¿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
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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.
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