Balances energéticos

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR

ECONOMÍA DE LA ENERGÍA

METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE BALANCES ENERGÉTICOS EN TÉRMINOS

DE ENERGÍA FINAL

Ec. Rubén Flores.

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Factores como: el crecimiento de la población y la economía, el desarrollo tecnológico e industrial y la evolución continua en los estilos de vida de los habitantes de nuestros países, hacen indispensable una planificación constante del sector energético, que permita asegurar el abastecimiento de la demanda de energía a mediano y largo plazo, tanto en cantidad como en calidad. Es decir de manera óptima, desde el punto de vista económico, social y ambiental.

Para cumplir esta tarea, es indispensable el profundo conocimiento de la realidad actual de nuestros sistemas energéticos, de su evolución histórica y tendencias futuras, por lo que resultan parámetros básicos para este análisis, el balance energético y las series estadísticas de energía.

INTRODUCCIÓN

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ENERGÍA.

Aunque existen diversos conceptos para energía, que van desde la mecánica clásica, hasta la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad, para efecto del tema que nos compete, basta con decir que la energía es la capacidad que tiene la materia de producir alteraciones en su entorno.

En el tema de este curso, trataremos la energía solamente en sus manifestaciones como electricidad y calor.

ALGUNAS DEFINICIONES GENERALES

FUENTE DE ENERGÍA.

Para el caso específico de nuestro tema de estudio, se considerará como fuente de energía, todo elemento o producto, natural y artificial, del cual podemos obtener calor y/o electricidad, incluyendo la radiación solar.

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FORMAS DE MEDICIÓN DE LA ENERGÍA

En general en el desarrollo de este curso, se hablará indistintamente de energía y fuentes energéticas, como si fueran la misma cosa, sin embargo, para su cuantificación, se harán las siguientes distinciones:

1. Fuentes materiales tangibles como sólidos, líquidos y gases, se pueden medir mediante unidades físicas de masa o de volumen; o en unidades energéticas, de acuerdo a su capacidad de producir calor por combustión.

2. Fuentes intangibles, como la solar, geotermia, hidroenergía y energía eólica, se medirán solamente en unidades energéticas de acuerdo a su capacidad de generar electricidad y calor.

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En nuestros países de América latina y El Caribe, los sistemas de unidades más utilizados en el sector energético son el Sistema Internacional y El Sistema Americano; pero no necesariamente en forma exclusiva, sino más bien haciendo una combinación de los mismos, según la fuente energética.

Por ejemplo:

• Petróleo crudo en barriles americanos• Gas natural en millones de BTU • Etanol en litros

UNIDADES DE USO COMUN EN EL SECTOR ENERGÉTICO.

SISTEMA DE UNIDADES

Unidad Símbolo Unidad SímboloLongitud metro m pie ftMasa kilogramo kg libra pdTiempo segundo s segundo s

Volumen metro cúbico m3 pie cúbio ft3

Trabajo, calor y energía Joule J BTU BtuPotencia eléctrica Vatio (Watt) W Vatio (Watt) WEnergía eléctrica Vatiohora Wh Vatiohora Wh

Temperatura Kelvin oK Fahrenheit oF

MagnitudBritanico/AmericanoSistema Internacional

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Se entenderá como contenido energético de una fuente, su capacidad de producir electricidad y/o calor.

El valor calórico o poder calorífico, es la cantidad de calor por unidad de masa, que una fuente material, es capaz de producir al combustionarse.

Existen dos medidas del valor calórico: g) el valor calórico superior yh) el valor calórico inferior.

Valor calórico superior o bruto.-

Es la cantidad de calor generado por la combustión de un producto, que incluye el calor latente del vapor de agua que se forma al combinarse el hidrógeno contenido en el producto, con el oxigeno del aire.

Valor calórico inferior o neto.-

Es la cantidad de calor generado por la combustión de un producto, descontado el calor latente del vapor de agua que se forma en la reacción química.

CONTENIDO ENERGÉTICO Y VALOR CALÓRICO

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Es la serie de etapas, actividades y eventos, por los que una fuente energética debe pasar desde su origen hasta su aprovechamiento, como producción, transporte, transformación, distribución, etc.

CADENA ENERGÉTICA

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La matriz energética es la cuantificación de la oferta interna de cada uno de las fuentes energéticas en el país.

El conocimiento y análisis de la matriz energética es un parámetro básico para la planificación y aseguramiento del abastecimiento energético.

MATRIZ ENERGÉTICA

El concepto de matriz energética se pude extender al estudio de la evolución histórica y futura de la oferta

interna de energía en el país, así como al inventario de recursos energéticos disponibles

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Energía final.-

Es la cantidad de fuente energética que se consume en cada uno de sectores económicos del país, incluyendo el sector residencial, sin importar las eficiencias en los equipos o artefactos consumidores.

Energía útil.-

Es la cantidad de energía realmente utilizada para cumplir la tarea productiva del equipo o aparato consumidor.

Estufade leña

Alimentos

Energía finalCantidad de leña quemada

Energía útil Calor absorbido por los alimentos

Pérdidas

ENERGÍA FINAL Y ENERGÍA ÚTIL

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Son las series de valores en el tiempo, que cuantifican tanto los flujos de la energía a través de la cadena energética, como otras variables relacionadas con el sector energético como son: reservas y potenciales, capacidades de producción, capacidades de procesamiento, capacidades de transporte, capacidades de almacenamiento, precios, etc.

Se puede incluir también en estas estadísticas, algunas variables económicas y sociales, que son de gran importancia, para el análisis del comportamiento energético de un país.

ESTADÍSTICAS ENERGÉTICAS

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Contabilización del flujo de energía entre las diferentes etapas y actividades de la cadena energética y las relaciones de equilibrio entre la oferta y la demanda, por las cuales la energía se produce, se intercambia con el exterior, se transforma y se consume; tomando como sistema de análisis el ámbito de un país o una región; y para un período determinado (generalmente un año).

OFERTA DEMANDA

BALANCES ENERGÉTICOS

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Permite evaluar la dinámica del sector energético, en concordancia con la situación económica de cada país.

Constituye una herramienta de análisis para la formulación de políticas energética dirigidas a asegurar el abastecimiento de la demanda a corto, mediano y largo plazo.

Determina para cada fuente de energía, los usos competitivos y no competitivos, pudiéndose impulsar cuando es posible, procesos de sustitución.

Revela el grado de dependencia del país respecto a los diferentes energéticos.

Sirve de base para el análisis impacto ambiental del desarrollo de las actividades energéticas.

Determina el potencial importador o exportador del país.

IMPORTANCIA DEL BALANCE ENERGÉTICO

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Fuentes primarias

Fuentesrenovables

Electricidad

Fuentes no renovables

Derivados de Petróleo y gas natural

Fuentes secundarias

Derivados deCarbón Mineral

Derivados deBiomasa

CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES ENERGÉTICAS

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Fuentes de energía obtenidas directamente de la naturaleza o mediante un proceso de extracción.

En forma directa: energía hidráulica, solar, eólica, leña y otros combustibles vegetales.

Después de un proceso de extracción: petróleo, gas natural carbón mineral, geoenergía, etc.

FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA

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Petróleo crudo:

Mezcla líquida de hidrocarburos de diversos pesos moleculares, con generalmente una pequeña fracción de nitrógeno y azufre.

Gas Natural:

Mezcla gaseosa de hidrocarburos compuesta principalmente por metano, etano y condensables.

Se incluye el gas natural libre y el gas asociado al petróleo.

FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA NO RENOVABLES

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Carbón Mineral:

Combustible mineral sólido, compuesto principalmente de carbono, con pequeñas cantidades de nitrógeno, oxígeno, azufre y otros elementos.

Energía nuclear:

Es la energía obtenida del mineral de uranio después del proceso de purificación y/o enriquecimiento.

FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA NO RENOVABLE

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Hidroenergía:

Es la energía contenida en un caudal hidráulico.

Geoenergía:

Energía almacenada bajo la tierra en forma de calor y transmitida hacia la superficie por agua en estado líquido, vapor o una mezcla de ambos.

FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA RENOVABLE

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Energía eólica

Es la energía producida por el viento y que se puede aprovechar en un conjunto turbina-generador

Energía solar

Es la energía del sol aprovechada principalmente en calentamiento de agua, secado de granos e irradiación en células fotovoltaicas.


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Biomasa

La materia orgánica vegetal y animal, que se utiliza para fines energéticos, se incluye en este grupo:

Leña: troncos y ramas de los árboles

Productos de caña: incluye el jugo de caña y el bagazo

Residuos animales y vegetales: incluye residuos agroindustriales y desechos de animales y humanos.

Oleaginosas: plantas productoras de aceite vegetal, cultivadas exclusivamente para elaboración de biodiesel


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Productos energéticos obtenidos luego de un proceso de transformación de las energías primarias.

Derivados de petróleo obtenidos en las refinerías.

La electricidad generada por las centrales eléctricas

Ejemplos:

FUENTES DE ENERGÍA SECUNDARIA

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Electricidad:

Es la energía transmitida por electrones en movimiento.

Gas licuado de petróleo (GLP):

Consiste en una mezcla de hidrocarburos livianos (principalmente propano y butano), que se obtienen de la destilación del petróleo y/o del tratamiento del gas natural. A presión y temperatura ambiente están en estado gaseoso.


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Gasolinas

Mezcla de hidrocarburos líquidos, livianos, obtenidos de la destilación del petróleo y/o del tratamiento del gas natural, cuyo rango de ebullición se encuentra generalmente entre los 30-200 grados centígrados.

Kerosén y turbo

Es un combustible líquido constituido por la fracción del petróleo que se destila entre los 150 y 300 grados centígrados, El Turbo es un kerosén con un bajo punto de congelamiento.


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Diesel Oil:

Combustible líquido que se obtienen de la destilación atmosférica del petróleo entre los 200 y 380 grados centígrados, es más pesado que el kerosén

Fuel Oil:

Es el residuo de la refinación del petróleo y comprende todos los productos pesados.


http://www.ciemat.es/sweb/comfos/prestige/remedio/piloto2.jpg

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Coque

Material sólido no fundible, de alto contenido de carbono, obtenido como resultado de la destilación destructiva del petróleo en refinerías o del carbón mineral en las coquerías.

Gas de refinería

Gas no condensable obtenido de la refinación del petróleo crudo. Consiste principalmente de hidrógeno, metano y etano usado en gran parte en el proceso propio de refinación.


http://imagenes.solostocks.com/media/3/7/7/media_1129773.jpg

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Líquidos de Gas Natural:

Mezclas de hidrocarburos líquidos que son extraídos del Gas natural mediante procedimientos de condensación y absorción y se clasifican de acuerdo a su presión de vapor en: condensados, gasolina natural y gas licuado de petróleo (GLP).

Gas Seco:

Se le denomina así a la mezcla residual de hidrocarburos gaseosos a la cual se le han extraído los líquidos o condensables, esta mezcla está compuesta principalmente por el Metano (CH4).

Por tener este gas, prácticamente la misma composición del Gas Natural libre extraído de los pozos, no se lo considera propiamente un energético secundario.


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Gas de coquería y altos hornos:

Es el gas obtenido como producto secundario en el calentamiento intenso del carbón mineral o coque, en las coquerías y altos hornos. Está compuesto de monóxido de carbono, nitrógeno y pequeñas cantidades de hidrógeno y dióxido de carbono.

Carbón vegetal:

Es el combustible obtenido de la destilación destructiva de la madera, en ausencia de oxígeno, en las carboneras.

FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA

http://www.saunderslog.com/images/2005/05/P1010033.JPG

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Alcohol (etanol y metanol):

El etanol es un líquido incoloro que se produce por fermentación de materias vegetales con un alto contenido de azúcar, almidón o celulosa.

El metanol es también un líquido incoloro que puede producirse a partir de diversas materias primas como la leña, desechos vegetales, metano, gas natural, carbón, etc.

Biogás:

Es el gas, principalmente metano, obtenido de la fermentación anaeróbica de desechos biomásicos.

FUENTE DE ENERGÍA SECUNDARIA

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Biodiesel:

Es un combustible líquido obtenido de la transesterificación de aceites vegetales con un alcohol ligero, principalmente el metanol.

Tiene propiedades similares a las del diesel del petróleo y puede ser utilizado en motores de combustión interna del ciclo diesel realizando pequeñas adecuaciones.

Productos no energéticos:

Productos de la transformación de energías primarias, con considerable contenido energético, pero que no se utilizan como fuentes de energía; como: asfaltos, solventes, naftas, aceites y grasas, lubricantes, etc.


Centros de

Transformación

Producción energía primaria

Importación energía primaria

Variación inventarios primarios

Oferta primaria

Exportación energía primaria

Pérdidas primarias

Consumo final sectorial

Producción secundaria

Importación energía secundaria

Variación inventarios secundarios

Entrada primaria

Exportación energía secundaria

Pérdidas de transformación

Oferta secundaria

Pérdidas secundarias

Consumo propio secundarias

Consumo final secundario

Entrada secundaria

Consumo final total

Consumo final energético

Consumo final no energético

Consumo final primario

ENERGIA PRIMARIA TRANSFORMACION ENERGIA SECUNDARIA CONSUMO FINAL TOTAL

FLUJO DE ENERGÍA EN LA CADENA ENERGÉTICA

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Producción de energía primaria no renovable

Petróleo crudo.-

Suma de las producciones de los campos petroleros del país.

Gas Natural.-

suma de las producciones del gas asociado más el gas libre, menos el gas reinyectado a los pozos.

Carbón Mineral.-

Suma de las producciones de las minas de carbón del país, contabilizadas después del proceso de lavado.

Energía nuclear.-

Energía obtenida del mineral de uranio después del proceso de purificación y enriquecimiento.

ACTIVIDADES DE OFERTA

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Producción de energía primaria renovable

Hidroenergía.-

Sumatoria de la energía obtenida de los caudales turbinados en las centrales.

Geoenergía.-

Entalpía del flujo de vapor de agua extraída de la boca de un pozo geotérmico.

Energía eólica.-

Energía cinética del viento; su producción se contabiliza como la energía eléctrica producida en un aerogenerador.

Energía solar.-

Se contabiliza como la suma de la energía calórica aprovechada en los colectores termosolares mas la energía eléctrica obtenida en los paneles fotovoltaicos.


Producción de energía primaria renovable

Biomasa.-

La contabilización de la producción de energía primaria a partir de biomasa, tiene las siguientes complicaciones.

a) Es difícil calcular con exactitud en la mayoría de países, las cantidades físicas de producto cosechado o recopilado (en el caso de residuos) que serán destinados para uso energético.

b) La gran irregularidad en las propiedades físicas de los productos biomásicos dificultan la determinación de sus poderes caloríficos.

Por lo anterior, es recomendable asumir la producción de biomasa (como energía primaria) igual a su consumo energético final más el ingreso a los centros de transformación, como centrales eléctricas, destilerías, carboneras, biodigestores, etc.


33

Producción de energía secundaria

Electricidad.-

Energía producida en las centrales eléctricas, tanto de servicio público como autoproductores, medida a bornes de generador.

Derivados de hidrocarburos.-

Suma de las producciones de derivados en las refinerías de petróleo y centros de tratamiento de gas natural

Derivados de Carbón Mineral.-

Suma de las producciones de coque de carbón, y subproductos energéticos en la industria siderúrgica.

Derivados de biomasa.-

Producción de energéticos en destilerías, carboneras y otros centros de tratamiento de biomása, tales como carbón vegetal, alcohol etílico, biogás, alcohol negro, etc.


34

Producción de otras energías secundarias

Calor (*).-

El calor puede ser considerado un energético secundario adicional, principalmente en países donde por las condiciones extremas del clima en invierno, disponen de infraestructura para transporte y distribución de esta forma de energía, a través de un fluido portador, generalmente el vapor de agua.

(*) En los balances de nuestros países, el aprovechamiento final del calor extraído de una fuente energética, se considera consumo final de esa fuente.

Otras.-

Se incluirá cualquier otro producto de un proceso de transformación de energía primaria, que tenga un contenido energético importante.


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Producción de no energéticos

Productos de los procesos de transformación de energías primarias y secundarias, que no son utilizados como combustibles, sino para otros usos comerciales, como asfaltos, parafinas, lubricantes, etc.

Por lo general se contabiliza en el balance solamente los productos no energéticos de la industria petroquímica.


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Importación y exportación de energía primaria y secundaria

Esta actividad es válida para cualquier fuente de energía susceptible de ser importada y/o exportada. Las más comunes que se intercambian entre países son: Petróleo, Gas Natural, Carbón Mineral, Electricidad, Gas Licuado, Gasolinas, Kerosén, Jet Fuel, Diesel Oil y Fuel Oil.

Importación

Incluye todas las fuentes energéticas primarias y secundarias originadas fuera de las fronteras y que ingresan al país para formar parte de la oferta interna de energía.

Exportación

Es la cantidad de energía primaria y secundaria que un país destina al comercio exterior.

Metodología de balances energéticos


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Almacenamiento (Variación de inventario)

La actividad de almacenamiento incide en la oferta interna, en función de la variación de existencias (stocks) de los productos primarios y secundarios factibles de almacenar.

Esta variación se calcula como la diferencia entre las existencia iniciales menos las finales, respecto al período de análisis del balance energético. Así, un incremento del inventario significa una reducción de la oferta interna y un decremento del inventario un aumento de la oferta interna.

∆I = Io - If


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No aprovechado

Es la cantidad de recurso energético contabilizado en la producción, pero que por no existir la posibilidad de ser consumido comercializado o procesado, se lo desecha. El caso más común es el Gas Natural venteado o quemado a la atmósfera.

Transferencias

Sirve para representar cambios de denominación o mezclas que pueden sufrir ciertas fuentes, en el transcurso de la cadena energética, sin que esto implique una transformación propiamente dicha.

Ejemplos:

El gas seco que sale de los centros de tratamiento de gas y en la etapa del consumo final vuelve a tomar la denominación de Gas Natural.

La mezcla de gasolina con alcohol o con nafta.

OTRAS ACTIVIDADES DE OFERTA

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Búnker

Algunos países contabilizan por separado la cantidad de combustible vendida a los barcos y aeronaves de banderas extranjeras, por considerar que la mayor parte de su consumo se realizará fuera de las fronteras nacionales.

El criterio de OLADE es que todo lo que se compra dentro del territorio para uso final, se considera consumo interno. Caso contrario habría que considerar como importación lo que estas naves cargan en el exterior y consumen en el país.

OTRAS ACTIVIDADES DE OFERTA

40

Centros de

Transformación

Energía primaria

Producción Energía secundaria

Pérdidas de transformación

Energía secundaria a reciclo

Consumo propio

Insumos

ACTIVIDADES DE TRANSFORMACIÓN

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Insumos.-

Se contabiliza como insumos, la suma del equivalente energético de todos los productos primarios y secundarios que entran a la instalación, para ser sometidos a procesos físicos y/o químicos, con el fin de obtener productos derivados.

Producción bruta.-

Es la suma del equivalente energético de todos los productos secundarios que se obtienen a la salida del proceso de transformación.

Consumo propio.-

Es la fracción de la producción bruta de derivados que se usa en el interior de la instalación como fuente de energía para su funcionamiento.

BALANCE INTERNO EN LAS INSTALACIONES DE TRANSFORMACIÓN

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Pérdidas.-

Las pérdidas en una instalación de transformación son de dos tipos:

• Pérdidas no técnicas.- Se refieren a la pérdida de volumen o masa de de los energéticos, debidas a derrames y escapes. Estas pueden ser minimizadas o anuladas.

• Pérdidas técnicas.- son las pérdidas que se producen en todo proceso de transformación de energía debido a la segunda ley de la termodinámica.

Estas pérdidas son inevitables, pero se pueden reducir, aplicando tecnologías que aumenten la eficiencia de los procesos de transformación.


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Reciclos.-

Son porciones de la producción bruta, que pueden entrar nuevamente como insumos a la instalación de transformación. Ejemplo mezcla de crudo con derivados para mejorar su grado API.

Este rubro no se considera en el balance interno de transformación ya que su contabilización se anula algebraicamente.

Fórmulas del balance interno de transformación

Producción neta = Insumos – Pérdidas – Consumo propio

Producción neta = Producción bruta – Consumo propio

Eficiencia de transformación = Producción neta / Insumos (< 1)


Refinerías.-

Centros donde el petróleo primario se transforma en derivados. En las refinerías básicamente se separa el petróleo crudo en sus diferentes componentes, los cuales se someten a procesos químicos para mejorar sus propiedades energéticas.

Centros de Tratamiento de Gas.-

Son plantas donde el gas natural asociado y no asociado, se procesa con el fin de recuperar hidrocarburos líquidos compuestos, como la gasolina y nafta; hidrocarburos puros como butano, propano, etano o mezcla de ellos; y productos no energéticos, como el carbono; a través de un proceso de separación física de los componentes del gas.


Refinerías

Petróleo Crudo

Gas de Refinería

Gas licuado (GLP)

Gasolinas y naftas

Kerosén y Turbo combust.

Diesel o Gas Oil

Fuel Oil

Coque de petróleo

Pérdidas De

Transformación

no energéticos

LGN

INSTALACIONES DE TRANSFORMACIÓN

46

Plantas de Tratamiento

De Gas

Gas NaturalLibre

Gas NaturalAsociado

Gas seco

Líquidos de Gas Natural (LGN)

Productos noenergéticos.

Pérdidas De

Transformación


Centrales Eléctricas.-

Son centros que disponen de máquinas que permiten convertir diferentes formas de energía en electricidad, tanto energía directa obtenida de la naturaleza, como la hidroenergía, la geotermia, la energía eólica y la energía solar; como el calor obtenido de la combustión de otras fuentes.

Para efecto del balance energético se hace una diferenciación entre las centrales eléctricas, propiamente dichas cuya producción de electricidad está destinada a alimentar la red de servicio público y los autoproductores, que generan electricidad para su propio consumo.


CentralesEléctricas

Energía Eléctrica

Petróleo crudo y derivados

Pérdidas De

Transformación

Gas natural

Geoenergía

Carbón mineral

Hidroenergía

Energía eólica

Energía solar

Biomasa

Ren

ova

ble

s N

o r

eno

vab

les

Nuclear


Hidroeléctricas Termoeléctricas convencionales

Termonucleares Geotérmicas

Eólicas

Fotovoltaicas

Turbo vapor

Turbo gas (ciclo abierto y ciclo combinado)

Motores de combustión interna

Con embalse

Filo de agua

BWR (Reactor de agua en ebullición)

PWR (Reactor de agua a presión)

CLASIFICACIÓN DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS POR TECNOLOGÍAS

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Pequeñas hidroeléctricas

Termoeléctricas convencionales

Eólicas

Fotovoltaicas

Turbo vapor

Motores de combustión interna

Son establecimientos que no pertenecen al sector energético, sino a alguno de los sectores de consumo final, pero tienen capacidad instalada de generación eléctrica para satisfacer, ya sea parcial o totalmente sus propias necesidades de electricidad. Algunos autoproductores, pueden vender energía exedente a la red pública.

Las tecnologías generalmente utilizadas son:

LOS AUTOPRODUCTORES

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Coquerías y Altos Hornos.-

Son instalaciones de la industria siderúrgica. En la coquería, el carbón mineral se transforma en coque y gas de coquería; el coque pasa luego al alto horno del cual se obtiene arrabio y gas de alto horno. Se consideran como instalaciones del sector energético, debido a que tanto el coque como el gas de coquería y el gas de alto horno, son usados como combustibles, en las mismas instalaciones siderúrgicas.

Carboneras.-

Esencialmente se trata de un horno donde se efectúa la combustión parcial de la leña (carbonización anaeróbica), produciéndose carbón vegetal y productos no volátiles y volátiles. Generalmente estos últimos no son aprovechados, por lo que no se registran en el balance. Debe observarse que la madera, en forma de carbón vegetal, tiene un poder calorífico mayor.


52

CoqueríaCarbón Mineral

Coque

Pérdidas De

Transformación

Gas de coquería

No energéticos

Alto Horno Gas de alto horno

Pérdidas De

Transformación


53

CarbonerasLeña Carbón Vegetal

Pérdidas De

Transformación

INSTALACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

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Destilerías.-

Son centros donde principalmente el jugo de la caña de azúcar es tratado para producir etanol. Asimismo se incluyen las destilerías de alcohol que procesan otras materias primas como remolacha, mandioca u otros productos de alto contenido de almidón o celulosa.

Plantas de biodiesel.-

Son centros donde se produce biodiesel, el cual se obtiene mediante la transesterificación de los aceites vegetales, grasas animales y aceites reciclados, el cual consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos.


EtanolHidratado

Azúcar

HidrólisisFermentación

Destilación

Biomasa Lignocelulósica: (Tecnología en desarrollo) - Maderas - Residuos agrícolas - Residuos forestales - Basura orgánica

EtanolAnhidro

Deshidratación

Caña de azúcarRemolacha

Bagazo de caña

MaízTrigoPapa

Almidón

Electricidad

Proceso de obtención del etanol

Proceso de obtención del Biodiesel

Catalizador:NaOH o KOH

Aceite vegetal

Calor

Ester metílico ó etílico “BIODIESEL”

Metanol o etanol (solvente)

Glicerina(subproducto)

Transesterificación

Recuperación del alcohol

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Otros centros de transformación.-

Estos pueden ser los digestores anaerobios (biodigestores) y rellenos sanitarios, en los cuales entran residuos agrícolas, pecuarios, forestales, agroindustriales y urbanos, para la producción de metano; o cualquier otro centro de transformación que tenga importancia para el balance energético del país y no se encuentre clasificado entre los ítems anteriormente mencionados.


58

Termoeléctricas convencionales (sin cogeneración) .-

El equivalente primario está dado por el calor desprendido de los combustibles consumidos.

Q = V*Pci

Centrales turbo vapor con cogeneración .-

En este caso es necesario determinar qué fracción del consumo de combustible corresponde a la producción de electricidad y cual corresponde a la producción del calor aprovechado como fuente de energía.

Para el cálculo se debe conocer la temperatura y la presión del vapor de agua, tanto al ingreso de la turbina como a la salida de la misma, para determinar mediante un diagrama de Mollier o tabla de vapor, las entalpías en estos dos puntos del ciclo.

Q = Calor

V = Cantidad de Combustible

Pci = Poder calorífico inferior

EQUIVALENTE PRIMARIO DE LA ELECTRICIDAD

Centrales turbo vapor con cogeneración .-

Diagrama de Mollier

Fracción electricidad = V*Pci*(H1- H2)/H1

Fracción calor = V*Pci*(1 - (H1- H2)/H1)

Q

Donde:

V = Cantidad de combustible

Pci = Poder calorífico inferior

H1 = Entalpía del vapor en 1

H2 = Entalpía del vapor en 2

Nota: si no se conocen los datos necesarios para este cálculo, se puede trabajar con la eficiencia promedio de la turbina (aprox.50%)

EQUIVALENTE DE LA ELECTRICIDAD

60

Centrales Termonucleares.-

El cálculo del equivalente primario es similar al de una termoeléctrica convencional, con la única diferencia, que hay que determinar que porción del uranio natural utilizado, ha sido enriquecido, y por lo tanto es fisionable.

Si la obtención de esta información se complica, se recomienda asumir una eficiencia promedio de transformación del 33%.

Q = EE/0.33 Donde: Q = Calor y EE = Energía eléctrica generada

Centrales Geotérmicas .-

Conociendo las condiciones termodinámicas del flujo de vapor geotérmico a la entrada (1) y salida (2) de la turbina, se puede calcular la cantidad de calor (Q) entregada al generador, mediante la ecuación de entalpías (H): Q = H1- H2

Si el vapor es saturado, Hi = Cp*V* (Ti – To) donde: Cp = Capacidad calorífica del agua, V = masa de vapor turbinado, Ti = Temperatura en el punto i y To temperatura de referencia.

Si el vapor es sobrecalentado, hay que recurrir a una tabla de vapor.


Si las condiciones termodinámicas del flujo de vapor geotérmico, son desconocidas, se recomienda tomar una eficiencia termoeléctrica promedio del 30% y calcular el equivalente primario en función de la energía eléctrica generada:

Q = EE/0.30 Donde: Q = Calor y EE = Energía eléctrica generada

Centrales Geotérmicas .-

Existen diferencias en los criterios que utilizan los países para asumir estos rendimientos, Por ejemplo: México asume el 34% mientras que El Salvador el 7%.

La IEA y EUROSTAT proponen como referencia una eficiencia del 10%.


62

Si se conoce el caudal promedio turbinado y la altura de caída en cada una de las centrales hidroeléctricas, se puede calcular el equivalente primario de hidroelectricidad (HE) de la siguiente manera:

Centrales Hidroeléctricas.-

Donde:

r = densidad del agua (1 Kg/m3)

g = aceleración de la gravedad (9.8 m/s2 )

t = Número de horas del período

h = altura de caída (m)

Donde:

K = constante de la central

Qt = caudal turbinado promedio

HE = K * Qt (GWh)

K = r*g*t*h

Si se desconoce la información técnica de la central, se recomienda asumir una eficiencia de transformación promedio del 80%

HE = EE/0.8

Donde: EE = Energía eléctrica generada


63

La energía contenida en el viento, al igual que la energía solar, solo se las puede cuantificar a través de un aprovechamiento específico, como es el caso de la producción de electricidad en aerogeneradores y paneles fotovoltaicos respectivamente.

Al no existir un acumulador natural de este tipo de energías, a diferencia de lo que ocurre con los combustibles fósiles o el vapor geotérmico, es subjetivo hablar de producción independientemente del consumo como energía útil.

Con criterio similar al de otras agencias internacionales, OLADE recomienda que para este tipo de energías no convencionales, se registre como equivalente primario (EP), la cantidad de energía eléctrica producida (EE). Es decir, se asuma 1 como eficiencia de transformación.

EP = EE

Centrales Eólicas y Fotovoltaicas.-


64

El consumo final, es la energía empleada por los sectores económicos del país, tanto para satisfacer sus necesidades de subsistencia, como para mover su infraestructura de producción.

El consumo final, se clasifica en consumo energético y consumo no energético.

Consumo energético.- Aprovechamiento de las fuentes como energía útil, en: calefacción, cocción de alimentos, calor de procesos, fuerza motriz, iluminación, generación de ondas electromagnéticas y alimentación de toda clase de circuitos electrónicos.

Es consumo no energético,.- Uso de fuentes energéticas como materias primas o productos de uso final diferente al energético, como solventes, lubricantes, aromatizantes, etc.

Nota: La metodología de OLADE, separa del consumo final, la energía empleada por las instalaciones del sector energético, para facilitar el análisis de eficiencia total de este sector.

CONSUMO FINAL

65

Energíaprimaria

Energíasecundaria

sector energético

Industrial Manufacturero

Pérdidas

TransporteResidencial

Comercial yServicios

Agro, silvicultura y pesca

Construcción

Minas y canteras

Consumo final

ACTIVIDADES DE CONSUMO

66

Es la parte de la oferta total de energía primaria y secundaria, que el propio sector energético necesita para su funcionamiento.

No hay que confundir consumo propio con reciclo:

Consumo propio: es transformado en energía útil como calor, trabajo mecánico, iluminación, etc.

Ejemplo: la electricidad o los combustibles que utilizan los campos petroleros para el funcionamiento de su maquinaria.

Reciclo: Productos secundarios que ingresan nuevamente como insumo a una instalación de transformación.

Ejemplo: ingreso de gasolina natural a refinería

CONSUMO PROPIO DEL SECTOR ENERGÉTICO

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Sector transporte (CIIU div. 60 a 62 solo vehículos)

Cantidad total de combustible requerido para mover el parque de vehículos en el país. Los modos de transporte pueden ser carretero, ferroviario, aéreo, fluvial y marítimo.

Se excluyen de este sector el consumo de vehículos especiales como: grúas, tractores, hormigoneras y otras maquinarias móviles, cuya función principal no es el transporte de pasajeros ni carga.

Según la metodología de OLADE, también se incluyen en este sector los consumos de naves marítimas y aéreas de banderas extranjeras, que cargan combustible en el país.

SECTORES DE CONSUMO FINAL

68

Sector transporte.-

Las estadísticas de consumo en este sector, pueden recopilarse de las siguientes maneras:

a) Registro de venta de las distribuidoras

b) Registro de compras de las empresas operadoras de transporte

c) Cálculo del valor esperado del consumo con la siguiente fórmula:

Cti = Ni * E(ci) *E(Li)

Donde:

Cti = Consumo del parque vehicular de la categoría i

Ni = Número de vehículos de la categoría i

Ci = Consumo específico de la categoría i

Li = Kilometraje o unidad de servicio de la categoría i

E = Esperanza matemática


69

Sector transporte.-

Las fuentes generalmente consumidas son:

a) Gasolinas

b) Gasohol (mezcla gasolina y alcohol etílico)

c) Gas Natural (Comprimido o Licuado)

d) Gas licuado de petróleo (GLP)

e) Carbón mineral

f) Electricidad

g) Jet fuel (kerosén)

h) Diesel oil

i) Fuel oil

j) Biodiesel (tecnología en desarrollo)


70

Sector Industrial Manufacturero (CIIU div. 15 a 37)

Consumo de combustibles y electricidad, requerido para mover el sistema de producción de las industrias.

Se entiende como actividad industrial todo proceso de tratamiento de materias primas para convertirlas en productos finales.

Debe excluirse de este rubro, el consumo de combustibles o electricidad en los vehículos que las industrias utilizan, ya sea para el transporte de materia prima o para distribución de sus productos al mercado, ya que este ítem pertenece al sector transporte.

Se excluye también el consumo en la industria de producción de combustibles, ya que se lo considera dentro del consumo del sector energético.

Las estadísticas se recopilan principalmente mediante encuestas directas a las plantas industriales, aunque también por intermedio de cámaras gremiales.


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Sector Industrial Manufacturero


a) Gas Natural (Comprimido o Licuado)

b) Gas licuado de petróleo (GLP)

c) Carbón mineral

d) Electricidad

e) Kerosén

f) Diesel oil

g) Fuel oil

h) Coque

i) Gas de coquería y alto horno

j) Biomasa (Carbón vegetal, leña, bagazo, etc)

k) Calor de cogeneración


Sector Industrial Manufacturero

Estimación del consumo de leña y otras fuentes no comerciales por el método de la propiedad extensiva.

Se aplica principalmente al sector de la pequeña industria e industria artesanal, donde es dificil organizar encuestas confiables, por desconocer el tamaño del universo estadístico.

El método consiste en calcular el consumo energético en base a una propiedad extensiva de esa actividad, como es el consumo de sus productos (ladrillos, bebidas destiladas, toneladas de pan, etc.).

Cf = n*c*N/100

Donde: Cf = Consumo final de la fuente

n = número de productos fabricados artesanalmente por cada 100

C = consumo especifico (ej. ton. de leña/mil ladrillos)

N = número de ladrillos fabricados


Sector Residencial.-

Consumo final de electricidad y combustibles correspondientes a los hogares urbanos y rurales del país

Se entiende hogar el lugar que las personas utilizan como vivienda permanente y que es definido como tal en los censos de población u otras encuestas estadísticas.

El uso de los energéticos en el sector residencial está referido principalmente a iluminación, fuerza electromotriz para electrodomésticos, calentamiento de agua, calefacción y cocción de alimentos.

Las estadísticas se recopilan principalmente mediante la facturación de las empresas distribuidoras, aunque se suele recurrir también a encuestas estadísticas en el caso de energéticos especiales como la biomasa, energía solar, etc.


74

SECTOR RESIDENCIAL Estimación del consumo de leña y otras fuentes no comerciales en el sector residencial rural.

Para determinar el consumo de fuentes no comerciales principalmente en el sector rural donde el registro es inexistente, se recomienda estimarlo de la siguiente manera:

Consultar de censos de población o encuestas el número de personas u hogares (N) que cocinan con una determinada fuente no comercial y el consumo específico (c) de dicha fuente.

Cf = c*N

Donde:

Cf = Consumo final de la fuente

C = consumo especifico (ej. Kg. de leña/hogar)

N = número de hogares

Nota: Hay que tomar en cuenta la equivalencia de las unidades autóctonas como: (atado, carga de burro, carretada, etc.)

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Sector Comercial, Servicios y Público.-

Se refiere al consumo energético final en los establecimientos que se puedan incluir dentro de la siguiente clasificación de la CIIU (Clasificación Industrial Internacional Uniforme).

Div 41 = Empresas distribuidoras de agua potable

Div 50-55 = Comercios mayorista, minorista, restaurantes y hoteles

Div 60-64 = Empresas de transporte y comunicaciones (no flotas vehiculares)

Div 65-74 = Establecimientos financieros, de seguros, y de servicios a otras empresas

Div 75-93 = Establecimientos de educación, salud, administración pública, iglesias, espectáculos, defensa y otras actividades empresariales.

Las estadísticas se recopilan principalmente a través de la facturación de las distribuidoras, auque a veces puede ser necesario realizar encuestas.


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Sector Comercial, Servicios y Público.-


a) Electricidad

b) Gas licuado de petróleo (GLP)

c) Gas natural

d) Diesel oil

e) Fuel Oil

f) Carbón mineral

g) Leña

h) Carbón vegetal

i) Energía solar


Sector Agro, Silvicultura y Pesca .-

Se refiere a las actividades incluidas en la siguiente codificación CIIU:

Div 01 = Agricultura, ganadería y caza

Div 02 = Silvicultura, extracción de madera y actividades conexas

Div 05 = Pesca, criadero de peces y actividades conexas

El consumo energético en este sector, incluye:

Electrificación de granjas agropecuarias y piscícolas.

Combustible utilizado por tractores, barcos pesqueros

Producción de calor en actividades agrícolas

Secado de grano mediante energía solar (puede ser cuantificada en relación a la humedad extraída).

Combustible de motosierras para tala de árboles y corte de madera

Las estadísticas se pueden recopilar mediante las distribuidoras o mediante encuestas, dependiendo del energético analizado.


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Sector Agro, Silvicultura y Pesca


a) Electricidad

b) Gasolina

c) Kerosén

d) Diesel oil

e) Fuel Oil

f) Carbón mineral

g) Leña

h) Carbón vegetal

i) Residuos vegetales

j) Energía solar

k) Energía hidráulica (molinos, mezcladoras etc.)


Sector Explotación de Minas y Canteras .-

Se refiere a las actividades de extracción de minerales, excluyendo aquellos que son de uso energético, como carbón mineral, petróleo crudo, gas natural, y uranio, ya que estas actividades pertenecen al sector energético. Quedarían las siguientes divisiones CIIU :

Div 12 = Extracción de Uranio y Torio (se excluye el uranio)

Div 13 = Extracción de minerales metalíferos

Div 14 = Explotación de minerales no metálicos


Electrificación de minas.

Combustible utilizado por tractores y maquinaria minera.

Producción de calor en actividades mineras



Sector explotación de minas y canteras


a) Electricidad

b) Gasolina

c) Kerosén

d) Diesel oil

e) Fuel Oil

f) Carbón mineral

g) Carbón vegetal


81

Sector de la construcción.-

Se refiere a las actividades de la división CIIU 45:

construcción o remodelación de casas y edificios

Obras civiles tales como puentes, carreteras, túneles, represas y otras obras civiles.


Consumo de combustible de las concretaras

Consumo de combustible o electricidad de grúas de construcción

Consumo de combustible de brocas mecánicas o topos

Consumo de combustible de pavimentadoras o asfaltadoras

Calentamiento de materiales como el pavimento para las carreteras



82

Formulaciones matemáticas útiles para estimar algunos tipos de consumo energético.-

1. Calentamiento de agua

E = Cp*Q*(Tf – To)

Donde: E = Energía empleada

Cp = Calor especifico del agua

Q = Cantidad de agua calentada en el período

Tf = temperatura final promedio

To = temperatura inicial promedio

2. Secado de materiales

E = r*Q*(Ho – Hf)

Donde: E = Energía empleada

r = Calor de vaporización del agua

Q = Cantidad de material secado en el período

Ho = Contenido de humedad inicial (p.u)

Hf = Contenido de humedad final (p.u)

3. Consumo de combustible de maquinaria

V = N*Ce*h

Donde: V = Volumen de comb. consumido

N= Número de unidades

Ce = Consumo especifico de cada unidad (litros/h)

h = número de horas de funcionamiento en el período

4. Consumo de combustible de barcos

V = N*Ce*L

Donde: V = Volumen de comb. consumido

N= Número de unidades

Ce = Consumo especifico de cada unidad (litros/Km)

L = Kilometraje recorrido en el período


83

Consumo No Energético.-

Este no es propiamente un sector, sino una forma de consumo que puede darse en cualquiera de los sectores anteriormente descritos.

Se refiere al empleo de fuentes energéticas como materia prima para la fabricación de productos no energéticos como en los siguientes ejemplos:

Gas natural y derivados de petróleo consumidos en la industria química para la fabricación de plásticos, solventes, polímeros, lubricantes caucho sintético, etc.

Gasolina o diesel como agentes de limpieza

Cabe anotar que el consumo de los productos no energéticos, debe ser registrado en el balance solamente en este sector.


84

El transporte y la distribución, son actividades que permiten que la energía fluya desde sus orígenes hasta los consumidores finales internos, o bien hasta los puntos de acopio para el comercio exterior.

Transporte: se considera a la etapa de transferencia de la energía desde su origen (producción o importación) hasta centros de acopio o centros de transformación, es decir no llega todavía al consumidor final. En el caso específico de la electricidad, corresponde a la fase de transmisión.

Distribución: es la etapa de transferencia de la energía desde puntos de acopio o centros de transformación hasta los consumidores finales. En el caso eléctrico, corresponde a la actividad de las empresas distribuidoras que entregan el suministro a los usuarios finales.

ACTIVIDADES DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN

Nota: Si bien los flujos de energía en las actividades de transporte y distribución, son transparentes al balance energético, son un parámetro

importante para la estimación y local ización del valor de pérdidas.

85

Ocurren durante todas las etapas de la cadena energética, desde que la energía es producida hasta que llega al consumidor final. En este rubro se incluyen:

Pérdidas en explotación (por lo general están ya descontadas de la producción)

Pérdidas en almacenamiento

Pérdidas en transporte y distribución

En el caso de los energéticos líquidos las pérdidas se deben a derrames y evaporación. En el caso de energéticos gaseosos, a fugas o a quema.

En el caso especial de la electricidad las pérdidas en transmisión y distribución son de dos clases:

Técnicas.- Disipación de calor debida a la resistencia eléctrica de los conductores

No técnicas.- Debidas al robo de energía (es en realidad un consumo)

Nota: las pérdidas en transformación no se incluyen, ya que están inmersas en la eficiencia de transformación de las instalaciones.

PÉRDIDAS

Fuente energética Signo con el que va al balance

Transferencia TR +/-Producción PR +Importación IM +Exportación EX +

No aprovechado NA +Variación de inventario VI +/-

Bunkers BK +

OFERTA TOTAL OT = TR+PR+IM-EX-NA+VI-BK


Insumos Productos

Refinería - +

Centrales eléctricas - +

Autoproductores - +

Centro de gas - +

Carbonera - +

Coqueria - +

Alto horno - +

Destilería de biomasa - +

Otros centros de transformación - +

TOTAL TRANSFORMACIÓN TT =Suma de insumos 0.00

Fuentes de energía


Fuente de energíaSigno con el que

va al balance

Consumo propio del sector energético SE +

Consumo sector transporte ST +

Consumo industrial, cosntruc. SI +

Consumo residencial SR +

Consumo comercial,Ser,Pub SC +

Consumo Agro, pesca y minería SA +

TOTAL CONSUMO ENERGÉTICO ST+SI+SR+SC+SA

Consumo no energético CNE +

TOTAL CONSUMO FINAL CF =TCE+CNE

ACTIVIDADES DE CONSUMO

PÉRDIDAS Y AJUSTE

Fuente de energíaSigno con el que

va al balance

Pérdidas PE +

Ajuste AJ +/-

Equilibrio por fuentes (Columnas).-

OT = TR +PR + IM – EX-NA +VI-BK

OFERTA INTERNA: CONSUMO APARENTE:

OT’ = TT + SE + PE + CF

Donde:

OT = Oferta total

PR = Producción

IM = Importación

EX = Exportación

VI = Variación de inventario

TR = Transferencias

NA = No aprovechado

BK = Bunkers

TT = Total transformación

SE = Consumo sector energético

PE = Pérdidas

AJ = Ajuste estadístico

CF = Consumo Final

OT = OT’

Balance ideal:

OT - OT’ = AJ

Balance real:

RELACIONES DE EQUILIBRIO DEL BALANCE ENERGÉTICO

Ajuste estadístico.-

Conversión de las diferentes fuentes desde sus unidades de medida originales, hasta unidades compatibles para la elaboración del balance

Errores permisibles en las encuestas energéticas y otros sistemas de recopilación de datos.

Esta fila sirve para reponer diferencias o desequilibrios que pueden ser debidos a:

Aunque el ajuste permisible depende de la fuente, en general el valor absoluto de este valor no debería ser mayor al 5% de la oferta total.


91

Totales por actividad (filas).-

Para la totalización del balance por actividad, es necesario que todo el balance se encuentre en una unidad calórica común, por ejemplo Kbep, Ktep, TJ etc.

Para la mayoría de las filas, los totales se refieren a la suma de las columnas de cada grupo de energéticos, con las siguientes excepciones:

Total Energía en la actividad de producción.- Se refiere solamente a la suma de los energéticos primarios.

Columna Total Energía de la fila Oferta Total.- Se aplica la formula de oferta total:

Total secundarias en las actividades de transformación.- se suman solamente los valores positivos (salidas de transformación).

Columna Total Energía de las actividades de transformación.- se suma todo lo que entra a transformación y todo lo que sale de transformación con su respectivo signo.

Columna Total Energía de Total transformación.- se suman solo los valores negativos de las actividades de transformación en dicha columna.

OT = TR+PR + IM – EX-NA +VI-BK


92

Eficiencia de las actividades de transformación.-

Para el cálculo de la eficiencia energética de las actividades de transformación, es también necesario que todo el balance se encuentre en una unidad calórica común.

La eficiencia de la actividad se calcularía como el total de la energía que sale de transformación PRODUCTOS sobre el valor absoluto del total de energía que ingresa a transformación INSUMOS

EF = PRODUCTOS/INSUMOS < 1

Se puede usar las columnas de totales del balance, para el cálculo de la eficiencia de transformación:

PRODUCTOS = Total secundarias

INSUMOS = Total secundarias – Total energía


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Balances energéticos