Clases PUCMM. Tema III. Enero 2013

1. Algunos conceptos previos
y Unidades de Medida
TEMA III
Dr. Pedro Antonio Blanco Peralta

2. Principios de la Termodinámica
 Primer principio de la termodinámica (conservación de la
energía):
◦ La energía no se crea ni se destruye (la total del universo es constante)
◦ Calor y Trabajo son equivalentes
 Segundo principio de la termodinámica:
◦ La transformación de calor en trabajo no es posible en su totalidad, sí a
la inversa
◦ El trabajo es mas valioso que el calor
Calor y trabajo:
Iguales en valor pero no en calidad

3. Poder Calorífico (Calorific Value or Heating
Value)
 Por definición, el poder calorífico inferior (pci) (Net Calorific
Value) a presión constante, coresponde al calor entregado al
entorno cuando una unidad de combustible se quema
completamente y la totalidad del agua producida por la
combustión del hidrógeno está en estado de vapor, sin haber
entregado su calor latente
 El poder calorífico superior (pcs) (Gross Calorific Value), se
define de manera similar, pero ahora considerando que la
totalidad del agua, formada químicamente por la combustión del
hidrógeno, está como líquida

4. Intensidad Energética
 Intensidad energética es el cociente entre la cantidad de
energía consumida por un país o región y su producto
interno bruto
Intensidad Energética = Energía/PIB
MWh/RD$; Mtoe/$
El consumo de energía se puede expresar en términos de
energía primaria o de energía final resultando así las
intensidades energéticas correspondientes
Nota: Mtoe= Ton Oil Equivalent

5. Unidades Fundamentales del
Sistema Internacional (SI)
Magnitud Unidad Símbolo
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo s
Intensidad de Corriente amperio A
Temperatura Termodinámica kelvin K
Cantidad de Materia mol mol
Intensidad Luminosa candela cd
Un nombre especial para el kelvin al indicar temperaturas es el Grado Celsius,
símbolo °C.

6. Múltiplos y submúltiplos de
Unidades
Los múltiplos y submúltiplos de unidades se pueden designar anteponiendo
prefijos a los nombres de unidades. Al utilizar un símbolo de unidad que es
idéntico al símbolo del prefijo, debe prestarse atención para que no origine
confusiones.
Orden de Orden de
Magnitud Prefijo Símbolo Magnitud Prefijo Símbolo
1018 exa- E 10-1 deci- d
1015 peta- P 10-2 centi- c
1012 tera- T 10-3 mili- m
109 giga- G 10-6 micro- µ
106 mega- M 10-9 nano- n
103 kilo- K 10-12 pico- p
102 hecto- h 10-15 femto- f
101 deca- da 10-18 atto- a

7. Conversión de Unidades más usuales
Conversiones de energía
1kcal <> 4.1867 kJ
1 termia <> 1000 kcal
1kWh <> 860 kcal <> 0.86te
1but <> 0.252 kcal
Conversiones de Potencia
1CV <> 0.736 kW Nota: CV=Caballo de Vapor
1kW <> 1 kJ/s <> 1.359 CV
Conversiones de presión
1bar <> 1.0197kg/cm2 <> 14.504psi <> 0.98692atm
1atm <> 1.0332kg/cm2 <> 14.696psi <> 1.0132 bar
1atm <> 760 mm Hg

8. Unidades métricas más usuales
Magnitud Unidad Relaciones
Corriente Amperio A
Carga Culombio (C) A.s
Tensión Voltio (V) J/C
Resistencia Ohmio (Ω) V/A
Potencia Watio (W) V*A

9. Factores de Conversión
Energía
Poder Calorífico
Volúmen Grasa
Densidad

10. Metodologías para las estadísticas energéticas
 La forma de contabilizar las diversas energías consumidas por un
determinado país o región constituye una metodología
 Así la metodología establece los criterios, unidades y factores de
conversión para calcular la energía contenida en las diversas
materias energéticas primarias, así como las conversiones del
calor en otras formas de energía (normalmente en electricidad)
 La metodología más extendida es la definida por la IEA
(International Energy Agency) USA, adoptada también con
pequeñas diferencias por la OECD (Organization for Economic
Cooperation and Development) y por la UE (Unión Europea), y
que está publicada en el “Energy Statistics Manual” bajo las tres
rúbricas.
Fuente, Energy statistics manual. IEA, Eurostat, OECD

11. Metodología
 La Agencia Internacional de la Energía (AIE) expresa sus balances
de energía en una unidad común que es la “tonelada equivalente de
petróleo” (tep). Una tep se define como 107 kcal. La conversión de
unidades habituales a tep se hace en base a los poderes caloríficos
inferiores de cada uno de los combustibles considerados.
 En energía hidráulica, la conversión a tep se hace en base a la energía
contenida en la electricidad generada, es decir, 1MWh = 0.086 tep.
 En energía térmica (carbón, GN, nuclear), su conversión a tep se hace
considerando un rendimiento medio de una Central térmica de 33%, por
lo que 1MWh = 0.2606 tep
 En energía eléctrica su conversión se hace con la equivalencia a 1MWh
= 0.086 tep
La “tep” en inglés se expresa como “toe”: “tonnes of oil equivalent”

12. Notas sobre magnitudes y unidades en la AIE
 La electricidad se reporta en GWh, el calor en TJ y la potencia eléctrica
en MW
 Los combustibles sólidos y las energías renovables utilizan el poder
calorífico inferior (pci) y el gas natural, el poder calorífico superior (pcs)
 Los datos sobre gas natural se pueden expresar en dos unidades:
◦ De energía, en TJ
◦ De volumen, en millones de metros cúbicos (Mm3)
 Los datos sobre combustibles sólidos se indican en miles de toneladas
métricas (MT), indicando tanto el pcs como el pci. Los gases derivados
se expresan en función de su pcs, en TJ

13. Tabla de conversión entre unidades de energía
To:
TJ Gcal Mtoe Mbtu GWh
From:
Terajoule (TJ) 1 238.8 2.388 x 10-5 947.8 0.2778
Gigacalorie 4.1868 x 10-3 1 107 3.968 1.163 x 10-3
Mtoe* 4.1868 x 10-4 107 1 3.968 x 107 11630
Million Btu 1.0551 x 10-3 0.252 2.52 x 10-8 1 2.931 x 10-4
Gigawatt-hour 3.6 860 8.6 x 10-5 3412 1
*Million tonnes of oil equivalent

14. Macrounidades Energéticas
Toneladas Toneladas
Producción 10 barriles 10 m3 de
equivalentes equivalentes Termias
Gigavatio/h Teracalorías BTU de petróleo gas
de carbón de petróleo (***)
(GWh) (**) (*) (****)
(tec) (tep)
t. equivalente de carbón (tec) 1 0.7 3.14x10-3 0.007 7x103 27.8x106 5.3x10-3 0.778
t. equivalente de petróleo (tep) 1.428 1 4.48x10-3 0.01 104 39.7x106 7.57x10-3 1.111
Producción Gigavatio/h (GWh)
(**) 318.9 223.3 1 2.233 2.233x106 8.865x109 1.691 248.1
Teracalorías 142.8 100 0.448 1 106 3.97x109 0.758 111.1
Termias (***) 1.43x10-4 10-4 0.448x10-6 10-6 1 3.97x103 0.758x10-6 1.11x10-4
BTU 0.36x10-7 0.252x10-7 0.113x10-9 0.252x10-9 0.252x10-3 1 0.191x10-9 0.28x10-7
10 barriles de petróleo (*) 188.65 132.05 0.592 1.319 1.319x106 5.24x109 1 146.71
10 m3 de gas (****) 1.285 0.9 4.03x10-3 0.009 0.9x104 35.7x106 4.48x10-3 1
• (*) Un barril de petróleo equivale a 42 galones USA (158.9 litros). 1barril/dia=48.2t/año
• (**) Un tep en una central convencional con un rendimiento del 38.5 por 100 produce
4.48MWh. La equivalencia directa (consumo) es 1tep=11.63MWh
• (***) La termia inglesa (Therm) equivale a 100,000 BTU
• (****) Se considera 0.09 tep por Gcal de poder calorífico superior.

15. Unidades Físicas: Gas
 Generalmente el gas se expresa en m3 o ft3
 Deben especificarse las condiciones:
◦ Normales: 0°C, 760 mm Hg
◦ Estándar: 15°C, 760 mm Hg
◦ Factor de conversión: 1 NM3 = 0.948 Sm3
 LNG
◦ 1 m3 LNG = 600 m3 GM regasificado
◦ Densidad LNG: 0.44 – 0.47 t/m3

16. Unidades de manejo corriente en gas natural
 Caudales
Bcm: billion cubic meters = 1000 millones de m3
Bcf: billion cubic feet = 1000 de ft3
Tcm: trillion cubic meters = 106 millones de m3
Tcf: trillion cubic feet= 106 millones de ft3
 Precios
$/MM btu (mercado americano; Henry Hub)
€/MWh (España, Europa) o c€/kWh

17. Gas natural. Factores de conversión de Masa o
Volumen a Calor (pcs)
GAS
LNG
Norway Netherlands Russia Algeria
To: MJ Btu MT Btu MJ Btu MJ Btu MJ Btu
From: Multiply by
Cubic
meter* 40 37912 42.51 40290 35.4 33550 37.83 35855 39.17 37125
Kilogram 54.4 51560 52.62 49870 45.19 45.19 42830 54.42 20.56 47920
* at 15°C
Fuente: Manual de Estadísticas de Energía (AIE)

18. EJERCICIO 1
 Disponemos de una Central Nuclear y un Ciclo Combinado
de GN de 1,000 MW y de 400 MW de potencia,
respectivamente.
Queremos conocer cuánta energía eléctrica, expresada en
GWh, pueden producir las dos centrales durante los meses de
Junio a Agosto, ambos inclusive, conociendo que la Central
Nuclear funciona en base y el Ciclo Combinado tiene un
factor de operación o funcionamiento de 0.89 durante ese
período.

19. Muchas Gracias.
Dr. Pedro Blanco
@Dr_PedroBlanco
drpedroblanco@gmail.com
drpedroblanco.wordpress.com