¿Qué necesitamos: energía o exergía?

José Ángel Sotolongo Pérez
Ingeniero eléctrico.
Rafael Parúas Cuza
Ingeniero termofísico.
Ángel Almarales Arceo
Licenciadoen Química.
Carlos Blanco Laborí
Licenciado en Matemática
y Computación.Especialistas
del Grupo de Energía, del CITMA, en Guantánamo. Miembros de CUBASOLAR.
Tel.: (53 21) 325241
E-mail: sotolongo@cubasolar.co.cu

 

Una reflexión polémica y actual.

La energía ha pasado a ser el primer factor estratégico para la vida de cualquier nación. Los problemas energéticos no son inherentes solamente a nuestro país y al período especial, sino de carácter global y de ellos no escapa ningún país por poderoso que sea.
La exergía, término introducido por Rant en 1956, es la porción de energía que puede ser transformada en trabajo mecánico (la parte restante, sin utilidad práctica, recibe el nombre de anergía).

La exergía es la medida cuantitativa de la máxima cantidad de trabajo que puede obtenerse de un desequilibrio entre un sistema físico y el ambiente que lo rodea, o entorno; determina de forma cuantitativa el valor termodinámico de cualquier recurso y permite analizar rigurosamente el desperdicio de los recursos en las actividades de una sociedad, estableciendo pautas cuantitativas para su ahorro y uso eficiente.

El mayor contenido de exergía en un determinado tipo de energía será lo más valioso desde el punto de vista tecnológico y económico. La crisis del petróleo ocurrida a principios de la década de los setenta y el desafío a que se vieron enfrentadas las economías de los países, puso en primer plano este nuevo –para nosotros– concepto.

Los países reaccionaron ante estos problemas buscando nuevos proveedores, disminuyendo los gastos de combustible mediante el ahorro y el uso más eficiente de estos recursos (en todos los sectores de la sociedad, industria, transporte, agricultura), mientras que los que estaban en condiciones de hacerlo se lanzaron a una febril labor de investigación de las fuentes renovables de energía. La parte termodinámica del problema fue retomada por muchos científicos de todo el mundo.

El concepto de exergía (en sus orígenes se denominaba como «trabajo disponible», «energía utilizable» y otros términos) está indisolublemente asociado al de desequilibrio entre un cierto sistema y su entorno, es decir, es una cantidad física que depende de la variable de dos sistemas como mínimo. Encontramos exergía acumulada en los mares tropicales por la diferencia de temperatura entre el fondo y la superficie, en la masa de agua de una presa que se encuentra por encima del nivel del mar debido a la diferencia de alturas, en una masa de vapor de agua en el subsuelo por la diferencia de presión y temperatura con respecto al aire de la atmósfera, o en una masa de petróleo o carbón por la posibilidad de combustión en la atmósfera.

De que el petróleo y el carbón cuentan con exergía, se puede dar uno cuenta porque al quemarles en una termoeléctrica se genera trabajo y electricidad. Lo mismo ocurre con el mar tropical, la masa de vapor geotérmico y la masa de agua, de las cuales se puede obtener trabajo mecánico interponiendo un motor térmico entre estos sistemas y la atmósfera, y seguidamente convertir este trabajo en electricidad. De esto pueden dar fe las plantas de gradientetérmico marino de Hawai, las plantas geo-termoeléctricas mexicanas de Cerro Prieto en Baja California, o las decenas de minihidroeléctricas instaladas en presas de nuestro país. Por su enorme magnitud, y por su carácter renovable, a estos recursos se les puede considerar como prácticamente inagotables.



Composiciónde la energía.

La creación de exergía se realiza destruyendo la exergía existente en otras partes (como cuando la elevación de agua se lleva a efecto mediante un motor eléctrico, que al mismo tiempo funciona por la quema de la exergía química de los combustibles en las termoeléctricas); y de la forma mecánica o termodinámica que se realice habrá una que implique un menor gasto de exergía. La diferencia entre la exergía mínima requerida y la consumida nos da una medida del despilfarro del recurso del cual se obtuvo esta última y, por ende, calcular el potencial de su ahorro.

Una manera de medir la utilización adecuada de los recursos exergéticos es mediante la eficiencia exergética, que no es más que el cociente de la exergía mínima y la exergía consumida en la tarea (su valor máximo es uno), y que es distinta de la eficiencia energética tradicional, la cual es el cociente de la relación entre la energía de salida (útil) y la energía de entrada a un determinado dispositivo.

El grupo de energía del CITMA, de Guantánamo, trabaja ahora en está línea, específicamente en la eficiencia exergética de los sistemas industriales. En este sentido, comienza un trabajo orientado a establecer la eficiencia y determinar las pérdidas de los procesos industriales, específicamente en la Empresa de Productos Lácteos de Guantánamo. Los datos obtenidos en la evaluación de la caldera de esta entidad (una de las más eficientes de su tipo en el territorio), arrojaron resultados que corroboran la utilidad de este enfoque.



Diagrama de Grassman.

En el balance de energía se determinó que se pierde 13,7 % de la energía térmica que entra al generador de vapor. Las mayores pérdidas corresponden a los gases de combustión (13,6 %), después les siguen las purgas (2,6 %), los inquemados (1,5 %) y por otras causas se pierde 2 %.

Con la aplicación del balance exergético se determinó que el producto vapor sólo contiene 24,1 % de la exergía total del fuel, destruyéndose alrededor de 75,9 % de la exergía, como consecuencia de las irreversibilidades. Para producir una unidad de exergía del producto vapor, la caldera emplea 4,22 unidades de exergía del fuel.

Para una mejor comprensión se expone el diagrama de Grassmam, que muestra la destrucción de exergía en los principales procesos del generador de vapor, con relación a la exergía del combustible. Estos datos son sorprendentes y preocupantes, pues muestran que la caldera es un sistema altamente destructor de exergía, y evidencian que nuestra percepción de la realidad está distorsionada a la luz del análisis exergético.
Por tal razón, es necesario depurar el lenguaje cotidiano, y hablar propiamente de consumo de exergía y ahorro de exergía, y no de «consumo de energía».

En el mismo sentido, a la luz de estos conceptos debe quedar claro que la definición de la energía como la «capacidad para realizar trabajo» es falsa, pues en rigor esta propiedad es inherente sólo a la exergía y no a la energía.