La industria de la energía desde la óptica de la CTS, abril 2017

1. LA INDUSTRIA DE LA ENERGÍA
Jorge Luis Jaramillo
PIET EET UTPL abril 2017

2. Generación de energía
•Introducción
•Evolución histórica de la matriz de energía
•Energía eléctrica
•La guerra de las corrientes
•Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
•Discusión y análisis

3. Generación de energía
•Introducción

4. Introducción
El término energía proviene de la palabra griega ἐνέργεια que significa
actividad u operación, y, está relacionado con la palabra griega ἐνεργóς que
significa fuerza de acción o la fuerza que se realiza al trabajar.
El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la
capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física, energía
se define como la capacidad para realizar un trabajo.

5. Introducción
La energía también se define como una magnitud física que se presenta en
diversas formas. La energía está involucrada en todos los procesos de cambio
de estado, se transforma, se transmite, y, se conserva.
Todo cuerpo es capaz de poseer energía, gracias a su movimiento, a su
composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa, y, a otras
propiedades.
La energía puede transformarse de un formato a otro. Durante esa
transformación, la energía se degrada o pierde calidad. En toda
transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica.
Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor, pero el
calor no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice
entonces que, el calor es una forma degradada de energía.
El rendimiento se define como la relación (en %) entre la energía útil obtenida
y la energía aportada en una transformación.

6. Introducción
Por cuanto la energía se define como la capacidad de realizar un trabajo,
energía y trabajo son equivalentes, y, se expresan en las mismas unidades.
El calor es otra forma de energía, por lo que también hay una equivalencia
entre unidades de energía y de calor.
La capacidad de realizar un trabajo en un determinado intervalo de tiempo, se
denomina a potencia.
La unidad de energía definida por el sistema internacional de unidades (SIU)
es el Julio (J), definido como el trabajo realizado por una fuerza de un newton
(N) en un desplazamiento de un metro (m) en la dirección de la fuerza.
Dimensionalmente, se cumple que [1J]=[1N]*[1m]

7. Introducción
Nombre Abreviatura Equivalencia en julios
Caloría cal 4,1855
Caloría frigoría fg 4.185, 5
Caloría grande Cal 4.185,5
Termia Th 4.185.500
Kilovatio hora KWh 3.600.000
Tonelada equivalente de petróleo TEP 41.840.000.000
Tonelada equivalente de carbón TEC 29.300.000.000
Tonelada de refrigeración TR 3,517/h
Electronvoltio eV 1.602176462 × 10-19
British Thermal Unit BTU 1.055,05585
Caballo de vapor por hora CVh 3,777154675 × 10-7
Ergio erg 1 × 10-7
Distintas unidades de energía

8. Introducción
En tecnología y economía, el término energía se refiere al recurso natural y la
tecnología asociada para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o
económico.
La energía en sí misma nunca es un bien de consumo final, sino que es un bien
intermedio en la producción de bienes y servicios. Al ser un bien escaso, la
energía es fuente de conflictos para el control de los recursos energéticos.
Es común clasificar las fuentes de energía en renovables y no renovables, según
incluyan el uso irreversible o no de ciertas materias primas, como
combustibles o minerales radioactivos.

9. Introducción
ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍAS NO RENOVABLES
Eólica Carbón
Geotérmica Centrales nucleares
Hidráulica Gas natural
Solar Petróleo
Biomasa Atómica (uranio o plutonio)
Etanol Butano
Metanol
Cinética
Mareomotriz
Gradiente térmico oceánico (maremotérnica)
Azul
Termoeléctrica generada por termopares
Nuclear de fusión
Energías renovables y no renovables

10. Introducción
Relación entre las distintas formas de energía
Tomado de www.oni.escuelas.edu.ar

11. Introducción Tomado de www.oni.escuelas.edu.ar
Relación entre las distintas formas de energía

12. Introducción
Exergia

13. Generación de energía
•Evolución histórica de la matriz de energía

14. Evolución histórica de la matriz energética
En una matriz energética se establecen las diferentes fuentes de energía de las que dispone
un país, indicando la importancia de cada una de estas y el modo en que estas se usan.
La matriz energética de un país o de una región puede hacer referencia a que algunas de
las fuentes energéticas son obtenidas o compradas de otros países. Un país puede ser
deficitario o excedentario de las diferentes fuentes de energía.
Las energías primarias son aquellas provistas por la naturaleza de forma directa, se
utilizan en su estado natural; entre las principales fuentes de energía primarias están: la
hidroenergía, el petróleo crudo, el gas natural, el carbón mineral, la biomasa, energía solar
y eólica.
Las energías secundarias son aquellas que provienen de diferentes centros de
transformación, como la energía eléctrica de las centrales de generación o el diesel de las
refinerías de combustibles. Tienen como principal característica su uso directo en los
diferentes sectores de consumo (industrial, comercial o doméstico) o en otros centros de
transformación (como el caso del diesel que es obtenido de la refinería para su empleo en
una central térmica).

15. Evolución histórica de la matriz energética
Requerimiento de energía por parte del ser humano
kilocalorías por minuto (Kcal/min)
En reposo (dormido) 1
Trabajo ligero 3,5
Trabajo duro 10,3-12,4
Se ha calculado que, como promedio, un hombre
requiere consumir 3.000 Kcal diarias para poder
desarrollar una vida de considerable actividad,
mientras que una mujer requiere 2.200, y, un niño
1.800.
Tomado de la energía y el hombre. José Altshuler

16. Evolución histórica de la matriz energética
Tomado de www.oni.escuelas.edu.ar
Evolución histórica de la matriz de energía utilizada por el ser humano

17. Evolución histórica de la matriz energética
Tomado de la energía y el hombre. José Altshuler
Requerimiento de energía por parte del ser humano en función de la tecnificación

18. Evolución histórica de la matriz energética
Requerimiento de energía por parte del ser humano en función de la tecnificación

19. Evolución histórica de la matriz energética
Evolución histórica y tendencias prospectivas en el uso de distintas formas de energía

20. Evolución histórica de la matriz energética

21. Evolución histórica de la matriz energética
Estructura del consumo de energía por fuente 2016. Fuente MEER

22. Evolución histórica de la matriz energética
Cualidades de una fuente ideal de energía
Una fuente de energía ideal debe ser:
• Accesible
• Disponible
• Segura
En relación al medio ambiente, se le ha agregado una cualidad adicional:
• Aceptada

23. Generación de energía
•Energía eléctrica

24. La electricidad , del griego elektron o ámbar, es un fenómeno físico cuyo origen son
las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos,
luminosos, químicos, etc.
También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que
rigen el fenómeno, y, a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas.
Se denomina corriente eléctrica al flujo ordenado de electrones dentro de un
conductor que conforma un circuito cerrado, en presencia de un campo eléctrico.
Energía eléctrica

25. Energía eléctrica
Tales de Mileto
639 – 547 aC
Batería de
Bagdad
226 dC
William Gilbert
1544 - 1603
Charles Francois
du Fay
1698 – 1739
Pieter van
Musschenbroek
1692 – 1761
Alessandro
Volta
1745 - 1827
Electricidad
estática
¿Baterías?
Conductores
y
dieléctricos
Cargas
positivas y
negativas
Capacitores Pila eléctrica

26. Energía eléctrica
Charles de Coulomb
1736 - 1806
Benjamin Franklin
1706 - 1790
André-Marie
Ampère
1775 - 1836
Michael Faraday
1791 - 1867
Georg Simon Ohm
1789 - 1854
Ley de atracción de cargas Pararrayos
Corriente
eléctrica
Inducción
electromagnética
Ley de Ohm

27. Energía eléctrica
Samuel Morse
1791 - 1872
William
Thomson
1824 -
Zénobe
Gramme
1826 - 1901
Alexander
Graham Bell
1847 - 1922
James Clerk
Maxwell
1831 - 1879
Telégrafo
Primer cable
trasatlántico
Dínamo de
Gramme
Teléfono
Teoría del campo
electromagnético

28. Energía eléctrica
Nikola Tesla
1856 - 1943
Joseph John
Thomson
1856 - 1940
Robert Andrews
Millikan
1868 - 1953
Thomas Alva
Edison
1847 - 1931
George
Westinghouse
1846 - 1914
Máquinas de CA
El
descubrimiento
del electrón
Determinación
de la carga del
electrón
La industria de
la generación de
ee

29. Energía eléctrica
La generación de electricidad, consiste en la transformación de alguna clase
de energía «no eléctrica», sea esta química, mecánica, térmica, luminosa u
de otra índole, en energía eléctrica.
Se han desarrollado iniciativas para transformar distintas formas de energía
en energía eléctrica: energía nuclear, energía hidráulica, energía solar,
energía eólica; energía mareomotriz, energía undimotriz, energía
geotérmica, etc.
Se experimenta con generación de energía eléctrica a partir de energía
humana.
Generación de energía eléctrica

30. Energía eléctrica
Principio fundamental de la generación de energía eléctrica

31. Energía eléctrica
Se denomina corriente alterna (CA/AC) a la
corriente eléctrica en la que la magnitud y
dirección varían cíclicamente. La forma de
onda de la corriente alterna más
comúnmente utilizada es la de una onda
sinoidal.
La corriente continua (CC/DC) es el flujo
continuo de electrones a través de un
conductor entre dos puntos de distinto
potencial. A diferencia de la CA, en la CC
las cargas eléctricas circulan siempre en la
misma dirección.
Formatos de generación de energía eléctrica

32. Energía eléctrica
Steven W. Blume. ELECTRIC POWER SYSTEM BASICS: for the nonelectrical professional. IEEE Press Series on Power Engineering. IEEE, 2007
Esquema general de generación,
transmisión, y, distribución de energía eléctrica

33. Energía eléctrica
Centrales convencionales de generación de energía eléctrica

34. Energía eléctrica
Centrales no convencionales de generación de EE

35. Energía eléctrica
Centrales no convencionales de generación de EE

36. Generación de energía
•La guerra de las corrientes

37. La guerra de las corrientes
A finales del siglo XIX las aplicaciones para la
electricidad crecían continuamente. Había empezado la
segunda revolución industrial: el telégrafo reemplazaba
al correo tradicional y los motores eléctricos sustituían a
las máquinas a vapor.
Después de la Exposición Mundial de París de 1881, y,
de la presentación de la lámpara de Thomas Alva
Edison, los nuevos sistemas de iluminación eléctricos se
convirtieron en el logro tecnológico más importante del
mundo.
La bombilla incandescente, inventada por
Edison en 1878.
Antecedentes
Thomas Alva Edison

38. La guerra de las corrientes
Para 1882, Edison instaló la primera central
eléctrica comercial de la historia en Pearl
Street, Nueva York. La planta generaba
energía en formato de CD, suficiente para
abastecer la demanda de las 330 Ha de
Manhattan. La distribución de energía se
realizada a través de un sistema de 3 hilos
(110V, 0V, -110V).
En ese mismo año, la CD de Edison se
convirtió en el standard en los EEUU, puesto
que permitía el trabajo directo con las
lámparas incandescentes, con los motores de
CD desarrollados por Edison, facilitaba el
storage de energía en baterías para respaldo
ante cortes en el funcionamiento de los
generadores, y, permitía la fácil conexión en
paralelo de los generadores.
Pearl Street, NY, 1883
Antecedentes

39. La guerra de las corrientes
Con 28 años, el serbio Nikola Tesla llegó a Nueva York en
1884, con una carta de recomendación en el bolsillo para
Edison que había escrito uno de los socios de éste en
Europa: “Querido Edison: conozco a dos grandes hombres y
usted es uno de ellos. El otro es este joven”.
A pesar de que a Edison no le causó buena impresión,
decidió contratarlo. La primera tarea que le encargó fue
hallar una forma para mejorar el sistema de CD
desarrollado por Edison, a cambio de un recompensa de
USD 50.000.
Al poco de trabajar juntos, las diferencias entre ambos
hombres comenzaron a provocar conflictos. Edison
carecía de una educación formal y todos sus inventos se
basaban en un método empírico de ensayo, de prueba y
error, mientras que Tesla poseía una sólida formación en
matemáticas, mecánica, física e ingeniería, y, era capaz
de resolver mentalmente los problemas técnicos que
surgían sin necesidad de recurrir a realizar experimentos,
lo que sacaba de quicio a Edison.
Nikola Tesla
Nikola Tesla

40. La guerra de las corrientes
Un año después, Tesla se presentó ante Edison y le anunció que había dado con una
solución al problema. Tesla había diseñado un sistema de generación y transmisión de CA
que permitía que el voltaje se elevara con un transformador antes de transportarse a largas
distancias y, una vez en destino, que se redujera para proporcionar energía de forma
eficiente, segura y económica. Edison menosprecio la idea y se negó a pagar a Tesla la
recompensa prometida, alegando que había sido tan sólo una broma americana: “Tesla, no
entiendes el sentido del humor americano”. Furioso y decepcionado, Tesla dimitió.
Luego de su renuncia, algunos inversores se interesaron en financiar los trabajos de Tesla.
AK Brown le proporcionó fondos para que diseñara un motor de corriente alterna. La
Western Union Company lo apoyó económicamente en la investigación sobre generación y
transporte de CA a largas distancias.
Nikola Tesla

41. La guerra de las corrientes
La creciente demanda de electricidad facilitó la inversión en la
construcción de centrales eléctricas de mayor capacidad de
generación y en la transmisión de la energía generada a mayores
distancias. Por otra parte, la rápida inserción de los motores
eléctricos en la industria, obligó a la distribución de energía en
voltajes distintos a los 110V que se utilizaba para la iluminación.
El sistema CD de Edison, se mostraba poco adecuado para
responder a los requerimientos técnicos planteados: debido a las
pérdidas de energía, las líneas de transmisión no alcanzaban más de
2 Km lo que obligaba a la instalación de varios generadores en la
ciudad, provocando que la transmisión interurbana de grandes
cantidades de energía fuera costosa.
Por otra parte, la necesidad de proveer de energía eficiente, segura,
y, económica, en voltajes no transformables, obligó a la instalación
de líneas eléctricas separadas que “atraparon New York como una
gigantesca tela de araña eléctrica”, con los consiguientes riesgos
para los ciudadanos, tal como lo demostró la muerte por
electrocución de cientos, durante el Gran Huracán Blanco de 1888.
Nuevos requerimientos técnicos para la generación de energía
Una calle de NY, en 1888

42. La guerra de las corrientes
Para este tiempo, George Westinghouse, fabricante
de frenos de aire para trenes y propietario de la
compañía The Westinghouse Corporation, se
percató del enorme potencial del sistema de CA y
decidió comprar a Tesla el sistema.
En 1886, George Westinghouse fundó la
Westinghouse Electric para competir con la General
Electric de Edison.
George WestinghouseGeorge Westinghouse
Westinghouse Early AC System, 1887
US patent 373,035

43. La guerra de las corrientes
La comercialización de aquel nuevo sistema de
energía supuso el inicio de una batalla de relaciones
públicas, que los medios de los EEUU denominaron
la guerra de las corrientes, que enfrentó durante
casi una década a la General Electric y a la
Westinghouse Electric.
En un intento de mantener su monopolio, Edison
emprendió una campaña de difamación y
desprestigio de la CA. Llenó la ciudad de carteles
que advertían a los ciudadanos de los peligros que
suponía y extendió una serie de historias falsas
sobre accidentes mortales.
En el climax de la “guerra”, Artur Kennelly y
Harold Brown, de General Electric, desarrollaron
una silla eléctrica de CA y electrocutaron a perros,
gatos, y, hasta un elefante (Topsy) sólo para
demostrar que la corriente alterna era peligrosa. Por
su parte, Tesla se expuso al flujo de una corriente
CA que atravesó su cuerpo sin causarle daño.
La guerra de las corrientes
La demostración de Tesla

44. La guerra de las corrientes
El primer golpe duro para Edison se produjo
cuando la Feria Mundial de Chicago de 1893, licitó
el sistema de iluminación de la misma. La oferta de
Westinghouse fue la mitad de lo presupuestado por
Edison (USD 500.000) y además libraba a la Feria
del enjambre de cables que suponía la opción de
Edison. El sistema se adjudicó a Westinghouse. En
la inauguración, cuando el presidente de los
Estados Unidos, Grover Cleveland, pulsó un botón
y 100.000 bombillas incandescentes se iluminaron,
el aplauso entusiasta del público fue un detonante
mediático sin precedentes.
La Feria Mundial de Chicago de 1893, que se
celebró de mayo a octubre, tuvo una gran
repercusión internacional, puesto que participaron
19 países y por ella pasaron más de 27 millones de
personas. En ella, tanto Edison como Tesla
exhibieron sus sistemas, pero Edison corrió con
poco éxito, puesto que al encender el interruptor de
su bombilla incandescente, todas las luces de la
“ciudad blanca” se atenuaron.
La guerra de las corrientes
La Feria Mundial de Chicago de 1893, el primer
espacio abierto que se iluminó en el mundo con
energía eléctrica

45. La guerra de las corrientes
El golpe final llegó cuando la Niagara Falls Power
Company y su subsidiaria Cataract Company,
conformaron la International Niagara Commission
( conformada por Sir William Thomson, más tarde
Lord Kelvin, Eleuthere Mascart de Francia, William
Unwin de Inglaterra, Coleman Sellers de los EEUU,
y, Theodoro Turretini de Suiza) para evaluar la
mejor opción para el desarrollo de una central
hidroeléctrica para la generación y transmisión de
energía para iluminar la ciudad de Buffalo, a 32 Km
de distancia de las cataratas.
Luego de analizar 19 propuestas, en 1893, la
comisión acordó asignar a Westinghouse la
construcción del sistema en AC de 25 Hz (cambiado
en 1950 a 60Hz)
La guerra de las corrientes
Tesla's electrical generators in Westinghouse, Chicago, 1893

46. La guerra de las corrientes
A partir de ese momento, la CA comenzó a
reemplazar a la CD como standard, aunque algunas
ciudades siguieron utilizando el sistema de Edison
hasta bien entrado el siglo XX, como Helsinki (1940)
o Estocolmo (1960).
En Nueva York, la compañía de Edison continuó
proporcionando energía a muchos clientes que
habían adoptado el sistema de la CD a comienzos
de siglo, sobre todo hoteles que la empleaban para
hacer funcionar sus ascensores. En enero de 1998, la
central aún suministraba energía a 4600 personas,
una cifra que se redujo, en 2006, a 60 clientes. En
2007, la central hizo su última transmisión de
corriente continua.
La guerra de las corrientes
A sketch of the exterior of the Pearl Street
station. Courtesy: Photographic Services of the
Consolidated Edison Company of New York, Inc.

47. Generación de energía
•Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años

48. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
• Producción de electricidad eficiente y económica para asegurar al menos 500
KWh por persona por año, para las poblaciones rurales del mundo para el año
2020, y 1.000 KWh para el 2050, según la Declaración del Milenio.
• Distribución y uso de la electricidad en forma más eficiente y menos costosa
• Combustibles y medios de transporte alternativos que satisfagan las
necesidades de transporte global a precios económicamente accesibles.
• Sistemas energéticos más eficientes en automóviles y camiones que reduzcan
las emisiones.
• Reducción del consumo de materias primas y disminución de las emisiones
en la industria en general.
• Sistemas inteligentes para optimizar el uso de la energía en los edificios.
A corto plazoTecnologías de uso final de la energía para el siglo XXI. Informe del Consejo
Mundial de la Energía. Julio 2004

49. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
• Tecnologías de información y comunicación integradas en los servicios de uso
final de la energía, especialmente en los países en desarrollo.
• Métodos de cocción simples y baratos en áreas pobres del mundo.
• Tecnologías de desalinización eficientes y económicas que pondrán agua pura
a disposición de la gente y las industrias en todo el mundo.
A corto plazoTecnologías de uso final de la energía para el siglo XXI. Informe del Consejo
Mundial de la Energía. Julio 2004

50. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
• Celdas de combustible eficientes y de bajo costo.
• Producción, distribución y almacenamiento de combustible de hidrógeno de
bajo costo.
• Tecnologías de hidrógeno que fomentan sinergias del sistema.
• Sistemas energéticos integrados de funciones múltiples.
A largo plazoTecnologías de uso final de la energía para el siglo XXI. Informe del Consejo
Mundial de la Energía. Julio 2004

51. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
• Definición de los roles de la industria y el gobierno en el desarrollo e
intensificación de las nuevas tecnologías energéticas.
• Generación de energía eléctrica estacionaria remota.
• Implementación de estándares adecuados para el sector de la construcción.
• Implementación de un enfoque de servicios basados en la comunidad para
fuentes de energía, vectores energéticos, y tecnologías de uso final.
• Implementación de industrias de servicios basadas en el conocimiento.
Retos de los países en desarrolloTecnologías de uso final de la energía para el siglo XXI. Informe del Consejo
Mundial de la Energía. Julio 2004

52. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
Tecnologías de uso final de la energía para el
siglo XXI. Informe del Consejo Mundial de la
Energía. Julio 2004
Se definen 3 escenarios posibles
para la gestión de la energía en los
próximos años:
A1—Escenario de alto crecimiento
que va más allá de la sabiduría
convencional sobre la
disponibilidad de petróleo y gas.
A3—Escenario de alto crecimiento
con transición a una era de energía
postfósil.
C2—Consumo reducido de energía

53. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
Los tres pilares del Clean Tech Leadership:
• Clean Technology Research and Innovation
• Domestic Manufacturing Capacity
• Development of Domestic Markets
Clean Tech Leadership

54. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
Clean Tech LeadershipEnergy RD&D funding by DOE between 1978 and 2010
(in millions 2000$)

55. Áreas de interés en la gestión de energía para los próximos años
Clean Tech Leadership
10
12
14
16
18
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
Manufacturing Employment Levels
(Million of Jobs)
Bureau of Labor Statistics

56. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS