BENEMRITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLA.

DIRECCIN DE EDUCACIN MEDIA SUPERIOR ACADEMIA GENERAL DE QUMICA GUA METODOLOGICA

UNIDAD II

RECURSOS ENERGTICOS

CICLO ESCOLAR

JUNIO 2010 2011GUA METODOLGICA

PROGRAMA DE QUMICA PARA INGENIERASUNIDAD II RECURSOS ENERGTICOS2.1 LOS COMBUSTIBLEShttp://www.textoscientificos.com/energia/combustiblesLa energa representa una relacin entre capital y trabajo. Si un sistema posee energa y podemos variarla, entonces podremos realizar directa o indirectamente un trabajo a su costa. La energa se define como la capacidad para realizar un trabajo.

La energa se nos presenta de muchas formas. Los tipos de energa que existen son:

Potencial

Cintica

Trmica

Qumica

Elctrica

Nuclear

Radiante

Energa Potencial: Es aqulla que posee un cuerpo en funcin de su posicin

Energa Cintica: Es la debida al movimiento

Energa Trmica: Debida a la temperatura producida por la velocidad de las molculas de un cuerpo. Energa cintica de las molculas

Energa Qumica: Procede de la capacidad de los tomos para generar calor cuando se juntan o separan.

Energa Elctrica: Procede de la capacidad de generar calor que presentan los electrones en movimiento.Energa Nuclear: Procede de la eliminacin de la totalidad o parte de la masa de las partculas atmicaEnerga Radiante: Se trata de una energa que est en trnsito en el espacio. Se emite cuando chocan dos electrones al cambiar al cambiar de rbita, o cuando los ncleos atmicos estn realizando una fusin o fisin nuclear.

Todas las formas de energa pueden transformarse en otras, y en particular est el calor.

Todas las formas energticas, excepto la radiante, necesitan la presencia de materia.Histricamente, una de las primeras formas de energa utilizadas por el hombre fueron el agua (ros) y el viento. Hoy en da, un estas dos formas de energa son muy importantes, pero existen otras.

La primera forma de energa trmica utilizada fue el fuego. Se us en principio la madera. La madera se puede decir que fue el primer combustible utilizado por el hombre. Se le encontraron a esta forma de energa muchas aplicaciones: cocina, forja, alfarera,Hoy en da, las energas ms utilizadas, son:

Energa Solar

E. Elica

E. Hidrulica

Combustible

Energa Solar

La energa solar produce:

La energa que el Sol transmite a la Tierra llega en forma de energa electromagntica, a razn de 420109 Kw/ao

El problema que se nos presenta es transformar directamente la energa solar, debido a problema de apantallamiento (nubes), tiempo de exposicin solar, etc

Existen adems otras fuentes de energa que tienen origen diferente al del Sol:

Energa Geotrmica: Es debida al calor que irradia el ncleo terrestre

Energa Mareomotriz: Se origina aprovechando el movimiento del mar por la diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar

Energa de las Olas: Es la que utiliza la fuerza de avance de las olas del mar

Energa Nuclear: Es la que se libera en un reaccin nuclear (fusin o fisin) o en una desintegracin nuclear

Energa qumica: La que se produce en una reaccin qumica

Estas energa representan una mnima parte de las que usa el hombre, aunque poseen un gran potencial en general.

Energa til: Es aquella forma de energa que va a proporcionar un mayor rendimiento para el uso al cual la destinamos

Las fuentes ms comunes de energa til en la sociedad actual son la electricidad y el calor. Por una parte, la electricidad est generada por combustibles, viento, mareas. El calor es generado por la electricidad, por los combustibles o directamente por el sol.

La mayora de las energas provienen, de una u otra manera, del sol. Veamos: Energa elica: El viento se origina por cambios en la densidad del aire debido a su calentamiento por accin del sol.

Energa Hidrulica: El ciclo hidrolgico, que es al fin y al cabo el generador de la energa hidrulico es movido por energa solar

Combustible: Los combustibles fsiles no son ms que restos de vegetales fosilizados. Estos vegetales se haban formado debido a la reaccin de fotosntesis, que es endotrmica y necesita de la energa del sol para poderse llevar a cabo

Clasificacin de la energa segn su procedencia

Segn este criterio la energa se clasifica en primaria y secundaria.Energa primaria: Es la que est presente en las formas habituales (carbn, petrleo, uranio,..) antes de su conversin para uso final. Es pues la energa fsil, nuclear, hidrulica,El resto de las energas primarias no son significativamente importantes desde el punto de vista industrial y de su rentabilidad y rendimiento

Energa Secundaria: Es aquella que proviene de la transformacin de una fuente de energa primaria. Las fuentes de energa secundaria son

Los combustibles slidos y lquidos

Gas natural

Electricidad

Para poder comparar los diferentes tipos de energa para una planificacin energtica adecuada, por ejemplo, se han definido dos `unidades: el TEC (Tonelada equivalente de carbn) y el TEP (Tonelada equivalente de petrleo)

Los balances de energa se realizan sobre energa primarias

Combustibles

El combustible es toda aquella sustancia que sea capaz de arder. Por lo tanto se debe de poder combinar con el oxgeno de manera rpida. Adems, en el transcurso de la reaccin, se va a desprender una gran cantidad de calor.

Por otra parte, el combustible industrial es toda aquella sustancia capaz de arder, siempre que en esa reaccin no sea necesario realizar un proceso complicado y caro, y que adems el combustible no sirva para algo ms rentable o noble.

Estos combustibles se caracterizan por ser mezclas o combinaciones de pocos elementos, en general. La mayor parte de un combustible industrial lo constituyen los elementos combustibles, es decir, carbono, hidrgeno y azufre. El resto son considerados impurezas. Las impurezas siempre originan problemas tecnolgicos, y por lo tanto econmicos.

Caractersticas de un combustible industrial

Las caractersticas de un combustible, y en particular las de un industrial, son las que nos van a determinar la posibilidad de utilizar esa sustancia en un momento determinado. Como se puede uno imaginar, una de las propiedades que ms interesa de un combustible es su poder calorfico.Poder Calorfico: Cantidad de calor generado al quemar una unidad de masa del material considerado como combustible. El poder calorfico est relacionado con la naturaleza del producto. Existen varias unidades para esta propiedad:

Kcal/Kg Kcal/m3 Kcal/mol Kcal/l

En los combustibles slido se emplea el Kcal/Kg Kcal/mol

En los combustibles lquidos se emplea el Kcal/mol Kcal/l

En los combustibles gaseosos se emplea el Kcal/m3 Kcal/mol

Existen dos clases de poder calorfico: el Poder Calorfico Inferior (PCI) y el Poder Calorfico Superior (PCS)

PCS: Es el poder calorfico total. Es la cantidad de calor desprendida en la combustin de un Kg de combustible cuando se incluye el calor de condensacin del agua que se desprende en la combustin

PCI: Es el poder calorfico neto. Es el calor desprendido en la combustin de 1 Kg de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustin no condensa.

Cuando el combustible no tiene H, entonces no es posible la formacin de agua y esto implicar que PCS=PCI

Es posible determinar el poder calorfico a partir de la composicin de la sustancia, en concreto, a partir del porcentaje en agua e hidrgeno, mediante la siguiente frmula:

PCI=PCS-(6a+54H)

siendo

a: % H2O en el combustible H: % H2 en el combustible

Ambos tantos por ciento expresados en peso

Para determinar el poder calorfico de una sustancia se puede hacer directamente o tericamente:

0. DIRECTAMENTE: Por medio del calormetro y ayudados de una comba calorimtrica, teniendo en cuanta adems que el calor cedido va a ser igual al calor absorbido.

1. TERICAMENTE: Aplicando la ley HESS (calores de reaccin en una reaccin qumica). Un proceso de combustin no es ms que una reaccin qumica: Qreact = Hreact Hproductos Poder Calorfico

La ley de Hess dice que se pueden usar ecuaciones ms sencillas que se puedan combinar posteriormente linealmente para dar la ecuacin final con el fin de calcular de una manera ms fcil los calores de reaccin. Este procedimiento sirve para combustibles sencillos para los que se conoce la composicin

Continuamos ahora con otras propiedades de los combustibles:

Temperatura de Combustin: La temperatura de combustin va a aumentar con el poder calorfico y con la cantidad de residuos y productos que se generen en la combustin.

Residuos de Combustin: Es lo que no arde en un combustible. Son de dos clases, segn la fase en la cual se encuentren:

Gaseosos: Estn en el seno de los humos o gases que se desprenden de los combustibles

Slidos: Cenizas o escorias

La combustin se realiza normalmente en la fase gaseosa.

Las cenizas o escorias de un combustible estn formadas por la parte orgnica de un combustible. Son perjudiciales tanto por su naturaleza como por su cantidad.

Por su naturaleza: Porque pueden atacar el hogar o caldera o porque pueden contaminar el producto de coccin

Por su cantidad: Entorpece el desarrollo normal de la combustin. Hay que limpiar con ms frecuencia el hogar y hay que pagar adems por eliminar y transportar las escorias.

Clasificacin de los combustibles

Los combustibles se pueden clasificar segn su origen, grado de preparacin, estado de agregacin.Origen:

Fsiles: Proceden de la fermentacin de los seres vivos

No fsiles: El resto

Grado de Preparacin:

Naturales: Se utilizan tal y como aparecen en su origen

Elaborados: Antes de ser consumidos se someten a determinados procesos de transformacin Estado de Agregacin:

Slidos: Se encuentran en tal estado en la naturaleza o una vez transformadas. Por ejemplo, la madera, el carbn..

Lquidos: Cualquier lquido que pueda ser usado como combustible y que pueda ser vertido y bombeado

Gaseosos: Se encuentran en estado gaseoso. Se incluye el gas natural y todas sus variedades. Tambin el gas de carbn, de petrleo, de altos hornos, gas ciudad y diversas mezclas.

2.1.1 COMBUSTIBLES SOLIDOS CARBONORIGEN Y CLASIFICACION

http://www.textoscientificos.com/energia/combustiblesEl origen de los combustibles slidos es ciertamente remoto. Desde el descubrimiento del fuego el hombre los viene utilizando entre otros fines, por ejemplo, para alimentar ese fuego o fuente de calor ms concretamente tan necesaria en tantos procesos.

Los combustibles slidos naturales son principalmente la lea, el carbn, y los residuos agrcolas de diverso origen.

Los combustibles slidos artificiales son los aglomerados o briquetas, alcoque de petrleo y de carbn y carbn vegetal.

Los aglomerados o briquetas son transformados a partir de los combustibles slidos naturales. Las briquetas se obtienen aglomerando grano menudo y polvo de carbn.

Los combustibles slidos artificiales son el resultado de procesos de pirogenacin a que sometemos los combustibles slidos naturales. La pirogenacin es un proceso mediante el cual, aplicando calor sin contacto con aire, obtenemos los combustibles slidos artificiales (por ejemplo, en las carboneras).

La madera se ha empleado como combustibles slidos desde que se descubri el fuego. Hasta mediados del S. XVIII era prcticamente el nico combustible utilizado. El desarrollo industrial fue el que propici el uso de otros combustibles ms eficientes y potentes, como por ejemplo el carbn

Madera

Composicin

La madera est compuesta por fibras leosas, nitrgeno, savia y agua. El nitrgeno forma parte de la estructura vegetal de la madera. La savia es una disolucin acuosa con sales inorgnicas, azcares, celulosas,.. El agua es el principal componente no inflamable de la madera.

En invierno es cuando la madera contiene menos agua. El porcentaje de las cenizas o residuos de la combustin es pequeo. Suelen contener fosfatos, silicatos, carbonatos, Na, K, Fe Mg, Mn.

El proceso de formacin de la madera es un proceso endotrmico (reaccin de la vida). Su temperatura de inflamacin se sita por los 250-300C. Arde con llama larga. Las unidades de medicin son:

Metro Cbico: Masa de madera maciza que llena 1 m3

Estreo: Cantidad de lea partida y apilada que llena el volumen aparente de 1 m3.

Clasificacin de las maderas.- Atendiendo al peso especfico y a la resistencia que presenten se pueden clasificar en:

Duras: Peso especfico mnimo de 0,55. Proceden de rboles con hoja ancha, como pueden ser el manzano, peral, cerezo, nogal, roble, haya

Blandas: Peso especfico menor de 0,55. Son el pino, abeto, tilo

Composicin qumica del carbn

El carbn es un combustible fsil slido, en el que intervinieron en su formacin un proceso de descomposicin de vegetales. Para su formacin intervienen sobre todo los cidos hmicos. Potoni considera que los carbones se pueden clasificar en

Sapropelitos o rocas de fermentacin ptrida

Rocas Hmicas: Debidas a la descomposicin de las plantas

Liptobiolitos

La lignina parece ser, hoy por hoy, la responsable de la formacin de los carbones. En el proceso de formacin del carbn, las plantas sufren la putrefaccin. La celulosa es atacada por bacterias. La celulosa, como se sabe, es un compuesto hidrocarbonado, que se descompone en diversos productos. La lignina, sin embargo, solo se descompone en cidos hmicos. La lignina posee una estructura aromtica que no se perder en su descomposicin.

Los componentes fundamentales del carbono son:

Combinaciones Hidrogenadas

Combinaciones oxigenadas

Combinaciones nitrogenadas

Combinaciones sulfuradas

Todas estas combinaciones tienen la particularidad que el carbono se presenta en ellas formando una estructura bencnica (anillos).

En cuanto a los yacimientos carbonferos podemos decir que se pueden clasificar en dos tipos:

Autctonos: El carbn se ha formado en el mismo lugar en el que se han depositado los restos vegetales de los cuales procede. A este tipo responden la mayor parte de los yacimientos

Alctonos: Los restos vegetales de los cuales procede el carbn han sido arrastrados por los ros, por las mareas, han sufridos las transformaciones y posteriormente se forma el depsito carbonfero. Es decir, el depsito o yacimiento se va a formar lejos del lugar donde crecieron los vegetales.

Un carbn est compuesto por carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, azufre, agua. Tambin puede tener componentes inorgnicas que proceden de diferentes lugares. Estos componentes inorgnicos nos van a dar lugar a las cenizas tras la combustin. Todos los elementos que forman el carbn pueden alterar las caractersticas del combustible, beneficindolos o perjudicndolos. Por ejemplo, la humedad y las cenizas no modifican las cualidad intrnsecas del combustibles, pero van a modificar el poder calorfico y la inflamabilidad.

La humedad de un carbn disminuye el PCI. Aumenta adems el volumen de gases de combustin, disminuyendo de este modo el rendimiento del combustible.

Las cenizas no sufren combustin, pero forman xidos en las escorias, lo que puede impedir el contacto con el aire, atacan la instalacin, apantallan el proceso, Un dato importante sobre las cenizas es su punto de fusin. Si se alcanza esta temperatura, las cenizas fundidas se escurren por la parrilla y pueden provocar grandes daos en la instalacin

Se denomina valor de un combustible a la relacin entre el contenido de carbono y el contenido en hidrgeno (C/H). Cuanto mayor sea esta relacin, mayor ser su valor. Adems, el valor va a disminuir con la aparicin de oxgeno, azufre, agua (humedad), cenizas,

La formacin del carbn, y por tanto, su composicin vienen dadas por la reaccin de la vida. Adems de los tejidos vegetales fosilizados que existan en el carbn, tambin pueden aparecer tejidos animales.

Los principales elementos que forman las plantas son

Hidratos de Carbono: Estn presentes sobre todo en las celulosas (armazn), almidn (reserva alimenticia) y pentonasas

Lignina: Une las fibras de las celulosas. Son polmeros de naturaleza aromtica. No se conoce la composicin con exactitud. Acompaa a las celulosas en un porcentaje del 20-30%

Lignanos: Posee una estructura y comportamiento parecido al que presentan las ligninas. El proceso de fosilizacin tambin es parecido al de las ligninas.

Protenas: Son compuestos derivados de los aminocidos. Por ejemplo, la clorofila. Estn formados por C, H, O, N.

Compuestos Nitrogenados: Principalmente est el ATP, que funciona como reserva energtica

Alcaloides: Entran en poca proporcin. Se parece a las celulosas en cuanto a comportamiento

Adems de todos los compuestos citados, se presentan tambin en el carbn resinas, grasas, ceras, terpenos, Estos compuestos son muy resistentes a las transformaciones que se producen en el proceso de fosilizacin.

Teora sobre la carbonificacin de las plantas

Se defina el carbn como una masa compacta estratificada de restos vegetales momificados intercalados con materia inorgnica y cubierta por rocas sedimentarias.Para explicar la carbonificacin de las plantas y formacin del carbn se formularon a lo largo de la historia diversas teoras.

Stodnikoff, estudiando plantas de los Urales, vio que contenan un 37,7% de lignina y solo un 15,5% de celulosa. Bergius realiz trabajos sobre la celulosa como formadora del carbn. Mailland, en 1911, demostr que los azcares se podan transformar en sustancias hmicas con la accin de aminocidos. Estableci la hiptesis de que la celulosa y la lignina se desarrollaban a al par. Pero en 1922, Fisher y Schrader, que se oponan a la teora de que la celulosa era la principal formadora del carbn, establecieron que el agente principal de su formacin era la lignina, formulando la teora de la lignina. Se intent demostrar que la lignina, en condiciones pantanosas desapareca totalmente y se transformaba en productos solubles en agua y gases (CO2, CH4), de modo que tena que ser la lignina la responsable de la formacin de los carbones.Fases de formacin del carbn

Existen dos fases en la formacin del carbn:

0. Fase Biolgica (o de White)

1. Fase Geolgica (metamrfica)

Los agentes de la transformacin qumica de la materia vegetal van a ser las bacterias, la temperatura , el tiempo y la presin.

Las bacterias son los principales agentes de descomposicin. Actan fundamentalmente de dos maneras

Aerbia

Anaerobia

La actuacin aerobia es la actuacin oxidante, mientras que la actuacin anaerobia es la reductora. Las aerobias van a ser las primeras en actuar. Lo hacen cerca de la superficie. Necesitan del oxgeno para funciones. Cuando ya no queda oxgeno es cuando pasan a la accin las bacterias anaerobias, terminando las transformaciones empezadas por las aerobias. Este tipo de bacterias actuar hasta que el depsito se cubre de una capa sedimentaria impermeable.

La temperatura, el tiempo y la presin tambin actan, sobre todo cuando la actividad bacteriana ha cesado. La temperatura aumenta al ir acercndonos al ncleo terrestre. La temperatura suele favorecer la cintica de la reaccin. El tiempo a su vez es necesario por la velocidad de reaccin. La presin tambin influye y ayuda a estratificar y favorecer cierto tipo de reacciones. En esto tienen que ver tambin los plegamientos.

Pasamos ahora a estudiar separadamente las dos fases de la formacin del carbn:

3Fase Biolgica: Surge cuando tenemos grandes masas y estas quedan anegadas. Actan aqu algas y hongos. Se produce entonces la fermentacin aerobia. Otros organismos y animales se aaden a su vez a la masa en descomposicin. Predominaba en esta masa las ligninas, resinas y cidos grasos. En menos proporcin va a haber aminas y fenoles (de la descomposicin de los azcares.

Podemos distinguir aqu dos fases

Fase I

Fermentacin aerobia. Se forma la turbera. La masa vegetal est en contacto con el oxgeno. Las reacciones son de oxidacin o hidrlisis. El pH es ligeramente cido

Fase II

Fermentacin anaerobia. Actan las bacterias (respiracin intramolecular). Se destruyen las estructuras moleculares para tomar de este modo oxgeno. Se producen reacciones de hidrlisis y reduccin. El pH es aproximadamente neutro.

Fase geolgica o metamrfica

Tiene lugar en la materia vegetal sobre la que se han ido depositando ciertos elementos arrastrados por los agentes geolgicos (arcillas, arenas,) Esto hace que la masa vegetal se vaya progresivamente enterrando. Llegar un momento en que el enterramiento es tal (40 cms) que los organismo vivos dejarn de actuar. Hay ahora una cierta masa de materia hmica junto con un 90% de agua. Es en este momento cuando entre en juego los factres geolgicos.

Grado de carbonificacin. Clasificacin de los combustibles slidos

Los lignitos son unos carbones inmaturos con un porcentaje entre la turba y los bituminosos. Podemos clasificarlos por:

i) Su formacin:

Lignitos Hmicos: Compuestos hmicos menos modificados que las hullas

Sapropelitos: Carbonificacin de grasa y albminas de animales y vegetales inferiores (algas)

Liptobiolitos: Constituidos sobre todo, y a veces con exclusividad, de ceras naturales.

ii) Por sus caractersticas tecnolgicas:

Pardos: Carbones terosos o xiloides con humedad de hasta el 60%. Se ve que casi es madera.

Negros. Son duros (azabache)

Hullas

Son los carbones que poseen el siguiente grado de carbonificacin a los lignitos. La hullas son carbones que presentan un inters mayor que los anteriores porque nos pueden aportar ms energa que los anteriores. El poder calorfico oscila entre las 7500-8000 kcal/kg, refirindolas a materias secas. Se formaron en 3 pocas diferentes del periodo carbonfero.

Dinantiense

Estafaniense

Westfaliense

Antracita

Es el carbn que tiene un mayor poder calorfico. Es el ms duro y ms denso. Se emple para procesos de gasificacin directa, y algn tipo de aplicacin metalrgica de baja capacidad. Las epocas de carbonificacin son:

Estefaniense

Westfaliense

COMPONENTES LITOLOGICOS DEL CARBON

El carbn es una roca sedimentaria, no homognea, que tiene una serie de vetas superpuestas. Podemos apreciar unos constituyentes litolgicos que son distintos entre s. En una misma veta carbonfera se pueden presentar distintas propiedades que son funcin de las masas de restos vegetales y animales que se hayan depositado y transformado, as como de los cambios de composicin qumica.

Fundamentos

A simple vista se pueden diferenciar diferentes partes del carbn. En 1859 Dawson elabor una teora en la que deca que el carbn proceda de distintas partes de las plantas. Posteriormente, Muclc intent denominar las partes que se apreciaban en una hulla, distinguiendo las siguientes partes:

Carbn brillante (Glanz Kohle)

Carbn mate (Matt kohle)

Carbn fibroso (Faser kohle)

Posteriormente fue FAYOL el que estudiando estos tres compuestos de la hulla apreci las siguientes partes:

Hulla brillante laminar

Hulla foliar

Hulla granular

Fuseno

El gran reto era unificar las nomenclaturas para as poder clasificar de una manera uniforme los carbones

Nomenclatura

STOPES y THIESSEN publicaron unos trabajos sobre los componentes de los carbones. A la nomenclatura ideada por Stopes tambin se la denomina europea, mientras que a la de Thiessen se le llama americana.Nomenclatura de Stopes

Los componenetes del carbn se llaman litotipos, y stopes les da 4 nombres:

Vitreno

Clareno

Dureno

Fuseno

Nomenclatura de Thiessen

Los nombres que les da Thiessen a los litotipos son:

Antraxylon

Attritus

Fuseno

Si comparamos una nomenclatura con la otra llegamos a la conclusin de que se parecen ms bien poco. Esto es debido a que el carbn es una masa heterognea que depende de su procedencia. Fue en los congresos de Herleen, en 1957, cuando se tomo la decisin de unificar las nomenclaturas. Se nombr para ello una comisin para que elaborara unas fichas con denominaciones de los carbones

Sistemas de Clasificacin del Carbn

Estos sistemas indican algo que se va a pedir a ese carbn. Un buen sistema de clasificacin ha de reunir las siguientes caractersticas:

Clasificar los carbones

que sea capaz de decir que tipo de carbn tiene un uso mejor

que pueda predecir una propiedad de un carbn que no se conozca

que hayan sido evaluados sus parmetros

que sea sencillo de usas

que sea legible

que sea fcil de memorizar

que incluya carbones simples: verdes y lavados

que contemple la evaluacin potencial de los problemas ambientales

En un primer momento, los sistemas de clasificacin de basaban en el anlisis ltimo o elemental, pero han ido evolucionando segn se refleja en el siguiente esquema:

Preparacin del carbn

El carbn sacado de la mina recibe el nombre de carbn de bocamina. El carbn as obtenido tiene tamaos muy heterogneos, dependiendo esto de muchos factores. Este carbn es necesario clasificarlo por calidades y tamaos. Habr que definir muy bien los lmites de las calidades y los tamaos requeridos para la aplicacin a la que se va a destinar ese carbn. Es decir, se trata de hacer una clasificacin lo ms minuciosa posible del carbn para as darle los diferentes usos y aplicaciones que posee. Y para todo este es para lo que se hace la preparacin del carbn.

El proceso de preparacin del carbn incluye 7 etapas:

1. Separacin de los tipos del carbn por el aspecto del mismo

2. Tamizado o clasificacin por tamao de partcula

3. Escogido a mano

4. Trituracin y quebrantamiento

5. Lavado Mecnico

6. Secado

7. Mezclado de carbones 1. Separacin por aspecto

Es aplicable siempre que existan vetas bien definidas en la veta carbonfera. El picador es el que selecciona para que se pueda efectuar de este modo la separacin.2. Tamizado

Se usan tamices para poder clasificar los carbones por tamao de partcula. Los tamices son placas cuadradas con cuadrculas de diferentes tamaos (luz de malla). Esto es lo que hace posible seleccionar los tamaos.

Las tamices que se emplean a nivel industrial pueden ser cilndricos o de tambor, oscilatorios (criba de vaivn). stos ltimos son bandejas rectangulares que tienen un movimiento de vaivn. La velocidad aumenta al ir disminuyendo el tamao de partcula.

3. Escogido a mano

Se aplica a trozos de carbn de gran tamao. En una cinta de escogido con 6 hombres se separn los estriles que a simple vista puedan ser detectados. La cinta deber tener movimiento lento.

4. Trituracin y quebrantamiento

Se trata de reducir el tamao para mejor manejo y salida comercial. Las acciones mecnicas que se van a efectuar son:

Compresin

Rodadura

Impacto

Flexin

Desgaste o rozamiento

En los equipos industriales suele predominar una de estas acciones, o bien se combinan varias. (tabla 4.1). Segn la mquina y el equipo que se use, se obtendrn diferentes tamaos.

5. Lavado Mecnico

Se trata de reducir las cenizas que nos va a dar el producto en el proceso de combustin. Se abarata as el coste del proceso industrial de eliminacin de cenizas posterior a la combustin. Se deben tener en cuenta caractersticas como tamao, forma, elasticidad, conductividad, humidictividad, densidad.

La densidad es la caracterstica ms importante en cuanto a la clasificacin por tamaos.

Los procesos de lavado pueden ser en seco y en hmedo.

Seco: Se basan en las diferencias de densidad y friccin en seco. Tambin en las diferencias de elasticidad

Hmedo: Se basan en las diferencias de tamao y forma. Tambin en la densidad y friccin en hmedo, as como en la humectabilidad y densidad.

Ventajas e inconvenientes de los lavados en seco y hmedo y otros aspectos en las fotocopias

El denominado proceso de flotacin por espuma es el nico proceso que vale para limpiar el carbn fino. Consiste en mojar las partculas de carbn con burbujas de espuma. Esta espuma va a humedecer el carbn fino para de esta manera limpiarlo. El carbn fino flota con la espuma y las impurezas se hunden. Esta masa de espuma con impurezas se pasa por un filtro para as volver a obtener un carbn ms puro.

Mezclado de Carbones

El mezclado de carbones es un proceso auxiliar dentro de la preparacin. Los procesos auxiliares pueden ayudar a completar la preparacin global del carbn. Estos procesos auxiliares son:

Floculacin

Desaguado

Mezclado

La floculacin consiste en recuperar del agua los productos del lavado del carbn (polvo fino del carbn, 5 m) y otros productos mediante la actuacin de ciertos elementos que los van a hacer precipitar. La funcin ms importante de esto es eliminar estos productos de las aguas de lavado y poder usar as el carbn en procesos posteriores (aglomerados y briquetas). Para ello se les aade una especie de coagulante: almidn, alginatos, peptatos, alumbre (sulfato de almina). De esta manera se forman los flculos. Este proceso se ayuda a veces de ciclones.

El desaguado consiste en sacar parte del agua que tienen los carbones, debido a los procesos descritos anteriormente. Para ello se pasan por tamices con reja metlica. El tamao debe estar entre 12-13 mm. Para tamaos menores se usan tolvas y centrifugados. Para tamaos ms pequeos an se usan filtros de vaco y filtros a presin. La dificultad aumenta al disminuir el tamao.

El mezclado, finalmente, consiste en mezclar varias clases de carbones con diferentes propiedades para que la mezcla resultante cumpla ciertos requisitos que pudieran ser demandados por el usuario final. Es lo que se hace actualmente en la CT As Pontes.

ALMACENAMIENTO DEL CARBON

El almacenamiento del carbn es un aspecto importante por varios motivos. El carbn se almacena en grandes cantidades y durante periodos largos debido a su uso industrial. Los grandes almacenamientos de carbn se llaman parques y se suelen situar al aire libre, estando por ello expuestos a las inclemencias meteorolgicas, influyendo en las propiedades del carbn. El tamao que vaya a tener el parque va a depender de:

Situacin geogrfica del mismo (proximidad de la fuente productora del carbn

Medio de transporte utilizado

Clima (este factor tambin puede afectar al transporte

Proceso de produccin y fabricacin al que se destina, debido a las puntas de demanda que pueda presentar el proceso para el que es necesario el carbn.

Combustin del carbn durante su almacenamiento

El carbn almacenado a la intemperie sufre fenmenos de deterioro debido a la humedad ambiental y al oxgeno del aire. La humedad ambiental degrada el carbn e influye sobre la temperatura de la pila. El oxgeno reacciona, en principio a bajas temperaturas. Esto provoca variaciones en los parmetros del carbn. Es por ello que aumenta:

Peso

Contenido en oxgeno

Temperatura de ignicin

Higroscopicidad

Solubilidad en sales custicas

Solubilidad en alcohol

mientras que va a disminuir:

Contenido en hidrgeno

Poder calorfico

Poder coquizante

Tamao medio de granulometra

Al estar el carbn en contacto con el aire, esto implica que va a estar en contacto con el oxgeno, que es un gran oxidante. Esto hace que el carbono se transforme en CO2 segn la siguientes reaccin:

C0+O2 CO2 + 1

En esta reaccin se produce un desprendimiento de calor.

Si el aire tiene una temperatura ms alta, en la reaccin de oxidacin se puede llegar a formar agua:

C + O2 H2+O2 CO2+ H2O

Esto tiene la misma forma que una reaccin de combustin ordinaria. La velocidad de oxidacin del carbn aumenta con la temperatura, con el tamao de las partculas de carbn y con la concentracin de O2 en contacto con ella. El fenmeno de combustin del carbn en la pila se denomina combustin espontnea del carbn almacenado. Para que se produzca una combustin espontnea apreciable es necesario que el calor se vaya transmitiendo y aumentando la temperatura. Se llegar as a una temperatura crtica en la que la oxidacin es lo suficientemente rpida para que se produzca el autoencendido del carbn.

Las causas de la combustin espontnea son:

Tamao de partcula: Al disminuir el tamao de partcula aumentar la superficie expuesta a la reaccin y esto implicar un aumento de la velocidad

Calor Ambiental: El que haya calor implica aumentar la velocidad de reaccin. Esto se palia aireando el depsito, pero en la medida justa, ya que si renovamos en demasa el aire (efecto chimenea) podremos favorecer la reaccin al aportar oxigeno.

cido Hmicos: Es un problema sobre todo en los lignitos y hullas jvenes, ya que fijan el oxgeno y ayudan a la combustin espontnea.

Bacterias: Desprenden calor, por lo que en focos puntuales pueden iniciar la combustin espontnea.

Azufre: Hay ciertos autores que afirman que la reaccin de la pirita con el O2 desprende calor, lo que puede representar un problema

Composicin petrogrfica: En cuanto a este aspecto, no existe una relacin clara

Factores que influyen en la velocidad de oxidacin del carbn

Principalmente son dos los factores:

Rango

Tamao

La velocidad de oxidacin vara de modo inverso al rango. Es decir, cuanto mayor sea el rango (menor contenido en materias voltiles), menor ser la oxidacin sufrida.

El tamao influye en el sentido de que cuando ms tamao tenga el carbn mayor va a ser la superficie de contacto y esto implicar mayor velocidad de oxidacin.

La temperatura a la la cual se inicia la combustin espontnea se denomina temperatura crtica, y esta temperatura no es la misma para todos los carbones. Cuando la temperatura es menor que la crtica, la temperatura disminuye con:

poder calorfico

% de C y H2

Poder aglomerante

Tamao

y aumenta con el porcentaje de O2.

Cuando la temperatura sobrepasa la temperatura crtica se produce la combustin espontnea.

Condiciones ptima para el almacenamiento del carbn

0. Lugar: El suelo debe estar bien nivelado, firme, sin grietas y bien drenado

1. Tamao y forma: Cuanto ms bajo sea el rango, ms baja deber ser la pila, ms pequea y con menor proporcin de finos. Se debe evitar la separacin natural por tamaos gruesos, para que de esta forma no se formen los tiros.

2. Humedad: No apilar carbn hmedo con seco

3. Procedencia: Los carbones de distinta procedencia se deben apilar separadamente

4. Ventilacin: Se deben tener pilas poco profundas con salida de gases. Si apisonamos se evita el paso del aire.

5. Temperatura: Las pilas deben ser poco profundas, y se deben poner termmetros cada pocos metros para poder controlar subidas locales de temperatura

6. Calor: Se debe tener cuidado con el calor ambiental y con el calor que se vaya desprendiendo.

PROPIEDADES DEL CARBON

Las propiedades que se van a estudiar del carbn son las mecnicas, trmicas, elctricas y fsicas. Estas propiedades, unas ms que otras, van a ser importantes desde el punto de vista de la maquinaria y tecnologa que se va a usar con el carbn.

Mecnicas

Dureza

Abrasividad

Resistencia Mecnica

Cohesin

Friabilidad

Fragilidad

Triturabilidad

Trmicas

Conductibilidad Trmica

Calor especfico

Dilatacin

Elctricas

Conductividad Elctrica

Constante dielctrica

Fsicas

Densidad y peso especfico

Contenido en agua

Propiedades mecnicas

i) Dureza: Se mide por el tamao y profundidad de la raya producida por un cuerpo penetrante de forma diversa (cono, esfera, pirmide) y con dureza extrema. Teniendo en cuenta esta propiedad, la antracita se comporta como un cuerpo totalmente elstico, es decir, no es rayado. Los carbones que contienen del orden de 80-85% de carbono muestran un mximo de dureza Vickers que se corresponde con un mximo tambin en la curva de dureza elstica.

De los componentes del carbn, el que presenta ms dureza es el dureno, y el ms blando es el vitreno.ii) Abrasividad: Es la capacidad del carbn para desgastar elementos metlicos en contacto con l. Esta propiedad nos va a condicionar enormemente el material que se tenga que usar en la maquinaria (molinos, trituradoras,). Est relaciona con las impurezas que acompaan al carbn: slice y pirita sobre todo.

iii) Resistencia Mecnica: Tiene gran influencia en los sistemas de explotacin del carbn. Esto es porque muchas veces la veta carbonfera se usa como paredes, techos y suelos de las propias galeras de la explotacin. Adems, hay que tener en cuenta que las vetas suelen ser heterogneas, por lo que es importante estudiar este aspecto. Se debe medir la resistencia mecnica en el sentido normal a al estratificacin, tomndose el valor medio de las mediciones. Esta propiedad va a estar directamente relacionada con la composicin petrogrfica del carbn.

iv) Cohesin: La cohesin es la accin y efecto que tiende a unir los componentes de la materia carbonosa. Se trata de una propiedad positiva o de resistencia.

v) Friabilidad: Es la capacidad que presentan los carbones de descomponerse fcilmente en granulometras inferiores por efecto de un impacto o un rozamiento. Esta propiedad habr que tenerla muy en cuenta en algunos procesos, puesto que nos da la tendencia del carbn a romperse durante su manipulacin.

vi) Fragilidad: Es la facilidad que presentan los carbones para romperse o quebrarse en pedazos. Es lo opuesto a la cohesin. Se trata de una propiedad negativa, que va a depender de su tenacidad y elasticidad, de las caractersticas de su fractura y de su resistencia. Para medir la fragilidad es necesario hacer dos ensayos que nos midan:

Fuerzas de rozamiento

Fuerzas de choque

Esto es debido a que los aparatos y maquinaria que se usa en el procesado del carbn ejercen estos dos tipos de fuerzas sobre el carbn.

vii) Triturabilidad: Es la facilidad con la que el carbn se desmenuza sin reducirse totalmente a polvo. Es una combinacin de dureza, resistencia, tenacidad y modo de fractura

Cada vez es ms tenida en cuenta esta propiedad mecnica del carbn, debido sobre todo al empleo de tcnicas novedosas de combustin, como el lecho fluido.Rittenger desarroll muchos trabajos que tratan sobre la triturabilidad de los carbones y concluye que el tamao de superficie es directamente proporcional a la energa utilizada en la molienda.

Propiedades trmicas

i) Conductibilidad Trmica: Es la capacidad que presenta el carbn para conducir el calor. Tiene importancia sobre todo en los hornos de coquizacin, ya que el hecho de que el calor aplicado se transmita lo ms rpidamente posible permite que el proceso tenga un mayor rendimiento

ii) Calor especfico: Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1g de carbn 1C. Tambin es importante esta propiedad en el proceso de conquizacin.

iii) Dilatacin: Es el aumento de volumen por efecto del incremento de temperatura. Bangham y Franklin han hecho estudios sobre la dilatacin de los carbones. Concluyen que la antracita presenta importantes variaciones en el volumen con cambios de temperatura, pero dependiendo tambin de la orientacin (anisotropa). En cambio, en cuanto a las hullas, la dilatacin va a depender ms de la temperatura de experimentacin.

Propiedades elctricas

i) Conductividad Elctrica: Capacidad para conducir la corriente elctrica a su travs. Se define en trminos de resistencia especfica, que es la resistencia de un bloque de carbn de 1cm de longitud y 1 cm2 de seccin. La unidad es el m. Esta propiedad depende de la presin, de la temperatura y del contenido en agua del carbn. El carbn es considerado en trminos generales como un semiconductos

La razn por la cual el carbn conduce la electricidad es la posesin de anillos bencnico y radicales libres.

ii) Constante Dielctrica: Esta propiedad es ms tenida en cuenta que la conductividad elctrica. Se trata de una medida de la polarizabilidad electrosttica del carbn dielctrico. Esto est relacionado con la polarizacin de los electrones que existen en los anillos bencnicos de la estructura del carbn. Est esta propiedad muy relacionada con el contenido en agua del carbn y vara con el rango del carbn.

Propiedades fsicas

i) Densidad: La densidad del carbn es una magnitud dificil de medir. Se definen varios tipos de densidad

Densidad a granel o en masa: Es el peso en Kg/m3 del conjunto del carbn en trozos, comprendiendo los espacios vacios que quedan entre stos. Esta magnitud del carbn es importante de cara al almacenamiento del carbn y su uso en hornos de coque

Densidad de carga o estiba: Se emplea cuando el carbn se almacena en una retorta de coquizacin. Depende esta mgnitud de la clase de carbn, su tamao, la humedad.

Peso especfico aparente: Es el peso especfico de un trozo de carbn en su estado natural (poros, humedad y materia mineral incluida).

Peso especfico verdadero: El que presenta la sustancia carbonosa sin poros y sin humedad, pero con la materia mineral que contenga

Peso especfico unitario: Igual que el peso especfico verdadero, pero adems prescindiendo de la materia mineral (es decir, sin cenizas)

ii) Contenido en agua: El carbn contiene agua tanto por su proceso de formacin en origen como por las transformaciones sufridas. El agua se puede presentar de varias maneras:

Agua de Hidratacin: Es la que est combinada qumicamente. Forma parte de la materia mineral que acompaa al carbn.

Agua Ocluida: La que queda retenida en los poros del carbn. Puede proceder del lugar donde se form el carbn o de las reacciones posteriores a esa formacin.

Agua de Imbibicin: Es la que contiene debido a procesos artificiales en la extraccin y procesos posteriores, sobre todo procesos de lavado. Esta agua queda adsorbida en la superficie. Se elimina fcilmente calentando a 100-105C

Un problema aadido al contenido del agua en carbn es en el almacenamiento. El agua provoca la meteorizacin del carbn, debido a los cambios de volumen de aqulla al pasar de slido a lquido; esto va desgajando el carbn en trozos ms pequeos, falseando la granulometra. Esta agua tambin puede atacar las impurezas del carbn, produciendo sustancias que degradan el carbn.

Coque

Cuando sometemos al carbn a un quemado en ausencia de aire, ste sufre una destilacin destructiva, obtenindose un slido coherente que recibe el nombre de coque. Adems, en el proceso de coquizacin se van a obtener productos secundarios como:

Alquitrn de alta temperatura

Aceites ligeros

Amonaco (NH3)

Azufre

Gases incondensables

El rendimiento y naturaleza de los productos depender del rango, tipo de carbn, temperatura y duracin del proceso de carbonizacin (vase esquema)

Este proceso tambin es usado para poder sintetizar los productos mencionados anteriormente, adems de para obtener coque. El mejor carbn para la obtencin de coque son las hulla.

Clasificacin

Los coques se clasifican segn su plasticidad, hinchamiento, aglutinacin y aglomeracin

Plasticidad: La plasticidad implica no recuperar la forma primitiva cuando una fuerza deja de actuar sobre una materia que entonces se denomina plstica. Para medir esta caracterstica se usan los plastmetro y los penetrmetro.

Hinchamiento: Se trata de un aumento franco de volumen con el consiguiente esponjamiento. Para que un carbn sea coquizable deber tener un buen ndice de hinchamiento.

Aglutinacin: Conjunto de ensayos con los que se mide la cohesin y resistencia del coque, cuando se ha mezclado con un cuerpo inerte como arena, coque de electrodos o antracita.

Aglomeracin: Se trata aqu de evaluar la coherencia y resistencia del coque cuando el carbn se ha coquizado sin mezcla alguna

El denominado coque metalrgico es un carbn coquizado y que se emplea especialmente en la industria metalrgica

CALOR Y TEMPERATURAhttp://usuarios.lycos.es/yxtzbldz85/newpage.htmlCalor.- Fenmeno fsico que eleva la temperatura y dilata, funde, volatiliza o descompone un cuerpo. El calor de un cuerpo es la suma de la energa cintica de todas sus molculas.

El tema calor constituye la rama de la Fsica que se ocupa de los movimientos de las molculas, ya sean de un gas, un lquido o un slido. Al aplicar calor a un cuerpo, ste aumenta su energa. Pero existe una diferencia sustancial entre la energa trmica que posee un cuerpo y su temperatura.

Temperatura.- Grado de calor en los cuerpos. Para medir la temperatura, se utiliza el termmetro de mercurio, que consiste en un tubo estrecho de vidrio (llamado capilar), con el fondo ensanchado en una ampolla pequea y el extremo superior cerrado. La ampolla o depsito y parte del capilar estn llenos de mercurio y en la parte restante se ha hecho el vaco. Para leer la temperatura se utiliza una escala que est grabada en el vidrio.

Calor

El calor no lo podemos ver. Slo podemos notar sus efectos. Notamos que el calor provoca cambios de temperatura y hace variar el tamao de los objetos: con el calor los cuerpos se dilatan o cambian su estado fsico. El calor provocaque los slidos pasen a lquidos y que los lquidos se transformen en gases.El calor no es algo material, ya que si as fuera, un cuerpo al calentarse ganara peso. El calor es una forma de energa que hace aumentar la temperatura. El calor se puede medir en joules (julios, J)que es la unidad de energa en el Sistema Internacional, o en caloras (cal). Una calora equivale a 4,16 joulesy se define como la cantidad de calor necesaria para que un gramo de agua aumente su temperatura en un grado centgrado (con msprecisin, para que su temperatura pase de los 14,5C a los 15,5C).Como una calora es una medida ms pequea se suele utilizar ms la calora grande (Cal) o kilocalora(Kcal.) que equivale a 1.000 caloras. La mayora de las tablas de caloras que encontramos habitualmente se refieren a estascaloras.

Efectos del calor:

El calor dilata los cuerpos: todos los cuerpos, cuando se calientan, aumentan de volumen. El calor modifica los estados de la materia, convirtiendo los slidos en lquidos y stos en gases.

Es importante observar que mientras se produce el cambio de estado no aumenta la temperatura del cuerpo. El calor hace variar la temperatura.

Temperatura

La temperatura es una cualidad del calor que se puede considerar como el nivel que ste alcanza en los cuerpos. Los efectos del calor sobre los cuerpos se utilizan en los termmetros, que son los instrumentos con los que medimoslas variaciones de la temperatura y, por tanto, del calor absorbido.

CALOR Y TEMPERATURA

La grfica representa el cambio de temperatura que se produce al suministrar calor al agua (a 1 atmsfera de presin). A 0 C y 100 C se le puede suministrar calor sin cambiar su temperatura. Este calor latente rompe los enlaces que mantienen unidas las molculas, pero no aumenta su energa cintica. Para vaporizar un gramo de agua hace falta aproximadamente siete veces ms calor que para fundirlo. Esa diferencia se refleja en las distintas longitudes de las partes horizontales de la grfica. Las pendientes de las lneas inclinadas representan el nmero de grados de aumento de temperatura por cada julio de calor suministrado a un gramo de agua. El 'calor especfico' del agua es de 4.185,5 julios por kilogramo y grado, es decir, hacen falta 4.185,5 julios de energa para aumentar en un grado la temperatura de un kilogramo de agua.

REACCIONES EXOTRMICAS Y ENDOTRMICAShttp://html.rincondelvago.com/reacciones-exotermicas-y-endotermicas.htmlLa energa se conserva durante las reacciones qumicas. En una reaccin pueden considerarse dos fases diferenciadas: en primer lugar, los enlaces qumicos de los reactivos se rompen, y luego se reordenan constituyendo nuevos enlaces. En esta operacin se requiere cierta cantidad de energa, que ser liberada si el enlace roto vuelve a formarse. Los enlaces qumicos con alta energa se conocen como enlaces `fuertes', pues precisan un esfuerzo mayor para romperse. Si en el producto se forman enlaces ms fuertes que los que se rompen en el reactivo, se libera energa en forma de calor, constituyendo una reaccin exotrmica. En caso contrario, la energa es absorbida y la reaccin se denomina endotrmica. Debido a que los enlaces fuertes se crean con ms facilidad que los dbiles, son ms frecuentes las reacciones exotrmicas espontneas; un ejemplo de ello es la combustin de los compuestos del carbono en el aire para producir CO2 y H2O, que tienen enlaces fuertes. Pero tambin se producen reacciones endotrmicas espontneas, como la disolucin de sal en agua.

Las reacciones endotrmicas suelen estar asociadas a la disociacin de las molculas. Esto ltimo puede medirse por el incremento de la entropa del sistema. El efecto neto de la tendencia a formar enlaces fuertes y la tendencia de las molculas e iones a disociarse se puede medir por el cambio en la energa libre del sistema. Todo cambio espontneo a temperatura y presin constantes implica un incremento de la energa libre, acompaado de un aumento de la fuerza del enlace.

Una reaccin qumica es el proceso en el que una o ms sustancias se transforman en otras sustancias diferentes los productos de la reaccin. Un ejemplo de reaccin qumica es la formacin de xido de hierro producida al reaccionar el oxgeno del aire con el hierro.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reaccin qumica. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar segn cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reaccin qumica. Estas cantidades constantes, que reciben el nombre de magnitudes conservadas, incluyen el nmero de cada tipo de tomo presente, la carga elctrica y la masa total.

En algunos casos, como en la combustin, las reacciones se producen de forma rpida. Otras reacciones, como la oxidacin, tienen lugar con lentitud. La cintica qumica, que estudia la velocidad de las reacciones, contempla tres condiciones que deben darse a nivel molecular para que tenga lugar una reaccin qumica: las molculas deben colisionar, han de estar situadas de modo que los grupos que Van a reaccionar se encuentren juntos en un estado de transicin entre los reactivos y los productos, y la colisin debe tener energa suficiente para crear el estado de transicin y transformarlo en productos.

Las reacciones rpidas se dan cuando estas tres condiciones se cumplen con facilidad. Sin embargo, si uno de los factores presenta cierta dificultad, la reaccin resulta especialmente lenta.

La velocidad de la reaccin aumenta en presencia de un catalizador, una sustancia que no resulta alterada o se regenera, por lo que el proceso contina. La mezcla de gases hidrgeno y oxgeno a temperatura ambiente no explota, pero si se aade platino en polvo la mezcla explosiona al cubrirse la superficie del platino con el oxgeno absorbido. Los tomos de platino alargan los enlaces de las molculas de O2, debilitndolos y rebajando la energa de activacin. Los tomos de oxgeno reaccionan rpidamente con molculas de hidrgeno, colisionando contra ellas y formando agua y regenerando el catalizador. Las fases por las que pasa una reaccin constituyen el `mecanismo de reaccin'.

La velocidad de la reaccin puede modificarse no slo con catalizadores, sino tambin mediante cambios en la temperatura y en las concentraciones. Al elevar la temperatura se incrementa la velocidad a causa del aumento de la energa cintica de las molculas de los reactivos, lo que provoca un mayor nmero de colisiones por segundo y hace posible la formacin de estados de transicin. Con el aumento de la concentracin se consigue incrementar la velocidad de la reaccin, al aumentar el nmero y la velocidad de las colisiones moleculares.

Un proceso qumico es un conjunto de operaciones qumicas y/o fsicas ordenadas a la transformacin de unas materias iniciales en productos finales diferentes. Un producto es diferente de otro cuando tenga distinta composicin, est en un estado distinto o hayan cambiado sus condiciones.

En la descripcin general de cualquier proceso qumico existen diferentes operaciones involucradas. Unas llevan inherentes diversas reacciones qumicas. En cambio otros pasos son meramente fsicos, es decir, sin reacciones qumicas presentes. Podemos decir que cualquier proceso qumico que se pueda disear consta de una serie de operaciones fsicas y qumicas. Cada una de estas operaciones es una operacin unitaria dentro del proceso global.

Catalizador (qumica), sustancia que altera la velocidad de una reaccin qumica sin sufrir en s ningn cambio qumico. Las enzimas, que se encuentran entre los catalizadores ms importantes, tienen una funcin esencial en los organismos vivos donde aceleran reacciones que de otra forma requeriran temperaturas que podran destruir la mayora de la materia orgnica.

Calores de reaccinLa termodinmica es la ciencia que estudia las transformaciones de la energa.

Un concepto esencial de la termodinmica es el de sistema macroscpico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscpico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, la presin o el volumen, que se conocen como variables termodinmicas. Es posible identificar y relacionar entre s muchas otras variables (como la densidad, el calor especfico, la compresibilidad o el coeficiente de expansin trmica), con lo que se obtiene una descripcin ms completa de un sistema y de su relacin con el entorno.Primera ley de la TermodinmicaPrimera ley de la termodinmica: en un proceso, la energa no se crea ni se destruye.

Se trata de la energa que conocemos como energa interna, U, del sistema, la cual a veces tambin se denomina energa trmica.

Desde el punto de vista microscpico, la energa interna tiene que ver con el movimiento de las molculas del gas, sus rotaciones, sus vibraciones, la energa de los electrones en los tomos presentes y tantos otros componentes energticos que podemos intuir que existen.

Otro enunciado ms completo de la primera ley de la termodinmica es el siguiente:

Para que la energa se conserve en un proceso, el flujo de calor, q, mas el trabajo, w, que atraviesan la frontera del sistema deben ser iguales al cambio en la energa interna del sistema, Ufinal - Uinicial

(U = q + W

Segunda Ley de la termodinmica La segunda ley de la termodinmica da una definicin precisa de una propiedad llamada entropa. La entropa puede considerarse como una medida de lo prximo o no que se halla un sistema al equilibrio; tambin puede considerarse como una medida del desorden (espacial y trmico) del sistema. La segunda ley afirma que la entropa, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer.

Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuracin de mxima entropa, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues `preferir' el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una regin de temperatura ms baja a una regin de temperatura ms alta.

El segundo principio impone una condicin adicional a los procesos termodinmicos. No basta con que se conserve la energa y cumplan as el primer principio. Una mquina que realizara trabajo violando el segundo principio se denomina mvil perpetuo de segunda especie, ya que podra obtener energa continuamente de un entorno fro para realizar trabajo en un entorno caliente sin coste alguno. A veces, el segundo principio se formula como una afirmacin que descarta la existencia de un mvil perpetuo de segunda especie.

Tercera Ley de la termodinmica El segundo principio sugiere la existencia de una escala de temperatura absoluta con un cero absoluto de temperatura. El tercer principio de la termodinmica afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningn procedimiento que conste de un nmero finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a l.La ley cero de la termodinmicaDos cuerpos en equilibrio trmico con un tercero estn en equilibrio trmico entre s.La definicin de equilibrio trmico nos basta para construir una escala de temperatura. Para ello se escoge un sistema, llamado termmetro, con la caracterstica que posea alguna propiedad que vare cuando se le coloque en contacto trmico con otros sistemas (el caso representativo es la dilatacin del mercurio en un tubo capilar). Cuando el termmetro se pone en equilibrio trmico con el hielo en el punto de fusin, se hace una marca sobre el similar, cuando se sumerge en agua en el punto de ebullicin a nivel del mar, se hace la marca de 100 C. Por ltimo, se divide la escala cien intervalos iguales y se acab. Contamos con un termmetro que usa la escala llamada centgrada o celcius.

No hay que confundir calor con temperatura, aunque al lenguaje cotidiano nos traicione (estamos acostumbrados a decir que un cuerpo esta caliente cuando su temperatura es alta, y tal vez de aqu es donde proviene la confusin)

La temperatura es una propiedad de los sistemas.

El calor es una forma de energa en trnsito que solamente aparece al atravesar la frontera de un sistema durante un proceso.

Por tanto, no debemos decir que los cuerpos tienen calor, pero en cierta direccin, pero la temperatura nunca fluye.

La temperatura se mide en grados

El calor se mide en joules

El calor siempre fluye de los objetos que estn a temperatura alta hacia los que tiene temperatura baja. Nunca se ha observado lo contrario, ni que haya un flujo neto de calor entre dos cuerpos a la misma temperatura.

La temperatura del sistema, Ts, y la de los alrededores, Ta, determinan entonces la direccin en la que fluye el calor en un proceso (cuando la frontera permite la transferencia). El calor entra al sistema cuando Ta > Ts; el calor sale del sistema en cuanto Ta < Ts.

TEORIA DE UN PROCESO DE COMBUSTIONLa combustin es el conjunto de procesos fsico-qumicos por los cuales se libera controladamente parte de la energa interna del combustible. Una parte de esa energa se va a a manifestar en forma de calor y es la que a nosotros nos interesa.

La reaccin de un elemento qumico con el oxgeno sabemos que se llama oxidacin. La combustin no es ms que una reaccin de oxidacin, en la que normalmente se va a liberar una gran cantidad de calor.

Los combustibles tienen en su composicin unos elementos principales, combustibles (C, H, S) y otros no combustibles, como el V, Ni, Na, Si,

El comburente ms habitual usado en la combustin es el aire (21% O, 73% N2 (inerte)).

Se llama calor de combustin a la disminucin de entalpa de un cuerpo en C/N de presin y a una temperatura definida. Ser entonces el calor que se libera cuando el combustible arde en una llama o cuando los componentes principales reaccionan con el oxgeno. En la combustin, cada uno de los componentes combustibles del combustible va a sufrir la reaccin de oxidacin correspondiente.

Reaccin de combustin

Se trata de una reaccin de oxidacin con la particularidad de que se realiza muy rpidamente, es exotrmica. Esta reaccin se produce entre los elementos combustibles de un combustible y el oxgeno del comburente. Para que un combustible sufra la combustin, es necesario que alcance su temperatura de ignicin. Se define el punto de ignicin de un combustible como la temperatura a la cual, una vez iniciada la llama, esta ya no se extingue. Es esta temperatura de 20 a 60C ms alta que la temperatura de inflamacin.

En una reaccin de oxidacin tendremos

Primer MiembroSegundo Miembro

Combustible + comburenteGases de combustin + calor

Combustible: Toda sustancia capaz de arder

Comburente: Sustancia que aporta el oxgeno para que el combustible sufra oxidacin

Los combustibles industriales suelen estar constituidos por mezclas de pocos elementos, ya que esto simplifica en gran medida el proceso.

Los componentes de un combustible se pueden clasificar en:

Combustibles

Inertes. Estos hay que eliminarlos y por lo tanto resultan perjudiciales

Fases de la reaccin de combustin

Se pueden distinguir tres fases en la reaccin de combustin:

Fase de pre reaccin (formacin de radicales). Los compuestos hidrocarbonados se descomponen dando lugar a la formacin de radicales, que son unos compuestos intermedios inestables y muy activos, para que de este modo el carbono y el hidrgeno puedan reaccionar con el oxgeno.

Fase de Oxidacin: En esta fase se produce la combinacin entre los elementos y el oxgeno. Es una fase muy exotrmica y es cuando tiene lugar la propagacin de la llama.

Fase de Terminacin: Aqu es cuando se forman los compuestos estables. El conjunto de estos compuestos es lo que llamamos gases de combustin.

Es necesario que se produzca una gran coordinacin entre la 1 y la 2 fase, ya que si no podra llegar a producirse una explosin, por acumulacin de radicales. La explosin es la onda que se produce y transmite por la masa reaccionante a una velocidad de 1500-2500 m/s, pudiendo producirse ms de una detonacin di despus de la primera queda producto que an pueda reaccionar violentamente.

Clases de reacciones de combustin

Las reacciones se pueden clasificar segn el modo en el cual transcurran de la siguiente manera:

Combustin NEUTRA o estequiomtrica

Combustin INCOMPLETA o imperfecta

Combustin COMPLETA

Combustin neutra

Es aqulla que se produce cuando el aire empleado aporat la cantidad justa de oxgeno para que todos los reactivos de transformen en productos. Para que la estequiometra se cumpla, hay que considerar TODOS los elementos que sufren la reaccin de combustin en el combustible. Cuando la reaccin tenga lugar totalmente, entonces no habr H, O, S y C, que se transformarn en productos correspondientes que irn en los gases de combustin. Como inertes aparecer, por lo menos, el nitrgeno.

A veces, a los gases de combustin se les llama poder comburvoro o poder fumgeno. Se define ste como los gases hmedos ttales procedentes de una combustin neutra o estequiomtrica (de todos los elementos combustibles e inertes tambin)

Combustin incompleta

Es aqulla en la que por defecto en el suministro de aire no hay oxgeno necesario para que se produzca la oxidacin total del carbono. Esto quiere decir que no todo el carbono se va a transformar en CO2 y aparecer como producto de combustin de CO. Aparecen entonces los inquemados. Los inquemados tambin se pueden producir por defecto en el aparato quemador. Los inquemados se definen como la materia combustible que ha quedado sin quemar o parcialmente quemada. Pueden ser de dos clases:

Slidos: Carbono (holln). Provocan un ennegrecimiento de los humos de combustin

Gaseosos: CO, H2

Cuando aparecen inquemados es seal de que no se ha aprovechado bien el combustible, por lo que la combustin que se est realizando es mala y se deberan tomar medidas de algn tipo para mejorarla.

Combustin completa

Para que se produzca una combustin completa se hace necesario aportar un exceso de aire, es decir, de oxgeno. El exceso se realiza sobre la cantidad estequiomtricamente necesaria para que todos los productos combustibles sufran la oxidacin (tanto el C como el O el H). En este caso no se van a producir inquemados. En la prctica se hace difcil conseguir la combustin completa. Por ello es necesario aportar un exceso de aire. El exceso de aire se define como la cantidad de aire por encima del terico que hay que aportar para que se realice la combustin completa del combustible.Productos resultantes de la reaccin de combustin

En general, los productos de combustin se llaman humos. Se definen stos como la masa de compuestos que resultan de un proceso de combustin. Mayoritariamente estn formados por xidos de los elementos combustibles de un combustible, adems de por los elementos del combustible que no sufren reaccin, donde hay que incluir el N2 del aire que no va a reaccionar con el oxgeno.

Otros elementos que pueden aparecer en los humos pueden ser pequeas proporciones de elementos en suspensin, como carbn u holln (que se define como una sustancia alquitranosa de coquizacin).

Los humos pueden clasificarse en secos (sin agua) o hmedos (con agua).

Parmetros de la combustin

Si queremos aprovechar toda la energa de un combustible es necesario que la combustin se realice en las mejores condiciones posibles. Hablaremos de la correccin en la realizacin de la combustin. Incluimos en la combustin la caldera, que es el lugar donde se produce la combustin.

Para aprovechar bien la energa que se desprende en la reaccin de oxidacin de los elementos combustibles es necesario que se realice en las mejores condiciones posibles. Para ellos deberemos hacer que todo el carbono se transforme en CO2, que no haya inquemados slidos o gaseosos, que no haya prdidas de calor por la formacin de inquemados, que el aire sea bien empleado en todo el proceso de combustin. Cumpliendo todo estos requisitos tendramos la combustin completa. La caldera en este proceso es fundamental para la buena marcha del mismo; en general, todos los equipos empleados en la combustin van a ser importantes para la buena marcha de la misma.

LA COMBUSTION DEL CARBONEl carbn es un combustible slido fsil natural que procede de la descomposicin de la materia vegetal (sobre todo de la lignina). Cuando queremos combustionar un carbn es necesario llegar a una cierta temperatura para provocar su inflamacin, por lo que ser necesario aportar una cierta cantidad de calor. Hay que acumular calor hasta superar la llamada temperatura de inflamacin.

Desde el punto de vista tcnico, para que se origine un proceso de combustin tiene que ocurrir que la velocidad de oxidacin debe ser lo bastante alta para que el calor desprendido en la reaccin sea elevado. Debido a lo complicado de la estructura del carbn, se pueden producir ciertas reacciones de descomposicin o transformacin (pirlisis), lo que puede hacer que el carbn, tras sufrir este proceso, no sea tal, sino que se convierta en una serie de compuestos derivados. En la pirlisis, el carbn se descompone en ciertos productos, siempre en ausencia de oxgeno. Primero se segrega el agua, despus molculas de mayor tamao que se desgajan, y as sucesivamente. El hecho de que esto se produzca en ausencia de oxgeno implica que no se produzca la combustin. Sin embargo, puede darse el caso de que el calor producido sea suficiente para alcanzar la temperatura de inflamacin, y se produce la oxidacin del carbn.

Normalmente la llama resulta de la incandescencia del carbono elemental, que se produce por cracking de las materias voltiles. Por lo tanto, cuantas ms materias voltiles haya, ms llama se producir.

Otro factor que se debe tener en cuenta en la combustin del carbn es que se encuentra en estado slido, por lo que para favorecer el contacto entre combustible y comburente hay que aumentar la superficie de contacto. Para ello se hace necesario disminuir el tamao de partcula, por lo que se tiende a formar prcticamente polvo.

Resumiendo, el proceso de combustin del carbn es cuando se pone el carbn en contacto con el O2 y a una temperatura tal que el carbono se convierta en carbono fijo y voltil y as se consiga un buen contacto entre ambos.

La parrilla es el lugar donde se pone el carbn para su combustin. Hace falta que la parrilla tenga orificios para que el aire comburente atraviese el lecho del combustible y se ponga as en contacto con l.

Tipos de lechos de combustible por el mtodo de alimentacin

Las parrillas, enrejado que sustenta la masa del carbn, se clasifican en fijas y mviles

Dentro de las parrillas fijas estn las de alimentacin superior y las alimentacin inferior.

El tipo de parrilla se escoge dependiendo de muchos factores: tipo de instalacin, tamao de partcula, rendimiento necesario,...

La masa de parrilla en el carbn va a presentar cuatro zonas bien diferenciadas:

Zona de cenizas: Perjudicial porque apantalla la cantidad de calor. Sin embargo protege la parrilla

Zona de oxidacin: Aqu se produce la combustin primaria

Zona de reduccin:

Zona de destilacin: La materia voltil se recalienta y se obtiene el residuo de coque

Factores que influyen sobre el proceso de combustin

Durante la reaccin de combustin de un carbn se nos hace necesario regular los siguientes aspectos:

Suministro de aire

Tiempo de combustin

Enfriamiento de gases de horno

Granulometra

Es necesario tener en cuenta la velocidad de suministro, la cantidad y calidad del aire, distribucin del aire y el exceso del mismo.

Si queremos que se realice una combustin completa no llega en la prctica con aportar el aire primario requerido tericamente para quemar el carbono fijo del carbn (transformando este en CO2). Si el lecho de carbn es poco profundo, no habr un buen contacto con el aire. Si aumentamos el espesor del lecho de carbn, no habr entonces suficiente aire para realizar completamente la reaccin. Es por todo esto que necesitamos del aporte del aire secundario. Este aire secundario se aporta normalmente por encima de la parrilla. De este modo conseguimos que se produzcan las siguientes reacciones:

C + O2 CO CO + O2 CO2C + O2 CO2La velocidad de suministro de aire influye de manera que a mayor suministro de aire, mejor se realizar la reaccin, mientras que si la velocidad es baja, la reaccin se producir con ms dificultad.

En cuanto a la cantidad y velocidad de entrada de aire de entrada, influye del mismo modo que el punto anterior.

La distribucin de aire en el horno es un factor que viene condicionado por el rango del carbn. Por lo tanto, el contenido en materias voltiles del carbn nos va a influir en la distribucin de aire.

El exceso de aire influye porque la cantidad de aire en exceso aportada a la combustin depende en parte del tipo de combustible, del modo de apilar el carbn en la parrilla,...

Combustin del carbn y legislacin medioambiental

En la combustin se van a formar una serie de compuestos (humos y gases de combustin), que se suelen expulsar a la atmsfera, ya que suelen ser desechos. El problema radica en la composicin de estos gases y en sus cantidades. Los gases de combustin suelen tener los siguientes compuestos, cuando la combustin es buena.

CO2, H2, SO2, N2, O2Si la combustin es mala tendremos:

CO2, CO, H2O, SO2, N2, O2.

Los peores compuestos desde el punto de vista ambiental son: CO2, CO, SO2, siendo ste ltimo, el dixido de azufre el peor legislativamente hablando.

El SO2 emitido, en contacto con el H2O (en humos o en la propia atmsfera, forma el H2SO4, que es el responsable de la lluvia cida.

Si existe una mala combustin tendramos Cs (holln), que produce un gran impacto visual (ennegrecimiento) amn de otros.

Las legislaciones tienden a ser cada vez ms estrictas, sobre todo en cuanto a emisiones de CO2 y SO2. La legislacin tiene en cuenta tanto concentraciones puntuales como continuadas.

Lo primero que debe tratar de cumplir la legislacin medioambiental deben ser las propias instalaciones industriales. Esto va a tener un buen efecto publicitario e incluso econmico, porque estar dentro de los parmetros medioambientales implica estar dentro de los parmetros de una buena combustin; esto sobre todo en cuanto a la emisin de CO2. En caso del SO2 el control es ms administrativo y legislativo que empresarial, ya que no se ve un beneficio econmico directo claro.

La combustin del carbn es una combustin sucia: produce 2 veces ms de CO2 que la que produce el gas natural y un 20% ms que la del fuelleo (referido a 1 Kw.h de electricidad).

Tendencias actuales en la combustin del carbn

En la actualidad se tienden a utilizar procedimientos que permitan unas condiciones lo ms ideales posibles para la combustin del carbn. Son las denominadas tecnologas limpias del carbn. Estas tecnologas limpias del carbn son:

CFBC: Combustin en lecho fluidizado circulante (Circulating fluidized bed com- bustion)

PFBC: Combustin en lecho fluidizado a presin (Pressure fluidized bed combus- tion)

IGCC: Ciclo combinado de gasificacin integrada

CFBC: El fluido que sostiene el carbn es aire y caliza. La caliza sirve para ayudar a fijar el SO2 que se produce, como sulfato clcico, y adems baja la temperatura del proceso, lo que evita la formacin de los Nox. La secuencia de reacciones es:

S + O2 SO2SO2 +CaCO3 CaSO4 desciende la temperatura

PFBC: En este proceso existe una cierta presin en el horno. El gas de combustin se va a depurar y expandir en una turbina de gas, para as aprovecharlo.

IGCC: En este proceso el carbn se gasifica parcialmente con aire en un horno a presin. Lo que se obtiene en este proceso es un gas con monxido de carbono y H2. El gas se depura, y una vez fro se quema (oxida) y una vez quemado se emplea la energa obtenida para producir electricidad en una turbina de gas. Parte de estos gases vuelven a realimentar el proceso. Adems, los gases de escape se van a emplear en alimentar una turbina convencional y obtener de este modo una energa adicional.

Briquetas u ovoides

Se llaman briquetas a los productos que resultan de la compactacin de restos finos y menudos que se producen en la obtencin del carbn y que en gran parte se estaran perdiendo en el proceso de lavado del carbn. Que se llegue ms o menos lejos en la recuperacin de este carbn depender de la calidad del carbn. Estamos en una tamao en el que las cenizas son ms grandes que las propias partculas del carbn. Este aumenta al aumentar la mecanizacin de la mina.

Los objetivos del briqueteado del carbn son:

1. Convertir el carbn fino o menudo, barato o desecho, en combustible utilizable

2. Producir a partir de carbones que decrepitan en las parrillas combustibles slidos que se comportan satisfactoriamente durante la combustin

3. Producir combustibles slidos sin humos a partir de carbones finos no aglutinantes USOS DE EL CARBON

El carbn suministra el 25% de la energa primaria consumida en el mundo, slo por detrs del petrleo. Adems es de las primeras fuentes de energa elctrica, con 40% de la produccin mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbn son:

1. Generacin de energa elctrica. Las centrales trmicas de carbn pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energa elctrica. En los ltimos aos se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presin. Otra tecnologa en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de sntesis obtenido mediante la gasificacin del carbn.

2. Coque. El coque es el producto de la pirlisis del carbn en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbn, consumiendo en ello 12% de la produccin mundial de carbn (cifras de 2003).

3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbn se obtiene una aleacin en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:

1. Hierro dulce: menos del 0,2% de carbono

2. Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono

3. Fundicin: ms del 1,2% de carbono

4. Industrias varias. Se utiliza en las fbricas que necesitan mucha energa en sus procesos, como las fbricas de cemento y de ladrillos.

5. Uso domstico. Histricamente el primer uso del carbn fue como combustible domstico. Aun hoy sigue siendo usado para calefaccin, principalmente en los pases en vas de desarrollo, mientras que en los pases desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes ms limpias de calor (gas natural, propano, butano, energa elctrica) para rebajar el ndice de contaminacin.

6. Carboqumica. La carboqumica es practicada principalmente en frica del Sur y China. Mediante el proceso de gasificacin se obtiene del carbn un gas llamado gas de sntesis, compuesto principalmente de hidrgeno y monxido de carbono. El gas de sntesis es una materia prima bsica que puede transformarse en numerosos productos qumicos de inters como, por ejemplo:

1. Amonaco

2. Metanol

3. Gasolina y gasleo de automocin a travs del proceso Fischer-Tropsch (proceso qumico para la produccin de hidrocarburos lquidos a partir de gas de sntesis, CO y H2)

7. Petrleo sinttico. Mediante el proceso de licuefaccin directa, el carbn puede ser transformado en un crudo similar al petrleo. La licuefaccin directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.

Estas dos ltimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energa, desperdiciando as un tercio del balance energtico global. Debido a la crisis del petrleo se han vuelto a utilizar.2.2 COMBUSTIBLES LIQUIDOS2.2.1 PETROLEO ORIGEN Y COMPOSICION

http://www.textoscientificos.com/energia/combustiblesOrigen del petrleo

El petrleo es un mineral combustible lquido y que se encuentra en la envoltura sedimentaria de la tierra. La palabra proviene del latn petra (piedra) y olem (aceite). Presenta un calor de combustin superior al de los minerales slidos (carbn), y es de 42 KJ/Kg.

El origen del petrleo ha sido un tpico de inters para muchos investigadores. Saber su origen es muy complicado. Una gran mayora de qumicos y gelogos dicen que tiene un origen orgnico, mientras que otros cientficos piensan que se forman en la Naturaleza por un mtodo abigeno. De este modo tenemos dos teoras:

Teora orgnica

Teora inorgnica (abigena)

Este mtodo abigeno considera que las sustancias inorgnicas, mediante transformaciones qumicas, forman el petrleo. Pero es conocido que el petrleo tiene sustancias orgnicas. El problema que se plantea pues es saber que transformaciones dan lugar a materia orgnica a partir de materia inorgnica.

La teora orgnica dice que el petrleo y el gas se forman a partir de las sustancias orgnicas de las rocas sedimentarias. Consideramos que el primer material orgnico que se acumula en las rocas sedimentarias est formado por residuos muertos de la microflora y de la microfauna (plancton,...) que se desarrollan en el agua del mar y a las cuales se aaden restos animales y vegetales por transporte.

En las capas superiores de las rocas sedimentarias esta materia orgnica sufre descomposicin por accin de O2 y bacterias. Se desprenden en este proceso CO2, N2, NH3, CH4, C2H6,... A la vez se forman los primeros productos lquidos solubles en agua. El material ms estable respecto a la accin qumica y bacteriana queda en las zonas sedimentarias.

A medida que pasa el tiempo, las rocas sedimentarias van quedando enterradas por otras capas que se superponen a lo largo de mucho tiempo, hasta 15-3km de profundidad. Aqu hay un medio reductor, hay temperaturas ms altas (de hasta 200C), presiones considerables (10-30Mpa), y adems todo esta masa estar encajonada entre otras rocas, las cuales pueden tener sustancias que funcionen como catalizadores de la reaccin (arcillas). Esto todo hace que se produzcan una serie de transformaciones.

La teora actual considera que es en esta etapa cuando las sustancias orgnicas, especialmente los lpidos (grasas, ceras,...), sufren la descomposicin debido a los efectos trmicos y catalticos dando lugar a los hidrocarburos constituyentes del petrleo. Este proceso es largo y complicado, por lo que los detalles de los mecanismos de este proceso estn todava sin aclarar. Existen teoras sobre algunas etapas.

Como el material orgnico inicial del cual procede el petrleo se encuentra disperso, los productos resultantes de su transformacin (gas o petrleo) tambin estarn dispersos en la roca madre petrolfera, normalmente arcilla.

El petrleo es lquido y el gas es gas, por lo que tendrn mayor movilidad que el carbn, igual que el agua que queda como residuo. As podrn moverse, de forma que normalmente las bolsas de petrleo y gas emigran, por lo que no nos las vamos a encontrar all donde se formaron. Los gelogos denominan a este fenmeno migracin, que puede ser primaria o secundaria.

Como resultado de la migracin primaria, el petrleo y el gas se van a colocar en las rocas vecinas, siempre que sean porosas. Las causas de esto pueden ser un desalojamiento forzado, difusin (el petrleo busca otro sitio; los que ms se difunden sern los gases), desplazamiento debido al agua, presin por causa de los estratos, filtracin por los poros de las rocas encajonantes, puede viajar como mezcla de gas y vapor cuando hay grandes temperaturas y presiones.

Esta masa de petrleo y gas va a moverse posteriormente hacia arriba, en lo que se denomina migracin secundaria, a travs de los estratos porosos y como consecuencia de la gravedad o de la presin de las placas tectnicas. Emigra hasta llegar a la roca impermeable que no permite la difusin a travs de ella. Esto se denomina trampa estratigrfica para la bolsa de petrleo. Hay tres tipos de trampa estratigrfica:

Anticlinal

Domo salino: la sal va solidificando y hace de cua, penetrando hasta la parte impermeable.

Falla: Se produce cuando los estratos rompen, quedando una capa porosa frente a otra impermeable. As frena el paso del petrleo o del gas, producindose una acumulacin que crea el yacimiento.

En un yacimiento siempre tendremos el casquete formado por gas que est siempre en equilibrio con el petrleo lquido.

Esta acumulacin de gas y petrleo en las trampas es lo que llamamos depsitos petrolferos. Si su cantidad es grande o hay varios depsitos en las rocas hablaremos de yacimientos de petrleo o gas o de ambos, segn cual sea el mayoritario en cada caso. El petrleo y el gas se encuentran difundidos en un gran espacio, y de ah vienen el nombre que a los yacimientos se les da como campos petrolferos. Esto es as porque as condiciones en las rocas hacen que el petrleo y el gas llenen los poros de las rocas encajonantes. As, cuanto mayor sea el coeficiente de porosidad de las rocas, ms se van a encontrar saturadas de petrleo. Como consecuencia, las arcillas, y en particular las hmedas, que prcticamente no tienen poros, sern buenas rocas cobertoras.

Adems de petrleo o gas en un depsito o yacimiento, tambin vamos a encontrar agua, que procede de la materia inicial de la que procede el petrleo. Esta agua va a ser salada, y el eliminarla es uno de los primeros problemas que se nos presentan al tratar un crudo.

Los yacimientos de petrleo se encuentran a 900-2000 m de profundidad, y es raro que el petrleo aflore a la superficie. En la antigedad se usaba, por ejemplo, en Mesopotamia, aprovechando estos afloramientos superficiales. Un afloramiento superficial puede ser una bolsa que ha quedado del resto de una migracin. Son pequeos.

Petrleo crudo. Composicin y clasificacin

El petrleo presenta las siguientes propiedades fsicas:

lquido oleoso, fluorescente a la luz

su color depende del contenido y estructura delas sustancias resinosas. De este modo tendremos petrleos negros, oscuros, pardos, claros, incoloros.

Existen 5 condiciones limitativas para que se pueda formar petrleo

1. Tiene que estar asociado con una roca sedimentaria

2. Casi exclusivamente, todo el petrleo parece haberse originado en agua marina o salobre

3. No parece necesario que haya existido una alta presin en el proceso de formacin

4. No se requieren altas temperaturas

5. Parece que se ha formado en los periodos cbrico u ordovicense.

El petrleo es menos denso que el agua, por lo que se va a econtrar nadando sobre ella. Este crudo va a estar formado por elementos hidrocarbonados. Adems, haba otros elementos de naturaleza inorgnica que se haban depositado con la microflora y microfauna.

La composicin del petrleo depender del yacimiento, de la zona donde se haya formado. Tiene menos cenizas que las puede tener un slido fsil. El crudo tiene cantidades apreciables de sales como ClNa, Ca, Mg,.. debido a su formacin en aguas marinas o salobres. Esto es un problema, porque los cloruros van a provocar corrosin, sobre todo los de Mg. Para ello, al entrar en el proceso de refino se va a realizar antes de nada un proceso de desalado.

Los compuestos orgnicos del petrleo son hidrocarburos de diversos tipos. La composicin de un crudo de petrleo es bastante uniforme en cuando al contenido de C, H, S, N. La composicin del gas es ms variable. Depender del petrleo del que proceda, de su composicin.

La mayora de los compuestos del petrleo son los hidrocarburos (parte orgnica). Existen toda clase de hidrocarburos en el petrleo: hidrocarburos parafnico, naftnicos y aromticos. Dentro de estos pueden ser lineales o ramificados.

Parafnicos alcanos: CnH2n+2: CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 e ismeros correspondientes

Cicloalcanos

Aromticos

Dependiendo de la zona donde se forma el crudo tendremos ms proporcin de unos compuesto u otros. Es importante saber la composicin del crudo, puesto que segn su composicin podremos obtener unos productos u otros del crudo.

Sin embargo, sea cual sea la procedencia del crudo, se va a mantener constante el contenido en C y H2, aunque tengan distintos compuestos hidrocarbonados (siempre dentro de una familia de crudos).

Los compuestos de naturaleza inorgnica son los que contienen N, S, O2 y elementos metlicos. Se encuentran en menores proporciones que, las cuales van a depender de la naturaleza del crudo. Es interesanter conocer la composicin en elementos orgnicos, porque dependiendo de esta, someteremos al crudo a uno u otro tratamiento, y obtendremos unos productos u otros.

Algunos ejemplos de compuestos inorgnicos son:

compuestos sulfurados mercaptano

compuestos de O2

compuestos de N2

compuestos de metales (Li, Na, V, (va unido a compuestos nitrogenados)

Los crudos de petrleo se pueden clasificar en base a:

composicin

viscosidad

curva de destilacin

Segn la estructura de los enlaces entre los tomos de carbono, se clasifican en:

Hidrocarburos acclicos, alifticos o de cadena abierta: estos a su vez se dividen en:

Hidrocarburos saturados (alcanos o parafinas), que no tienen enlaces dobles, triples, ni aromticos.

Hidrocarburos insaturados, que tienen uno o ms enlaces dobles (alquenos u olefinas) o triples (alquinos o acetilnicos) entre sus tomos de carbono.

Hidrocarburos cclicos, hidrocarburos de cadena cerrada que a su vez se subdividen en:

Cicloalcanos, que tienen cadenas cerradas de 3, 4, 5, 6, 7 y 8 tomos de carbono saturados o no saturados.

Hidrocarburos aromticos, no saturados, que poseen al menos un anillo aromtico adems de otros tipos de enlaces. Los hidrocarburos extrados directamente de formaciones geolgicas en estado lquido se conocen comnmente con el nombre de petrleo, mientras que los que se encuentran en estado gaseoso se les conoce como gas natural. Los hidrocarburos constituyen una actividad econmica de primera importancia, pues forman parte de los principales combustibles fsiles (petrleo y gas natural), as como de todo tipo de plsticos, ceras y lubricantes.

Segn los grados API, se clasifican en:

Si es:

> 40 - condensado

30-39.9 - liviano

22-29.9 - mediano

10-21.9 - pesado

< 9.9 - extrapesado

Los hidrocarburos sustituidos son compuestos que tienen la misma estructura que un hidrocarburo, excepto que otros tomos participan en lugar de una parte del hidrocarburo. La parte de la molcula que tiene un ordenamiento especfico de tomos, que es el responsable del comportamiento qumico de la molcula base, recibe el nombre de grupo funcional.OPERACIONES UNITARIAShttp://www.fisicanet.com.ar/quimica/industrial/ap07_operaciones_unitarias.phpEn ingeniera qumica y afines, una operacin unitaria es un paso bsico en un proceso.. Por ejemplo, en el procesamiento de leche, la homogeneizacin, pasteurizacin, refrigeracin y envasado de cada unidad son operaciones que se conectan para crear el proceso en general. Un proceso pu