11 de agosto de 2013

Enredos

"Dime que consumes y te diré quién eres" Carles Riba

Existen una serie de conceptos físicos que a pesar de ser estudiados en su forma básica por prácticamente todo el mundo, tienden a crear confusión cuando son empleados de manera general. En algunas ocasiones estos enredos son debidos a un mal entendimiento de los términos, en otras son creados de manera adecuada para producir desconcierto.

Tal y como expone Carles Riba, doctor ingeniero industrial y profesor de ingeniería mecánica en la UPC, en su magnífico libro "Recursos energéticos y crisis", en el momento en que se analizan los consumos y las reservas energéticas mundiales, uno de los principales inconvenientes es que las bases de datos oficiales utilizan unidades de medida diferentes y no coherentes para las distintas fuentes de energía, dificultando el estudio comparativo entre producciones, consumos y reservas de cada una de ellas.

Una de los enredos más comunes es el de confundir energía y potencia. Un automóvil es potente cuando es capaz de convertir la energía química del combustible que transporta en energía cinética en un período corto de tiempo. Si le añadimos más cantidad de combustible al vehículo incrementaremos la energía química, pero para elevar la potencia lo que debemos hacer es aumentar el ritmo de combustión del combustible. Para intentar entender ambas magnitudes físicas, repasemos los principios básicos.

ENERGÍA

En el campo de la Física, la energía es una magnitud indeterminada que está relacionada con el estado dinámico de un sistema cerrado. Todos los cuerpos poseen energía debido a sus diversas propiedades, por ejemplo su composición química, su masa o su temperatura. La energía nos indica la capacidad que tienen para producir trabajo, como generar un movimiento o lograr una transformación, por lo que las unidades de medición son idénticas. La energía puede transformarse de un tipo a otro. Igualmente los cuerpos pueden transferirse energía entre ellos. Sin embargo, la energía total del universo (y de cualquier sistema que permanezca aislado y no intercambie energía con su entorno) permanece constante: no se conoce ningún proceso que crea o destruya energía. Es el Principio de Conservación de la Energía, o primera Ley de la Termodinámica.


Experiencia de Joule
Experimento de Joule. Fuente: kalipedia.com

La unidad de medida básica en el SI (Sistema Internacional de Unidades) es el julio (J), que se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton (N) en un desplazamiento de un metro (m) en la dirección de la fuerza, aunque se utilizan otros tipos de unidades dependiendo de la clase de energía de la que se trate, como puede ser el kilovatio-hora (kWh) en energía eléctrica o la caloría (cal) en energía térmica.

La energía se debe entender como una medida de trabajo acumulado, consumido o generado durante un periodo de tiempo concreto. En términos económicos sería equivalente al capital disponible.

POTENCIA

En la mayoría de los procesos de intercambio energético y/o producción de trabajo un factor importante es el tiempo empleado en el proceso. A la capacidad de producir o consumir energía en un determinado intervalo de tiempo la denominamos potencia. Explicado en otras palabras, la potencia representa la cantidad de energía por unidad de tiempo. Es necesario tener presente que es un término instantáneo, mide la rapidez con que se realiza un trabajo, no podemos acumular potencia ni utilizar una cantidad de potencia por hora.

La unidad de medida básica en el SI (Sistema Internacional de Unidades) es el vatio (W = J/s), que indica que se realiza un trabajo de un julio (J) cada segundo (s), aunque también dependiendo del sector, se emplean otros tipos de unidades como el caballo de vapor en ingeniería (CV).

La potencia se ha de entender como la capacidad media de consumir o generar energía que disponemos. En términos económicos sería equivalente a los flujos monetarios, los cobros, pagos y transferencias.

Como resumen y a fin de clarificar los conceptos, lo mejor es siempre exponer un ejemplo. Supongamos que tenemos dos clientes que poseen ambos 10 máquinas de 100 kW de potencia cada una. El cliente 1 decide poner todas en funcionamiento simultáneamente durante 1 hora, mientras que el cliente 2 enciende cada máquina durante 1 hora de manera alternativa, una después de otra. Veamos los resultados;

Energía = Potencia x Tiempo

Cliente 1: Energía consumida = (100 kW x 10) x 1 hora = 1000 kWh
Cliente 2: Energía consumida = 100 kW x 10 horas = 1000 kWh

Los dos clientes han consumido la misma cantidad de energía, pero el primero requiere dimensionar su instalación para 1000 kW, mientras que el segundo sólo para 100 kW.

Fuente: chilectra.cl

Otro de los enredos que causan confusión, es a la hora de examinar los consumos mundiales de energía, ya que además de las enormes cifras que son difíciles de comparar con referencias cotidianas se une un galimatías de unidades que se han generado en los diferentes sectores de la energía, complicando las comparaciones. Así pues tenemos el petróleo que se mide en barriles (Gb) que es en realidad una unidad de volumen equivalente a 159 litros, y en Toneladas equivalentes de petróleo (Tep) que corresponde a una unidad de masa equivalente a 1000 kilos; el gas natural en metros cúbicos (m3) y pies cúbicos (ft3) que son medidas de volumen; el carbón en toneladas métricas (Mg); el uranio en toneladas de uranio natural (tUnat) y la electricidad en kilovatios hora (kWh), megavatios hora (MWh) y teravatios hora (TWh). Por tanto, se ha de realizar un trabajo de establecer equivalencias para realmente tener un comparativo real de los consumos.

De igual forma ocurre en el mercado industrial y doméstico cuando expresan potencias. El suministrador de electricidad nos muestra en sus facturas la potencia contratada en kW, los fabricantes de calderas publican las potencias térmicas en kW y los fabricantes de coches indican la potencia de los motores en kW. Pero no es lo mismo 1 kW de potencia eléctrica que 1 kW de potencia térmica o 1 kW de potencia motor. Tienen diferentes itinerarios y rendimientos energéticos. Los itinerarios energéticos se refieren a los caminos recorridos por la energía desde su fuente primaria hasta convertirse en energía útil. Dependiendo del uso final, las pérdidas que se producen durante los procesos de transformación influyen sobre el rendimiento de la energía producida. Un mismo recurso energético que se aplique a un uso térmico directo tiene una media de rendimiento de un 80%, empleado en centrales para transformarse en energía eléctrica consigue rendimiento medio de un 30% y si su finalidad es un uso motriz en motores de explosión el rendimiento es aproximadamente un 20-25%. 

Flujo de energía en centrales eléctricas. Fuente: oilcrash.net
Si es complicado aclararse en este entramado de datos técnicos, ¿cómo explicar los efectos de las limitaciones físicas de la base de los recursos energéticos de nuestra sociedad?, ¿cómo describir las implicaciones de un declive energético?, ¿cómo demostrar que el peak oil tiene relación directa con la situación económica y financiera a nivel global?, ¿cómo interpretar los diferentes informes de las agencias oficiales?. El desenredador que lo desenrede, buen desenredador será.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

La verdad es que resulta muy didáctico. Gracias

Camino a Gaia dijo...

Cuando no se quiere la transparencia y una buena parte de la geopolítica se basa en el engaño, ocultación de información, espionaje y manipulación mediática, sin contar la presión militar, resulta difícil desenmascarar tanta estafa.
Establecer relaciones causa efecto lleva inevitablemente a señalar responsabilidades y eso puede ser un gran inconveniente político.
Un saludo

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