c a p 2 conceptos básicos sobre la energía

24
MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS 17 C a p í t u l o Conceptos básicos sobre la energía a palabra energía proviene del griego en (dentro) y ergon (acción, trabajo), que significa capacidad de trabajo. En los diferentes campos de estudio, a la energía se le ha dado diferentes conceptos, pero significan lo mismo. Por ejemplo, en ingeniería se define a la energía como "la fuerza que nos permite realizar una actividad"; mientras que en física se dice que la energía es "la capacidad de desarrollar un trabajo"; asimismo, en los diccionarios se define como la "capacidad para obrar o producir un efecto". En la práctica, más que los conceptos, lo que interesa es saber qué beneficios proporciona la energía, y sobre ello hay varios ejemplos, tales como: calor para cocinar los alimentos o para calentar el agua; electricidad para iluminación; refrigeración y aire acondicionado para nuestros hogares; transporte y entretenimiento, entre otros. En la naturaleza, la energía se manifiesta de diferentes formas: calor, electricidad, movimiento, radiación, luz, sonido. A continuación se describen brevemente cada una de ellas. La energía térmica: Es la energía que se desprende en forma de calor. Puede extraerse de la naturaleza mediante reacciones nucleares, reacciones de combustión de combustibles, aprovechamiento de la energía geotérmica o solar, entre otras. Toda materia se compone de moléculas, las que están en constante movimiento. Cuanto más caliente está un material, más rápido se desplazan las moléculas y mayor es su temperatura. El calor se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos y moléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva, o viceversa. Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. 2.1 Definición de la energía L 2

Upload: others

Post on 17-Nov-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS17

Capítulo

Conceptos básicos sobre la energía

a palabra energía proviene del griego en (dentro) y ergon (acción, trabajo), que significa capacidad de trabajo.

En los diferentes campos de estudio, a la energía se le ha dado diferentes conceptos, pero significan lo mismo. Por ejemplo, en ingeniería se define a la energía como "la fuerza que nos permite realizar una actividad"; mientras que en física se dice que la energía es "la capacidad de desarrollar un trabajo"; asimismo, en los diccionarios se define como la "capacidad para obrar o producir un efecto".

En la práctica, más que los conceptos, lo que interesa es saber qué beneficios proporciona la energía, y sobre ello hay varios ejemplos, tales como: calor para cocinar los alimentos o para calentar el agua; electricidad para iluminación; refrigeración y aire acondicionado para nuestros hogares; transporte y entretenimiento, entre otros.

En la naturaleza, la energía se manifiesta de diferentes formas: calor, electricidad, movimiento, radiación, luz, sonido. A continuación se describen brevemente cada una de ellas.

La energía térmica: Es la energía que se desprende en forma de calor. Puede extraerse de la naturaleza mediante reacciones nucleares, reacciones de combustión de combustibles, aprovechamiento de la energía geotérmica o solar, entre otras.

Toda materia se compone de moléculas, las que están en constante movimiento. Cuanto más caliente está un material, más rápido se desplazan las moléculas y mayor es su temperatura.

El calor se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos y moléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva, o viceversa.

Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura.

2.1 Definicióndelaenergía

L

2

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS18

El calor se transmite de tres maneras:

i) Por conducción, cuando la energía pasa directamente de un objeto sólido caliente a otro más frío que está en contacto.

ii) Por convección, cuando la transferencia de energía es a través del movimiento de gases o líquidos desde un punto de mayor temperatura hacia otro punto más frío.

iii) Por radiación, cuando la transmisión de calor es por ondas electromagnéticas, como ocurre con la luz y el calor del Sol que llegan a la Tierra, o el transmitido por el fuego a cierta distancia.

Fig. 2.1 Esquema de los mecanismos de transferencia de calor.

conducción

convección

radiación

A continuación se explican las formas de transmisión del calor:

Conducción: Ocurre cuando la energía pasa directamente de un objeto a otro, y es más común en los sólidos. Ejemplo: cuando se calienta un extremo de una barra delgada de metal con la llama de una vela, el calor se transmite a lo largo de la barra y pronto toda ella se calienta. Los metales en general son excelentes conductores del calor; en cambio, la madera y el plástico no son buenos conductores, por eso son llamados aislantes.

Convección: Es la transferencia de energía a través del movimiento de un fluido (gases o líquidos) desde un punto de mayor temperatura hacia otro de menor temperatura. Ejemplo: cuando se coloca una olla de agua en el fuego, el contenido del fondo se calienta ligeramente y su densidad disminuye lo que hace ascender a esta porción caliente hacia la superficie; mientras que el contenido más frío y denso desciende al fondo, generándose un movimiento convectivo del fluido que calienta toda el agua contenida en la olla.

Radiación: Consiste en la transmisión de calor por ondas electromagnéticas, como ocurre con la luz y el calor del Sol que llegan a la Tierra, energías que no pueden llegar por conducción o convección, por haber un espacio vacío entre ambos astros. Los rayos solares viajan hacia la Tierra en línea directa, lo que se conoce como radiación, y cuando llegan, gran parte de esa energía es absorbida y otra reflejada: las superficies obscuras absorben más radiación y las más claras –como los lagos y océanos– la reflejan en buena parte.

El calor, a través de un equipo, se utiliza para muchos fines: calentar las viviendas, cocinar los alimentos, generar vapor para múltiples usos, calentamiento en procesos industriales diversos, en la fundición de los metales, etc.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS19

La energía eléctrica: Se sabe que la materia está compuesta por átomos. El núcleo del átomo está integrado por protones (carga positiva) y neutrones (sin carga). Alrededor del núcleo y en órbitas giran los electrones que tienen carga negativa. Algunos materiales como los metales están compuestos por átomos que pierden fácilmente sus electrones, y estos pueden pasar de un átomo a otro.

En términos simples, la electricidad es el conjunto de electrones que se mueven entre los átomos de un material, creando así una corriente de electricidad. El ejemplo más claro son los cables de electricidad, a través de los cuales viajan los electrones, casi a la velocidad de la luz.

La fuerza eléctrica que "empuja" a los electrones es medida en voltios (en honor al italiano Alejandro Volta, inventor de la pila eléctrica) y la cantidad de corriente eléctrica se mide en amperios.

La energía química: Es la energía almacenada dentro de ciertas sustancias químicas y materiales. Los combustibles, como la madera, el carbón y el petróleo, son ejemplos de materiales que almacenan energía en forma química y que es liberada en las reacciones de combustión. Las pilas y baterías contienen sustancias con energía química (energía potencial de los enlaces químicos), que cuando en su interior reaccionan unas con otras, se produce una corriente eléctrica, la cual se agota en la medida que se completan las reacciones internas. Una pila cuando se descarga no se puede volver a cargar, son de un solo uso; en cambio una batería puede recargarse si se le suministra una corriente eléctrica. En la vida diaria se usan ambos tipos, siendo las más comunes las siguientes:

Pilas:

Las pilas alcalinas son las más comunes, utilizan el zinc como ánodo y el dióxido de manganeso (MnO2) como cátodo. Las pilas de zinc-carbono, se usan cada vez menos por su menor duración, aunque menor costo que las alcalinas.

Las pilas de litio (LiMnO2) tipo botón, se usan en relojes y otros artefactos.

Baterias:

Las baterías de NiMH, que son las más populares, vienen en paquetes de 2 o 3 baterías cilíndricas. Las baterías de litio (Li-ión) planas que usan los teléfonos móviles.

La energía mecánica: Hay dos tipos de energía mecánica: la cinética y la potencial. La suma de ambas siempre se mantiene constante y es igual a la energía mecánica (salvo en sistemas en los que actúen fuerzas no conservativas).

La energía cinética: Es la energía que tiene un cuerpo en movimiento. Cuanto más rápido se mueve, más energía cinética posee. La cantidad de energía cinética que tiene un cuerpo, depende de la masa que está en movimiento y de la velocidad a la que se desplaza esa masa. Son ejemplos la energía de los vientos (energía eólica), la corriente de agua en descenso (energía hidráulica).

La energía potencial: Es la energía almacenada en una posición elevada y que tiene capacidad de realizar trabajo. Por ejemplo, el agua que está en una presa tiene energía potencial a causa de su posición, la cual al caer por un ducto hace trabajo en un punto más bajo accionando una turbina para generar electricidad.

La energía electromagnética: Consiste en ondas de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a través del espacio a la velocidad de luz. Al espacio donde se encuentran dichas ondas se le llama campo electromagnético. El Sol es la fuente principal de energía electromagnética, pero el hombre ha creado una serie de aparatos que son fuentes de radiación electromagnética que están presentes en el ambiente.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS20

En la vida cotidiana encontramos las secadoras de cabello, los hornos eléctricos y de microondas, los equipos de sonido, los teléfonos móviles, las computadoras, etc., que producen campos electromagnéticos de diversa intensidad, pero que se debilitan con la distancia a la fuente que los provoca.

La energía luminosa o lumínica: Se manifiesta y es transportada por ondas luminosas. No debe confundirse con la energía radiante. Es una forma de energía electromagnética, y se puede transformar en energía eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico que se aprovecha, por ejemplo, en las celdas o paneles solares fotovoltaicos que se usan para producir electricidad.

La energía sonora o acústica: Es la energía transmitida o transportada por las ondas sonoras que atraviesan un medio (aire, agua, cuerpo sólido). Proviene de un foco sonoro que vibra y se propaga a las partículas del medio que atraviesa en forma de ondas.

En 1982, en el Perú se promulgó la Ley 23560 que estableció el Sistema Legal de Unidades de Medida del Perú (SLUMP), y está constituido por:

1. Las unidades del Sistema Internacional de unidades (SI), compuesta por unidades de base, suplementarias y derivadas.

2. Múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI.

3. Unidades de medida que no pertenecen al SI, pero que pueden utilizarse conjuntamente con dicho sistema.

En el SLUMP, la unidad derivada del SI utilizada para medir energía, trabajo y cantidad de calor es el joule (cuyo símbolo es J). Un joule es el trabajo producido por una fuerza equivalente a un newton (N) que se desplaza un metro (m) en la misma dirección del punto donde se aplica la fuerza. En la siguiente tabla se incluyen algunas unidades base y derivadas del SI usadas en el campo energético:

Magnitud física Nombre Símbolo

Unidades de base:

• Longitud metro m

• Masa kilogramo kg

• Tiempo segundo s

• Intensidad de corriente eléctrica ampere A

• Temperatura termodinámica kelvin K

Unidades derivadas:

• Energía, trabajo, cantidad de calor joule J

• Potencia watt w

• Tensión eléctrica volt V

• Temperatura grado Celsius OC

2.2 Unidadesdelaenergía

Tabla 2.1

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS21

En el Perú, comúnmente se utilizan los nombres amperio, vatio y voltio cuando se habla de ampere, watt y volt, respectivamente.

También hay unidades fuera del SI que pueden utilizarse conjuntamente con dicho sistema, como las que se indican en la siguiente tabla:

Magnitud física Nombre Símbolo

Masa tonelada t

Tiempominuto hora día

min h d

Volumen litro L, l

Energía watt-hora Wh

Potencia aparente volt-ampere VA

Potencia reactiva volt-ampere reactivo VAr

Presión bar bar

Por otro lado, hay unidades de medida fuera del SI cuyo uso está muy arraigado en el Perú y deberían evitarse, tales como: caloría (cal), kilocaloría (kcal) y el British Thermal Unit (Btu), cuyas equivalencias son:

1 cal = 4184 J1 kcal = 4184 kJ1000 cal = 1 kcal1 Btu = 0,252 kcal

2.2.1UnidadesdeelectricidadEn el negocio de la electricidad (producción, consumo y comercio) la energía se mide y expresa en watts-hora; mientras que la potencia, en watts, lo que equivale a un joule por segundo (J/s). Asimismo, se usan múltiplos (kilo, mega, giga, etc.), que se eligen según las cantidades de energía utilizadas, así:

Potencia

1 kilowatt (1 kW) = 103 watts = 1000 watts

1 megawatt (1 MW) = 106 watts = 1 000 000 watts

1 gigawatt (1 GW) = 109 watts = 1 000 000 000 watts

1 terawatt (1 TW) = 1012 watts = 1 000 000 000 000 watts

Tabla 2.2

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS22

La cantidad de combustible consumido para producir calor o generar electricidad en centrales térmicas se expresa en unidades físicas, como kilogramos (kg), toneladas (t), litros (L), metros cúbicos (m3), según el tipo de combustible. Por ejemplo, en el Perú se usan las siguientes unidades en función del tipo de combustible:

Petróleo y derivados (gasolina, diésel, petróleo industrial, turbo): litros (L).

GLP: kilogramos (kg o L). Gas natural: metros cúbicos (m3). Carbón, turba: toneladas (t).

En la industria del petróleo está muy arraigado el uso de las unidades galón (gal) y barril (bbl), debido a que provienen de la industria estadounidense que fue el país que inició la explotación de los pozos de petróleo hace décadas. Las equivalencias son:

1 gal = 3,785 L 1 bbl = 42 galones

Muchas veces es necesario comparar los consumos de diferentes energéticos (petróleo, gas, electricidad, etc.) sobre una base común de unidad energética, por ejemplo, cuando se requiere hacer un balance de energía. En este caso es necesario adoptar la misma unidad de energía para sumar los consumos de diferentes energéticos, pues no se podrían sumar toneladas con metros cúbicos.

En América se ha adoptado el barril equivalente de petróleo (BEP) como unidad común, que es equivalente a la energía liberada en la quema de un barril de petróleo crudo (42 galones o 158,97 L). Dicha adopción se basa en las siguientes consideraciones:

Es coherente con el Sistema Internacional de unidades (SI).

Expresa aceptablemente una realidad física de lo que significa.

Está relacionada directamente con el energético más importante en el mundo actual (petróleo) y por lo tanto presenta facilidad en su utilización.

Energía

1 kilowatt-hora (1 kWh) = 103 watts-hora = 1000 Wh

1 megawatt-hora (1 MWh) = 106 watts-hora = 1 000 000 Wh

1 gigawatt-hora (1 GWh) = 109 watts-hora = 1 000 000 000 Wh

1 terawatt-hora (1 TWh) = 1012 watts-hora = 1 000 000 000 000 Wh

2.2.2Unidadesdecombustibles

2.2.3Equivalenciasentreenergías

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS23

Sobre la base del poder calorífico de 1 kg de petróleo, que es de 10 000 kcal, se tienen las siguientes equivalencias:

1 BEP = 0,1388 toneladas equivalentes de petróleo (TEP) 1 TEP = 7,2056 barriles equivalentes de petróleo (BEP)1 TEP = 107 kcal1 TEP = 0,04184 TJ1 BEP = 0,00139 Tcal

Fuente: SIEE 2016. OLADE

A continuación se muestran algunos de los factores de conversión utilizados por la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) para convertir los energéticos de unidades físicas originales a la unidad calórica común BEP:

Equivalencia en BEP de algunas unidades utilizadas en OLADE

1 bbl de petróleo = 1,0015 BEP

1 bbl de gasolina = 0,8934 BEP

1 bbl de diésel = 1,0015 BEP

1 bbl de combustibles pesados = 1,0304 BEP

1 bbl de GLP = 0,6701 BEP

1 bbl de kerosene = 0,9583 BEP

103 m3 de gas natural = 5,9806 BEP

103 kWh de electricidad = 0,6196 BEP

1 t de leña = 2,5940 BEP

1 t de carbón vegetal = 4,9718 BEP

1 t de carbón mineral = 5,0439 BEP

1 t de coque de carbón = 4,8998 BEP

1 kg de uranio = 71,2777 BEP

1 bbl de alcohol = 0,5980 BEP

1 t de bagazo = 1,3114 BEP

Por ejemplo, si se quisiese sumar la energía contenida en 3 bbl de petróleo más 2 t de carbón mineral, no podrían sumarse en sus unidades de volumen y peso respectivamente, pero si se podría en unidades equivalentes BEP. Así sería (1,0015 x 3) + (5,0439 x 2) = 13,0923 BEP.

Tabla 2.3

Tabla 2.4

Fuente: OLADE

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS24

Los combustibles están compuestos principalmente por carbono e hidrógeno, que al arder se combinan con el oxígeno del aire formando dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O), respectivamente.

El poder calorífico de un combustible es la máxima cantidad de calor que se puede obtener de un kilogramo o un metro cúbico de combustible al oxidarse en forma completa, y sus productos son enfriados hasta la temperatura original de la mezcla aire-combustible. Entre los productos de la combustión está presente vapor de agua que, dependiendo de la temperatura de los productos, puede permanecer como vapor, puede condensar parcialmente o condensar completamente. Como el vapor al condensar libera calor mientras más condensado se forme, mayor calor se estará obteniendo del combustible. Esto permite diferenciar entre poder calorífico superior (PCS) y poder calorífico inferior (PCI).

Poder calorífico superior (PCS): Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión se condensa, pasando del estado vapor al líquido, contabilizándose el calor desprendido en este cambio de fase.

Poder calorífico inferior (PCI): Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible sin haber condensación del vapor de agua formado en la combustión, ya que se expulsa como vapor. En este caso no se contabiliza el calor de condensación del vapor.

El PCS siempre tiene un mayor valor que el PCI, de ahí su nombre. En la práctica, en la mayoría de los casos, cuando se quema un combustible, los gases de combustión se evacúan calientes (sin condensación del vapor), por lo que debería usarse el PCI.

El poder calorífico se determina usando un equipo denominado bomba calorimétrica y se expresa en unidades de kJ/kg, kJ/m3, kcal/kg, kcal/m3, etc.

Poder calorífico inferior de algunos combustibles

Combustibles (kcal/kg)

Carbón mineral 7000

Petróleo crudo 10 000

Gasolina 10 500

Diésel 10 200

Fuel oil 9800

Gas natural 8300 (kcal/m3)

Butano comercial 10 938

Propano comercial 11 082

Alcohol etílico 6500

Biogás 4500

Fuente: OLADE

2.3 Podercaloríficodecombustibles

Tabla 2.5

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS25

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) no cambia con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En concreto, ello significa que la energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse de una forma a otra.

La ley de la conservación de la energía afirma que:

1. No hay nada capaz de generar energía.

2. No hay nada capaz de hacer desaparecer la energía.

3. Si se observa que la cantidad de energía varía, siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circundante.

Dicho de otra manera, la energía puede transformarse de una forma a otra o transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece estable (o constante).

Un ejemplo común es el automóvil: cuando el conductor lo pone en marcha, el automóvil aumenta su energía cinética, la cual proviene de la energía química liberada en la combustión de la gasolina inyectada en el motor. No toda la energía química liberada en el motor se transforma en energía cinética, parte es transferida en forma de calor a los diferentes componentes del motor y al aire circundante. Esta energía “se pierde” en el sentido de que no se aprovecha para el movimiento del vehículo. Cuando el automóvil corre con velocidad constante, su energía cinética permanece también constante, pero el motor está funcionando y consumiendo combustible. La energía liberada en la combustión es transferida al aire en forma de calor; si se pudiese medir, se detectaría un leve aumento de la temperatura del aire como resultado del paso del automóvil.

Se entiende por energía primaria a las distintas fuentes de energía tal como se obtienen en la naturaleza, ya sea en forma directa, como en el caso de la energía hidráulica o solar, la leña y otros combustibles vegetales; o después de un proceso de extracción, como el petróleo, el carbón mineral, la geoenergía, etc.

Entre las fuentes de energía primaria más resaltantes tenemos:

Bagazo: Es un material fibroso que resulta de la extracción del jugo de la caña de azúcar, se usa para generar electricidad mediante la combustión (caso de las empresas azucareras).

Bosta: Es excremento de ganado vacuno que es secado y usado como combustible para cocinar a nivel doméstico en zonas rurales.

2.4 Principiodelaconservacióndelaenergía

2.5 Fuentesdeenergíaprimariaysecundaria

Energía primariaa

Desde el punto de vista de la utilización de la energía, podemos clasificar la energía en primaria, secundaria y útil.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS26

Carbón mineral: Combustible mineral sólido, compuesto principalmente de carbono con pequeñas partes de nitrógeno, oxígeno, azufre y otros elementos. Por ejemplo, el carbón antracita, el carbón bituminoso.

Energía solar: Es la energía proveniente del Sol aprovechada para calentar agua, cocción de alimentos y generación de electricidad.

Gas natural: Es una mezcla de hidrocarburos (principalmente metano) que se encuentra en el subsuelo en estado gaseoso o en disolución con el petróleo. Se denomina gas natural asociado si se produce acompañando al petróleo, y gas natural no asociado si se produce sin presencia de petróleo. Es una de las fuentes de energía más abundante, limpia y competitiva.

Hidroenergía: También conocida como energía hidráulica, se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética y potencial de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas.

Leña: Conjunto de ramas, matas y troncos extraídos de árboles y arbustos, cortados en trozos que se utilizan principalmente en el sector doméstico para producir calor mediante su combustión. La leña es la madera utilizada para hacer fuego en estufas, chimeneas o cocinas. Es una de las formas más simples de biomasa.

Petróleo crudo: Es un compuesto químico complejo de color variable, entre el ámbar y el negro. Está compuesto principalmente por hidrocarburos y por pequeñas proporciones de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales en trazas. Se presenta de forma natural en depósitos de roca sedimentaria y solo en lugares en los que hubo mar. El petróleo se formó a partir de restos de plantas y animales (sobre todo plancton marino) que se descompusieron por acción bacteriana en ausencia de aire y bajo gran presión de las capas de tierra, durante millones de años.

Shale gas o gas de esquisto: Es un gas similar al gas natural y está cobrando cada vez más importancia en el mundo. La diferencia con el gas natural radica en que se encuentra incrustado en formaciones rocosas de baja porosidad, a profundidades que pueden superar los 3 km, y su extracción requiere de tecnología no convencional como es la fracturación hidráulica mediante técnicas combinadas de perforación profunda vertical-horizontal.

Yareta: Es una planta umbelífera que crece en zonas andinas de gran altitud. Este vegetal después de ser secado al ambiente es quemado como fuente combustible para uso doméstico generalmente en zonas rurales. Esta planta es conocida también por sus propiedades curativas.

Algunas energías primarias necesitan ser transformadas en energías secundarias antes de su utilización y se realizan en los centros de transformación; algunos de los más resaltantes en el Perú son:

Refinerías: Centros donde el petróleo crudo se transforma en derivados. En las refinerías, básicamente se separa el petróleo crudo en sus diferentes componentes mediante destilación en columnas de fraccionamiento. Existen diferentes tipos de refinerías con distintos tipos de procesos, por los cuales, de acuerdo a la configuración de la refinería, se obtiene una gama de productos, como gasolina, diésel, GLP, petróleo industrial. En el Perú existen refinerías, como: La Pampilla, Talara, Conchán.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS27

Plantas de gas: En las plantas de tratamiento, el gas natural húmedo se procesa en principio con el fin de separar los componentes condensables de la corriente de gas en plantas de separación. Posteriormente, de la fase líquida separada, se procura recuperar hidrocarburos líquidos compuestos, como la gasolina y naftas; hidrocarburos puros, como butano, propano, etano o mezcla de ellos; y productos noenergéticos, como el dióxido de carbono, mediante un proceso de separación física de los componentes.

Centrales eléctricas: Constituidas por centrales térmicas y centrales hidroeléctricas.

Coquerías y alto horno: En la coquería se transforma el carbón mineral en coque y gas de coquería. En el alto horno se transforma el coque y minerales de hierro en arrabio y gas de alto horno.

Carboneras: Es un horno donde se transforma la leña en carbón vegetal.

Se denomina energía secundaria a los diferentes productos energéticos que provienen de los distintos centros de transformación y cuyo destino son los diversos sectores de consumo y/u otros centros de transformación. Entre las fuentes más resaltantes de energía secundaria tenemos:

Biodiésel: Mezcla de ésteres (de acuerdo con el alcohol utilizado) de ácidos grasos saturados e insaturados de diferentes masas moleculares derivados de la transesterificación de aceites y grasas de origen vegetal. Por lo general es una sustancia oleaginosa obtenida a partir del aceite de palma, higuerilla, soya, girasol y otros aceites vegetales.

Biogás: Es el gas, principalmente metano, obtenido de la fermentación anaeróbica de desechos de biomasa. La biomasa es materia orgánica no fósil de origen biológico que puede ser utilizada con fines energéticos para la producción de calor y algunas veces también de electricidad. Bajo este concepto se agrupan el bagazo, la bosta, la yareta y los residuos agrícolas.

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

Carbón vegetal: Es el combustible obtenido de la destilación destructiva de la madera, en ausencia de oxígeno, en las carboneras (horno donde se efectúa la combustión parcial de la leña, produciéndose carbón vegetal, productos no volátiles y volátiles, y que generalmente estos últimos no son aprovechados).

Diésel: Es una fracción destilada intermedia del petróleo con alto contenido de hidrocarburos alifáticos y de alto grado de pureza. Es un combustible concebido y normalizado para ser empleado en motores de combustión interna con ciclo termodinámico Diésel.

Diésel B5: Es la mezcla que contiene diésel al 95% y biodiésel al 5%.

Etanol: Es el alcohol etílico cuya fórmula química es CH3-CH2-OH y se caracteriza por ser un compuesto líquido, incoloro, volátil, inflamable y soluble en agua. Por lo general se obtiene a partir de caña de azúcar, sorgo, maíz, yuca, papa, arroz y otros cultivos agrícolas.

Energía secundariab

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS28

Electricidad: Es la energía transmitida por electrones en movimiento en un conductor. Se incluye la energía eléctrica generada con cualquier recurso, sea primario o secundario, en plantas hidroeléctricas, térmicas, geotérmicas o nucleares.

Gas distribuido: Es el gas natural seco que circula a través de gasoductos para ser distribuido a los usuarios finales (industrias, viviendas, etc.).

Gas industrial: Agrupa los gases combustibles remanentes de la destilación del coque y altos hornos.

GLP (gas licuado de petróleo): Es la mezcla de gases condensables presentes en los líquidos del gas natural o formando parte del petróleo crudo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de condensar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede decir que el GLP es una mezcla de propano y butano.

Gasolina: Es uno de los muchos derivados del petróleo crudo que a diario es usado en el sector transporte.

Gasohol: Es la mezcla que contiene gasolina (de 97; 95; 90; 84 octanos y otras según sea el caso) y alcohol carburante.

Petróleo industrial: Es el residuo de la refinación del petróleo y comprende todos los productos pesados. Generalmente es utilizado en calderas, plantas eléctricas y navegación.

Hidrógeno: No se encuentra en forma natural, se requiere gran cantidad de energía para su producción industrial, ya sea mediante la electrólisis o el proceso de reformación vapor-metano. La energía del hidrógeno puede ser entregada a celdas de combustible y generar electricidad y calor, o ser quemado para hacer funcionar un motor de combustión de un vehículo.

Es la energía disponible para consumo final en los hogares, negocios, industrias (incluyendo los usos no energéticos) y el transporte. Proviene de la transformación y transporte de la energía contenida en los recursos naturales, ya sean de origen renovable o no renovable, pero también incluye el uso directo de energía primaria. Son ejemplos de energía final: el gas para calefacción o la electricidad para iluminación.

Es la energía que dispone el consumidor después de su última conversión. En otras palabras es aquella energía transformada en trabajo útil en un equipo o los procesos correspondientes a los diferentes usos finales. Son ejemplos de energía útil: movimiento de un automóvil, la luz de un foco, el calor del vapor generado al quemar un combustible, etc.

2.6 Energíasrenovablesynorenovables

Energía finalc

Energía útild

Las fuentes de energía pueden clasificarse, atendiendo a su disponibilidad, en renovables y no renovables:

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS29

La única manera de conocer fehacientemente el consumo de energía por un usuario, es midiendo el consumo con un dispositivo denominado medidor.

Dependiendo del energético que se desea medir, el tipo de medidor a usar será específico en cada caso. A continuación se hace una descripción de los medidores de electricidad y gas.

Para conocer el consumo de energía (electricidad, gas, etc.) en una vivienda, comercio, industria, etc., es necesario medirla con un instrumento. Todos los meses las empresas distribuidoras de energía (como ENEL, Luz del Sur, etc.) toman lecturas del consumo de energía en el medidor y en base de ello emiten una factura o recibo que entregan a los usuarios para el cobro respectivo.

2.7 Medicióndelaenergía

2.7.1Medicióndelaelectricidadyfacturación

Energías renovables: Son aquellas provenientes de recursos naturales que están disponibles de forma continua y son inagotables a escala humana; se renuevan continuamente, a diferencia de los combustibles fósiles, de los que existen determinadas cantidades o reservas, agotables en un plazo más o menos determinado. Se caracterizan principalmente (a diferencia de los no renovables) por no emitir gases de efecto invernadero (causantes del calentamiento global) en el uso de este tipo de energía.

Las principales formas de energías renovables que existen son:

Energía hidráulica. Energía marina. Energía solar.

Energía eólica. Energía geotérmica. Biomasa.

En el Capítulo 10 se aborda con mayor amplitud el tema de las energías renovables.

Energías no renovables: Son aquellas provenientes de recursos limitados o fuentes no renovables que se van agotando mientras se consumen. El precio de estas energías aumenta según el tiempo debido a que se van agotando los recursos para producirlas y aumenta su demanda por el crecimiento de la población.

Las principales energías no renovables son:

Carbón mineral y vegetal. Petróleo y sus derivados.

Gas natural. Energía nuclear.

La combustión del carbón, petróleo y gas natural (energías fósiles) produce una serie de gases, siendo el principal de ellos el dióxido de carbono (CO2), causante del efecto invernadero, que está dando lugar a los cambios climáticos en la Tierra.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS30

El medidor de energía eléctrica es un instrumento de precisión que está instalado en los predios y hogares para medir el consumo de electricidad del usuario.

Existen medidores monofásicos y trifásicos, tanto electromecánicos de disco giratorio como electrónicos digitales.

El medidor electromecánico consta de un disco inductivo giratorio que mueven una combinación de engranajes con rodillos numerados (dial), que indica el consumo efectuado por el usuario en kilowatts-hora (kWh). Estos medidores tienen diferentes características de diseño, de tal manera que algunos necesitan 600 vueltas y otros 64 vueltas del disco para marcar 1 kWh.

El medidor electrónico cuenta con circuitos integrados internos y una pantalla donde se visualiza en forma digital el consumo de energía efectuado por el usuario.

En las viviendas, que en la mayoría de los casos se alimentan con corriente monofásica, se usan los medidores tanto del tipo electromecánico como digital, donde la lectura del consumo de energía es directa y sencilla.

Medidor electrónicoMedidor electromecánico

Fig. 2.2 Medidores de consumo eléctrico usados en las viviendas.

Mirando de frente el medidor, se anota la cifra de los rodillos numerados (diales) con solo ver los números de izquierda a derecha. Esta lectura indicará el consumo de energía eléctrica en kWh que hubo hasta el momento de la lectura del medidor. Si se desea saber el consumo de energía en un periodo dado (hora, día, semana, mes), es necesario realizar dos lecturas del medidor en el periodo deseado: inicial y final.

A continuación mostramos un ejemplo con el cual daremos a conocer el consumo de energía registrado por un medidor en un periodo de un mes; para ello se toma una lectura inicial en un día dado (14 534 kWh), luego de 30 días (de preferencia a la misma hora) se vuelve a tomar la lectura final (14 786 kWh). Luego la diferencia de lecturas (14 786 – 14 534 = 252) multiplicada por el factor del medidor (en este caso 1) nos da el consumo del mes, es decir 252 kWh/mes. Suponiendo que las mismas lecturas se hubiesen tomado en un periodo de 24 horas, entonces el consumo hubiese resultado en 252 kWh/dia.

Medición de la electricidada

Lectura de un medidor electromecánicob

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS31

55 000 801

1 4 5 3 4

1 4 5 3 4

55 000 801

1 4 7 8 6

1 4 7 8 6

Lectura anterior Lectura actual

Lecturaactual

Lecturaanterior Factor

medidorConsumomensual – x =

14 786 14 534 1 252 kWh

Fig. 2.3 Ilustración de cómo tomar lecturas y determinar el consumo eléctrico en un medidor.

Las empresas eléctricas usan un periodo mensual para leer el consumo de energía eléctrica en los medidores, valor que reportan en los recibos.

Lectura de un medidor electrónico:La lectura del medidor electrónico es similar al caso del medidor electromecánico, solo que en lugar de leer los números en los rodillos numerados, se lee los números directamente en la pantalla (display) del medidor. El consumo de energía en kWh se calcula de la misma manera.

Verificación del medidor de energíaPara saber si un medidor electromecánico de energía está funcionando bien, es necesario realizar el siguiente procedimiento: desenchufar todos los artefactos y apagar todas las luces de la vivienda, luego fijarse en el disco del medidor, si este se ha detenido completamente, su instalación eléctrica está en buenas condiciones y también el medidor de energía eléctrica.

Si a pesar de haber desconectado todos los artefactos y apagado las luces, el disco del medidor continúa girando, entonces se deberá desconectar el interruptor general de la vivienda y observar:

Si el disco del medidor se detiene, significa que existen fugas a tierra en las instalaciones eléctricas de la vivienda, lo cual implica un consumo adicional de energía y mayor gasto en la factura mensual. Las fugas a tierra deben ser ubicadas y reparadas por un técnico calificado.

Si el disco del medidor continúa girando, quiere decir que existe alguna falla en el mismo medidor o en el alimentador de energía a la vivienda, lo cual es necesario comunicar a la empresa concesionaria de electricidad.

La verificación del medidor electrónico es similar al caso anterior, solo que en lugar de observar el giro del disco, se observara si los dígitos de la pantalla del medidor cambian.

Cabe señalar que el OSINERGMIN supervisa la buena calidad del servicio eléctrico en las viviendas y ello comprende también a los medidores de energía. En tal sentido si alguien hace un reclamo sobre el medidor de su vivienda y la empresa concesionaria no le responde satisfactoriamente, el usuario tiene la facultad de recurrir al OSINERGMIN sobre el reclamo no atendido.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS32

Todos los recibos de energía eléctrica tienen información que es conveniente conocerla, por ejemplo, en el recibo de la página siguiente los números indican cada detalle:

1. Identifica al usuario mediante su número de suministro.

2. Indica la tarifa que se le aplica al usuario, cuyo valor está señalado con un flecha (0,4894 soles por kWh para la ciudad de Lima).

3. Indica el consumo mensual en kWh, que es el resultado de la diferencia entre la lectura del mes actual menos la del mes anterior (en este caso 80 kWh).

4. Indica un factor del medidor, que considera 1 cuando el medidor da una lectura directa.

5. Indica el consumo a facturar en kWh.

Fig. 2.4 Explicación de un recibo de consumo de electricidad

1423554NO DE SUMINISTRO

Se Oc Nv Di En Fe Mr Ab My Jn Jl Ag Se 20190

38

74

114

152

190

kWh

*****50,30TOTAL A PAGAR S/

DATOS DEL SUMINISTRO

DETALLE DEL CONSUMO

HISTORIA DE CONSUMO

MENSAJE AL CLIENTE

DETALLE DE LOS IMPORTES FACTURADOS

Mes Facturado SETIEMBRE 2019

Descripción Precio Unit Importe

Cargo fijo 2,61

Mant. y Reposición de conexión 1,07

Consumo Energía Exceso 30 kWh 0.4894 24.47

Consumo Energía Primeros 30 kWh 11.01

Alumbrado Público 2.30

I.G.V 7.56

Electrificación Rural (Ley No28749) 0,0084 0.67

SUBTOTAL DEL MES 50.29

Ajuste sencillo mes anterior 0,01Ajuste sencillo mes actual 0,00

TOTAL IMPORTES FACTURADOS 50,30

Tarifa BT5B Residencial

Conexión Subterránea C2.1

Alimentador MO-13

Potencia contratada 9,90 KW

Nivel Tensión 220V

Medidor Monofásico

Lectura Actual 745.40 (12/09/2019)

Lectura Anterior 665,40 (13/08/2019)

Diferencia lecturas 80,00

Factor del medidor 1

Consumo a facturar 80,00 kW.h

1

678

91011

12

13

14

2

345

15

El total a pagar incluye descuento por FOSE (Ley 27510) S/.3,67

16

LUZ DEL PERÚ

Facturación de la electricidadc

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS33

6. Indica el cargo fijo, que es el costo asociado a la lectura de los medidores, al procesamiento, a la facturación, al reparto de los recibos y a la cobranza.

7. Indica el costo asociado al mantenimiento y reemplazo de los componentes cuando se malogran o al final de su vida útil.

8. Indica el costo del consumo de energía. El exceso sobre 30 kWh es el resultado de multiplicar el punto 2 (tarifa) por la diferencia entre el punto 5 (consumo a facturar) menos 30 lo que resulta (80 - 30) x 0,4894 = 24,47 soles. El consumo de los primeros 30 kWh es un cargo según la tarifa aplicada (11,01 soles).

9. Indica el costo del alumbrado público, que todos pagamos para disfrutar de la iluminación en las calles de la ciudad (no solo de nuestra calle), en este caso asciende a 2,90 soles y es proporcional al consumo.

Detectar fácilmente si hubo o hay alguna anomalía en nuestro consumo. Hay que considerar que en ciertas estaciones consumimos más energía que en otras. Probablemente nuestro consumo se eleve un poco más en invierno si utilizamos intensivamente las termas o duchas eléctricas o sistemas de calefacción.

Verificar si las medidas de eficiencia energética, que estamos implementando en nuestros hogares, están dando resultados, ya que el consumo debería bajar.

16. En este recuadro la empresa distribuidora hace llegar mensajes al cliente. En este caso indican que el monto señalado es la contribución del Fondo de Compensación Social Eléctrica (FOSE), que pagan todos los que consumen más de 100 kWh/mes para subsidiar las tarifas de los que consumen menos de 100 kWh/mes. En este caso, el usuario tiene un descuento de 3,67 soles que ya se encuentra incluido en el monto total de la factura.

10. Indica el IGV (18%), que se aplica a la suma de los puntos 6; 7; 8 y 9 anteriores

(2,61 + 1,07 + 24,47 + 11,01 + 2,90) x 18/100 = 7,56 soles.

11. Indica la contribución que todos los usuarios hacemos para la electrificación rural del país. Comprende el valor de 0,0084 soles por cada kWh facturado, que multiplicado por el valor del punto 5, da como resultado 80 x 0,0084 = 0,67 soles.

12. Es el subtotal de toda la columna.

13. Son las correcciones contables que se realizan por los redondeos.

14. Indica la suma de los tres últimos elementos de la columna, que es el monto de la facturación mensual que debemos pagar y que más abajo se remarca con números grandes

(50,29 + 0,01 – 0,00 = 50,30 soles).

15. Este gráfico nos muestra cómo ha evolucionado nuestro consumo en los últimos doce meses y nos sirve para:

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS34

Hay tres formas de medir el consumo de gas dependiendo de la forma como es suministrado:

Medición en cilindros de GLP:

En el Perú los cilindros de GLP más usados en las viviendas y comercios tienen una capacidad de 10 kg y 45 kg (peso neto), respectivamente. Para determinar el consumo de gas en un periodo dado, hay que saber el tiempo aproximado que dura el gas del cilindro, desde que se instala hasta que se termina. El consumo diario se calcula dividiendo la cantidad de kilos entre el número de días que duró el contenido del cilindro. Ejemplo: si el cilindro es de 10 kg y tardó 25 días en terminarse, el consumo promedio fue de 0,4 kg/día.

Medición en tanque estacionario o ducto:

Se aplica si el gas llega a una vivienda por un ducto, ya sea desde una red externa de gas natural o desde un tanque estacionario de GLP situado en la azotea de un edificio y que da servicio a varios departamentos, contando cada vivienda con un medidor de gas. Para saber el consumo de gas, debe tomarse la lectura del medidor por un periodo dado (día, semana, mes, etc.). Para ello se anota lo que indica el dial del medidor (m3) y la fecha, luego del periodo que se quiera medir, se toma de nuevo la lectura (m3) y la nueva fecha. La diferencia entre la primera y la segunda lectura equivale al consumo de gas en el periodo considerado (m3/dia, m3/mes, etc.).

Fig. 2.5 Medidor típico de gas que se instala en las viviendas.

Las empresas suministradoras de gas por ducto usualmente toman lecturas en forma mensual, por lo que el consumo se expresa en m3/mes, que es lo que se reporta en el recibo de gas.

Medición desde el camión tanque:

Si se cuenta con un tanque estacionario que solo da servicio a un edificio, la medición se puede hacer en el propio medidor del camión tanque de GLP, cuando este carga el gas al tanque estacionario del edificio. En este caso el distribuidor entrega un recibo con la cantidad de gas

2.7.2Medicióndelconsumodelgasyfacturación

Medición del consumo de gasa

El gas que se consume en los hogares y comercios del Perú es de dos tipos diferentes: gas licuado de petróleo (GLP) que se suministra en cilindros o desde tanques estacionarios; y el gas natural que se suministra por ductos (tuberías). Como se mencionó antes, el GLP está compuesto principalmente por una mezcla de propano y butano; mientras que el gas natural está compuesto principalmente por metano, siendo el GLP más pesado que el aire y el gas natural más liviano.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS35

transferido al tanque estacionario, el precio y la fecha. Para determinar el consumo, solo hay que observar los días transcurridos entre una y otra carga, así como la cantidad de gas recibido; luego dividir la carga (kg) entre los días transcurridos, con lo que se obtendrán los kg/día consumidos.

Fig. 2.6 Camión tanque para el transporte y suministro de GLP.

En los hogares donde la empresa concesionaria suministra el gas natural, se tiene instalado un gabinete que alberga al medidor de gas, además del regulador de presión y válvula de corte. El medidor es del tipo diafragma y su funcionamiento es puramente mecánico y radica en que la propia presión del gas produce el llenado y vaciado alternativo de dos cámaras de paredes deformables (diafragmas) de volumen establecido, las cuales accionan unos mecanismos y engranajes que posibilitan el conteo del volumen del gas consumido.

Al igual que en el caso de la energía eléctrica, cada mes la empresa distribuidora de gas realiza las lecturas del medidor y basándose en ello, emite el recibo con el consumo de gas a pagar. Conozcamos el detalle de un recibo de gas natural.

1. Identifica al usuario mediante un código de cliente.2. Indica las lecturas tomadas en el medidor por el distribuidor de gas en el mes actual y el

anterior.3. Indica el consumo de gas del mes (m3) que se obtiene restando las lecturas del medidor (lectura

actual – lectura anterior).4. Indica la evolución mensual del consumo de gas (sm3/mes).5. Indica el costo del consumo de gas del mes, que en este caso es de 15,29 soles. Este monto

se calcula de acuerdo con las tarifas aplicadas, el volumen facturado (43 m3) y los días de consumo en cada mes que se tomaron las lecturas (23 días en septiembre y 5 días en octubre, total 28 días de consumo), de la siguiente manera:

Facturación del consumo de gasb

Septiembre: 0,3430 x 43 x 23 = 339,2270

Octubre: 0,4095 x 43 x 5 = 88,0425

Total: 427,2695

Importe por consumo de gas: 427,2695/28 = 15,29

6. Cargos por transporte, distribución y comercialización del gas por las tuberías, que suman un total de 32,87 soles.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS36

PARA PAGOS Y/O CONSULTAS SU NÚMERO DE CLIENTE ES:

103353Nº DE RECIBOS VENCIDOS

FECHA DE VENCIMIENTO

FECHA DE EMISIÓN

11.10.2018

26.10.2018TARIFAS APLICADAS Importe Unidad

DETALLE DE CONSUMO Cantidad Unidad

HISTORIA DEL CONSUMO

MENSAJES AL CLIENTE

Tipo de Usuario ReguladoTipo de tarifa ReguladaCategoría Tarifaria CAT-A2Gas Natural Precio Medio del gas natural pagado por el distribuidor al productor 0.4095 S/ sm3Servicio de Transporte Costo Medio del Transporte 0.1843080 S/ sm3 Servicio de Distribucción Distribucción Variable 0.4523422 S/ sm3Comercialización Fijo 5.6615 S/ sm3

Nº Medidor 101472Lectura Anterior: 5,270 (07.09.2018)Lectura Actual: 5,313 (05.10.2018)Volumen Consumido a Condiciones de Lectura 43,00 m3

Factor de Corrección del Volumen 1,0000Volumen a Condiciones Estándares 43,00 sm3

Volumen Facturado 43,00 sm3

Poder Calorífico Superior Promedio del Gas Natural 0,0398737 GJ/sm3

DETALLE DE FACTURACIÓN

S/.

Consumo del Período 48.16Gas Natural 15.29

Servicio de Transporte 7.77Servicio de DistribuciónDistribución Variable 19.44Comercialización Fijo 5.66

Subtotal Conceptos Afectos a IGV 48,16

Impuesto General a las Ventas 18% 8.67

Total Facturado en el Mes 56.83

Redondeo mes actual -0,03

Redondeo mes actual S/. 56,80

SON: CINCUENTA Y SEIS CON 80/100 SOLES

DEUDA AL IMPORTE A PAGAR

S/. 56.80

SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR JUN JUL AGO SEP OCT

15

30

45

60sm3

Consumo Promedio (13 meses): 35,69 sm3/mes

1

2

4

5

6

73

8

9

10

Los importes por cada uno se calculan en forma similar al importe por consumo de gas.

7. Indica el subtotal de 48,16 soles, que es la suma de 15,29 y 32,87 soles, y que está afecto al impuesto general a las ventas. Nótese que se paga más por los conceptos de transporte, distribución y comercialización del gas.

8. Indica el monto del IGV = 48,16 x 18/100 = 8,67 soles.

9. Es el total facturado en el mes, 56,83 soles, siendo la suma de 7 + 8.

10. Es el monto mensual que tenemos que pagar luego de ajustes por los redondeos del mes: 56,83 – 0,03 = 56,80 soles.

Fig. 2.7 Explicación de un recibo de consumo de gas natural

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS37

En el caso del gas natural, se puede determinar de manera práctica el consumo de cada uno de los equipos. Normalmente los elementos que se utilizan en casa y que funcionan con este energético son la cocina de gas y el calentador de agua a gas, también conocida como terma de gas. Para conocer qué equipo consume más, y así tener una referencia para el uso eficiente de la energía, se pueden realizar mediciones directas con ayuda del medidor de gas.

En el mundo, aproximadamente el 70% de las emisiones de gases de efecto invernadero – GEI (principalmente CO2) provienen del sector energético (AIE, 2014); es decir, la quema de combustibles en la generación de electricidad, el transporte, las industrias, las viviendas, el comercio y otras actividades. En el Perú, según el MINAM (INGEI 2012), el sector energético emitió el 26% de los GEI, siendo los principales responsables de ello el transporte, la minería, las industrias de energía y manufactura, y en menor medida las viviendas, comercios y entidades públicas.

La quema de combustibles fósiles (gas, petróleo, carbón) producen gases de combustión que se evacúan a la atmósfera a través de chimeneas o escapes, estos gases están compuestos principalmente por dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx)*, dióxido de azufre (SO2), partículas, además de nitrógeno (N2) y oxígeno (O2) residuales del aire usado en la combustión; mientras más combustible se queme, mayor será la cantidad de gases de combustión emitidos a la atmósfera.

Los componentes de los gases de combustión, el CO, los NOx, el SO2 y las partículas se consideran contaminantes del aire y potencialmente dañinos para el hombre, por lo que están regulados en la legislación ambiental de la mayoría de países del mundo.

2.8 Impactoambientalporelusodelaenergía

1. Apagar ambos equipos.

2. Tomar nota de lo que marca la lectura del medidor.

3. Encender la cocina y hacer funcionar cada una de las hornillas de la cocina por 15 minutos.

4. Hacer una lectura del medidor y por una simple resta determinar la cantidad de metros cúbicos consumidos por cada una de las hornillas.

5. Apagar la cocina.

6. Tomar nota de lo que marca el medidor.

7. Hacer funcionar la terma de gas por 15 minutos.

8. Hacer una nueva lectura del medidor y por una simple resta determinar la cantidad de metros cúbicos consumidos por la terma.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS38

Contaminante Efectos en el hombre

COReduce el aporte de oxígeno a órganos y tejidos, pudiendo causar asfixia. El efecto es mayor para quienes padecen afecciones cardiovasculares. A concentraciones altas el CO reduce la percepción visual, la destreza manual y la capacidad mental.

NOx (NO + NO2)

El NO2 irrita los pulmones, causa bronquitis y neumonía, reduce la resistencia a las infecciones respiratorias.El NO es un gas tóxico.

SO2Afecciones respiratorias, debilitamiento de las defensas pulmonares, agravamiento de enfermedades respiratorias y cardiovasculares ya existentes y muerte.

Partículas

Agravamiento de afecciones respiratorias y cardiovasculares ya existentes, alteración de los sistemas de defensa del organismo, daños al tejido pulmonar, carcinogénesis y mortalidad prematura. El daño depende del grado de penetración en el sistema respiratorio.Se consideran peligrosas las partículas de un tamaño menor a 10 micras ya que pueden llegar a los pulmones.

Efectos de los gases de combustión y partículas

*NOx es la denominación de la suma del óxido nítrico (NO) y del dióxido de nitrógeno (NO2)

Por otro lado, los gases como el SO2 y NOx una vez descargados en la atmósfera sufren reacciones químicas en presencia de la humedad de las nubes, transformándose en ácido sulfúrico y nítrico, respectivamente, llegando a precipitar como lluvia ácida (pH < 5,6), la cual una vez que cae en la tierra ocasiona efectos negativos, como la acidificación de suelos, lagos, ríos, daño a la vegetación, a los bienes, etc.

El CO2 no es un gas tóxico ni se considera un contaminante como tal, pues es un componente natural del aire. El problema surge del hecho de que concentraciones crecientes de CO2 en la amósfera, por causa de la actividad humana, pueden causar cambios climáticos al verse afectada la temperatura de la corteza terrestre lo que se conoce como Efecto invernadero.

Fig. 2.8 Efecto invernadero.

Tabla 2.6

Energía solar

El calentamiento de los océanos

genera vapor, que se suma al calor

atrapado por exceso de CO2.

La Tierra irradia calor (radiación infrarroja) hacia

la atmósfera.

Calor es reflejado a la Tierra

nuevamente.

Fuentes de emisión de CO2: consumo de combustibles fósiles en los industrias, el sector

residencial y comercial.

Cerca del 30% de la radiación infrarroja es

reflejada por la atmósfera al espacio.

Calor atrapado por exceso de CO2

50% de la radiación solar es absorbida por lo

superficie de la Tierra.

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS39

El efecto del calentamiento de la corteza terrestre se debe a que el CO2, lo mismo que el vapor de agua, deja pasar (es transparente) la radiación de corta longitud de onda que proviene del Sol, pero absorbe la radiación infrarroja de mayor longitud de onda reflejada por la tierra, lo que puede dar lugar a un calentamiento excesivo de las capas bajas de la atmósfera si es que la concentración del CO2 se incrementa. Este efecto es similar al que produce el techo de vidrio de un invernadero, de ahí su nombre.

Las Naciones Unidas estima que si la concentración de CO2 en la atmósfera llegase a 450 ppm en unos 20 años, la temperatura de la Tierra se podría incrementar a 2 oC, situación que traería efectos muy negativos para los ecosistemas y el futuro de la humanidad. Es la razón por la cual el mundo debe realizar acciones para que no se sobrepasen esos valores.

Se considera que la eficiencia energética es una poderosa herramienta para luchar contra la contaminación del aire y el cambio climático; pues haciendo un uso eficiente de la energía, se consumirá menos combustibles y se producirán menos emisiones al ambiente.

El Perú frente al cambio climático

El Perú produce aproximadamente 0,3% de las emisiones mundiales de GEI; es decir, una mínima parte, siendo los principales emisores los países desarrollados. No obstante ello, estamos dentro de los diez países afectados por el cambio climático. De hecho, desde 1970 el Perú ha perdido más del 40% de su superficie glaciar (ANA, 2014), la que nos provee de agua dulce para el consumo humano y también sirve para generar la energía eléctrica, pues según el COES en el 2018 el 55,2% de la energía eléctrica total del país fue generada en centrales hidroeléctricas, otro 37,5% en las centrales térmicas y 7,3% en centrales con energías renovables). Además de ello, el cambio climático amenaza a la agricultura, ganadería y pesca, actividades económicas importantes en el país.

Fig. 2.9 Proceso de generación de lluvia ácida.

NubesSO3 + H2O H2S04

4NO2 + 2H2O + O2 4 HNO3

Lluvia ácida

Centraltérmica

Automóvil

OXID

ACIÓN

Industria

NOx

Lago

SO2 NOx

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS40

El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es un procedimiento objetivo de evaluación de las cargas energéticas y ambientales que implica un determinado proceso o actividad, que se realiza identificando los materiales, la energía utilizada, los residuos y emisiones descargados al ambiente. La evaluación se realiza en el ciclo de vida completo del proceso o actividad, incluyendo la extracción y tratamiento de la materia prima, la fabricación, el transporte, la distribución, el uso, el reciclado, la reutilización y el despacho final.

El ACV puede aplicarse también al consumo de la energía en sus diferentes formas. Por ejemplo, en el caso de la energía eléctrica, esta produce un impacto ambiental tanto en origen (fósil o renovable) como en la producción, el uso y en el tratamiento de residuos y emisiones, como cualquier otro producto de consumo.

El IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía) de España ha realizado un ACV asociado a la generación de 1 kWh de energía para algunas tecnologías de generación eléctrica, partiendo de la evaluación física de los impactos, su clasificación y comparación. Posteriormente, se reducen todos los valores obtenidos a unos valores finales que determinarán lo que se denomina ecopuntos. Cuanto mejor es (desde el punto de vista ambiental) la fuente energética, menos ecopuntos debe tener. El resultado se muestra en la tabla 2.7. Al ordenarlos de mayor a menor impacto, los resultados muestran que las centrales minihidráulicas y centrales eólicas, seguidas por el gas natural, son las de menor impacto ambiental.

Comparación de los impactos ambientales de diversas tecnologías de generación eléctrica

Calentamientoglobal

97,00 109,00 2,05 15,40 95,80 2,85 0,41

53,10 1,95 4,12 3,66 0,86 1,61 0,05

261,00 265,00 3,33 97,00 30,50 3,49 0,46

9,76 11,60 0,28 1,97 6,97 0,27 0,06

244,00 728,00 25,00 167,00 46,60 40,70 2,58

540,00 84,30 2,05 75,70 22,10 9,99 0,76

135,00 124,00 1,50 53,30 3,08 1,48 0,15

36,90 3,05 0,32 3,03 3,47 1,25 0,06

0,02 0,05 2,19 0,12 0,00 0,01 0,00

0,62 12,90 0,28 1,84 0,58 0,29 0,52

7,11 10,60 565,00 34,90 1,34 1,83 0,32

13,60 5,47 65,70 7,06 55,80 0,91 0,07

1398,11 1355,92 671,82 460,98 267,10 64.68 5,44

Disminución decapa de ozono

Acidificación

Metales pesados

Sustanciascancerígenas

Niebla de invierno

Niebla fotoquímicaRadiacionesionizantes

Residuos

Residuos Radiactivos

Agotamiento de Recursos energéticos

Total de ecopuntos

Petróleo Carbón Nuclear SolarFoto-

voltaica

Gas natural

Eólica Mini- hidráulica

Sistemasenérgeticos

Impactosambientales

ECOPUNTOS

Eutrofización

Fuente: IDAE. Impactos Ambientales de la Producción Eléctrica: Análisis de Ciclo de Vida de ocho tecnologías de generación eléctrica. Madrid. 1999

2.9 Ciclodevidadelosrecursosenergéticos

Tabla 2.7