Lección 01_ La energía

Energías Alternativas y Renovables
Prof. Viviana Barquero, Ph.D.
REVISIÓN DEL PROGRAMA DE
ESTUDIOS
PRESENTACIÓN
El día de hoy:
LECCIONES 1, 2 Y 3

La energía:
Su procedencia,
producción
transformación y uso
LECCIÓN 1

Objetivos de aprendizaje para esta
lección:
1. Definir energía como concepto
2. Comprender las formas
fundamentales de energía
3. Clasificar las fuentes de energía
4. Distinguir la diferencia entre
energía y potencia
Lección 1

Lección 1
¿A qué llamamos
energía?

La energía es lo que da vida a
la sociedad moderna.
Sin ella nuestra forma de vida
actual se paralizaría
completamente ya que
utilizamos energía para cada
cosa que hacemos.
Lección 1

¿Qué es la Energía?
La energía es una propiedad de toda materia que se puede convertir en:
• TRABAJO
• CALOR
• RADIACIÓN
Con la energía se puede:
• mover cosas
• generar trabajo
• producir calor incluso sin mover nada
• y puede ser convertida en luz (o mejor
dicho en radiación)
Lección 1

Lección 1
Formas
de
Energía

Formas de Energía
Es la energía que un cuerpo posee en virtud de su movimiento. Por ejemplo un jugador de béisbol
lanzando una pelota utiliza la energía cinética.
2. Energía mecánica cinética
1. Energía mecánica potencial
Es la energía que un cuerpo posee en virtud de su posición relativa a un punto de referencia. Cualquier
cosa que se está por mover (pero no se ha movido aún) tiene energía potencial.
Lección 1

Formas de Energía
Lección 1
Es la energía que se encuentra encerrada en las moléculas en forma de energía potencial
microscópica. Esta existe a causa de fuerzas eléctricas y magnéticas de atracción ejercidas entre las
diferentes partes de la molécula. Las partes de la molécula se reacomodan en las reacciones químicas,
soltándose o añadiéndose a su energía potencial.
3. Energía química

Formas de Energía
Lección 1
Es la energía que combina la energía microscópica, potencial y cinética de las moléculas. La
temperatura es una medición de cuánta energía térmica tiene un cuerpo: mientras más temperatura,
más rápido las moléculas se mueven o vibran (mayor energía potencial o cinética tienen).
4. Energía térmica o calorífica

Fuente: Key World Energy Statistics 2014. IEA
Formas de Energía
Lección 1
Es la energía creada por el movimiento de electrones entre los átomos de cualquier materia.
Generalmente este tipo de energía no es utilizada directamente. Más bien es el medio para realizar
prácticamente cualquier tipo de trabajo. Este tipo de energía puede convertirse en calor, en sonido, en
luz y en movimiento. La electricidad es una forma secundaria de energía, es decir, necesitamos otras
fuentes de energía para producirla.
5. Energía eléctrica

Formas de Energía
6. Energía nuclear
Este tipo de energía se produce cuando ciertas reacciones ocurren en un átomo, resultando un
cambio de estructura en el núcleo. Hay dos procesos que suceden en la generación de energía
nuclear: fusión y fisión. La fusión ocurre cuando dos núcleos se juntan para crear un núcleo
mayor, o partícula, y en este proceso se genera energía en forma de luz y calor. La fisión ocurre
cuando el núcleo de un átomo de gran tamaño se divide en dos nuevos átomos, y durante este
proceso, se genera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.
Lección 1

Formas de Energía
7. Radiación
Esta energía es transmitida en la forma de rayos, olas o partículas. Hay radiación
electromagnética, la cual proviene del sol a la Tierra , y está compuesta por fotones (partículas
de luz), los cuales son referidos como “paquetes de energía”. También se encuentra el
espectro electromagnético, el cual representa una gran variedad de longitudes de onda de
radiación electromagnética. En este espectro no sólo están los fotones, también encontramos
las ondas de radio, los rayos-x , los ultravioleta y los rayos gamma.
Lección 1

Formas de Energía
Como hemos visto, la energía puede ser convertida de una forma a otra:
Lección 1
Energía química
Energía MecánicaElectricidad
Energía eléctrica
Energía cinética
Luz Luz y Sonido
Energía química
(comida)
Energía convertida
en trabajo

Lección 1
Unidad Definición Uso Equivalencias
Unidad Térmica
Británica (BTU)
Unidad de energía equivalente a la cantidad de
energía necesaria para aumentar la temperatura de
una libra de agua por grado Farenheit. Equivalente a
la energía encontrada en la cabeza de un cerillo
En la industria de
refrigeración y calefacción
1 BTU= 1055 Joules (J)
Caloría pequeña
(cal)
La cantidad de energía necesaria para aumentar la
temperatura de un gramo de agua por grado
Centígrado
Ciencia e Ingeniería 1 caloría=0.003969 BTUs
Caloría grande
(Cal) o Kilocaloría
(Kcal)
La cantidad de energía necesaria para aumentar un
kilogramo de agua un grado centígrado. Esta unidad
es la utilizada para medir el contenido energético en
los alimentos
Nutrición
1 Cal=1000 cal; o
4,187 J; o
3.969 BTUs
Joule (J)
Energía realizada por la fuerza de un newton, que
mueve su punto de aplicación un metro. Mucho
menor cantidad de energía que una caloría y un BTU
Ciencia e Ingeniería
1 Joule=0.2388 calorias; o
0.0009481 BTUs
Kilowatt hora
(kWh)
Cantidad de energía producida a partir de la
generación constante o el consumo de un kilovatio
de energía durante un periodo de una hora
Electricidad
1 kWh= 3,413 BTUs; o
3,600,000 J
Therm
Unidad que describe la energía contenida en el gas
natural
Equipos de calefacción 1 therm=100,000 BTUs
Quad
Unidad que describe recursos energéticos a nivel
mundial. Equivale a un cuadrillón de BTUs.
Usos en política pública y
economía.
1 Quad= 1015
𝐵𝑇𝑈𝑠; o
1.055x10¹⁸ J; o
293 billones kWh
Unidades de Medición
Formas de Energía

Lección 1
Fuentes
de Energía

Energías
limpias
Energías
renovables
Energías
alternativas
Gas
natural,
geotermia,
nuclear
Biomasa,
digestión
anaeróbica
Solar, eólica,
maeromotríz
hidroeléctrica
Aquellas que no
generan emisiones, o
emisiones muy bajasAquellas que
son fuera de lo
convencional
Aquellas que se
reabastecen o no
se desgastan
Lección 1

Lección 1
Como hemos visto, la energía se encuentra guardada y disponible en diferentes formas y
fuentes, sin embargo no toda está lista para ser utilizada por los seres humanos. Las
fuentes de energía que podemos utilizar tienen que estar concentradas. Estas se dividen
en dos grupos:
Fuentes de Energía
Energías Renovables Energías No-Renovables

Lección 1Fuentes de Energía
Energías No-Renovables
• Fuentes de energía que usamos y no se pueden reproducir en un
periodo de tiempo corto
• Sus derivados como dióxido de carbono (CO2) y desechos
radiactivos no son reabsorbidos en los sistemas naturales, provocando
un deterioro importante en la atmósfera.
• Estas fuentes de energía generalmente son convertidas en electricidad o
energía mecánica
• La mayoría de la energía que utilizamos proviene de las
energías no renovables

Energías No-Renovables: Petróleo
Ventajas:
La eficiencia en la
transformación de energía (su
combustión es muy eficiente)
Son relativamente baratos en la
extracción y transportación
Tiene una gran variedad de
usos: producción de
electricidad, para usos en
transporte y para cocinar.
También se utilizan para
producir plásticos, pinturas y
fertilizantes, entre otros
productos.

Desventajas :
Produce gases contaminantes al
quemarse
Desprende dióxido de carbono,
el cual contribuye al
calentamiento global
Derrames pueden provocar
daños ambientales muy difíciles
de remediar

• En el mundo se consumen aproximadamente 86 millones de barriles de petróleo al día
• En México, se consumen alrededor de 2 millones de barriles por día, y se producen
alrededor de 3 millones de barriles diarios. A pesar de que la generación es mayor al
consumo, México importa 563,000 barriles por día (EIA, con datos al 2013).
• México exporta 171,000 barriles al día, principalmente a Estados Unidos.

Energías No-Renovables: Gas Propano (LP)
Ventajas:
Es un gas que puede transportarse y
almacenarse como líquido
Se transporta fácilmente y es
considerado un combustible “portable”
ya que no necesita tuberías para
transportarse
Es considerado de combustión limpia,
por ello se puede utilizar en interiores
Su combustión es más eficiente que la
de otros gases

Energías No-Renovables: Gas Propano (LP)
Desventajas :
Su disponibilidad es
limitada: proviene del
petróleo o del gas
natural (el cual es 90%
metano, 5% propano y
5% otros gases)
Es más costoso
comparado con otros
combustibles
Es inflamable y tóxico

Gas LP
• En México, entre 2002 y 2012 el 30% del consumo nacional fue importado. La demanda
interna de gas LP de 2012 se ubicó en 290.9 miles de barriles diarios (mbd).
• El sector residencial es el principal consumidor de gas LP en México, representó 62.3% de
la demanda nacional.
Infraestructura de transporte por ducto de gas LP, 2012
Demanda de Gas LP, 2012

Energías No-Renovables: Gas Natural
Ventajas:
La eficiencia en la transformación de energía (su
combustión más eficiente respecto a otros en
materia de generación de electricidad)
Causa menos contaminación que otros
combustibles fósiles, incluyendo el gas LP
Es de fácil transportación por medio de tuberías
de manera subterránea

Energías No-Renovables: Gas Natural
Desventajas :
Causante de contaminación en el aire
Desprende dióxido de carbono
Es muy inflamable y puede causar explosiones
Comparado al gas LP,
La eficiencia en la combustión es menor cuando se
utiliza para ignición (cocinar, calentar)

Gas Natural
• En México, la demanda nacional de gas natural fue de 6,678.4 millones de pies cúbicos al
día (mmpcd) en 2012. De estos, 46.6% fue destinado al sector eléctrico. Se importaron
2,130 mmpcd y se exportaron 8 mmpcd en 2012.
Demanda de Gas Natural 2012
Gasoductos y distribución de las estaciones de compresión de gas
natural a 2012

Energías No-Renovables: El “fracking” o fracturación
hidráulica para obtener gas “shale” o gas de esquisito
México se encuentra en el cuarto
lugar a nivel mundial en potencial
para shale gas (681 billones de pies
cúbicos)

Energías No-Renovables: El “fracking” o fracturación
hidráulica para obtener gas “shale” o gas de esquisito
Ventajas:
Se considera una respuesta con recursos
más limpios a la creciente demanda de
energía
Es el gas más barato de Norteamérica
El gas shale produce menos CO2 que el gas
natural o el gas licuado
Se prevé inversión en la Cuenca de Burgos
(actual reserva más importante de gas
natural de México) generando miles de
empleos y crecimiento económico

Energías No-Renovables: El “fracking” o fracturación hidráulica
para obtener gas “shale” o gas de esquisito
Desventajas:
En el proceso del fracking se requiere
de agua para poder sacar el gas; agua
que queda contaminada
Los mantos acuíferos pueden quedar
contaminados por metano o residuos
del proceso, como aditivos químicos
utilizados
Injusticia Social: En México, los
lugares en dónde se ubican los
recursos de shale es en el norte del
país, en dónde ya es un tema la falta
de agua.

Energías No-Renovables: Carbón
Ventajas:
Altamente disponible
Grandes reservas mundiales
Recurso natural factible para
generación de electricidad
por medio de
termoeléctricas

Desventajas :
Produce gran cantidad de gases
contaminantes, incluyendo el dióxido
de carbono
La extracción es peligrosa (a mina
cerrada) lo que provoca que este
material sea costoso
Cuando la extracción es a cielo
abierto, se produce un daño
ambiental irreversible

Fuente: Corona Esquivel et.al. (2008)
• Mexico consume unos 18 millones de toneladas de carbón al año, y produce alrededor de
15 millone s de toneladas por año. Se importan unos 8 millones de toneladas y se
exportan apenas 216 mil toneladas por año (EIA, con datos al 2012).

Uranio
Ventajas:
Produce enormes cantidades de energía
con un pequeño volumen de combustible
haciéndola muy competitiva respecto a
otros combustibles.
Considerada una tecnología “limpia” al
tener pocos impactos ambientales,
menos accidentes industriales.
Disminuye emisiones de CO2 y otros
gases de efecto invernadero

Energías No-Renovables: Uranio
Desventajas :
Requiere gran inversión y tienen pocos
años de vida. Las plantas nucleares se
degradan rápidamente.
Incertidumbre y miedo de personal y
habitantes al ser un material radiactivo
Consecuencias de accidentes nucleares
son catastróficos
Residuos radiactivos de alta actividad –
radioactividad puede durar miles de años
(deshecho y/o almacenamiento bajo
supervisión)

Energías No-Renovables: Uranio
• Aproximadamente el 15% de la electricidad mundial proviene de la energía nuclear. Más
de 400 plantas nucleares operan en el mundo con una capacidad instalada de 370 GW.
• En México tenemos la planta de Laguna Verde , la cual tiene una potencia instalada de
aprox. 4 GW, aportando el 3% de electricidad consumida en México (SENER, 2013).

Energías Renovables
• Fuentes de energía que usamos y pueden ser regeneradas
una y otra vez; nunca se acaban
• Estas fuentes de energía son usualmente convertidas en
electricidad o energía térmica (calor).

Energías Renovables: Biomasa
Ventajas:
Proviene de cualquier materia orgánica
incluyendo desechos
Es uno de los recursos energéticos más
antiguos
Puede ser producida localmente, para
autoabastecimiento
Le da un uso alternativo a los rellenos
sanitarios, y a los desechos en industria y
agricultura
No produce contaminantes
Es una alternativa para el uso de transportes
eficientes (etanol, biodiesel)

Desventajas :
Energía intensa para producir, en muchas
ocasiones con poca o ninguna ganancia
neta
El uso de la tierra para su producción
puede ser extenso.
Puede provocar deforestación o competir
con producción alimenticia
Se necesita agua para crecimiento de
ciertos tipos
Contamina cuando se hace combustión
(principalmente en la quema de desechos)

• En el mundo la biomasa es la principal fuente de energía para más de 2700 millones de personas que
viven bajo los niveles de pobreza energética.
• En México, la capacidad instalada de biomasa corresponde a los privados quienes concentran 634MW.
Plantas de
Biogás
Plantas de
Combustión
Directa

Energías Renovables: Hidroeléctrica
Ventajas:
Siempre y cuando haya agua
suficiente, se puede generar energía
24/7
Se puede regular las demandas pico
fácilmente mediante el control de
agua liberada
Relativamente fácil acceso
Las presas sirven para controlar
inundaciones
Se genera un área recreativa en las
represas, incentivando actividades
turísticas y deportivas

Desventajas :
Grandes centrales hidroeléctricas
pueden producir enormes
cantidades de metano y CO2 al
inundarse las áreas aledañas a la
presa
Destruyen hábitats locales
Altos costos de construcción
Cambios en la cantidad,
disponibilidad y calidad del agua
Conflicto social

• En el mundo, la energía hidráulica es la fuente más común de generación. Alrededor del 16% de la
electricidad global total es generada por hidroeléctricas.
• La capacidad instalada de éstas al 2014 es de 12 GW por CFE y 34 MW de participación privada,
conformando el 21.7% de la capacidad total del país.
Centrales
Hidráulicas
Fuente: Inventario Nacional de Energías Renovables, SENER

Energías Renovables: Pequeña Hidroeléctrica
Ventajas:
Fuente viable para empresas privadas
Se utiliza la energía potencial de la corriente de agua
No afecta la calidad del agua, el hábitat, ni alterar el
curso del río o arroyo
No producen contaminantes
Es un recurso inagotable siempre y cuando el ciclo del
agua perdure y se conserve la cuenca del río intervenido
Bajos costos de operación
Alta eficiencia de conversión de energía
Larga vida útil (alrededor de 50 años promedio)

Desventajas :
Alto costo inicial
Disponibilidad local; depende de las
condiciones geográficas,
climatológicas e hidrológicas
Potencia variable debido a la
variabilidad del caudal
Se requieren estudios de factibilidad

• Las pequeñas hidroeléctricas (<30MW) cuentan con una capacidad instalada de 285MW de la CFE y
151 MW de los privados.
Centrales Mini-
Hidráulicas

Energías Renovables: Maeromotriz/Undimotriz
Ventajas:
Energía que resulta de los cambios de movimiento en las
olas del mar. Gran potencia.
Confiable, pues siempre hay movimiento
No emite ningún tipo de gas contaminante
Eficiente en el uso de espacio
Es predecible pues los ciclos de las mareas tienden a estar
muy bien monitoreados
Larga vida útil

Desventajas :
Hay pocos generadores con estas características hasta ahora, por
lo que se desconocen posibles efectos negativos a mediano y
largo plazo
Efectos negativos en los hábitats alrededor de las turbinas
(especies marinas)
Las plantas tienen que estar construidas cerca a la playa lo que
limita la potencia al no utilizar corrientes de agua mayores.
También puede hablarse de efectos en la estética del paisaje
Costoso

• En México se hablaba de instalar una central undimotriz de 3MW de potencia en Rosarito Baja
California, pero hasta la fecha no se ha confirmado.

Energías Renovables: Eólica
Ventajas:
Libre de contaminación
Energía potencial enorme
Eficientes en el uso de espacio. La turbina de
mayor tamaño puede generar suficiente
electricidad para abastecer 600 casas
Los precios han bajado un 85% desde 1980 y se
espera sigan bajando
Los costos de operación son muy bajos
Potencial para aplicación residencial

Desventajas :
Es una fuente de energía intermitente, lo que
no conviene para abastecer las cargas base
requeridas, a menos que se guarde la
energía en baterías
Los costos iniciales son elevados tanto en el
sector comercial como en el residencial
Las turbinas son una amenaza para aves y
otras especies
El ruido de las turbinas puede ser molesto
para los habitantes cercanos
La estética de las turbinas afecta el paisaje

• En el mundo se han instalado 336 GW de potencia, siendo China el mayor generador al 2014 (WWEA).
• México tiene una capacidad instalada al 2012 de 598MW de potencia eólica, representando el 1.1%
de la capacidad total en México.
Plantas de
Energía Eólica

Energías Renovables: Solar
Ventajas:
Recurso abundante, ilimitado.
Genera electricidad sin contaminantes
Adaptado para el uso residencial, comercial e industrial
Políticas públicas (incentivos) benefician este tipo de energía
Aplicaciones para generación de electricidad y agua caliente
Su escala es diversa
De gran aceptación en el mundo, existen diversos programas
para fomentar su uso y aplicación
Mantenimiento mínimo

Desventajas :
Costos de inversión altos
Es energía intermitente, lo que requiere el uso
de baterías o interconexión a la red
El almacenamiento de energía (baterías) es
costoso
El proceso de manufactura de los
fotovoltaicos es caro y contamina el medio
ambiente
Requiere de suficiente espacio para colocar los
fotovoltaicos

• En el mundo se han instalado 37 GW de energía solar hasta el 2013. Se espera que siga aumentando
acorde a la caída de los precios de la tecnología en general
• Actualmente se tiene una capacidad instalada de 66 MW en plantas de energía solar fotovoltaica en
México.
Plantas de Energía
Solar

Energías Renovables: Geotermia
Ventajas:
No genera contaminantes
Las reservas geotérmicas son naturalmente
reabastecidas
Energía potencial elevada (se calculan 2TW de
potencia en el mundo)
Es un recurso excelente para abastecer la demanda
de cargas base de electricidad (comparado con la
eólica y la solar)
Eficiente para satisfacer necesidades de
refrigeración y calefacción, hasta a nivel residencial
Poca demanda de tierra (pequeña huella de
carbono)

Desventajas :
Puede causar algunos problemas ambientales
al ser aprovechada
Puede causar temblores en la tierra
Altos costos de inversión incial
La explotación del recurso es local (de otra
manera no es competitivo en el mercado)
La energía geotérmica es sustentable sólo si las
reservas se administran correctamente

• Hasta finales del 2014 la capacidad instalada global de geotermia era de 12GW, con un potencial de
aproximadamente 30 GW en proyectos de desarrollo.
• En México, actualmente se tiene una capacidad instalada de 823 MW. México ocupa uno de los primeros
lugares como generador de energía geotérmica.
Plantas de energía
geotérmica

Lección 1
Conceptos
Básicos
de la Energía
Eléctrica

Conceptos Básicos de Energía Eléctrica
Energía: es la capacidad de un cuerpo para
realizar un trabajo y producir cambio ya sea
en si mismos o en otros cuerpos. La energía
se mide en términos de kilovatios-hora
(kWh) o de megavatios-hora (MWh) durante
un cierto periodo de tiempo.
Potencia: es la transferencia de energía
por unidad de tiempo. La potencia se mide
en vatios (W), kilovatios (kW) o megavatios
(MW), etc. Esta, a diferencia de la energía,
puede ser medida en cualquier instante de
tiempo.
Lección 1

Para dimensionar un sistema eléctrico la energía no es un parámetro
tan crítico como la potencia.
Hagamos un ejemplo:
Energía=Potencia*Tiempo
¿Qué cliente consume más energía?
¿Qué dimensión de instalación necesita cada uno?
Un segundo cliente
posee 1 máquina
similar (100kW)
pero este cliente
decide encender la
máquina durante
10 horas.
Un cliente posee 10
máquinas de
100kW de potencia
cada una y decide
encenderlas
simultáneamente
durante una hora.
Lección 1

Ambos clientes han consumido la misma cantidad de energía
pero el primero requiere dimensionar su instalación para
1000kW, mientras que el segundo sólo para 100 kW.
Energía cliente 1= (100 kW*10)*1 hora= 1000 kWh
Energía cliente 2= 100 kW*10 horas= 1000 kWh
Lección 1

Aprendimos:
La definición de ENERGÍA y
su diferencia con
POTENCIA
Las FORMAS
fundamentales de
ENERGÍA y sus diversas
FUENTES
Lección 1

Fuentes bibliiográficas:
Lección 1
1. Agencia Internacional de Energía: www.iea.org:
a. 2014. Key World Energy Statistics. Recuperado de:
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2014.pdf (15/04/2015)
2. Energy Conservation and Environmental Protection Class, Dr. Sarma Pisupati,,College of Earth and Mineral
Sciences, OER Initiative. The Pennsylvania State University. Recuperado de: www.e-
education.psu.edu/egee102 (15/04/2015)
3. Administración de Información de Energía de Estados Unidos (EIA). Recuperado de: www.eia.gov
(15/04/2015)
4. Corona Esquivel R. Martínez Hernández E. Trilla J. Benavidez-Muñoz E. y Piedad-Sánchez N. (2008)
Principales Yacimientos de Carbón Mineral en México. GEOMIMET. UNAM
5. Peña Rodríguez M.F. (2007) Ventajas y Desventajas del Uso de la Energía Nuclear. Debate Social Núm. 21
UNAM
6. Secretaría de Energía:
a) 2012. Iniciativa para el desarrollo de las Energías Renovables en México. SENER, 2012.
b) 2013a. Iniciativa para el impulso de la hidráulica renovable en México. SENER, 2013 Recuperado de:
http://www.sener.gob.mx/webSener/res/0/RE%20Hidraulica%20Renovable_vf.pdf (20/04/2015)
c) 2013b. Prospectiva del Sector Eléctrico 2013-2027. México 2013. Recuperado de:
sener.gob.mx/res/PE.../Prospectiva_del_Sector_Electrico_2013-2027.pdf (20/04/2015)
d) Inventario Nacional de Energías Renovables (INERE) Disponible en:
http://inere.energia.gob.mx/publica/version3.3.2/

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