Sistemas que usan poca energía

Así como podemos buscar soluciones de energía que utilicen poca agua, también podemos buscar sistemas de agua que usen poca energía. La intensidad de energía del agua depende de las funciones tales como el bombeo, tratamiento y calentamiento. Si bien las bombas han mejorado significativamente en sus varios miles de años de uso, las bombas grandes para subir agua sobre montañas requieren por lo menos 2 megavatios (MW) de energía eléctrica, la misma cantidad de elecricidad que puede generar una turbina de viento masiva.¹Europump and the Hydraulic Institute, Variable Speed Pumping: A Guide to Successful Applications, (Washington: Departamento de Energía de los Estados Unidos, 2004), Technical Report DOE/GO-102004-1913. Una bomba de ese tamaño puede mover el agua a una velocidad de más de 200,000 litros (50,000 galones) por minuto. Aproximadamente el 75% de las bombas son demasiado grandes o más grandes de lo necesario para sus funciones, lo que significa que consumen más energía de lo necesario. Incorporar mandos de regulación de velocidad (VSD, en inglés) y mandos de frecuencia variable (VFD) permiten un mejor control sobre la operación de la bomba, incluyendo la capacidad de ajustar la velocidad real de flujo a las condiciones deseadas. La utilización de VSD o VFD para acortar la intensidad de uso de las bombas para ajustarla a la necesidad real, en lugar de funcionar a capacidad máxima continuamente, logra una eficiencia mucho mayor. Algunos informes indican que el ahorro de energía es entre 30% y 50%.

Una razón por la que la desalinización requiere tanta energía es porque se necesita alta presión para empujar agua a través de membranas que separan el agua dulce de las sales. Mejorar las membranas reduciría la intensidad de energía necesaria y por ende el consumo de energía de las bombas de agua. Las membranas diseñadas con materiales más avanzados y estructuras más complejas podrán resistir mejor la colmatación de membranas y tener una vida operacional mayor.

Si bien los calentadores de agua eléctricos son muy eficientes en su lugar de uso, a veces con una eficiencia mayor de 90%, las centrales eléctricas que producen electricidad operan entre el 30% y 40% de su eficiencia. Cuando se multiplica la eficiencia de la central eléctrica con la del calentador del agua, el ciclo de vida de la eficiencia para el calentador de agua eléctrico convencional es entre 27% y 36% de la eficiencia general. Por el contrario, los calentadores de agua a base de gas natural con una eficiencia de 60% se quedan cortos en comparación con la eficiencia de los calentadores eléctricos, pero como evitan usar la central eléctrica ineficiente, a la larga resultan ser mucho más eficientes. Como casi el 4% de nuestro consumo de energía anual es solo producto de calentar el agua en nuestros hogares y negocios, mejorar las tecnologías para calentar el agua representa una oportunidad sustancial para ahorrar energía.²K.T. Sanders y M.E. Webber, “Evaluating the Energy and Carbon Dioxide Emissions Impacts of Shifts in Residential Water Heating in the United States”, Energy 81 (2015), 317-327.

Los calentadores de agua en el lugar de uso calientan el agua a la demanda, usualmente con gas natural, contrario a los sistemas eléctricos tradicionales con tanque que calientan el agua en todo momento. Otra ventaja de los calentadores de agua sin tanque es que su tamaño físico menor significa que se pueden instalar junto a las duchas y lavabos. La distancia entre el grifo y el calentador produce un retraso, durante el cual los usuarios desperdician agua esperando a que alcance la temperatura deseada en el grifo o ducha. Los calentadores sin tanque mitigan este fenómeno porque el retraso para que el agua caliente viaje del calentador sin tanque hasta la ducha o el grifo puede ser muy corto. Los sistemas más pequeños también ahorran espacio en un hogar. Las desventajas son su alto costo inicial: un calentador tradicional con tanque cuesta $500 mientras que uno sin tanque pudiera costar $1,500.

Las fuentes de temperatura de bajo grado, tales como la energía solar o calor residual, presentan una opción para calentar el agua con un mejor uso de recursos. Los sistemas solares térmicos para calentar el agua instalados en el techo son rentables y funcionan eficientemente. Los dispositivos para recuperar el calor residual pueden obtener el calor de los hornos, tostadoras, secadoras, aires acondicionados y refrigeradores para calentar el agua, pero no son eficientes. Los sistemas de plomería integrados pueden co-ubicar fuentes de calor residual para calentar el agua. La tubería de agua que trae el agua a la ducha podría pasar por la parte de atrás del refrigerador, horno, aire acondicionado o calefacción para ser precalentada antes de ser calentada por un calentador de agua sin tanque en el baño hasta la temperatura deseada. Esta integración requiere menos energía para calentar el agua y absorbe el calor residual de la casa, reduciendo así la necesidad de usar el aire acondicionado. Sin embargo, podría ser difícil ajustar los hogares existentes para ese tipo de configuración.

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