los combustibles fósiles

Energía en Hidrocarburos Los Combustibles Fósiles

ENERGIA EN HIDROCARBUROS

Los Combustibles Fósiles

Preparado por: Ing. M.E. Marco Antonio Reyna del Toro

Centro Universitario de Tonalá

Universidad de Guadalajara

CENTRO UNIVERSITARIO DE TONALÁ

Elaborado por: Ing. M.E. Marco Antonio Reyna del Toro


Contenido

1. LOS COMBUSTIBLES FÓSILES 2. EL CARBÓN 3. EL PETRÓLEO 4. EL GAS NATURAL 5. LAS CENTRALES TERMOELÉCTRICAS




FORMAS DE APROVECHAMIENTO DE LAS FUENTES NO RENOVABLES DE ENERGÍA.

CARACTETISTICAS DE LAS FUENTES NO RENOVABLES DE ENERGÍA

Se generan en procesos geológicos muy lentos a lo largo de millones de años son limitados. Su utilización genera problemas medioambientales son contaminantes. Son fuentes de energía muy centralizadas generan alta dependencia del exterior

COMBUSTIBLES FÓSILES

Proceden de la descomposición de animales y vegetales que existieron hace millones de años.

• EL CARBÓN

• EL PETRÓLEO

• EL GAS NATURAL




EL CARBÓN

Combustible sólido, negro, formado principalmente por C (también H, O, N,...).

TIPOS DE CARBÓN

Carbones naturalesProceden de la fermentación anaeróbica de grandes masas vegetales debido a la acción de microrganismos y las condiciones de P y T. En función de su contenido en C distinguimos:

Turba

Es el de mas reciente formación. Es el de menor contenido en C menor poder calorífico. Tiene un alto contenido en agua (hasta 90%) es necesario secarlo al aire para usarlo como combustible (40%). Se emplea como combustible en calefacciones.

Lignito

Se encuentra en yacimientos poco profundos costes de explotación relativamente bajos. Tiene un contenido en agua bastante alto (hasta 50%) es necesario secarlo antes de usarlo como combustible. El contenido en C es mayor que la turba Bajo poder calorífico aunque mayor que la turba. Se emplea como combustible en calefacciones domesticas e industriales y producción de energía.

Hulla

El contenido en C es mayor que la turba y el lignito. Buen combustible de alto poder calorífico. Se emplea: Para la fundición de metales. Para obtener energía eléctrica. Para obtener coque, alquitrán, gas ciudad, amoniaco y grafito por destilación seca (calentamiento en ausencia de aire).

Antracita

El carbón mas antiguo Es el de mayor contenido en C. Tiene un alto poder calorífico. Es el tipo de carbón menos abundante. Se emplea: Para calefacciones. Para obtener energía eléctrica. En la industria del cristal. Como reductor de los óxidos de metal(elimina el oxido obteniéndose el metal puro).




CARBONES ARTIFICIALES

Coque

Se obtiene por destilación seca (calentamiento en ausencia de aire) principalmente de la hulla. Además se obtiene en este proceso gas ciudad, amoniaco y alquitrán. Arde sin llama y es un buen combustible de alto poder calorífico. Se emplea: Para la producción de hierro en altos hornos. En los hornos de fuego continuo.

Carbón vegetal

Se obtiene por destilación seca de la madera. Es muy poroso (flota en el agua). Se emplea principalmente como absorbente de gases en mascarillas antigás y bombas de vacío.

EXPLOTACIÓN Y TRANSPORTE DEL CARBÓN

Existen dos métodos:

Explotación a cielo abierto.

Yacimientos en la superficie o a escasa profundidad. El carbón obtenido es de baja calidad. Terminada la extracción se recubre el terreno para minimizar el impacto medioambiental.

Laboreo subterráneo Se utiliza cuando el carbón está a gran profundidad. Se perforan pozos hasta la veta y galerías para su extracción. El carbón se extrae con vagonetas, elevadores o cintas transportadoras. Importante una buena ventilación (grisú). Limpio y triturado se transporta en tren, barco o camiones

INCONVENIENTES:

a. Extracción peligrosa. b. Transporte caro obliga a utilizarlo junto a los yacimientos. c. No renovable. La combustión contamina el medioambiente.




IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DEL CARBÓN

El suelo : La explotación provoca impacto visual y destrucción de gran superficie de suelo. Lluvia ácida afecta a la capa superficial de suelo.

El agua : El agua del circuito de refrigeración de centrales térmicas se toma de mares y ríos y se devuelve caliente. Este agua tiene menos O 2 afecta a la vida animal y vegetal. El agua procedente del lavado del carbón contamina el agua de ríos y mares.

La atmósfera : La combustión del carbón provoca que se expulsen a la atmósfera: CO 2 , vapor de agua, óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno principalmente. Efecto invernadero Causado principalmente por el exceso de CO 2, La radiación solar llega a la superficie de la Tierra en forma de ondas de frecuencia alta (traspasan la capa de CO 2 .) El calor que emite la Tierra (en forma de ondas de frecuencia mas bajas) es absorbido por el CO 2, Esto provoca un calentamiento global del planeta alteraciones climáticas importantes, aumento de los desiertos, deshielo de casquetes polares, elevación del nivel del mar,...

Lluvia ácida: Causada por los óxidos de azufre y nitrógeno procedentes de las impurezas del carbón. Estos óxidos reaccionan con el agua de lluvia y forman ácidos sulfúrico y nítrico. Estos ácidos Contaminan el agua de ríos y mares. Destruyen el manto fértil del suelo. Destruyen bosques. Deterioran el patrimonio arquitectónico.

EL PETRÓLEO

Combustible líquido, oleoso, pardo negruzco, formado por una mezcla de hidrocarburos . Poder calorífico: 9000-11000 Kcal/kg. Proceden de la transformación en ausencia de aire de grandes masas de plancton debido a la acción de bacterias bajo capas de sedimentos en cuencas marítimas próximas a la costa. Se encuentra en bolsas, por regla general junto con gases y agua salada.

PROSPECCION DEL PETROLEO Es la investigación de acumulaciones de petróleo de valor comercial. La prospección acaba con una perforación de exploración.

EXPLOTACIÓN DEL PETRÓLEO La perforación del yacimiento puede realizarse mediante dos métodos:

1. Método de percusión : consiste en romper la roca con una sonda de acero que se eleva y desciende continuamente. Hay que sacar los fragmentos de roca periódicamente introduciendo una cuchara. Se utiliza este método en pozos de poca profundidad. La velocidad de perforación es lenta (20-30 m/día).




2. Método de rotación : se emplea una broca en forma de cola de milano, que va en el interior de una columna de tubos de acero, que gira a gran velocidad. Es un método rápido de perforación.

Después de perforado el pozo, se extrae el petróleo por uno de estos métodos:

1. Flujo natural: el petróleo brota debido a la presión ejercida por el agua y los gases del yacimiento.

2. Extracción mediante bomba hidráulica o eléctrica. 3. Inyección de gas por debajo del nivel del petróleo. 4. Bombeo mecánico o mediante varillas: consiste en succionar el petróleo

mediante un sistema cilindro embolo movido por un sistema de rotación por excéntrica.

5. Bombeo mediante varillas

TRANSPORTE DEL PETRÓLEO Antes de su transporte el crudo se conduce a dos depósitos: en uno se extrae el gas que contenga y en el segundo el agua.

El petróleo se transporta de distintas formas:

1. Oleoductos: tubos de acero en superficie o enterrados. Van desde las refinerías o yacimientos hasta puertos de embarque o grandes centros de consumo.

2. Petroleros: transportan la carga dividida en tanques separados. 3. Transporte por ferrocarril o carretera: se usan vagones o camiones cisterna si el

oleoducto no es rentable.

APLICACIONES DEL PETROLEO.

Para que sea útil el crudo se debe someter a un proceso de refino en las refinerías. En las refinerías se realiza una destilación fraccionada del petróleo. Se calienta el petróleo a unos 360º. Los gases obtenidos se van enfriando a medida que ascienden por una torre de fraccionamiento. Los líquidos procedentes de los gases condensados se recogen en bandejas y se pasan a depósitos. Desde abajo hasta arriba, se recogen los líquidos de punto de ebullición progresivamente decreciente. En el fondo de la torre quedan los aceites pesados que no se evaporan. A la parte superior de la torre llegan los gases que se licuan a temperatura ambiente.

Craking. Proceso de calentamiento de una mezcla de hidrocarburos por encima de su temperatura de ebullición para romper las moléculas y obtener otras más sencillas. (Ej. Obtener gasolina del gasoil).




Polimerización. Unión de moléculas ligeras (generalmente de hidrocarburos gaseosos) para obtener un hidrocarburo más complejo (gasolina).

PRODUCTOS DEL PETRÓLEO

Sustancias petroquímicas: productos obtenidos del petróleo son la base para fabricar plásticos, fibras sintéticas (nailon, poliéster, fibras acrílicas,…), pinturas, disolventes, medicamentos, insecticidas.

Combustibles líquidos: gasolina (motores de explosión), gasoil (motores diesel), queroseno (motores a reacción de aviones) y fuel (centrales térmicas).

Combustibles gaseosos: Gas ciudad: mezcla de gases combustibles (hidrógeno, metano etileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, oxigeno). Ha sido sustituido por el gas natural. Gas natural y mezclas de éste con propano, butano y aire. Gases licuados del petróleo GLP: se almacenan y transportan en bombonas y tanques en estado líquido.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL USO DEL PETRÓLEO

Ventajas: Proporciona energía de forma regular y con buen rendimiento. Se obtienen muchos productos.

Inconvenientes: Energía no renovable. Los gases derivados de la combustión contaminan. Riesgo de accidentes en refinerías y plataformas petrolíferas, así como en su transporte.

EL GAS NATURAL

Es una mezcla de gases, incolora y muy inflamable. Está formado metano principalmente (>70%), etano, propano y butano. Se obtiene del interior de la tierra, a veces acompañando al petróleo. Su origen es semejante al petróleo. Los métodos de prospección son similares a los del petróleo. La extracción del gas se hace por flujo natural. Una vez extraído se le purifica (se elimina el agua, el petróleo si lo hay, productos sulfurosos,)

Transporte del gas natural

1. Mediante gaseo ductos: son tuberías por las que circula el gas a alta presión. 2. Mediante buques y 3. Camiones cisterna: es necesario licuar primero el gas.




APLICACIONES DEL GAS NATURAL

1. Combustible domestico e industrial. 2. Combustible en centrales térmicas. 3. Materia prima en la industria petroquímica. 4. Materia prima para la obtención de gasolina. 5. Combustible en programas de cogeneración.

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DEL PETRÓLEO Y EL GAS NATURAL

El suelo : La explotación provoca impacto visual y destrucción de superficie de suelo provocado por pozos, refinerías, oleoductos y gaseoductos,... Derrames de petróleo y sus derivados.

El agua : El agua del circuito de refrigeración de centrales térmicas se toma de mares y ríos y se devuelve caliente. Este agua tiene menos O 2 afecta a la vida animal y vegetal. Vertidos de las refinerías y petroleros en la carga y descarga. Accidentes de petroleros y en refinerías.

La atmósfera : La combustión del petróleo principalmente, provoca que se expulsen a la atmósfera: CO 2 ,principal responsable del efecto invernadero. CO, muy toxico. Procede de la combustión incompleta del carbono en los motores de explosión. Hidrocarburos (HC), procedentes de motores y refinerías. Óxidos de azufre y de nitrógeno, causantes de la lluvia ácida.

Medidas correctoras Incorporar catalizadores en los coches para reducir al emisión de gases. Utilizar filtros y catalizadores en las instalaciones de combustión. Tratar las aguas de refrigeración en las centrales térmicas. Establecer las medidas de seguridad adecuadas para que no se produzcan accidentes. Sustituir los combustibles fósiles por otras fuentes de energía mas limpias.




CENTRALES TERMICAS.

Transforman la energía térmica o calorífica procedente de la combustión de los combustibles fósiles en energía eléctrica.

Funcionamiento.

Si el combustible es carbón se transporta mediante cinta hasta una tolva, desde donde pasa a un molino que lo tritura. El polvo se mezcla con aire precalentado y se introduce en la caldera.

Si el combustible es fuel se conduce desde los depósitos hasta la caldera, experimentando un calentamiento previo. Si el combustible es gas natural, este se calienta y se conduce hasta la caldera desde los tanques de almacenamiento.

En la caldera se quema el combustible produciéndose energía térmica que convierte en vapor el agua que circula por los tubos que rodean las paredes de la caldera.

El vapor, sobrecalentado, llega hasta las distintas turbinas (para conseguir un máximo aprovechamiento energético del vapor).

1. Turbinas de alta presión (paletas pequeñas). 2. Turbinas de media presión. 3. Turbinas de baja presión (alabes grandes).

El giro de los alabes de las turbinas se transmite al rotor de un generador , produciéndose la energía eléctrica que se transporta por las líneas de AT (previamente hay que elevar su V con transformadores)

El vapor procedente de las turbinas se licua en el condensador por medio de un circuito de refrigeración que utiliza agua de ríos o mares. El vapor condensado se devuelve mediante una bomba a la caldera. El agua del circuito de refrigeración se enfría en la torre de refrigeración mediante aire. Los gases producto de la combustión (muy calientes) se aprovechan para precalentar el agua y el aire antes de su entrada en la caldera.



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