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UNIDAD

En esta Unidad verás con más detalle una descripción de las energías no renovablesque se enunciaron en la Unidad anterior: sus características, usos, inconvenientes y venta-jas de distinta índole.

Puedes observar en el mapa conceptual adjunto lo que tienen en común y lo que lasdiferencia.

Si bien es cierta su precariedad -a mayor o menor plazo, como verás a lo largo de suestudio-, también es cierto que el alto grado de desarrollo alcanzado en su extracción y uso,y los esfuerzos por mejorar rendimientos y disminuir su impacto ambiental, hace aún muyimportante el conocimiento de sus aplicaciones y los mecanismos que las regulan.

Fuentes de energía norenovables7

INTRODUCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168

1. LAS CENTRALES TÉRMICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168

2. LAS ENERGÍAS FÓSILES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170

2.1. El carbón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171

2.2. El petróleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

2.3. El gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179

3. LA ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182

4. IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DE LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191

4.1. La lluvia ácida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191

4.2. El efecto invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192

Í N D I C E D E C O N T E N I D O S

En esta Unidad verás con más detalle una descripción de las energías no renovables

que se enunciaron en la Unidad anterior: sus características, usos, inconvenientes y venta-

jas de distinta índole.

Puedes observar en el mapa conceptual adjunto lo que tienen en común y lo que las

diferencia.

Si bien es cierta su precariedad -a mayor o menor plazo, como verás a lo largo de su

estudio-, también es cierto que el alto grado de desarrollo alcanzado en su extracción y uso,

y los esfuerzos por mejorar rendimientos y disminuir su impacto ambiental, hace aún muy

importante el conocimiento de sus aplicaciones y los mecanismos que las regulan.

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• Se agotan • Deterioran − medio ambiente − salud de seres vivos

Fáciles de obtener y utilizar

Tecnologías desarrolladas para su transformación

ELECTRICIDAD

uso directo como COMBUSTIBLE

OTROS USOS

USOS POSIBLES

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES

Tecnologías desarro-lladas para su trans-

formación

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IntroduciónVamos a estudiar en esta Unidad las que se han dado en llamar fuentes de ener-

gía no renovables que, como ya hemos apuntado en la Unidad anterior, son aquéllasque tienen un ritmo de consumo superior al de producción. A pesar de esto y de laconcienciación que existe en este sentido, siguen siendo, con diferencia, las más uti-lizadas.

La dependencia del petróleo y derivados ha sido y sigue siendo enorme. Durantela década de los 70 del siglo pasado, el mundo empezó a ser consciente de la vul-nerabilidad de los recursos de energía. A largo plazo es posible que las prácticas deconservación de energía proporcionen el tiempo suficiente para explorar nuevasposibilidades tecnológicas. Mientras tanto el mundo seguirá dependiendo del sumi-nistro de petróleo que después de la II Guerra Mundial se ha convertido en la prin-cipal fuente de energía.

Los sistemas desarrollados por el hombre para aprovechar la energía térmica delos combustibles se basan en calentar un fluido a 200 o 300 ºC a una elevada pre-sión, de 80 a 150 kg/cm2, para que al expandirse en una turbina la haga girar. A suvez, esta turbina hace girar el rotor de un generador eléctrico. El rendimiento de esteciclo varía entre el 35 % y el 45 %. Actualmente, utilizando turbinas de gas se alcan-zan rendimientos del 50 %. Con la energía nuclear el proceso es semejante, perolos rendimientos se quedan en el 35 %.

En la actualidad se están desarrollando múltiples tecnologías que pretendenaumentar los recursos y los rendimientos, reduciendo al mismo tiempo el impactoambiental.

1. Las centrales térmicasPuesto que en esta Unidad vamos a tratar de las fuentes no renovables de ener-

gía primaria, comenzaremos por hablar de las centrales térmicas ya que, aunque laobtención de electricidad no es su única aplicación –como vimos en la última tabladel apartado 1 de la Unidad 6– sí es común a todas ellas y de especial importancia.

Una central térmica es un medio para convertir la energía de un combustible enenergía eléctrica. En función del combustible utilizado hay centrales térmicas, de car-bón, de fuel, de gas o nucleares.

Todas las centrales térmicas constan, en su forma más simple, de una caldera–llamada también, por su función, generador de vapor– y de una turbina que mueveel generador eléctrico. La única diferencia, como hemos dicho, es el combustible y,en consecuencia, el diseño de la caldera.

Todos los demás sistemas y componentes son básicamente iguales. Las cen-trales térmicas nucleares, por sus peculiaridades, las estudiaremos con más detalleen el apartado 3.

Atributos comunes de las fuentes de energías no renovables

Están muy desarrolladas las tecnologías para su explotación, transformación y uti-lización.Además de las puramente energéticas, tienen una gran diversidad de aplicaciones.Existe un riesgo evidente de agotamiento a corto o medio plazo.Su uso indiscriminado contribuye al deterioro del medio ambiente.

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La caldera es un aparato que sirve para con-vertir el agua en vapor que, al salir de la misma,mueve el ventilador (turbina) y éste el magneto delgenerador.

La figura superior es un esquema del principiode funcionamiento de una central térmica.

El calor1 necesario para el calentamiento delagua y su evaporación lo proporciona la combus-tión del carbón, fuel o gas, ya que todos son com-puestos con alto contenido en carbono, produ-ciéndose estas dos reacciones exotérmicas:

C ++ O2 CO2 si la combustión es completa oC + ½ O2 CO si es incompleta, cosa no dese-able porque el monóxido de carbono es muy tóxi-co. La combustión es un proceso complejo de porsí que se complica en las grandes centrales conel manejo de muchas toneladas de combustible,cenizas, aire y gases de escape de la combustión.

La tetera, representativa de la caldera no es,evidentemente, un generador eficiente de calor.Las calderas de las centrales térmicas están com-puestas por haces de tubos dispuestos de formaque los gases calientes tengan que pasar a travésde los tubos, en su camino hacia la chimenea.

Haciendo referencia ya a la central térmica decarbón, el agua de alimentación no puede entrarfría al generador de vapor, pues produciría irregu-laridades en su funcionamiento. Para calentarla auna temperatura lo más próxima posible a la delgenerador de vapor antes de bombearla al interiordel mismo, podemos utilizar una fuente de calorexterna o aprovechar parte del calor sobrante delsistema, solución más económica y que es la utilizada habitualmente, tal como apa-rece esquematizado en la ilustración del centro. Este agua de alimentación previa-mente calentada, aumenta aún más su temperatura por medio de una batería detubos situados en el hogar, por donde pasa el agua antes de entrar en el generadorde vapor, contribuyendo de esta forma, también, a aumentar el rendimiento. Este con-junto de tubos recibe el nombre de “economizador”.

Una turbina es, esencialmente, un molino de viento, pero no tan simple como elque aparece en la ilustración inferior, sino mucho más complejo, con cientos de palas,unas fijas y otras móviles. Están colocadas en secciones o departamentos de forma-que el vapor está obligado a pasar sucesivamente a través de ellos.

Esquema de una central térmica de carbón. La única diferenciacon las de fuel o gas es el sistema de alimentación del combustible.

Esquema de una turbina

1 Es importante que distingamos claramente dos conceptos distintos y que se confunden concierta frecuencia: calor y temperatura. El calor es una de las formas en que se manifiesta laenergía, es capaz de producir trabajo. Corresponde básicamente al estado de agitación queposeen las partículas de un cuerpo. Es una sensación que perciben los seres animados. Latemperatura es la magnitud que pone en evidencia la energía térmica de un cuerpo en relacióncon otro. Sirve para valorar la intensidad de la sensación de calor. Desde un punto de vista físi-co la temperatura de un cuerpo se define como la energía cinética de las partículas que lo for-man. Aunque están relacionados, no hay que confundir este concepto con el de calor. Para sumedición se emplea -de acuerdo con lo establecido por el Sistema Internacional- el Kelvin (K),aunque se sigue utilizando en el lenguaje diario el grado centígrado.

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El vapor del último compartimiento sale de la turbina a la presión atmosférica (a100 ºC) y se utiliza para calentar el agua en el calentador de alimentación. Pero la can-tidad necesaria para esta operación es muy pequeña comparada con el vapor quesale de la turbina. Para aprovecharlo y aumentar la eficiencia, se acopla al escape dela turbina un gran recipiente atravesado por una serie de tubos por los que pasa aguafría, produciéndose la condensación del vapor de la turbina, calentando esa agua y, almismo tiempo, produciendo un vacío que permite reciclar el vapor condensadoactuando de nuevo como agua de alimentación.

Conviene citar un tipo de centrales térmicas de carbón de última generación,conocidas como “Centrales de combustión de lecho fluidificado”, en las que sequema carbón sobre un lecho de partículas inertes (piedra caliza con frecuencia), através de las que se hace circular una corriente de aire que mejora el rendimiento dela combustión y se disminuye el impacto medioambiental.

España contaba, a finales el siglo pasado con 160 centrales térmicas clásicas, conmás de 21.000 Mw de potencia instalada. La mayor de ellas es la de Os Pontes(Coruña), con tres grupos que totalizan 1.400 Mw. La central se construyó justo al ladode una mina de lignito, para evitar los inconvenientes del transporte. Casi un tercio de lapotencia que genera se utiliza en la planta de alúmina-aluminio de San Ciprián (Lugo)de la que hablamos en el apartado 2.2 de la Unidad 3.

2. Las energías fósilesLos combustibles fósiles se pueden utilizar en forma sólida (carbón), líquida

(petróleo) o gaseosa (gas natural). Son acumulaciones de seres vivos que vivieronhace millones de años. En el caso del carbón se trata de bosques de zonas panta-nosas, y en el caso del petróleo y del gas natural de grandes masas de planctonacumuladas en el fondo de los mares. En ambos casos la materia orgánica sedecompuso parcialmente por falta de oxígeno, dando lugar a los materiales queahora utilizamos.

Las centrales térmicas constituyen, actualmente, el medio más importante para producirelectricidad..La mejora de la eficiencia y la disminución del impacto medioambiental de las centralestérmicas constituyen los retos más importantes.

1.- La diferencia fundamental entre los distintos tipos de centrales térmicas es:a) En una se transforma la energía mecánica en eléctrica y en otras, la térmica en eléctrica.b) No existen diferencias apreciables entre unas y otras.c) El tipo de turbina.d) El tipo de combustible y, por tanto, el diseño de la caldera.

2.- ¿Cuál o cuáles de estos objetivos son prioritarios actualmente en relación con lasenergías no renovables?:a) Mejorar los rendimientos en sus transformaciones.b) Encontrar más reservas, para que no se agoten.c) Reducir su impacto ambiental.d) Los tres anteriores son prioritarios.

A c t i v i d a d e s

R e c u e r d a

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El carbón se formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechosgigantes que poblaban la Tierra hace unos 300 millones de años, (en el períodoCarbonífero de la era Primaria o Paleozoica) morían y quedaban sepultados en lospantanos en que vivían. Al estar constituido el terreno por una mezcla de agua y barromuy pobre en oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se fue-ron acumulando grandes cantidades de plantas muertas que, por la acción combinadade presión y temperatura, la materia orgánica fue convirtiéndose en el carbón que uti-lizamos actualmente.

2.1. El carbónEl carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado

con otras sustancias. Es, como ya hemos visto, una de las principales fuentes de ener-gía. (En las tablas del apartado 5 de la Unidad 6 aparecen datos referidos a consumosde carbón en nuestro país y a nivel mundial).

Dependiendo de estos tres parámetros: presión, temperatura y tiempo, se cuentacon los cuatro tipos de carbón que describimos a continuación:Turba:

No se considera como carbón propiamente dicho, sino en estado de formación. Dehecho las turberas que se explotan están a cielo abierto, lo que habla de la poca pre-sión a que se forma.Es poco rica en carbono y muy mal combustible.Es el que posee menor poder energético.Genera muchos residuos.Seca y comprimida en ladrillos se utiliza como combustible doméstico, fundamental-mente en el centro y norte de Europa.

Lignito:Se usa casi exclusivamente como combustible en centrales térmicas.Contiene gran cantidad de impurezas.Su poder calorífico, aunque mayor que el de la turba, es escaso.

Hulla:Es mucho más rica en carbono y tiene un gran poder calorífico.Es el de mayor importancia económica.Además de en plantas de producción de energía, de su destilación se obtienen hidro-carburos aromáticos para usos industriales (como productos finales o materias pri-mas o intermedias) y el carbón de coque.Contiene elevadas cantidades de azufre, fuente importante de contaminaciónambiental.

Antracita:Es el mejor de los carbones, el menos contaminante y el de mayor poder calorífico.Su punto de inflamación es superior al resto de los carbones, por lo que necesitamayor energía de activación.Se utiliza fundamentalmente como combustible en centrales térmicas.

COMPOSICIÓN MEDIA DE LOS CARBONES FÓSILES

TIPO Poder calorífico(Kcal/Kg) % C % H2 % O2 % N2 % Volatilidad % Humedad

Turba 1450 a 2500 40 a 60 4 a 7 20 a 40 1 a 3 45 a 75 70 a 90Lignito 5800 a 6200 60 a 75 4 a 6 15 a 35 1 a 2 45 a 60 30 a 50Hulla 6800 a 7800 75 a 90 4 a 6 3 a 20 1 a 2 10 a 50 2 a 20

Antracita 7900 a 8400 90 a 95 3 a 4 2 a 3 1 a 2 3 a 10 1 a 5

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La destilación de la hulla.

El proceso recibe el nombre de coquización porque el coque es el principal, aun-que no el único producto obtenido. De cada tonelada de hulla se obtienen unos 750Kg. Las sustancias con aplicaciones industriales obtenidas de la destilación de lahulla son:

Alquitrán, utilizado principalmente para asfaltados de carreteras, (35Kg/tonelada).Sulfato amónico, como fertilizante agrícola directo y como producto inter-medio para la obtención de abonos más complejos (10 Kg/tonetada).Benceno, producto de base para la fabricación de polímeros y otros muchoscompuestos químicos (7 Kg/tonetalda)Gas de coquería, formado mayoritariamente por metano, utilizado en lasmismas instalaciones siderúrgicas o distribuido para consumo como com-bustible. (350 m3/tonelada).El coque es un producto compacto, y al mismo tiempo poroso, de granimportancia industrial. Se emplea como agente reductor para la fabricaciónde arrabio en los hornos altos y como combustible; tiene un color grisnegruzco y brillo metálico. Su contenido en carbono es de alrededor del92%; casi el 8% restante es ceniza, pero la proporción de componentes volá-tiles es mínima. Su poder calorífico es muy elevado.

Reservas mundiales de carbón.

El carbón es el combustible fósil más abundante. Se encuentra más en el hemis-ferio norte que en el sur, como vemos en la siguiente tabla, cuyos datos proceden dela Agencia Internacional de la Energía.

Con el actual ritmo de consumo se calculan reservas para algo más de 200 años,aunque, si se tienen en cuenta las que no son fáciles de explotar en el momentoactual, las reservas podrían llegar para otros 450 a 500 años.

Hemos de tener en cuenta que el consumo de carbón está muy ligado a las osci-laciones de producción y consumo de petróleo: puesto que ambos constituyen fuen-tes energéticas de primera magnitud, la elevación de los precios de uno lleva consi-go un aumento del consumo del otro. Las centrales eléctricas de los países desarro-llados tienen suficiente elasticidad como para variar, en función principalmente defactores económicos, las proporciones de ambos combustibles.

Por lo que hace referencia a nuestro país, en los últimos años del siglo pasadola producción ha sufrido un lento pero continuo descenso, como reflejan los siguien-tes datos facilitados por la Estadística Minera (las cifras indicadas son millones detoneladas):

RESERVAS MUNDIALES DE CARBÓN EN % (Excluida la turba)China EE.UU. Europa Sudáfrica Australia Resto

43 17 17 12 5 6

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Las zonas españolas de producción están concentradas en las siguientes pro-vincias:

Antracita: León y Asturias y, a menor escala, Córdoba y Palencia.Hulla: Asturias, León y Teruel, y a mucha distancia, Ciudad Real, CórdobaBarcelona, Lérida, Palencia, Zaragoza, Cuenca y Cantabria.Lignito: Su producción (como dijimos en el apartado 1) está concentrada enCoruña.

Las aplicaciones porcentuales de carbón (a escala mundial) están reflejadas enel gráfico siguiente, que habla por sí mismo.

2.2. El petróleo.El petróleo es, en los comienzos del siglo XXI, la fuente energética más importante.

Un recurso natural no renovable que aporta el mayor porcentaje del total de la energíaque se consume en el mundo.

La alta dependencia que el mundo tiene del petróleo y la inestabilidad que caracte-riza el mercado internacional y los precios de este producto, han llevado a que se inves-tiguen fuentes energéticas alternativas, sin que, hasta el momento, se haya logrado unaopción que realmente lo sustituya, aunque se han dado y se están dando pasos impor-tantes en este sentido, como veremos con más detalle en la Unidad 8.

Aunque pueda resultar sorprendente, el petróleo, con la denominación de “aceite de

PRODUCCIÓN ESPAÑOLA DE CARBÓN1995 1996 1997 1998 1999 2000

Antracita 6,27 6,50 6,60 5,68 5,21 5,08

Hulla 11,43 11,26 11,32 10,65 10,06 9,82

Lignito 10,78 9,86 8,46 9,75 8,83 8,45

Total 28,48 27,62 26,38 26,08 24,1 23,35

Usos del carbón.

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roca” u otras similares, es conocido y utilizado desde hace miles de años. Antiguas civi-lizaciones como Mesopotamia, Asiria, Grecia, Fenicia, Egipto y China usaron el petróleopara los fines más diversos: bélicos, sanitarios, navales, alumbrado, etc. Pero estas uti-lizaciones, esporádicas y ocasionales, sólo constituyen la prehistoria del petróleo.

En 1850 Samuel Kier, un boticario de Pittburg, Pensilvania (EE.UU), lo comerciali-zó por primera vez, pero fue en 1858 cuando se realizó el primer intento serio de bús-queda de petróleo en el subsuelo: Edwin L. Drake, revisor de tren retirado, que se hacíapasar por coronel, fue encargado por la empresa Seneca Oil para realizar un sondeo enel valle de Oil Creek en el Estado norteamericano de Pensilvania. El 27 de agosto de1859 brotó petróleo de este pozo, a 21 metros de profundidad, y este hecho, aparente-mente anecdótico, se convirtió en un hito en la historia de la energía, porque se habíacomprobado con ello la posibilidad de encontrar petróleo perforando la tierra, y en tangrandes cantidades que era posible alimentar todas las lámparas del mundo, uso fun-damental que tenía por entonces.

Con el descubrimiento y la operatividad del motor de explosión y la generalizacióndel uso de los automóviles tanto para uso individual como colectivo y para los transpor-tes de las más variadas mercancías, la industria del petróleo experimentó un empujeextraordinario, porque además, desde el segundo cuarto del siglo pasado, cientos deproductos derivados del petróleo –como vimos en la Unidad 4– han pasado a tener unpapel crucial en nuestro mundo. Con el petróleo se calientan los hogares, producimoselectricidad, se fabrican fibras textiles, abonos y plaguicidas para la agricultura, deter-gentes y un larguísimo etcétera de productos sin los que nuestra vida sería completa-mente diferente. Es un hecho incuestionable que el petróleo se ha convertido en uno delos protagonistas más destacados de la historia de la humanidad.

Origen y exploración del petróleo.El petróleo crudo es una mezcla de numerosos hidrocarburos, de composición

variada según su origen. Viene siempre acompañado de impurezas no deseables.Como producto de una serie de transformaciones se obtiene gran variedad de produc-tos, unos utilizados como materias primas e intermedias para productos de uso domés-tico e industrial, y otros, como combustibles para usos diversos.

Es el resultado de un complejo proceso físico-químico en el interior de la tierra en elque, debido a la presión y a las altas temperaturas se produce la transformación deenormes cantidades de materia orgánica, compuesta fundamentalmente por fitoplanc-ton y zooplancton marinos, además de otras materias vegetales y animales, que sedepositó hace millones de años en el fondo de los grandes lagos y en el lecho de losmares.

Junto a esa materia orgánica se depositaron mantos sucesivos de arenas, arcillas,limo y otros sedimentos arrastrados por los ríos y el viento, que conformó lo que seconoce en términos geológicos como rocas o mantos sedimentarios.

Entre esos mantos sedimentarios es donde se llevó a cabo el fenómeno naturalanaerobio que dio lugar al petróleo. En todo caso el petróleo se encuentra ocupando losespacios de las rocas porosas, principalmente arenosas y calizas. En ningún caso haylagos de petróleo, sino que se encuentra embebido en las rocas de forma análoga acomo el agua está embebida en una esponja. Los poros que se van desocupando cuan-do se extrae el crudo son ocupados por el mismo petróleo que no se extrae y por aguasubterránea.

Si esto es así, ¿cómo es posible que aflore el petróleo a la superficie en estado líqui-do? La razón es bastante sencilla: siguiendo con el símil de la esponja, imagínala en unrecipiente estanco y sometida a altas presiones; si hacemos un agujero en ese recipien-te, tienden a equilibrarse las presiones externa e interna y lo que escapará será, lógica-mente, el líquido.

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La ciencia de la exploración se basa en identificar y localizar esos lugares, y perte-nece al mundo de la geología.

Uno de los primeros pasos consiste en la obtención de fotografías o imágenes porsatélite, avión o radar de una zona determinada, que dan una primera información acer-ca de las zonas que reúnen condiciones propicias para la presencia de mantos sedi-mentarios en el subsuelo. La técnica más idónea para localizar yacimientos es la explo-ración sísmica: creando pequeños temblores artificiales mediante la colocación deexplosivos especiales, se originan ondas sísmicas que atraviesan las distintas capassubterráneas y regresan a la superficie. Unos aparatos de alta sensibilidad llamadosgeófonos las captan y las envían a centros que disponen de sistemas informáticos muysofisticados en los que son interpretadas, llegando a conclusiones acerca de qué áreaspueden contener mantos con depósitos de crudo, cuál es su contenido potencial ydónde se deben perforar los pozos para confirmarlo. (Es algo parecido a los ensayos deultrasonidos que vimos en el apartado 1.9 de la Unidad 1, pero mucho más complejo).Estas técnicas ayudan mucho en las prospecciones petrolíferas pero, en última instan-cia, la única forma de demostrar la existencia de petróleo en el subsuelo es perforandoun pozo.

Es muy raro el yacimiento de petróleo que no venga acompañado de gas natural,combustible que estudiaremos en el apartado siguiente.

Si, como decíamos arriba, el petróleo fluye a la superficie por diferencia de presio-nes, a medida que se va extrayendo la presión va disminuyendo poco a poco. Cuandoya no llega a la superficie se hace necesario instalar bombas para seguir extrayéndolo,lo que se realiza mientras el coste de extracción sea inferior a los ingresos que se pue-den obtener por la venta del crudo. Hasta este punto es posible que sólo se haya extra-ído poco más del 25 % del crudo que existe en el yacimiento. Existen sistemas comple-mentarios, como los de inyección de agua y de vapor que permiten extraer hasta pocomás de 1/3 de las reservas. Alcanzado el punto en que los costes se igualan a los ingre-sos (límite económico del pozo), se abandona su explotación.

Una buena parte del petróleo que se extrae actualmente procede de pozos subma-rinos, mediante plataformas semisumergidas, tal como muestran la fotografía y elesquema que aparecen a continuación.

Plataforma semisumergida. Esquema de una plataforma de explotación submarina.

El quemadorconsume elgas sobrante

Tuberíapara cargarel petróleo

Petrolero quetransporta elcrudo a tierra

Cables deamarre

El petroleo se bom-bea de la platafor-ma hasta la boyapor un oleoducto

Tanques paraalmacenar elpetroleoLa tube-

ría deperfora-ción sehunde enel lechodel mar

Plataformade perfora-ción conpista de heli-copteros

Boya de almacenamientocon plataforma giratoria parafacilitar la maniobra

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La refinería.

El petróleo llega a la refinería trans-portado en grandes buques o medianteoleoductos, siendo más económico el pri-mer sistema que el segundo, independien-temente de los problemas medioambien-tales que lleva consigo este tipo de trans-porte y que veremos en el apartado 4.

Todas las refinerías que existen ennuestro país, excepto la de Puertollano(Ciudad Real) están ubicadas en la costapara que los petroleros puedan atracar ydescargar en sus proximidades.

Las necesidades del mercado hacen que el petróleo sea utilizado una vez modi-ficado y no tal como sale de los yacimientos. La gama de productos derivados delpetróleo es variadísima, pudiendo obtenerse más de 2.000 productos diferentes.

(Algunos de ellos los hemos tratado en la Unidad 4).

Una refinería es un enorme complejo donde el crudo se somete a las transfor-maciones necesarias para obtener los productos deseados (dicho en términos vulga-res pero válidos, en la refinería se “cocina” el crudo).

El petróleo que se extrae de los yacimientos está constituido por una mezcla dehidrocarburos líquidos, gaseosos y sólidos, e incluye impurezas como agua, sales ysedimentos. Existen muchos tipos distintos de crudos que requieren procesos detransformación adaptados a cada uno de ellos.

En función de estas características y de la cantidad y calidad de los productosque se deseen obtener, se establece el camino de procesamiento que se seguirá enla refinería. Se tiende a que tengan un importante grado de flexibilidad tanto relativaal producto de origen como a las sustancias a obtener, pues aunque la inversión ini-cial es mayor, permite obtener los productos que el mercado más demande en cadamomento.

Fotografía de la refinería de la Rábida, en Huelva.

Destinos de las sustancias obtenidas en las refinerías:Combustibles para fuentes tanto fijas (calderas y centrales térmicas)como móviles (vehículos para el transporte terrestre, marítimo y aéreo).Lubricantes para usos diversos.Asfaltos para la construcción de carreteras.Productos petroquímicos para los mas variados artículos de la vida coti-diana.

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La secuencia general del funcionamiento de una refinería es la siguiente:

Destilación primaria.

Es la operación básica en el refino del petróleo. Es un proceso de separación físi-co-química que fracciona los distintos constituyentes del crudo por efecto de la tem-peratura, sin originar nuevos compuestos. La primera operación es calentar el crudoen un horno a temperaturas entre 400 y 450 ºC para convertirlo en vapor y llevarlo ala parte inferior de la columna fraccionadora, enorme torre cilíndrica cuya alturapuede superar los 50 metros. Dentro de ella se encuentran, a diferente altura, ban-dejas o platos que separan los distintos componentes del crudo según su punto deebullición: a medida que se asciende, el producto, en estado de vapor, va perdiendocalor y de este modo los de punto de ebullición más alto se depositan en las bande-jas inferiores y los que tienen un punto de ebullición inferior llegan en estado de vaporhasta las superiores, donde se depositan ya líquidos. Cada bandeja está conectadapor tubería a distintos depósitos en los que se recogen las fracciones respectivas.

De esta manera no se consigue separar todos los productos uno a uno, pero sígrupos –fracciones– que tienen puntos de ebullición aproximados. Algunas de ellasson ya productos finales. La mayor parte de los productos obtenidos en la destilaciónprimaria se someten a tratamientos para eliminar las impurezas, especialmente azu-fre, nitrógeno y sus compuestos.

Las fracciones más normales en la destilación primaria (también conocida conlos nombres de destilación atmosférica y topping) son las que aparecen en latabla siguiente:

Destilación al vacío.

En la parte inferior de la torre de destilación primaria quedaron las fraccionesmás pesadas, llamada “crudo reducido” a la que, si se pretende extraer aún más des-tilados, hay que someterla a presión reducida, ya que si se aumenta la temperaturadel proceso generaría la ruptura de las moléculas (lo que se conoce con el nombrede “craqueo térmico”).

En estas condiciones pueden obtenerse volúmenes adicionales de destilado,gasóleo ligero y pesado de vacío, a temperaturas semejantes a las del proceso ante-rior. El residuo, o “fondo de vacío” puede destinarse a combustible de la misma refi-nería, como componente de fuel o de asfalto, o procesarse en la etapa siguiente.

DESTILACIÓN PRIMARIA DEL CRUDO

Punto de ebullición (ºC) Átomos de carbono Productos

< 30 1 a 4 Gas natural, etano, propano, butano.

30 a 200 5 a 12 Éter de petróleo (C5,6) ligroína (C7),naftas, gasolina cruda.

200 a 300 13 a 15 Querosenos.

300 a 400 16 a 25 Gasóleo, fuel, aceites lubricantes,ceras, asfaltos.

> 400 > 25 Aceites residuales, parafinas, breas.

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7UNIDAD

Coquización.

Además del fondo de vacío que acabamos de decir, aquí se cargan todos losexcedentes del crudo reducido. Se someten a temperaturas elevadas durante eltiempo necesario para lograr el craqueo

2. Así se obtienen productos más valiosos:

gases, naftas, gasóleos más pesados y carbón de petróleo como residuo. Las naftasy los gasóleos aquí obtenidos son de baja calidad, enviándolos a un tratamiento pos-terior para mejorarlos. El gasóleo pesado logrado aquí alimenta la planta de craqueocatalítico y el carbón sirve como combustible, coque metalúrgico como el que vimosen el apartado 2.1, o para fabricar electrodos.

Craqueo catalítico.

En función de los productos que se deseen obtener del crudo, una proporciónmayor o menor de los que se obtienen en las destilaciones atmosférica y al vacíose someten a distintos craqueos (rupturas de las cadenas de hidrocarburos) obte-niéndose otros que luego pueden recombinarse mediante distintos procesos en losque juegan tres factores: presión, temperatura y catalizadores. La posibilidad defabricación de hidrocarburos perfectamente controlada debido al enorme desarro-llo de los catalizadores ha sido fundamental para la gigantesca industria petroquí-mica que vimos en la Unidad 4.

En estos trabajos han participado muchas personas y equipos de científicos eingenieros, pero es conveniente que conozcas los nombres de dos pioneros, GiulioNatta y Karl Waldemar Ziegler, ambos premios Nóbel de Química en 1963 por eldesarrollo de catalizadores que facilitaron la fabricación de plásticos con mayor uni-formidad, dureza y resistencia al calor.

Anexa a la planta de craqueo catalítico, la de concentración de gases recibenaftas y corrientes gaseosas de otras zonas de la refinería, para fraccionarlas ensus componentes principales. La corriente de gas residual puede destinarse tantoa uso petroquímico como para combustible de la refinería.

Producción y consumo de petróleo.

Las reservas mundiales de crudo, entendidas como tales aquéllas que losexpertos consideran a ciencia cierta que se pueden extraer de forma económica-mente rentable están en torno a los 700.000 millones de barriles, de los que lamitad de encuentran en Oriente Próximo. Es probable que se realicen descubri-mientos adicionales y, al mismo tiempo, que se desarrollen nuevas tecnologías quepermitan aumentar el rendimiento de recuperación de las ya existentes. En cual-quier caso, no existen perspectivas razonables de que, al ritmo de producciónactual, se disponga de petróleo más allá del siglo en que vivimos.

Datos publicados por la Agencia Internacional de la Energía daban los siguien-tes datos de producción y consumo de crudos durante 1999:

Los máximos productores, por este orden, fueron: Arabia Saudí, EstadosUnidos y Europa (ésta con yacimientos principalmente en Rusia, Ucrania, Noruegay Reino Unido).

Los máximos consumidores: Estados Unidos, Japón, Unión Europea y China.2 "Craqueo" es el término castellanizado del inglés "crackig", ruptura. Las moléculas -cade-nas- de hidrocarburos se rompen, como veremos inmediatamente.

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Dadas las enormes fluctuaciones como consecuencia de los movimientos políti-cos asociados al mundo del petróleo, datos actualizados y fiables los podrás obteneren las publicaciones (escritas y por Internet) de la Agencia Internacional de laEnergía.

2.3. El gas naturalEl gas natural es la fuente de energía fósil que ha conocido el mayor avance

desde los años 70 del siglo pasado y representa actualmente la quinta parte del con-sumo energético mundial.

Su origen es el mismo que el del petróleo que acabamos de ver. Existen pozosque no contienen más que gas natural aprovechable, pero siempre existe gas natu-ral en los pozos de petróleo.

Según la Agencia Internacional de la Energía, la participación del gas natural enla producción energética mundial era del 32 % en 1999 y su demanda aumenta tantoen términos absolutos como relativos.

Está considerado como el combustible de este siglo, como lo fue el petróleo elsiglo pasado y el carbón hace dos siglos.

El descubrimiento del gas natural se remonta a la antigüedad en el OrienteMedio. Hace miles de años se conocían fugas de gas natural que prendían fuegocuando se encendían, dando lugar a las llamadas “fuentes ardientes”. En las anti-guas Persia, Gracia o La India se levantaron templos para prácticas religiosas alre-dedor de estas “llamas eternas”. Pero quien reconoció la importancia del descubri-miento fue China alrededor del año 900 antes de nuestra era, donde se perforó el pri-mer pozo de gas natural. En Europa no se conoció hasta 1660 y no empezó a comer-cializarse hasta 1790.

Durante el siglo XIX el gas natural fue casi exclusivamente utilizado como fuen-te de luz. Su consumo permaneció muy localizado por falta de infraestructuras detransporte que dificultaban su traslado. En 1890 se produjo un cambio importante conla invención de juntas a prueba de fugas en los gasoductos. El transporte de gasnatural no se generalizó hasta la tercera década del siglo pasado, gracias a las mejo-ras tecnológicas tanto relativas a bombeo como a seguridad.

En los primeros tiempos de la exploración del petróleo, el gas natural estaba con-siderado como un subproducto sin apenas interés que impedía el trabajo, pues habíaque suspender las labores de extracción de petróleo para dejar escapar el gas natu-ral descubierto en el momento de la perforación. Fue a partir de la crisis de los años70 del siglo pasado cuando comenzó el desarrollo imparable de esta fuente de ener-gía tanto en cantidad como en diversidad de aplicaciones.

Características del gas natural.

El gas natural es incoloro, inodoro e insípido, y más ligero que el aire. A presiónatmosférica licúa a –161 ºC.

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7UNIDAD

Por razones de seguridad se añaden pequeñas cantidades de sustancias muyodoríferas como mercaptanos, tetrahidrofurano y tetrahidrotiofeno que le dan el olorcaracterístico. Estos productos se añaden también a gases envasados para usosdomésticos e industriales (butano y propano). Cuando tienen estos productos añadi-dos se les conoce como “gases condicionados”.

El gas natural es un mezcla de hidrocarburos ligeros aunque su componenteprincipal es el metano con una proporción siempre superior al 90 %.

El metano es un gas altamente inflamable, que se quema fácilmente y totalmen-te, emitiendo como productos de la combustión CO2 y agua. Es un 40% más ligeroque el aire.

Aunque ya hemos dicho que licúa a 161 ºC bajo cero a presión atmosférica, atemperaturas algo superiores y a presiones moderadas se puede manipular y trans-portar en estado líquido, constituyendo lo que se conoce como gas natural licuado(GNL), que ocupa 600 veces menos que en estado gaseoso, siendo su densidad un45 % menor que el agua. Las emisiones de CO2 son el 50 % menos que el carbóny del 25 al 30 % menos que el petróleo.

Exploración, explotación y reservas del gas natural.

La exploración y explotación del gas natural van en paralelo con las del petróleo.

El tratamiento del gas natural implica el reagrupamiento, acondicionamiento yrefinado del gas natural bruto con el fin de transformarlo en energía útil para las dife-rentes aplicaciones. Este proceso supone, en primer lugar, una extracción de los ele-mentos líquidos que contiene y después una separación entre los diferentes elemen-tos que componen los líquidos.

El transporte de gas natural se hace con buques llamados “metaneros” omediante gasoductos, que generalmente son de acero, con especificaciones muyestrictas en su fabricación y soldadura (como vimos en la Unidad 3), y cuyos diáme-tros oscilan entre 500 y 1000 mm. Debido a que se mueve a presiones relativamen-te elevadas, existen estaciones de compresión para mantenerla a lo largo de losrecorridos que se efectúan.

Estación de compresión en ungasoducto, en las proximidades dePuertollano (Ciudad Real). Alfondo se ven esferas de almacena-miento de gas.

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Existe un contrato de gran magnitud de suministro de gas natural de Argelia quellega a nuestro país a través de gasoductos y que ha potenciado los programas decogeneración, la reconversión a gas de centrales que quemaban petróleo o carbón,y el uso directo del mismo en muchas industrias y viviendas. Fruto principalmentede ese contrato ha sido también el desarrollo español en la tecnología del transpor-te de gases por tuberías. Empresas españolas están exportando estas tecnologíasdado el auge que ha adquirido este producto, tanto para su uso como combustiblecomo para la industria petroquímica.

Las reservas conocidas de gas natural aumentan continuamente.Periódicamente se descubren nuevos yacimientos y las técnicas de extracción per-miten perforar cada vez a mayores profundidades.

Las principales reservas de gas natural están localizadas en Oriente Medio(43,4%) y la Europa Oriental (35,9%). También existen grandes reservas en Asia,Oceanía, África, América del Norte, América del Sur y Europa Occidental. A princi-pios de 1999, las reservas totales de gas en el planeta eran de 157.700 109 m3.Entre 1970 y 1999, las reservas de gas natural aumentaron en más de 118.200 109

m3.

Al hilo de lo que vimos en la Unidad 1 acerca de la normalización, digamos queen relación directa con el aumento de utilización del gas natural en España, debidoal contrato de suministro que acabamos de citar, existe, desde 1999, la norma UNE60.670-99 “Instalaciones de gas en locales destinados a usos domésticos, colecti-vos o comerciales”, cuyos objetivos principales son:

Establecer unos criterios técnicos de diseño y construcción lógicos y fácilmentecomprensibles, es decir, homogéneos, simples y claros.

Incorporar los avances tecnológicos y de seguridad, y los conocimientos adqui-ridos en la práctica.

Alcanzar una homogeneidad de criterios técnicos entre las distintas comunida-des autónomas.

Optimizar, actualizar y simplificar los criterios para la realización de los contro-les periódicos de las instalaciones receptoras de gas y de los aparatos de gas.

RECUERDA:

Los combustibles fósiles son fáciles de obtener y utilizar. Pero tiene dos grandesinconvenientes: se agotan y contaminan el medio ambiente.Los combustibles derivados del petróleo son los más utilizados, aunque el gas natural estáaumentando su cuota de participación por ser más limpio y porque aparecen nuevas reservas.

R e c u e r d a

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7UNIDAD

3. La energía nuclear de fisiónEn cursos anteriores estudiaste los fundamentos de la energía nuclear, que

Einstein sistematizó con su famosa ecuación ya vista en la Unidad 6.

Existen dos formas de obtener energía de los núcleos atómicos como productode conversión en ella de parte de la masa. Las características y diferencias entreambas están resumidas en esta tabla:

Serán las centrales generadoras de energía procedente de la fisión las que estu-diaremos en esta Unidad, mientras que las posibilidades de la fusión, al ser la fuen-te renovable por excelencia, la estudiaremos en la Unidad siguiente.

PROCESO FUENTE RADIACTIVIDAD TECNOLOGÍA

FISIÓN Ruptura de núcleos No renovable SI Desarrollada

FUSIÓN Unión de núcleos Renovable NO En desarrollo

3.- El mejor carbón para su uso como fuente energética es:a) La turba.b) El lignito.c) La hulla.d) La antracita.

4.- Cuál o cuáles de estas afirmaciones son ciertas:a) El carbón y el petróleo son fuentes de energía fósiles.b) Hay más reservas de petróleo que de carbón.c) Hay más reservas de carbón que de petróleo.d) El que se use más uno u otro está en directa dependencia de los precios del petróleo.

5.- Cuál de los tres combustibles fósiles produce menor impacto medioambiental:a) El carbón.b) El petróleo.c) Petróleo y gas natural por igual.d) El gas natural.

6.- Indica qué afirmaciones acerca del petróleo son ciertas:a) Las refinerías son instalaciones industriales para obtener gasolinas y gasóleos.b) El petróleo crudo, tal como sale de los pozos, tiene muchas aplicaciones.c) Los máximos productores de petróleo son los máximos consumidores.d) Con las tecnologías actuales es posible aprovechar casi el 90 % del petróleo que exis-

te en los pozos.


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A mediados del siglo XX se comenzaba a confiar en la energía nuclear como lafuente de energía que acabaría con todos los problemas inherentes a la escasez decombustibles fósiles. La notable rentabilidad de la fisión nuclear traería consigo elabaratamiento de la energía eléctrica y crearía expectativas de un futuro prometedorpara el sector industrial, al no depender de recursos energéticos escasos sujetos ainestabilidad de precios.

En un principio, los grupos más preocupados por la conservación de los recur-sos naturales, que estaban siendo extraídos desenfrenadamente, veían en la ener-gía nuclear de fisión el sustituto que permitiría la recuperación de la atmósfera, muycontaminada ya en aquellos momentos por los excesos de utilización de los combus-tibles fósiles.

Pero de esa euforia inicial se pasó a las reservas y sospechas conforme se ibanconociendo los riesgos que presentaban las centrales nucleares para los seres vivos,no sólo en lo que respecta a la radiactividad presente en el proceso, sino también enlos peligrosos residuos generados y las complicaciones para su almacenamiento yeliminación. Además, las temidas bombas nucleares utilizaban el mismo tipo demateriales radiactivos; aquí, el riesgo de que los productos radiactivos se dispersenen la atmósfera, penetren en la tierra y contaminen los acuíferos, o entren en lascadenas alimentarias, son evidentes; riesgo mucho menor en las centrales nuclea-res, que cuentan con grandes medidas de seguridad para evitar escapes radiactivos.

Los movimientos en contra de la energía nuclear han ido en constante aumento.Esta oposición organizada, cada vez con más apoyo social, ha llevado a muchos paí-ses con dependencia en este tipo de energía, entre ellos España, a establecer legis-laciones específicas (año 1982) para no construir más centrales de este tipo e inclu-so a establecer calendarios de desmantelamiento de las existentes. En nuestro país,la última central puesta en servicio fue un grupo, de los dos previstos, en Trillo(Guadalajara). Además de la paralización de la construcción del segundo grupogenerador de esta central, también se paralizaron las de Valdecaballeros (Badajoz),en avanzado estado de construcción, y Lemóniz (Vizcaya).

La sociedad se encuentra especialmente sensibilizada con el tema de la energíanuclear. Un accidente en una de estas instalaciones es asumido como un asunto deprimer orden ecológico y sanitario. A lo largo de la historia de la utilización de estaenergía con fines prácticos han existido tres siniestros de especiales consecuen-cias, dos a nivel mundial y uno con repercusiones especiales en nuestro país.

Las dos características fundamentales de la fisión nuclear provocada porel impacto, en determinadas condiciones, de un neutrón con el núcleo delmaterial a fisionar en cuanto a la producción práctica de energía nuclear son:

La energía liberada por la fisión es muy grande. La fisión de 1 kg de ura-nio 235 libera 18,7 millones de kilovatios hora en forma de calor.El proceso de fisión iniciado por la absorción de un neutrón en el uranio235 libera un promedio de 2,5 neutrones en los núcleos fisionados, queinician una serie de nuevas reacciones que llevan a la liberación continua-da de energía nuclear.

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7UNIDAD

El primero de ellos, en la central de Three Mile Island (Estados Unidos) en1979, por efecto de un error humano, se liberaron productos radiactivos delnúcleo del reactor, aunque sólo una parte de ellos salieron al exterior; pero losdaños materiales fueron muy cuantiosos. Este accidente fue el punto de partidapara el establecimiento de un buen número de normas y legalizaciones tenden-tes a la seguridad de construcción y funcionamiento de centrales termonuclea-res. Las estrictas exigencias de estas normas incrementaron de tal forma loscostes de su puesta en marcha, que algunas empresas abandonaron sus pro-yectos.

Hasta ese momento, el coste de obtención a partir de la fisión de núcleosatómicos de una unidad de energía eléctrica era el más barato de los conocidosconvirtiéndose, a partir de la entrada en vigor de esas normativas de carácterobligatorio, en el más caro. ¿Porqué, entonces, se siguieron construyendo cen-trales nucleares? La razón es doble:

Las tecnologías para la obtención de energía final a partir de fuentes prima-rias renovables estaban en sus inicios y no podían conseguirse de ellas las can-tidades demandadas por la sociedad y, en consecuencia, un desmantelamientomasivo de estas centrales incrementaría la dependencia de los combustiblesfósiles y podría provocar un aumento del precio de los mismos por parte de lospaíses productores, con el consiguiente nuevo incremento de la energía final.

Otro accidente, esta vez de graves consecuencias y que significó el inicio deuna nueva etapa en la historia de la contaminación, la del “riesgo a escala mun-dial”, tuvo lugar el 28 de abril de 1986 en Chernobyl (Ucrania). La noticia seconoció por una advertencia procedente de Suecia, informando de un fuerteaumento de la radiactividad ambiental que debía atribuirse, teniendo en cuentala situación meteorológica reinante, a un posible accidente en esa central nucle-ar entonces soviética, a 1.500 Km de distancia.

Se produjo la confirmación de que tres días antes se había producido elpeor accidente nuclear de la historia, en una central que se encontraba a 120Km. de Kiev, capital de Ucrania, que entonces contaba con 2.500.000 habitan-tes. Como resultado de una serie de operaciones que no seguían las normasestablecidas, uno de los cuatro reactores de la central explotó y comenzó aarder: se alcanzaron temperaturas de 1.500 ºC, se generó una nube radiactivaque se dirigió en primera instancia a los países nórdicos, se reconocieron 31víctimas mortales en ese momento y se emitieron informes que prevén más de5.000 casos de cáncer directamente provocados por el accidente.

Es preciso decir que esa central carecía de edificio de contención –existen-te en la mayoría de ellas y en todas las que existen en España– que hubiera evi-tado los escapes de radiactividad. Este accidente demostró, de forma incuestio-nable, la existencia de riesgos tecnológicos susceptibles de afectar a regionesmás allá de las fronteras del Estado en que se produce.

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En la central española de Vandellós I (Tarragona) se produjo, el 19 de octubrede 1989, un accidente que se inició por un incendio en un edificio exterior a la zonade proceso de la central, que desencadenó una serie sucesiva de fallos en los sis-temas. Se consiguió la parada segura de la central, que posteriormente ha quedadoinactiva, pero contribuyó a la sensibilización de la opinión pública española por lacercanía geográfica.

Control y conversión de la energía de fisión nuclear.

Establecer una reacción nuclear es, en teoría, relativamente sencillo, pero con-trolarla y mantenerla dentro de los límites deseados sí tiene complicaciones técni-cas. Las que más preocupan vienen determinadas por razones de seguridad: hayque tener en cuenta que la reacción debe mantenerse dentro de unos límites paraque, ni se detenga, ni aumente peligrosamente. Otra dificultad es la transformaciónde la energía desprendida en otro tipo de energía aprovechable, como es la eléctri-ca.

Para generar una reacción nuclear es preciso utilizar neutrones a velocidadesadecuadas. Si se utilizan neutrones lentos se tiene más probabilidad de romper elnúcleo de un átomo de uranio que con neutrones rápidos. Para evitar altas velocida-des de los neutrones se utilizan materiales conocidos como “moderadores”, queabsorben parte de su energía cinética y, por tanto, reducen su velocidad desde unos10.000 Km/seg hasta aproximadamente 2,2 Km/seg.

Los moderadores utilizados actualmente son agua, agua pesada y grafito.

Si un reactor no produce un nivel mínimo de fisiones, se detendrá. Por otro lado,si las fisiones son excesivas, se producirá la destrucción del reactor por sobrecalen-tamiento. El objetivo ha de ser, pues, además de “frenar” la velocidad de los neutro-nes, conseguir bombardear los núcleos fisionables estabilizando el exceso de algu-na forma para que la reacción se produzca y, al mismo tiempo, que la energía seaaprovechable y segura. Esto se consigue mediante una serie de varillas de una ale-ación de acero al boro, que tienen la facultad de que absorben neutrones.Dependiendo del estado de la reacción se introducen más o menos varillas, y a unaprofundidad también variable (movimientos regulados en la práctica por medioselectromagnéticos): si existen neutrones en exceso se introducen más varillas y amás profundidad para reducir el número de fisiones; si, por el contrario, el materialfisionable va perdiendo actividad, se extraen varillas para que aumente la concen-tración de neutrones y se generen más fisiones.

Para que la energía producida en una reacción nuclear sea útil es preciso con-vertirla en otro tipo de energía que pueda ser transportada. El calor producido en lasfisiones se transfiere (sale) del reactor nuclear por medio de intercambiadores decalor. Su necesidad estriba en que las partículas fisionadas no deben entrar en con-tacto directo con el receptor de la energía, que, por seguridad, tiene que ser inde-pendiente. El receptor de la energía es una turbina, transformándose el calor enenergía mecánica que, a su vez, se transforma en energía eléctrica en el generador.

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7UNIDAD

Un esquema simplificado (de los múltiples posibles) de un intercambiador de calor es el siguiente:por la boca superior derecha entra el fluido caliente que circula por la parte exterior de los tubos a unatemperatura T1 y sale por la boca inferior derecha a una temperatura inferior T2.A su vez, por la boca inferior izquierda entra el fluido frío que circula por el interior de los tubos a unatemperatura t1 y que, tras intercambiar el calor con el fluido exterior, sale por la boca superior izquier-da a una temperatura mayor t2. En el caso que estamos considerando, por el interior de los tubos circulará el fluido que va a mover laturbina, y por el exterior, el procedente del reactor nuclear.Ambos fluidos no están en contacto físico, pero se produce transferencia de energía. Los materiales deque están fabricados los intercambiadores deben ser, lógicamente, buenos conductores del calor, paraque las pérdidas sean las menores posibles.La tecnología del intercambio de calor es fundamental en todos los procesos industriales y no sólo enel de la producción de energía. La complejidad constructiva y la variedad de tipos es muy amplia, enfunción de los fluidos, las velocidades de circulación, los rangos de temperaturas y los caudales. El estu-dio de los procesos de transferencia de calor constituye una materia de suma importancia para mejorarel ahorro y el rendimiento energéticos que hemos visto en la Unidad anterior.

Como elemento de absorción de calor se suele utilizar un líquido que circulaentre las barras del material radiactivo. El refrigerante, además de absorber elcalor de la reacción mantiene la temperatura del núcleo para evitar sobrecalen-tamientos que podrían destruir el reactor. Posteriormente, el calor tiene que sertransferido al intercambiador –ya que el refrigerante está altamente contaminadopor las radiaciones– que a su vez lo transfiere a otro líquido no contaminado quemoverá las palas de las turbinas.

Reactores nucleares.

Un reactor de fisión es una instalación que permite iniciar, mantener y con-trolar una reacción nuclear de fisión en cadena.

El primer reactor nuclear se puso en funcionamiento en 1942 en la universidadde Chicago, bajo la dirección de Enrico Fermi, a quien se le había concedido el pre-mio Nobel de Física en 1938 por sus investigaciones sobre la radiactividad artificialbombardeando elementos químicos con neutrones.

Las partes fundamentales, todas importantes para conseguir el objetivo prác-tico (generación y aprovechamiento posterior del calor) son:

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Combustible Formado por materiales fisionables tales como el uranio 235, uranio 233 y plutonio 239.

Moderador Del que ya hemos hablado en el apartado anterior: el más utilizado actualmente es elagua. Su misión es disminuir la energía cinética de los neutrones.

Refrigerante

Tiene como misión extraer del reactor el calor producido en la fisión. Las características quedebe tener el refrigerante son:

Tener gran capacidad calorífica. Tener poca tendencia a capturar neutrones. No ser corrosivo, por razones de seguridad.

Los materiales más utilizados como refrigerantes son: agua (tanto normal como pesada) yanhídrido carbónico.

Reflector

En una reacción nuclear en cadena como la que se produce en los reactores nucleares, uncierto número de neutrones tienden a escapar de la zona donde se produce, con la consi-guiente pérdida de los mismos. Esta fuga debe reducirse para tener un reactor nuclear máseficiente. Al medio utilizado para cambiar la dirección de esos neutrones que escaparían sinreaccionar se le denomina reflector. Dependiendo de la velocidad de los neutrones, sirve elpropio moderador o hay que utilizar un elemento, no radiactivo, de masa atómica elevada.

Blindaje

Cuando un reactor está en operación, se producen todas las formas de radiación atómica.Los rayos alfa y beta emitidos tienen relativamente poco poder de penetración y no soncausa de grandes problemas; sin embargo, los rayos gamma y los neutrones tienen unpoder de penetración elevado, razón por la que no es posible trabajar en las proximidadesdel reactor sin una protección adecuada para evitar el riesgo por exposición a las radiacio-nes. Por ello es necesario disponer de un blindaje adecuado para interceptarlas. Los materiales más utilizados en la construcción de los blindajes son hormigón, agua yplomo. Para hacernos idea de lo que representa un blindaje, en una central de 1.000 Mw senecesita un blindaje de hormigón de espesores de muros superiores a 1,5 m.

TIPO CARACTERÍSTICAS

Agua a presión (PWR)(Pressurized Water

Reactor)

Es el tipo de reactor más utilizado a nivel mundial. Combustible: uranio enri-quecido entre un 3 y un 5 %, en forma de óxido.Moderador y refrigerante, agua, en estado líquido, a presiones entre 150 y200 atm.

Agua en ebullición (BWR)(Boiling Water Reactor)

Combustible: uranio enriquecido entre un 3 y un 5 %, en forma de óxido.Una parte del agua del refrigerante, que es a la vez moderador, está en formade vapor.

Uranio natural, gas y grafi-to (GCR)

(Gas Cooled Reactor)

El combustible es uranio natural en forma metálica.El moderador es grafito.El refrigerante, anhídrido carbónico.

Avanzado de gas (AGR)(Advanced Gas Reactor)

La diferencia respecto del anterior es que el combustible, en forma de óxidode uranio enriquecido, está introducido en tubos de acero inoxidable.

Refrigerado por gas a tem-peratura elevada (HTGCR)

(High Temperature GasCooled Reactor)

Es la siguiente generación de los reactores refrigerados por gas. Utiliza comorefrigerante helio en lugar de anhídrido carbónico, alcanzándose temperatu-ras entre 700 y 750 ºC.

De agua pesada (HWR)(Heavy Water Reactor)

Emplea como combustible óxido de uranio natural, introducido en tubos decirconio.La sustancia que actúa como moderador y refrigerante es el agua pesada.

Rápido reproductor (FBR)(Fast Breeder Reactor)

Su característica principal es que no utilizan moderador, produciéndose lamayoría de las fisiones por neutrones rápidos. El núcleo consta de una zonafisionable (uranio 235 o plutonio 239), rodeada de otra de uranio 238 (nofisionable) que, al ser bombardeado por los neutrones, se convierte en pluto-nio 239, que sí lo es. El refrigerante es sodio en estado líquido.Es el tipo de reactor más avanzado de los que funcionan en la actualidad.

Tipos de reactores de fisión.Lo que configura los distintos tipos de reactores son: combustible, moderador y refri-

gerante utilizados.

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7UNIDAD

Funcionamiento de lascentrales nucleares.

La única diferencia entre lascentrales nucleares y las térmi-cas de carbón, petróleo o gasnatural es la forma de suminis-trar calor al agua para que seconvierta en vapor y hagamover la turbina. El resto de lainstalación es igual, sea cualsea el combustible utilizado.Vamos a describir brevementelos dos tipos de centrales nucle-ares más utilizadas (PWR yBWR) que son, además, los dosúnicos que funcionan enEspaña actualmente.

Centrales con reactor deagua a presión (PWR).

De forma muy simplificada,el funcionamiento de una central nuclear es el siguiente: En el núcleo del reactor seproducen grandes cantidades de energía en forma de calor, que se extrae por mediodel refrigerante, en este caso agua normal. El agua circula por la vasija del reactor(circuito primario) extrae el calor del núcleo y lo cede, mediante el intercambiador decalor, al circuito secundario, también de agua, que se transforma en vapor que llegaa la turbina y hace girar el generador eléctrico acoplado a ella, produciendo de estaforma energía eléctrica. El vapor, después de realizar su función en la turbina, seenfría en el condensador por agua, lo que constituye el circuito terciario.

Esquema en el que se aprecian diferencias y similitudes entre centra-les térmicas clásicas y termonucleares.

Circuito primario

Está formado por la vasija del reactor, el generador de vapor, la bomba del refri-gerante y el presionador.

La vasija es un recipiente de acero que, en una central de 1000 Mw como lasque funcionan en nuestro país tiene un peso superior a las 400 Tm. Su misión prin-cipal es albergar el elemento fisionable y los dispositivos de parada de la reacciónnuclear (barras de control). El agua de refrigeración entra en la vasija para extraerel calor del núcleo y es impulsada por la bomba del refrigerante al generador devapor (intercambiador), volviendo a la vasija y cerrándose así el circuito primario.

Este circuito se mantiene a una presión ligeramente superior a 150 atm, paraevitar que el agua hierva en el núcleo.

Todo el circuito primario está alojado dentro del edificio de contención, diseña-do exclusivamente por motivos de seguridad para evitar el escape de los productosde fisión en caso de accidente. Está construido de hormigón armado con las pare-des interiores recubiertas de chapas de acero.

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Centrales con reactor de agua en ebullición (BWR).

El principio en que se basa este tipo de reactor es muy simple: trata de aprove-char la energía térmica producida en la fisión nuclear para hacer hervir el agua con-tenida en la propia vasija del reactor, que actúa como refrigerante y moderador delreactor nuclear. El vapor desprendido en la ebullición se utiliza para accionar ungrupo turbina-alternador y producir energía eléctrica.

Esquema de central tipo PWR.

Circuito

secundario

El generador de vapor es el que separa físicamente los circuitos primario ysecundario.

El agua de alimentación entra en el generador (intercambiador) convirtién-dose en vapor por el calor que le transfiere el agua de refrigeración que, comoacabamos de ver, está presurizada. Este vapor, previamente desecado, llega ala turbina-alternador, acciona los álabes y hace girar el generador eléctrico oalternador produciendo energía eléctrica que pasa a la red de alta tensión (a400.000 V) por medio del transformador correspondiente.

El vapor, después de haber pasado por la turbina se enfría en el condensa-dor, que es otro intercambiador de calor. El agua condensada se recoge en ungran recipiente, conocido como “pozo caliente” desde donde es impulsada pormedio de bombas centrífugas a un sistema de precalentamiento y de ahí denuevo al generador de vapor, cerrándose así el circuito secundario.

Circuito

terciario

Este tercer circuito es independiente de los otros dos y tiene como misiónenfriar el vapor del condensador. Para ello se necesita una gran cantidad deagua que puede proceder del mar, lagos o ríos, devolviendo el agua a su origencasi en su totalidad, pero unos grados más caliente. Este sistema de refrigera-ción se le conoce como de “ciclo abierto”.

En un sistema de” ciclo cerrado” el agua pasa por una torre de refrigeracióndonde se evapora en parte, se refrigera y vuelve a entrar en el ciclo, consumien-do una pequeña cantidad de agua y el resto retorna nuevamente al mar, río olago a su misma emperatura.

Las centrales españolas de este tipo son las de Almaraz (Cáceres), Ascó yVandellós (Tarragona) y Trillo (Guadalajara). Son de circuito abierto las tres pri-meras y de circuito cerrado la cuarta.

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7UNIDAD

Este tipo de centrales, al aprovechar directamente el vapor producido en la vasija, no necesi-ta intercambiador de calor o generador de vapor. Como consecuencia de esto sólo tiene dos circui-tos en lugar de los tres de las de agua a presión.

Tienen un edificio de hormigón que constituye el blindaje biológico y dentro de él la contenciónpropiamente dicha, que es una construcción de acero con la parte superior semiesférica.

Dentro de este edificio metálico están todas las partes susceptibles de recibir las radiacionesproducidas en el proceso, siendo su función retener los productos de la fisión en caso de acciden-te.

La vasija está construida de acero al carbono de alta resistencia, recubierta hasta cierta alturade acero inoxidable para evitar la corrosión. En funcionamiento normal, su interior está lleno deagua sólo hasta cierta altura; el resto hasta el casquete superior es un espacio donde se acumulael vapor procedente de la ebullición del agua.

Este vapor pasa por un separador de humedad para secarlo antes de enviarse a la turbina.Una vez ha pasado por ésta moviendo sus álabes, se enfría en el condensador y el agua resultan-te retorna a la vasija.

Las centrales españolas de este tipo son las de Santa María de Garoña (Burgos) y Cofrentes(Valencia).

Esquema de central nuclear tipo BWR.

Los dos tipos de reactores nucleares más utilizados son el de agua a presión (PWR) y elde agua en ebullición (BWR).La energía nuclear tiene dos grandes inconvenientes: residuos muy peligrosos durantemuchos años y riesgo potencial de accidentes con claros y graves efectos sobre la saludy la vida de los seres vivos.

R e c u e r d a

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4. Impacto medioambiental delas energías no renovables

Todas las energías que hemos visto en esta Unidad y que actualmente represen-tan el mayor porcentaje de utilización producen efectos claramente negativos sobreel medio ambiente y contribuyen, en mayor o menor medida, al deterioro de nuestroplaneta.

A continuación vamos a ver dos aspectos que conviene resaltar:

4.1. La lluvia ácidaEs una forma de contaminación atmosférica que se produce cuando los óxidos

de azufre y nitrógeno presentes en los combustibles fósiles se combinan con lahumedad atmosférica para formar ácidos sulfúrico y nítrico, que pueden ser arrastra-dos a grandes distancias de su lugar de origen antes de depositarse en forma de llu-via. Aunque el término lluvia ácida viene usándose desde hace más de un siglo, untérmino más apropiado sería deposición ácida o precipitación seca, porque la formaseca de la deposición es tan dañina para el medio ambiente como la líquida.

Los efectos de la lluvia ácida y la precipitación seca en lagos y ríos son la muer-te de crustáceos y moluscos y la desaparición del fitoplancton, lo que provoca conel tiempo la imposibilidad de supervivencia del resto de la fauna acuática por falta dealimento.

En los suelos, la acidez penetra en la tierra y afecta a las raíces de árboles, plan-tas y cultivos, al tiempo que sus hojas se ven también afectadas directamente por lasgotas de lluvia que reciben, llegando, en último extremo a la muerte.

Afecta a las estructuras de hormigón y contribuye de forma muy importante aldeterioro de edificios históricos.

Sobre los seres humanos determina un incremento muy importante de las afec-ciones respiratorias –asma, bronquitis crónicas, etc.– y un aumento de casos de cán-cer. Debilita el organismo provocando la disminución de las defensas y una mayorpredisposición a contraer enfermedades.

7.- En las transformaciones energéticas que se producen en las centrales nucleares defisión:a) La energía producida en la ruptura de los núcleos de los átomos se transforma directa-

mente en energía eléctrica.b) Lo que se aprovecha directamente es el calor producido en las reacciones de fisión.c) Con el calor de la reacción nuclear se calienta agua que mueve la turbina para producir

electricidad.d) Es la energía cinética de las partículas producidas en la reacción nuclear la que se con-

vierte en electricidad.


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7UNIDAD

4.2. El efecto invernaderoEl efecto invernadero es un proceso natural. Los llamados “gases invernadero”

son: el metano, el CO2, los gases nitrosos y los clorofluorcarbonados (CFC). Deellos, el primero y parte del segundo no proceden de las actividades humanas. Noocurre lo mismo con una buena parte del CO2 –el emitido por la combustión de todoslos combustibles fósiles– los gases nitrosos –fruto de la combustión de carbón ypetróleo– y los CFC, usados como refrigerantes y como propelentes en los aeroso-les. Estos últimos fueron objeto, durante la última década del siglo XX, de procesosde sustitución, y sus emisiones han disminuido de forma considerable. Los tratamien-tos previos a que se someten actualmente los carbones y el petróleo han contribui-do a un descenso apreciable de las emisiones de los vapores nitrosos, pero no ocu-rre así con las de CO2, ya que éste es un producto directo de la combustión de todoslos combustibles fósiles.

Los gases invernadero atrapan moderadamente el calor del sol y tienen la capa-cidad de dejar pasar a su través la radiación infrarroja que incide en la Tierra, impi-diendo a su vez que la radiación de igual naturaleza que es reflejada o emitida porla propia Tierra se pierda en el espacio; sin gases invernadero, nuestro planeta seríamucho más frío; sin embargo, la actividad humana aumenta de forma muy importan-te las concentraciones de gases en la atmósfera, causando un aumento global de latemperatura.

La parte izquierda de la imagen representa la situación que se está produciendo en nuestro planeta:A es la energía calorífica absorbida por la Tierra.B es la reflejada.C es la fracción de energía reflejada que vuelve al espacio exterior.D es la fracción de energía reflejada absorbida por la atmósfera.Cuanto mayor es la concentración de CO2 en la atmósfera, mayor es D con relación a C y, en conse-cuencia, la temperatura de la Tierra aumenta.

La capa de ozono.La capa de ozono es una zona de la atmósfera, entre los 20 y 50 Km de altitud,

en la que se producen concentraciones de ozono de hasta 10 partes por millón3

(ppm). El ozono se produce por la acción natural de la luz solar sobre el oxígeno.Esto lleva ocurriendo durante muchos millones de años, pero desde la revoluciónindustrial, la acción humana ha logrado reducir dicha capa hasta cifras alarmantesque, si no se toman los medios adecuados, contribuirán de forma decisiva a cambiosirreversibles en nuestro clima, tal como puedes apreciarlo gráficamente en la figura.3 Para que te hagas idea del rango de concentraciones que esto supone, 10.000 ppm equi-valen a un 1 %. Pequeñas variaciones de concentración producen efectos muy importantessobre la vida del planeta.

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La magnitud e importancia de los impactos medioambientales concretos de lasenergías no renovables dependen de:

La fuente o recurso energético utilizado.

El rendimiento de los sistemas de generación aplicados.

La eficacia de los sistemas correctores de la contaminación.

Las características y el valor del entorno natural afectado.

A lo largo de la Unidad hemos ido indicando algunos de los efectos que sobre elmedio ambiente y los seres vivos causan las fuentes de energía no renovables. Enlas tablas siguientes sistematizamos algunos de los datos más importantes.

Las cantidades vienen dadas en toneladas.

Nota: A los óxidos de nitrógeno se los simboliza con el término general NOx porque son varioslos que se producen, y todos contribuyen de forma análoga al deterioro del medio ambiente.Son muy llamativos porque sus vapores tienen un color amarillo característico, visibles –cadavez menos, afortunadamente– en muchas instalaciones industriales y energéticas.

Energíaproducida

(GW)

SO2 NOX CO2

total por GW total por GW total por GW

Antracitas y hullas 40.200 284.400 7,07 151.700 3,77 38.000 0,95

Lignitos 23.400 575.300 25,58 63.600 2,18 23.300 1,00

Carbones importados 17.100 53.400 3,12 32.800 1,92 15.000 0,88

Fuel y gas natural 15.200 43.900 2,89 18.400 1,21 11.500 0,76

Total 95.900 957.000 9,99 266.500 2,78 87.800 0,92

EMISIONES DE LAS CENTRALES TÉRMICAS ESPAÑOLAS SEGÚN EL COMBUSTIBLE UTILIZADO

AIRE AGUAS TERRENO SERES VIVOS OTROS

CO

MB

UST

IBLE

S FÓ

SILE

S

EXTR

ACC

IÓN

, TR

ATAM

IEN

TO, T

RAN

SPO

RTE

CARBÓN

SO2, NOx, partí-culas, CO2,polvo, explotacio-nes mineras.

Vertidos áci-dos, aguasresiduales.

Ocupación,escombreras.

Perturbación dehábitats natura-les.

Ruido,impactovisual.

PETRÓLEO

SH2, NOx, CO,CO2, com-puestos orgá-nicos, partículas.

Consumo,vertidos con-taminados.

Ocupación.

Perturbación dehábitats, impactode los oleoductossobre flora yfauna.

Olores,impactovisual, fugasde crudos.

GAS NATU-RAL

CO2, com-puestos orgá-nicos, trazas deotros elementos.

Residuoslíquidos. Ocupación.

Perturbación dehábitats, impactode los gasoduc-tos sobre flora yfauna.

Fugas degas, impactovisual, ries-gos sobre laseguridad.

IMPACTOS POTENCIALES SOBRE EL MEDIO AMBIENTE DE LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES

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7UNIDAD

Merecen un comentario especial dos efectos de los reflejados en la tabla:

El agua en circulación que refrigera el condensador de las centrales termo-eléctricas expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de torres de refrige-ración –grandes estructuras cilíndricas contraídas a madia altura (hiperboloi-des) que identifican estas centrales–. Parte del calor extraído pasa a un río pró-ximo o al mar a temperatura superior a la que tenía con el consiguiente calen-tamiento que, aunque leve, produce daños en la flora y la fauna acuícola. Lastorres de refrigeración emiten de forma constante a la atmósfera vapor de agua,no contaminante y que incluso, en muchas ocasiones es beneficioso, sobre todoen zonas del interior, al aumentar la humedad relativa. Es decir, la contamina-ción está en lo que no se ve, no en lo que se ve.

El transporte de petróleo se realiza principalmente por mar y es causa deimportante contaminación, conocida con el nombre de mareas negras.

Existen datos fehacientes de que, desde el choque contra los arrecifes alsuroeste de Inglaterra en marzo de 1967 el petrolero “Torrey Canyon” provocóel vertido de 120.000 toneladas de crudo. Hasta principios de 2003, se han ori-ginado en todo el mundo más de 3000 accidentes con pérdidas importantes decrudos vertidos al mar.

Recientemente hemos vivido en España –y más concretamente en Galicia– losefectos devastadores de averías de dos grandes petroleros, el “Mar Egeo” en 1992y el “Prestige” en el 2002.

AIRE AGUAS TERRENO SERES VIVOS OTROS

CO

MB

UST

IBLE

S FÓ

SILE

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APA

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R D

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SFÓ

SIL

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SO2, NOx, CO,CO2, compuestosorgánicos, H2O,partículas, trazasde otros elemen-tos, transportescontaminantessecundarios,deposicioneshúmeda y seca(lluvia ácida), efec-tos climáticos(invernadero).

Utilización yconsumo, verti-dos químicos ytérmicos (emi-siones de líqui-dos calientes).

Ocupación,contaminación.

Efectos derivadosde la operación yde la contamina-ción aérea.

Ruido, impactovisual, generaciónde residuos sóli-dos.

NU

CLE

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CO

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DE

GE

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CIÓ

N N

UC

LEA

R Polvo, explotacio-nes mineras, emi-siones radiactivas.

Utilización yconsumo, des-cargas térmi-cas y quími-cas, emisionesradiactivas,drenajes de laminería, conta-minación deacuíferos.

Ocupación,escombreras(minas), pol-vos.

Modificación dehábitats, impactosderivados de lacontaminaciónaérea y acuática.

Residuos radiacti-vos, impactovisual, ruidos,migracionesmasivas.

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Operaciones menos espectaculares y menos difundidas por los medios decomunicación, pero que en un cómputo de tiempo medianamente prolongado origi-nan aún más daño al planeta que esos desastres que han estado en boca de la opi-nión pública, son las pérdidas que se producen en la carga y descarga, otros acci-dentes que se producen en alta mar y cuya repercusión en el agua y las costas esmás continua y, sobre todo las limpiezas de tanques, operaciones que se llevan acabo de forma consciente y cuyo impacto negativo es muy superior al de los acci-dentes.

Lluvia ácida y efecto invernadero son dos consecuencias del uso de las energías fósilesque pueden ser paliadas en buena parte haciendo uso de nuevas tecnologías limpias.

Tan peligrosos como los vertidos de crudos a causa de los accidentes, son las operacionesconscientes de limpieza de tanques que se hacen en alta mar.

8.- La lluvia ácida es consecuencia principalmente de las transformaciones de:

a) El petróleo.b) El carbón.c) El gas natural.d) Las sustancias radiactivas.

9.- Señala las afirmaciones que son ciertas acerca del impacto medioambiental de lasenergías no renovables:

a) La utilización de todas ellas afecta a los seres vivos.b) La única fuente de energía no renovable cuyo uso no afecta directamente a la contami-

nación de las aguas es el gas natural.c) Los residuos potencialmente más peligrosos son los procedentes de la energía nuclear.d) Las emisiones de CO2 son las principales causantes de la reducción de la capa de

ozono.


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unidad 7 renovables · puedes observar en el mapa conceptual adjunto lo que tienen en común y lo...

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