unitat 1 els recursos energètics
Post on 22-Jul-2015
911 Views
Preview:
TRANSCRIPT
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 1
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 2
FONTS D’ENERGIA
• Anomenem fonts d’energia els elements existents a la natura
susceptibles de ser transformats en energia, com l’aigua, el carbó, el
petroli,...
• Els pobles primitius energia muscular i energia solar.
força dels animals i foc (combustió de vegetals).
• Les fonts d’energia són els recursos naturals dels quals es pot obtenir
energia per produir calor, llum i potència.
LES FONTS D’ENERGIA AL LLARG DEL TEMPS
• Posteriorment energia del vent i de l’aigua.
• Revolució Industrial (s XIX)
màquina de vapor en el transport i mecanització progressiva
del treball manualaugmenta la demanda d’energia.
substitució carbó vegetal per carbó mineral.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 3
FONTS D’ENERGIA
• La Primera Guerra Mundial (1914-1918) gran desenvolupament dels
derivats del petroli.
LES FONTS D’ENERGIA AL LLARG DEL TEMPS
• Els avenços tècnics i la invenció del motor d’explosió petroli i
benzina.
• La dècada dels 70 50% del consum energètic mundial deriva del
petroli.
any 1973 crisi de l’energia.
• La Segona Guerra Mundial (1939-1945) impuls del consum del gas
natural a nivell domèstic i industrial.
• En aquesta època es planteja com alternativa l’energia nuclear 1954
primera central nuclear de fissió (URSS).
• Actualment nous reptes política d’estalvi energètic i ús de recursos
renovables.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 4
CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA
• En funció de la seva naturalesa:
Primàries: es troben a la naturalesa.
Ex: llenya, aigua, petroli,...
Secundàries: s’obtenen a partir de les fonts primàries
Ex: electricitat, benzina,...
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 5
CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA
Energia solar
Energia eòlica
Energia hidràulica
Energia geotèrmica
Biomassa
RSU
Energia mareomotriu
Energia de les ones
Renovables
No renovables
Carbó
Petroli
Gas natural
Urani
(reserves il·limitades)
(reserves limitades)
• En funció de les reserves disponibles:
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 6
CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA
• En funció del grau d’utilització:
Convencionals: aquelles a partir de les quals es produeix lamajor part de l’energia consumida per la societats.
Ex: petroli, gas natural, carbó hidroelèctrica, nuclear.
No convencionals: aquelles a partir de les quals es produeixuna petita part de l’energia total consumida per la societat.
Ex: solar, eòlica,...
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 7
MATERIALS COMBUSTIBLES
• Els materials combustibles són substàncies que, en combinar-se
amb l’oxigen, donen lloc al fenomen de la combustió, amb la qual cosa
s’obté energia calorífica i, sovint, energia lluminosa.
Material combustible + O2 ECALORÍFICA + ELUMÍNICA
• Els combustibles fòssils són els combustibles naturals més
abundants a la natura. Els podem classificar en:
a) Sòlids: El més utilitzat és el carbó (antracita, hulla, lignit).
b) Líquids: Molts provenen de la destil·lació del petroli
(gasoil, fuel, benzina, querosè,). També s’utilitzen alcohols
(etanol, metanol).
c) Gasosos: El més utilitzat és gas natural (70% metà) i els
gasos liquats del petroli (GLP) (propà, butà).
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 8
MATERIALS COMBUSTIBLES
• El poder calorífic (PC) és l’energia que es desprèn en la combustió
completa de la unitat de massa o volum d’un combustible.
PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)
[MJ/kg] o [kcal/kg] en líquids o sòlids
[MJ/m3] o [kcal/m3] en gasos
• Els combustibles gasosos es distribueixen a pressions i temperatures
diferents de les condicions normals (0 ºC i 1 atm). Per saber el seu
poder calorífic en les noves condicions cal resoldre:
T273
273101300
p(CN)PP CC
on p = pressió [Pa]
T = temperatura [ºC]
ecombustibldeQuantitat
(Q)CalorP
C
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 9
MATERIALS COMBUSTIBLES
PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 10
MATERIALS COMBUSTIBLES
• La capacitat calorífica (C) és la quantitat de calor que cal subministrar
a una substància per augmentar-li la seva temperatura en 1 ºC o 1 K.
PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)
TTcmTTCQ 12e12 [MJ] o [kcal]
on ce és la calor específica del cos, que és la capacitat calorífica per
unitat de massa i es mesura en MJ/kg·ºC
Llavors, la quantitat d’energia tèrmica (Q) necessària per elevar la
temperatura d’un cos des d’una temperatura inicial T1 fins una final
T2, val:
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 11
MATERIALS COMBUSTIBLES
PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 12
MATERIALS COMBUSTIBLES
PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 13
MATERIALS COMBUSTIBLES
• La meitat de la població humana encara depèn de la llenya. Es sol
utilitzar en forma de carbó vegetal (pesa 5 o 6 vegades menys).
• El carbó vegetal s’obté de la piròlisi, que és una combustió parcial de
la llenya amb poca presència d’O2 (s’elimina aigua).
LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 14
MATERIALS COMBUSTIBLES
LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 15
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL CARBÓ MINERAL
• Va ser el primer combustible fòssil que va utilitzar la humanitat.
Format per C (70%), H (6%), S (2%), N (1%), altres òxids de
silici, ferro,...) (10%).
• Es va formar durant el període carbonífer (fa uns 300 milions d’anys)
seguint el següent procés:
– Part dels boscos que cobrien la terra van quedar submergits i
després colgats sota enormes quantitats de sorra i roques.
– La descomposició lenta de la matèria orgànica, sense la
presència d’oxigen, juntament amb la pressió i la temperatura a
que ha estat sotmesa durant milions d’anys, ha transformat la
fusta d’aquells boscos en el carbó actual.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 16
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 17
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 18
• La composició i el contingut de carboni és diferent en funció de les
condicions de pressió i del temps de formació. Podem distingir 4
grups de carbons:
% C Profunditat [m] PC [MJ/kg] Combustió
TORBA 50-60 0-1000 < 14 Incompleta
(deixa cendra)LIGNIT 60-75 1000-3000 14-17
HULLA 75-90 3000-6000 ≈ 28,5 Completa
(poca cendra)ANTRACITA 90-95 ≈ 6000 ≈ 31,5
+ antic- gruix
- antic+ gruix
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 19
+ antic- gruix
- antic+ gruix
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 20
Torba
Hulla
Lignit
Antracita
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 21
• El primer que cal fer, independentment del tipus de procés
d’obtenció, és fer un estudi per determinar la qualitat i la quantitat de
carbó ÉS RENDIBLE?
PROCESSOS D’OBTENCIÓ
• Destacarem tres processos d’obtenció diferents, depenent del tipus de
carbó que calgui extreure, la seva profunditat, l’accessibilitat a la
veta,....
Explotacions a cel obert
Explotacions subterrànies
Gasificació del carbó
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 22
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
• Extracció de lignits.
• Primer es retira el material que cobreix el jaciment, de forma que la
veta de carbó queda al descobert.
• Amb maquinària especial i, si cal, explosius es trenca el carbó i se’n
obtenen grans quantitats.
• Necessiten pocs operaris i una gran inversió en maquinària.
• Un cop acabada l’extracció la legislació vigent obliga a cobrir el terreny
i replantar la vegetació destruïda impacte ambiental
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 23
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 24
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 25
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 26
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 27
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 28
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 29
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 30
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 31
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 32
EXPLOTACIÓ A CEL OBERT
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 33
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
• Extracció d’hulles i antracites.
• S’excaven pous verticals fins arribar a la veta de carbó i seguidament
s’obren galeries en la seva direcció.
• Actualment s’utilitzen màquines especials (barrinadores) que eliminen
la necessitat de picar.
• Un cop desprès el material es recull mecànicament en vagonetes o
cintes transportadores que el porten a la superfície.
• A peu de mina el carbó es tritura, es renta i es classifica (eliminació
d’escòries), i posteriorment es transportat en camions o trens.
• Principals perills: ESFONDRAMENTS, GRISÚ i la SILICOSI.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 34
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 35
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 36
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 37
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 38
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 39
EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 40
GASIFICACIÓ DEL CARBÓ
• Extracció d’hulles i antracites que per la seva configuració i/o
localització són tècnicament i/o econòmicament no explotables pels
mètodes tradicionals.
• Consisteix en la introducció d’un agent gasificant (aigua a 1500 ºC) a la
veta del mineral, de la qual cosa s’obté gas de carbó (gas d’aigua (CO
+ H2)) que és combustible.
Carbó + H2O(1500 ºC) CO + H2
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 41
GASIFICACIÓ DEL CARBÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 42
GASIFICACIÓ DEL CARBÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 43
APLICACIONS DEL CARBÓ
• Combustible d’ús general, usat sense cap transformació.
• Pel procés de destil·lació seca (separació per alta Tª sense O2):
– Coc (indústria siderúrgica)
– Gas ciutat (domèstic)
– Productes químics
(olis, quitrà, plàstics, fertilitzants, explosiu, medicaments
perfums,...)
• Pel procés de gasificació:
– Gas natural sintètic
– Hidrocarburs (combustibles líquids i gasosos similars als derivats
del petroli)
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 44
APLICACIONS DEL CARBÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 45
• La seva importància rau en la gran quantitat de productes derivats que
proporciona i en el poder energètic de molts d’ells
(benzina, gasoil, fuel, querosè, olis, detergents, goma, plàstics, dissolv
ents,...)
• Característiques del petroli brut:
– Format per barreja d’hidrocarburs (C i H), S, O i N.
– Color variable (des de terrós fins a negre).
– Menys dens que l’aigua (ρ = 0,80-0,95 kg/dm3).
– Insoluble en aigua.
– Aspecte oliós (viscositat variable).
– Olor desagradable.
– No té aplicació directa, se n’han de separar els components per
destil·lació a les refineries.
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 46
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 47
ORIGEN DEL PETROLI
• Inicia la seva formació fa uns 600 milions d’anys, per l’acumulació de
microorganismes que constituïen el plàncton marí.
• Aquests eren arrossegats pels corrents marins, arribaven a la costa i
morien, quedant dipositats a la sorra i essent recoberts per
successives capes de sorra, argila i fang.
• La matèria orgànica, atrapada sense oxigen, comença la seva
descomposició per bacteris, que, juntament amb les elevades P i T i el
pas dels anys origina els diferents hidrocarburs que constitueixen el
petroli (també el gas natural).
• L’estat líquid permet el desplaçament a través de roques poroses fins
arribar a roques impermeables Trampes petrolíferes.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 48
ORIGEN DEL PETROLI
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 49
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 50
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
• Aquest procés s’inicia amb una prospecció del terreny (en regions
amb roques sedimentàries). Aquestes prospeccions poden ser:
– Mètodes magnetotèrmics: estudiem les distorsions del camp
magnètic terrestre ocasionat pel magnetisme de les roques.
– Mètodes gravimètrics: mesuren fluctuacions del camp
gravitatori terrestre que permeten detectar concentracions
salines (associades a possible existència de petroli).
– Mètodes sísmics: mitjançant explosius creem ones sísmiques i
estudiem la seva propagació pels diferents materials.
• Quan la bossa de petroli es troba sota el mar caldrà fer prospeccions
marines.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 51
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 52
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
• Un cop feta la prospecció cal construir una torre de perforació i obrir
un pou de prova.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 53
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 54
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
• Les torres són estructures
metàl·liques resistents per suportar
el pes d’una sonda (tubs que es
van empalmant) que s’anirà
enfonsant fins a travessa la roca. Al
cap de la sonda es col·loca una
barrina amb dents d’un material
molt dur.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 55
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 56
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 57
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
• Aquest barrina necessita refrigerar-se contínuament. Això es fa
injectant llot, per dins de la sonda i extraient-ho per fora.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 58
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
• Pel que fa a l’extracció aquesta es pot ser natural o artificial.
Extracció natural: el petroli es troba pressionat i puja
espontàniament pel tub de sondeig.
Extracció artificial: s’injecta aigua o altres elements a
través dels tubs de la sonda, que obliga el petroli a pujar
a la superfície, o per mitjà de bombes aspirants.
• Normalment cal combinar els dos tipus d’extraccions. Malgrat tot
,després de les extraccions, aproximadament el 50% del petroli del
jaciment no es pot obtenir (en condicions econòmicament favorables) i
resta sense aprofitar.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 59
LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ
A) Extracció primària: es traca
d’extracció natural. El petroli surt
empès pel gas que tenia dissolt.
Surt aproximadament entre un
15% i un 30% del petroli.
B) Extracció secundària: injectem
aigua per tal d’apropar el petroli
amunt.
C) Extracció terciària: introduïm
detergents amb la finalitat de
disminuir la tensió superficial i la
viscositat del petroli. És car
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 60
TRANSFORMACIÓ DELS PRODUCTES
• Un cop extret el petroli es transporta mitjançant vaixells o oleoductes a
les refineries. En aquestes es porten a terme un seguit de processos
destinats a separar els diferents components o fraccions del petroli.
• Els més característics
són:
Destil·lació
fraccionada
Cracking
Polimerització
Reforming
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 61
DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 62
DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA
• Consisteix en escalfar el cru fins a l’evaporació i refredar-lo
progressivament i obtenir les fraccions condensades separades en
funció del seu punt d’ebullició.
• S’efectua amb 2 torres de destil·lació o columnes de fraccionament. La
primera treballa pressió atmosfèrica i la segona al buit.
• El procés comença escalfant el petroli en un forn a uns 360 ºC i
introduint-lo a la base de la primera torre. Els elements més lleugers
(butà, propà, benzines,...) arriben a la part més alta de la torre. Les altres
fraccions són extretes en diferents nivells.
• La fracció que resta líquida a 350 ºC (residu atmosfèric) es torna a
escalfar (ara a 400 ºC) i s’introdueix a la torre de buit per tornar-se a
destil·lar, obtenint també diverses fraccions.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 63
DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 64
DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 65
CRACKING
• Consisteix en la descomposició del
hidrocarburs més pesants (olis i
fuels), per tal d’obtenir-ne de més
lleugers (benzines).
• Es pot fer a temperatures i
pressions elevades (cracking
tèrmic) o amb la presència de
catalitzadors (cracking catalític).
POLIMERITZACIÓ
• És el procés invers al cracking. Es
tracta de transformar els
hidrocarburs més lleugers (butà i
propà) en compostos més pesants
(benzines i gasoils).
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 66
REFORMING
• S’utilitza per millorar les característiques de les benzines. Es fa a altes
temperatures i en presència d’un catalitzador (com el platí).
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 67
APLICACIÓ DELS PRODUCTES OBTINGUTS
• Directament:
– Gas butà i propà (combustible industrial i domèstic)
– Èter de petroli (dissolvent)
– Benzina, querosè, gasoil, fuel (combustible de motors, centrals)
– Olis lubricants (lubricants)
– Ceres de parafines (espelmes, llumins,...)
– Asfalt (revestiments, paviments,...)
• Tractat a la industria petroquímica:
– Plàstics
– Fibres sintètiques (niló, poliester)
– Detergents, dissolvents, pintures, insecticides, explosius,...
– Cautxú sintètics sintètiques (niló, poliester)
MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 68
• Bàsicament format per metà (CH4), com a mínim un 70%, barrejar per
altres gasos (età, propà, butà,...).
• Es troba formant bosses, sol o associat a petroli. C
FORMACIÓ I EXTRACCIÓ
• El procés de formació és semblant al del petroli, per tant la localització i
extracció són paral·leles a les del petroli.
• Dels jaciments extraiem aproximadament el 85% de la seva capacitat
total.
• Un cop extret el gas cal netejar-lo d’impureses (pols, aigua, sorra i
altres gasos no desitjats).
MATERIALS COMBUSTIBLES
EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 69
TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ
• Fins fa relativament poc no s’utilitzava com a font d’energia primària
degut als problemes que presenta el seu transport i emmagatzematge.
• Actualment el transport als centres de consum es realitza amb:
Gasoductes: es transporta el gas en estat gasós a una pressió
entre 36 i 70 atmosferes. És el mètode més econòmic.
Vaixells metaners: es transporta el gas en estat líquid (GNL) a -
163 ºC (així aconseguim reduir el seu volum 600 vegades).
• La distribució des de la planta als llocs de consum exigeix una xarxa de
canonades de diferents pressions, en funció de la proximitat als llocs
de consum.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 70
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 71
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 72
TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 73
TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 74
TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 75
TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 76
APLICACIONS
• La indústria, el comerç i l’habitatge, mitjançant el desplegament de la
xarxa de distribució.
• Les centrals tèrmiques mixtes, que alternen el gas natural amb la
crema d’altres combustibles (fuel i carbó).
• Les instal·lacions de cogeneració, que produeixen simultàniament
energia elèctrica i tèrmica útil (maximitzant els rendiments).
• La indústria petroquímica, com a matèria primera.
MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 77
ALTRES COMBUSTIBLES GASOSOS
• Un gas combustible és aquell que és capaç de reaccionar amb
l’oxigen de l’aire de forma ràpida i amb alliberament de calor
• Aquests gasos combustibles es podem classificar en tres famílies
atenent al seu poder calorífic (PC):
Primera família: el seu PC en CN varia entre 17 i 23 MJ/m3.
Pertanyen a aquesta família el gas ciutat o manufacturat (obtingut a
partir de carbó, petroli o gas natural).
Segona família: el seu PC en CN varia entre 42 i 55 MJ/m3.
Pertanyen a aquesta família el gas natural i l’aire propanat.
Tercera família: el seu PC en CN varia entre 94 i 120 MJ/m3.
Pertanyen a aquesta família el gas butà i el propà (GLP).
MATERIALS COMBUSTIBLES
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 78
L’ENERGIA NUCLEAR
ÀTOM
• És la quantitat més petita d’un element químic que conserva les seves
propietats.
• Està format per:
• Nucli protons (p+) i neutrons (n)
• Escorça electrons (e-)
Partícula Massa (kg)Càrrega
elèctrica (C)
Protó 1,67·10-27 + 1,602·10-19
Neutró 1,67·10-27 0
Electró 9,11·10-31 - 1,602·10-19
• Els e- giren al voltant del nucli descrivint trajectòries circulars oel·líptiques òrbites o capes
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 79
• Dels àtoms del mateix element que difereixen en el nombre deneutrons i, per tant, també en el nombre màssic es diu que sónisòtops de l’element.
Ex: isòtops de l’hidrogen:
• NOMBRE ATÒMIC (Z) nombre p+ = nombre e-
(propi i definitori de cada element)
• NOMBRE MÀSSIC (A) nombre p+ + nombre n
χAZ
isòtops de l’urani:
H H H (triti) (deuteri) protí) o (hidrogen 31
21
11
U U U 238)-(U 235)-(U 233)-(U 23892
23592
23392
L’ENERGIA NUCLEAR
ÀTOM
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 80
L’ENERGIA NUCLEAR
RADIOACTIVITAT. VIDA MITJANA D’UN ELEMENT RADIOACTIU
La radioactivitat natural és el fenomen de la transformació o transmutació
nuclear espontània (sense cap ajuda exterior). És pròpia del elements
radioactius.
S’emet radiació a alta velocitat que pot ser:
Radiació electromagnètica: raigs γ (sempre amb α o β)
Radiació de partícules: α o β
Conegudes com radiacions ionitzants perquè tenen
energia suficient per penetrar la matèria i ionitzar-ne els
àtoms i/o les molècules.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 81
L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT
Heα 42
42
βpn0
1-
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 82
L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT
Es isòtops radioactius artificials s’obtenen mitjançant el bombardeig de
nuclis amb partícules projectil α, β i γ, i sobretot neutrons.
Tot element radioactiu es caracteritza pel temps de semidesintegració, anomenat
vida mitjana, que és el temps en què una determinada quantitat d’element
radioactiu es redueix a la meitat, pel fet d’haver-se desintegrat l’altra meitat.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 83
L’ENERGIA NUCLEAR L’ENERGIA DEL NUCLI ATÒMIC
• L’energia nuclear és l’energia continguda en el nucli dels àtoms.
• Quan n + p+ formen un nucli atòmic resulta una massa inferior a la suma
de les seves masses abans d’unir-se. Aquesta pèrdua de massa
correspon a una transformació d’energia anomenada energia d’enllaç
(que s’encarrega de mantenir unides les partícules atòmiques).
• En totes les reaccions nuclears, s’allibera una certa quantitat d’energia
(diferència entre les energies d’enllaç anteriors i posteriors). Aquesta
energia la podem calcular:
2cmE on m = massa convertida en energia [kg]
c = velocitat llum (3·108) [m/s]
• No tota la matèria es pot transformar en energia perquè la majoria
d’elements són estables i els radioactius naturals l’emeten molt
lentament. Per tant, cal aconseguir isòtops radioactius artificials.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 84
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
• Qualsevol procés que implica el nucli d’un àtom s’anomena reacció o
transmutació nuclear.
• Existeixen dos tipus de reaccions nuclears:
Reaccions de fusió nuclear
Reaccions de fissió nuclear
REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR
• Són aquelles reaccions en que
s’uneixen nuclis d’elements lleugers
per formar nuclis més pesants.
• Aquestes reaccions desprenen molta
energia: són les que es produeixen de
forma espontània al Sol.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 85
REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR
Ex: deuteri + deuteri:
E n He H H 10
32
21
21
Ex: deuteri + triti:
E n He H H 10
42
21
21
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 86
REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR
• La gran dificultat d’aquest tipus de reaccions és que cal una gran
quantitat d’energia per iniciar la reacció (per acostar dos nuclis positius).
• Podem aconseguir reaccions de fusió escalfant les partícules a
temperatures de l’ordre de 100·106 ºC estat de plasma.
• El problema es com aïllar el plasma a tan alta temperatura confinar-lo
en potents camps magnètics.
• En pic dominem aquesta tècnica obtindrem energia de forma
barata, il·limitada, segura i mediambientalment acceptable.
• Aquest tipus de reaccions s’han provat en el camp militar en la BOMBA
D’HIDROGEN (800 cops més potent que la bomba atòmica).
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 87
REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 88
REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 89
REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR
• Són aquelles reaccions que
consisteixen a provocar la ruptura
del nucli d’un àtom amb l’impacte
d’un neutró.
• L’interès més gran del procés de
fissió està en el fet que per cada
nucli escindit s’emeten dos o tres
neutrons que poden escindir altres
nuclis d’urani, i així successivament
reacció en cadena.
• Un cop iniciada la reacció, es pot mantenir per si mateixa sempre que es
disposi d’una quantitat d’àtoms d’urani suficients massa crítica.
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 90
REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR
Ex: fissió U-235:
E n2 Kr Ba n U 10
9336
14056
10
23592
• En comptes de Ba i Kr, poden
aparèixer elements com
Xe, Rn, Cs, I,...
• D’un kg d’urani fissionat obtenim
la mateixa energia que de 2500
tones de carbó (i només
desapareixen 0,68 g d’urani).
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 91
REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR
• Aquest tipus de reaccions es poden dur a terme de forma lenta i
controlada (en els reactors nuclears de les centrals) o de forma
instantània i incontrolada en les bombes atòmiques.
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 92
PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS
• Els combustibles nuclears són els elements que en condicions
adequades poden produir reaccions nuclears de fusió i
fissió, energèticament aprofitables.
Deuteri
TritiReaccions fusió
Reaccions fissió
U-235 (natural)
Pu-239 (artificial)
U-233 (artificial)
• Combustibles nuclears
• Pel que fa a l’urani natural, està format per un 99,27% d’U-238, un
0,72% d’U-235 i la resta d’U-234. La majoria de reactors comercials
necessiten per al seu funcionament l’urani enriquit, en el qual la
proporció d’U-235 ha augmentat fins al 3 o 4%.
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 93
PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 94
RESIDUS RADIOACTIUS
• Els residus gasosos (aire de ventilació de recintes potencialment
contaminants) se sotmeten a un procés de filtratge i retenció fins que
l’activitat ha disminuït en grau suficient que permeti l’evacuació a
l’atmosfera.
• Els residus líquids (procedents de centrals nuclears) són
filtrats, obtenint-ne fangs i una part líquida. Els fangs rebran el mateix
tractament que els residus sòlids. La part líquida es depurada i es
reincorpora al procés.
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 95
RESIDUS RADIOACTIUS
• Els residus sòlids de baixa i
mitjana activitat (produïts en
centrals nuclears, hospitals:
filtres, guants, robes, eines
contaminades i els fangs de la
filtració dels residus líquids) són
barrejats amb una massa de formigó i
tancats hermèticament en bidons
d’acer de doble paret, que es desen
en la mateixa central i després en
emplaçaments adequats fora de la
central.
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 96
RESIDUS RADIOACTIUS
• Els residus sòlids d’alta activitat
(productes de fissió: barres de
combustible) es dipositen durant uns
mesos en una piscina de formigó, a la
mateixa central, per amortir-ne l’activitat.
Després s’introdueixen en recipients
especials, amb parets d’acer i blindats
amb gruixudes capes de plom, i són
enviats cap a plantes de reelaboració
per tal de depurar el combustible no
fissionat.
La resta es sotmet a calcinació, convertint-los en una pols fina que es
barreja amb vidre fos i es col·loca en recipients d’acer inoxidable, que
són emmagatzemats en mines profundes situades en zones
geològicament estables.
L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 97
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 98
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2
• Consisteix en l’elevació de temperatura que experimenta l’atmosfera a
causa de la presència de gasos hivernacle que deixen passar la
radiació visible de l’espectre solar i absorbeixen la infraroja (calor)
emesa per la terra.
• Els principals gasos hivernacle són:
CO2 Responsable de més del 50% del reescalfament
CFC Responsable del 25% del reescalfament
Altres gasos hivernacle H2O (vap), NO2, CH4, O3,...
• La presència d’aquests gasos és indispensable per a la vida a la
terra, s’encarreguen de regular la temperatura del planeta. Sense ells la
Tª seria uns 30 ºC més freda.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 99
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 100
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2
• Unes quatre cinquenes parts dels nivells de CO2 provenen de la crema
de combustibles fòssils i la resta es causada per la destrucció de la
vegetació (sobretot tala d’arbres tropicals).
• Si no hi posem remei/control és calcula que la mitjana de temperatura
per l’any 2020 pujarà en 1,3 ºC i per l’any 2070 en 3 ºC.
Això pot provocar:
Elevació del nivell dels mars (per la fusió de part dels casquets
polars).
Canvis climàtics a nivell global, que afectarien les produccions
agrícoles, els ecosistemes, desaparició d’espècies de plantes i
animals per no poder adaptar-se a un canvi climàtic tan sobtat,...
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 101
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
LA PLUJA ÀCIDA
• Els òxids de sofre (SOX) i de nitrogen (NOX) són contaminants
perillosos que s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles
fòssils; allà entren en contacte amb vapor d’aigua, llum i oxigen i es
transformen en àcid sulfúric i àcid nítric.
Quan aquests àcids són arrossegats per la pluja o els flocs de neu o
cauen en forma de partícules seques, es produeix la pluja àcida, que
provoca un augment de l’acidesa dels llacs, dels rius i torrents d’aigua
dolça i en alguns casos, fins i tot, dels sòls.
• Si és una deposició seca, es contaminen les rodalies del focus emissor;
si és una deposició humida contamina a centenars de quilòmetres.
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 102
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
LA PLUJA ÀCIDA
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 103
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
LA CONTAMINACIÓ ATMOSFÉRICA URBANA. LES BOIRES
FOTOQUÍMIQUES
• Es tracta de contaminació atmosfèrica característica d’algunes grans
ciutats, la qual afecta a persones, edificis, monuments,...
• Es produeix per la existència d’una inversió tèrmica juntament amb la
falta de vent. Això crea sobre les ciutats una cúpula d’aire calent
que, carregada de partícules del fum dels cotxes, centrals
tèrmiques, indústries,... queda retinguda i no s’aixeca formant una boira
carregada de partícules contaminants.
• En aquestes boires podem trobar, entre d’altres, SO2, NO2, hidrocarburs
reactius, CO, metalls pesants,...
• Poden provocar conjuntivitis, sinusitis, asma, mal de coll,....
27/10/2013 Unitat 1. Els recursos energètics 104
LA CONTAMINACIÓ AMBIENTAL
LA CONTAMINACIÓ RADIOACTIVA
• Les centrals nuclears no generen gasos contaminants i, per tant, no
contribueixen a la pluja àcida ni a l’efecte hivernacle, però tant el
combustible com els residus que generen són radioactius i emeten
radiacions perilloses per a les persones, els animals i les plantes.
• Per tant els dos grans problemes de les centrals nuclears són:
Les emissions radioactives
La gestió dels residus radioactius
top related