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La conversión de la energía industrial del futuro

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¡Esta es la Primera parte de una serie de blogs de seis partes de Mouser Electronics! Al final del artículo le mostramos un enlace para poder leer la Segunda parte…

Porque desperdiciar la energía ya no es una opción

Mark Patrick, Mouser Electronics

¿Qué temas se tratarán en la serie?

En esta serie de blogs analizaremos las tecnologías de energía claves que permitirán aumentar la eficiencia del sector industrial y veremos cómo pueden los ingenieros emplear las herramientas de las tecnologías avanzadas de semiconductores, las topologías de conversión energética y las técnicas de distribución para contribuir a la eficiencia de nuestras industrias.

La energía industrial será objeto de análisis en esta serie del blog: ¿Cómo facilitarán las nuevas tecnologías de materiales y las técnicas de diseño el ahorro energético en la próxima década?

Blog 1: Introducción: La conversión de la energía industrial del futuro
Blog 2: Los conversores en la Cuarta Revolución Industrial
Blog 3: El valor de la alimentación a través de Ethernet (PoE)
Blog 4: La captación de energía en el ámbito industrial
Blog 5: PoL: Los circuitos industriales ante los desafíos energéticos
Blog 6: La siguiente década de la energía industrial

La eficiencia industrial

La industria consume en torno al 54% de la energía que se produce[1], pero una parte considerable se desperdicia al emitir muchas industrias de fabricación grandes cantidades de calor en la atmósfera. Desde un punto de vista medioambiental y económico tiene sentido mejorar la eficiencia energética industrial y recuperar este calor residual, especialmente si tenemos en cuenta que la temperatura del calor residual de muchas industrias es lo suficientemente alta como para generar electricidad para su uso in situ o su venta.

Las principales plantas procesadoras —como las siderúrgicas, las refinerías de petróleo y las de la fabricación de cemento— generan grandes cantidades de calor residual. Entre un 20 y un 50% de la energía utilizada en el proceso de fabricación va a parar a la atmósfera, lo que supone una enorme cantidad de energía que podría ser aprovechada y bien empleada. En algunos casos, por ejemplo, los hornos industriales que utilizan WHC (recuperación del calor residual) podrían llegar a mejorar la eficacia energética hasta en un 10%[3].

Motores eléctricos

Los motores eléctricos juegan un papel fundamental en el proceso de fabricación. Las estimaciones indican que en el mundo se están utilizando 300millones de motores eléctricos, con un crecimiento anual previsto del 10%. Más de la mitad del consumo eléctrico del mundo proviene de la industria, y de esta cantidad, los motores eléctricos consumen dos tercios. Teniendo esto en cuenta, la eficiencia en el diseño y la aplicación de los motores eléctricos y sus sistemas de control asociados tendrá una repercusión muy importante en el futuro de la energía industrial. Y los ingenieros jugarán un papel fundamental en ello.

La demanda energética mundial

A pesar de los llamamientos generalizados para ahorrar energía y reducir las emisiones de CO2, se prevé que la demanda mundial de energía podría aumentar hasta un 50% para el año 2050 [2] (tal y como se describe en la figura 1). Para evitar que se produzca una catástrofe ambiental, la industria —y la sociedad en general— debe cambiar su forma de pensar para maximizar la eficiencia energética.

Un claro ejemplo de ello es que la mayor parte del exceso de calor de la conversión de energía acaba siendo expulsado a la atmósfera mediante el uso de refrigeración activa. Los sistemas de refrigeración activos también consumen energía y producen una sobrecarga ambiental adicional: el calor se disipa a medida que el aire expulsado se enfría.

En todo el mundo, los países en desarrollo gastan aún más energía: al calentar aire y agua para los sistemas de climatización y ventilación, al lavar, ducharse y calentar agua en hervidores, agravando aún más el problema. Se están poniendo en marcha planes para reducir el uso de la energía mediante el redireccionamiento del calor industrial hacia sistemas de agua caliente de la comunidad, pero solo son útiles para instalaciones específicas, como los centros de datos.

En los centros de datos, la refrigeración activa con intercambiadores térmicos puede emplearse para canalizar el agua caliente hacia fuera, pero hacer lo mismo con los motores no es tan sencillo.

Figura 2: Crecimiento de la demanda energética. [Fuente: Administración de Información Energética de EE.UU.]

La energía solar

Algunas fuentes de energía renovable pueden servir de ayuda. La energía de la luz solar natural en un año equivale a unas 3000veces (¡sí, 3000!) la demanda de energía mundial prevista para el año 2050. La mayor parte de esta energía vuelve a emitirse durante la noche en forma de calor.

Aunque el calor añadido de nuestra producción de energía es insignificante en comparación con el calor generado por el sol, nuestra aportación sigue teniendo un impacto significativo sobre el planeta y sobre nuestro consumo de energía global. Más adelante, en nuestro cuarto blog trataremos las diversas formas de captación de energía, como p.ej. la energía solar, y cómo se puede utilizar en un ámbito industrial.

El aumento de la eficiencia sigue valiendo la pena

Hasta que la producción de energía esté libre de carbono, estamos obligados a paliar sus efectos ambientales reduciendo el consumo de energía en la medida de lo posible. El aumento de la eficiencia será un factor esencial. Con la reducción de la pérdida de energía en la conversión energética mediante la colocación de equipos de conversión cerca de la carga se logra una mayor eficiencia. Cada vatio que se ahorre en este punto, ahorrará dos en la central eléctrica.

Actualmente, los gobiernos están estableciendo nuevos objetivos de eficiencia y una reducción en el uso de la energía. La Directiva europea de eficiencia energética, por ejemplo, ha modificado su objetivo para los Estados miembro a un «objetivo de eficiencia» para 2030 de un 32,5% como mínimo. En virtud de esta legislación, deberá reducirse la demanda global de las principales fuentes de energía en Europa. Sin embargo, es probable que estos beneficios se vean contrarrestados por el aumento de la demanda de las economías emergentes, que probablemente requieran más energía conforme vayan desarrollándose.

¿Qué pueden hacer los ingenieros?

El que fuera presidente de los EE.UU., Barack Obama, dijo una vez: «Somos la primera generación en sentir los efectos del cambio climático y la última generación que podrá hacer algo al respecto». En la siguiente serie de seis blogs, analizaremos las tecnologías energéticas clave que permitirán aumentar la eficiencia energética del sector industrial, y abordaremos el modo en que los ingenieros pueden usar las herramientas de las tecnologías avanzadas de semiconductores, las topologías de conversión energética y las técnicas de distribución para contribuir a la eficiencia de nuestras industrias.

Mouser pone a disposición de los ingenieros las tecnologías más punteras, los componentes más avanzados, así como una serie de recursos de diseño que facilitan su trabajo y contribuyen a crear un futuro mejor.

Para leer la Segunda parte de la serie de MOUSER ELECTRONICS haga clic AQUÍ