ud5. energías no renovables

8/12/2019 UD5. Energas No Renovables

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Energas no renovables5Unidad


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5.1. Fuentes de energa

Consumo de energa primaria en Espaaen el ao 2001.

Fuentes deenerga

primarias

No renovables

Combustiblesfsiles

Energa nuclear

Carbn

Petrleo y gasescombustibles

Hidrulica

Renovables

olar

Elica

!iomasa

"aremotri#

$e las olas

%esiduos &rbanos '% &( ) l t e r n a t i * a s

A Fuentes de energa primarias

Las fuentes de energa se clasifican en: primarias ( ue son las ue actualmente utili!a el "ombre# $secundarias ( ue son las resultantes de la transformaci%n de las primarias en otro tipo de energa#.

Energas no renovables & son a uellas ue nos proporciona lanaturale!a& pero ue& una ve! consumidas& no "a$ forma deobtener de nuevo. Esto es& sus reservas son limitadas.En cambio& las energas renovables son a uellas ue est'n disponibles sin peligro de ue seagoten& pues la propia naturale!a& en condiciones normales& nos la seguir' proporcionando.

El consumo de energa en Espa a en el )**+ fue de 1,-&)) tep. (1/ep 0 1* 2cal#


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3 Fuentes de energa secundarias

Consumo de energa secundaria en Espaa en el ao 2001.

Las energas secundarias o finales sona uellas resultantes de la transformaci%nde las energas primarias en otro tipo deenerga.4omo por e emplo& tenemos la gasolina&el gas%leo& el ueroseno $ otrosderivados del petr%leo6 la electricidad& etc.El consumo de energa secundaria en ela o )**+ fue de 117&+, tep.La electricidad se puede considerar m'sbien como un tipo de energa de8transici%n9& pues se transforma en otros

tipos de energa: mec'nica (motores#&luminosa (bombillas#& t rmica (calor#& etc.


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Ejemplos prcticos:

1. ;etermina la cantidad de energa el ctrica consumida en Espa a& en 4u'ntos 2ilos de petr%leo tiene un barril@ (;ato: etr%leo en ).**+ fue +,&1* tep& el 5 = deltotal#

3. >?u unidad es ma$or& 1 tep o 1


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5.). 4ombustibles f%siles

El origen del carbn. El consumo de carbn en Espaa en el ao 2001fue de 19,46 M ep, ! procedi de los pasesindicados en el gr"fico.

Los comb)stibles *+siles son el carb+n & elpetr+leo $ el gas nat)ral . /odos ellos proceden

de restos vegetales $ otros organismos vivos (generalmente plancton marino# ue "acemillones de a os fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos. egGn el residuoorg'nico de ue se trate& tenemos combustibles s%lidos (carb%n#& l uidos (petr%leo# $gaseosos (gas natural#.


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A El carb%nEl carb%n es un combustible s%lido de color negro& compuesto fundamentalmente por carbono $otros elementos umicos& como "idr%geno& nitr%geno& oHgeno& etc. Atendiendo a laprocedencia& los carbones se clasifican en minerales $ arti*iciales . Los minerales proceden dela naturale!a $ los artificiales son fabricados por el "ombre& unos uemando parcialmentemadera (carb%n vegetal# para barbacoas6 $ otros como el carb%n de co ue ( ue lo veremosm's adelante#.

#ipos de carbones minerales.


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q Aplicaciones del carb%n

Aun ue en la actualidad "a perdido muc"a importancia debido asu alto poder contaminante& cabe destacar 7 aplicacionesimportantes: fabricaci%n de carb%n de co ue& obtenci%n deproductos industriales $ producci%n de electricidad en centrales

t rmicas.

1. abricaci+n de carb+n de co/)e. e emplea para lafabricaci%n de acero. En este proceso actGa como combustiblepara fundir el mineral de "ierro $ emite gases para uereaccionen con los %Hidos ferrosos $ transformarlos en "ierro.El carb%n de co ue se obtiene de "ulla& despu s de sufrir unproceso ue se denomina co ui!ado (introducir "ulla enc'maras cerradas $ controlar la cantidad de oHgeno#6 seaumenta su temperatura a 1.1**I4 $ se mantiene as unas 1+"oras6 finalmente& el co ue al ro o vivo se vierte sobre un vag%n

ue lo transporta "asta la torre de apagado (cortina de agua#.$a eras de co%ue.

&b encin del carbn 'ege al ara'(s de la descomposicin por

accin del calor )pirlisis*.


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). !btenci+n de prod)ctos ind)striales . Los m's importantes son: Jas ciudad. Empleado& como combustible gaseoso en sustituci%n del butano en la

ma$ora de las viviendas de las grandes ciudades. u poder calorfico es de 5.***2cal m7 (en c.n. de presi%n $ temperatura#.

Kapores amoniacales. ;e ellos se suele obtener sulfato am%nico& ue se usa comofertili!ante.

Jrafito casi puro& ue ueda ad"erido a las paredes de la c'mara. 3rea o al uitr'n& de la ue se obtienen: aceites& medicamentos ('cido

acetilsaliclico#& colorantes& insecticidas& eHplosivos& pl'sticos& etc. e!. ara pavimentar carreteras (asfalto# e impermeabili!ar te ados.


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Cen ral (rmica cl"sica.

7. %rod)cci+n de electricidad en centrales t rmicas clsicas .El funcionamiento de una 4./. es como sigue:

El carb%n ue llega (1# se ec"a en la tolva ()# $ se pulveri!a con el molino (7#. Luego se introduce en la caldera (,# $se uema para obtener energa calorfica. Las ceni!as ue caen (5# se eHtraen. Esta energa calorfica se empleapara calentar agua (+& $ B#. 4omo el calor es tan intenso& el agua se convierte en vapor a presi%n.El aire ue se introduce a la caldera& para ue arda el carb%n se in$ecta a -*I4. ara calentarlo se pasa por unrecalentador (1*#. Los "umos procedentes de la combusti%n se precipitan (11# con ob eto de eliminar las partculass%lidas (ceni!as#. n desulfuri!ador (11# evita ue salgan las partculas de a!ufre a la atm%sfera& ue provocan lalluvia 'cida. Finalmente& los "umos se de an escapar por la c"imenea (1)#.El vapor generado pasa a las turbinas (17& 1, $ 15#& "aci ndolas girar a gran velocidad (se transforma la E. / rmicaen E. ec'nica#. olidario al e e de las turbinas "a$ un alternador ()*# ue produce la corriente el ctrica

(transform'ndose la E. ec'nica en E. El ctrica#.El vapor una ve! ue "a impulsado las turbinas se licua en un condensador (1+# donde se "ace pasar agua fraprocedente de la torre de refrigeraci%n (1B#. El vapor convertido en agua& regresa de nuevo a la caldera previocalentamiento (1-#. La corriente generada se "ace pasar por los transformadores (1 # para elevarla $ trasladarla ()1#a los puntos de consumo.


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q Nuevas tecnologas aplicadas a centrales t rmicas;ebido a ue la uema del carb%n provoca grandes contaminaciones al medio ambiente& se

est'n implantando nuevas tecnologas como son:

La comb)sti+n en lec4o *l)ido . na ve! molido el carb%n& se me!cla con cal. ;e estaforma se consigue un aumento del rendimiento $ ue el a!ufre reaccione con la calevitando su emisi%n a la atm%sfera.

La gasi*icaci+n del carb+n . 4onsiste en in$ectar oHgeno al aire& unto con vapor deagua& a una masa de carb%n. 4on ello se genera la emisi%n de gas& ue posteriormentese uema.

q ectori!aci%n del consumo del carb%n

+esglose del consumo de carbnen Espaa en el ao 2001.

Las reservas de carb%n se estiman en ,.7** millones detoneladas. El B)= de los recursos carbonferos de Espa aest'n concentrados en tres provincias: Le%n (75=#& Asturias(7*=# $ /eruel (1 =#. El consumo de carb%n en Espa adurante el ).**+ fue de ,)&*- millones de toneladas. ;e ellas&se importaron )7& * millones.


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Ejemplos prcticos:

(. 4alcula la cantidad de carb%n de antracita ue es necesario aportar diariamente a una centralt rmica cl'sica si su rendimiento es del 7*= $ tiene una potencia constante de 5*.*** 2


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3 El petr%leo

q Mrigen del petr%leo

La formaci%n del petr%leo es an'loga a la del carb%n.Onicialmente& la descomposici%n se llev% a cabo mediantebacterias aerobias ( ue necesitan oHgeno#. osteriormente& sedepositaron m's sedimentos $ $a no "aba oHgeno&aparecieron bacterias anaerobias. Estas bacterias convirtieronla materia org'nica en "idrocarburos.

q o!os petrolferos

La locali!aci%n $ eHtracci%n no es una tarea sencilla. enecesita personal mu$ cualificado $ e uipos mu$ costosos.

La locali!aci%n se reali!a mediante el denominado m todo

ssmico & aportando gran cantidad de datos sobre la estructuradel subsuelo.

Composicin del pe rleo.

-o o pe rolfero ! orre de e/ raccin.

El petr%leo es un combustible natural formado por una me!cla de"idrocarburos $& en menor proporci%n& por a!ufre& oHgeno $nitr%geno. u color es pardo oscuro $ su densidad vara entre *&B $*&-5 2g dm7& no disolvi ndose en el agua.


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q

Las refineras: destilaci%n fraccionada o mGltiple del petr%leo

efinera de pe rleo.

Composicin pica de un li ro de crudo despu(s del

proceso de refinado.

El petr%leo o crudo no se utili!a tal $ como se eHtrae del $acimiento. reviamente debe sufrir unproceso de destilaci%n en las refineras& con ob eto de separar los distintos "idrocarburos ue loforman. El principio es bastante sencillo& se trata de una destilaci%n fraccionada.

e "ace pasar todo el crudo por un "orno a unos 7,*I4& con lo ue elcrudo se transforma en gas. Este gas se lleva a la torre defraccionamiento& donde los gases m's ligeros ir'n a la parte m's alta

$ los m's pesados a la m's ba a.ara evitar ue se me!clen unos

gases con otros& se produce unanueva destilaci%n& produci ndoselo ue se conoce como destilaci%nfraccionada o mGltiple.

En la figura de la i! uierda se vela torre de fraccionamiento (porcada flec"a se obtiene losdistintos gases#.


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q roductos obtenidos $ sus aplicaciones

Jas naturalJasoducto en operaci%n

Jasoducto en construcci%n

Jasoducto en pro$ecto

Jasoducto en estudio

lanta de regasificaci%n

Estaci%n de compresi%n

lanta de regasificaci%n en pro$ecto o estudio

Estaci%n de compresi%n en pro$ectos construcci%n

Estaci%n de compresi%n en estudio

4entros de mantenimiento

4entros de mantenimiento en pro$ecto estudio

acimiento de gas natural

Almacenamiento subterr'neo

4entrales el ctricas

ed de gaseoduc os de gas na ural.

;e los po!os petrolferos se obtienen dos tipos de combustibles: gas natural e "idrocarburos.


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-ases de los %ue Espaa impor a gas na ural. -ases de los %ue Espaa impor a crudo.

En Espa a "a$ cinco po!os petrolferos en eHplotaci%n& pero los ue m's crudoproporcionaron en )**+ fueron: Rodaballo (75.7-7 /oneladas#& 4asablanca (++. ++ /#&3o uer%n (7).7-* /# $ A$oluengo (5.7- /#.La producci%n de crudo en Espa a en el a o ).**+& fue de *&1,* tep.El consumo total de crudo o petr%leo en el a o ).**+ fue de )&*, tep.


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Pidrocarburos l uidos& s%lidos $ gaseososHidrocarburos Poder calorfico Caractersticas y aplicaciones

u$ vol'tiles e inflamables. ;ebido a su gran volumen $difcil licuefacci%n se suelen uemar en la propia refinera.

etanoQEtano B.5** 2cal m7

3utano )B.5** 2cal m7 e suele vender en botellas de 1)&5 2g (color naran a#.

ropano )).75* 2cal m7 e comerciali!a en botellas de acero de 11 2g $ 75 2g.

so dom stico.

Jasolina 11.*** 2cal 2g e emplea en motores de eHplosi%n. 4uando se utili!aen motores de dos tiempos es necesario me!clarlo con un ) =de aceite.

?ueroseno 1*. +5 2cal 2g tili!ado en motores de aviaci%n.

Jas%leo 1*.7** 2cal 2g Empleado en motores ;iesel $ calefacciones.

Fuel%leo -.-** 2cal 2g e utili!a en centrales t rmicas en sustituci%n del carb%n.

Aceites -.B** 2cal 2g No se emplean como fuente de energa& sino para elengrasado de pie!as m%viles.

4eras (parafinas& -.5** 2cal 2g sos industriales. vaselinas#

Al uitr'n -.)** 2cal 2g avimentos de carreteras e impermeabili!ante enterra!as& te ados& etc tera.

+ a s e o s o s

, - u i d o s

l i d o s


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/al ve! uno de los ma$ores problemas uegenera el consumo de petr%leo radica en sutransporte. EHiste una enorme red deoleoductos en Espa a $ el mundo& pero no essuficiente para cubrir la demanda $ "a$ uerecurrir al transporte martimo $ terrestre. Lascostas espa olas "an sufrido bastantesdesastres ecol%gicos& el m's reciente "a sido el

vertido del petrolero restige en las costasgallegas $ cant'bricas.

Marca negra ocasionada por el 'er ido de un pe rolero.

/ratamiento de residuos. Los productos petrolferos tienen mu$ pocos residuos. %lo cuandose est' refinando el petr%leo se producen residuos gaseosos (metano Q etano#& los cuales&dada su dificultad para licuarlos ($a ue eHigira altsimas presiones& peligrosas a la "ora demanipular contenedores#& son uemados en la propia refinera.En esta combusti%n emiten mon%Hido $ di%Hido de carbono a la atm%sfera.


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5.7. Energa nuclear

e llama energa nuclear a a uella ue se desprende de los nGcleos deciertos 'tomos& cuando entre ellos se produce una determinada reacci%n.

E emplo pr'ctico:0. abiendo ue el poder calorfico de un tipo de carb%n es de .)** 2cal 2g $ el delgas%leo 1*.7** 2cal 2g& determina u cantidad de cada uno de ellos sera necesario

uemar para obtener una energa e uivalente a la obtenida si se desintegrasentegramente 1 2g de uranio. ( oluciones: )&-B C 1*+ toneladas de carb%n $ )&*- C 1*+ toneladas degas%leo#.

Einstein descubri% ue la masa se podatransformar en energa& segGn la f%rmula:

E 0 m C c)donde E 0 Energa producida (Dulios#.

m 0 masa desintegrada ( g#.c 0 velocidad de la lu! 0 7 C 1*B m s


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A /ipos de reacciones nuclearesq Fisi%n. 4onsiste en romper un nGcleo de un 'tomo de ranio enri uecido ()75 # o

de lutonio ()7- u#. Estos son los dos Gnicos is%topos fisionables $ adem'sinestables.

isin nuclear.

1n Q )75 0 -74s Q 1,*Rb Q7n

El proceso comien!a lan!ando un neutr%na gran velocidad sobre el 'tomo ue sedesea fisionar (romper#. Al c"ocar& lorompe en dos fragmentos (dos nuevos

'tomos#& liberando tres neutrones $ grancantidad de calor.4ada uno de los 7n puede provocarnuevas fisiones& dando lugar a nuevosneutrones $ as sucesivamente. Estefen%meno se conoce como reacci+n encadena . i no se controla este nGmero deescisiones& el calor liberado es tan grande

ue se origina una bomba at%mica./odas las centrales nucleares espa olasconsumen alrededor de 1)* t de uranioenri uecido al a o& ue se produce en

aelices el 4"ico ( alamanca#.


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4omponentes de una central nuclear 1. Reactor nuclear. En l tiene lugar la reacci%n nuclear de fisi%n.

). /urbina. Le llega vapor a alta presi%n. El giro de la turbina mueve un alternador.

7. 4ondensador. Licua el vapor para introducirlo nuevamente en el reactor.

,. Edificio de almacenamiento $ manipulaci%n.

5. 4ircuito de refrigeraci%n generador de vapor. El reactor est' rodeado

por un l uido refrigerante cu$a misi%n es la de evacuar el calor.Los refrigerantes m's usados son: deuterio& protio o "elio.

Cen ral nuclear.

Componentes de unacentral nuclear.

Reactor

4ircuito derefrigeraci%n

Edificio dealmacenamiento$ manipulaci%n

4ondensador /urbina


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S tili!a como combustible uranio enri uecido ()75 # al 7 =.

S 4omo moderador: agua ligera (protio#.

S El circuito de refrigeraci%n consta de dos circuitosaut%nomos: primario (el refrigerante est' siempre en estadol uido# $ secundario (el refrigerante& al pasar por elgenerador de vapor& se convierte en vapor a gran presi%n#.

S El 5*= de las centrales ue "a$ son de este tipo.

S El combustible es igual ue en el tipo anterior.

S 4omo moderador emplea el mismo ue el tipo anterior.

S El circuito de refrigeraci%n consta de un solo circuito. Elrefrigerante ue eHtrae el calor del nGcleo pasa a estadogaseoso (ebullici%n#& $ se dirige a las turbinas.

S El )5= de las centrales mundiales son de este tipo.

Cen ral con reac or de agua a presin )- *. Cen ral con reac or de agua en ebullicin )$ *.

En Espa a "a$ B centrales nucleares de fisi%n& +


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q Fusi%n. 4onsiste en la uni%n de dos nGcleos de 'tomos ligeros para formar un nGcleo m's pesado $el desprendimiento de gran cantidad de energa. Los 'tomos de un gas est'n siempre c"ocando unoscontra otros. A medida ue se calientan& aumenta su velocidad de movimiento. i esta velocidad aumentaa varios miles de 2m s (aplic'ndoles calor "asta millones de grados#& pueden vencer la mutua repulsi%n desus nGcleos $ as fundirse al c"ocar& generando un nuevo 'tomo. Este proceso libera gran cantidad deenerga en forma de calor.

eac or #o3ama3. " todo usado paracontener el plasma.

usin nuclear.

La venta a es ue el deuterio $ el tritio para formar "elio& se pueden obtener del "idr%geno $ ste del agua dulceo de mar& con lo ue resultara una fuente inagotable de energa. El inconveniente es ue este tipo de energatodava se encuentra en fase de eHperimentaci%n& $a ue se gasta m's de la ue se obtiene.

Los problemas ue presenta son:- 4alentar el gas a temperaturas de 1**.***.***I4 $ para ue pueda ser

comercial a 7**.***.***I4. e cree ue la fusi%n es la fuente deenerga de las estrellas (el ol& por e emplo#.

- ;isponer de un recipiente ue soporte esas temperaturas el tiemposuficiente.

- EHtraer la energa liberada $ transformarla en electricidad.- todos para contener el plasma (masa de 'tomos ioni!ados a

1**.***I4 con carga positiva#. Pa$ dos m todos: confinamiento inercial$ confinamiento magn tico o /o2ama2.


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3 Energa nuclear $ medio ambiente

q Ompacto medioambiental. Los accidentes pueden ser provocados por: escapes deagua radiactiva del circuito primario (como "a ocurrido en un submarino brit'nico# $ eHplosiones delreactor& motivadas por el eHceso de temperatura (es el caso de 4"ernob$l& en crania#.

q /ratamiento de residuos. Los residuos son a uellos materiales ue contienenradiois%topos ( ue emiten partculas radiactivas#. e pueden clasificar en los siguientes tipos: deba a actividad (ropa& guantes& "erramientas& etc.#& de media actividad (filtros de gases $ l uidosusados# $ de alta actividad (combustibles gastados#.

+osis anuales de radiacin abi uales por persona.

Los de alta actividad se almacenan provisionalmente en lacentral& dentro de piscinas de "ormig%n con agua. Luegopueden reprocesarse para obtener combustible o armasnucleares& o encaps)larse $ depositarse en minas profundas&geol%gicamente estables.

ud5. energías no renovables

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