energía

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Introducción: 
Obtención de energía
Selección de una fuente: decisión estratégica
Competitividad empresaria.
Aportes del ING DE PROCESOS
Objetivos: 
�Determinar los requerimientos energéticos
� Caracterización de los consumidores.
�Perfil del consumidor
�Cogeneración y campo de aplicación. Eficiencia
�Rendimientos térmicos efectivos de ciclos termodinámicos
�Integración de conocimientos interdisciplinares
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Demanda de energía del proceso:
•Proyecto de nueva planta
•Ampliación de capacidad existente
•Integración vertical hacia atrás
•Elevado precio de la energía o alto costo de generación
•Sinergia entre plantas por concentración de actividades
•Insuficiente capacidad disponible, comprada o generada
•Servicio no confiable. 
Aporte del ING DE PROCESOS
Aplicar herramientas: BM y BE
Flujo de energía
Capacidades y consumo de máquinas y equipos
Condiciones de operación.
Diagrama Sankey
• Cuantitativo
• Cualitativo
INGENIERIA
•Operaciones y procesos
•Condiciones
•Diagramas de tiempos
Impacto de la falta de energía
El análisis cuantitativo debe completarse 
con estudio de riesgos potenciales
USO DE MATRICES .
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Clasificación de las industrias:
En este sentido podemos decir que de manera 
genérica podemos estar frente a tres tipos de 
consumidores:
1. Industrias energoconsumidoras o 
electrointensivas
2. Industrias termoconsumidoras o 
termointensivas
3. Industrias termoelectrointensivas
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La información obtenida de los balances másicos y 
energéticos nos permitirá definir no solo el perfil de 
consumo de la planta sino también indicadores y datos 
que serán decisivos para:
� Definir del lugar de emplazamiento de una nueva planta
� Establecer los estándares de consumo de cada producto o 
línea de producción
� Calcular los costos en concepto de energía – combustibles 
demandados por el proceso y por tipo de producto 
elaborado
� Hacer comparaciones de tecnologías sobre la base de la 
demanda energética.
� Efectuar procesos de benchmarking energéticos
� Impacto ambiental potencial o real del esquema 
energético potencial o actual.
Tabla N°1 - Temperaturas, Operaciones y Procesos
Temperaturas en
°C
Operaciones, Procesos, instalaciones y equipos
1700 Procesos metalúrgicos, fusión materiales
1700 / 1200 Cocción productos arcillosos, cerámicos
1200 / 900
Reactores químicos y petroquímicos, procesos
combustión
550 / 300 Generadores de vapor, turbinas de vapor
600 / 200
Mayoría reactores químicos, deshidratación y
evaporación
100/ 80
Calentamiento, secado, cocciones alimentos,
destilación, evaporación, vacío, condensación
90/ 50 Secado productos agrícolas
40 /20 Calefacción, humectación, acondicionamiento de aire
10 / -18
Conservación de alimentos, medicamentos, 
congelamiento
-25 / -200 Licuefacción de gases, procesos criogénicos
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Qp = f (t) - demanda de vapor o calor
E = f (t) - demanda de energía
1. Compra de energía en el mercado 
eléctrico (100%)
2. Autogeneración
3. Sistema mixto, es decir, 
autogeneración de una parte de la 
demanda y compra del resto en el 
mercado
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Las fuentes de generación de energía eléctrica más importantes de Argentina 
son tres y pueden clasificarse según su origen en:
1. Centrales Térmicas
2. Centrales Hidráulicas
3. Centrales Nucleares
Generación de Energía en Centrales Eléctricas
Mercado Eléctrico Argentino
Con relación a la demanda de energía en el país tenemos los siguientes 
datos:
• Demanda de Energía en Argentina año 2002: 71.941 Gwh
• Consumo de energía per cápita: 2115 kwh / habitante (2002)
• Consumo proyectado per cápita: 3000 kwh / habitante (2010)
Y en 2017? 
Yaciretá 3100 Central Térmica Costanera 2319 
Atucha II 692 Atucha I 350 Los Reyunos 224
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Datos históricos (FUENTE CAMMESA – 17-03-15)
Les proponemos a Uds actualizar esta información ingresando a 
www.cammesa... Así:
Marco Regulatorio de la actividad a través de la Ley N° 24.065 
que encuadra el Mercado Eléctrico
1. MEM (Mercado Eléctrico Mayorista): es el ámbito de
concurrencia y participación de las partes interesadas en este servicio y tiene
por objetivo garantizar las condiciones de competencia en la oferta y asegurar
la optimización de los recursos puestos en juego para una prestación segura y
confiable. El MEM abastece hoy el 93% de la demanda del sistema eléctrico
argentino y está asociado al Sistema Argentino de Interconexión (SADI) con
9670 km de líneas de 500 kV y 14.214 km de líneas de 132 y 220 kV, que
cubren casi toda la extensión del país. Puesto que la energía eléctrica no
puede almacenarse y resulta necesario igualar la demanda con la oferta de
manera instantánea y esto requiere definir quien, donde y cuanto debe
generarse, se creó entonces una entidad que definiera estas cuestiones
llamada Organismo Encargado de Despacho (OED). El despacho físico de las
centrales se efectúa según un orden de mérito basado en el costo de
generación de las mismas.
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De esta forma van ingresando primeramente las centrales más
eficientes y económicas y luego las más caras hasta lograr cubrir la
totalidad de la demanda y la necesidad de reserva de potencia en
cada momento. Este procedimiento se llama despacho óptimo de
cargas. La coordinación de las operaciones de despacho, la
responsabilidad por el establecimiento de los precios mayorista y la
administración de las transacciones comerciales a través del SADI, se
efectúan a través de CAMMESA (Compañía Administradora del
Mercado Eléctrico Mayorista, Sociedad Anónima), que es una
sociedad mixta propiedad de los agentes del MEM y el Estado. Los
agentes participantes del MEM son:
�GENERADORES
�TRANSPORTADORES
�DISTRIBUIDORES
�COMERCIALIZAODORES
�CONSUMIDORES
• Generadores: comprende a las centrales eléctricas que colocan su producción 
de energía eléctrica en forma parcial o total en el sistema de transporte y/o distribución. 
Ejemplo: Luján de Cuyo SA, Central Térmica Güemes SA, Dock Sud SA, etc.
• Transportadores: son los responsables de la transmisión y transformación de la 
energía eléctrica desde el punto de entrega del generador hasta el punto de recepción 
del distribuidor o gran usuario. La energía eléctrica se transporta en líneas de alta 
tensión que operan a 500, 330 y 220 kV. Si el transporte se efectúa en líneas de 
media tensión estas operan a 32 y 13,2 kV. Ejemplo: Transnea, Transnoa, Transener, etc.
• Distribuidores: comprende a los responsables dentro de la zona asignada, de 
abastecer a usuarios finales que no tengan la posibilidad de contratar su suministro 
en forma independiente. Ejemplos: Edenor, Edesur, Emsa, etc. La distribución 
domiciliaria se efectúa en líneas de baja tensión que operan a 380 y 220 voltios.
• Comercializadores: actúan en el mercado fomentando la competencia ofreciendo 
a los usuarios servicios diferenciados que se adecuen mejor a sus requerimientos 
energéticos.
• Consumidores: los usuarios o consumidores pueden comprar energía para satisfacer 
su demanda de dos formas: 1) a través del Distribuidor de su zona o 2) directamente a 
un Generador o Comercializador reconocido si cumple con los siguientes requisitos 
de consumos:
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GUMA (Grandes Usuarios Mayores): tener una demanda de potencia para
consumo propio igual o mayor a 1 Mw y de energía igual o superior a 4380 MWh
anuales. Tener también contratado en el Mercado a Término (MAT), como mínimo, el
50% de su demanda de energía eléctrica con Generadores o Comercializadores de
Generación y por un plazo mínimo de un mes, aunque se estipule hacerlo por tres
meses.
GUME (Grandes Usuarios Menores): tener una demanda de potencia para
consumo propio igual o mayor a 30 kw y menor a 2000 kw. Tener contratada el 100%
de su demanda de energía eléctrica con un Generador o Comercializador reconocido
por el MEM y por un plazo de 6 meses.
GUPA (Grandes Usuarios Particulares): tener una demanda de potencia para
consumo propio igual o mayor a 30 kw y menor a 100 kw. Tener contratadael 100%
de su demanda de energía eléctrica con un Generador o Comercializador reconocido
por el MEM y por un plazo de 1 año.
Consumidores:
2. Secretaría de Energía: tiene como 
responsabilidad principal la organización del 
mercado eléctrico y la definición de las 
normas y regulaciones necesarias. Es 
responsable también de las políticas tarifarias.
3. Ente Nacional de Regulación Eléctrica 
(ENRE): es el organismo encargado de 
supervisar el cumplimiento de las normas y 
obligaciones por parte de los concesionarios y 
atender las objeciones y oposiciones de los 
intereses afectados en la prestación del 
servicio
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El precio de la energía
Determinado por un conjunto de variables entre las que
podemos mencionar:
•La demanda de energía en cada región
•La potencia instalada en cada región
•Los precios de los combustibles usados
•El grado de disponibilidad de los equipos
•La capacidad de transporte del sistema desde las zonas
productoras hacia las áreas consumidoras
•Tipo de central generadora y rendimiento térmico efectivo.
•Disponibilidad para consumo de los combustibles baratos
•Aporte de agua de los ríos que alimentan los embalses de
las centrales hidráulicas.
Además del precio de la energía, se
evaluará la confiabilidad, disponibilidad, posibilidades
de ampliación de consumos, etc., ofertados por los
proveedores posibles.
La calidad de servicio se mide en base a
dos parámetros:
•Cantidad de interrupciones 
(cortes / clientes / año)
•Tiempo medio de interrupción del servicio 
(horas / cliente / año)
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Demanda
Para evaluar las variaciones de la demanda 
dentro de un mismo día, CAMMESA divide las 24 
horas en tres períodos:
Pico: 18 a 23h Diurno: 5 a 18h Valle:23 a 05h 
según el World Development Report año 2000
Les proponemos a Uds actualizar esta información.
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Generación de Energía en Plantas de Procesos
Cogeneración
Las industrias de procesos requieren de energía
eléctrica o mecánica tanto para el
accionamiento de los equipos y máquinas de
producción como para los diversos servicios
también.
En ellas también muchos procesos y
operaciones necesitan energía térmica para
alguna o diversas fases del proceso, tales como:
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Temperatura + otras variables son vitales en el proceso
de fabricación.
Clasificación de los usos:
�Por contacto directo 
�Contacto indirecto con posible contaminación 
de condensado
�Contacto indirecto sin posible contaminación de 
condensado
�Reactante en procesos y operaciones
�Fuerza motriz 
¿Se usan otros fluidos ?
VAPOR DE AGUA
Los requerimientos energéticos
mencionados pueden obtenerse de dos formas
posibles:
1. Generación paralela
2. Cogeneración
Eq: energía térmica del combustible
Et: energía térmica útil aportada al proceso
Eg: energía útil generada
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Rendimiento de generación: ηm = Eg / Eq (1)
Rendimiento combinado total: ηcg = ( Eg + Et ) / Eq (2)
Relación de cogeneración: Ψ = Et / Eg (3)
Rendimiento total de la cogeneración: ηcg = ηm (1 + Ψ) (4)
Analizamos las ecuaciones 2 y 4 
ηcg entre 70 y 85%
Según el orden en el que se produzca la energía
eléctrica y térmica los ciclos de cogeneración pueden
clasificarse según dos grupos:
Ciclos Topping:
• los más frecuentes
• generación de potencia seguida de calor
Esta secuencia de producción de fuerza motriz + calor puede obtenerse
mediante:
a) turbinas de vapor 
b) máquinas de combustión interna (Diesel o turbina de gas)
c) ciclo combinado, ciclo de Cheng (turbina gas + caldera 
recuperación + turbina a vapor).
Ciclos Bottoming:
• En la primera etapa, calor para proceso y en una segunda se genera la
energía eléctrica.
Las instalaciones comprenden generalmente:
a)horno u hogar de procesos.
b) caldera de recuperación
c) turbina de vapor.
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Ejemplos de industrias que trabajan con
ciclos de cogeneración: azucarera,
alcoholera, celulosa y papel, aceitera, las
extractivas de tanino y furfural,
petroquímicas, etc. algunas de las cuales
tienen en los productos de desechos su
propio combustible con lo cual la generación
de energía térmica y eléctrica resulta de muy
bajo costo.
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1. industria papelera
• consumo específico de energía: eg = 1200 a 1500 KWh / tn papel
• consumo específico de vapor directo: b = 9 a 12 tn vapor / tn papel
2. industria celulósica
• consumo específico de energía: eg = 900 a 1000 KWh / tn pasta
• consumo específico de vapor directo: b = 7 a 9 tn vapor / tn pasta
3. industria azucarera
• consumo específico de energía: eg = 20 a 25 KWh / tn caña molida
• consumo específico de vapor : b = 400 a 500 kg vapor / tn caña molida
4. industria cervecera
• consumo específico de energía: eg = 10 a 12 KWh / HL cerveza
• consumo específico de calor: qg = 21000 a 23000 Kcal / HL cerveza
5. industria extractiva (tanino-furfural)
• consumo específico de energía: eg = 450 a 480 KWh / tn tanino
• consumo específico de vapor directo: b = 10 a 12 tn vapor / tn tanino
6. industria textil (integrada para telas planas de algodón y mezcla poliester + algod)
• energía eléctrica: 25 a 35%
• energía térmica: 65 a 75%
Estos consumos de distribuyen de la siguiente forma entre los distintos sectores:
Hilandería: 30% - Tejeduría: 27% - Terminación: 43%
Consumos energéticos y térmicos de distintas industrias
Los datos anteriores son muy importantes ya que nos permiten 
definir el tipo de demanda energética de cada industria y en función de 
esto evaluar las alternativas posibles de generación. Según la relación de 
cogeneración que presente cada proceso, esto es, Ψ= Et / Eg
Se recomienda recurrir a las diferentes máquinas térmicas cuando sus 
valores sean:
Ψ = 0. 6 a 1.2 - analizar un motor Diesel
Ψ = 2.3 a 4.8 - analizar una turbina a gas
Ψ ≥ 4. 4 - analizar una turbina a vapor de contrapresión
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Rendimientos Efectivos de los Ciclos Térmicos
• Obtener la máxima energía útil a partir de la exergía química de los
combustibles quemados en los hogares de las calderas.
•Los combustibles son recursos energéticos estratégicos no renovables y
de aquí que todos los esfuerzos que se hagan para darles un uso racional
dentro de la industria deben ser atendidos.
Estas transformaciones, como se estudió en Termodinámica,
acontecen con grandes pérdidas de exergía que van reduciendo la
capacidad de obtener potencia útil en las máquinas térmicas que la utilizan
y haciendo su operación costosa. Está claro que ninguna industria podrá
sobrevivir en un entorno global cada vez más competitivo operando con
grandes costos. Será su responsabilidad evaluar las alternativas que
conduzcan a las menores inversiones y costos operativos. La tabla
siguiente resume los rendimientos térmicos efectivos (η) o netos posibles
de obtener en los distintos ciclos actuales y los consumos específicos de
calor (β) .
Finalmente y vistos los conceptos anteriores es fundamental recalcar, el rol principal
que juega el ingeniero de procesos en esta etapa del proyecto industrial, ya que reside
en sus manos la posibilidad de optimizar los ciclos energéticos mediante balances
exergéticos o mediante la tecnología Pinch de manera de obtener finalmente procesos
energéticamente optimizados que les otorgarán como industria claras ventajas
competitivas respecto de otros competidores. El Diagrama de Sankey como
mencionáramos es una herramienta visual muy útil tanto en el plano cuantitativo como
cualitativo como lo enseña el siguiente.
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Ampliación de conceptos
Unidad I
Centrales hidroeléctricas
Turbinas hidráulicas
Turbinas a vapor
Energía Geotérmica
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1 2 3 4 5
10 8
El nivel del 
embalse 
superior 
desciende
El agua 
ingresa al 
túnel de 
conducción
El agua 
ingresa a los 
grupos 
mediante la 
tubería forzada
El caudal 
impulsa las 
turbinas en 
sentido horario
El caudal se 
acumula en el 
embalse 
inferior
6 7
La energía se 
entrega al 
Sistema 
Interconectado 
Nacional
El agua sale 
por el tubo desucción
El agua vuelve 
por el tubo de 
succión
La energía se 
toma del S.I.N. 
9
Las turbinas 
elevan el agua 
en sentido anti-
horario 
11
El nivel del 
embalse 
superior 
asciende
Período de mayor demanda de energía (Generación)
Período de menor demanda de energía (Bombeo)
DIQUE Y CENTRAL LOS REYUNOSDIQUE Y CENTRAL LOS REYUNOS
Tipo Materiales sueltos, Núcleo impermeable y Espaldones filtrantes
Volumen de embalse 220 Hm3
Altura máxima desde fundación 136 m
Cota de coronamiento 1000 msnm
Cota de máximo embalse 996 msnm
Ancho de vertedero 60 m
Capacidad de evacuación de vertedero 1.900 m3/s
CENTRAL DE BOMBEO LOS REYUNOS
Año de terminación 1983
Cantidad Generadores – Motor 2 SKODA
Potencia nominal 112 MW
Turbina tipo Francis reversible de eje vertical
Salto neto nominal 95 m
Caudal unitario 137,5 m3/s
Velocidad de giro 166,7 RPM
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Clasificación
Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños,
desde unidades de 1 hp (0.75 kW) usadas para accionar bombas,
compresores y otros equipos hasta turbinas de 2,000,000 hp
(1,500,000 kW) utilizadas para generar electricidad. Por ser
turbomáquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación
de éstas. Se clasifican de acuerdo a su grado de reacción:
Turbinas de Acción: El cambio o salto entálpico o expansión es
realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se
trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos
están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se
mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad.(Pelton)
Turbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del
vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando
este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como
de reacción pura. (Ej. Kaplan y Francis)
Turbina Francis
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Turbinas 
de vapor
Energía 
geotérmica
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25 % E proviene de C (250Y)
40 % E proviene de petróleo (40 Y)
20 años ↑25% pob 50%↑E
1/5 pob 4/5 Energía
Otros datos:
E hidráulica, único recurso renovable almacenable.
Itaipú 14000MW (85/15)
Tres Gargantas 18000 MW
Alemania –España lideran E eólica
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Bibliografía Consultada
1. Haywood R., Ciclos termodinámicos de potencia y refrigeración– Edit 
Limusa 2000
2. Elliot T – Standard Handobook of Power Plant Engineering – McGraw 
Hill, 1989
3. Rizhkin V.Y - Centrales Termoeléctricas, tomo I y II –.. Edit.Mir 1983
4. Comby Bruno. La energía nuclear: El futuro de la ecología. Ediciones 
TNR, Francia, 2008.
5. Baher H.D - Termodinámica Técnica - Edit. Montesó 1979
6. Mesny M - Generación de vapor – Edit.Alsina, 1983
7. Molanes, C. – Compendio de Vapor y Máquinas Térmicas – ABRN 
Producciones Gráficas Buenos Aires 2009.
8. http: // europa.eu.net.int / comm / energy
9. http: // www.cammesa.com.ar
10.http: // foronuclear.arg/publicaciones.jsp
11.http: // www.ree.es