Consideraciones sobre la eficiencia energética

Por: Camilo Botero*

La necesidad de controlar las emisiones atmosféricas de GEI´s (gases de efecto invernadero) deberá basarse cada vez más en la eficiencia de los sistemas energéticos, ecológicamente racionales, sobre todo de las fuentes de energía nuevas y renovables. Un dato importante es que un tercio de la población carece de energía comercial accesible y depende de fuentes tradicionales.

Los recursos actuales son suficientemente abundantes para atender nuestras necesidades, pero nuestro sistema energético es insostenible. La energía sostenible es aquella producida y utilizada de forma que sustente el desarrollo humano en todas sus dimensiones sociales, económicas y medioambientales.
Aunque parece que no hay límites físicos al suministro de energía mundial durante al menos los próximos 50 años, el actual sistema energético es insostenible.

Si actuamos ahora podemos crear sistemas de energía que nos conduzcan a un mundo más justo, más lógico desde el punto de vista medioambiental y más viable económicamente, dice el Consejo Mundial de Energía.

La solución incluye:

1.Promoción de la eficiencia energética.
2.Uso de energías renovables y tecnologías avanzadas.
3.Ayuda a los países en vías de desarrollo.

El petróleo y el gas podrían durar otros 50-100 años. Los recursos de carbón y materiales nucleares son tan abundantes que podrían durar siglos o milenios. El 80% del consumo de energía primaria se basa en los combustibles fósiles. La energía nuclear contribuye con algo más del 6%, mientras las nuevas energías aportan únicamente alrededor del 2%.

En busca de alternativas
Los recursos renovables están distribuidos más uniformemente que los recursos fósiles y nucleares, pero su potencial económico está afectado por muchos obstáculos.

Actualmente la capacidad mundial de convertir la energía primaria en energía útil es aproximadamente de un tercio. Se espera que durante los próximos 20 años, la cantidad de energía primaria necesaria se pueda reducir de forma rentable en un 25-35% en los países industrializados. ASHRAE está promoviendo para el 2030 el gran reto de llegar a Energía Base Cero en edificios, es decir, que sean autónomos en su generación de energía.

Las energías renovables tienen el potencial de proporcionar servicios con emisiones nulas o casi nulas. La fijación de precios en función de los costos totales de las fuentes convencionales de energía, incluyendo su impacto en el cambio climático, hará que las energías renovables resulten más competitivas.

Aspectos relevantes
A continuación destacaré una serie de cuestiones que son de relevancia con respecto al tema que vengo tratando.

Energía fósil: Se deben encaminar las tecnologías hacia el objetivo, a largo plazo, de conseguir unas emisiones casi nulas de contaminantes y de gases de efecto invernadero sin complicadas tecnologías de control final. En los lugares donde el gas natural está fácilmente disponible, se están eligiendo ciclos combinados de gas que ofrecen bajos costos, una alta eficiencia y escasos impactos ambientales

Cogeneración: Es más rentable y puede jugar un mejor papel en la economía de la energía si está basada en turbinas de gas y ciclos combinados en lugar de turbinas de vapor, aun cuando éstas son muy eficientes por ejemplo en Ingenios de caña de azúcar, pues utilizan su bagazo como combustible. Los motores alternativos y las emergentes tecnologías de microturbinas y celdas de combustible también son fuertes candidatos a la cogeneración a menor escala, incluidos los edificios comerciales y de viviendas.

Sintéticos: La persecución a corto plazo de una estrategia basada en el gas sintético podría preparar el terreno para un uso generalizado del hidrógeno (H₂) como portador de energía. Licuefacción directa del carbón para producción de combustibles sintéticos.

Hidrógeno: El desarrollo fructífero de las celdas de combustible facilitaría la introducción de H₂ para energía. El automóvil con celda de combustible competirá por el título de “automóvil del futuro” con el motor híbrido accionado por combustión interna y baterías.

CO₂: Recientes investigaciones sugieren que la capacidad global para la eliminación segura de CO₂ en depósitos geológicos también podría ser adecuada para eliminar el generado por los combustibles fósiles durante cientos de años.

Energía nuclear: Representa el 6% de la energía y el 16% la electricidad. La mayoría de los analistas pronostican que esta no crecerá, pues tiene grandes detractores por su riesgo y los accidentes ocurridos. Sin embargo hay presión para su uso, con el objetivo de independizarse de los combustibles fósiles.

Energía eólica: Ha experimentado un significativo incremento en los últimos años, particularmente en Europa, Estados Unidos e India, siendo la tecnología de generación con más rápido crecimiento en los últimos años en todo el mundo.

Energía solar: Es una de las alternativas con mayor potencial en el largo plazo.
Las celdas fotovoltaicas han experimentado un fuerte crecimiento en múltiples mercados en los últimos años, siendo competitivas con otros mecanismos de generación de electricidad en instalaciones remotas de pequeña escala o en aplicaciones especiales.

Alumbrado cenital: La iluminación natural es cada vez más importante en los edificios modernos, no sólo por lo que implica en el ahorro de energía, sino además por sus importantes aportes al bienestar humano, a la capacidad de aprendizaje y a la eficiencia. Se impone, pues, el trabajo conjunto de arquitecto e ingenieros con la industria constructora, los inversores en la construcción y propietarios sobre el uso de la iluminación natural en el diseño de edificios comerciales e institucionales, amén de las viviendas habitacionales del mañana.

Tecnologías disponibles
Sin entrar en detalles que pueden ser complejos y muy sofisticados, citaré algunas tecnologías que contribuyen a optimizar los procesos de aire acondicionado y refrigeración.

• Compresores de altas revoluciones: Con hasta un 33% de mayor rendimiento que los compresores convencionales.

• Tubos de Calor (Heat Pipe): Tecnología proveniente de investigaciones aeroespaciales que permite usar el calor sensible, preenfriando el aire y recalentándolo en el nivel de baja temperatura, para mejorar la humedad relativa al interior.

• Desupercalentadores: Estos intercambiadores de calor retiran la energía desde la descarga del compresor hasta la zona de saturación, permitiendo obtener agua caliente de manera gratuita para uso doméstico o en instalaciones hospitalarias.

• Ruedas entálpicas: Aprovechan las condiciones de baja temperatura y humedad específica del retorno del aire acondicionado, para preacondicionar el aire exterior que viene con alta temperatura y alta humedad específica.

• Deshumidificación: Hay equipos con marca registrada como la CDQ, que proporcionan deshumidificación a bajas temperaturas, logrando condiciones a las que solo se llegaría con equipos de deshumidificación química, permitiendo operar los sistemas centrales en niveles de temperatura más altos.

• Sistemas centralizados de control: Estos hacen que el consumo sea exactamente igual a la demanda durante cargas parciales de los sistemas. Existen sistemas de control (Hartmann Loop) que permiten llegar hasta consumos tan bajos como 0.3 Kw/TR, utilizando varias de las tecnologías descritas anteriormente. Otros defienden el sistema central de agua fría con caudal variable en el primario.

• Vigas frías y páneles radientes: Se utilizan para climatizar, tanto en ambientes fríos como cálidos, con gran ahorro de la energía de manejo de aire.

• Suministro de aire por el piso (UFAD: Underfloor Air Distribución): Con este sistema se logra climatizar con temperaturas de aire del orden de 65^oF, cuando normalmente se utiliza 55^oF. Con eso los sistemas centrales operan con gran eficiencia.

• Climatización geotérmica: Aprovecha la baja temperatura de la tierra para hacer la condensación en el ciclo de refrigeración, ahorrando energía de aire o agua de condensación y dejando el condensador enterrado con beneficios estéticos.

• Almacenamiento de hielo: Permite utilizar energía eléctrica cuando hay tarifas diferenciales, para almacenar “frío” durante las horas que no son pico y usarlo cuando se tiene la carga máxima.

• Sensores entálpicos: Cuando la entalpía del aire exterior es baja, se apaga el sistema de refrigeración y se introduce este aire directamente para climatizar los ambientes.

• Utilización del agua de condensación de las torres de enfriamiento: Se usa para hacer recalentamientos en las unidades manejadoras de aire que permitan control de la humedad relativa.

• Cogeneración y trigeneración: Aumentan la eficiencia de los ciclos térmicos de generación de energía eléctrica de un 33% hasta un 80%. Este tema se trató con mayor amplitud en mi artículo pasado.

¿Es posible un futuro sostenible?
Sí, pero para conseguirlo será necesaria una confianza mucho mayor en una combinación de mejores eficiencias energéticas, recursos renovables y avanzadas tecnologías energéticas.

* Camilo Botero es el actual presidente de ACAIRE y presidente de Camilo Botero Ingenieros Consultores Ltda. Se ha desempeñado como docente en varias universidades colombianas, gremios y actualmente en ACAIRE en cursos de diplomado de proyectos de aire acondicionado, eficiencia energética en aire acondicionado y refrigeración, cogeneración y trigeneración, psicometría aplicada, termodinámica, mecánica de fluídos, transferencia de calor y turbomaquinaria.