Ciencia para la eficiencia

En mi opinión, cuando se trata de acatar órdenes,  hay pocas cosas que den tanta rabia que asumir mandatos sin entender por qué debemos hacerlo. Es sumamente frustrante hacer o dejar de hacer algo “porque lo digo yo, y ya está”, y quizá es el motivo por el que cuando salimos de la infancia cuestionamos constantemente la autoridad que no vaya acompañada de buenas razones.

Esto me ha llevado a pensar que la mejor forma de conseguir que la gente de mi entorno se acuerde de desenchufar aparatos que no están en uso es explicarles qué es lo que pasa cuando no lo hacen.

En mi casa hay una pequeña radio que venía sin transformador, diseñada para ser usada a pilas, pero que como está fija en una habitación, se le puso un transformador de voltaje variable, y así no se gastan baterías. El problema es que dicho transformador está conectado constantemente y por más que he dicho que hay que desenchufarlo, cada vez que entro en la habitación me lo encuentro ahí, enganchado a la pared, estando la radio apagada, o a veces incluso encendida y en silencio, lo que es igual de inútil.

Así que he optado por colocar éste cartel al lado:

(Click para agrandar)

Es otro posible uso de la ciencia para la eficiencia. ¿no?

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La termodinámica y la economía

Llevo un tiempo leyendo (a ratos) el libro del economista Jeremy Rifkin “La Economía del Hidrógeno“. Tuve ocasión de leer un artículo de este autor (de un tema completamente distinto) y me llamó la atención su trabajo. El libro, publicado en 2002 habla de la transición a nuevo modelo energético basado en el vector hidrógeno como medio de almacenamiento de la energía producida a partir de fuentes renovables. Este modelo plantea la autonomía energética de las naciones al no depender de combustibles fósiles provenientes de regiones en conflicto, y reta a construir un nuevo modelo económico. Jeremy Rifkin hace tiempo que habla de la tercera revolución industrial.
El caso es que en el tercer capítulo del libro “La energía y el auge y caída de las civilizaciones” hace un planteamiento interesante, y es que, por encima del dinero, es la energía la que mantiene nuestro nivel de vida, y es la capacidad de gestionar los flujos de energía la que determina que una región prospere o decaiga. Hablar de flujos de energía significa adentrarse en las leyes de la termodinámica, que a fin de cuentas son las que dictan las normas para el uso de la energía. Resulta curioso que un economista se meta en conceptos propios de físicos y químicos, y es precisamente eso lo que me ha llamado la atención del libro, que es capaz de explicar esos conceptos que a mí me enseñaron en forma de expresiones matemáticas y números como algo más asequible a personas con menos base científica.

Copia a continuación un extracto de este capítulo.

La primera y la segunda ley de la termodinámica establecen que  “la energía total que contiene el universo es invariable y la entropía total aumenta constantemente”. La primera ley, según la cual la energía total contenida en el universo es invariable, recibe a veces el nombre de ley de la conservación. Significa que la energía ni se crea ni se destruye. La cantidad de energía contenida en el conjunto del universo permanece fija desde el origen de los tiempos y seguirá así hasta el final de los mismos. Todos los seres humanos que han nacido y todas las cosas que los seres humanos han construido en el curso de la historia son energía que ha sido transformada de un estado a otro. (…) Cuando un ser humano muere y se descompone, así como cuando nuestros objetos materiales se desintegran, la energía que se libera encuentra su camino de vuelta a la naturaleza.

Aquí es donde entra en juego la segunda ley de la termodinámica. La energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma constantemente, pero siempre lo hace en una dirección: pasando de disponible a no disponible. Si quemamos un trozo de carbón, por ejemplo, la energía permanece, pero se transforma en dióxido de sulfuro, dióxido de carbono y otros gases que se liberan en el espacio. No se ha perdido ninguna cantidad de energía en el proceso y, sin embargo, ya no podremos volver a quemar jamás ese pedazo de carbón y convertirlo en trabajo útil.

La segunda ley dice que siempre que la energía se transforma, una parte de la energía disponible se pierde en el proceso, es decir, ya no está en condiciones de realizar trabajo útil. Esta pérdida de energía aprovechable recibe el nombre de entropía y es uno de los conceptos más importantes y al mismo tiempo menos comprendidos y apreciados de la física. (…)

Clasius* observó que para convertir energía en trabajo debe existir una diferencia en la concentración de energía (por ejemplo, una diferencia de temperatura) en partes diferentes del sistema. El trabajo se produce cuando la energía pasa de un nivel mayor de concentración a otro menor (o de una temperatura más elevada a otra más baja). (…)Y lo que es igual de importante, cuando la energía pasa de un nivel a otro el resultado es que hay menos energía disponible para realizar trabajo la próxima vez”

(…)

Es posible invertir el proceso entrópico, pero sólo mediante el empleo de energía adicional. Y naturalmente esta energía adicional, una vez usada, no hace más que aumentar la entropía total. Reciclar los desechos, por ejemplo, requiere el gasto adicional de energía de recoger, transportar y procesar los materiales usados, lo cual incremente la entropía total del entorno.

Digamos, por ejemplo, que tomamos un pedazo de mineral metálico de la superficie de la Tierra y lo convertimos en un utensilio. A lo largo de la vida de este utensilio, las moléculas metálicas se escapan constantemente del producto como resultado de la fricción y el desgaste. Las moléculas liberadas no se destruyen nunca, pero se dispersan de tal forma que ya no están disponibles para realizar trabajo útil.

Fuente: La Economía del Hidrógeno por Jeremy Rifkin, publicado en castellano por Ediciones Paidós Ibérica S.A. (2007).

La idea que yo extraigo es que conocer las limitaciones que impone la termodinámica al uso de la energía es la clave para optimizar su uso.  Un ejemplo de ésto se puede ver en el sistema eléctrico actual en el que quemamos combustible, para obtener calor, que genere vapor, que mueva una turbina, que accione un transformador, o en otras palabras:

Tenemos una energía química contenida en el combustible, que mediante reacción pasa a energía térmica (1).  Esa energía térmica en forma de gases de combustión se transfiere a un fluido ocasionando su cambio de estado a vapor (2) que además contiene energía cinética (puesto que se desplaza por las tuberías por efecto de la presión), la energía cinética del vapor se transforma energía mecánica al accionar los álabes de la turbina(3) y finalmente esa energía mecánica se convierte en eléctrica mediante un alternador (4).

Son cuatro transformaciones de energía, cada una de ellas implica pérdidas en los términos expuestos (reducción de disponibilidad) y al final para obtener 1kw de energía eléctrica hemos gastado mucho más de 1kw de energía primaria en forma de combustible.

En este sentido,  la eficiencia en la producción eléctrica pasaría por reducir el número de transformaciones intermedias. Las pilas de combustible van en esta línea, pues la energía química se convierte directamente en electricidad en base a procesos electroquímicos.

Pero además, el hecho de que un economista se haya puesto a explicar las leyes de la termodinámica nos demuestra que para buscar soluciones a las cosas es necesario abordar los problemas considerando diferentes ópticas y no sólo la que nos da nuestro bagaje profesional y personal.

Esto es todo por hoy,

Un saludo.

* Rudolf Clausius , físico alemán que acuñó el término entropía en 1868.

Los vampiros de la electricidad

Un cargador de móvil constantemente enchufado para no perderlo, la tele con el eterno piloto de “stand by” o el marco de fotografías digital que sigue funcionando cuando no estamos en casa son buenos ejemplos de equipos electrónicos que consumen energía innecesariamente.

En el caso del marco digital, o cualquier otro electrodoméstico que se deje encendido cuando no se use, es evidente que ahorrar energía es tan fácil como apagarlos cuando no están en uso. Sin embargo, el problema está en los que aún cuando los has apagado siguen tirando de la red, igual no es mucho lo que consumen, pero puede alcanzar un 10% del consumo de una vivienda media.

Para la mayoría de los usuarios el consumo real que puedan hacer estos “vampiros” puede no suponer un gasto perceptible y a lo mejor consideran que la comodidad de tener a los equipos en espera hasta que pulsemos el mando y los pongamos en uso bien merece unos euros más al año.  Si nos vamos a un ámbito un poco mayor, estos vampiros pueden empezar a suponer un problema. Pensemos en hoteles 0 en grandes edificios de oficinas. Es probable que a estos grandes consumidores sí que les interese reducir su factura de la energía, y seguramente buscarán las herramientas para hacerlo si con ello pueden reducir sus costes de funcionamiento.

Además si hablamos en términos de energía, y consideramos ciudades en lugar de viviendas individuales, las cifras cambiarían.  Evidentemente si comparamos el posible ahorro que se conseguiría con esta medida, con los datos de consumo eléctrico, puede parecer insignificante, pero con la situación energética actual, la mejor energía es la que no se consume.

Para más información:

Save Energy by Avoiding Phantom Power – By Collin Dunn  en Planet Green.

Vampiros eléctricos en los hogares: Cómo combatirlos – Por Alex Fernández en Consumer Eroski

How to stop energy vampires and phantom power loads

Jornadas sobre eficiencia energética.

Recientemente acudí a unas jornadas sobre eficiencia energética muy interesantes. Uno de los aspectos más destacable fue la variedad de ponentes que exponian su propio punto de vista respecto a este asunto.  A lo largo de las diferentes sesiones, pudimos escuchar a las grandes eléctricas y a los usuarios, así como conocer aspectos como el papel de la eficiencia en las estrategias y políticas energéticas de la administración, la oferta e innovación en este campo, y los aspectos sociales y medioambientales implicados.

Algunas ponencias fueron especialmente clarificadoras en relación a conceptos como la curva de carga, y la simultaneidad de la producción y el consumo de electricidad, y cómo en la actualidad el precio de la electricidad no es un incentivo para el ahorro por parte de los usuarios domésticos. Destacó la ponencia de la Vicepresidenta de la Confederación de Consumidores y Usuarios CECU, que habló de aspectos menos técnicos, de la necesidad de un cambio de mentalidad tanto del usuario final, como de las propias industrias.

Se habló también del agua y su coste energético (especialmente en desalación), además de nuevas tecnologías como los contadores inteligentes, para un control más preciso del consumo eléctrico,  el coche eléctrico y la gestión de la demanda eléctrica.

Sin embargo, un aspecto negativo fue el hecho de que toda la prensa se marchara después de la inauguración por parte del Presidente del Gobierno (de Canarias). Si bien las palabras del Sr. Presidente, son generalmente un asunto a tratar en prensa, no menos importante era la temática y conclusiones de la jornada, y sin embargo esa información no trascenderá a la opinión pública, si los medios no se hacen eco de ella.

Un saludo.

PD:  Prometieron subir las ponencias a la web, en cuanto las encuentre las enlazaré.

El agua y la energía

A primera vista parece que la relación más directa entre el agua y la energía, es a través de las centrales hidráulicas, que suponen un 18% de la potencia eléctrica instalada en España cubriendo el 8% de la demanda eléctrica (Datos 2008).  Sin embargo en Canarias, la relación se invierte, pues necesitamos consumir energía para poder obtener agua de consumo.

Con entre 15 y 40 días de lluvia al año dependiendo de la isla, y completamente rodeadas de agua salada, parece lógico suponer que el agua “dulce” no abunda en el archipiélago.  Esta situación, que se agrava en las islas más occidentales, (con los menores valores de pluviometría), nos lleva a la necesidad de desalar agua de mar.

La principal tecnología de desalación usada es la ósmosis inversa, cuyo mayor consumo son las bombas de alta presión, que elevan el agua hasta 65 bares, y fuerzan su paso a través de las membranas. Este consumo, como se puede ver en los datos siguientes es bastante significativo.

Algunos datos de interés:

  • Aproximadamente el 25% de la electricidad producida en Canarias se utiliza para la desalación y distribución de agua.
  • Se usan unos 440.000 m³/día en los sectores residencial y turístico y unos 210.000 m³/día para agricultura de agua desalada.
  • Se necesita quemar de media 1 Kg de fuel-oil en las centrales térmicas para obtener un m³ de agua desalada

Haciendo números, para desalar 650.000 m³/día son necesarias 650 Tm diarias, lo que se convierte en 237.250 Tm de fuel al año.

Con estos números, bien merece la pena ahorrar agua; porque aunque no se refleje en nuestra factura de la luz, es evidente que a todos nos está costando una energía que bien se podría destinar a otros usos, y a fin de cuentas, reduciríamos la dependencia de combustibles fósiles.

Evidentemente esta es sólo una de las acciones posibles dentro de un modelo mucho mayor,  uno en el que se potencien las energías renovables, se modifiquen los hábitos de consumo de energía, se optimicen los recursos existentes, y se apueste por una construcción sostenible, siguiendo criterios bioclimáticos y de eficiencia energética.

Fuentes:
Informe del Sistema Eléctrico 2008. Red Eléctrica de España.
Agencia Estatal de Metereología
Apuntes proporcionados por el Instituto Tecnológico de Canarias.

Órdenes de magnitud

A veces uno se pierde cuando ve cifras de energía, de potencia de consumo…. por lo que he intentado por medio del siguiente gráfico poner los órdendes de magnitud en orden:

Por una parte, están los elementos que producen energía y que se pueden caracterizar por la potencia nominal que son capaces de dar. La potencia se mide en W, la energía en W·h, por lo que un generador de 1000 W,  podría proporcionar en una hora 1000 W·h de energía (funcionando a potencia nominal). Así que el total de energía producida dependerá del tiempo de funcionamiento.

Por su parte, los dispositivos que consumen energía, también se pueden caracterizar por su potencia. El razonamiento es el mismo, necesitan una potencia para funcionar, y en función del tiempo que estén conectados, consumirán más o menos energía.

En la imagen podemos ver por encima del eje elementos productores de energía, y por debajo elementos consumidores de energía. Los valores son aproximados y promedio, lo importante es saber de que orden de magnitud estamos hablando. En el lado del consumo he tomado una curva de demanda de potencia a nivel nacional, de la página web de Red Electrica Española, página muy recomendable para aprender sobre el sistema eléctrico.

(Click en la imagen para ampliarla)

Producción

Consumo

Un saludo.

Los frentes de batalla

El clima cambia, el petróleo se acaba, las directivas regionales, nacionales y europeas van en la línea de aumentar el porcentaje de renovables en el mix energético pero sin perder la seguridad de suministro, tenemos que reducir las emisiones y los compuestos contaminantes, se habla del protocolo de Kyoto, y de la Sostenibilidad  (Tratado de Lisboa) del panel intergubernamental del cambio climático y tantas otras comisiones, comités y cumbres sobre el tema.

Pero si volvemos al mundo real, al de aquellos que no somos altos cargos políticos ni asesores de éstos, sino que queremos tener un trabajo, o montar una empresa y sacar un cierto rendimiento económico de ello,  ¿en qué grado nos afecta todo  esto?

En mi opinión, el trabajo “sucio” no lo van a hacer estos cuyas dietas de asistencia a las cumbres son del orden de los sueldos del resto de la nación,  hay muchos frentes de batalla que pueden ser un negocio en sí, asi que señores, escojan el suyo.

  • Ahorro energético y consumo racional: No es poca la cantidad de energía que desperdiciamos, muchas veces sin ser conscientes de ello (ordenadores en stand by, o enchufados todo el día sin que nadie los use, luces encendidas innecesariamente, calor generado y no aprovechado…)
    • Auditorías Energéticas, Formación…
  • Eficiencia energética: Además de ahorrar energética habra que diseñar aparatos que consuman la mínima energía necesaria para obtener una misma cantidad de trabajo.
    • Diseño e ingenieria, Formación…
  • Construcción bioclimática y sostenible: ¿Qué sentido tiene tener un edificio con luminarias cuando la luz natural podría entrar a raudales por los ventanales?, ¿y poner el aire acondicionado a tope en lugar de abrir una ventana? Usemos bien los recursos tecnológicos pero no olvidemos los mecanismos pasivos de climatización.
    • Formación, diseño arquitectonico, estudio de materiales….
  • Almacenamiento de energía: ¿Que el viento no sopla mañana? pues almacenemos hoy para usarlo cuando haga falta, que tenemos exceso de viento, pues bombeemos agua a una cota superior y cuando tengamos un pico de demanda la turbinamos.  Con mejores sistemas de almacenamiento de energía podríamos romper con la regla producción instantánea = demanda instantánea.
    • I+D+i privada y pública.
  • Cogeneración: Si con el mismo litro de gasolina podemos producir electricidad y simultáneamente calor, ¿a qué estamos esperando para aprovecharlo al máximo?
    • Diseño de equipos, proyectos de instalaciones, estudios energéticos, Formación….
  • Energías renovables: Mucho antes de que se formara ese preciado petróleo ya teníamos sol, viento, saltos de agua, oleaje, calor proveniente del centro de la tierra, ¿por qué nos habíamos olvidado de ellos?
    • Diseño de equipos, estudio de los recursos, proyectos de instalaciones…
  • Procesos industriales más limpios: Que algo se haya hecho así de toda la vida no quiere decir que hoy no pueda haber un proceso mejor, más eficiente y/o más limpio.  El reto está en investigarlos y diseñarlos.
    • I+D+i privada y pública….
  • Tratamiento de efluentes para reducir emisiones: Y finalmente, ¿de que nos sirve emitir menos CO2 si seguimos lanzando a la atmósfera por las chimenas y vertiendo a los ríos compuestos químicos que alteran el equilibrio natural de los sistemas.?
    • I+D+i privada y pública….

Hemos apostado por crecer industrial y económicamente a costa del medio ambiente, apostemos ahora por hacerlo a favor del medioambiente.