Fuentes de Energia 1

Paquete Didctico: Fuentes de Energa Acetato: 1

FUENTES DE ENERGIA

Unidad 1 Principales fuentes de energa

OBJETIVO:

Aprender los fundamentos de los principales energticos empleados por la humanidad y del desarrollo energtico nacional y mundial.


TEMARIO:

1.1 Principios bsicos. 1.2 Terminologa energtica. 1.3 El flujo de la energa en la actividad humana. 1.4 Produccin y consumo mundial de energa.

BIBLIOGRAFIA

Angrist S W, Direct energy conversion, Ed Ally and Bacon, 1976 Fuentes de informacin de la CONAE. http://www.conae.gob.mx

Fuentes de informacin del INEGI. http://www.inegi.gob.mx/

Sistema de Informacin econmica energtica de la Organizacin Latinoamericana de Energa, OLADE. http://www.olade.org.ec


1.1 Principios bsicos

Qu es la energa?


La energa

Se define como: la capacidad de producir un efecto La capacidad de producir cambios La capacidad de un sistema fsico para realizar trabajo


En base a la forma que se produce el trabajo:

La energa mecnica: Se produce cuando una masa es puesta en movimiento.


La energa elctrica: Se produce por movimiento ordenado de los electrones de un conductor.


La energa interna: Se produce por el movimiento molecular aleatorio, en el interior de un cuerpo.


Caractersticas de la energa La energa puede encontrarse en:

Estado latente: energa latente o potencial

Estado manifiesto: Se le asocia la caracterstica de ser transitoria.


La energa latente o potencial:

es la que contienen algunas sustancias como los hidrocarburos, el agua, el uranio y que requieren de un procesamiento para que

dicha energa se manifieste.

La energa manifiesta

tiene la caracterstica en la mayora de los casos de ser transitoria.


Segn el consumo energtico se puede clasificarse como no

renovable o renovable


Energa NO RENOVABLE:

Cuando el tiempo y la velocidad de consumo energtico de un recurso son superiores al tiempo empleado en regenerarse.

La energa no renovable ms comn es la energa de los hidrocarburos.


Energa RENOVABLE:

Cuando la velocidad de consumo de la energa es inferior al perodo de regeneracin de esta. La energa renovable ms ampliamente utilizada es la Energa Hidrulica.


Fuentes de Energa:

Son las materias primas y fenmenos naturales utilizados para la produccin de energa, como carbn, hidrocarburos, uranio, el sol, etc.


Formas de energa: Energa trmica o Calor Energa mecnica Energa qumica Energa elctrica Energa nuclear Energa de irradiacin.


Todas las energas estn en continua transformacin, bajo el Principio de la Conservacin de la Energa, que establece que:

La Energa no se crea ni se destruye solo se transforma


Formas de energa segn su fuente:

Fuentes de energas primarias:

Son las distintas fuentes de energa tal y como se obtienen de la naturaleza, ya sea en forma directa o despus de un proceso de extraccin.


Energas secundarias: Son energticos derivados de las fuentes primarias y que son obtenidos en los centros de transformacin. Este tipo de energas, tienen caractersticas especficas para su consumo final, como la gasolina, el diesel y la energa elctrica generada en las centrales termoelctricas.


Energa til: Es la energa realmente aprovechada por los usuarios mediante una nueva transformacin.


De acuerdo al uso de estas formas y clasificaciones energticas se tiene:

Convencionales.

Son las que ms se usan para satisfacer la demanda energtica: carbn, petrleo, termo e hidroelctrica, gas natural, biomasa y energa nuclear.


No convencionales.

De uso no generalizados; solar, elica, geotrmica, ocenica, biogs, etc.


Fuentes de energa ms utilizadas por el hombre a lo largo de su

historia.

La Energa Hidrulica

La Energa de los Combustibles Fsiles

La Energa Nuclear

La Energa de la Biomasa

La Energa Solar

La Energa Elica

La Energa del Hidrgeno

La Energa Geotrmica.


Se dice que se realiza un trabajo: Cuando una fuerza que se aplica sobre un cuerpo logra que ste se desplace una cierta distancia. As:

ENERGIA TRABAJO =

Fuerza x Distancia = FxD N-m. Joule


Las unidades en que se expresa la energa son:

Sistema Internacional de Unidades es: Joule

Sistema Ingles es: lbf- pie o el BTU

Sistema mtrico tradicional es: kgf-metro o la kilocalora.


El principio de Conservacin de la Energa aplicado a transformaciones en las que participa el calor y otras formas de energa es conocido como:

la primera ley de la termodinmica,

Cuando a un sistema termodinmico se le suministran una o varias formas de energas, el valor de estas es igual al cambio de la energa almacenada dentro del sistema ms la suma de las energas que

salen del sistema.


1. Ley de la Termodinmica: EENT= EALM + ESAL

SISTEMA

TERMODINAMICO

(ENERGIA ALMACENADA)

EENT ESAL


Ejemplo de aplicacin de la primera Ley En un sistema cerrado con un gas encerrado dentro

de un cilindro y un mbolo, que recibe calor de una

fuente externa Q, y este se emplea para calentar el

gas, aumentando su energa interna U, y causando

un desplazamiento del embolo, produciendo un

trabajo W.


Ecuacin de la 1. Ley: Q = U + W

Q Ww U


La segunda ley de la Termodinmica. Las maquinas trmicas que producen potencia

mecnica operan cclicamente, es decir, se requiere

que una sustancia de trabajo se someta a varios

procesos y vuelva a su condicin inicial.

Estas mquinas o ciclos reciben calor de una fuente y

lo transforman en trabajo mecnico til.


La 2. Ley establece que:

Es imposible que todo el calor suministrado a

una mquina trmica se convierta ntegramente

en trabajo.


Siempre tiene que haber una cantidad de calor rechazado que se enva a un receptor o sumidero de calor que se encuentra a una temperatura menor.

FUENTE DE CALOR

MAQUINA

TERMICA

CICLICA

RECEPTOR

DE

CALOR

QH QL

WN


Para producir W neto es inevitable que se produzca una prdida de calor QL. Para conocer la eficiencia de la transformacin de la energa se utiliza el rendimiento o eficiencia trmica del ciclo, que es la relacin entre el trabajo neto producido y el calor suministrado.

= WN / QH


Las eficiencias de los centros de transformacin

siempre son menores del 100%, como es el caso de

una central termoelctrica de vapor que tiene una

eficiencia promedio de un 35%.

Un motor de gasolina de un automvil tiene una

eficiencia de un 25 - 30%.


Ejemplo: En una central termoelctrica el suministro de

energa de la fuente de calor es de 300

gigajoule/H, y el calor que se rechaza al medio

ambiente es de 200GJ/H.

Cul es el valor de la potencia neta producida

por la central en GJ/H y en KW?

Cul es la eficiencia trmica de la Central?


SOLUCION:

De acuerdo al esquema anterior y por balance de energa o primera ley:

WN = QH QL = 300 200 = 100 Gjoule/H, como: 1GJ = 106 kJ, WN = 100 X 106 kJ/H, como: 1kW = 3600 kJ/H WN = (100X106)/3600 = 27777 kW La eficiencia trmica n = WN/QH = 100/300 = 0.333 33.33%


1.2 Terminologa Energtica Unidades de energa. Trabajo.- En el SI la unidad es: el Newton-m, o N-m, En el sistema mtrico tradicional es: el Kgf-metro En el sistema ingles es: la lbf-pie. Equivalencias.-

1 kgf-m = 9.81 N-m = 7.248 lbf-pie.

1N-m = 0.7388 lbf-pie


Calor.- En el SI la unidad es: el Joule. En el sistema mtrico tradicional es: la calora o kcal. En el sistema ingles es: la Unidad Trmica Britnica o BTU.

Equivalencias.- 1 kcal = 3.96BTU = 4.187 KJ.

1 BTU = 1.057 KJ.


Potencia. Por definicin la potencia es la rapidez con la que se desarrolla un trabajo, o bien es la relacin entre la energa y el tiempo. La unidad de potencia es: En el SI es: Joule/s Watt. o tambin 1 kW = 1kJ/s


En el sistema Ingles es: el Horse Power o HP

1 HP = 3300 (1bf-pie)/min = 2545 BTU/hora,

1 kW=1.34 HP.

La unidad ms utilizada de energa elctrica es el kWh. Los equivalentes son:

1 kWh = 3600kJ = 3412 BTU = 860 kcal.


EJEMPLO:

A una de las unidades de una central elctrica,

cuya capacidad es de 160 MW, se le fija una carga

constante del 80% de su capacidad, trabajando

sin parar durante un mes de 30 das.

Cual fue la generacin de energa en MWH y en

gigajoules?


Energa til: Es la energa realmente aprovechada por los

usuarios mediante una nueva transformacin, por

ejemplo la gasolina que es una energa secundaria al

ser usada en un motor, se convierte en energa

mecnica, pero en el proceso se pierde casi el 70%

de la energa secundara y solo se obtiene como

trabajo en el eje del motor un 27%.


La produccin de hidrocarburos en sus fuentes

primarias se mide en:

volmenes, litros, barriles en el caso del petrleo

crudo, metros o pies cbicos en el caso del gas

natural y

toneladas en el caso del carbn.


Las unidades y sus equivalencias son las siguientes:

1 Barril de petrleo crudo = 159 litros 1 Tonelada equivalente de petrleo o 1 TEP = 1000 kg de petrleo. 1 TEP = 7.2 Barriles 1 TEP = 1000 kg de pet. = 7.2 barriles = 7.2 x 159 = 1144.8 litros


1MTEP = un milln de toneladas equivalentes de petrleo = 106 TEP. 1MTEP = 7.2 millones de barriles. Densidad promedio del petrleo crudo = 1000/1144.8 = 0.8735 kg/lt


Produccin y consumo de hidrocarburos en trminos energticos.

El poder calorfico o PC es la cantidad del calor en

kcal, kJ o BTU, que es liberada en un cmara de

combustin, cuando se quema una unidad de masa

del combustible, en las mejores condiciones posibles.


El PC de un mismo tipo de combustible, como el

diesel o la gasolina no es constante, ya que su valor

vara, dependiendo de la regin donde se extraiga o

sea del dominio de alguno de las diferentes familiares

de hidrocarburos que forman un combustible, pero en

general existen rangos de variacin, que permiten

utilizar promedio para fines estadsticos.


Poderes calorficos para estadsticas en Mxico:

PC promedio del petrleo crudo = 1,507,082 kcal/barril = 6,310,152 kJ/barril. PC promedio del gas natural asociado =11,033 kcal/m3 = 46,195 kJ/m3. PC del carbn trmico (Micare) = 4,575,000 kcal/Ton. = 19,155,525 kJ/Ton


El valor promedio del PC utilizado por el World Energy Coucil, WEC, es de 1,364,000 kcal/barril = 5,711,068 kJ/barril. Tambin son de amplia utilizacin las unidades de energa Petacalora y Petajoule. 1 Petacalora = 1015 caloras =1012 kilocaloras o kcal. 1 Petajoule = 1015 Joules = 1012 kilojoule, 1 Petacalora = 4.187 Petajoule.


ndices energticos:

Son ndices que revelan el grado de aprovechamiento o uso de la energa de un pas.

Los dos ndices energticos ms utilizados son:

La intensidad energtica IE: Relacin entre la energa total secundara disponible para los procesos productivos de un pas y el PIB. Consumo per capita o CPC: Es igual a la energa secundaria disponible entre el nmero de habitantes.


1.3 El flujo de la energa para la actividad humana A partir de su extraccin el Petrleo crudo es

conducido a las refineras, en donde en torres de

destilacin se separan los productos bsicos que

constituirn los energticos secundarios:

La gasolina

El diesel

Los lubricantes

El combustible residual combustleo y el asfalto,


En el proceso, en las refineras ocurren prdidas y

tambin hay autoconsumo de una pequea parte del

energtico primario.

De las refineras los energticos secundarios son

enviados a los 4 sectores ms importantes de los

centros de consumo:

Los transportes

La industria

El sector comercial y de servicios

El sector residencial y el agropecuario.


PETROLEO CRUDO

(Energa Primaria)

1.5

USOS NO

ENERGETICOS

CENTRALES

ELCTRICAS

TRANSPORTES INDUSTRIA RESIDENCIAL Y

COMERCIAL

PERDIDAS


1.4 Produccin y consumo mundial de energa


1.5.- Fuentes de energa mas utilizadas por el hombre

La Energa Hidrulica La Energa de los Combustibles Fsiles La Energa Nuclear La Energa de la Biomasa La Energa Solar La Energa Elica La Energa del Hidrgeno La Energa Geotrmica.

En las unidades siguientes se tratarn por separado estas fuentes de energa mencionadas.


TAREA PARA LA SIGUIENTE CLASE:

1) Armar grupos de 8 personas (a lo ms 9 elementos).

2) Prepara una presentacin en Power Point de 20 minutos de los siguientes artculos:

Electricity sector in Mexico: Current status, Contribution of renewable energy sources.

Energy Options for the Future*

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