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CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 1. 1º BACHILLERATO. TEMA 2: Las energías fósiles.

Desarrollo del tema:

Primera parte1. Introducción.2. Las centrales térmicas.3. Las energías fósiles

3.1 El carbón.3.2 El petróleo.3.3 El gas natural.

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1. Introducción.

Las fuentes de energía no renovables, las constituyen los combustibles fósiles, es decir, elcarbón, el petróleo y el Gas Natural y las energías que proceden de las centrales de fisión.

Durante el siglo XVIII, con la revolución industrial, el consumo de carbón fue exagerado.En el siglo XIX, se comenzó a sustituir el carbón por el petróleo, consumo que sigue aumentandosin parar. La utilización de las energías fósiles durante tanto tiempo, ha supuesto, por una parte,desarrollar una tecnología altamente desarrollada, teniendo una gran cantidad de aplicaciones.

Al ser energías no renovables, son agotables a medio plazo y pueden deteriorar el medioambiente.

Para aprovechar la energía térmica, de la combustión, es necesario calentar un fluido hasta latemperatura de 200 o 300º C a elevada presión, 80 o 150 Kg/cm2, para que al expansionarse muevauna turbina y la hace girar. El eje de la turbina se acopla al inductor de un generador eléctrico(alternador) para conseguir en el inducido una corriente eléctrica alterna. El rendimiento suele serdel 35 al 45 %.

2. Las centrales térmicas.

Las fuentes de energía no renovables de energía primaria, nos permite obtener energíaeléctrica a través de una central térmica.

En las centrales térmicas, se necesita un combustible para que puedan funcionar. Estecombustible es el carbón, fuel, gas natural o nuclear. Las partes de una central térmica son lassiguientes:

a. El hogar o el horno, donde se quema el combustible.b. La caldera o generador de vapor a alta presión.c. La turbina de vapor que mueve al generador eléctrico.d. El condensador que convierte el vapor de agua en agua líquida.e. Los calentadores, que permite entrar el agua a la caldera a temperatura próxima a la de

ebullición.La caldera sirve para convertir el agua líquida en vapor. El calor necesario para conseguir

esta operación, se consigue mediante una reacción química de combustión. La reacción que tienelugar es la siguiente:

C + O2 C O2 , si la combustión es completa.

C + ½ O2 C O , si la combustión es incompleta.

El CO es muy tóxico por lo que es necesario controlar la combustión. Como consecuencia aesta reacción, se desprende una gran cantidad de calor que se destina a calentar la caldera.

El agua que entra en la caldera no puede ser fría, sino que se debe de calentar en losprecalentadores que son unos tubos que atraviesan el hogar; este dispositivo se denominaneconomizadores.

La turbina esta formado por un conjunto de molinos, es decir un eje donde se insertan unconjunto de palas o álabes fijas o móviles, que al inyectar sobre ellos el vapor hace que se muevan.

El vapor del último compartimento , sale a 100ºC y sirve para calentar el agua de la

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alimentación.

Esquema de una central térmica

Las centrales térmicas mas modernas son las llamadas centrales de combustión de lechofluidificado y las de ciclo combinado de gasificación integrada

Las centrales térmicas de carbón de ciclo combinado con gasificación integrada (CCGI),están dotadas de equipos de captura y almacenaje de carbono, en lugar de las centrales de vaporclásicas. En las centrales CCGI, se parte de una reacción de combustión incompleta, para convertirel carbón en singás (gas de síntesis) que se compone fundamentalmente de hidrógeno y monóxidode carbono. La obtención del CO2 a partir del singás es más sencilla .El singás residual, rico enhidrógeno, se quema y se utiliza para mover turbinas de gas y de vapor.

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3. Las energías fósiles

Los combustibles fósiles se presentan en forma sólida, como es el caso del carbón, en estadolíquido, como es el petróleo, o en estado gaseoso, como es el caso del Gas Natural.

Todos ellos se formaron por la descomposición de la materia orgánica ocurrida hacemillones de años. En el caso del carbón, éste se formó por la putrefacción de grandes depósitos debosques de helechos, del periodo carbonífero, en la época Paleozoica, hace 300 millones de años,que fueron sepultados entre dos estratos impermeables y descompuestos por la acción de bacterias

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anaeróbicas. El petróleo y el Gas Natural se produjo por la descomposición del placton en el fondomarino.

3.1 El carbón.

El carbón está formado sobre todo por carbono, aunque también existe en su composición elhidrógeno, oxígeno, nitrógeno, arcillas, carbonato de calcio, sílex, óxido de hierro, etc. Estasúltimas impurezas constituyen las cenizas cuando se quema. Su densidad es de 1 a 1,8 (g/cm3).

Los carbones pueden ser: 1. Carbón natural.

El carbón natural procede de la descomposición de grandes masas vegetales en el periodocarbonífero, que fueron sepultadas y sufrieron una descomposición anaeróbica debido a laacción de diferentes bacterias sometidas a altas presiones y temperatura.

Existen cuatro tipos de carbones naturales:La Turba. Es el carbono más reciente que se forma incluso en la actualidad, en

las turberas. El poder energético es escaso, teniendo un contenido en humedad del90% por lo que hay que secarle previamente para eliminar parte de la humedad. Seusa como combustible.

El Lignito. Se encuentra en yacimientos poco profundos. Se extrae a cieloabierto, por lo que los costes de producción son bajos. Antes de utilizarlo se ha desecar. El poder energético es algo mayor que en la turba, usándose en las centralestérmicas como combustible.

La hulla. El poder energético es mayor que en el caso de los anteriores. Es unbuen combustible y sirve para la obtención de una serie de productos obtenidos al serdestilada.

La antracita. Es el carbón más antiguo y por lo tanto el que tiene el mayorpoder energético. Posee un alto contenido en carbono. Es negro, duro y opaco. Esmuy buen combustible.

2. Carbonos artificiales. Los carbonos artificiales son:El coque. Se obtiene como producto de la destilación seca de la hulla, en

ausencia de aire. Además del coque, que es un carbón poroso que se utiliza comoreductor en los altos hornos, se obtiene el alquitrán, utilizado en asfaltos, el sulfatoamónico, usado como abonos y fertilizantes y el gas ciudad, usado comocombustible. El coque, arde sin llama y posee un alto poder calorífico, con uncontenido en carbón del 92 %.

Carbón vegetal. Se obtiene por destilación seca de la madera. Su densidad esde 1,5 g/cm3 y flota en el agua al ser poroso. Se usa como absorbente de gases,empleándose en mascarillas antigás y bombas de alto vacío.

Los yacimientos pueden ser a cielo abierto, más económicos o subterráneos. En estesegundo caso, es necesario abrir pozos y horadar galerías para extraer el carbón; después estransportado en vagonetas, y en trenes, barcos o camiones hasta el lugar de utilización. En EUA, seconsigue transportar por tuberías al fluidificarse previamente.

El 40 % de la producción mundial procede de China. Con todas las reservas existentes, secree que exista carbón para 250 años. Su consumo depende de las fluctuaciones del precio delpetróleo.

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En España, sus reservas, en la cuenca minera, se cree que puede durar hasta 90 años. El carbón se utiliza para las centrales siderúrgicas, en la industria química y cementeras y

como combustible doméstico, siendo desechado actualmente por la contaminación medioambientalque produce.

3.2 El petróleo.

El petróleo es actualmente la fuente de energía más importante, aportando el mayorporcentaje en el consumo energético. El petróleo es una fuente de energía no renovable sometido ala especulación, haciendo que en los países no productores, se busquen nuevas fuentes de energíasalternativas para disminuir su dependencia. Históricamente fue en el año 1850, cuando el boticarioSammuel Kier, de Pittburg (Pensilvania) lo comercializó por primera vez.

El petróleo es un líquido viscoso, de color negro pardo, formado por una mezcla complejade hidrocarburos. Su composición es muy variable, ya que depende ésta, del yacimiento de donde seextrae. Su densidad está entre los 0,82 a 0,95 g/cm3, por lo tanto flotará en el agua o se dispersará .No es miscible en ella. Su poder calorífico es de 9000 a 11000 Kcal/Kg.

El petróleo es de origen natural y procede de la fermentación anaeróbica de planctonmarino, animal(zooplancton) o vegetal(fitoplancton). Este proceso ha tenido lugar en ausencia deaire, en sedimentos marinos próximas a las costas. Aunque las rocas madres son sedimentosarcillosos, raramente se encuentra en el yacimiento primario, ya que emigra a través de las rocasporosas (arenisca o caliza) por la acción de las presiones y gradientes de temperaturas. Losmovimientos orogénicos de la corteza ha producido plegamientos sinclinales y anticlinales de losestratos, aprisionando sedimentos impermeables (pizarras) a sedimentos permeables, en dondepueden coexistir una bolsa de gas natural, petróleo y agua salada.

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PlegamientoAnticlinal


Prospección, explotación y transporte del petróleo.

La prospección es la búsqueda de los yacimientos de petróleo. Para ello se basa deidentificar y localizar los lugares apropiados y localizarlos, gracias a la geología. Gracias a losgeófonos, es posible identificar técnicamente los yacimientos, permitiendo calcular donde seencuentran y cuanta cantidad de petróleo existe. Normalmente el petróleo va acompañado de GN yde agua salada.

La explotación y el taladro de la roca para llegar a la bolsa, se realiza mediante el método depercusión o de rotación.

El transporte del petróleo puede realizarse mediante superpetroleros, los oleoductos opipelines y por carretera o ferrocarril.

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El petroleo llega a la refinería de petróleo.Normalmente las refinerías se encuentran en la costa. En España existe una que se encuentra

en Ciudad Real.Básicamente una refinería es una instalación petroquímica que permite la separación,

mediante una destilación fraccionada, de los distintos hidrocarburos que forman parte del petróleo.Las diferentes sustancias que se obtienen son las siguientes:

● Gases: metano, etano, propano y butano.● Eter de petróleo: pentano, hexano y heptano.● Gasolinas : heptano, octano y nonano.● Queroseno : Decano, hexadecano.● Gas-oil (gasóleo): hidrocarburos de C16 a C24.● Fuel-oil (fuel) : hidrocarburos C20 a C40 .

Otros productos son los lubrificantes, asfaltos, etc.

A presión reducida, se consigue una mayor destilación. Si se aumenta la temperatura, dalugar al craking térmico y la ruptura de las moléculas.

Otras reacciones secundarias es la coquización y el craqueo catalítico.Las reservas mundiales se estiman en 700.000 millones de barriles, de los que la mitad se

encuentran en el golfo pérsico.

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3.3 El gas natural.

El gas natural es una mezcla de gases que se encuentra almacenada en el interior de la tierra,unas veces aisladamente (gas seco) y en otras ocasiones acompañado por el petróleo (gas húmedo).Su composición es la siguiente: metano ( mas del 70 %), etano, propano y butano. Además poseeuna menor proporción en CO, CO2, N2, He y H2S. El gas incoloro muy inflamable y su densidad es0,7 la del aire. Es inodoro; para que huela se le añaden diferentes sustancias orgánicas olorosascomo es el tetrahidrofurano o tetrahidrotiofeno.

Su origen es similar al petróleo. Su extracción es más fácil que el petróleo, transportado porlos gaseoductos o por los barcos butaneros.

El gas natural se utiliza como combustible en las centrales térmicas; en la materia prima dela industria petroquímica; para obtener gasolinas; en la cogeneración.

El 13,5 de la energía primaria utilizada es de gas natural, aumentando su demanda losúltimos años. La mitad de las reservas se encuentran en Rusia. En España se está utilizandomasivamente como combustible de los hogares españoles. Se importa desde Argelia, Libia,Noruega, Nigeria y Trinidad y Tobago

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