DERESU-111

Este artículo está directamente relacionado con tres escritos que ya se encuentran en este archivo sobre Deresu-111. Cronológicamente, esos son:

Conversión de Movimientos y Deresu-111
Superman, Energía, Agua y Deresu-111
Petróleo virtual, Agua, y Deresu-111

Los tres contienen ilustraciones que describen conversiones de Energía y relaciones que pueden ser útiles al aprovechar las Energías renovables de la naturaleza chilena.

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Energía equivalente del carbón

Al escribir sobre "Petróleo virtual" mencioné que 1 "tep" (castellano) o "toe" (inglés) conducen a que 1 "Tonelada equivalente de petróleo" corresponde a un contenido calórico de 41,868 GJ o de 11.630 kWh, según la IEA (International Energy Agency) y según la OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development).

Simplificando, es aceptable decir que 1 tep = 12 MWh
1 Tonelada equivalente de petróleo equivale a 12 Megawatts-hora de electricidad

Por otro lado, es aceptable decir que 1 tonelada de petróleo tiene un contenido calórico equivalente al de cerca de 1,5 tonelada de carbón duro.

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Carbón Virtual

Yo he escogido esta expresión virtual para designar la equivalencia entre dos magnitudes. Por un lado pienso en la Energía eléctrica que se puede lograr elevando Agua con maquinaria activada por energías renovables. Esa agua puede después caer y generar electricidad en una central hidroeléctrica tradicional, de tamaño micro, mini, normal o Mega.

Por otro lado pienso en la electricidad que se puede generar, al quemar carbón en una central termoeléctrica.

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Estadística BP

El 2 de julio publiqué "Recursos Fósiles, EROEI y Deresu-111" en Océanos Azúles. Una copia de ese escrito se encuentra cronológicamente archivada en este sitio de Deresu-111.

Ahí expliqué como llegar a "Statistical Review of World Energy 2009", que conduce a la conclusión de que "El petróleo se agotará dentro de 40 años, el gas natural dentro de 60 años y el carbón dentro de 120 años, aproximadamente."

En la página 44 (sobre "Apéndices") de ese informe, es posible leer sobre la relación entre petróleo y carbón:

"One tonne of oil equivalent equals approximately 1.5 tonnes of hard coal"

Ya que una tonelada de petróleo equivale a unos 12 MWh de electricidad, podemos decir que 1 tonelada de carbón equivale aproximadamente a un contenido calórico de 8 MWh.

1 tonelada de carbón -- > 8 MWh
1 kg de carbón -- > 8 kWh

Al convertir (quemar) ese carbón, se producen sin embargo grandes pérdidas de energía.

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Reemplazando carbón

En esa misma página 44 de la Estadística BP se puede leer que el rendimiento promedio de centrales termoeléctricas (según la OECD) es de 38%. Eso se refiere al conjunto de centrales accionadas por petróleo, carbón y gas natural.

He encontrado en otras fuentes que en el caso del carbón se considera una efectividad media del 35%. Si una tonelada de carbón tiene un contenido calórico promedio de 8 MWh, al aplicar el 35% se llegaría a solo 2,8 MWh.

Eso implicaría 0,357 tonelada de carbón por MWh

Aquí he encontrado varios exemplos de centrales a carbón chinas:

Toneladas de carbón por MWh

En la página 2 se encuentra "Estimated domestic operating statistic", donde se dan ejemplos de "Unit coal consumption (ton / MWh)"

Las cifras indicadas para consumo de carbón en toneladas por MWh varían entre 0.4281 y 0.4532. El consumo más bajo en esos ejemplos (0.4281 ton/MWh) equivale a 2,336 MWh por tonelada. Ello conduce a un rendimiento de 2,336 / 8 -- > 0,29 -- > 29%.

He optado por mostrar ese rendimiento real de 29%, para acentuar que una efectividad de 38% es un promedio para todas las termoeléctricas, mientras 35% es un promedio para las accionadas a carbón.

Por motivos prácticos, yo escojo entonces un 35% de rendimiento promedio para las termoeléctricas a carbón, conciente de que las variaciones pueden ser considerables.

Ello conduce a que:

1 kg de carbón -- > 2,8 kWh

En "Petróleo virtual, Agua, y Deresu-111" llegué a que:

1 kg de petróleo -- > 4,4 kWh

Teniendo en cuenta que estamos hablando de aproximaciones y de promedios, podemos decir que para reemplazar la electricidad que se logra con 1 kg de carbón, bastaría con producir 2,8 kWh de electricidad de cualquier otra forma.

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Superman y Stirling

Para "visualizar" el efecto o potencia instalada de una centralita hidroeléctrica de 4 kW, yo me he valido de ese personaje imaginario en mi escrito "Superman, Energía, Agua y Deresu-111".

Si Superman levanta 1 auto VW Escarabajo de una tonelada, a una altura neta de medio metro, cada segundo, entonces el efecto logrado equivale a 4 kW. Se trata de levantar el VW y de soltarlo una vez que llegó al tope superior. Enseguida se trata de volver a subirlo, de tal forma que llegue al extremo superior una vez cada segundo.

Si Superman hace ese mismo trabajo durante 3600 segundos (1 hora), se lograrían 4 kWh.

Para lograr 2,8 kWh bastaría que Superman hiciese ese mismo trabajo durante 2520 segundos, que es lo mismo que 42 minutos.

Elevar 1 auto VW de una tonelada cada segundo, equivale a elevar 1m3 de agua cada segundo.

Un poco más arriba incluí una imágen de un motor Stirling que podría reemplazar a Superman, en la labor de elevar agua. El motor está diseñado para funcionar con el calor solar, pero podría naturalmente funcionar con cualquier fuente calórica equivalente, ya sea de tipo fósil o renovable. En la parte inferior es posible ver dos excéntricas con sus respectivas bielas, que son los elementos que también aparecen en las ilustraciones relacionadas con Superman y el Volkswagen.

El modelo Stirling inicial para esos experimentos solares tiene un efecto de 25 kW. Menciono esa potencia, debido a que Superman realiza un trabajo de 4 kW al levantar una tonelada cada segundo, a una altura de medio metro.

Ese motor es capaz de lograr un efecto comparable a 6,25 veces 4 kW. Es decir que podría teóricamente elevar algo más de 6 toneladas de agua cada segundo, a una altura de medio metro.

También podría elevar una tonelada de agua (1 m3) cada segundo, a una altura neta de algo más de tres metros.

Importanter es para mí mencionar que un motor de esos podría perfectamente trabajar con calor de volcanes, ya sea via aguas termales o via otra forma de transformación del ardor de la lava incandescente.

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Agua y carbón

Hemos llegado a que 1 kg de Carbón virtual -- > Aproximadamente 40 minutos de trabajo, en que se eleva 1 tonelada de Agua cada segundo, a una altura media de 0,5 m, con la fuerza de un buffét de Energías renovables.

Trataré de escribir también sobre equivalencias del gas natural, más adelante. Copias de todo ello irán quedando en este archivo de Deresu-111.

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Motores Stirling

Me referí a "Turbinas, Stirling, Producción y Deresu-111" el 19 de julio de 2009. Una copia de ello está en este archivo Deresu-111. Aquí se encuentra además "Stirling, Calor, Frio y Deresu-111", publicado el 16 de julio.

En ese artículo del 16 de julio me referí a varios submarinos suecos que son accionados por silenciosos motores Stirling.

Me referí también a ese variado tipo de motores en abril de 2009 ("Termodinámica, Calor y Deresu-111") y en la copia de "Recursos Fósiles, EROEI y Deresu-111" puse una imágen que representa a un "Motor Stirling accionado por pellets de madera".

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Energía Solar y Stirling

Hay una historia de varios decenios detrás del desarrollo técnico que llevó a los motores Stirling de submarinos suecos, a metamorfosearse de tal forma de poder ser instalados frente a grandes espejos solares.

Aquí he incluído una foto tomada hace 4 años, el 8 de agosto de 2005. Segundo desde la derecha se vé al ex-Presidente Bush, cuando se firmó un acuerdo energético en un laboratorio solar de la Fuerza Aérea de EE.EE. (USAF), en un desierto de Nuevo Mexico.

El espejo solar acciona un motor Stirling, que desciende "genealógicamente" de los motores que propulsan submarinos.

En este punto aprovecho de mencionar que las FF.AA. de Chile también tienen capacidad técnica para investigar sobre nuevas soluciones energéticas y para emular laboratorios similares a los usados por la USAF en un desierto. Ahí se desarrollan máquinas solares, con técnica usada en sumergibles militares.

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Video, Sol y Desierto

En el minuto 3, el siguiente video se acerca a una animación del motor Stirling solar:

10.000 motores de 25 kW

Ahí se habla de una instalación de 10.000 espejos-motores de 25 kW, lo que conduciría a 250 MW, utilizables durante el dia asoleado, cuando las necesidades de aire acondicionado producen un peak en la demanda eléctrica. Se menciona otra instalación similar en San Diego.


Aquí ya se habla del conjunto de 500 MW solares, en ambas instalaciones:

20.000 motores de 25 kW

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Sol, Volcanes, Agua y Carbón

La técnica para producir fuerza motríz, convirtiendo la energía de los rayos solares, ya existe. Es perfectamente posible mover un generador eléctrico con un motor Stirling de 25 kW, que es accionado por Energía solar. Esa electricidad podría reemplazar sin problemas, a una magnitud de electricidad similar, que sea producida por una termoeléctrica accionada por carbón.

Más arriba en este artículo expliqué como se llega a que 1 kg de "carbón virtual" equivale a 2,8 kWh de electricidad, aproximadamente.

Si un motor de 25 kW movido por el sol, acciona un generador eléctrico durante una hora, es posible pensar en unas 9 veces los 2,8 kWh.

El motor Stirling del desierto de New Mexico hace posible entonces, la siguiente relación:

9 kg de carbón -- > 1 hora de trabajo del espejo solar con su motor Stirling.

Algo similar se puede pensar con relación al calor inagotable que se esconde en las profundidades de los más de 2000 volcanes que hay a lo largo de Chile. Reitero que siempre se trata de aproximaciones, al estimar equivalencias.

Ahora vuelvo a acoplar a Superman, quien al levantar ya sea una tonelada de Volkswagen o una tonelada de Agua (1 m3) cada segundo, a una altura neta de medio metro, es capaz de generar un efecto de 4 kW.

Con esa idea en mente, yo pienso en el "ahorro" que se lograría, si es que a todas esas 20.000 centrales eléctricas solares se les sacara el generador. Aparte de hacer todo el sistema más liviano, se eliminarían todos los mecanismos tendientes a regular tensión y frecuencia eléctricas.

Ese "ahorro" sería posible si en lugar de activar un generador eléctrico, se elevase Agua hasta un nivel superior. El agua puede hacerse subir caóticamente, ya sea a chorros, chorritos o borbotones. El agua puede subir con ayuda de olas, mareas, sol, vientos, etc. Todas las fuerzas funcionando al mismo tiempo, si es que estas se encuentran activas en ciertos instantes. Una vez que el agua llegó al tope de un canal o estanque, ese precioso líquido adquiere la misma energía potencial. Se regula por si solo.

Con "Círculos de Estudios" sobre Agua y Energía podríamos aumentar el interés de los chilenos de todas las edades, por aprovechar la riqueza energética que ya tenemos en nuestro país.

Carbón virtual y Petróleo virtual pueden surgir en Chile ahora y siempre. Esa energía renovable puede conducir a disminución de las importaciones, al aumento de las exportaciones y al surgimiento de nuevas fuentes de trabajo destinadas a aumentar el valor agregado de diversos productos chilenos.

Agradezco de antemano todas las correcciones posibles.
Salvo error u omisión.

Cordiales saludos
Rafael Meza