnergía que poseen los compuestos químicos, quepuede ponerse de manifiesto mediante una reac-ción química exotérmica.
Energía metabólicaLa generada por los organismos vivos por la oxida-ción de los alimentos o nutrientes que ingieren.
Energía nuclearProviene de las reacciones de fusión o de desinte-gración de los núcleos de algunos átomos.
TIPOS DE ENERGÍAS
SEGÚN PROCEDENCIA SEGÚN DISPONIBILIDAD
Primarias Secundarias Renovables No renovables
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LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
energía constituirán la materia de la Unidad 8. Las energías fósiles (carbón, petróleoy gas natural) y la nuclear de fisión se consideran fuentes no renovables porque latasa de utilización es muy superior al ritmo de formación del propio recurso, y lasestudiaremos con más detalle en la Unidad 7. Un dato que resulta estremecedor esque la humanidad –y sobre todo una parte de ella– está consumiendo, con referen-cia al año 2003, combustibles fósiles a un ritmo 100.000 veces más rápido que el desu velocidad de formación.
Se conoce con el nombre de energías primarias a las fuentes naturales que sonsusceptibles de aprovechamiento energético. Las hay no renovables como el carbón,el petróleo, el gas natural y la energía nuclear, y renovables como las hidráulica,solar, eólica (viento), biomasa (residuos) y geotérmica.
Energías secundarias –también llamadas finales– son las que utiliza el usuariofinal después de una serie de transformaciones.
En todos los eslabones de esa cadena: extracción de los recursos naturales,transporte, transformación de las energías primarias en finales, distribución de laenergía transformada y consumo final, se producen pérdidas, además de la utiliza-ción de la misma para el propio proceso de transformación.
Las energías finales obtenidas de las primarias suelen agruparse asociándolasa la fuente de que proceden. La utilidad final puede deberse al contenido energéticodel producto (como combustible) o a sus características fisicoquímicas para su utili-zación como materias primas o producto intermedios.
Un primer resumen del uso de las fuentes de energía primaria es el siguiente:
FUENTE USO DIRECTO USO TRANSFORMADO
Carbón Como combustible. Electricidad, alquitranes, breas,otros productos químicos.
Petróleo Prácticamente nulo.
Distintos tipos de combustiblespara su quemado o producciónde electricidad, materias pri-mas y productos intermedios.
Gas natural Como combustible. Electricidad.
Hidroeléctrica Nulo1. Electricidad.
Nuclear Prácticamente nulo. Electricidad.
Solar Aprovechamiento térmico. Electricidad.
Biomasa Como combustible. Electricidad.
Mareomotriz Algún tipo de molino. Electricidad
Eólica Molinos de distinto tipo. Electricidad.
Geotérmica Aprovechamiento térmico. Electricidad.
1 Las presas que se construyen para generar electricidad tienen, con frecuencia, un usodirecto que, aunque no energético es de gran importancia económica y social: parte del aguase utiliza para riego de los campos próximos.
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2. Energía y sociedadPartiendo del concepto más elemental de la palabra energía como eficacia,
poder, virtud para obrar, se puede afirmar que, desde el principio de los tiempos, labúsqueda de la transformación de la energía en trabajo mecánico ha sido una de lasconstantes del género humano.
2.1. Evolución histórica del uso de lasenergías
Hasta que el hombre aprendió a domesticar y aparejar a los animales de tiro,su única fuente de energía era su propia fuerza muscular.
Básicamente, la humanidad ha tenido por fin la mejora de su nivel de vida entodos los aspectos, en una lucha constante contra una naturaleza hostil.
Pronto llegó a la conclusión de que aplicar una mayor cantidad de energía ala agricultura conducía a un incremento de la producción de alimentos a lo quecontribuyó de forma importante la fuerza de los animales de tiro y el empleo delarado y otros utensilios.
Tuvieron que pasar muchos miles de años hasta que el hombre descubriesey emplease otra fuente de energía, cuando se empieza a usar la madera comocombustible, produciéndose el primer cambio cualitativo en el origen de la ener-gía: de una de origen animal a otra de origen químico. Además, se presentababajo otra forma: de calor. Esto supuso un gran paso adelante (abrió las puertas dela alfarería, del aprovechamiento del cobre, la obtención y utilización del hierro,etc.) pero en las aplicaciones mecánicas y el transporte se seguía dependiendode su propio esfuerzo muscular y del de los animales domesticados.
Bastantes siglos después se inventan la rueda hidráulica y el molino de vien-to y, allá por el 1200, en Lieja (Bélgica), la utilización del carbón como combusti-ble. Pero el hecho que más repercusiones sociales tuvo fue la invención de lamáquina de vapor, un dispositivo mecánico que aprovechaba determinadas pro-piedades del agua para convertir el calor en fuerza mecánica, eso sí, con rendi-mientos inferiores, en sus inicios, al 1%.
Toda la energía que utilizamos procede del Sol.La energía se manifiesta en distintas formas, entre ellas las energías mecánica, térmica,química, eléctrica, radiante o atómica. Todas las formas de energía pueden convertirseen otras haciendo uso de procesos y tecnologías adecuados.
R e c u e r d a
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LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
Unos 100 años después de la construcción de la primera máquina de vaporempieza a introducirse una nueva forma de energía: la electricidad, cuyos primerosestudios de laboratorio los había establecido el físico italiano Galvani en 1786 abrien-do a la humanidad nuevos horizontes al permitir el transporte de la energía de unlugar a otro con facilidad. Ya no era necesario que el lugar de producción y de con-sumo fuera el mismo y, además, esa energía se podía transformar fácilmente en luz,calor, frío, movimiento, energía mecánica, etc.
En la segunda mitad del siglo XIX aparecen los distintos tipos de motores decombustión interna. En su último tercio se empieza a utilizar el petróleo como com-bustible y en la segunda decena del siglo XX, el gas natural.
En los años 30 del siglo pasado se aceleran los descubrimientos sobre la cons-titución de la materia y sobre la fisión nuclear, que reciben un gran impulso debidoa razones militares que conducen a las explosiones atómicas de Hiroshima yNagasaki; pero desde el primer momento los científicos vieron la gran importancia delas aplicaciones pacíficas de esta nueva fuente de energía y, en los años 50, seponen en funcionamiento los primeros reactores nucleares de producción de energíaeléctrica.
2.2. Repercusiones sociales del uso delas energías
Todo este período de tiempo tan dilatado se ha caracterizado por la búsquedapor parte del género humano de nuevos recursos tanto materiales (máquinas y arti-ficios más o menos complejos) como combustibles que facilitasen su trabajo y mejo-rasen su nivel de vida en todos los órdenes y por un crecimiento del consumo ener-gético que, al principio se hacía lentamente y en los últimos 250 años de formamucho más rápida, coincidiendo esto último con una mejora muy notable del bienes-tar de la humanidad.
Es interesante establecer algunas comparaciones entre la situación social delmundo occidental en la segunda mitad del siglo XIX y en la actualidad, para lo quees suficiente reseñar algunos hechos históricos:
En 1841 se promulgó en Francia la primera Ley sobre el trabajo de niños enfábricas, fijando que éstos debían tener 8 años para poder trabajar; entre los8 y los 12 años la ley permitía que trabajasen 8 horas diarias y para los deedades comprendidas entre 12 y 16 años la jornada legal de trabajo era de12 horas.
En 1844, en el reglamento de trabajo de una empresa minera asturiana seestablecía lo siguiente: Los operarios del interior de la mina trabajarán sininterrupción de día y de noche, remudándose de 12 en 12 horas.
Las condiciones higiénicas y de seguridad de las fábricas eran muy deficien-tes: mal ventiladas, con iluminación muy pobre, lo que contribuía no sólo alaumento de los accidentes sino a una merma acelerada de la salud de laspersonas que trabajaban en ellas.
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Aunque el bienestar derivado de la utilizacióngeneralizada de las nuevas fuentes de energíano es el único factor que ha determinado elaumento de esperanza de vida del género huma-no, sí ha contribuido en buena medida a ello,junto con otros factores sociales como mejor ali-mentación, condiciones higiénicas, mejoras enlas condiciones laborales, avances de la medici-na y la cirugía, etc. Diversos estudios realizadospor expertos señalan que del aumento de unos35 años de esperanza de vida, 4 son consecuen-cia de la utilización de la energía, 15 del descen-so de la mortalidad infantil y 16 del desarrollo tec-nológico en general.
2.3. Energía y desarrollo económico.Que la energía tiene una importancia trascendental en el mundo en que vivimos es
algo que está unánimemente aceptado. Como consecuencia de la Revolución Industrial,se sustituyó buena parte del esfuerzo físico humano y de algunos animales así como laenergía del viento y del agua, por la máquina movida por energía fósil (carbón). Desdeentonces no ha dejado de incrementarse su empleo de forma casi exponencial, hasta elpunto de que hoy el consumo energético constituye uno de los indicadores más fiablesdel nivel de desarrollo económico de un país o de un área geográfica.
Es un hecho que el consumo mundial de energía está muy concentrado, absorbien-do los países más desarrollados algo más del 80% de la energía que produce nuestroplaneta, mientras que los países subdesarrollados sólo utilizan el 20% restante. (No olvi-demos que estamos hablando de consumir, no de producir).
La correspondencia entre crecimiento económico y demanda de energía también sepuede observar desde la perspectiva histórica: a través de ella se puede inferir la reglaque vincula estrechamente la evolución del crecimiento económico de un país o regióncon incrementos proporcionales de su consumo energético.
El impacto que supuso el uso de la máquina de vapor en las condiciones devida del siglo XIX lo describe un historiador de la época de la siguiente forma: Elservicio más importante que la mecánica aplicada a diferentes industrias ha pres-tado al hombre, bajo el doble punto de vista de la salud y la producción es el habersustituido a la fuerza de los brazos la poderosa y tan regular del vapor y de los sal-tos de agua. Jamás pudiera yo hacerme de ello una cabal idea si no hubiera visto,en 1835 a unos hombres que, con esfuerzos casi increíbles, daban impulso atodas las máquinas de hilar algodón: desnudos la mitad superior del cuerpo, sinaliento, jadeantes, cubiertos de sudor, tenían la mayor parte de los músculos desu cuerpo en un movimiento convulsivo; los ojos les salían de las órbitas; habíanbajado al rango de bestias de carga. Afortunadamente, el vapor ha debido ponertérmino a esta barbarie digna de los tiempos en los que, para moler el trigo, losesclavos se uncían a las muelas como los bueyes a un yugo.
La fotografía no es tan antigua: estátomada en las minas de Almagrera(Almería) en el año 1950. Se puedeobservar en qué condiciones se trabaja-ba en los pozos mineros hace poco másde medio siglo.
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LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
Esto se explica por los cambios estructurales que suceden en cada país o área geo-gráfica a lo largo de su evolución y que dan lugar a estructuras productivas distintas enfunción del nivel de desarrollo alcanzado. Dentro de las actividades económicas se dife-rencian las que requieren un elevado consumo energético para obtener su produccióny las que, por el contrario, tienen una demanda energética escasa. En general, la acti-vidad industrial se encuentra entre las de mayor consumo energético y las actividadesprimarias (agricultura, minería) y los servicios (excluido el transporte de mercancías ypersonas) entre los de menor consumo. Así, para el conjunto de países desarrollados,el 40% de la demanda energética procede de la industria y un 30% de los transportes.A su vez, y dentro de la actividad industrial, podríamos diferenciar sectores con un altoconsumo energético –siderurgia, química básica, fabricación de cemento– de otros conuna baja utilización de energía como el sector alimentario o el de transformados de lamadera.
En definitiva, un país que inicia el camino de su desarrollo tiende, en general, aespecializarse en los sectores más consumidores de energía, por lo que su crecimien-to económico implica, ineludiblemente, altas tasas de incremento de su demanda ener-gética.
Posiblemente nos ayude a entenderlo mejor una de tantas situaciones que están ocu-rriendo en nuestro planeta: referido al año 2002, los dos países con más reservas conoci-das de níquel son Canadá y Cuba. La extracción del mineral es una operación relativa-mente simple: fragmentación de las rocas y separación física entre la mena y la ganga.La complejidad tecnológica y el consumo energético importante (análogo al que indicába-mos en el apartado 2.2 de la Unidad 3 para el aluminio) está en el proceso de reducciónde la mena a níquel metálico. Cuba no dispone de las instalaciones ni de la tecnologíanecesaria para llevar a cabo estas operaciones y se limita a extraer el mineral, que lasempresas canadienses transportan a su país para obtener el níquel metálico. El mayorbeneficio económico de todo el proceso es para Canadá. Por emplear un término de lacalle, es la pescadilla que se muerde la cola: como Cuba carece de recursos económicos,tecnológicos y energéticos para producir el níquel metálico, apenas obtiene beneficios, yal no obtenerlos, no puede invertir en instalaciones para refinar el níquel. El hecho es que–desde un punto de vista exclusivamente económico– Canadá es un país mas desarrolla-do que Cuba.
E j e m p l o s
Esta argumentación requiere algunas matizaciones, la más importante de las cualessería que el proceso indicado presenta algunas irregularidades, que se observan másfácilmente en países pequeños. Un ejemplo típico es la comparación que podemos esta-blecer entre dos países de nuestro entorno, ambos pertenecientes a la Unión Europea:Luxemburgo y Dinamarca, ambos con un nivel de desarrollo similar y, sin embargo, conun consumo energético por persona muy diferentes. La razón de esta aparente discrepan-cia está en la especialización luxemburguesa en sectores industriales altamente consumi-dores de energía, como la producción de acero, mientras que, por el contrario, Dinamarcase ha especializado en la industria alimentaria y tiene muy desarrollado el sector de ser-vicios, con mucha menor demanda energética.
E j e m p l o s
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2.4. Cambios en la evolución del consumoenergético
A largo plazo, además de variar la cantidad de energía consumida, también seproducen cambios en la composición de la demanda, al modificarse la proporción decada fuente energética en el total. Estos cambios son muy importantes, pues reve-lan:
la incorporación de nuevas tecnologías a los procesos productivos, la aparición de nuevos tipos de consumos y la utilización de nuevos tipos de energía primaria.
Los procesos de sustitución energética se producen por varias causas:
1) En primer lugar, la mayor eficacia de unas energías sobre otras. Esto signifi-ca que, a igualdad de volumen o de peso, unas energías tienen mayor poten-cia calorífica que otras, por lo que su uso resulta más atractivo y económico.Por eso, para realizar comparaciones entre las distintas clases de energía, ocuando éstas se suman para calcular la producción o la demanda energéticatotal, es preciso trasladarlas previamente a términos equivalentes, es decir,necesitamos un patrón; los dos más comúnmente utilizados son la toneladaequivalente de carbón (TEC) y la tonelada equivalente de petróleo (TEP).Este referente es fundamental para poder establecer comparaciones válidas.(Es algo análogo a lo que ocurre cuando queremos, a nivel cotidiano, esta-blecer comparaciones acerca del poder adquisitivo de los ciudadanos de dospaíses: no es correcto decir los euros que cuesta una bicicleta en uno u otro,sino cuántas horas debe trabajar un ciudadano medio en uno y otro país parapoder adquirirla).
2) Otra de las razones que explican los procesos de sustitución energética es laaparición de consumos específicos, que requieren un tipo determinado deenergía, sin alternativas razonables. Este es el caso de los motores de com-bustión interna que mueven hoy todos los vehículos de transporte por carre-tera –cuyo aumento fue masivo a partir de la segunda mitad del siglo pasa-do– y algunas locomotoras de los ferrocarriles, todos los cuales requieren untipo de combustible que sólo se obtiene, en condiciones normales, fraccio-nando y destilando petróleo.
3) Nos encontramos asimismo con otra de las razones más importantes de sus-titución, de carácter eminentemente social y político más que tecnológico: latendencia a utilizar fuentes de energía secundarias en detrimento de las pri-marias como el carbón, es decir, se sigue utilizando el carbón, pero no comofuente de energía directa, sino transformándolo en otras (electricidad) queson las que, ya transformadas, se utilizan para el consumo.
Como consecuencia de estas razones, a lo largo de los últimos 100-125 años sehan producido sustituciones de unas energías por otras. Los países pioneros en suincorporación a la Revolución Industrial –Gran Bretaña, Alemania, Francia, Países
150
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
Bajos– adoptaron el carbón de piedra (llamado entonces así para diferenciarlo delcarbón vegetal) como fuente energética fundamental y casi única, al estar íntima-mente ligado su uso con las actividades económicas introducidas entre finales delsiglo XVII y el primer tercio del XIX. Es el caso de la máquina de vapor, el horno altoy el ferrocarril, trascendentales en la primera fase de la Revolución Industrial. El car-bón ocupa, a lo largo de todo el siglo XIX una posición absolutamente dominante enel mundo desarrollado, que empieza a ser amenazada al iniciarse, con el siglo pasa-do, su sustitución por el petróleo, primero en los Estados Unidos y, tras la primeraguerra mundial, en los países europeos más industrializados. En 1930, el carbóncubría entre el 75 % y el 80 % de la demanda energética global de estos países, datoque nos da idea de la relativa lentitud con la que ocurría el proceso de cambio.
Con la segunda guerra mundial se produce una clara aceleración en el despla-zamiento del carbón por los hidrocarburos –ya entra también en juego el gas natu-ral– como consecuencia de los factores que acabamos de enumerar.
3. Los recursos energéticosPartimos del hecho cierto de que la energía es un factor indispensable para el
desarrollo de los pueblos.
En el uso cotidiano se considera a la energía en términos del costo de com-bustible para el transporte y la calefacción, de la electricidad para la iluminación y elfuncionamiento de los aparatos electrodomésticos, y de los alimentos que consumi-mos. Pero estas ideas no definen realmente la energía: sólo nos dicen que se nece-sitan combustibles para realizar una tarea y que ellos suministran algo que se llamaenergía.
Damos el nombre de recursos energéticos al conjunto de medios con los quelos países del mundo intentan cubrir sus necesidades de energía. La energía es labase de la civilización industrial y sin ella la vida moderna, tal como la concebimos,dejaría de existir.
A lo largo de la historia de la humanidad se ha podido comprobar que segúnhayan sido las aptitudes para poder utilizar la energía, así se han idomodificando las condiciones de vida del género humano.
El bienestar de la humanidad, que se manifiesta en el aumento de esperanzade vida, el desarrollo cultural y la mejora de las condiciones sociales se hanproducido en paralelo con el aumento generalizado del uso de las energías.
R e c u e r d a
151
4. Consecuencias de la crisis delpetróleo
En 1973 –fecha no del todo cierta pero que se considera como inicio de la crisisenergética– el petróleo suponía casi la mitad del consumo energético mundial. Siañadimos la participación del gas natural, podemos decir que en ese año, casi lasdos terceras partes de la demanda mundial estaban cubiertas por los hidrocarburosfósiles.
1.- La Tonelada Equivalente de Petróleo (TEP) es una unidad:a) De energía, derivada directamente de las magnitudes establecidas en el Sistema
Internacional.b) Es una medida de capacidad, equivalente a 10 barriles de petróleo, es decir, a 1.590
litros.c) Es una medida de peso, equivale a 1.000 Kg.d) Es una referencia práctica para establecer equivalencias de poder energético respecto
de otras fuentes, tanto primarias como secundarias.
2.- Las aplicaciones tecnológicas de la 2ª ley de la Termodinámica hacen referencia a:a) Las pérdidas de energía que lleva consigo toda transformación.b) Al principio de conservación de la energía.c) La energía interna que poseen todas las sustancias.d) A la relación entre el contenido energético y la frecuencia, en la radiación electromagné-
tica.
3.- Una de estas afirmaciones es falsa:a) Las energías fósiles son no renovables.b) Las energías primarias son las que usamos después de transformarlas.c) El petróleo apenas tiene aplicación práctica tal como se extrae de los yacimientos.d) La electricidad es siempre una energía secundaria.
4.- Un país económicamente desarrollado:a) Consume más energía por habitante que uno no desarrollado.b) Consume menos energía por habitante porque es consciente de su escasez y actúa en
consecuencia.c) No hay relación directa entre el grado de desarrollo y el consumo energético.d) Consume más energía a nivel industrial y menos a nivel doméstico que uno no desarro-
llado.
A c t i v i d a d e s
152
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
¿Qué es lo que realmente ocurre en 1973? En otoño de ese año, la OPEP(Organización de Países Exportadores de Petróleo)2 acuerda una brusca elevacióndel precio de los crudos por razones muy complejas y de índole más política que tec-nológica (cuya exposición queda fuera de nuestra asignatura) acrecentada en 1974y repetida en varias ocasiones entre 1979 y 1982. El hecho es que este enormeencarecimiento –de 3,5 a 30 dólares por barril entre 1970 y 1980– arrastró al alzalos precios de las restantes energías primarias, haciendo repentinamente competiti-vo al carbón y, en consecuencia, aumentando de nuevo su utilización como fuentede energía.
Este cúmulo de acontecimientos que a primera vista pudiera pensarse que hansido negativos, han traído consigo algunas consecuencias a las que no podemos til-dar con ese adjetivo, sino todo lo contrario y que, si se toman las medidas adecua-das, beneficiarán claramente al género humano y a la vida de nuestro planeta. Lasmás importantes son:
La toma de conciencia de la escasez de ciertos recursos energéticos. (Se esti-ma que, al ritmo de extracción actual, y aunque se produjesen nuevos hallazgos deenergías fósiles, el petróleo se agotaría en unos 50 años; el gas natural en 100 y elcarbón en 250–300).
La toma de conciencia del calentamiento del planeta por el efecto invernadero,consecuencia del aumento de concentración de CO2 en la atmósfera, tanto por sumayor producción al formarse en las reacciones de combustión de los combustiblesfósiles como por su más baja eliminación por fotosíntesis, consecuencia de la deser-tización progresiva del planeta.
La toma de conciencia del perjuicio que causa la lluvia ácida a personas ymedio ambiente y, en consecuencia el incremento de medidas para, si no eliminarla,sí disminuirla en la medida de lo posible.
Esta única toma de conciencia, que hemos dividido en tres apartados, quizá per-mita salvar a la Tierra de la desaparición de la vida en la misma con tres tipos deacciones fundamentales:
La incentivación de acciones de investigación y desarrollo que den lugar a posi-bilidades de aprovechamiento de fuentes de energía renovables que sean económi-camente viables.
Las acciones, ya iniciadas en foros internacionales, para reducir la contamina-ción atmosférica a todos los niveles. Tiene especial importancia en este sentido lafundación, en 1974, de la Agencia Internacional de la Energía.
Acciones para frenar la desertización de la Tierra. (En países desarrollados y contradición de bosques, y Austria es un buen ejemplo, las autoridades del país debendar permiso antes de talar árboles para producción de madera y, en cualquier caso,por cada árbol talado han de plantarse 14).
De forma esquemática podemos verlo así:
2. Es un error frecuente considerar a la OPEP como una organización de los países produc-tores en lugar de exportadores. Un dato que ignora una buena parte de la población es queentre los mayores productores (y que poseen más reservas en yacimientos) de petróleo estántres que no forman parte de esa organización: EE.UU, Rusia y Méjico.
153
La tercera de estas acciones la veremos con detalle en la Unidad 8. Hacemosahora una breve reseña de las otras dos, que tienen también una importancia deci-siva para solucionar la situación actual a que nos estamos refiriendo.
4.1. El recorte del uso de la energíaNo es ésta una medida de fácil aplicación, ya que requiere el concurso y el cam-
bio de hábitos de millones de personas para que tomen medidas, en sus domiciliosy en sus puestos de trabajo, tan prosaicas como apagar las luces cuando no lasnecesitan, mantener una presión correcta en los neumáticos de los automóviles, ins-talar termostatos en viviendas, naves industriales y oficinas para que calefacción,ventilación y aire acondicionado sólo funcionen cuando sea necesario, etc. Otrabarrera a este tipo de medidas ha sido la económica: si tomamos como referencia alos Estados Unidos, que es el mayor consumidor de energía del mundo, a pesar dela crisis de los 70 el precio de la gasolina (que no del petróleo) en el año 1990 erasólo ligeramente superior al de 1970. Los precios, que siguen siendo bajos, hacenque sea difícil convencer a los usuarios, tanto domésticos como industriales, de queadopten ese tipo de medidas.
VOZ DE ALARMA 1:Los recursos energéticos que se están utilizando mayoritariamente NO
son inagotables , Hay que actuar.
VOZ DE ALARMA 2:Deterioro a que se está sometiendo al Planeta: desertización, efecto
invernadero, lluvia ácida, contaminación de las aguas, etc.
Recortando:cambiando hábitos deconducta industriales ydomésticos para redu-
cir el consumo deenergía.
Buscando la utilización práctica de
nuevas fuentes deenergía.
Mejorando el rendimiento en pro-ducción, transforma-
ción, transporte y con-sumo.
sobr
e to
do,
pero
no
sólo
1 32
CRISIS ENERGÉTICA DE LOS AÑOS 70 DEL SIGLO PASADO
154
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
En países no desarrollados, el consumo de sus fuentes habituales, fundamental-mente madera, tampoco se reduce mientras no se vea palpablemente la carencia dela misma. Aunque en España no seamos sensibles a este hecho, la realidad es que,a principios del siglo XXI la madera constituye casi el 13% del consumo mundial deenergía, y la mayoría de ella se quema de un modo poco eficaz para cocinar y calen-tar los hogares.
4.2. El rendimiento energéticoExisten muchas formas de expresar el rendimiento o la eficiencia de algo.
Una primera idea del rendimiento energético la hemos apuntado en el últimopárrafo de la introducción de esta Unidad.
(Para un estudiante, el rendimiento en el estudio es la relación entre el tiempoempleado y el aprendizaje adquirido).
Bajo la perspectiva del aprovechamiento energético, lo definimos como:
Analicemos dos tipos de transformaciones energéticas que están presentes ennuestra vida diaria cuyos esquemas vemos en las ilustraciones siguientes:
El motor eléctrico (a la derecha) acciona, mediante un acoplamiento, una bombacentrífuga que aspira un fluido por la boca de la izquierda y lo impulsa por la superior.
Esquema de los cuatro tiempos de un motor de explosión interna utilizado en losautomóviles.
Rendimiento o eficiencia energética = Energía utilizada
Energía aprovechable
155
MOTOR ELÉCTRICO MOTOR DE EXPLOSIÓN
Energía inicial.
(A transformar)
Eléctrica de alimentación delmotor. Para obtenerla ha habidoque realizar transformaciones pre-vias de otras, ya que la energíaeléctrica no la encontramos comotal en la naturaleza (no es energíaprimaria).
Energía producida como conse-cuencia de las reacciones quími-cas exotérmicas que tienen lugaren la combustión de los hidrocar-buros con el oxígeno de aire.
Objetivo
Obtener energía mecánica parahacer girar el rotor del motor. (Esegiro, mediante un sistema detransmisión de movimientos, loutilizamos para los fines proyecta-dos: desde hacer funcionar unamáquina de afeitar o depilar, conconsumos de unos cuantos vatios,hasta el accionamiento de unabomba centrífuga capaz de trase-gar grandes cantidades de fluidos,con consumos de hasta miles deKw de potencia, como es el casode la figura.
Obtener dos tipos de energía:
1.Mecánica para, en última ins-tancia y mediante una serie detransmisiones del movimientohaciendo uso de bielas, cigüe-ñales, etc. (que veremos en laUnidad 10) hacer desplazarseal automóvil.
2.Eléctrica, para la iluminación yotros servomecanismos delautomóvil.
Transformacionesreales. (Pérdidas)
1.Consumo interno del motor.2.Rozamientos.3.Energía inicial necesaria para el
arranque (inercia).4.Energía necesaria para el frena-
do.
1.Calor disipado por las parecesdel cilindro.
2.Rozamientos.3.Energía inicial necesaria para el
arranque (inercia).4.Energía necesaria para la para-
da del automóvil (que no proce-de directamente de la producidaen la combustión, pero sí delservofreno en su mayor parte).
5.Energía necesaria para la para-da y cambio del sentido demovimiento del pistón.
Diferencia esencial
Una vez que el motor está en régi-men de funcionamiento, el movi-miento es continuo y no hay con-sumos adicionales de energía(pérdidas) por este motivo.
Con el motor en funcionamiento,en cada cambio de sentido demovimiento del pistón hay consu-mos adicionales de energía (pér-didas) inexistentes en los moto-res eléctricos.
Conclusión Por diseño, el motor de explosión tiene un rendimiento inferior al motoreléctrico.
156
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
Este ejemplo simplificado que acabamos de ver puede generalizarse aotros sistemas de transformación de energía utilizados tanto doméstica comoindustrialmente. La situación entraña muchas dificultades y requiere la utiliza-ción de grandes dosis de conocimientos científicos y sus aplicaciones tecno-lógicas. También es cierto que hasta los años 60 del siglo pasado, la preocu-pación por el rendimiento de las máquinas generadoras o transformadoras deenergía era mínima o nula mientras que, actualmente, es generalizada y prio-ritaria, dedicándose grandes esfuerzos intelectuales y económicos para con-seguir optimizar la eficiencia energética.
En el transporte de la energía también se están dedicando grandes esfuer-zos por mejorar los rendimientos. La mayor incidencia se da en el transportede electricidad, donde no dejan de conseguirse mejoras en la conductividadeléctrica de metales y aleaciones utilizados en los cables conductores –sobretodo de alta tensión– y en minimizar pérdidas en las subestaciones transfor-madoras.
4.3. Cogeneración y ahorro energético.En la etapa de transición en que nos encontramos (porcentajes muy ele-
vados, aunque en recesión, de energías finales procedentes de energías norenovables y pequeñas cantidades, aunque en crecimiento, de energías fina-les procedentes de fuentes de energía renovables) merece especial importan-cia el estudio de los sistemas de cogeneración, que vienen a representar unaetapa intermedia que está contribuyendo por una parte al ahorro energético yprotección ambiental, y por otra, a resultados prácticos en cuanto a vías dedesarrollo del aprovechamiento racional de energías renovables.
El problema energético es tanto la escasez de energía como la capacidadtecnológica para su conversión en formas energéticas útiles. Las energías dese-adas (porque son fáciles de usar) son escasas, y la energía eléctrica (tal vez lamás deseada por su facilidad de uso) es tan escasa que no existe en la natura-leza en forma aprovechable y el hombre ha tenido que ingeniar sistemas paraproducirla a través de otras formas menos útiles.
El sector energético parte de las energías primarias –las que se encuentranen la naturaleza– y las convierte en secundarias –disponibles en el mercado–.Los usuarios –tanto a escala industrial como doméstica– acuden al mercadopara adquirir las energías que precisan –electricidad y combustible– para con-vertirlas en energías terciarias: las que son directamente útiles.
El proceso que sigue la energía primaria desde que se encuentra en la natu-raleza hasta su utilización en una aplicación, está gobernado por una serie detecnologías de conversión energética, en cada uno de cuyos pasos se pierdeuna parte y, además, tiene otra forma, es decir, a lo largo de este proceso, laenergía sufre una conversión cuantitativa y cualitativa que transforma la energíaprimaria en energía útil.
157
El usuario tiene unos requisitos determinados por la tecnología de la máquina odispositivo –simple: una bombilla, o compleja: una gran instalación de pasteurizacióny envasado de leche– que requiere la energía. En general, requerirá la electricidadpara su transformación en energía mecánica y calor en forma de vapor para su usoen calefacción de ambiente o procesos industriales. Fijada esta demanda de energí-as terciarias o útiles, la cantidad de energía primaria requerida, depende del caminoseguido en este proceso de conversión. Existen para ello dos caminos, que descri-bimos en la tabla y el esquema siguientes:
PROCESOS DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA EN LAS INDUSTRIASCONVENCIONAL CON COGENERACIÓN
Es el que se ha estado acostumbrado autilizar: en él, la energía primaria (porejemplo, petróleo o gas natural) se con-vierte en combustible (en refinerías en elcaso del petróleo) cuyo uso lo realiza, enparte, el usuario final y en parte lo reutili-za el sector energético para convertirlaen electricidad en sus centrales. La zonasuperior del diagrama explica este cami-no.
Se emplean otras tecnologías, tambiénconocidas y experimentadas, perosiguiendo otro camino que permite alcan-zar rendimientos mucho más elevados,según se puede apreciar en la parte infe-rior del diagrama. En este caso, el usua-rio adquiere combustible con el que pro-duce simultáneamente electricidad ycalor en sus propias instalaciones y equi-libra los excesos o defectos medianteintercambio con la compañía del sumi-nistro eléctrico.
SISTEMA CONVENCIONAL
Red Eléctrica
CONSUMIDOR
Combustible GENERADOR
SISTEMA CON COGENERACIÓN
Red Eléctrica
Electricidad
CONSUMIDOR
Compra–Venta de electricidad
PLANTA DE COGENERACIÓN
Combustible
Combustible GENERADOR
Red eléctrica
GENERADOR
CONSUMIDOR
CONSUMIDOR
GENERADOR
PLANTA DECOGENERACIÓN
Red eléctrica
158
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
En el esquema puedes ver la diferencia entre el abastecimiento energéticosegún sistema convencional y de cogeneración.
Podemos ya definir los sistemas de cogeneración como aquéllos que produ-cen conjuntamente electricidad (o energía mecánica) y energía térmica útil par-tiendo de un único combustible.
Este aprovechamiento simultáneo de electricidad y calor permite obtener eleva-dos índices de ahorro energético, así como una disminución importante de la factu-ra energética, sin alterar el proceso productivo.
La cogeneración es un sistema afortunadamente muy implantado en nuestropaís, que ha demostrado su fiabilidad y eficiencia térmica. Como medida de usoracional de la energía produce un ahorro de energía primaria muy importante.
Debido al aprovechamiento del calor residual, los sistemas de cogeneración pre-sentan rendimientos globales del orden del 85%. El ahorro medio de energía prima-ria que se obtiene utilizando los sistemas de cogeneración está en torno al 35 %.Consecuencia de este ahorro es también la reducción del impacto ambiental. Si tene-mos en cuenta que para producir una unidad eléctrica por medios convencionales senecesitan 3 unidades térmicas, mientras que en cogeneración se necesitan 1,5 uni-dades, la cantidad total de agentes contaminantes emitidos se verá disminuida en un50 %.
Campos de aplicación de los sistemas de cogeneración.
La cogeneración puede aplicarse a cualquier tipo de instalación: basta con quetenga necesidades térmicas (vapor, agua caliente, gases calientes, frío, etc.) o bienproduzca combustibles residuales o efluentes térmicos con contenido energéticoalto.
Se puede aplicar a diferentes sectores, pero el industrial es el más adecuadopara implantarla debido a su utilización en todo tipo de actividades que necesitenvapor, agua caliente, gases calientes, etc., con el suficiente nivel de demanda.
Los subsectores en los que su uso está más generalizado son:
Químico, Papel y Cartón, Petroquímico, Alimentario, Siderurgia, Textil, Cerámicoy Ladrillos, Automoción y Madera.
Tipos de sistemas de cogeneración.
Los sistemas de cogeneración que se utilizan en la industria son cuatro, cadauno con sus ventajas e inconvenientes, como veremos a continuación. La decisiónde por cuál se decide una determinada industria dependerá de las características decada una, pero en la tabla siguiente relacionamos en qué subsectores son de aplica-ción unos y otros.
Cogeneración con turbina de gas: el combustible se quema en un turbogene-rador, cediendo parte de su energía para producir energía mecánica. Los gases quesalen de la turbina a unos 500 ºC) se pueden aprovechar directamente para secadoo bien producir vapor.
159
Cogeneración con turbina de vapor: la energía mecánica se produce por laexpansión del vapor de alta presión procedente de una caldera convencional.
Cogeneración con ciclo combinado: Consiste en la aplicación conjunta de unaturbina de gas y una turbina de vapor.
Cogeneración con motor alternativo: el elemento motriz es un motor de explo-sión, mientras que el calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes yagua caliente.
SISTEMAS DE COGENERACIÓN
TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS APLICACIÓN
Turbina de gas
Amplia gama de apli-caciones. Muy fiable. Elevada temperaturade la energía térmica. Muy versátil (entre 0,5y 100 Mw) Gases con alto conte-nido en oxígeno
Limitación en loscombustibles.Tiempo de vida re-lativamente corto.
En todos lossubsectores.
Turbina devapor
Rendimiento globalmuy alto. Extremadamentesegura. Posibilidad de empleartodo tipo de combus-tibles. Larga vida de servicio. Amplia gama depotencias.
Baja relaciónelectr./calor. No es posible alcanzaraltas potencias eléc-tricas. Coste elevado. Puesta en marchalenta.
Papelero,Alimentario yQuímico.
Ciclo combinado
Aúna las ventajas tec-nológicas de ambos. Excelentes rendimien-tos.
Diseño más complica-do. Coste de inversiónalto. Mantenimiento com-plejo.
Papelero,Químico,Automoción.
Motor alternativo
Elevada relación elec-tricidad / calor. Alto rendimiento eléc-trico. Bajo coste. Tiempo de vida largo. Capacidad de adapta-ción a variaciones dela demanda.
Alto coste de mante-nimiento. Energía térmica muydistribuida y a bajatemperatura.
Cerámico,Ladrillos yTejas, Alimenta-rio, Textil y Quí-mico.
160
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
Recuerda (Unidad 1) que la rentabilidad –obtención de beneficios económi-cos– es objetivo primordial de las empresas. El ahorro energético que puedesuponer la implantación de sistemas de cogeneración no sólo afecta a aspectospuramente industriales y de impacto medioambiental, sino también a los económi-cos, ya que, al no variar la demanda energética de las instalaciones y disponer deenergía a un costo menor, los gastos necesarios para la misma producción dismi-nuyen con respecto a un sistema convencional.
Este ahorro depende, obviamente, de la diferencia que exista entre el preciode la energía eléctrica directamente adquirida de la red y el precio del combusti-ble utilizado. En el caso de que exista venta de energía eléctrica a la red, depen-derá también de la diferencia entre el precio del combustible y el precio de venta.Cuanto mayor sea esta diferencia, mayor es el beneficio que se obtiene y por tantomás rápidamente se amortiza la instalación.
Cuando parte del combustible utilizado es de tipo residual, es decir, que antesde la implantación del sistema se eliminaba –vapores en muchos tipos de indus-trias de proceso, huesos de aceitunas o cáscaras de girasol en refinerías de acei-tes, etc.– , el ahorro económico se incrementa notablemente.
Lógicamente, para establecer la viabilidad económica de un sistema de coge-neración se lleva a cabo un balance previo que, esquematizado es:
1) La inversión necesaria para la instalación de la planta y los costes de funcio-namiento y
2) El precio a que se pueda vender la energía sobrante y el precio que se dejade pagar por la energía que se produce y que, por tanto, no se compra.
Para hacer frente a la escasez de energía se están desarrollando procesosy tecnologías para la conversión de las fuentes renovables en formas útilesy eficientes.Con las tecnologías actuales, sólo algo menos de la tercera parte de laenergía contenida en los recursos naturales es aprovechable por el usuariofinal.Con el ahorro, la mejora de la eficiencia y el uso de energías renovablesbaja sensiblemente el "precio" medioambiental que hay que pagar por eluso de las energías.El uso generalizado de la cogeneración ha contribuido a la rentabilidad delas industrias.
R e c u e r d a
161
5. Producción y consumos ener-géticos
Hemos visto algunas ideas básicas de carácter general sobre el papel que juegala energía en el mundo actual.
La primera es que la energía es clave en una economía moderna, al resultarindispensable en los procesos productivos, en el transporte y en los hogares. El con-sumo es, en estas tres parcelas, tanto mayor cuanto mayor es el nivel de desarrollodel país o la zona geográfica.
La segunda es que la demanda experimenta variaciones en el tiempo, no sólocuantitativas sino también cualitativas. Las primeras están directamente asociadas alos procesos de crecimiento económico y de especialización industrial y las segun-das con la tecnología, e implican cambios en la utilización de distintas fuentes prima-rias, al desplazar unas a otras en el consumo.
5.- Las consecuencias de la crisis del petróleo fueron:a) Todas negativas, debido al aumento del precio de los crudos.b) No tuvo consecuencias especialmente importantes en los países desarrollados.c) Fueron todas positivas, porque supuso el inicio del desarrollo de nuevas tecnologías
para el aprovechamiento eficaz de las fuentes de energía renovables.d) Hubo consecuencias positivas por las razones expuestas en c), pero también negati-
vas, ya que el aumento del precio de los crudos repercutió de forma especial en elempobrecimiento de los países en vías de desarrollo que no son productores de cru-dos.
6.- Indica cuáles, de las siguientes afirmaciones relativas al rendimiento energético,son ciertas:a) Las mejoras en el redimiendo energético sólo producen ventajas económicas.b) Aumentar el rendimiento energético en los sistemas de producción, transformación y
transporte contribuye de forma eficaz a la conservación del medio ambiente.c) La mejora del rendimiento energético beneficia a los usuarios, pero perjudica a los
productores, porque decae la demanda.d) Existen sistemas transformadores de energía que, por diseño, son más eficientes que
otros.7.- Una característica fundamental de la cogeneración es que:
a) Utiliza sólo fuentes de energía renovables.b) Utiliza sólo fuentes de energía no renovables.c) Puede utilizar ambas, pero su ventaja radica en el aprovechamiento de las renova-
bles.d) Se aprovechan recursos energéticos que antes se perdían.
A c t i v i d a d e s
162
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
En tercer lugar, y como consecuencia de la anterior, se dan diferencias en lademanda, en el mismo período de tiempo, en función del desarrollo económicoalcanzado y del modelo de industrialización seguido. Estas diferencias entre países,junto a la desigual distribución de recursos energéticos a escala planetaria, permitenuna primera distinción entre productores y consumidores. Hemos de reconocer queesta clasificación es artificial y hasta imprecisa, pues no existe ningún país ni áreageográfica que sea sólo productor o consumidor, pero resulta muy útil si aplicamosuno u otro término a los que son netamente productores o consumidores.
Como consecuencia de las grandes disparidades entre producción y consumode energía, ésta –especialmente la primaria– es objeto de un intenso tráfico interna-cional, realizado por diversos medios: buques, gasoductos, oleoductos, etc., aunquepredomina el transporte marítimo por el alejamiento entre zonas productoras y con-sumidoras que obliga a efectuar transportes intercontinentales.
Otro aspecto general importante es el relativo a los recursos energéticos, alcuestionarse la disponibilidad de algunos de los mismos.
A continuación reflejamos, en tres tablas, datos relativos a consumos energéti-cos, en España y a nivel mundial, atendiendo a distintos parámetros. Tras las mis-mas te indicamos algunas conclusiones y tú puedes, a partir de su análisis, añadirotras.
En la columna “resto” se incluyen las energías renovables exceptuando la hidráulica. Fuente: Dirección General de Política Energética y Minas. Ministerio de Economía.
Evolución del consumo de energías primarias en España1997 1998 1999 2000 2001
Carbón 17.620 17.889 20.519 21.635 19.457Petróleo 57.395 61.670 63.041 64.663 66719
Gas natural 11.057 11.816 13.535 15.223 16.405Hidroeléctrica 3.057 3.103 2.246 2.535 3.526
Nuclear 14.411 15.376 15.337 16.211 16.602Resto 449 528 693 909 1.242
Consumo de energía final por fuentes y sectores en España en el año 2000
Carbón Petróleo Gas natural Electricidad Renovables TOTAL % sobreel total
Industria 665 5.180 7.369 6.575 1.423 21.212 29,0Transporte 0 31.568 10 307 0 31.885 43,6Doméstico 134 3.952 1.774 3.908 1999 11.768 16,1Servicios 9 1.444 537 4.060 21 6.072 8,3
Agricultura 0 1.712 81 394 4 2.192 3,0TOTAL 808 43.856 9.772 15.244 3448 73.128 100
% sobre el total 1,1 60,0 13,4 20,8 4,7 100
Las unidades están dadas en ktep. Fuente: Ministerio de Ciencia y Tecnología.
Las unidades están dadas en ktep. Fuente: Ministerio de Ciencia y Tecnología.
163
A pesar de la tantas veces citada crisis energética, la dependencia del petróleorepresentó un 60 % del consumo energético total en España en el año 2000 y, comovemos en la tabla de la evolución el consumo, éste va aumentando.
Fuente: B.P. Statistical Review of Word Energy, junio de 2001.Aunque resulte obvio, por la fecha de los datos aportados, aclaramos que la referencia a los paises dela Unión Europea y al resto de Europa, están referidos a la situación antes de la ampliación de la UniónEuropea a 25 miembros, ocurrida en el año 2004
Datos estimativos cifran en 8.800 millones de tep. La diferencia entre este valory el que se indica en la tabla como total corresponde principalmente a la biomasa,consumida principalmente como combustible en países no desarrollados que no dis-ponen de medios para medir con exactitud los consumos de su población, y, enmenor medida, a la energía solar térmica.
Los datos de esta tabla hablan por sí mismos en dos vertientes:
1) Quién consume más energía.2) Qué tipo de fuentes de energías se siguen utilizando de forma mayoritaria, a
pesar de la conciencia del impacto medioambiental y de la escasa disponibili-dad de las mismas.
Si observas los datos que aparecen en las dos primeras tablas este apartado,existen las aparentes discrepancias que puedes ver en la siguiente:
Consumos de energías primarias en el mundo, por países y tipos . (Año 2000)(Unidades:MM tep.)
Carbón PetróleoGas
naturalHidroeléctrica Nuclear Total
% sobreel total
Países dela U.E.
209,6 630,5 339,5 29,4 225,8 1434,8 16,9
Rusia 110,4 123,5 339,5 14,2 33,7 621,3 7,3
Resto deEuropa
229,4 171,7 227,3 29,4 48,4 706,2 8,3
EstadosUnidos
564,1 897,4 588,9 23,4 204,7 2278,5 26,9
Resto deAmérica
55,3 385,9 185,6 80,7 23,5 731,0 8,6
China 480,1 226,9 22,3 19,0 4,3 752,6 8,9
Resto delmundo
474,4 951,0 408,0 27,8 100,9 1962,1 23,1
Total 2123,3 3386,9 2111,1 223,9 641,3 8486,5 100
% sobre eltotal
25,0 40,0 24,9 2,6 7,5 100
Carbón Petróleo Gas natural
Datos de la 1ª tabla 808 43.856 9.772
Datos de la 2ª tabla 21.635 64.663 15.223
Diferencia 20.827 20.807 5.451
164
LA ENERGÍA. LAS ENERGÍAS
6UNIDAD
La explicación es la siguiente: si observas los títulos de ambas tablas, la prime-ra aporta datos de energía final, y la segunda, de energía primaria. Las diferenciasson las cantidades consumidas bien como combustible directo o bien como materiaprima para la obtención de productos finales no energéticos.
6. La electricidadTerminamos esta Unidad haciendo una primera referencia a la electricidad como
la fuente de energía secundaria más cómoda, limpia (término éste que matizaremos)y fácil de utilizar y transportar. Para obtenerla partimos de energías primarias y,según sean éstas, las centrales son de distintos tipos, que veremos con más detalleen las dos Unidades siguientes y que, de forma esquemática, son:
A pesar de lo expuesto en el apartado 4, en el año 2003, el mayor porcentaje depotencia eléctrica se obtiene de fuentes de energía no renovables.
TIPO DE CENTRAL DESCRIPCIÓN
HIDROELÉCTRICAEl agua, al caer, mueve una turbina diseñada en función de las caracterís-ticas del salto. Acoplado al eje de la turbina gira el eje del generador eléc-trico.
TÉRMICA CLÁSICALa combustión del carbón, fuel (derivado del petróleo) o gas natural seemplea para producir vapor a muy alta presión que acciona una turbinadiseñada al efecto.
NUCLEARLa turbina es del mismo tipo que la de las centrales térmicas clásicas, aun-que aquí el vapor es producido por el calor que se obtiene en el reactor defisión.
TURBINA DE GASCentrales de biomasa o en sistemas de cogeneración: son los humos pro-cedentes de la combustión los que se expansionan para producir la electri-cidad.
EÓLICA Su funcionamiento es similar al de los molinos de viento, con álabes conperfiles aerodinámicos para mejorar los rendimientos.
FOTOVOLTAICA Se convierte en electricidad una parte de la radiación solar, a través depaneles de semiconductores.
Se sigue dependiendo mayoritariamente del petróleo y, aunque en menor medida, de lasotras dos fuentes de energía fósiles.Existen fuentes de energía primarias que tienen también utilidad como materias primas eintermedias en productos industriales y de uso generalizado en la sociedad.
La afirmación de que la electricidad es una fuente de energía limpia es parcial: lo esen cuanto a su uso, pero por lo que se refiere a su obtención, depende de la fuente utili-zada. Debemos tener una visión global del ciclo energético y no caer en el error y la mio-pía de ver sólo lo que está delante de nuestros ojos. Si la electricidad que usamos ennuestras casas, pueblos o ciudades e industrias procede, por ejemplo, de una central tér-mica de carbón, el impacto medioambiental que se produce, en este caso en su origen, esmuy considerable aunque nuestros sentidos no lo aprecien. El transporte y la distribuciónde la electricidad incide de las siguientes formas sobre el medio ambiente y la seguridadde las personas: se crean campos electromagnéticos, se ocupan terrenos, provoca ries-gos para las aves voladoras y pueden producirse los conocidos riesgos de descargas.
R e c u e r d a
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Debemos indicar, no obstante, precisamente en este apartado denominado “laelectricidad”, que no es cierta la idea general que existe a nivel de la calle, de que elconsumo energético se centra casi exclusivamente en la electricidad cuando la rea-lidad es que cualquier actividad requiere, directa o indirectamente, una aportaciónenergética. Sólo por citar algunos ejemplos, producir 1 Kg de papel requiere comomedia consumir 500 g. de energía equivalente de petróleo; obtener 1 Kg de azúcar,400 g y, fabricar un automóvil de 1.000 Kg de peso, 1.300 Kg.
No debemos olvidar, pues, que en nuestra vida diaria consumimos energía dedos formas diferentes:
Energía consumida directamente (alumbrado, electrodomésticos, calefac-ción, etc.) yEnergía consumida para fabricar los objetos que necesitamos (casa, ropa,electrodomésticos, etc.)
Las dos grandes ventajas de la electricidad son su comodidad de uso y su facilidad detransporte.No es cierta la afirmación de que la electricidad es la fuente de energía más limpia: dependede su procedencia.
8.- El sector que menos energía consume en España es:
a) El agrario.b) El de servicios.c) El doméstico.d) El de transporte.
9.- Cuando encendemos una bombilla, las energías que entran en juego son:
a) La fuente de la que se obtuvo la electricidad es la primaria, ésta la secundaria y lalumínica, la terciaria.
b) La lumínica es la primaria, la electricidad la secundaria y aquélla de la que obtuvimosla electricidad, la terciaria.
c) La energía solar, fuente de toda energía, es la primaria, y la lumínica la secundaria.d) La electricidad es la primaria y la lumínica la secundaria (no tiene nada que ver la
fuente que sirvió para producir la electricidad).
A c t i v i d a d e s
R e c u e r d a
