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Fuentes energía España

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Jaime Martínez Verdú
Jaime Martínez Verdú

Este documento presenta el programa de la asignatura Tecnología Energética impartida en la Escuela Politécnica Superior de Elche. El programa describe los objetivos generales y específicos de la asignatura, el programa de teoría dividido en siete bloques temáticos, el programa de prácticas y la forma de evaluación. La asignatura analiza las fuentes de energía, la gestión energética industrial y los usos de la energía en la industria con el fin de formar a los estudiantes sobre este importante tema.

Educación
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ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ELCHE UNIVERSIDAD MIGUEL HERNÁNDEZ TECNOLOGÍA ENERGÉTICA 5◦ Curso. Titulación Ingeniero Industrial Asignatura 2◦ Cuatrimestre. 6 créditos (3 CT + 3 CP) Profesor responsable: Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández PROGRAMA D ESCRIPTOR DE LA ASIGNATURA Fuentes de energía. Gestión energética industrial. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [2/12]
PROGRAMA I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Consideraciones: • La energía juega un papel fundamental en la conformación tecnológica, económica y social de un país y por extensión del planeta. • La energía es un bien escaso del que carecemos y su uso produce unos efectos perjudiciales que en la actualidad únicamente podemos tratar de minimizar. El problema energético se analiza desde dos puntos de vista: 1. Estudio de las fuentes de energía primaria. El sistema energético debe poner a disposición del consumidor energía fiable, segura, limpia y barata. 2. Estudio de la gestión energética en el ámbito de la industria. La energía es una materia prima fundamental para el funcionamiento de la actividad industrial cuyo consumo se debe optimizar. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [3/12] PROGRAMA I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Importancia de la energía en una región. Objetivos: • Importancia del suministro energético. Necesario para el funcionamiento de toda actividad cotidiana e industrial, debe ser garantizado. • El sistema energético debe aprovisionar a su tejido industrial de energía fiable y a bajo coste. Análisis del problema energético: búsqueda de un modelo de desarrollo sostenible • Fomento del aumento de la eficiencia energética en los distintos sectores: industrial, residencial, servicios y transporte. • Mejora del rendimiento global en la producción de energía eléctrica. • Fomento de la generación distribuida (mayores rendimientos globales). • Fomento del empleo de Energías Renovales. • Fomento de la mentalización de ahorro energético. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [4/12]
PROGRAMA I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Importancia de la energía en la industria. Objetivos: 1. Garantizar el suministro energético imprescindible para su funcionamiento. 2. Minimizar el consumo de energía por unidad de producto para: (a) Reducir costes de fabricación. En algunos sectores industriales el coste energético es una parte fundamental de los costes de fabricación, debiéndose minimizar para asegurar la competitividad de la industria. (b) Reducir emisiones contaminantes. Actualmente se considera que contaminar es caro y pone en riesgo la propia continuidad de la actividad industrial. Para ello puede realizar la siguientes funciones: 1. Análisis y selección de las energías empleadas en la industria. 2. Estudio de la eficiencia energética de los distintos equipos que forman la instalación así como el análisis de las posibles mejoras a realizar. 3. Análisis de las distintas posibilidades de autoabastecimiento: cogeneración. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [5/12] PROGRAMA O BJETIVOS G ENERALES DE LA A SIGNATURA • El estudiante que curse la asignatura, deberá conocer las fuentes bibliográficas más importantes de la materia. • Ser consciente de la necesidad de la energía y de los problemas de su consumo. • Ser consciente de que existen multitud de posibilidades de aplicar medidas de ahorro energético cuya rentabilidad justifica su ejecución. • Conocer el funcionamiento actual de los mercados energéticos en España. • Comprender que la energía se conserva pero se degrada y que la optimización de los sistemas debe focalizarse a darle el mayor aprovechamiento útil a la energía. • Conocer distintas soluciones tecnológicas para mejorar la eficiencia energética en equipos y procesos industriales. • Conocer las posibilidades de la cogeneración. • Conocer el funcionamiento de las centrales de producción de energía eléctrica de forma convencional: térmica, nuclear e hidroeléctrica. • Aprender el funcionamiento de los distintos tipos de energías no renovables empleadas en la actualidad. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [6/12]
PROGRAMA O BJETIVOS E SPECÍFICOS DE LA A SIGNATURA • El alumno o alumna deberá ser capaz de determinar económicamente los costes energéticos de una industria. • Realizar un diagrama de Sankey de energía y exergía de un proceso, determinando la localización y magnitud de las pérdidas energéticas y exergéticas • Evaluar económicamente el coste de las pérdidas energéticas y exergéticas. • Realizar una auditoría energética de forma correcta desde los puntos de vista técnico, de procedimiento y de forma. • Evaluar económicamente los costes energéticos por unidad de producto de una industria. • Analizar la viabilidad económica de proyectos energéticos planteados con el objetivo de mejorar la eficiencia energética de una industria. • Determinar las posibilidades de ahorro energético y beneficios económicos que supone la cogeneración. • Realizar el esquema de una instalación solar térmica forzada para una vivienda unifamiliar. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [7/12] PROGRAMA P ROGRAMA DE TEORÍA RESUMIDO BLOQUE TEMÁTICO I. INTRODUCCIÓN Lección 1. Introducción a la tecnología energética Lección 2. Transformaciones energéticas Lección 3. Análisis exergético BLOQUE TEMÁTICO II. GESTIÓN ENERGÉTICA Lección 4. Combustibles Lección 5. Aprovisionamiento de energía. Mercados Lección 6. Termoeconomía Lección 7. Gestión energética. Auditorías BLOQUE TEMÁTICO III. COMBUSTIÓN Lección 8. Combustión I. Aspectos estequiométricos Lección 9. Combustión II. Aspectos energéticos Lección 10. Hogares y chimeneas Lección 11. Quemadores. Emisiones de la combustión AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [8/12]
PROGRAMA P ROGRAMA DE TEORÍA RESUMIDO BLOQUE TEMÁTICO IV. EQUIPOS TÉRMICOS Lección 12. Calderas Lección 13. Hornos Lección 14. Secaderos Lección 15. Equipos de producción de frío BLOQUE TEMÁTICO V. COGENERACIÓN Lección 16. Cogeneración. Aspectos tecnológicos Lección 17. Cogeneración. Aspectos legales y económicos BLOQUE TEMÁTICO VI. ENERGÍAS CONVENCIONALES Lección 18. Centrales térmicas Lección 19. Centrales nucleares Lección 20. Centrales hidráulicas BLOQUE TEMÁTICO VII. ENERGÍAS NO CONVENCIONALES Lección 21. Energía solar térmica Lección 22. Energía eólica Lección 23. Otras energías renovables AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [9/12] PROGRAMA P RÁCTICAS P ROGRAMA DE PRÁCTICAS • Práctica 1. Aprovisionamiento de combustibes gaseosos (2h, aula) • Práctica 2. Aprovisionamiento de combustibes líquidos (2h, aula) • Práctica 3. Rendimiento de una instalación de bombeo (2h, laboratorio) • Práctica 4. Rendimiento de una instalación frigorífica (2h, laboratorio) • Práctica 5. Cálculo del rendimiento de una caldera (2h, laboratorio) • Práctica 6. Aprovechamiento energético de colectores solares (2h, laboratorio) • Práctica 7. Cogeneración (2h, aula informática) • Práctica 8. Visita a una instalación industrial (4h, optativa) AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [10/12]
PROGRAMA E VALUACIÓN E VALUACIÓN DE LA ASIGNATURA • Examen escrito – Teoría: Seis-ocho ejercicios teórico/prácticos (50%) – Problemas: Dos-tres problemas (50%) Las prácticas son optativas pero forman parte de la materia de examen Es necesario un mínimo de 3,5 puntos en cada parte del examen escrito para hacer media Es necesario un mínimo de 5,0 puntos en la nota del examen para aprobar AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [11/12] PROGRAMA B IBLIOGRAFÍA RECOMENDADA • Manuales Técnicos y de Instrucción para Conservación de energía. C. E. de la Energía, ISBN: 84-500-9285-X. • Calor y Frío Industrial I, Juan A. de Andrés y Rodriguez Pomatta. UNED, ISBN 84-362-1597-4. • Manual de Eficiencia Energética Térmica en la Industria, L.A. Molina Igartua y G. Molina Igartua, Ente Vasco de la Energía, ISBN 84-8129-022-X. • Tecnología Energética, Bermúdez, V., Servicio de Publicaciones de la UPV, 1997. • La combustión. Miranda Barreras, A. L., Oliver Pujol, R., (1996), Ed. CEAC, ISBN: 84-329-6550-2. • Fundamentos de Termodinámica Técnica, M.J. Morán y H.N. Shapiro, Editorial Reverté, ISBN 84-291-4171-5. • Manuales de energías renovables: Minicentrales hidroeléctricas, energía eólica, energía de la biomasa, incineración de resíduos sólidos urbanos, energía solar térmica, energía solar fotovoltaica. Madrid: IDAE. • Técnicas de Conservación Energética en la Industria. Tomos 1 y 2. Centro de Estudios de la Energía, ISBN: 84-7474-168-8. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [12/12]
LECCIÓN 1. INTRODUCCIÓN Índice de Contenidos: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Introducción Fuentes de energía Consumos de energía primaria y final en España y Europa Planificación energética Usos industriales de la energía Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [1/26] LECCIÓN 1. INTRODUCCIÓN Objetivos de la lección: 1. Conocer las fuentes de energía más importantes. 2. Enumerar las fuentes energéticas de las que se aprovisiona España y conocer la importancia de cada una de ellas. 3. Ser consciente del problema energético y de las medidas a tomar para reducirlo. 4. Conocer las necesidades energéticas más importantes de la industria. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [2/26]
INTRODUCCIÓN I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Consideraciones: • La energía juega un papel fundamental en la conformación tecnológica, económica y social de un país y por extensión del planeta. • La energía es un bien escaso del que carecemos y su uso produce unos efectos perjudiciales que en la actualidad únicamente podemos tratar de minimizar. El problema energético se analiza desde dos puntos de vista: 1. Estudio de las fuentes de energía primaria. El sistema energético debe poner a disposición del consumidor energía fiable, segura, limpia y barata. 2. Estudio de la gestión energética en el ámbito de la industria. La energía es una materia prima fundamental para el funcionamiento de la actividad industrial cuyo consumo se debe optimizar. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [3/26] INTRODUCCIÓN P ROBLEMA ENERGÉTICO . V ISIÓN GLOBAL Aspectos a considerar: • Importancia del suministro energético. El sistema energético debe aprovisionar a su tejido industrial de energía fiable y a bajo coste. Análisis del problema energético: búsqueda de un modelo de desarrollo sostenible • Fomento del aumento de la eficiencia energética en los distintos sectores: industrial, residencial, servicios y transporte. • Mejora del rendimiento global en la producción de energía eléctrica. • Fomento de la generación distribuida (mayores rendimientos globales). • Fomento del empleo de Energías Renovales. • Fomento de la mentalización de ahorro energético. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [4/26]
INTRODUCCIÓN P ROBLEMA ENERGÉTICO . V ISIÓN DE LA INDUSTRIA Importancia de la energía en la industria. Objetivos: 1. Garantizar el suministro energético imprescindible para su funcionamiento. 2. Minimizar el consumo de energía por unidad de producto para: (a) Reducir costes de fabricación. Competitividad de la industria. (b) Reducir emisiones contaminantes. Contaminar es caro y pone en riesgo la propia continuidad de la actividad industrial. Para ello puede realizar la siguientes funciones: 1. Análisis y selección de las energías empleadas en la industria. 2. Estudio del funcionamiento de los distintos equipos que forman la instalación. 3. Análisis de posibilidades para mejorar la eficiencia energética. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [5/26] INTRODUCCIÓN D EFINICIONES Energías primarias Tambien denominadas fuentes de energía, son las sustancias o fenómenos capaces de suministrar energía utilizable por las personas directamente o despues de una transformación. Energías finales. Son aquellas formas de energía que los consumidores gastan en su forma final: combustibles líquidos, butano, propano, gas natural, electricidad, carbón, etc. Proceden de las fuentes de trabsformación primaria por transformación de éstas. Autoabastecimiento energético. Relación entre la producción propia de una fuente de energía primaria y el consumo total de esta fuente de energía. Demanda energética. Cantidad de energía gastada en un país. Se puede referir bien al consumo de energías primarias o bien al consumo de energías finales. Recurso energético. Es la cantidad de una fuente energía disponible para su uso, en función de las mayor o menor facilidad para obtenerla. Reserva energética. Es el recurso energético que ha sido medido cuya extracción es económicamente factible AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [6/26]
INTRODUCCIÓN C LASIFICACIÓN DE LAS F UENTES DE E NERGÉTICA F UENTES DE E NERGÍA P RIMARIA : • Combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas natural – Producción de electricidad en centrales térmicas o grupos de cogeneración – Transporte terrestre, marítimo y aéreo (generalemente comb. líquidos) – Generación de energía térmica en la industria: calderas, hornos, secaderos. • Energía nuclear – Producción de electricidad en centrales nucleares • Energía hidráulica – Producción de electricidad en centrales hidráulicas Energías renovables: solar, eólica, biomasa, geotérmica – Producción de electricidad mediante energía eólica, fotovoltaica, solar termoeléctrica o biomasa. – Producción de calor mediante energía solar térmica o biomasa. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [7/26] INTRODUCCIÓN F. DE E NERGÍA : C ONVENCIONALES O NO , R ENOVABLES Comparación entre las diferentes fuentes de energía. ENERGÍA CARBÓN PETRÓLEO GAS NATURAL NUCLEAR HIDRÁULICA SOLAR EÓLICA BIOMASA CONVENCIONAL SI SI SI SI SI NO NO NO RENOVABLE NO NO NO NO SI SI SI SI Consideraciones con respecto a las distintas fuentes de energía primaria: • Las fuentes de energía primaria convencionales son no renovables, a excepción de la energía hidráulica cuyo uso está limitado. • Todas las energías primarias producen cierto impacto ambiental. • La contaminación de la combustión de los combustibles sólidos y del uso de la energía nuclear tiene consecuencias a nivel planetario. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [8/26]
INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E SPAÑA , 2004 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA POR FUENTES, 2004 -ESPAÑA- Petróleo 50,0% Gas natural 17,4% Hidráulica 1,9% Nuclear 11,7% Saldo eléctrico -0,2% Renovables 6,4% Eólica 0,9% Biogás 0,2% Biocarburantes Biomasa 2,9% 0,2% Solar Fotovoltaica 0,003% Solar Térmica 0,04% R.S.U. Carbón 14,8% 0,3% Geotermia AMMT UMH. TEN 0,01% LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [9/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E SPAÑA , 2004 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA ktep 2004 2003 2002 2001 2000 1999 Carbón 21.035 14,8% 20.462 15,0% 21.891 16,5% 19.528 15,3% 21.635 17,3% 20.519 Petróleo 71.055 50,0% 69.313 50,7% 67.647 51,1% 66.721 52,2% 64.663 51,7% 63.041 52,8% Gas natural 24.672 17,4% 21.254 15,6% 18.757 14,2% 16.405 12,8% 15.223 12,2% 13.535 11,3% Hidráulica* 2.714 1,9% 3.533 2,6% 1.988 1,5% 3.528 2,8% 2.535 2,0% 2.246 1,9% Resto Renovables 6.294 4,4% 5.834 4,3% 5.326 4,0% 4.823 3,8% 4.460 3,6% 4.243 3,6% 16.576 11,7% 16.125 11,8% 16.422 12,4% 16.602 13,0% 16.211 13,0% -261 -0,2% 109 0,1% 298 0,2% 382 0,3% Nuclear Saldo eléctrico TOTAL 142.085 100,0% * Incluye minihidráulica. AMMT UMH. TEN 136.630 100,0% 458 0,3% 132.490 100,0% 127.905 100,0% 17,2% 15.337 12,8% 492 0,4% 125.109 100,0% 119.413 100,0% Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [10/26]
INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E UROPA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA POR FUENTES, 2003 –UNIÓN EUROPEA-15 – Gas natural 24,2% Hidráulica 1,6% Nuclear 15,3% Eólica Saldo eléctrico 0,2% Renovables 6,1% Biomasa 0,3% 3,9% Solar Térmica Geotermia Petróleo 39,4% 0,04% 0,3% Carbón 14,8% AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [11/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E UROPA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN LOS 25 ESTADOS MIEMBROS DE LA UE, 2002 (ktep) Alemania Francia Reino Unido Italia España Polonia Holanda Bélgica Suecia República Checa Finlandia Austria Grecia Portugal Hungría Dinamarca Eslovaquia Irlanda Lituania Eslovenia Estonia Letonia Luxemburgo Chipre Malta 0 50.000 100.000 150.000 200.000 ktep AMMT UMH. TEN 250.000 300.000 350.000 400.000 Fuente: EUROSTAT. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [12/26]
INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA FINAL EN E SPAÑA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA FINAL, 2003 –ESPAÑA– POR FUENTES 100% POR SECTORES Renovables (4,0%) 100% Agricultura* (4,2%) Servicios (8,6%) 80% Residencial (16,8%) Electricidad (20,5%) 80% Gas (16,6%) 60% 60% 40% 40% Transporte (39,1%) Petróleo (56,3%) 20% 20% Industria (31,3%) Carbón (2,6%) 0% Nota: Excluidos consumos no energéticos. Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE. 0% Nota: Excluidos consumos no energéticos. AMMT UMH. TEN Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [13/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA FINAL EN E UROPA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA FINAL, 2003 –UNIÓN EUROPEA-15 – POR FUENTES 100% 80% 60% POR SECTORES Calor (3,3%) Renovables (3,9%) Electricidad (20,3%) Gas (24,0%) 0% Nota: Gases de coquería y horno alto incluidos bajo la categoría “Carbón”. AMMT UMH. TEN Agricultura (2,2%) Servicios (12,5%) 80% 60% 40% 20% 100% Residencial (26,1%) 40% Petróleo (44,7%) Carbón (3,9%) Fuente: EUROSTAT. 20% Transporte (31,6%) Industria (27,7%) 0% Fuente: EUROSTAT. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [14/26]
INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA FINAL EN E UROPA , 2003 2003 Carbón CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL CONSUMO CONSUMO NO TOTAL CONSUMO Petróleo Gas Electricidad Renovables ENERGÉTICO ENERGÉTICO FINAL 2.377 5.024 11.625 8.458 1.343 28.827 8.248 37.075 Transporte 0 35.410 0 441 184 36.034 338 36.372 Residencial 47 5.836 2.935 4.664 2.026 15.508 0 15.508 Servicios 12 2.629 337 4.922 74 7.973 0 7.973 Agricultura (*) 0 2.994 424 435 20 3.872 28 3.901 2.436 51.891 15.321 18.919 3.647 92.215 8.614 100.829 Industria TOTAL AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [15/26] INTRODUCCIÓN E STRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN E SPAÑA , ESTRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN 2004 – ESPAÑA – Gas natural 20,0% Nuclear 23,0% Renovables 19,4% Hidráulica 12,4% Eólica Petróleo 8,6% AMMT UMH. TEN Carbón 29,0% 5,4% Biomasa 0,8% Biogás 0,3% Solar Fotovoltaica 0,02% R.S.U. 0,4% LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [16/26]
INTRODUCCIÓN E STRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN E UROPA , ESTRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN 2002 –UE-15 Otras energías renovables 3,6% ESTRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN 2002 –UE-25 Otras energías renovables 3,3% Carbón 26,6% Petróleo 6,5% Carbón 30,6% Petróleo 6,2% Hidráulica 11,6% Hidráulica 10,9% Nuclear 33,4% Gas natural 18,3% Nuclear 31,9% AMMT UMH. TEN Gas natural 17,0% LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [17/26] INTRODUCCIÓN E MISIONES POR LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRI Generación de energía eléctrica en España y en la UE, 2002. % ESPAÑA UE CO2 NOx SO2 Carbón 33,6 26,6 1058,2 2,986 2,971 Petróleo 11,6 6,5 802,1 1,3 2,9 Gas Natural CCTG 13,1 18,3 350 1,2 0,007 Nuclear 25,6 33,4 8,6 0,034 0,029 Hidráulica 9,0 11,6 6,6 0 0 Otras EE.RR. 7,1 3,6 6 0 0 TOTAL TWh 245,7 2678,3 Producción de energía eléctrica en TWh (109 kWh). Emisiones en g/kWh. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [18/26]
INTRODUCCIÓN E NERGÍAS PRIMARIAS Y FINALES EN E SPAÑA AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [19/26] INTRODUCCIÓN P LANIFICACIÓN ENERGÉTICA ”Un país o región debe realizar una planificación energética que asegure el abastecimiento energético de su población” Medidas a realizar • Asegurar la fiabilidad del suministro energético. • Limitar el impacto ambiental del empleo de la energía. • Incentivar el ahorro energético mediante un uso racional de la energía. • Incentivar el I+D+I (investigación, desarrollo e innovación) para mejorar el sistema energético. • Favorecer las fuentes de energía con mayor grado de autoabastecimiento. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [20/26]
INTRODUCCIÓN P LANIFICACIÓN ENERGÉTICA El empleo de fuentes de energía convencionales produce entre otros efectos la emisión a la atmósfera de gases que producen el efecto invernadero En el Protocolo de Kioto, España se comprometió a no incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero por encima del 15% en el año 2010, con respecto a las emisiones totales de 1990. En el año 2000 el crecimiento de las emisiones ya era del 33% sobre las cifras de 1990, lo que refuerza el argumento de incrementar el esfuerzo en: 1. Mejorar la Eficiencia Energética. Minimizar el consumo energético en todos los sectores. 2. Mejorar el rendimiento global en la producción de energía eléctrica. Nuevas centrales de ciclo combinado con rendimientos del 52%. 3. Fomentar la generación eléctrica distribuida. Primas a la plantas de cogeneración. 4. Fomentar el empleo de Energías Renovales. Objetivo de alcanzar en el 2010 que al menos el 12% de la energía primaria consumida sea de origen renovable. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [21/26] INTRODUCCIÓN P LANIFICACIÓN ENERGÉTICA Planificación energética en España en el horizonte 2010-12 • Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010. Objetivo: 12% de consumo de energías renovables en el año 2010. • Planificación de los sectores de electricidad y gas: Desarrollo de la red de transporte. Objetivo: asegurar suministro. • Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España 2004-2012. Objetivo: reducir la intensidad energética un 7,5%. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [22/26]
INTRODUCCIÓN U SOS INDUSTRIALES DE LA ENERGÍA N ECESIDADES ENERGÉTICAS • M EDIANTE ELECTRICIDAD . Conexión en alta o baja tensión a la empresa distribuidora bien mediante tarifa regulada o bien mediante tarifa de acceso. Desde un punto de vista global se debe considerar que la energía eléctrica se produce principalmente en centrales térmicas o nucleares. De forma general se suele tomar que sólo el 34% de la energía primaria consumida en la central llega al consumidor final. • M EDIANTE COMBUSTIBLES . Generalmente combustibles comerciales líquidos como gasóleos o fuelóleos o gaseosos como gas natural o propano. La Autogeneración consiste en instalar un grupo de cogeneración en la industria para autogenerarse la energía eléctrica a partir de un combustible. Mediante este sistema se llega a aprochevar hasta un 90% de la energía consumida en el grupo de generación eléctrica. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [23/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA INDUSTRIA O BJETIVOS : • Alumbrado. • Generación de energía mecánica: fuerza motriz para accionamiento de maquinaria, máquinas herramientas, bombas hidráulicas, ventiladores. • Usos térmicos. Hornos eléctricos, producción de frío o de calor. E QUIPOS : • Lámparas. Se emplean lámparas incandescentes o fluorescentes. • Motores eléctricos. Se emplean para la producción de energía mecánica. • Resistencias eléctricas. El empleo de resistencias eléctricas para la producción de energía térmica es poco eficiente. • Producción de frío o calor por compresión. Este tipo de transformaciones se produce con un rendimiento (COP) superior a la unidad (1,5 - 3). • Transformadores eléctricos. Son necesarios para adaptar la tensión eléctrica a los correspondientes a los distintos equipos eléctricos de la industria. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [24/26]
INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA TÉRMICA EN LA INDUSTRIA O BJETIVOS : • Generación de vapor y/o fluidos térmicos. • Calentamiento directo en hornos, secado. • Calefacción ambiental. • Generación de energía mecánica bien para transporte, para producción de electricidad o para accionamiento de equipos. E QUIPOS : • Calderas. Equipos destinados a incrementar la energía térmica de los fluidos. • Hornos y secaderos. Equipos destinados a producir una transformación físico-química en una carga. • Turbinas de vapor y de gas. Producción de energía mecánica. • Motores alternativos. De igual forma se emplean motores alternativos de gas natural, gasóleo o fuelóleo. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [25/26] INTRODUCCIÓN B IBLIOGRAFÍA Bibliografía recomendada: Bermúdez, V., 2000, capítulos 1 y 2. Esquerra Pizá, P., 1988, pp. 9 - 20. Boletín IDAE no7, pp. 19 - 51. Boletín Estadístico de Hidrocarburos: Resumen año 2004. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [26/26]
LECCIÓN 2. Transformaciones Energéticas Índice de Contenidos: 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Interconexiones de energía Análisis energético. Formulación Análisis energético. Ejemplos Pérdidas por transporte Rendimiento global de una transformación energética Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [1/26] LECCIÓN 2. Transformaciones Energéticas Objetivos de la lección: 1. Conocer las distintas transformaciones energéticas que se producen en el uso de la energía 2. Conocer de forma somera las tecnologías que producen las transformaciones energéticas de mayor interés práctico 3. Realizar análisis energéticos sencillos en equipos y sistemas AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [2/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Introducción La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma, y a lo largo de su transformación se degrada hasta transferirse al medio ambiente en forma de calor La energía aparece en distintas formas y puede transformarse en energías de distintos tipos para su mejor aprovechamiento. • Energías primarias: energía química (carbón, petróleo, gas natural), energía nuclear (uranio), energía solar (solar térmica, fotovoltaica, eólica) y energía gravitacional (hidráulica, maremotriz). • Energías secundarias: energía eléctrica, energía mecánica, energía térmica. • Energías de uso final: energía mecánica, energía térmica. En cada transformación energética se pierde parte de la energía puesta en juego. Además de las pérdidas en los equipos, deben considerarse las pérdidas por transporte. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [3/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Transformaciones energéticas entre distintas energías AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [4/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Formulación Primer principio de la termodinámica: principio de conservación de la energía SISTEMAS CERRADOS: ∆E = −W12 + Q12 ∆E = E2 − E1: Variación de la energía del sistema Q12 : Calor recibido por el sistema W12: Trabajo realizado por el sistema Un sistema termodinámico tiene energía en forma de energía interna U, energía cinética c2/2 o energía potencial g z. La variación de energía en un sistema entre dos estados de equilibrio resulta ∆E = E2 − E1 = (U2 −U1) + (Ec2 − Ec1) + (E p2 − E p1) = −W12 + Q12 En términos de potencia resulta dE dU dEc dE p ˙ ˙ = + + = −W12 + Q12 dt dt dt dt AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [5/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Formulación Primer principio de la termodinámica: principio de conservación de la energía SISTEMAS ABIERTOS: ∆Evc = Q −W + Ee − Es ∆Evc : Variación de la energía del volumen de control Q12 : Calor recibido por el sistema W12: Trabajo realizado por el sistema Ee : Energía que entra en el volumen de control Es : Energía que sale del volumen de control En términos de energía por unidad de tiempo (potencia) dEvc c2 c2 ˙ ˙ = Q − W + me ue + gze + e − ms us + gzs + s ˙ ˙ dt 2 2 ˙ ˙ ˙ ˙ W = Wvc + ms (ps vs ) − me (pe ve ) 2 2 dEvc ˙ − W + me ue + pe ve + gze + ce − ms us + ps vs + gzs + cs ˙ =Q ˙ ˙ dt 2 2 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [6/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Formulación SISTEMAS ABIERTOS ESTACIONARIOS: 2 c ˙ ˙ 0 = Qvc − Wvc + me ue + pe ve + gze + e ˙ 2 − ms us + ps vs + gzs + ˙ c2 s 2 h = u + pv 2 c ˙ ˙ ˙ 0 = Qvc − Wvc + me he + gze + e 2 − ms ˙ c2 hs + gzs + s 2 ˙ ˙ Sistemas con una entrada y una salida me = ms = m ˙ 2 2 c − ce ˙ ˙ ˙ Qvc − Wvc = m (ps − pe ) + (ps vs − pe ve ) + g(zs − ze ) + s 2 2 2 c − ce ˙ ˙ ˙ Qvc − Wvc = m hs − he + g(zs − ze) + s 2 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [7/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Válvulas de expansión ANÁLISIS ENERGÉTICO: ps pe c2 − c2 e ˙ ˙ Q − W = m us − ue + − + g(zs − ze ) + s ˙ ρs ρe 2 2 2 c − ce ˙ ˙ Q − W = m hs − he + g(zs − ze) + s ˙ 2 Proceso adiabático. Transferencia de calor despreciable hs = he AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [8/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Bombas y turbinas ANÁLISIS ENERGÉTICO: ps pe c2 − c2 e ˙ ˙ Q − W = m us − ue + − + g(zs − ze ) + s ˙ ρs ρe 2 2 2 ˙ = m ps − pe + g(zs − ze) + cs − ce W ˙ ρs ρe 2 Se define la altura manométrica como: ps pe c2 − c2 e g Hm = − + g(zs − ze ) + s ρs ρe 2 ˙ ˙ W = Mω = m g Hm = ρV g Hm ˙ AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [9/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Bombas y turbinas Pérdidas: 1. En el rodete por fricción y por choque del fluido. 2. Pérdidas volumétricas internas y externas. 3. Pérdidas mecánicas por fricción en el eje. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [10/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Compresores y Turbinas ANÁLISIS ENERGÉTICO: ps pe c2 − c2 e ˙ ˙ Q − W = m us − ue + − + g(zs − ze ) + s ˙ ρs ρe 2 2 2 c − ce ˙ W = m hs − he + g(zs − ze ) + s ˙ 2 Los términos de energías cinética y potencial se suelen despreciar, resultando: ˙ W = m [hs − he] ˙ AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [11/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Compresores y Turbinas Pérdidas: 1. En el rodete por fricción y por choque del fluido. 2. Pérdidas volumétricas internas y externas. 3. Pérdidas mecánicas por fricción en el eje. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [12/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Cambiador de calor Pérdidas: • Pérdidas en las paredes por radiación y convección. Rendimiento: η= m f 2 (h f 2,s − h f 2,e ) ˙ m f 1 (h f 1,e − h f 1,s ) ˙ Eficiencia térmica: Qreal interc. ε= Qmax interc. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [13/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Cámara de combustión Pérdidas: 1. Pérdidas por inquemados. 2. Pérdidas en las paredes por conducción, convección y radiación. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [14/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Calderas Pérdidas: 1. Pérdidas por inquemados. 2. Pérdidas en los gases de escape. 3. Pérdidas en las paredes por conducción, convección y radiación. 4. Pérdidas por purgas. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [15/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Hornos Pérdidas: 1. Pérdidas en los gases de escape. 2. Pérdidas en las paredes por radiación y conducción. 3. Pérdidas de calor sensible de la carga. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [16/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Motor y generador eléctrico Pérdidas: 1. En el devanado eléctrico. Por efecto Joule. 2. En el entrehierro. Por corrientes parásitas de Foucalt y reluctancia. 3. En las pártes móviles. Se trata de pérdidas orgánicas por fricción. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [17/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Transformador Pérdidas: 1. En el devanado eléctrico. Se produce una pérdidas por efecto Joule al pasar la corriente eléctrica por los conductores que forman los arrollamientos. Dependen de la resistencia del conductor y del cuadrado de la intensidad circulante. 2. En el entrehierro. Por corrientes parásitas de Foucalt al cerrarse líneas del campo magnético en el aire y por la propia reluctancia del núcleo magnético. Se trata de pérdidas prácticamente constantes e independientes de la potencia suministrada. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [18/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Ciclos de potencia Rendimiento del sistema Pe η= m PC ˙ AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [19/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Ciclos de potencia 1. Ciclos Baryton (Turbinas de gas) 2. Ciclos Otto (MCIA MEP) 3. Ciclos Diesel (MCIA MEC) AMMT UMH. TEN Rendimiento del sistema Pe η= m PC ˙ LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [20/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Ciclos de refrigeración Máquina frigorífica Coeficiente de eficiencia energética: ˙ Qe Pot. consumida Bomba de calor Coeficiente de prestación de un sistema: CEE = COP = AMMT UMH. TEN ˙ Qc Pot. consumida LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [21/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Pérdidas por transporte de energía • Pérdidas por transporte de la energía eléctrica: Pot = R I 2 • Pérdidas por transporte de fluidos: ∆P = λ L 1 2 + ΣK ρv D 2 Pot per = Q ∆P • Pérdidas térmicas por transporte de fluidos caloportadores: Q per = U A (∆T ) AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [22/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Rendimiento global de una transformación energética AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [23/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Consumo de energía térmica en la industria • Punto de vista local. – Comprobar el buen estado de funcionamiento del motor y de la bomba. – Comprobar que el punto de funcionamiento de la bomba está cerca su punto nominal de máximo rendimiento. – Comprobar que el caudal bombeado es el de diseño. Si la instalación funciona con un mayor caudal, aumentarán las pérdidas de carga con Q2 y la potencia de bombeo con Q3 . – Analizar las pérdidas de presión de la instalación. Se debe comprobar que las pérdidas del circuito son las de diseño y si son susceptibles de reducirse. • Punto de vista global. – Posibilidad de autogeneración de la electricidad para minizar pérdidas por transporte. – Posibilidad de conectar la bomba a un motor de combustión interna realizando de forma más directa la conversión energía química del combustible a energía del fluido. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [24/26]
TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Rendimientos típicos de transformaciones energéticas Rendimientos típicos de las transformaciones energéticas. Equipo transformador Rendimiento (%) Motor Eléctrico 70-92 Generador Eléctrico 90-96 Transformador Eléctrico 95-99 Bomba hidráulica 60-85 Turbina hidráulica 70-90 MCIA. Encendido provocado 25-32 MCIA. Encendido por compresión 45-50 Turbina de gas 25-30 Turbina de vapor 40-50 Intercambiador de calor 94-96 Lámpara fluorescente 20 Lámpara incandescente 5 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [25/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Bibliografía Bibliografía recomendada: Moran, M.J., Shapiro, H.N., 2004, capítulo 4. Cengel, Y.A., Boles, M.A., 2002, capítulo 4. Bermúdez, V., 2000, capítulo 1. Agüera Soriano, 1999, capítulo 2. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [26/26]
LECCIÓN 3. ANÁLISIS EXERGÉTICO Índice de Contenidos: 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Introducción Análisis exergético. Formulación Sistemas cerrados Sistemas abiertos Rendimiento exergético Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [1/14] INTRODUCCIÓN Objetivos de la lección 1. Repasar los conceptos básicos de la termodinámica para ser capaces de realizar análisis exergéticos de sistemas abiertos y cerrados. 2. Realizar análisis exergéticos sencillos en equipos y sistemas de interés práctico. 3. Calcular el rendimiento exergético de una transformación energética. 4. Determinar analíticamente cuanto se degrada la energía en las distintas transformaciones energéticas. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [2/14]
ANÁLISIS EXERGÉTICO Introducción La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma, y a lo largo de su transformación se degrada hasta transferirse al medio ambiente en forma de calor En los análisis de sistemas térmicos se emplea: • Conservación de la masa • Primer principio de la termodinámica (conservación de la energía) • Segundo principio de la termodinámica (degradación de la energía) Importancia de desarrollar sistemas térmicos que hagan uso efectivo de los recursos energéticos no renovables: combustibles fósiles Uso más eficiente de los recursos energéticos pues permite determinar la localización, tipo y magnitud de las pérdidas energéticas: optimización de los sistemas térmicos. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [3/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Exergía termomecánica La exergía es la máxima cantidad de trabajo que puede realizar un sistema cuando evoluciona desde el estado considerado hasta el estado muerto. Ex = (E −Uo) − To (S − So) + po(V −Vo ) ex = (e − eo) + po(v − vo) − To (s − so) La exergía termomecánica es una función de estado, la variación sólo depende del estado inicial y final del proceso y por ello puede establecerse una ecuación de balance de exergía. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [4/14]
ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica Se analiza la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener de: • De la energía mecánica • Del calor • Del flujo AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [5/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍAS DE LAS ENERGÍAS CINÉTICA Y POTENCIAL En el caso de las energías cinética y potencial toda la energía puede ser exergía, contabilizada a partir de un estado muerto donde la velocidad sea nula y la cota de referencia (z = 0) esté definida. Exergía de la energía cinética: exec = ec = c2 /2 Exergía de la energía potencial: exep = e p = g z AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [6/14]
ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍA DEL TRABAJO El trabajo realizado por un sistema no siempre es útil. El trabajo de frontera Walr realizado para expulsar el aire atmosférico viene dado por. Walr = po (Vo −V ) La transferencia de exergía por trabajo es directamente el trabajo que se realiza sobre el sistema. Exw = Wu = W −Walr = W − po(Vo −V ) El ejemplo típico en la termodinámica de la expansión de un gas en un pistón, parte del trabajo realizado por el gas se emplea para empujar el aire atmosférico. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [7/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍA DEL CALOR Para evaluar la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener del calor se supone que se instala un ciclo de Carnot entre este sistema y el estado muerto a po y to . La transferencia de exergía por transferencia de calor está asociada a la temperatura del sistema. El máximo trabajo que se puede realizar mediante calor viene dado por el rendimiento de Carnot y depende de la temperatura de los focos caliente y frío. ExQ = 1 − To Q T En el caso de que la transferencia de calor Q se produjera a una temperatura T no uniforme, se empleará: ExQ = AMMT UMH. TEN 2 1 1− To dQ T LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [8/14]
ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica VARIACIÓN DE EXERGÍA DE UN SISTEMA CERRADO Sistema cerrado que pasa del estado 1 al estado 2 mediante un proceso π Ex2 − Ex1 = (E2 − E1) − To (S2 − S1) + po(V2 −V1) Con la primera ley: E2 − E1 = Q −W Con la segunda ley: S2 − S1 = 2 1 dQ + Sgen T Resultando: Ex2 − Ex1 = 2 1 1− To δQ − [W − po(V2 −V1)] − Exd Tf AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [9/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍA DEL FLUJO La exergía de flujo específica es: c2 ex f = (h − ho) − To (s − so) + + g(z) 2 En el caso de despreciar las energías cinética y potencial se obtiene: ex f = (h − ho) − To (s − so) AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [10/14]
ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica BALANCE DE EXERGÍA DE UN SISTEMA ABIERTO Conservación de la energía en un sistema estacionario 2 2 c − cs ˙ ˙ + g(ze − zs ) 0 = Q − W + m (he − hs ) + e ˙ 2 Segundo principio: 0= ˙ dQ ˙ + Sgen + m (se − ss ) T La ecuación de la exergía para sistemas abiertos en flujo estacionario resulta: 0= 1− To c2 − c2 s ˙ ˙ d Q j − W + m (he − hs ) − To(se − ss ) + e ˙ + g(ze − zs) − Exd Tj 2 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [11/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica BALANCE DE EXERGÍA DE UN SISTEMA ABIERTO La variación de la exergía del flujo es el término c2 − c2 s + g(ze − zs ) m (he − hs) − To (se − ss) + e ˙ 2 En el caso de despreciar las energías cinética y potencial se obtiene: exe − exs = (he − hs) − To (se − ss ) En el caso de una entrada y una salida, la ecuación del balance de exergía termomecánica resulta: 0 = ∑ 1− j AMMT UMH. TEN To ˙ ˙ ˙ ˙ Q j − Wvc + m(exe − exs) − Exd Tj LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [12/14]
ANÁLISIS EXERGÉTICO Rendimiento exergético Del análisis exergético se obtiene: Exe : flujo de exergía entrante Exu: flujo de exergía útil Exr : flujo de exergía recuperable Ex p: flujo de exergía perdido Una definición de rendimiento exergético sería: ηex = flujo de exergía utilizado flujo de exergía consumido Rendimiento exergético: ηex = Exr + Ex p Exu = 1− Exe Exe Factor de calidad: Ex p Exu = 1− νex = Exe − Exr Exe − Exr AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [13/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Bibliografía 1. Agüera J., 1999, capítulo 3. 2. Gómez, J.L., Monleón, M., Ribes, A., 1990, capítulos 1 a 8. 3. Moran, M.J., Shapiro, H.N., 2004, capítulo 7. 4. Cengel, Y.A y Boles, M.A., 2002, capítulo 7. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [14/14]
LECCIÓN 4. Combustibles Índice de Contenidos: 3.1 3.2 3.3 3.4 Clasificación de los combustibles Combustibles naturales Combustibles artificiales comerciales Propiedades del los combustibles Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [1/22] COMBUSTIBLES Objetivos de la lección OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA LECCIÓN Al finalizar la lección, el estudiante deberá ser capaz de: 1. Conocer los combustibles naturales y artificiales convencionales 2. Conocer la explotación del carbón, petróleo y gas natural 3. Conocer las propiedades más importantes de los combustibles artificiales AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [2/22]
COMBUSTIBLES Introducción Los combustibles suponen actualmente el 80 % de la energía primaria consumida en España Consumos de energía primaria mediante combustibles en España: 52 % petróleo, 13 % gas natural y 15 % carbón. Consumos de energía final mediante combustibles en España: 61 % derivados del petróleo, 14 % gas natural y 3 % carbón. En el año 2000, el 65 % de la energía final consumida por la industria española fue a partir de combustibles: Consumos industriales de combustibles: 24 % productos petrolíferos, 38 % gas natural y 3 % carbón. Además la industria consume el 30 % de la energía eléctrica, (60 % producida en centrales térmicas que queman combustibles fósiles). AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [3/22] COMBUSTIBLES Clasificación de los combustibles TIPO Sólido COMB. NATURALES Biomasa (madera, res. vegetales) Turbas Lignitos Hullas Antracitas Líquido Crudo de petróleo Gaseoso Gas natural AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA COMB. ARTIFICIALES Coque y menudos de coque Alquitrán de carbón Carbón molido/pulverizado Carbón vegetal Corteza, serrín, etc. Briquetas y aglomerados Gasolina Keroseno Gasóleos A, B y C Fuelóleos n◦ 1, n◦ 2, y BIA Gas de refinería Gas de horno de coque y alto Gas pobre, gas de agua Gas de gasógeno Gas de regenerador G.L.P.’s (butano, propano) LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [4/22]
COMBUSTIBLES El Carbón. Características Combustible fósil de origen vegetal, formado a partir de los restos de grandes extensiones de bosques, arbustos y plantas de hace 250 a 450 millones de años. Estos restos quedaron enterrados y bajo la acción biológica en determinadas condiciones de presión y temperatura forman los actuales yacimientos de carbón. El proceso de carbonización es, en términos químicos, un enriquecimiento progresivo del contenido en carbono. El proceso de carbonización aumenta con la presión, la temperatura y el tiempo, en un proceso anaeróbico en el cual se produce una pérdida de oxígeno y un incremento de la aromatización. Todos los carbones, independientemente de su origen, edad o tipo, se pueden agrupar según su contenido en carbono, y forman la denominada serie del carbón: Turba ⇒ Lignito ⇒ Hulla Subbituminosa ⇒ Hulla Bituminosa ⇒ Antracita. LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [5/22] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA COMBUSTIBLES Composición de los distintos tipos de carbón natural Combustible Antracita Bituminoso Alta Volatilidad Bituminoso Media Volatilidad Bituminoso Baja Volatilidad Subbituminoso A Subbituminoso B Subbituminoso C Lignitos Turbas Madera C H O N S ( % Peso) ( % Peso) ( % Peso) ( % Peso) ( % Peso) 93,7 2,4 2,4 0,9 0,6 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA 90,5 4,7 2,8 1,3 0,7 88,4 5,0 4,1 1,7 0,8 76,4 75,8 75,3 73,7 70,2 55,0 49,9 5,3 5,3 5,1 5,3 5,6 6,0 6,0 15,8 15,5 17,4 19,1 20,8 30,0 43,9 1,6 1,9 1,5 1,3 1,4 1,0 0,2 0,9 1,5 0,7 0,6 2,0 1,3 - LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [6/22]
COMBUSTIBLES El carbón. Consideraciones a tener en cuenta Fuente de energía fósil más antigua y sus reservas estimadas de 200 años. El carbón constituyó el 15 % de la energía primaria consumida en España en el año 2001, con un grado de autoabastecimiento del 40 %. El coste de explotación del carbón depende fundamentalmente de las características de la mina de explotación. En muchos casos los costes de explotación hacen inviables la explotación de ciertos yacimientos, cuyas reservas sólo serán utilizables cuando suban considerablemente los precios. La combustión del carbón ha sido tradicionalmente muy contaminante siendo responsable de fuertes contaminaciones en ciudades y lluvias ácidas. En la actualidad los aspectos medioambientales son muy importantes y el nivel de azufre en el carbón debe estar limitado a ciertos valores. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [7/22] COMBUSTIBLES El petróleo. Introducción El crudo de petróleo se forma a partir de animales y plantas terrestres y marinas. Este material se licúa en las denominadas rocas madre y posteriormente se acumula en los poros de las denominadas rocas almacén. El crudo se forma durante un millón de años en las rocas madre en unas condiciones de temperatura y presión producidas a profundidades entre 1 y 4 km. La composición del petróleo varía de forma significativa entre distintos yacimientos, e incluso en un mismo yacimiento. Las propiedades del crudo son asimismo muy variables. La extracción del petróleo se realiza desde 1859, tradicionalmente en tierra firme, aunque comienza a tener importancia creciente la perforación en el mar. El transporte se realiza mediante oleoductos y buques petroleros cuando se transporta el petróleo entre continentes. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [8/22]
COMBUSTIBLES Tipos de crudo de petróleo Tipo de Crudo Características 1. Convencional o crudo ligero ρ < 934 kg/m3 (> 20◦ API) 2. Crudo pesado 934 < ρ < 1000 kg/m3 (20◦ a 10◦ API) Viscosidad máxima 10.000 mPa s 3. Crudo extra pesado (p.e. > 340◦C) ρ > 1000 kg/m3 (< 10◦ API) Viscosidad máxima 10.000 mPa s 4. Arenas de alquitrán o asfalto natural (p.e. > 510◦C) ρ > 1000 kg/m3 (< 10◦ API) Viscosidad mayor de 10.000 mPa s AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [9/22] COMBUSTIBLES El petróleo. Consideraciones a tener en cuenta El petróleo es con diferencia la fuente de energía más empleada a nivel mundial. Se trata de un combustible relativamente barato fácil de transportar, almacenar y consumir. El petróleo representó durante 2001 en España algo más del 50 % de la energía primaria consumida y sus derivados el 60 % de la energía final consumida. España tiene una fuerte dependencia de petróleo, cuyo grado de autoabastecimiento es casi nulo. Los inconvenientes del empleo del petróleo son: ◦ Cotización muy variable y suministro dependiente de paises inestables. ◦ Necesidad de garantizar el suministro almacenando crudo. ◦ Participación elevada en la estructura de la demanda energética nacional: fuerte dependencia. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [10/22]
COMBUSTIBLES El gas natural. Introducción El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos formado principalmente por metano y en menor medida etano y propano. El gas natural se encuentra bien junto al crudo en campos asociados o independientemente. En principio el gas natural de los campos asociados a petróleo, el gas natural es reinyectado, destruido o licuado. El gas natural ha sido considerado durante mucho tiempo como un combustible menos rico que el petróleo debido a las dificultades de aprovechamiento: separación del petróleo en campos asociados y en todo caso transporte en estado gaseoso mediante gaseoductos o en estado líquido a menos de 115 K. El 3 % del gas natural asociado extraido se quema, aunque cabe decir que en los últimos años existe una creciente tendencia a reinyectarlo o aprovecharlo. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [11/22] COMBUSTIBLES El gas natural. Composición Componentes Metano Etano Propano Butanos Pentanos Dióxido de C Nitrógeno Símbolo Libia A. Saudí Irán M. Norte Medio CH4 66,8 62,24 74,9 85,9 86,0 C2 H6 19,4 15,07 13,0 8,1 7,6 9,1 6,64 7,2 2,7 2,4 C3 H8 C4 Hx 3,5 2,40 3,1 0,9 1,0 1,2 1,12 1,5 0,3 C5 Hx CO2 9,20 0,3 1,6 0,5 3,0 N2 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [12/22]
COMBUSTIBLES El gas natural. Consideraciones a tener en cuenta Bajo contenido en azufre. Permite una menor temperatura de los humos de escape, mejorando el rendimiento. Excelente mezcla con el aire que permite trabajar con bajo exceso de aire (mejor rendimiento). Además se producen niveles muy reducidos de óxidos de nitrógeno. Cuando la combustión se realiza correctamente, los humos no tienen efectos nocivos sobre los productos a calentar, por lo que es posible utilizarlos directamente. Hay una práctica ausencia de cenizas que permite mantener limpias las superficies de intercambio, mejorando el rendimiento. Se reduce asimismo el mantenimiento y se prolonga la vida de los refractarios. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [13/22] COMBUSTIBLES Combustibles comerciales. Tipos Se van a describir los combustibles más utilizados para su combustión en una planta industrial como fuente de energía final. Estos combustibles son: Combustibles sólidos: carbón pulverizado. Combustibles líquidos: fuelóleos n◦ 1, n◦ 2, y BIA, gasóleo C. Combustibles gaseosos: gas natural y propano comercial. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [14/22]
COMBUSTIBLES Combustibles sólidos: carbón pulverizado Carbón natural al que se le han realizado los siguientes tratamientos: ◦ ◦ ◦ ◦ Reducción y control del tamaño. Tamaño uniforme de 20-25 mm. Limpieza. Eliminación de materia mineral extraña. Secado. Cantidad de agua limitada al 1 %. Pulverización. Molienda hasta tamaño de grano inferior a 0,02 mm. En aplicaciones de baja potencia el carbón pulverizado se quema en hogares provistos de parrillas mecánicas y alimentación en contínuo mediante cintas transportadoras desde los silos de almacenamiento. Combustión del carbón pulverizado en quemadores de forma similar a la combustión de combustibles líquidos o gaseosos. Gran superficie en contacto con el aire, obteniéndose una combustión más rápida lo que requiere menor exceso de aire con la consiguiente reducción de pérdidas energéticas en los gases de escape. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [15/22] COMBUSTIBLES Combustibles líquidos: Gasóleos y Fuelóleos Gasóleo A. Carburante indicado para la utilización en los motores diésel de combustión interna (automóviles y vehículos industriales). Este gasóleo soporta unos impuestos elevados. Gasóleo B. Carburante indicado para tractores y máquinas que utilizan los profesionales del campo así como para combustible en embarcaciones dedicadas a las labores de pesca. Gasóleo C. Carburante para calefacción. Indicado asimismo para aplicaciones industriales. Fuelóleo n◦1. Fuelóleo con una viscosidad cinemática a 100◦C de 25 mm2/s y un contenido máximo de azufre del 2,7 %. Se comercializa asimismo con la etiqueta ”BIA” que supone limitar el contenido de azufre al 1 %. Fuelóleo no2. Fuelóleo con una viscosidad cinemática a 100◦C de 37 mm2/s y un contenido máximo de azufre del 3,5 %. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [16/22]
COMBUSTIBLES Combustibles gaseosos: GLP’s y gas natural GLP’s. En aplicaciones industriales se emplea principalmente el propano comercial constituido por: C3H8 (92 %), butano C4H10 (4 %), etano C2 H6 (2 %) y nitrógeno N (2 %). Los consumos de este producto se reparten en distribución a granel (30 %) y envasado (70 %). Gas natural. Constituido por: propano C3 H8 (2,4 %), butano C4H10 (1 %), etano C2H6 (7,6 %), metano CH4 (86 %), y nitrógeno N (3 %). El gas natural presenta la ventaja de carecer prácticamente de resíduos. El suministro de gas natural se realiza canalizado donde únicamente de debe instalar una estación de regulación y medida (ERM), evitándose la instalación de depósitos de almacenamiento. ◦ Desarrollo de infraestructuras de transporte y distribución. ◦ Sustitución de combustibles en industriales y centrales térmicas. ◦ Construcción de una gran cantidad de nuevas centrales de ciclo combinado. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [17/22] COMBUSTIBLES Propiedades: I Composición Composición en peso de combustibles líquidos comerciales ( % peso). Composición Gasóleo C Fuelóleo no 1 Fuelóleo no 2 Carbono C 86,0 % 84,6 % 83,7 % Hidrógeno H 11,1 % 9,70 % 9,2 % Nitrógeno N 1% 1% 1% Azufre S 0,8 % 2,7 % 3,6 % Agua H2 O 1% 1,5 % 2% Cenizas 0,1 % 0,5 % 0,5 % Composición en volumen de combustibles gaseosos comerciales ( % vol). Composición Propano Gas Natural Metano CH4 86 % 2,0 % 7,6 % Etano C2H6 Propano C3H8 92,0 % 2,4 % 1,0 % Butano C4H10 4,0 % Nitrógeno N2 2,0 % 3,0 % AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [18/22]
COMBUSTIBLES Propiedades: II Poder Calorífico El Poder Calorífico es el calor cedido por unidad de combustible. Poder calorífico superior (PCS). Es el poder calorífico determinado en un calorímetro, donde el vapor de agua producido en la combustión se condensa cediendo aproximadamente 2510 kJ/kg, 600 kcal/kg. Poder calorífico inferior (PCI). Es el poder calorífico determinado en un calorímetro, donde el vapor de agua no condensa. Este poder calorífico se emplea normalmente en aplicaciones como calderas u hornos donde la temperaturas de los gases de escape suele estar por encima de 150◦C y el vapor de agua no condensa. Poder calorífico inferior seco (PCI)s . Es la cantidad de calor correspondiente al peso de combustible seco contenido en 1 kg de producto combustible, expresado en PCI en las condiciones en que se introduce en el hogar de combustión. Poder calorífico superior seco, (PCS)s . Tambien denominado poder calorífico útil, es la cantidad de calor que resulta de restar del poder calorífico inferior, el calor necesario para evaporar la humedad del combustible. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [19/22] COMBUSTIBLES Propiedades: III Parámetros de la combustión Temperatura de inflamación Es la temperatura del combustible a la que se inflaman por primera vez los vapores emitidos por el combustible al ponerse en contacto con una llama. Temperatura de combustión Es la temperatura del combustible, superior a la de inflamación a la que se produce la combustión de los vapores del combustible, al menos durante 5 segundos, al ponerse en contacto con una llama. Límites de inflamabilidad Proporciones relativas de combustible y comburente deben estar cercanas a la relación de la proporción estequiométrica. Siendo L el porcentaje de combustible en la mezcla combustible comburente, se define: ◦ Límite inferior de inflamación Li , por debajo del cual no existe suficiente combustible para realizarse la combustión. ◦ Límite superior de inflamación Ls , por encima del cual no existe suficiente comburente. Por tanto la combustión únicamente se realiza si Li < L < Ls . Los de inflamabilidad dependen de la temperatura y presión de la mezcla así como de la presencia de gases inertes y vapor de agua. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [20/22]
COMBUSTIBLES Características de los combustibles gaseosos Gas Símbolo Hidrógeno Metano Etano Propano Butano Pentano Benceno Propano comercial Gas natural H2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H6 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA P.C.S. P.C.I. Peso esp. 3 N kcal/m3 N kg/m3 N kcal/m 3050 2570 0,090 9530 8570 0,717 16 860 15 400 1,356 24 350 22 380 2,019 31 800 29 300 2,703 40 600 37 500 3,458 36 220 34 740 3,581 23 957 20 700 1,85 10 347 9300 0,83 LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [21/22] Lección 4. Combustibles Bibliografía Molina L.A. y Molina, G.M. (1993), capítulo 7. Barquin, J. (2004), capítulos 3, 4 y 5. Lapuerta, M. y Hernández, J.J. (1998), capítulos 2 y 3. Miranda A.L. y Oliver R. (1996), capítulo 1. Bermúdez, V. (2000), Tecnología Energética. ISBN: 84-7721-868-4, Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [22/22]
LECCIÓN 5. APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA 1. Elección de la energía 2. Aprovisionamiento de energía eléctrica 3. Aprovisionamiento de gas natural 4. Aprovisionamiento de productos derivados del petróleo 5. Costes energéticos Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [1/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Objetivos de la lección OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA LECCIÓN Al finalizar la lección, el estudiante deberá ser capaz de: 1. Conocer los factores a tener en cuenta en la elección de los vectores energéticos 2. Conocer el funcionamiento del sector eléctrico 3. Conocer el funcionamiento del sector gasístico y de hidrocarburos AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [2/18]
APROVISIONAMIENTO Introducción al aprovisionamiento energético • El aprovisionamiento energético analiza los distintos factores a considerar para seleccionar la energía más adecuada. • Las soluciones a adoptar para garantizar el suministro pueden ser: almacenamiento, duplicación de fuentes o aumento de la disponibilidad. – Aprovisionamiento de Combustibles. ∗ Sólidos. Carbón, residuos forestables agrícolas e industriales. ∗ Líquidos. Gasóleo C, Fuelóleos no 1, no2 y BIA. ∗ Gases. Gas natural, GLP (butano y propano). – Aprovisionamiento de Energía Electrica. ∗ De terceros con contrato a tarifa regulada. ∗ De terceros mediante contrato negociado en el mercado eléctrico. ∗ Autoproducción mediante cogeneración o energías renovables. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [3/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Elección de combustibles y electricidad • Disponibilidad de suministro. La fiabilidad del aprovisionamiento se consigue mediante un almacenamiento de combustible en las propias instalaciones de la industria en función de la fiabilidad del suministro exterior. • Condiciones de suministro. Depende fundamentalmente del combustible. El tipo de combustible y la forma de suministro obliga a disponer de unas determinadas instalaciones de almacenamiento, tratamiento y manipulación. • Costes actuales y tendencia de los precios. El coste engloba las instalaciones de manipulado, almacenamiento y tratamiento necesarias, así como el coste de mantenimiento y tratamiento. El precio de los combustibles es un dato conocido en la actualidad pero muy difícil de estimar a medio o largo plazo. • Potencial contaminante. De menor a mayor potencial contaminante se puede realizar el siguiente orden: gas natural, GLP, biogás, gasóleos, fuelóleos, biomasa, carbón y residuos sólidos industriales. • Riesgos de almacenamiento y manipulación. De mayor a menor: combustibles gaseosos, líquidos y sólidos. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [4/18]
APROVISIONAMIENTO Mercado eléctrico. Ley 94/1997 1. Se abandona la noción de servicio público, tradicional en nuestro ordenamiento, donde el Estado no se reserva el ejercicio de ninguna de las actividades que integran el suministro eléctrico. La misión del Estado es la regulación del sector eléctrico para que funcione bajo los principios de objetividad, transparencia y libre competencia. 2. Se liberaliza el sector eléctrico para lo cual se realiza una segmentación vertical de las distintas actividades necesarias para el suministro eléctrico: producción, transporte, distribución y comercialización. 3. La producción de energía eléctrica se desarrolla en un régimen de libre competencia basado en un sistema de ofertas de energía eléctrica realizadas por los productores y un sistema de demandas. 4. El transporte y la distribución se liberalizan a través de la generalización del acceso de terceros a las redes. La propiedad de las redes no garantiza su uso exclusivo siendo fijada administrativamente la retribución del transporte y la distribución. 5. Se liberaliza la comercialización de la energía eléctrica de forma que todos los consumidores son cualificados, esto es, que pueden pactar libremente las condiciones contractuales (precio, suministro, etc.,) con una empresa comercializadora. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [5/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Mercado eléctrico. Sujetos (I) 1. Productores de energía eléctrica en régimen ordinario. Tienen la función de generar energía eléctrica, así como las de construir, operar y mantener las grandes centrales de producción. 2. Productores de energía eléctrica en régimen especial. Emplean centrales de producción de menor tamaño, que utilizan en general combustibles renovables (hidráulica, eólica o solar) o forman parte de procesos de recuperación de energía (autoproductores). 3. Importadores. Quienes adquieren energía eléctrica de sistemas exteriores incorporándola a las redes de transporte y distribución nacional. 4. El operador del mercado (OMEL). Sociedad mercantil responsable de la gestión económica del sistema. 5. El operador del sistema (REE). Sociedad mercantil responsable de la gestión técnica del sistema. Desarrolla actividades de gestión técnica y de transporte con la adecuada separación contable. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [6/18]
APROVISIONAMIENTO Mercado eléctrico. Sujetos (II) 6. Los transportistas. Son aquellas sociedades mercantiles que tienen la función de transportar energía eléctrica, así como construir, mantener y maniobrar las instalaciones de transporte (tensiones iguales o superiores a 220 kV). 7. Los distribuidores. Son aquellas sociedades mercantiles que tienen la función de distribuir energía eléctrica, así como construir, mantener y operar las instalaciones de distribución. 8. Los comercializadores. Son aquellas personas jurídicas que, accediendo a las redes de transporte o distribución, tienen como función la venta de energía eléctrica a los consumidores que tengan la condición de cualificados o a otros sujetos del sistema. 9. Los consumidores. Desde Enero de 2003 todos son consumidores cualificados, pudiendo adquirir la energía eléctrica bien a tarifa regulada o bien pactando libremente las condiciones contractuales (precio, suministro, etc.,) con la empresa comercializadora. 10. Comisión Nacional del Sistema Eléctrico. Actualmente integrada en la Comisión Nacional de la Energía, es el organismo encargado de arbitrar en los conflictos suscitados entre los sujetos del sistema. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [7/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema eléctrico Separación de las actividades de: (1) producción (2) transporte, (3) distribución y (4) comercialización de electricidad. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [8/18]
APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema eléctrico LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [9/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema eléctrico AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [10/18]
APROVISIONAMIENTO Mercado gasístico. Ley 34/1998 1. Se abandona la noción de servicio público por la consideración de actividad de interés general. Se considera que las actividades no requieren de la presencia y responsabilidad del Estado para su desarrollo, reservándose la misión del Estado de la regulación del sector. 2. Para velar por la seguridad y continuidad de suministro, se justifica las obligaciones de mantenimiento de existencias mínimas de seguridad que afectan a los productos petrolíferos y al gas. 3. Se liberaliza el sector gasístico realizándose una segmentación al menos contable de las distintas actividades: regasificación, el almacenamiento, transporte, distribución y comecialización. La regasificación, el almacenamiento estratégico, el transporte y la distribución tienen carácter de actividades reguladas, mientras que la comercialización se ejercerá libremente. 4. Los consumidores podrán adquirir el gas a los comercializadores en condiciones libremente pactadas o directamente, o bien adquirirlo a los distribuidores en régimen de tarifa. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [11/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Mercado gasístico. Sujetos 1. Los transportistas. Son aquellas personas jurídicas titulares de instalaciones de almacenamiento, regasificación o gasoductos de transporte (Pmax ≥ 16 bar). • Red básica. Gaseoductos de presión máxima de diseño Pmax ≥ 60 bar, plantas de regasificación. • Redes de transporte secundario. Gasoductos de Pmax = 16 − 60 bar. 2. El Gestor Técnico del Sistema. Será aquel transportista que sea titular de la mayoría de las instalaciones de la red básica de gas natural. Actualmente ENAGAS 3. Los distribuidores. Son aquellas personas jurídicas titulares de instalaciones de distribución (presión menor o igual de 16 bares o que alimenten a un sólo consumidor). 4. Los comercializadores. Son las sociedades mercantiles que, accediendo a las instalaciones de terceros, adquieren el gas natural para su venta a los consumidores o a otros comercializadores. 5. Los consumidores. Todos los consumidores son actualmente "cualificados", teniendo la posibilidad de elegir entre adquirir el gas a su distribuidor a la tarifa establecida reglamentariamente, o adquirir el gas a cualquier comercializador. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [12/18]
APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema gasístico Separación de las actividades similar al del sistema eléctrico LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [13/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema gasístico AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [14/18]
APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema gasístico LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [15/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Sector de los hidrocarburos líquidos 1. Explotación y producción. La producción de petróleo en España es muy reducida (≈ 0, 5%). 2. Refino. Se trata de una actividad liberalizada definida como el conjunto de procesos que convierten el crudo en productos terminados. REPSOL-YPF (58% del Mercado) CEPSA (32% del Mercado), BP (10% del Mercado). 3. Logística. Almacenamiento y transporte de crudo y productos petrolíferos desde los centros de producción hasta los puntos de consumo. Se distingue entre la logística básica: buques tanque y la red de poliductos (CLH) y la capilar: Camiones cisterna. 4. Almacenamiento Estratégico. La constitución, mantenimiento y gestión de las reservas estratégicas se realiza a través de la corporación de reservas estratégicas (CORES). 5. Distribuidores al por menor de productos petrolíferos. Se trata de una actividad que consiste en el conjunto de actividades destinadas al suministro de los productos derivados del petróleo al consumidor final. Se contemplan dos canales de distribución: • Estaciones de servicio (gasolinas y gasóleo A). • Ventas directas (gasóleo A, B y C, querosenos y fuelóleos). LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [16/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA
APROVISIONAMIENTO Sector de gases licuados del petróleo (GLP’s) Sector que presenta ciertas características que lo hacen realmente peculiar: • Consumo estancado y previsiones de futuro a la baja debido a la extensión del gas natural. • Precios máximos fijados administrativamente para el GLP envasado de peso superior a 8 kg y para el GLP canalizado. El PVP en España es el más bajo de la UE, a pesar de incluir el reparto a domicilio. • Sólo dos operadores con presencia en todo el territorio nacional, donde REPSOL BUTANO es la compañía líder con una cuota del 93 % del envasado y del 85% en granel. Se trata por tanto de un contexto adverso para la entrada de más compañías operadoras que harían que el sector se rigiera por las reglas de la pura competencia empresarial. Todo indica por tanto que al menos a medio plazo seguirán estableciéndose precios máximos. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [17/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Bibliografía Esquerre Pizá, P. (1988), Dispositivos y Sistemas para el Ahorro de Energía. ISBN: 84-267-0722-x, Marcombo. Miranda Barreras, A. L., Oliver Pujol, R., (1996), La combustión. ISBN: 84-329-6550-2, Ediciones CEAC. Bermúdez, V. (2000), Tecnología Energética. ISBN: 84-7721-868-4, Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [18/18]
LECCIÓN 6. TERMOECONONOMÍA Índice de Contenidos: 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 Introducción Cálculo de costes Actualización de costes Herramientas de evaluación económica Cálculo de costes de productos energéticos Gestión energética en la industria Contabilidad energética Auditoría energética Proyectos energéticos Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [1/37] TERMOECONOMÍA. GESTIÓN ENERGÉTICA Objetivos Conocer la formulación necesaria para realizar estudios de viabilidad económica Determinar la viabilidad económica de proyectos de ahorro energético Realizar cálculos de costes de productos energéticos Conocer los consumos y usos de las distintas fuentes de energía Plantear mejoras energéticas sin apenas inversiones, demostrando las posibilidades de la gestión energética Lograr ahorros energéticos con inversiones rentables que se paguen por sí mismas: propuesta de proyectos energéticos AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [2/37]
TERMOECONOMÍA Introducción Se trata de una herramienta que combina los principios de la Ingeniería Térmica y de la Economía. Permite tomar decisiones racionales en el desarrollo y aplicación de sistemas térmicos. Puede aplicarse directamente a los análisis energéticos sin considerar los aspectos de potencial de producir trabajo, pero en este caso el análisis no es completo. Lo correcto es introducir el concepto de exergía o disponibilidad, ponderando conjuntamente pérdidas e irreversibilidades. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [3/37] TERMOECONOMÍA Cálculo de costes Estructura típica de costes de una instalación energética: Costes fijos. No cambian con la cantidad producida: gastos de amortización, intereses, alquileres, seguros ,impuestos, mantenimiento, gestión. Costes variables. Por simplicidad se suelen asumir lineales con la cantidad de producto: energía (eléctrica y combustibles) mano de obra, transporte, almacenamiento, parte variable de mantenimiento y gestión. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [4/37]
TERMOECONOMÍA Costes fijos Costes fijos en proyectos energéticos: Amortización Impuestos Mantenimiento Gestión AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [5/37] TERMOECONOMÍA Costes Variables Costes variables en proyectos energéticos: Materiales Energía Mantenimiento AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [6/37]
TERMOECONOMÍA Actualización de costes Parámetros a considerar: Intereses. Tasa anual i por disponer de un capital ajeno para realizar las adquisiciones iniciales Inflación. Tasa de aumento en el tiempo (anual) I del valor medio de bienes y servicios Prima de riesgo. Aplicación de una tasa adicional por riesgo Rentabilidad exigida a una inversión cuando hay inflacción: i = i + I(1 + i) Rentabilidad exigida a una inversión cuando hay inflacción y se considera la prima de riesgo r: k = i + I(1 + i) + r donde k es la rentabilidad exigida, tipo calculatorio o tipo de actualización AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [7/37] TERMOECONOMÍA Actualización de costes VALOR ACTUAL DE UNA INVERSIÓN El valor actual indica el valor de hoy de una inversión a recibir en el futuro. VA = VF (1 + i)n V F es el valor futuro de la inversión, n el número de años de la inversión (1,2,...,n) e i la tasa de descuento. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [8/37]
TERMOECONOMÍA Actualización de costes COSTE ANUALIZADO DE UN PROYECTO ENERGÉTICO ˙ C = Co −VAn(V Rm) + m ∑ VAn(Cn) FRCm n=1 Co es la inversión inicial de los bienes de equipo V Rm es el valor residual de los bienes de equipo al cabo de m años V Rm = Co(1 − D)m Cn son los costes variables asociados a las actividades en el año n VAn (x) es el valor actual de un coste asumido n años despues con la tasa de interés i FRC es el factor de recuperación de capital: FRC = 1 1 − (1 + i)−n AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [9/37] TERMOECONOMÍA Herramientas de evaluación económica PARÁMETROS DE PRIMER ORDEN O ESTÁTICOS Criterio del flujo de caja por unidad monetaria comprometida Se calcula la rentabilidad r de un proyecto comparando el flujo neto de caja total con la cantidad inicial que requiere la inversión. ∑n Fi i=1 I El parámetro r debe ser mayor que 1. Cuanto mayor sea r más rentable será la inversión. r= Criterio del plazo de recuperación o pay-back Se trata de uno de los criterios más utilizados; calcula el número de años que tarda en recuperar una inversión. Si los flujos de caja son constantes: F1 = F1 = ... = Fn = F, el pay-back, P, será T RS = I F AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [10/37]
TERMOECONOMÍA Herramientas de evaluación económica PARÁMETROS DE SEGUNDO ORDEN O DINÁMICOS Valor Actual Neto (VAN) n F1 Fi F2 Fn VAN = −I + + + ... + = −I + ∑ n i 1 2 (1 + k) (1 + k) (1 + k) i=1 (1 + k) donde I es la inversión inicial, Fn es el flujo de caja producido por el ahorro correspondiente al año n. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [11/37] TERMOECONOMÍA Herramientas de evaluación económica PARÁMETROS DE SEGUNDO ORDEN O DINÁMICOS Tasa Interna de Retorno (TIR) Se define como la tasa de descuento o tipo de interés que iguala el VAN a cero. VAN = −I + [A1/(1 + i)1 ] + [A2/(1 + i)2] + ... + [An/(1 + i)n ] = 0 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [12/37]
TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos ENERGÍA. UNA SALIDA (PRODUCTO) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ C prod = Ccomb + Csis Los costes se pueden basar en la energía o en la disponiblidad (exergía) ˙ Coste anual del producto, C prod = c prod E prod ˙ Coste anual del combustible, Ccomb = ccomb Ecomb ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis Considerando una eficiencia energética (rendimiento): η= E prod Ecomb c prod = Csis ccomb + η E prod AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [13/37] TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos EXERGÍA. UNA SALIDA (PRODUCTO) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ C prod = Ccomb + Csis Los costes se pueden basar en la energía o en la disponiblidad (exergía) ˙ Coste anual del producto, C prod = c prod Ex prod ˙ Coste anual del combustible, Ccomb = ccomb Excomb ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis Considerando una eficiencia exergética: ε= Ex prod Excomb c prod = Csis ccomb + ε Ex prod AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [14/37]
TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos ENERGÍA. DOS SALIDAS (PRODUCTOS) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ ˙ C prod1 + C prod2 = Ccomb + Csis ˙ c prod1 E prod1 + c prod2 E prod2 = ccomb Ecomb + Csis ˙ ˙ ˙ El producto 1 es trabajo El producto 2 puede se por ejemplo vapor o gases de escape ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis c prod1 = ccomb Ecomb − c prod2 E prod2 Csis ccomb Csis + = + E prod1 E prod1 ηe E prod1 Siendo ηe la eficiencia energética equivalente dada por: ηe = E prod1 Ecomb − E prod2 (c prod2 /ccomb ) AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [15/37] TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos EXERGÍA. DOS SALIDAS (PRODUCTOS) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ ˙ C prod1 + C prod2 = Ccomb + Csis ˙ c prod1 Ex prod1 + c prod2 Ex prod2 = ccomb Excomb + Csis ˙ ˙ ˙ El producto 1 es trabajo El producto 2 puede se por ejemplo vapor o gases de escape ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis c prod1 = ccomb Excomb − c prod2 Ex prod2 Csis ccomb Csis + = + Ex prod1 Ex prod1 εe Ex prod1 Siendo εe la eficiencia energética equivalente dada por: εe = Ex prod1 Excomb − Ex prod2 (c prod2 /ccomb ) AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [16/37]
GESTIÓN ENERGÉTICA Introducción ”La gestión energética es el conjunto de esfuerzos organizado y estructurado para obtener la máxima eficiencia en suministro, conversión y utilización de la energía” Organización estructurada interesante para empresas con un alto consumo energético. Racionalizar el uso de la energía sin perjuicio para el confort, producción o calidad de servicios. Necesaria especialización del personal propio. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [17/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Objetivos de la gestión energética El objetivo principal de la gestión energética es el de aumentar al máximo el rendimiento de la energía que se utiliza: disminuir el consumo de energía por unidad de producto. Otros objetivos: Optimizar la calidad de las energías empleadas. A cada aplicación le corresponde una energía de calidad óptima. Conocer los consumos y usos de las distintas fuentes de energía. Obtener mejoras energéticas sin apenas inversiones, demostrando las posibilidades de la gestión energética. Lograr ahorros energéticos con inversiones rentables que se paguen por sí mismas: propuesta de proyectos energéticos. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [18/37]
GESTIÓN ENERGÉTICA Fases de la Gestión Energética AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [19/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Fases de la Gestión Energética Fase 1. Planificación de la gestión. Compromiso de la dirección de la empresa, para poner los medios humanos y económicos para iniciar un programa de gestión energética, garantizando su ejecución, calidad y duración con el tiempo. Fase 2. Diagnóstico energético o auditoría. Es la base para el desarrollo del Programa de Ahorro de Energía. El diagnóstico energético contempla: ◦ Realizar una base de datos completa y detallada de los consumos energéticos. • Consumos totales de cada energía. • Datos sobre producción de la empresa así como de las distintas áreas productivas. • Datos sobre costes de los combustibles. ◦ Identificar los procesos productivos o equipos que deben analizarse en profundidad para proponer medidas de ahorro. ◦ Determinar las posibles actuaciones que pueden realizarse para lograr ahorros de energía estableciendo un orden de prioridades en función de la rentabilidad. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [20/37]
GESTIÓN ENERGÉTICA Fases de la Gestión Energética Fase 3. Plan de actuación. Se establece a partir del diagnóstico o auditoría energética: ◦ Medidas sin apenas coste de inversión. Pueden realizarse por el personal del departamento de mantenimiento con su presupuesto, p.e. ajuste de la combustión de una caldera. ◦ Inversiones de coste medio. Éstas deberán esperar a la planificación del presupuesto anual para conseguir los recursos necesarios. ◦ Inversiones de alto coste. En este caso se debe contratar a una ingeniería especializada que efectúe un estudio más objetivo, p.e. implementación de un sistema de cogeneración. Fase 4. Implantación de medidas. Los proyectos de ahorro energético están para realizarse. Fase 5. Seguimiento y control. Feedback del impacto real de las medidas de ahorro sobre los costes de producción. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [21/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Beneficios de la Gestión Energética Mejora de los niveles de seguridad y salud laboral. La medición y control de los procesos también contribuye a mejorar los niveles de seguridad. Mejora de la competitividad de la empresa. El ahorro energético sirve para mejorar la competitividad de la empresa. Mejora del ambiente interno de la empresa. El ahorro o al menos de no despilfarro de la energía aumenta el optimismo del personal de cara al futuro propio en la empresa. Recompensa al personal. Esfuerzos de conservación y ahorro cooperativos donde el personal debe aportar mucho mediante sugerencias y actuaciones directas. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [22/37]
GESTIÓN ENERGÉTICA Organización Empresarial de la Gestión Energética Para implantar un plan de ahorro energético, la empresa deberá elegir entre buscar una asesoría externa o crear una organización dentro de la estructura de la propia empresa. La organización empresarial para la implantación de un Plan de Ahorro Energético en la empresa consiste en la creación de un Comité de Energía y la designación de un Gestor Energético. En empresas de pequeño tamaño únicamente existirá la figura del Gestor Energético. En este caso las actividades de medición y auditoría las suelen realizar empresas consultoras o ingenierías especializadas El Comité de Energía será el responsable de la gestión energética de la industria es decir, del Aprovisionamiento Energético, de la Contabilidad Energética y del Plan de Ahorro. El Comité de Energía deberá estar formado por personas pertenecientes a los distintos departamentos de la empresa: mantenimiento, producción, ingeniería, control de calidad y administración. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [23/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Funciones del Comité de la Energía Controlar el aprovisionamiento de energía. Mantener al día los datos de consumo, existencia y compras de productos energéticos. Responsabilizarse de la Contabilidad Energética de la industria: identificar las áreas que requieran de mayor estudio y decidir si estos estudios se realizan con medios propios o mediante una Auditoria externa. Promover las recomendaciones para blackucir o evitar las mayores pérdidas. Encargarse del feedback de resultados, así como de la revisión de planes y objetivos Asesora permanente a los distintos departamentos y a la Dirección sobre cualquier información referente a conservación y empleo eficiente de la energía en la industria. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [24/37]
GESTIÓN ENERGÉTICA Medios Humanos y Materiales Necesarios Medios propios. Se trata del personal propio que puede realizar trabajos más o menos esporádicos a las órdenes del Gestor Energético. ◦ ◦ ◦ ◦ Efectuar la Contabilidad Energética de la industria. Estudiar la viabilidad técnica y económica de posibles mejoras. Inspeccionar los distintos sistemas energéticos Organizar campañas informativas, cursillos de formación. Medios externos. Se trata de la subcontratación de personal, servicios o equipos externos. Entre los medios externos se puede citar: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Realización de auditorias energéticas (subcontratación externa). Realización de un mantenimiento especial. Asistencia técnica muy especializada. Aparatos excepcionales de medida para control periódico. Análisis de combustibles AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [25/37] CONTABILIDAD ENERGÉTICA Introducción ”De igual forma que toda empresa tiene implantada su contabilidad económica, las industrias con alto consumo energético deben implantar una contabilidad energética” Contabilidad energética interna. Facturas de electricidad y combustibles, Contadores en equipos de gran consumo. Auditorías Energéticas. Generalmente se trata de un estudio energético detallado realizado por una empresa externa. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [26/37]
CONTABILIDAD ENERGÉTICA Objetivos y funciones de la contabilidad energética Objetivos 1. Conocer los consumos globales y consumos específicos, actualmente y su evolución en el tiempo. 2. Ser capaces de asignar adecuadamente los costes energéticos al producto final. 3. Poder comparar los consumos específicos propios con: datos históricos propios, datos estándar tecnológicos, equipos similares de otras industrias o datos sectoriales. Funciones 1. Mantener una estadística de consumos energéticos anuales (consumos globales). 2. Relacionar la energía empleada con la producción (consumos específicos). 3. Controlar de forma sistemática el consumo energético por líneas de producción. 4. Determinar las relaciones entre los diferentes combustibles a efectos de realizar comparaciones energéticas y económicas entre ellos. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [27/37] CONTABILIDAD ENERGÉTICA Sistemas de contabilidad Sistema Simple. En este sistema se contabiliza únicamente la energía consumida por tipo (electricidad y por tipo de combustible). Se trata de un sistema de contabilidad que no tiene en cuenta la producción. Los datos de interés sirven principalmente de comparación con datos históricos. Consumos Específicos Globales. En este sistema se contabiliza tanto la energía consumida como la producción. Se trata de un sistema sencillo y eficaz para estudiar la eficiencia energética. Se calcula la relación entre energía consumida con la producción. Los consumos específicos calculados se comparan con valores históricos, teóricos y estadísticos. Rendimientos. El cálculo de los rendimientos de los equipos requiere de una medidas de diagnóstico distintas del mero cálculo energético. El estudio de rendimientos exige de la realización de materia y energía. Se determina la relación entre las pérdidas energéticas y la energía consumida. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [28/37]
CONTABILIDAD ENERGÉTICA Consumo anual y mensual de combustibles PERIODO Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL E. ELE. FUELO. GASOL. GAS NAT. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA PROP. BUTA. TOTAL LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [29/37] AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 1. Planificación de la auditoría. Se realiza antes de la primera visita de campo, incluye: ◦ ◦ ◦ ◦ Identificación detallada de tareas a realizar. Cronograma de la auditoría. Presupuesto de cada tarea. Posibles medios (p.e. instrumentación) necesaria para realizar las tareas. Paso 2. Recopilación y revisión de datos. Incluye: ◦ Información sobre el funcionamiento de la instalación, incluyendo información sobre tamaño de la planta, líneas de producción e identificación de los principales equipos consumidores de energía. ◦ Producción durante los últimos 12 meses. ◦ Consumos energéticos mensuales durante el último año, costes energéticos. ◦ Proyectos de futuro, cambios de proceso o incrementos en la capacidad de producción. ◦ Copia de las posibles auditorías energéticas realizadas anteriormente. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [30/37]
AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 3. Completar el trabajo preparatorio. Revisar los siguientes aspectos: ◦ Análisis de la instrumentación a emplear. Verificación de la instrumentación. ◦ Asegurar que los puntos de medida sean accesibles y estén preparados. ◦ Prever que las mediciones no afecten al funcionamiento de la industria. Paso 4. Trabajo de campo y mediciones. Consta de: ◦ Entrevistas. Previamente deben definirse los distintos puntos a tratar. ◦ Inspección de la planta. Verificar información relativa a: • Flujos de materias primas y energía en la planta. • Sistemas de mayor consumo de energía. • Instrumentación fija ya instalada. • Determinar posibilidades evidentes de ahorro de energía. ◦ Mediciones. Toma de datos realizada con instrumentación propia e instrumentación fija implementada en la planta. Ejemplos: análisis de la combustión en calderas y hornos, temperatura de pablackes y tubos, temperaturas de gases de escape y fluidos de producto y servicio, factor de potencia, potencia eléctrica. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [31/37] AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 5. Revisión y análisis de datos. Antes de terminar el trabajo en campo, es conveniente revisar los datos recopilados y repetir cualquier serie de medidas donde se encuentren inconsistencias o imprecisiones importantes. Paso 6. Identificación, análisis de mejoras y medidas de ahorro. El análisis de la información obtenida, junto con los datos medidos, deben conducir a la identificación de oportunidades y medidas para el ahorro de energía. Cada oportunidad detectada debe analizarse, estableciéndose su coste de implementación y rentabilidad. Las medidas se clasifican en tres grupos: ◦ Medidas sin apenas coste de inversión. ◦ Inversiones de coste medio. ◦ Inversiones de alto coste. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [32/37]
AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 7. Revisar conclusiones con personal de la empresa. Las conclusiones realizadas en la auditoría energética deben comentarse con el personal de la empresa para confirmar la disposición de la empresa para llevarlas a cabo. Esta revisión debe realizarse antes de realizar el informe final. Paso 8. Elaborar informe definitivo. El informe de la auditoría energética es el paso final y sumamente importante en la auditoría energética: el informe final es el producto final del Diagnóstico Energético o Auditoría. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [33/37] AUDITORÍA ENERGÉTICA Informe de la Auditoría Energética 1. Introducción 2. Descripción de la instalación Identificación Funcionamiento Proceso productivo Producción 3. Consumos de energía Factores de conversión (se pasa todo a energía primaria) Energía eléctrica Energía térmica Energía total AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [34/37]
AUDITORÍA ENERGÉTICA Informe de la Auditoría Energética 4. Análisis de la situación actual Energía eléctrica Energía térmica 5. Propuestas de ahorro Análisis técnico Inversión Amortización Viabilidad Finalmente se puede incluir un punto 0 con un resumen de las conclusiones destinado a la dirección AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [35/37] PROYECTOS ENERGÉTICOS Partes de un proyectos energético La realización del proyecto energético suele tener las siguientes partes: Introducción, objetivos y descripción del proyecto. Se debe realizar un planteamiento inicial del objetivo de ahorro energético buscado. Balance energético y estudio económico de la situación actual. Se deben realizar con datos y medidas fiables y actuales para evitar un planteamiento erróneo desde la base. Balance energético y estudio económico de las distintas alternativas. Deben realizarse con previsiones de costes futuros lo más justificados posible. Conclusiones finales. Propuesta final de la opción recomendada a tomar detallando el ahorro energético y económico, el coste de la inversión y el periodo de amortización. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [36/37]
PROYECTOS ENERGÉTICOS Bibliografía Técnicas de Conservación Energética en la Industria. Tomo 2: Ahorro en procesos. Centro de Estudios de la Energía, ISBN: 84-7474-168-8. Esquerre Pizá, P., 1988, Dispositivos y Sistemas para el Ahorro de Energía. ISBN: 84267-0722-x, Marcombo. Molina Igartúa, L.A. y Molina Igartúa, G.,1993, Manual de Eficiencia Energética Térmica en la Industria, Ente Vasco de la Energía, ISBN 84-8129-022-X. Cap 7, pp. 361-404. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [37/37]
LECCIÓN 7. COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS 7.1 7.2 7.3 7.4 Introducción: aire de combustión y humos Combustión completa de combustibles líquidos y sólidos Combustión completa de combustibles gaseosos Combustión incompleta. Diagramas de Ostwald y Bunte Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [1/25] COMBUSTIÓN O BJETIVOS 1. Escribir el significado de conceptos relacionados con la combustión como: relación aire-combustible, aire estequimétrico y combustión completa 2. Calcular analíticamente el aire mínimo necesario para la combustión completa de un combustible comercial. 3. Calcular analíticamente la composición de los humos en la combustión completa de un combustible comercial. 4. A partir de un análisis de humos y empleando el diagrama de Ostwald, determinar las características y calidad de una combustión. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [2/25]
COMBUSTIÓN I NTRODUCCIÓN La combustión es una transformación energética donde se transforma la energía química del combustible en energía térmica bien para su aprovechamiento final o bien para la producción de energía mecánica. A PLICACIONES Aplicaciones domésticas: Calefacción y agua caliente sanitaria. Producción de electricidad en centrales térmicas y de cogeneración. Propulsión en motores alternativos, y turbinas de gas y vapor. Aplicación directa del calor en procesos industriales mediante calderas, hornos ... AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [3/25] COMBUSTIÓN I NTRODUCCIÓN La combustión es una reacción química exotérmica de oxidación-reducción entre dos o más sustancias. La combustión comienza mediante la aplicación de una chispa eléctrica o una fuente de calor, realizándose a gran velocidad y manifestándose en forma de llama. Comburente es la sustancia oxidante de la combustión. El comburente más empleado es el oxígeno contenido en el aire (23 % en peso y 21 % en volumen). Combustible es la sustancia reductora de la combustión. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [4/25]
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  • 1. ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ELCHE UNIVERSIDAD MIGUEL HERNÁNDEZ TECNOLOGÍA ENERGÉTICA 5◦ Curso. Titulación Ingeniero Industrial Asignatura 2◦ Cuatrimestre. 6 créditos (3 CT + 3 CP) Profesor responsable: Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández PROGRAMA D ESCRIPTOR DE LA ASIGNATURA Fuentes de energía. Gestión energética industrial. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [2/12]
  • 2. PROGRAMA I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Consideraciones: • La energía juega un papel fundamental en la conformación tecnológica, económica y social de un país y por extensión del planeta. • La energía es un bien escaso del que carecemos y su uso produce unos efectos perjudiciales que en la actualidad únicamente podemos tratar de minimizar. El problema energético se analiza desde dos puntos de vista: 1. Estudio de las fuentes de energía primaria. El sistema energético debe poner a disposición del consumidor energía fiable, segura, limpia y barata. 2. Estudio de la gestión energética en el ámbito de la industria. La energía es una materia prima fundamental para el funcionamiento de la actividad industrial cuyo consumo se debe optimizar. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [3/12] PROGRAMA I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Importancia de la energía en una región. Objetivos: • Importancia del suministro energético. Necesario para el funcionamiento de toda actividad cotidiana e industrial, debe ser garantizado. • El sistema energético debe aprovisionar a su tejido industrial de energía fiable y a bajo coste. Análisis del problema energético: búsqueda de un modelo de desarrollo sostenible • Fomento del aumento de la eficiencia energética en los distintos sectores: industrial, residencial, servicios y transporte. • Mejora del rendimiento global en la producción de energía eléctrica. • Fomento de la generación distribuida (mayores rendimientos globales). • Fomento del empleo de Energías Renovales. • Fomento de la mentalización de ahorro energético. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [4/12]
  • 3. PROGRAMA I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Importancia de la energía en la industria. Objetivos: 1. Garantizar el suministro energético imprescindible para su funcionamiento. 2. Minimizar el consumo de energía por unidad de producto para: (a) Reducir costes de fabricación. En algunos sectores industriales el coste energético es una parte fundamental de los costes de fabricación, debiéndose minimizar para asegurar la competitividad de la industria. (b) Reducir emisiones contaminantes. Actualmente se considera que contaminar es caro y pone en riesgo la propia continuidad de la actividad industrial. Para ello puede realizar la siguientes funciones: 1. Análisis y selección de las energías empleadas en la industria. 2. Estudio de la eficiencia energética de los distintos equipos que forman la instalación así como el análisis de las posibles mejoras a realizar. 3. Análisis de las distintas posibilidades de autoabastecimiento: cogeneración. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [5/12] PROGRAMA O BJETIVOS G ENERALES DE LA A SIGNATURA • El estudiante que curse la asignatura, deberá conocer las fuentes bibliográficas más importantes de la materia. • Ser consciente de la necesidad de la energía y de los problemas de su consumo. • Ser consciente de que existen multitud de posibilidades de aplicar medidas de ahorro energético cuya rentabilidad justifica su ejecución. • Conocer el funcionamiento actual de los mercados energéticos en España. • Comprender que la energía se conserva pero se degrada y que la optimización de los sistemas debe focalizarse a darle el mayor aprovechamiento útil a la energía. • Conocer distintas soluciones tecnológicas para mejorar la eficiencia energética en equipos y procesos industriales. • Conocer las posibilidades de la cogeneración. • Conocer el funcionamiento de las centrales de producción de energía eléctrica de forma convencional: térmica, nuclear e hidroeléctrica. • Aprender el funcionamiento de los distintos tipos de energías no renovables empleadas en la actualidad. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [6/12]
  • 4. PROGRAMA O BJETIVOS E SPECÍFICOS DE LA A SIGNATURA • El alumno o alumna deberá ser capaz de determinar económicamente los costes energéticos de una industria. • Realizar un diagrama de Sankey de energía y exergía de un proceso, determinando la localización y magnitud de las pérdidas energéticas y exergéticas • Evaluar económicamente el coste de las pérdidas energéticas y exergéticas. • Realizar una auditoría energética de forma correcta desde los puntos de vista técnico, de procedimiento y de forma. • Evaluar económicamente los costes energéticos por unidad de producto de una industria. • Analizar la viabilidad económica de proyectos energéticos planteados con el objetivo de mejorar la eficiencia energética de una industria. • Determinar las posibilidades de ahorro energético y beneficios económicos que supone la cogeneración. • Realizar el esquema de una instalación solar térmica forzada para una vivienda unifamiliar. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [7/12] PROGRAMA P ROGRAMA DE TEORÍA RESUMIDO BLOQUE TEMÁTICO I. INTRODUCCIÓN Lección 1. Introducción a la tecnología energética Lección 2. Transformaciones energéticas Lección 3. Análisis exergético BLOQUE TEMÁTICO II. GESTIÓN ENERGÉTICA Lección 4. Combustibles Lección 5. Aprovisionamiento de energía. Mercados Lección 6. Termoeconomía Lección 7. Gestión energética. Auditorías BLOQUE TEMÁTICO III. COMBUSTIÓN Lección 8. Combustión I. Aspectos estequiométricos Lección 9. Combustión II. Aspectos energéticos Lección 10. Hogares y chimeneas Lección 11. Quemadores. Emisiones de la combustión AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [8/12]
  • 5. PROGRAMA P ROGRAMA DE TEORÍA RESUMIDO BLOQUE TEMÁTICO IV. EQUIPOS TÉRMICOS Lección 12. Calderas Lección 13. Hornos Lección 14. Secaderos Lección 15. Equipos de producción de frío BLOQUE TEMÁTICO V. COGENERACIÓN Lección 16. Cogeneración. Aspectos tecnológicos Lección 17. Cogeneración. Aspectos legales y económicos BLOQUE TEMÁTICO VI. ENERGÍAS CONVENCIONALES Lección 18. Centrales térmicas Lección 19. Centrales nucleares Lección 20. Centrales hidráulicas BLOQUE TEMÁTICO VII. ENERGÍAS NO CONVENCIONALES Lección 21. Energía solar térmica Lección 22. Energía eólica Lección 23. Otras energías renovables AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [9/12] PROGRAMA P RÁCTICAS P ROGRAMA DE PRÁCTICAS • Práctica 1. Aprovisionamiento de combustibes gaseosos (2h, aula) • Práctica 2. Aprovisionamiento de combustibes líquidos (2h, aula) • Práctica 3. Rendimiento de una instalación de bombeo (2h, laboratorio) • Práctica 4. Rendimiento de una instalación frigorífica (2h, laboratorio) • Práctica 5. Cálculo del rendimiento de una caldera (2h, laboratorio) • Práctica 6. Aprovechamiento energético de colectores solares (2h, laboratorio) • Práctica 7. Cogeneración (2h, aula informática) • Práctica 8. Visita a una instalación industrial (4h, optativa) AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [10/12]
  • 6. PROGRAMA E VALUACIÓN E VALUACIÓN DE LA ASIGNATURA • Examen escrito – Teoría: Seis-ocho ejercicios teórico/prácticos (50%) – Problemas: Dos-tres problemas (50%) Las prácticas son optativas pero forman parte de la materia de examen Es necesario un mínimo de 3,5 puntos en cada parte del examen escrito para hacer media Es necesario un mínimo de 5,0 puntos en la nota del examen para aprobar AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [11/12] PROGRAMA B IBLIOGRAFÍA RECOMENDADA • Manuales Técnicos y de Instrucción para Conservación de energía. C. E. de la Energía, ISBN: 84-500-9285-X. • Calor y Frío Industrial I, Juan A. de Andrés y Rodriguez Pomatta. UNED, ISBN 84-362-1597-4. • Manual de Eficiencia Energética Térmica en la Industria, L.A. Molina Igartua y G. Molina Igartua, Ente Vasco de la Energía, ISBN 84-8129-022-X. • Tecnología Energética, Bermúdez, V., Servicio de Publicaciones de la UPV, 1997. • La combustión. Miranda Barreras, A. L., Oliver Pujol, R., (1996), Ed. CEAC, ISBN: 84-329-6550-2. • Fundamentos de Termodinámica Técnica, M.J. Morán y H.N. Shapiro, Editorial Reverté, ISBN 84-291-4171-5. • Manuales de energías renovables: Minicentrales hidroeléctricas, energía eólica, energía de la biomasa, incineración de resíduos sólidos urbanos, energía solar térmica, energía solar fotovoltaica. Madrid: IDAE. • Técnicas de Conservación Energética en la Industria. Tomos 1 y 2. Centro de Estudios de la Energía, ISBN: 84-7474-168-8. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 0: PRESENTACIÓN [12/12]
  • 7. LECCIÓN 1. INTRODUCCIÓN Índice de Contenidos: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Introducción Fuentes de energía Consumos de energía primaria y final en España y Europa Planificación energética Usos industriales de la energía Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [1/26] LECCIÓN 1. INTRODUCCIÓN Objetivos de la lección: 1. Conocer las fuentes de energía más importantes. 2. Enumerar las fuentes energéticas de las que se aprovisiona España y conocer la importancia de cada una de ellas. 3. Ser consciente del problema energético y de las medidas a tomar para reducirlo. 4. Conocer las necesidades energéticas más importantes de la industria. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [2/26]
  • 8. INTRODUCCIÓN I NTRODUCCIÓN A LA T ECNOLOGÍA E NERGÉTICA Consideraciones: • La energía juega un papel fundamental en la conformación tecnológica, económica y social de un país y por extensión del planeta. • La energía es un bien escaso del que carecemos y su uso produce unos efectos perjudiciales que en la actualidad únicamente podemos tratar de minimizar. El problema energético se analiza desde dos puntos de vista: 1. Estudio de las fuentes de energía primaria. El sistema energético debe poner a disposición del consumidor energía fiable, segura, limpia y barata. 2. Estudio de la gestión energética en el ámbito de la industria. La energía es una materia prima fundamental para el funcionamiento de la actividad industrial cuyo consumo se debe optimizar. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [3/26] INTRODUCCIÓN P ROBLEMA ENERGÉTICO . V ISIÓN GLOBAL Aspectos a considerar: • Importancia del suministro energético. El sistema energético debe aprovisionar a su tejido industrial de energía fiable y a bajo coste. Análisis del problema energético: búsqueda de un modelo de desarrollo sostenible • Fomento del aumento de la eficiencia energética en los distintos sectores: industrial, residencial, servicios y transporte. • Mejora del rendimiento global en la producción de energía eléctrica. • Fomento de la generación distribuida (mayores rendimientos globales). • Fomento del empleo de Energías Renovales. • Fomento de la mentalización de ahorro energético. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [4/26]
  • 9. INTRODUCCIÓN P ROBLEMA ENERGÉTICO . V ISIÓN DE LA INDUSTRIA Importancia de la energía en la industria. Objetivos: 1. Garantizar el suministro energético imprescindible para su funcionamiento. 2. Minimizar el consumo de energía por unidad de producto para: (a) Reducir costes de fabricación. Competitividad de la industria. (b) Reducir emisiones contaminantes. Contaminar es caro y pone en riesgo la propia continuidad de la actividad industrial. Para ello puede realizar la siguientes funciones: 1. Análisis y selección de las energías empleadas en la industria. 2. Estudio del funcionamiento de los distintos equipos que forman la instalación. 3. Análisis de posibilidades para mejorar la eficiencia energética. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [5/26] INTRODUCCIÓN D EFINICIONES Energías primarias Tambien denominadas fuentes de energía, son las sustancias o fenómenos capaces de suministrar energía utilizable por las personas directamente o despues de una transformación. Energías finales. Son aquellas formas de energía que los consumidores gastan en su forma final: combustibles líquidos, butano, propano, gas natural, electricidad, carbón, etc. Proceden de las fuentes de trabsformación primaria por transformación de éstas. Autoabastecimiento energético. Relación entre la producción propia de una fuente de energía primaria y el consumo total de esta fuente de energía. Demanda energética. Cantidad de energía gastada en un país. Se puede referir bien al consumo de energías primarias o bien al consumo de energías finales. Recurso energético. Es la cantidad de una fuente energía disponible para su uso, en función de las mayor o menor facilidad para obtenerla. Reserva energética. Es el recurso energético que ha sido medido cuya extracción es económicamente factible AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [6/26]
  • 10. INTRODUCCIÓN C LASIFICACIÓN DE LAS F UENTES DE E NERGÉTICA F UENTES DE E NERGÍA P RIMARIA : • Combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas natural – Producción de electricidad en centrales térmicas o grupos de cogeneración – Transporte terrestre, marítimo y aéreo (generalemente comb. líquidos) – Generación de energía térmica en la industria: calderas, hornos, secaderos. • Energía nuclear – Producción de electricidad en centrales nucleares • Energía hidráulica – Producción de electricidad en centrales hidráulicas Energías renovables: solar, eólica, biomasa, geotérmica – Producción de electricidad mediante energía eólica, fotovoltaica, solar termoeléctrica o biomasa. – Producción de calor mediante energía solar térmica o biomasa. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [7/26] INTRODUCCIÓN F. DE E NERGÍA : C ONVENCIONALES O NO , R ENOVABLES Comparación entre las diferentes fuentes de energía. ENERGÍA CARBÓN PETRÓLEO GAS NATURAL NUCLEAR HIDRÁULICA SOLAR EÓLICA BIOMASA CONVENCIONAL SI SI SI SI SI NO NO NO RENOVABLE NO NO NO NO SI SI SI SI Consideraciones con respecto a las distintas fuentes de energía primaria: • Las fuentes de energía primaria convencionales son no renovables, a excepción de la energía hidráulica cuyo uso está limitado. • Todas las energías primarias producen cierto impacto ambiental. • La contaminación de la combustión de los combustibles sólidos y del uso de la energía nuclear tiene consecuencias a nivel planetario. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [8/26]
  • 11. INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E SPAÑA , 2004 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA POR FUENTES, 2004 -ESPAÑA- Petróleo 50,0% Gas natural 17,4% Hidráulica 1,9% Nuclear 11,7% Saldo eléctrico -0,2% Renovables 6,4% Eólica 0,9% Biogás 0,2% Biocarburantes Biomasa 2,9% 0,2% Solar Fotovoltaica 0,003% Solar Térmica 0,04% R.S.U. Carbón 14,8% 0,3% Geotermia AMMT UMH. TEN 0,01% LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [9/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E SPAÑA , 2004 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA ktep 2004 2003 2002 2001 2000 1999 Carbón 21.035 14,8% 20.462 15,0% 21.891 16,5% 19.528 15,3% 21.635 17,3% 20.519 Petróleo 71.055 50,0% 69.313 50,7% 67.647 51,1% 66.721 52,2% 64.663 51,7% 63.041 52,8% Gas natural 24.672 17,4% 21.254 15,6% 18.757 14,2% 16.405 12,8% 15.223 12,2% 13.535 11,3% Hidráulica* 2.714 1,9% 3.533 2,6% 1.988 1,5% 3.528 2,8% 2.535 2,0% 2.246 1,9% Resto Renovables 6.294 4,4% 5.834 4,3% 5.326 4,0% 4.823 3,8% 4.460 3,6% 4.243 3,6% 16.576 11,7% 16.125 11,8% 16.422 12,4% 16.602 13,0% 16.211 13,0% -261 -0,2% 109 0,1% 298 0,2% 382 0,3% Nuclear Saldo eléctrico TOTAL 142.085 100,0% * Incluye minihidráulica. AMMT UMH. TEN 136.630 100,0% 458 0,3% 132.490 100,0% 127.905 100,0% 17,2% 15.337 12,8% 492 0,4% 125.109 100,0% 119.413 100,0% Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [10/26]
  • 12. INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E UROPA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA POR FUENTES, 2003 –UNIÓN EUROPEA-15 – Gas natural 24,2% Hidráulica 1,6% Nuclear 15,3% Eólica Saldo eléctrico 0,2% Renovables 6,1% Biomasa 0,3% 3,9% Solar Térmica Geotermia Petróleo 39,4% 0,04% 0,3% Carbón 14,8% AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [11/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN E UROPA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA EN LOS 25 ESTADOS MIEMBROS DE LA UE, 2002 (ktep) Alemania Francia Reino Unido Italia España Polonia Holanda Bélgica Suecia República Checa Finlandia Austria Grecia Portugal Hungría Dinamarca Eslovaquia Irlanda Lituania Eslovenia Estonia Letonia Luxemburgo Chipre Malta 0 50.000 100.000 150.000 200.000 ktep AMMT UMH. TEN 250.000 300.000 350.000 400.000 Fuente: EUROSTAT. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [12/26]
  • 13. INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA FINAL EN E SPAÑA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA FINAL, 2003 –ESPAÑA– POR FUENTES 100% POR SECTORES Renovables (4,0%) 100% Agricultura* (4,2%) Servicios (8,6%) 80% Residencial (16,8%) Electricidad (20,5%) 80% Gas (16,6%) 60% 60% 40% 40% Transporte (39,1%) Petróleo (56,3%) 20% 20% Industria (31,3%) Carbón (2,6%) 0% Nota: Excluidos consumos no energéticos. Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE. 0% Nota: Excluidos consumos no energéticos. AMMT UMH. TEN Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [13/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA FINAL EN E UROPA , 2003 CONSUMO DE ENERGÍA FINAL, 2003 –UNIÓN EUROPEA-15 – POR FUENTES 100% 80% 60% POR SECTORES Calor (3,3%) Renovables (3,9%) Electricidad (20,3%) Gas (24,0%) 0% Nota: Gases de coquería y horno alto incluidos bajo la categoría “Carbón”. AMMT UMH. TEN Agricultura (2,2%) Servicios (12,5%) 80% 60% 40% 20% 100% Residencial (26,1%) 40% Petróleo (44,7%) Carbón (3,9%) Fuente: EUROSTAT. 20% Transporte (31,6%) Industria (27,7%) 0% Fuente: EUROSTAT. LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [14/26]
  • 14. INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA FINAL EN E UROPA , 2003 2003 Carbón CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL CONSUMO CONSUMO NO TOTAL CONSUMO Petróleo Gas Electricidad Renovables ENERGÉTICO ENERGÉTICO FINAL 2.377 5.024 11.625 8.458 1.343 28.827 8.248 37.075 Transporte 0 35.410 0 441 184 36.034 338 36.372 Residencial 47 5.836 2.935 4.664 2.026 15.508 0 15.508 Servicios 12 2.629 337 4.922 74 7.973 0 7.973 Agricultura (*) 0 2.994 424 435 20 3.872 28 3.901 2.436 51.891 15.321 18.919 3.647 92.215 8.614 100.829 Industria TOTAL AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [15/26] INTRODUCCIÓN E STRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN E SPAÑA , ESTRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN 2004 – ESPAÑA – Gas natural 20,0% Nuclear 23,0% Renovables 19,4% Hidráulica 12,4% Eólica Petróleo 8,6% AMMT UMH. TEN Carbón 29,0% 5,4% Biomasa 0,8% Biogás 0,3% Solar Fotovoltaica 0,02% R.S.U. 0,4% LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [16/26]
  • 15. INTRODUCCIÓN E STRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN E UROPA , ESTRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN 2002 –UE-15 Otras energías renovables 3,6% ESTRUCTURA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN 2002 –UE-25 Otras energías renovables 3,3% Carbón 26,6% Petróleo 6,5% Carbón 30,6% Petróleo 6,2% Hidráulica 11,6% Hidráulica 10,9% Nuclear 33,4% Gas natural 18,3% Nuclear 31,9% AMMT UMH. TEN Gas natural 17,0% LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [17/26] INTRODUCCIÓN E MISIONES POR LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRI Generación de energía eléctrica en España y en la UE, 2002. % ESPAÑA UE CO2 NOx SO2 Carbón 33,6 26,6 1058,2 2,986 2,971 Petróleo 11,6 6,5 802,1 1,3 2,9 Gas Natural CCTG 13,1 18,3 350 1,2 0,007 Nuclear 25,6 33,4 8,6 0,034 0,029 Hidráulica 9,0 11,6 6,6 0 0 Otras EE.RR. 7,1 3,6 6 0 0 TOTAL TWh 245,7 2678,3 Producción de energía eléctrica en TWh (109 kWh). Emisiones en g/kWh. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [18/26]
  • 16. INTRODUCCIÓN E NERGÍAS PRIMARIAS Y FINALES EN E SPAÑA AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [19/26] INTRODUCCIÓN P LANIFICACIÓN ENERGÉTICA ”Un país o región debe realizar una planificación energética que asegure el abastecimiento energético de su población” Medidas a realizar • Asegurar la fiabilidad del suministro energético. • Limitar el impacto ambiental del empleo de la energía. • Incentivar el ahorro energético mediante un uso racional de la energía. • Incentivar el I+D+I (investigación, desarrollo e innovación) para mejorar el sistema energético. • Favorecer las fuentes de energía con mayor grado de autoabastecimiento. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [20/26]
  • 17. INTRODUCCIÓN P LANIFICACIÓN ENERGÉTICA El empleo de fuentes de energía convencionales produce entre otros efectos la emisión a la atmósfera de gases que producen el efecto invernadero En el Protocolo de Kioto, España se comprometió a no incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero por encima del 15% en el año 2010, con respecto a las emisiones totales de 1990. En el año 2000 el crecimiento de las emisiones ya era del 33% sobre las cifras de 1990, lo que refuerza el argumento de incrementar el esfuerzo en: 1. Mejorar la Eficiencia Energética. Minimizar el consumo energético en todos los sectores. 2. Mejorar el rendimiento global en la producción de energía eléctrica. Nuevas centrales de ciclo combinado con rendimientos del 52%. 3. Fomentar la generación eléctrica distribuida. Primas a la plantas de cogeneración. 4. Fomentar el empleo de Energías Renovales. Objetivo de alcanzar en el 2010 que al menos el 12% de la energía primaria consumida sea de origen renovable. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [21/26] INTRODUCCIÓN P LANIFICACIÓN ENERGÉTICA Planificación energética en España en el horizonte 2010-12 • Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010. Objetivo: 12% de consumo de energías renovables en el año 2010. • Planificación de los sectores de electricidad y gas: Desarrollo de la red de transporte. Objetivo: asegurar suministro. • Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España 2004-2012. Objetivo: reducir la intensidad energética un 7,5%. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [22/26]
  • 18. INTRODUCCIÓN U SOS INDUSTRIALES DE LA ENERGÍA N ECESIDADES ENERGÉTICAS • M EDIANTE ELECTRICIDAD . Conexión en alta o baja tensión a la empresa distribuidora bien mediante tarifa regulada o bien mediante tarifa de acceso. Desde un punto de vista global se debe considerar que la energía eléctrica se produce principalmente en centrales térmicas o nucleares. De forma general se suele tomar que sólo el 34% de la energía primaria consumida en la central llega al consumidor final. • M EDIANTE COMBUSTIBLES . Generalmente combustibles comerciales líquidos como gasóleos o fuelóleos o gaseosos como gas natural o propano. La Autogeneración consiste en instalar un grupo de cogeneración en la industria para autogenerarse la energía eléctrica a partir de un combustible. Mediante este sistema se llega a aprochevar hasta un 90% de la energía consumida en el grupo de generación eléctrica. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [23/26] INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA INDUSTRIA O BJETIVOS : • Alumbrado. • Generación de energía mecánica: fuerza motriz para accionamiento de maquinaria, máquinas herramientas, bombas hidráulicas, ventiladores. • Usos térmicos. Hornos eléctricos, producción de frío o de calor. E QUIPOS : • Lámparas. Se emplean lámparas incandescentes o fluorescentes. • Motores eléctricos. Se emplean para la producción de energía mecánica. • Resistencias eléctricas. El empleo de resistencias eléctricas para la producción de energía térmica es poco eficiente. • Producción de frío o calor por compresión. Este tipo de transformaciones se produce con un rendimiento (COP) superior a la unidad (1,5 - 3). • Transformadores eléctricos. Son necesarios para adaptar la tensión eléctrica a los correspondientes a los distintos equipos eléctricos de la industria. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [24/26]
  • 19. INTRODUCCIÓN C ONSUMO DE ENERGÍA TÉRMICA EN LA INDUSTRIA O BJETIVOS : • Generación de vapor y/o fluidos térmicos. • Calentamiento directo en hornos, secado. • Calefacción ambiental. • Generación de energía mecánica bien para transporte, para producción de electricidad o para accionamiento de equipos. E QUIPOS : • Calderas. Equipos destinados a incrementar la energía térmica de los fluidos. • Hornos y secaderos. Equipos destinados a producir una transformación físico-química en una carga. • Turbinas de vapor y de gas. Producción de energía mecánica. • Motores alternativos. De igual forma se emplean motores alternativos de gas natural, gasóleo o fuelóleo. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [25/26] INTRODUCCIÓN B IBLIOGRAFÍA Bibliografía recomendada: Bermúdez, V., 2000, capítulos 1 y 2. Esquerra Pizá, P., 1988, pp. 9 - 20. Boletín IDAE no7, pp. 19 - 51. Boletín Estadístico de Hidrocarburos: Resumen año 2004. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 1: INTRODUCCIÓN [26/26]
  • 20. LECCIÓN 2. Transformaciones Energéticas Índice de Contenidos: 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Interconexiones de energía Análisis energético. Formulación Análisis energético. Ejemplos Pérdidas por transporte Rendimiento global de una transformación energética Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [1/26] LECCIÓN 2. Transformaciones Energéticas Objetivos de la lección: 1. Conocer las distintas transformaciones energéticas que se producen en el uso de la energía 2. Conocer de forma somera las tecnologías que producen las transformaciones energéticas de mayor interés práctico 3. Realizar análisis energéticos sencillos en equipos y sistemas AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [2/26]
  • 21. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Introducción La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma, y a lo largo de su transformación se degrada hasta transferirse al medio ambiente en forma de calor La energía aparece en distintas formas y puede transformarse en energías de distintos tipos para su mejor aprovechamiento. • Energías primarias: energía química (carbón, petróleo, gas natural), energía nuclear (uranio), energía solar (solar térmica, fotovoltaica, eólica) y energía gravitacional (hidráulica, maremotriz). • Energías secundarias: energía eléctrica, energía mecánica, energía térmica. • Energías de uso final: energía mecánica, energía térmica. En cada transformación energética se pierde parte de la energía puesta en juego. Además de las pérdidas en los equipos, deben considerarse las pérdidas por transporte. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [3/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Transformaciones energéticas entre distintas energías AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [4/26]
  • 22. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Formulación Primer principio de la termodinámica: principio de conservación de la energía SISTEMAS CERRADOS: ∆E = −W12 + Q12 ∆E = E2 − E1: Variación de la energía del sistema Q12 : Calor recibido por el sistema W12: Trabajo realizado por el sistema Un sistema termodinámico tiene energía en forma de energía interna U, energía cinética c2/2 o energía potencial g z. La variación de energía en un sistema entre dos estados de equilibrio resulta ∆E = E2 − E1 = (U2 −U1) + (Ec2 − Ec1) + (E p2 − E p1) = −W12 + Q12 En términos de potencia resulta dE dU dEc dE p ˙ ˙ = + + = −W12 + Q12 dt dt dt dt AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [5/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Formulación Primer principio de la termodinámica: principio de conservación de la energía SISTEMAS ABIERTOS: ∆Evc = Q −W + Ee − Es ∆Evc : Variación de la energía del volumen de control Q12 : Calor recibido por el sistema W12: Trabajo realizado por el sistema Ee : Energía que entra en el volumen de control Es : Energía que sale del volumen de control En términos de energía por unidad de tiempo (potencia) dEvc c2 c2 ˙ ˙ = Q − W + me ue + gze + e − ms us + gzs + s ˙ ˙ dt 2 2 ˙ ˙ ˙ ˙ W = Wvc + ms (ps vs ) − me (pe ve ) 2 2 dEvc ˙ − W + me ue + pe ve + gze + ce − ms us + ps vs + gzs + cs ˙ =Q ˙ ˙ dt 2 2 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [6/26]
  • 23. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Formulación SISTEMAS ABIERTOS ESTACIONARIOS: 2 c ˙ ˙ 0 = Qvc − Wvc + me ue + pe ve + gze + e ˙ 2 − ms us + ps vs + gzs + ˙ c2 s 2 h = u + pv 2 c ˙ ˙ ˙ 0 = Qvc − Wvc + me he + gze + e 2 − ms ˙ c2 hs + gzs + s 2 ˙ ˙ Sistemas con una entrada y una salida me = ms = m ˙ 2 2 c − ce ˙ ˙ ˙ Qvc − Wvc = m (ps − pe ) + (ps vs − pe ve ) + g(zs − ze ) + s 2 2 2 c − ce ˙ ˙ ˙ Qvc − Wvc = m hs − he + g(zs − ze) + s 2 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [7/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Válvulas de expansión ANÁLISIS ENERGÉTICO: ps pe c2 − c2 e ˙ ˙ Q − W = m us − ue + − + g(zs − ze ) + s ˙ ρs ρe 2 2 2 c − ce ˙ ˙ Q − W = m hs − he + g(zs − ze) + s ˙ 2 Proceso adiabático. Transferencia de calor despreciable hs = he AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [8/26]
  • 24. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Bombas y turbinas ANÁLISIS ENERGÉTICO: ps pe c2 − c2 e ˙ ˙ Q − W = m us − ue + − + g(zs − ze ) + s ˙ ρs ρe 2 2 2 ˙ = m ps − pe + g(zs − ze) + cs − ce W ˙ ρs ρe 2 Se define la altura manométrica como: ps pe c2 − c2 e g Hm = − + g(zs − ze ) + s ρs ρe 2 ˙ ˙ W = Mω = m g Hm = ρV g Hm ˙ AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [9/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Bombas y turbinas Pérdidas: 1. En el rodete por fricción y por choque del fluido. 2. Pérdidas volumétricas internas y externas. 3. Pérdidas mecánicas por fricción en el eje. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [10/26]
  • 25. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Compresores y Turbinas ANÁLISIS ENERGÉTICO: ps pe c2 − c2 e ˙ ˙ Q − W = m us − ue + − + g(zs − ze ) + s ˙ ρs ρe 2 2 2 c − ce ˙ W = m hs − he + g(zs − ze ) + s ˙ 2 Los términos de energías cinética y potencial se suelen despreciar, resultando: ˙ W = m [hs − he] ˙ AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [11/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Compresores y Turbinas Pérdidas: 1. En el rodete por fricción y por choque del fluido. 2. Pérdidas volumétricas internas y externas. 3. Pérdidas mecánicas por fricción en el eje. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [12/26]
  • 26. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Cambiador de calor Pérdidas: • Pérdidas en las paredes por radiación y convección. Rendimiento: η= m f 2 (h f 2,s − h f 2,e ) ˙ m f 1 (h f 1,e − h f 1,s ) ˙ Eficiencia térmica: Qreal interc. ε= Qmax interc. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [13/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Cámara de combustión Pérdidas: 1. Pérdidas por inquemados. 2. Pérdidas en las paredes por conducción, convección y radiación. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [14/26]
  • 27. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Calderas Pérdidas: 1. Pérdidas por inquemados. 2. Pérdidas en los gases de escape. 3. Pérdidas en las paredes por conducción, convección y radiación. 4. Pérdidas por purgas. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [15/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Hornos Pérdidas: 1. Pérdidas en los gases de escape. 2. Pérdidas en las paredes por radiación y conducción. 3. Pérdidas de calor sensible de la carga. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [16/26]
  • 28. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Motor y generador eléctrico Pérdidas: 1. En el devanado eléctrico. Por efecto Joule. 2. En el entrehierro. Por corrientes parásitas de Foucalt y reluctancia. 3. En las pártes móviles. Se trata de pérdidas orgánicas por fricción. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [17/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Transformador Pérdidas: 1. En el devanado eléctrico. Se produce una pérdidas por efecto Joule al pasar la corriente eléctrica por los conductores que forman los arrollamientos. Dependen de la resistencia del conductor y del cuadrado de la intensidad circulante. 2. En el entrehierro. Por corrientes parásitas de Foucalt al cerrarse líneas del campo magnético en el aire y por la propia reluctancia del núcleo magnético. Se trata de pérdidas prácticamente constantes e independientes de la potencia suministrada. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [18/26]
  • 29. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Ciclos de potencia Rendimiento del sistema Pe η= m PC ˙ AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [19/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Ciclos de potencia 1. Ciclos Baryton (Turbinas de gas) 2. Ciclos Otto (MCIA MEP) 3. Ciclos Diesel (MCIA MEC) AMMT UMH. TEN Rendimiento del sistema Pe η= m PC ˙ LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [20/26]
  • 30. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Análisis energético. Ciclos de refrigeración Máquina frigorífica Coeficiente de eficiencia energética: ˙ Qe Pot. consumida Bomba de calor Coeficiente de prestación de un sistema: CEE = COP = AMMT UMH. TEN ˙ Qc Pot. consumida LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [21/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Pérdidas por transporte de energía • Pérdidas por transporte de la energía eléctrica: Pot = R I 2 • Pérdidas por transporte de fluidos: ∆P = λ L 1 2 + ΣK ρv D 2 Pot per = Q ∆P • Pérdidas térmicas por transporte de fluidos caloportadores: Q per = U A (∆T ) AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [22/26]
  • 31. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Rendimiento global de una transformación energética AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [23/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Consumo de energía térmica en la industria • Punto de vista local. – Comprobar el buen estado de funcionamiento del motor y de la bomba. – Comprobar que el punto de funcionamiento de la bomba está cerca su punto nominal de máximo rendimiento. – Comprobar que el caudal bombeado es el de diseño. Si la instalación funciona con un mayor caudal, aumentarán las pérdidas de carga con Q2 y la potencia de bombeo con Q3 . – Analizar las pérdidas de presión de la instalación. Se debe comprobar que las pérdidas del circuito son las de diseño y si son susceptibles de reducirse. • Punto de vista global. – Posibilidad de autogeneración de la electricidad para minizar pérdidas por transporte. – Posibilidad de conectar la bomba a un motor de combustión interna realizando de forma más directa la conversión energía química del combustible a energía del fluido. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [24/26]
  • 32. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Rendimientos típicos de transformaciones energéticas Rendimientos típicos de las transformaciones energéticas. Equipo transformador Rendimiento (%) Motor Eléctrico 70-92 Generador Eléctrico 90-96 Transformador Eléctrico 95-99 Bomba hidráulica 60-85 Turbina hidráulica 70-90 MCIA. Encendido provocado 25-32 MCIA. Encendido por compresión 45-50 Turbina de gas 25-30 Turbina de vapor 40-50 Intercambiador de calor 94-96 Lámpara fluorescente 20 Lámpara incandescente 5 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [25/26] TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Bibliografía Bibliografía recomendada: Moran, M.J., Shapiro, H.N., 2004, capítulo 4. Cengel, Y.A., Boles, M.A., 2002, capítulo 4. Bermúdez, V., 2000, capítulo 1. Agüera Soriano, 1999, capítulo 2. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 2: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS [26/26]
  • 33. LECCIÓN 3. ANÁLISIS EXERGÉTICO Índice de Contenidos: 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Introducción Análisis exergético. Formulación Sistemas cerrados Sistemas abiertos Rendimiento exergético Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [1/14] INTRODUCCIÓN Objetivos de la lección 1. Repasar los conceptos básicos de la termodinámica para ser capaces de realizar análisis exergéticos de sistemas abiertos y cerrados. 2. Realizar análisis exergéticos sencillos en equipos y sistemas de interés práctico. 3. Calcular el rendimiento exergético de una transformación energética. 4. Determinar analíticamente cuanto se degrada la energía en las distintas transformaciones energéticas. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [2/14]
  • 34. ANÁLISIS EXERGÉTICO Introducción La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma, y a lo largo de su transformación se degrada hasta transferirse al medio ambiente en forma de calor En los análisis de sistemas térmicos se emplea: • Conservación de la masa • Primer principio de la termodinámica (conservación de la energía) • Segundo principio de la termodinámica (degradación de la energía) Importancia de desarrollar sistemas térmicos que hagan uso efectivo de los recursos energéticos no renovables: combustibles fósiles Uso más eficiente de los recursos energéticos pues permite determinar la localización, tipo y magnitud de las pérdidas energéticas: optimización de los sistemas térmicos. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [3/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Exergía termomecánica La exergía es la máxima cantidad de trabajo que puede realizar un sistema cuando evoluciona desde el estado considerado hasta el estado muerto. Ex = (E −Uo) − To (S − So) + po(V −Vo ) ex = (e − eo) + po(v − vo) − To (s − so) La exergía termomecánica es una función de estado, la variación sólo depende del estado inicial y final del proceso y por ello puede establecerse una ecuación de balance de exergía. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [4/14]
  • 35. ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica Se analiza la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener de: • De la energía mecánica • Del calor • Del flujo AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [5/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍAS DE LAS ENERGÍAS CINÉTICA Y POTENCIAL En el caso de las energías cinética y potencial toda la energía puede ser exergía, contabilizada a partir de un estado muerto donde la velocidad sea nula y la cota de referencia (z = 0) esté definida. Exergía de la energía cinética: exec = ec = c2 /2 Exergía de la energía potencial: exep = e p = g z AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [6/14]
  • 36. ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍA DEL TRABAJO El trabajo realizado por un sistema no siempre es útil. El trabajo de frontera Walr realizado para expulsar el aire atmosférico viene dado por. Walr = po (Vo −V ) La transferencia de exergía por trabajo es directamente el trabajo que se realiza sobre el sistema. Exw = Wu = W −Walr = W − po(Vo −V ) El ejemplo típico en la termodinámica de la expansión de un gas en un pistón, parte del trabajo realizado por el gas se emplea para empujar el aire atmosférico. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [7/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍA DEL CALOR Para evaluar la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener del calor se supone que se instala un ciclo de Carnot entre este sistema y el estado muerto a po y to . La transferencia de exergía por transferencia de calor está asociada a la temperatura del sistema. El máximo trabajo que se puede realizar mediante calor viene dado por el rendimiento de Carnot y depende de la temperatura de los focos caliente y frío. ExQ = 1 − To Q T En el caso de que la transferencia de calor Q se produjera a una temperatura T no uniforme, se empleará: ExQ = AMMT UMH. TEN 2 1 1− To dQ T LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [8/14]
  • 37. ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica VARIACIÓN DE EXERGÍA DE UN SISTEMA CERRADO Sistema cerrado que pasa del estado 1 al estado 2 mediante un proceso π Ex2 − Ex1 = (E2 − E1) − To (S2 − S1) + po(V2 −V1) Con la primera ley: E2 − E1 = Q −W Con la segunda ley: S2 − S1 = 2 1 dQ + Sgen T Resultando: Ex2 − Ex1 = 2 1 1− To δQ − [W − po(V2 −V1)] − Exd Tf AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [9/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica E XERGÍA DEL FLUJO La exergía de flujo específica es: c2 ex f = (h − ho) − To (s − so) + + g(z) 2 En el caso de despreciar las energías cinética y potencial se obtiene: ex f = (h − ho) − To (s − so) AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [10/14]
  • 38. ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica BALANCE DE EXERGÍA DE UN SISTEMA ABIERTO Conservación de la energía en un sistema estacionario 2 2 c − cs ˙ ˙ + g(ze − zs ) 0 = Q − W + m (he − hs ) + e ˙ 2 Segundo principio: 0= ˙ dQ ˙ + Sgen + m (se − ss ) T La ecuación de la exergía para sistemas abiertos en flujo estacionario resulta: 0= 1− To c2 − c2 s ˙ ˙ d Q j − W + m (he − hs ) − To(se − ss ) + e ˙ + g(ze − zs) − Exd Tj 2 AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [11/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Balance de exergía termomecánica BALANCE DE EXERGÍA DE UN SISTEMA ABIERTO La variación de la exergía del flujo es el término c2 − c2 s + g(ze − zs ) m (he − hs) − To (se − ss) + e ˙ 2 En el caso de despreciar las energías cinética y potencial se obtiene: exe − exs = (he − hs) − To (se − ss ) En el caso de una entrada y una salida, la ecuación del balance de exergía termomecánica resulta: 0 = ∑ 1− j AMMT UMH. TEN To ˙ ˙ ˙ ˙ Q j − Wvc + m(exe − exs) − Exd Tj LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [12/14]
  • 39. ANÁLISIS EXERGÉTICO Rendimiento exergético Del análisis exergético se obtiene: Exe : flujo de exergía entrante Exu: flujo de exergía útil Exr : flujo de exergía recuperable Ex p: flujo de exergía perdido Una definición de rendimiento exergético sería: ηex = flujo de exergía utilizado flujo de exergía consumido Rendimiento exergético: ηex = Exr + Ex p Exu = 1− Exe Exe Factor de calidad: Ex p Exu = 1− νex = Exe − Exr Exe − Exr AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [13/14] ANÁLISIS EXERGÉTICO Bibliografía 1. Agüera J., 1999, capítulo 3. 2. Gómez, J.L., Monleón, M., Ribes, A., 1990, capítulos 1 a 8. 3. Moran, M.J., Shapiro, H.N., 2004, capítulo 7. 4. Cengel, Y.A y Boles, M.A., 2002, capítulo 7. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 3: ANÁLISIS EXERGÉTICO [14/14]
  • 40. LECCIÓN 4. Combustibles Índice de Contenidos: 3.1 3.2 3.3 3.4 Clasificación de los combustibles Combustibles naturales Combustibles artificiales comerciales Propiedades del los combustibles Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [1/22] COMBUSTIBLES Objetivos de la lección OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA LECCIÓN Al finalizar la lección, el estudiante deberá ser capaz de: 1. Conocer los combustibles naturales y artificiales convencionales 2. Conocer la explotación del carbón, petróleo y gas natural 3. Conocer las propiedades más importantes de los combustibles artificiales AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [2/22]
  • 41. COMBUSTIBLES Introducción Los combustibles suponen actualmente el 80 % de la energía primaria consumida en España Consumos de energía primaria mediante combustibles en España: 52 % petróleo, 13 % gas natural y 15 % carbón. Consumos de energía final mediante combustibles en España: 61 % derivados del petróleo, 14 % gas natural y 3 % carbón. En el año 2000, el 65 % de la energía final consumida por la industria española fue a partir de combustibles: Consumos industriales de combustibles: 24 % productos petrolíferos, 38 % gas natural y 3 % carbón. Además la industria consume el 30 % de la energía eléctrica, (60 % producida en centrales térmicas que queman combustibles fósiles). AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [3/22] COMBUSTIBLES Clasificación de los combustibles TIPO Sólido COMB. NATURALES Biomasa (madera, res. vegetales) Turbas Lignitos Hullas Antracitas Líquido Crudo de petróleo Gaseoso Gas natural AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA COMB. ARTIFICIALES Coque y menudos de coque Alquitrán de carbón Carbón molido/pulverizado Carbón vegetal Corteza, serrín, etc. Briquetas y aglomerados Gasolina Keroseno Gasóleos A, B y C Fuelóleos n◦ 1, n◦ 2, y BIA Gas de refinería Gas de horno de coque y alto Gas pobre, gas de agua Gas de gasógeno Gas de regenerador G.L.P.’s (butano, propano) LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [4/22]
  • 42. COMBUSTIBLES El Carbón. Características Combustible fósil de origen vegetal, formado a partir de los restos de grandes extensiones de bosques, arbustos y plantas de hace 250 a 450 millones de años. Estos restos quedaron enterrados y bajo la acción biológica en determinadas condiciones de presión y temperatura forman los actuales yacimientos de carbón. El proceso de carbonización es, en términos químicos, un enriquecimiento progresivo del contenido en carbono. El proceso de carbonización aumenta con la presión, la temperatura y el tiempo, en un proceso anaeróbico en el cual se produce una pérdida de oxígeno y un incremento de la aromatización. Todos los carbones, independientemente de su origen, edad o tipo, se pueden agrupar según su contenido en carbono, y forman la denominada serie del carbón: Turba ⇒ Lignito ⇒ Hulla Subbituminosa ⇒ Hulla Bituminosa ⇒ Antracita. LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [5/22] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA COMBUSTIBLES Composición de los distintos tipos de carbón natural Combustible Antracita Bituminoso Alta Volatilidad Bituminoso Media Volatilidad Bituminoso Baja Volatilidad Subbituminoso A Subbituminoso B Subbituminoso C Lignitos Turbas Madera C H O N S ( % Peso) ( % Peso) ( % Peso) ( % Peso) ( % Peso) 93,7 2,4 2,4 0,9 0,6 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA 90,5 4,7 2,8 1,3 0,7 88,4 5,0 4,1 1,7 0,8 76,4 75,8 75,3 73,7 70,2 55,0 49,9 5,3 5,3 5,1 5,3 5,6 6,0 6,0 15,8 15,5 17,4 19,1 20,8 30,0 43,9 1,6 1,9 1,5 1,3 1,4 1,0 0,2 0,9 1,5 0,7 0,6 2,0 1,3 - LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [6/22]
  • 43. COMBUSTIBLES El carbón. Consideraciones a tener en cuenta Fuente de energía fósil más antigua y sus reservas estimadas de 200 años. El carbón constituyó el 15 % de la energía primaria consumida en España en el año 2001, con un grado de autoabastecimiento del 40 %. El coste de explotación del carbón depende fundamentalmente de las características de la mina de explotación. En muchos casos los costes de explotación hacen inviables la explotación de ciertos yacimientos, cuyas reservas sólo serán utilizables cuando suban considerablemente los precios. La combustión del carbón ha sido tradicionalmente muy contaminante siendo responsable de fuertes contaminaciones en ciudades y lluvias ácidas. En la actualidad los aspectos medioambientales son muy importantes y el nivel de azufre en el carbón debe estar limitado a ciertos valores. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [7/22] COMBUSTIBLES El petróleo. Introducción El crudo de petróleo se forma a partir de animales y plantas terrestres y marinas. Este material se licúa en las denominadas rocas madre y posteriormente se acumula en los poros de las denominadas rocas almacén. El crudo se forma durante un millón de años en las rocas madre en unas condiciones de temperatura y presión producidas a profundidades entre 1 y 4 km. La composición del petróleo varía de forma significativa entre distintos yacimientos, e incluso en un mismo yacimiento. Las propiedades del crudo son asimismo muy variables. La extracción del petróleo se realiza desde 1859, tradicionalmente en tierra firme, aunque comienza a tener importancia creciente la perforación en el mar. El transporte se realiza mediante oleoductos y buques petroleros cuando se transporta el petróleo entre continentes. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [8/22]
  • 44. COMBUSTIBLES Tipos de crudo de petróleo Tipo de Crudo Características 1. Convencional o crudo ligero ρ < 934 kg/m3 (> 20◦ API) 2. Crudo pesado 934 < ρ < 1000 kg/m3 (20◦ a 10◦ API) Viscosidad máxima 10.000 mPa s 3. Crudo extra pesado (p.e. > 340◦C) ρ > 1000 kg/m3 (< 10◦ API) Viscosidad máxima 10.000 mPa s 4. Arenas de alquitrán o asfalto natural (p.e. > 510◦C) ρ > 1000 kg/m3 (< 10◦ API) Viscosidad mayor de 10.000 mPa s AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [9/22] COMBUSTIBLES El petróleo. Consideraciones a tener en cuenta El petróleo es con diferencia la fuente de energía más empleada a nivel mundial. Se trata de un combustible relativamente barato fácil de transportar, almacenar y consumir. El petróleo representó durante 2001 en España algo más del 50 % de la energía primaria consumida y sus derivados el 60 % de la energía final consumida. España tiene una fuerte dependencia de petróleo, cuyo grado de autoabastecimiento es casi nulo. Los inconvenientes del empleo del petróleo son: ◦ Cotización muy variable y suministro dependiente de paises inestables. ◦ Necesidad de garantizar el suministro almacenando crudo. ◦ Participación elevada en la estructura de la demanda energética nacional: fuerte dependencia. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [10/22]
  • 45. COMBUSTIBLES El gas natural. Introducción El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos formado principalmente por metano y en menor medida etano y propano. El gas natural se encuentra bien junto al crudo en campos asociados o independientemente. En principio el gas natural de los campos asociados a petróleo, el gas natural es reinyectado, destruido o licuado. El gas natural ha sido considerado durante mucho tiempo como un combustible menos rico que el petróleo debido a las dificultades de aprovechamiento: separación del petróleo en campos asociados y en todo caso transporte en estado gaseoso mediante gaseoductos o en estado líquido a menos de 115 K. El 3 % del gas natural asociado extraido se quema, aunque cabe decir que en los últimos años existe una creciente tendencia a reinyectarlo o aprovecharlo. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [11/22] COMBUSTIBLES El gas natural. Composición Componentes Metano Etano Propano Butanos Pentanos Dióxido de C Nitrógeno Símbolo Libia A. Saudí Irán M. Norte Medio CH4 66,8 62,24 74,9 85,9 86,0 C2 H6 19,4 15,07 13,0 8,1 7,6 9,1 6,64 7,2 2,7 2,4 C3 H8 C4 Hx 3,5 2,40 3,1 0,9 1,0 1,2 1,12 1,5 0,3 C5 Hx CO2 9,20 0,3 1,6 0,5 3,0 N2 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [12/22]
  • 46. COMBUSTIBLES El gas natural. Consideraciones a tener en cuenta Bajo contenido en azufre. Permite una menor temperatura de los humos de escape, mejorando el rendimiento. Excelente mezcla con el aire que permite trabajar con bajo exceso de aire (mejor rendimiento). Además se producen niveles muy reducidos de óxidos de nitrógeno. Cuando la combustión se realiza correctamente, los humos no tienen efectos nocivos sobre los productos a calentar, por lo que es posible utilizarlos directamente. Hay una práctica ausencia de cenizas que permite mantener limpias las superficies de intercambio, mejorando el rendimiento. Se reduce asimismo el mantenimiento y se prolonga la vida de los refractarios. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [13/22] COMBUSTIBLES Combustibles comerciales. Tipos Se van a describir los combustibles más utilizados para su combustión en una planta industrial como fuente de energía final. Estos combustibles son: Combustibles sólidos: carbón pulverizado. Combustibles líquidos: fuelóleos n◦ 1, n◦ 2, y BIA, gasóleo C. Combustibles gaseosos: gas natural y propano comercial. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [14/22]
  • 47. COMBUSTIBLES Combustibles sólidos: carbón pulverizado Carbón natural al que se le han realizado los siguientes tratamientos: ◦ ◦ ◦ ◦ Reducción y control del tamaño. Tamaño uniforme de 20-25 mm. Limpieza. Eliminación de materia mineral extraña. Secado. Cantidad de agua limitada al 1 %. Pulverización. Molienda hasta tamaño de grano inferior a 0,02 mm. En aplicaciones de baja potencia el carbón pulverizado se quema en hogares provistos de parrillas mecánicas y alimentación en contínuo mediante cintas transportadoras desde los silos de almacenamiento. Combustión del carbón pulverizado en quemadores de forma similar a la combustión de combustibles líquidos o gaseosos. Gran superficie en contacto con el aire, obteniéndose una combustión más rápida lo que requiere menor exceso de aire con la consiguiente reducción de pérdidas energéticas en los gases de escape. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [15/22] COMBUSTIBLES Combustibles líquidos: Gasóleos y Fuelóleos Gasóleo A. Carburante indicado para la utilización en los motores diésel de combustión interna (automóviles y vehículos industriales). Este gasóleo soporta unos impuestos elevados. Gasóleo B. Carburante indicado para tractores y máquinas que utilizan los profesionales del campo así como para combustible en embarcaciones dedicadas a las labores de pesca. Gasóleo C. Carburante para calefacción. Indicado asimismo para aplicaciones industriales. Fuelóleo n◦1. Fuelóleo con una viscosidad cinemática a 100◦C de 25 mm2/s y un contenido máximo de azufre del 2,7 %. Se comercializa asimismo con la etiqueta ”BIA” que supone limitar el contenido de azufre al 1 %. Fuelóleo no2. Fuelóleo con una viscosidad cinemática a 100◦C de 37 mm2/s y un contenido máximo de azufre del 3,5 %. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [16/22]
  • 48. COMBUSTIBLES Combustibles gaseosos: GLP’s y gas natural GLP’s. En aplicaciones industriales se emplea principalmente el propano comercial constituido por: C3H8 (92 %), butano C4H10 (4 %), etano C2 H6 (2 %) y nitrógeno N (2 %). Los consumos de este producto se reparten en distribución a granel (30 %) y envasado (70 %). Gas natural. Constituido por: propano C3 H8 (2,4 %), butano C4H10 (1 %), etano C2H6 (7,6 %), metano CH4 (86 %), y nitrógeno N (3 %). El gas natural presenta la ventaja de carecer prácticamente de resíduos. El suministro de gas natural se realiza canalizado donde únicamente de debe instalar una estación de regulación y medida (ERM), evitándose la instalación de depósitos de almacenamiento. ◦ Desarrollo de infraestructuras de transporte y distribución. ◦ Sustitución de combustibles en industriales y centrales térmicas. ◦ Construcción de una gran cantidad de nuevas centrales de ciclo combinado. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [17/22] COMBUSTIBLES Propiedades: I Composición Composición en peso de combustibles líquidos comerciales ( % peso). Composición Gasóleo C Fuelóleo no 1 Fuelóleo no 2 Carbono C 86,0 % 84,6 % 83,7 % Hidrógeno H 11,1 % 9,70 % 9,2 % Nitrógeno N 1% 1% 1% Azufre S 0,8 % 2,7 % 3,6 % Agua H2 O 1% 1,5 % 2% Cenizas 0,1 % 0,5 % 0,5 % Composición en volumen de combustibles gaseosos comerciales ( % vol). Composición Propano Gas Natural Metano CH4 86 % 2,0 % 7,6 % Etano C2H6 Propano C3H8 92,0 % 2,4 % 1,0 % Butano C4H10 4,0 % Nitrógeno N2 2,0 % 3,0 % AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [18/22]
  • 49. COMBUSTIBLES Propiedades: II Poder Calorífico El Poder Calorífico es el calor cedido por unidad de combustible. Poder calorífico superior (PCS). Es el poder calorífico determinado en un calorímetro, donde el vapor de agua producido en la combustión se condensa cediendo aproximadamente 2510 kJ/kg, 600 kcal/kg. Poder calorífico inferior (PCI). Es el poder calorífico determinado en un calorímetro, donde el vapor de agua no condensa. Este poder calorífico se emplea normalmente en aplicaciones como calderas u hornos donde la temperaturas de los gases de escape suele estar por encima de 150◦C y el vapor de agua no condensa. Poder calorífico inferior seco (PCI)s . Es la cantidad de calor correspondiente al peso de combustible seco contenido en 1 kg de producto combustible, expresado en PCI en las condiciones en que se introduce en el hogar de combustión. Poder calorífico superior seco, (PCS)s . Tambien denominado poder calorífico útil, es la cantidad de calor que resulta de restar del poder calorífico inferior, el calor necesario para evaporar la humedad del combustible. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [19/22] COMBUSTIBLES Propiedades: III Parámetros de la combustión Temperatura de inflamación Es la temperatura del combustible a la que se inflaman por primera vez los vapores emitidos por el combustible al ponerse en contacto con una llama. Temperatura de combustión Es la temperatura del combustible, superior a la de inflamación a la que se produce la combustión de los vapores del combustible, al menos durante 5 segundos, al ponerse en contacto con una llama. Límites de inflamabilidad Proporciones relativas de combustible y comburente deben estar cercanas a la relación de la proporción estequiométrica. Siendo L el porcentaje de combustible en la mezcla combustible comburente, se define: ◦ Límite inferior de inflamación Li , por debajo del cual no existe suficiente combustible para realizarse la combustión. ◦ Límite superior de inflamación Ls , por encima del cual no existe suficiente comburente. Por tanto la combustión únicamente se realiza si Li < L < Ls . Los de inflamabilidad dependen de la temperatura y presión de la mezcla así como de la presencia de gases inertes y vapor de agua. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [20/22]
  • 50. COMBUSTIBLES Características de los combustibles gaseosos Gas Símbolo Hidrógeno Metano Etano Propano Butano Pentano Benceno Propano comercial Gas natural H2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H6 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA P.C.S. P.C.I. Peso esp. 3 N kcal/m3 N kg/m3 N kcal/m 3050 2570 0,090 9530 8570 0,717 16 860 15 400 1,356 24 350 22 380 2,019 31 800 29 300 2,703 40 600 37 500 3,458 36 220 34 740 3,581 23 957 20 700 1,85 10 347 9300 0,83 LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [21/22] Lección 4. Combustibles Bibliografía Molina L.A. y Molina, G.M. (1993), capítulo 7. Barquin, J. (2004), capítulos 3, 4 y 5. Lapuerta, M. y Hernández, J.J. (1998), capítulos 2 y 3. Miranda A.L. y Oliver R. (1996), capítulo 1. Bermúdez, V. (2000), Tecnología Energética. ISBN: 84-7721-868-4, Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 4: COMBUSTIBLES [22/22]
  • 51. LECCIÓN 5. APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA 1. Elección de la energía 2. Aprovisionamiento de energía eléctrica 3. Aprovisionamiento de gas natural 4. Aprovisionamiento de productos derivados del petróleo 5. Costes energéticos Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [1/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Objetivos de la lección OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA LECCIÓN Al finalizar la lección, el estudiante deberá ser capaz de: 1. Conocer los factores a tener en cuenta en la elección de los vectores energéticos 2. Conocer el funcionamiento del sector eléctrico 3. Conocer el funcionamiento del sector gasístico y de hidrocarburos AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [2/18]
  • 52. APROVISIONAMIENTO Introducción al aprovisionamiento energético • El aprovisionamiento energético analiza los distintos factores a considerar para seleccionar la energía más adecuada. • Las soluciones a adoptar para garantizar el suministro pueden ser: almacenamiento, duplicación de fuentes o aumento de la disponibilidad. – Aprovisionamiento de Combustibles. ∗ Sólidos. Carbón, residuos forestables agrícolas e industriales. ∗ Líquidos. Gasóleo C, Fuelóleos no 1, no2 y BIA. ∗ Gases. Gas natural, GLP (butano y propano). – Aprovisionamiento de Energía Electrica. ∗ De terceros con contrato a tarifa regulada. ∗ De terceros mediante contrato negociado en el mercado eléctrico. ∗ Autoproducción mediante cogeneración o energías renovables. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [3/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Elección de combustibles y electricidad • Disponibilidad de suministro. La fiabilidad del aprovisionamiento se consigue mediante un almacenamiento de combustible en las propias instalaciones de la industria en función de la fiabilidad del suministro exterior. • Condiciones de suministro. Depende fundamentalmente del combustible. El tipo de combustible y la forma de suministro obliga a disponer de unas determinadas instalaciones de almacenamiento, tratamiento y manipulación. • Costes actuales y tendencia de los precios. El coste engloba las instalaciones de manipulado, almacenamiento y tratamiento necesarias, así como el coste de mantenimiento y tratamiento. El precio de los combustibles es un dato conocido en la actualidad pero muy difícil de estimar a medio o largo plazo. • Potencial contaminante. De menor a mayor potencial contaminante se puede realizar el siguiente orden: gas natural, GLP, biogás, gasóleos, fuelóleos, biomasa, carbón y residuos sólidos industriales. • Riesgos de almacenamiento y manipulación. De mayor a menor: combustibles gaseosos, líquidos y sólidos. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [4/18]
  • 53. APROVISIONAMIENTO Mercado eléctrico. Ley 94/1997 1. Se abandona la noción de servicio público, tradicional en nuestro ordenamiento, donde el Estado no se reserva el ejercicio de ninguna de las actividades que integran el suministro eléctrico. La misión del Estado es la regulación del sector eléctrico para que funcione bajo los principios de objetividad, transparencia y libre competencia. 2. Se liberaliza el sector eléctrico para lo cual se realiza una segmentación vertical de las distintas actividades necesarias para el suministro eléctrico: producción, transporte, distribución y comercialización. 3. La producción de energía eléctrica se desarrolla en un régimen de libre competencia basado en un sistema de ofertas de energía eléctrica realizadas por los productores y un sistema de demandas. 4. El transporte y la distribución se liberalizan a través de la generalización del acceso de terceros a las redes. La propiedad de las redes no garantiza su uso exclusivo siendo fijada administrativamente la retribución del transporte y la distribución. 5. Se liberaliza la comercialización de la energía eléctrica de forma que todos los consumidores son cualificados, esto es, que pueden pactar libremente las condiciones contractuales (precio, suministro, etc.,) con una empresa comercializadora. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [5/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Mercado eléctrico. Sujetos (I) 1. Productores de energía eléctrica en régimen ordinario. Tienen la función de generar energía eléctrica, así como las de construir, operar y mantener las grandes centrales de producción. 2. Productores de energía eléctrica en régimen especial. Emplean centrales de producción de menor tamaño, que utilizan en general combustibles renovables (hidráulica, eólica o solar) o forman parte de procesos de recuperación de energía (autoproductores). 3. Importadores. Quienes adquieren energía eléctrica de sistemas exteriores incorporándola a las redes de transporte y distribución nacional. 4. El operador del mercado (OMEL). Sociedad mercantil responsable de la gestión económica del sistema. 5. El operador del sistema (REE). Sociedad mercantil responsable de la gestión técnica del sistema. Desarrolla actividades de gestión técnica y de transporte con la adecuada separación contable. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [6/18]
  • 54. APROVISIONAMIENTO Mercado eléctrico. Sujetos (II) 6. Los transportistas. Son aquellas sociedades mercantiles que tienen la función de transportar energía eléctrica, así como construir, mantener y maniobrar las instalaciones de transporte (tensiones iguales o superiores a 220 kV). 7. Los distribuidores. Son aquellas sociedades mercantiles que tienen la función de distribuir energía eléctrica, así como construir, mantener y operar las instalaciones de distribución. 8. Los comercializadores. Son aquellas personas jurídicas que, accediendo a las redes de transporte o distribución, tienen como función la venta de energía eléctrica a los consumidores que tengan la condición de cualificados o a otros sujetos del sistema. 9. Los consumidores. Desde Enero de 2003 todos son consumidores cualificados, pudiendo adquirir la energía eléctrica bien a tarifa regulada o bien pactando libremente las condiciones contractuales (precio, suministro, etc.,) con la empresa comercializadora. 10. Comisión Nacional del Sistema Eléctrico. Actualmente integrada en la Comisión Nacional de la Energía, es el organismo encargado de arbitrar en los conflictos suscitados entre los sujetos del sistema. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [7/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema eléctrico Separación de las actividades de: (1) producción (2) transporte, (3) distribución y (4) comercialización de electricidad. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [8/18]
  • 55. APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema eléctrico LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [9/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema eléctrico AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [10/18]
  • 56. APROVISIONAMIENTO Mercado gasístico. Ley 34/1998 1. Se abandona la noción de servicio público por la consideración de actividad de interés general. Se considera que las actividades no requieren de la presencia y responsabilidad del Estado para su desarrollo, reservándose la misión del Estado de la regulación del sector. 2. Para velar por la seguridad y continuidad de suministro, se justifica las obligaciones de mantenimiento de existencias mínimas de seguridad que afectan a los productos petrolíferos y al gas. 3. Se liberaliza el sector gasístico realizándose una segmentación al menos contable de las distintas actividades: regasificación, el almacenamiento, transporte, distribución y comecialización. La regasificación, el almacenamiento estratégico, el transporte y la distribución tienen carácter de actividades reguladas, mientras que la comercialización se ejercerá libremente. 4. Los consumidores podrán adquirir el gas a los comercializadores en condiciones libremente pactadas o directamente, o bien adquirirlo a los distribuidores en régimen de tarifa. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [11/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Mercado gasístico. Sujetos 1. Los transportistas. Son aquellas personas jurídicas titulares de instalaciones de almacenamiento, regasificación o gasoductos de transporte (Pmax ≥ 16 bar). • Red básica. Gaseoductos de presión máxima de diseño Pmax ≥ 60 bar, plantas de regasificación. • Redes de transporte secundario. Gasoductos de Pmax = 16 − 60 bar. 2. El Gestor Técnico del Sistema. Será aquel transportista que sea titular de la mayoría de las instalaciones de la red básica de gas natural. Actualmente ENAGAS 3. Los distribuidores. Son aquellas personas jurídicas titulares de instalaciones de distribución (presión menor o igual de 16 bares o que alimenten a un sólo consumidor). 4. Los comercializadores. Son las sociedades mercantiles que, accediendo a las instalaciones de terceros, adquieren el gas natural para su venta a los consumidores o a otros comercializadores. 5. Los consumidores. Todos los consumidores son actualmente "cualificados", teniendo la posibilidad de elegir entre adquirir el gas a su distribuidor a la tarifa establecida reglamentariamente, o adquirir el gas a cualquier comercializador. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [12/18]
  • 57. APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema gasístico Separación de las actividades similar al del sistema eléctrico LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [13/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema gasístico AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [14/18]
  • 58. APROVISIONAMIENTO Funcionamiento del sistema gasístico LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [15/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Sector de los hidrocarburos líquidos 1. Explotación y producción. La producción de petróleo en España es muy reducida (≈ 0, 5%). 2. Refino. Se trata de una actividad liberalizada definida como el conjunto de procesos que convierten el crudo en productos terminados. REPSOL-YPF (58% del Mercado) CEPSA (32% del Mercado), BP (10% del Mercado). 3. Logística. Almacenamiento y transporte de crudo y productos petrolíferos desde los centros de producción hasta los puntos de consumo. Se distingue entre la logística básica: buques tanque y la red de poliductos (CLH) y la capilar: Camiones cisterna. 4. Almacenamiento Estratégico. La constitución, mantenimiento y gestión de las reservas estratégicas se realiza a través de la corporación de reservas estratégicas (CORES). 5. Distribuidores al por menor de productos petrolíferos. Se trata de una actividad que consiste en el conjunto de actividades destinadas al suministro de los productos derivados del petróleo al consumidor final. Se contemplan dos canales de distribución: • Estaciones de servicio (gasolinas y gasóleo A). • Ventas directas (gasóleo A, B y C, querosenos y fuelóleos). LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [16/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA
  • 59. APROVISIONAMIENTO Sector de gases licuados del petróleo (GLP’s) Sector que presenta ciertas características que lo hacen realmente peculiar: • Consumo estancado y previsiones de futuro a la baja debido a la extensión del gas natural. • Precios máximos fijados administrativamente para el GLP envasado de peso superior a 8 kg y para el GLP canalizado. El PVP en España es el más bajo de la UE, a pesar de incluir el reparto a domicilio. • Sólo dos operadores con presencia en todo el territorio nacional, donde REPSOL BUTANO es la compañía líder con una cuota del 93 % del envasado y del 85% en granel. Se trata por tanto de un contexto adverso para la entrada de más compañías operadoras que harían que el sector se rigiera por las reglas de la pura competencia empresarial. Todo indica por tanto que al menos a medio plazo seguirán estableciéndose precios máximos. LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [17/18] AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA APROVISIONAMIENTO Bibliografía Esquerre Pizá, P. (1988), Dispositivos y Sistemas para el Ahorro de Energía. ISBN: 84-267-0722-x, Marcombo. Miranda Barreras, A. L., Oliver Pujol, R., (1996), La combustión. ISBN: 84-329-6550-2, Ediciones CEAC. Bermúdez, V. (2000), Tecnología Energética. ISBN: 84-7721-868-4, Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 5: APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA [18/18]
  • 60. LECCIÓN 6. TERMOECONONOMÍA Índice de Contenidos: 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 Introducción Cálculo de costes Actualización de costes Herramientas de evaluación económica Cálculo de costes de productos energéticos Gestión energética en la industria Contabilidad energética Auditoría energética Proyectos energéticos Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [1/37] TERMOECONOMÍA. GESTIÓN ENERGÉTICA Objetivos Conocer la formulación necesaria para realizar estudios de viabilidad económica Determinar la viabilidad económica de proyectos de ahorro energético Realizar cálculos de costes de productos energéticos Conocer los consumos y usos de las distintas fuentes de energía Plantear mejoras energéticas sin apenas inversiones, demostrando las posibilidades de la gestión energética Lograr ahorros energéticos con inversiones rentables que se paguen por sí mismas: propuesta de proyectos energéticos AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [2/37]
  • 61. TERMOECONOMÍA Introducción Se trata de una herramienta que combina los principios de la Ingeniería Térmica y de la Economía. Permite tomar decisiones racionales en el desarrollo y aplicación de sistemas térmicos. Puede aplicarse directamente a los análisis energéticos sin considerar los aspectos de potencial de producir trabajo, pero en este caso el análisis no es completo. Lo correcto es introducir el concepto de exergía o disponibilidad, ponderando conjuntamente pérdidas e irreversibilidades. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [3/37] TERMOECONOMÍA Cálculo de costes Estructura típica de costes de una instalación energética: Costes fijos. No cambian con la cantidad producida: gastos de amortización, intereses, alquileres, seguros ,impuestos, mantenimiento, gestión. Costes variables. Por simplicidad se suelen asumir lineales con la cantidad de producto: energía (eléctrica y combustibles) mano de obra, transporte, almacenamiento, parte variable de mantenimiento y gestión. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [4/37]
  • 62. TERMOECONOMÍA Costes fijos Costes fijos en proyectos energéticos: Amortización Impuestos Mantenimiento Gestión AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [5/37] TERMOECONOMÍA Costes Variables Costes variables en proyectos energéticos: Materiales Energía Mantenimiento AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [6/37]
  • 63. TERMOECONOMÍA Actualización de costes Parámetros a considerar: Intereses. Tasa anual i por disponer de un capital ajeno para realizar las adquisiciones iniciales Inflación. Tasa de aumento en el tiempo (anual) I del valor medio de bienes y servicios Prima de riesgo. Aplicación de una tasa adicional por riesgo Rentabilidad exigida a una inversión cuando hay inflacción: i = i + I(1 + i) Rentabilidad exigida a una inversión cuando hay inflacción y se considera la prima de riesgo r: k = i + I(1 + i) + r donde k es la rentabilidad exigida, tipo calculatorio o tipo de actualización AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [7/37] TERMOECONOMÍA Actualización de costes VALOR ACTUAL DE UNA INVERSIÓN El valor actual indica el valor de hoy de una inversión a recibir en el futuro. VA = VF (1 + i)n V F es el valor futuro de la inversión, n el número de años de la inversión (1,2,...,n) e i la tasa de descuento. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [8/37]
  • 64. TERMOECONOMÍA Actualización de costes COSTE ANUALIZADO DE UN PROYECTO ENERGÉTICO ˙ C = Co −VAn(V Rm) + m ∑ VAn(Cn) FRCm n=1 Co es la inversión inicial de los bienes de equipo V Rm es el valor residual de los bienes de equipo al cabo de m años V Rm = Co(1 − D)m Cn son los costes variables asociados a las actividades en el año n VAn (x) es el valor actual de un coste asumido n años despues con la tasa de interés i FRC es el factor de recuperación de capital: FRC = 1 1 − (1 + i)−n AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [9/37] TERMOECONOMÍA Herramientas de evaluación económica PARÁMETROS DE PRIMER ORDEN O ESTÁTICOS Criterio del flujo de caja por unidad monetaria comprometida Se calcula la rentabilidad r de un proyecto comparando el flujo neto de caja total con la cantidad inicial que requiere la inversión. ∑n Fi i=1 I El parámetro r debe ser mayor que 1. Cuanto mayor sea r más rentable será la inversión. r= Criterio del plazo de recuperación o pay-back Se trata de uno de los criterios más utilizados; calcula el número de años que tarda en recuperar una inversión. Si los flujos de caja son constantes: F1 = F1 = ... = Fn = F, el pay-back, P, será T RS = I F AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [10/37]
  • 65. TERMOECONOMÍA Herramientas de evaluación económica PARÁMETROS DE SEGUNDO ORDEN O DINÁMICOS Valor Actual Neto (VAN) n F1 Fi F2 Fn VAN = −I + + + ... + = −I + ∑ n i 1 2 (1 + k) (1 + k) (1 + k) i=1 (1 + k) donde I es la inversión inicial, Fn es el flujo de caja producido por el ahorro correspondiente al año n. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [11/37] TERMOECONOMÍA Herramientas de evaluación económica PARÁMETROS DE SEGUNDO ORDEN O DINÁMICOS Tasa Interna de Retorno (TIR) Se define como la tasa de descuento o tipo de interés que iguala el VAN a cero. VAN = −I + [A1/(1 + i)1 ] + [A2/(1 + i)2] + ... + [An/(1 + i)n ] = 0 AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [12/37]
  • 66. TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos ENERGÍA. UNA SALIDA (PRODUCTO) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ C prod = Ccomb + Csis Los costes se pueden basar en la energía o en la disponiblidad (exergía) ˙ Coste anual del producto, C prod = c prod E prod ˙ Coste anual del combustible, Ccomb = ccomb Ecomb ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis Considerando una eficiencia energética (rendimiento): η= E prod Ecomb c prod = Csis ccomb + η E prod AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [13/37] TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos EXERGÍA. UNA SALIDA (PRODUCTO) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ C prod = Ccomb + Csis Los costes se pueden basar en la energía o en la disponiblidad (exergía) ˙ Coste anual del producto, C prod = c prod Ex prod ˙ Coste anual del combustible, Ccomb = ccomb Excomb ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis Considerando una eficiencia exergética: ε= Ex prod Excomb c prod = Csis ccomb + ε Ex prod AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [14/37]
  • 67. TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos ENERGÍA. DOS SALIDAS (PRODUCTOS) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ ˙ C prod1 + C prod2 = Ccomb + Csis ˙ c prod1 E prod1 + c prod2 E prod2 = ccomb Ecomb + Csis ˙ ˙ ˙ El producto 1 es trabajo El producto 2 puede se por ejemplo vapor o gases de escape ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis c prod1 = ccomb Ecomb − c prod2 E prod2 Csis ccomb Csis + = + E prod1 E prod1 ηe E prod1 Siendo ηe la eficiencia energética equivalente dada por: ηe = E prod1 Ecomb − E prod2 (c prod2 /ccomb ) AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [15/37] TERMOECONOMÍA Cálculo de costes de productos energéticos EXERGÍA. DOS SALIDAS (PRODUCTOS) Y UNA ENTRADA (COSTE) ˙ ˙ ˙ ˙ C prod1 + C prod2 = Ccomb + Csis ˙ c prod1 Ex prod1 + c prod2 Ex prod2 = ccomb Excomb + Csis ˙ ˙ ˙ El producto 1 es trabajo El producto 2 puede se por ejemplo vapor o gases de escape ˙ Coste anual de crear y mantener el sistema, Csis c prod1 = ccomb Excomb − c prod2 Ex prod2 Csis ccomb Csis + = + Ex prod1 Ex prod1 εe Ex prod1 Siendo εe la eficiencia energética equivalente dada por: εe = Ex prod1 Excomb − Ex prod2 (c prod2 /ccomb ) AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [16/37]
  • 68. GESTIÓN ENERGÉTICA Introducción ”La gestión energética es el conjunto de esfuerzos organizado y estructurado para obtener la máxima eficiencia en suministro, conversión y utilización de la energía” Organización estructurada interesante para empresas con un alto consumo energético. Racionalizar el uso de la energía sin perjuicio para el confort, producción o calidad de servicios. Necesaria especialización del personal propio. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [17/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Objetivos de la gestión energética El objetivo principal de la gestión energética es el de aumentar al máximo el rendimiento de la energía que se utiliza: disminuir el consumo de energía por unidad de producto. Otros objetivos: Optimizar la calidad de las energías empleadas. A cada aplicación le corresponde una energía de calidad óptima. Conocer los consumos y usos de las distintas fuentes de energía. Obtener mejoras energéticas sin apenas inversiones, demostrando las posibilidades de la gestión energética. Lograr ahorros energéticos con inversiones rentables que se paguen por sí mismas: propuesta de proyectos energéticos. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [18/37]
  • 69. GESTIÓN ENERGÉTICA Fases de la Gestión Energética AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [19/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Fases de la Gestión Energética Fase 1. Planificación de la gestión. Compromiso de la dirección de la empresa, para poner los medios humanos y económicos para iniciar un programa de gestión energética, garantizando su ejecución, calidad y duración con el tiempo. Fase 2. Diagnóstico energético o auditoría. Es la base para el desarrollo del Programa de Ahorro de Energía. El diagnóstico energético contempla: ◦ Realizar una base de datos completa y detallada de los consumos energéticos. • Consumos totales de cada energía. • Datos sobre producción de la empresa así como de las distintas áreas productivas. • Datos sobre costes de los combustibles. ◦ Identificar los procesos productivos o equipos que deben analizarse en profundidad para proponer medidas de ahorro. ◦ Determinar las posibles actuaciones que pueden realizarse para lograr ahorros de energía estableciendo un orden de prioridades en función de la rentabilidad. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [20/37]
  • 70. GESTIÓN ENERGÉTICA Fases de la Gestión Energética Fase 3. Plan de actuación. Se establece a partir del diagnóstico o auditoría energética: ◦ Medidas sin apenas coste de inversión. Pueden realizarse por el personal del departamento de mantenimiento con su presupuesto, p.e. ajuste de la combustión de una caldera. ◦ Inversiones de coste medio. Éstas deberán esperar a la planificación del presupuesto anual para conseguir los recursos necesarios. ◦ Inversiones de alto coste. En este caso se debe contratar a una ingeniería especializada que efectúe un estudio más objetivo, p.e. implementación de un sistema de cogeneración. Fase 4. Implantación de medidas. Los proyectos de ahorro energético están para realizarse. Fase 5. Seguimiento y control. Feedback del impacto real de las medidas de ahorro sobre los costes de producción. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [21/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Beneficios de la Gestión Energética Mejora de los niveles de seguridad y salud laboral. La medición y control de los procesos también contribuye a mejorar los niveles de seguridad. Mejora de la competitividad de la empresa. El ahorro energético sirve para mejorar la competitividad de la empresa. Mejora del ambiente interno de la empresa. El ahorro o al menos de no despilfarro de la energía aumenta el optimismo del personal de cara al futuro propio en la empresa. Recompensa al personal. Esfuerzos de conservación y ahorro cooperativos donde el personal debe aportar mucho mediante sugerencias y actuaciones directas. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [22/37]
  • 71. GESTIÓN ENERGÉTICA Organización Empresarial de la Gestión Energética Para implantar un plan de ahorro energético, la empresa deberá elegir entre buscar una asesoría externa o crear una organización dentro de la estructura de la propia empresa. La organización empresarial para la implantación de un Plan de Ahorro Energético en la empresa consiste en la creación de un Comité de Energía y la designación de un Gestor Energético. En empresas de pequeño tamaño únicamente existirá la figura del Gestor Energético. En este caso las actividades de medición y auditoría las suelen realizar empresas consultoras o ingenierías especializadas El Comité de Energía será el responsable de la gestión energética de la industria es decir, del Aprovisionamiento Energético, de la Contabilidad Energética y del Plan de Ahorro. El Comité de Energía deberá estar formado por personas pertenecientes a los distintos departamentos de la empresa: mantenimiento, producción, ingeniería, control de calidad y administración. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [23/37] GESTIÓN ENERGÉTICA Funciones del Comité de la Energía Controlar el aprovisionamiento de energía. Mantener al día los datos de consumo, existencia y compras de productos energéticos. Responsabilizarse de la Contabilidad Energética de la industria: identificar las áreas que requieran de mayor estudio y decidir si estos estudios se realizan con medios propios o mediante una Auditoria externa. Promover las recomendaciones para blackucir o evitar las mayores pérdidas. Encargarse del feedback de resultados, así como de la revisión de planes y objetivos Asesora permanente a los distintos departamentos y a la Dirección sobre cualquier información referente a conservación y empleo eficiente de la energía en la industria. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [24/37]
  • 72. GESTIÓN ENERGÉTICA Medios Humanos y Materiales Necesarios Medios propios. Se trata del personal propio que puede realizar trabajos más o menos esporádicos a las órdenes del Gestor Energético. ◦ ◦ ◦ ◦ Efectuar la Contabilidad Energética de la industria. Estudiar la viabilidad técnica y económica de posibles mejoras. Inspeccionar los distintos sistemas energéticos Organizar campañas informativas, cursillos de formación. Medios externos. Se trata de la subcontratación de personal, servicios o equipos externos. Entre los medios externos se puede citar: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Realización de auditorias energéticas (subcontratación externa). Realización de un mantenimiento especial. Asistencia técnica muy especializada. Aparatos excepcionales de medida para control periódico. Análisis de combustibles AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [25/37] CONTABILIDAD ENERGÉTICA Introducción ”De igual forma que toda empresa tiene implantada su contabilidad económica, las industrias con alto consumo energético deben implantar una contabilidad energética” Contabilidad energética interna. Facturas de electricidad y combustibles, Contadores en equipos de gran consumo. Auditorías Energéticas. Generalmente se trata de un estudio energético detallado realizado por una empresa externa. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [26/37]
  • 73. CONTABILIDAD ENERGÉTICA Objetivos y funciones de la contabilidad energética Objetivos 1. Conocer los consumos globales y consumos específicos, actualmente y su evolución en el tiempo. 2. Ser capaces de asignar adecuadamente los costes energéticos al producto final. 3. Poder comparar los consumos específicos propios con: datos históricos propios, datos estándar tecnológicos, equipos similares de otras industrias o datos sectoriales. Funciones 1. Mantener una estadística de consumos energéticos anuales (consumos globales). 2. Relacionar la energía empleada con la producción (consumos específicos). 3. Controlar de forma sistemática el consumo energético por líneas de producción. 4. Determinar las relaciones entre los diferentes combustibles a efectos de realizar comparaciones energéticas y económicas entre ellos. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [27/37] CONTABILIDAD ENERGÉTICA Sistemas de contabilidad Sistema Simple. En este sistema se contabiliza únicamente la energía consumida por tipo (electricidad y por tipo de combustible). Se trata de un sistema de contabilidad que no tiene en cuenta la producción. Los datos de interés sirven principalmente de comparación con datos históricos. Consumos Específicos Globales. En este sistema se contabiliza tanto la energía consumida como la producción. Se trata de un sistema sencillo y eficaz para estudiar la eficiencia energética. Se calcula la relación entre energía consumida con la producción. Los consumos específicos calculados se comparan con valores históricos, teóricos y estadísticos. Rendimientos. El cálculo de los rendimientos de los equipos requiere de una medidas de diagnóstico distintas del mero cálculo energético. El estudio de rendimientos exige de la realización de materia y energía. Se determina la relación entre las pérdidas energéticas y la energía consumida. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [28/37]
  • 74. CONTABILIDAD ENERGÉTICA Consumo anual y mensual de combustibles PERIODO Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL E. ELE. FUELO. GASOL. GAS NAT. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA PROP. BUTA. TOTAL LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [29/37] AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 1. Planificación de la auditoría. Se realiza antes de la primera visita de campo, incluye: ◦ ◦ ◦ ◦ Identificación detallada de tareas a realizar. Cronograma de la auditoría. Presupuesto de cada tarea. Posibles medios (p.e. instrumentación) necesaria para realizar las tareas. Paso 2. Recopilación y revisión de datos. Incluye: ◦ Información sobre el funcionamiento de la instalación, incluyendo información sobre tamaño de la planta, líneas de producción e identificación de los principales equipos consumidores de energía. ◦ Producción durante los últimos 12 meses. ◦ Consumos energéticos mensuales durante el último año, costes energéticos. ◦ Proyectos de futuro, cambios de proceso o incrementos en la capacidad de producción. ◦ Copia de las posibles auditorías energéticas realizadas anteriormente. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [30/37]
  • 75. AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 3. Completar el trabajo preparatorio. Revisar los siguientes aspectos: ◦ Análisis de la instrumentación a emplear. Verificación de la instrumentación. ◦ Asegurar que los puntos de medida sean accesibles y estén preparados. ◦ Prever que las mediciones no afecten al funcionamiento de la industria. Paso 4. Trabajo de campo y mediciones. Consta de: ◦ Entrevistas. Previamente deben definirse los distintos puntos a tratar. ◦ Inspección de la planta. Verificar información relativa a: • Flujos de materias primas y energía en la planta. • Sistemas de mayor consumo de energía. • Instrumentación fija ya instalada. • Determinar posibilidades evidentes de ahorro de energía. ◦ Mediciones. Toma de datos realizada con instrumentación propia e instrumentación fija implementada en la planta. Ejemplos: análisis de la combustión en calderas y hornos, temperatura de pablackes y tubos, temperaturas de gases de escape y fluidos de producto y servicio, factor de potencia, potencia eléctrica. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [31/37] AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 5. Revisión y análisis de datos. Antes de terminar el trabajo en campo, es conveniente revisar los datos recopilados y repetir cualquier serie de medidas donde se encuentren inconsistencias o imprecisiones importantes. Paso 6. Identificación, análisis de mejoras y medidas de ahorro. El análisis de la información obtenida, junto con los datos medidos, deben conducir a la identificación de oportunidades y medidas para el ahorro de energía. Cada oportunidad detectada debe analizarse, estableciéndose su coste de implementación y rentabilidad. Las medidas se clasifican en tres grupos: ◦ Medidas sin apenas coste de inversión. ◦ Inversiones de coste medio. ◦ Inversiones de alto coste. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [32/37]
  • 76. AUDITORÍA ENERGÉTICA Etapas de la Auditoría Energética Paso 7. Revisar conclusiones con personal de la empresa. Las conclusiones realizadas en la auditoría energética deben comentarse con el personal de la empresa para confirmar la disposición de la empresa para llevarlas a cabo. Esta revisión debe realizarse antes de realizar el informe final. Paso 8. Elaborar informe definitivo. El informe de la auditoría energética es el paso final y sumamente importante en la auditoría energética: el informe final es el producto final del Diagnóstico Energético o Auditoría. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [33/37] AUDITORÍA ENERGÉTICA Informe de la Auditoría Energética 1. Introducción 2. Descripción de la instalación Identificación Funcionamiento Proceso productivo Producción 3. Consumos de energía Factores de conversión (se pasa todo a energía primaria) Energía eléctrica Energía térmica Energía total AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [34/37]
  • 77. AUDITORÍA ENERGÉTICA Informe de la Auditoría Energética 4. Análisis de la situación actual Energía eléctrica Energía térmica 5. Propuestas de ahorro Análisis técnico Inversión Amortización Viabilidad Finalmente se puede incluir un punto 0 con un resumen de las conclusiones destinado a la dirección AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [35/37] PROYECTOS ENERGÉTICOS Partes de un proyectos energético La realización del proyecto energético suele tener las siguientes partes: Introducción, objetivos y descripción del proyecto. Se debe realizar un planteamiento inicial del objetivo de ahorro energético buscado. Balance energético y estudio económico de la situación actual. Se deben realizar con datos y medidas fiables y actuales para evitar un planteamiento erróneo desde la base. Balance energético y estudio económico de las distintas alternativas. Deben realizarse con previsiones de costes futuros lo más justificados posible. Conclusiones finales. Propuesta final de la opción recomendada a tomar detallando el ahorro energético y económico, el coste de la inversión y el periodo de amortización. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [36/37]
  • 78. PROYECTOS ENERGÉTICOS Bibliografía Técnicas de Conservación Energética en la Industria. Tomo 2: Ahorro en procesos. Centro de Estudios de la Energía, ISBN: 84-7474-168-8. Esquerre Pizá, P., 1988, Dispositivos y Sistemas para el Ahorro de Energía. ISBN: 84267-0722-x, Marcombo. Molina Igartúa, L.A. y Molina Igartúa, G.,1993, Manual de Eficiencia Energética Térmica en la Industria, Ente Vasco de la Energía, ISBN 84-8129-022-X. Cap 7, pp. 361-404. AMMT UMH. TECNOLOGÍA ENERGÉTICA LECCIÓN 6: TERMOECONOMÍA [37/37]
  • 79. LECCIÓN 7. COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS 7.1 7.2 7.3 7.4 Introducción: aire de combustión y humos Combustión completa de combustibles líquidos y sólidos Combustión completa de combustibles gaseosos Combustión incompleta. Diagramas de Ostwald y Bunte Pedro G. Vicente Quiles Área de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales Universidad Miguel Hernández AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [1/25] COMBUSTIÓN O BJETIVOS 1. Escribir el significado de conceptos relacionados con la combustión como: relación aire-combustible, aire estequimétrico y combustión completa 2. Calcular analíticamente el aire mínimo necesario para la combustión completa de un combustible comercial. 3. Calcular analíticamente la composición de los humos en la combustión completa de un combustible comercial. 4. A partir de un análisis de humos y empleando el diagrama de Ostwald, determinar las características y calidad de una combustión. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [2/25]
  • 80. COMBUSTIÓN I NTRODUCCIÓN La combustión es una transformación energética donde se transforma la energía química del combustible en energía térmica bien para su aprovechamiento final o bien para la producción de energía mecánica. A PLICACIONES Aplicaciones domésticas: Calefacción y agua caliente sanitaria. Producción de electricidad en centrales térmicas y de cogeneración. Propulsión en motores alternativos, y turbinas de gas y vapor. Aplicación directa del calor en procesos industriales mediante calderas, hornos ... AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [3/25] COMBUSTIÓN I NTRODUCCIÓN La combustión es una reacción química exotérmica de oxidación-reducción entre dos o más sustancias. La combustión comienza mediante la aplicación de una chispa eléctrica o una fuente de calor, realizándose a gran velocidad y manifestándose en forma de llama. Comburente es la sustancia oxidante de la combustión. El comburente más empleado es el oxígeno contenido en el aire (23 % en peso y 21 % en volumen). Combustible es la sustancia reductora de la combustión. AMMT UMH. TEN LECCIÓN 7: COMBUSTIÓN. ASPECTOS ESTEQUIOMÉTRICOS [4/25]