Tener claro estos conceptos ayudará a no equivocarse en este tema fundamental

Nada reemplaza a un buen texto y hacer los ejercicios, pero voy a tratar de aclarar, a mi manera.  También pongo enlaces a artículos de Wikipedia y otros, para el que quiera ampliar.

Fuerza.  Una fuerza es algo que actúa contra otra cosa, por ejemplo la gravedad. Y entonces se hizo un Trabajo. Por ejemplo levanta un peso de un kilo, un metro, en un segundo, eso es fuerza de un Newton que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto de 1 kg de masa.

Si el kilo desciende un metro, el trabajo fue hecho por ese peso de un kilo. Tanto Fuerza como Distancia son necesarias para realizar Trabajo.

Energía es la capacidad de hacer trabajo. Sea mover un peso, sea realizar un trabajo eléctrico, químico, térmico o equivalente a trabajo mecánico.

Una medida de energía muy usada en técnica, aunque antigua, es la BTU, que es la energía necesaria para elevar la temperatura de una libra (=450 gramos) de agua, un grado Fahrenheit.  Otra medida técnica es la caloría:  Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua pura, desde 14,5 °C a 15,5 °C, a una presión normal de una atmósfera. Una caloría (cal) equivale exactamente a 4,1868 julios (J), mientras que una kilocaloría (kcal) es exactamente 4,1868 kilojulios (kJ).  Las tablas de contenido de energía de los alimentos están en Kilocalorías, que confusamente llaman Calorías, con mayúscula.

La Potencia es trabajo realizado en el tiempo, o sea dW/dt. El vatio o Watt es la unidad de potencia: si aplicamos un voltaje (es una fuerza) de un Voltio a una resistencia de un Ohmio, resulta una corriente de un Amperio y la resistencia disipa como calor un Watt/vatio.  Mil Watt son un Kilowatt, un millón de Watt/vatios un Megawatt.

Me gusta usar el Kilowatt Hora, se entiende fácil que si una bombilla de 100 Watt-hora funciona 10 horas consumió un Kilowatt hora.

Fuente de energía. Substancia o sistema capaz de entregar Kilowatts hora netos de energía.  El Petróleo, el Carbón, el Gas, el Viento, la Madera, el Sol, las mareas, una represa hidreléctrica, son fuentes netas de energía.

Portadores de energía.  Para llevar energía de un lado a otro.  Hay que «cargarlos» con los anteriores: Acumuladores, Volantes de Inercia, el Hidrógeno, Explosivos, son ejemplos.  Estos consumen mucha más energía en llenarlos de la que luego pueden entregar.

Densidad energética.  Aquí ya entramos a comparar y nos va a ser útil.  Puede considerarse Watts-hora/litro o sea una medida volumétrica y Watts-hora/kilogramo, medida gravimétrica, o sea de peso para ser simple.

. . . . . . . . . . .  . Watshora/volumen ___  Wattshora/peso

Gasolina 9.000 Wh/l 13.500 Wh/Kg
LNG metano líquido
7.216 Wh/l 12.100 Wh/Kg
Propano 6.600 Wh/l 13.900 Wh/Kg
Etanol 6.100 WH/l 7.850 Wh/Kg
H2 Líquido 2.600 Wh/l 39.000* Wh/Kg
150 Bar H2 comprimido
405 WH/l 39.000* Wh/Kg
Litio 250 Wh/l 350 Wh/Kg
Volante Inercial
210 Wh/l 120 Wh/Kg
Liquid N2 65 Wh/l 55 Wh/Kg
batería Pb 40 Wh/l 25 Wh/Kg
Aire comprimido 17 Wh/l 34 Wh/Kg
PTN H2 2.7 Wh/l 39.000* Wh/Kg

☼  H2 = Hidrógeno.  Pb = Plomo. N2 = Nitrógeno.  PTN H2 = Hidrógeno a presión y temperatura normal

Y ahora esta tabla nos permite interesantes conclusiones.  La Gasolina (y el diésel, kerosén y similares) es de lejos el medio con mayor contenido de energía, tanto por peso como por volumen, y es relativamente segura o al menos todos los demás se tienen que comparar con ellos especialmente para el transporte. La Gasolina o nafta, a 9.000 WattsHora por litro, y 13.500 Wattshora por kilo vemos que la comparación con las baterías de coche de Plomo, a 25 Wh/Kg, bueno, son patéticas. Incluso las mejores baterías de Litio son 30 veces peores en Densidad Energética que la gasolina.

Y el Etanol también sale mal librado, mucho menos contenido energético que la gasolina, tanto por Kilo como por Litro.

El Hidrógeno, Líquido o Gas como combustible en transporte.  A primera vista el Hidrógeno Líquido tiene alguna ventaja sobre la gasolina en peso, tres veces más energía por Kilogramo, PERO, lo que importa aquí es también el recipiente que lo contiene, que tiene que ser un frasco Dewar de acero, pesado y muy caro y que continuamente ebulle y pierde Hidrógeno gas eso es inevitable, con el peligro agregado de que el Hidrógeno fragiliza el metal que lo contiene y conductos.  O sea que puede rajarse y explotar con terribles consecuencias.

Como ademas hubo que comprimirlo para licuarlo, las pérdidas energéticas son considerables, el Hidrógeno es mucho peor que la gasolina. Y es curioso que, como le diría un químico, un litro de gasolina contiene más hidrógeno que un litro de hidrógeno líquido  -esto se debe a la densidad de ambos y la fracción molar.

En cuanto al Hidrógeno pero en forma de gas comprimido, ¡es risible ! : a Presión y Temperatura Normal el Hidrógeno H2 PTN contiene 2,7 Watts-hora (realmente transformables en electricidad) por litro, contra 9.000 la gasolina. Agreguemos que un tanque de gas hidrógeno a presión es una bomba fantástica, para uso terrorista sí que les puede valer.

Una cosa a tener muy en cuenta es que no todos los gases se pueden licuar por presión.  El Butano CH3CH2CH2CH3 sí, el Propano CH3CH2CH3 ya necesita mucha presión  -el Supergás son mezclas técnicas de Butano y Propano y otros gases procedentes del cracking del Petróleo.   Pero el Metano CH4, a veces llamado Gas Natural, no puede ser líquido a temperatura normal por más presión que se le aplique, y el Hidrógeno tampoco.  Esto es otro factor que hace casi imposible usarlos como combustible en transporte, por la dificultad y coste, peligro y pérdidas en licuarlos, y la dificultad en almacenarlos a temperaturas criogénicas, el Metano se debe mantener a -163 ºC, el Hidrógeno líquido a -253  ºC .

El aire comprimido, con su pobre contenido en energía y el peligro de comprimir aire a altas presiones (¡explosión!)se puede descartar sin más, aunque hay un proyecto por ahí de coche a aire comprimido nunca se hace realidad.

☼  Coche a Aire Comprimido

Otro día discutiré más cosas sobre la malhadada Economía del Hidrógeno, la blableta de formarlo hidrolizando agua y otras ocurrencias que la técnica desdeña. La blableta de usar electricidad de centrales nucleares o de eólicos para hacer hidrógeno, esa opinión debería estar multada por obscena.

¡De hecho si la gasolina no existiera habría que inventarla !!  Tales son sus ventajas, y sintetizar gasolina es perfectamente posible, el procedimiento CTL llamado Coal to Liquids, por ejemplo.

Por supuesto, es caro.

Para saber más

☼   Qué es un Barril de Petróleo

☼   radiación Alfa, Beta, Gamma y Neutrones

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Por Armando

Un comentario en «Conceptos Fundamentales de Energía»
  1. Solo puedo decir que NADA REEMPLAZARÁ AL PETROLEO ¡NADA! El petroleo es tan poderoso, tan versátil, tan condensado y fácil de manejar que prácticamente es mágico, las otras energías son prácticamente una porquería a su lado, ni siquiera el gas, su primo, es tan poderoso como el petroleo. Pero al mismo tiempo es FINITO Y YA SE ESTA HACIENDO CADA VEZ MÁS DIFICIL EXTRAERLO. Es mejor ser realistas y empezar el largo y tortuoso sendero del decrecimiento, recuperar la humildad y racionalidad de nuestros antepasados en cuanto a que su estilo de vida era sencillo y tenían los pies sobre la tierra.

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