Energías No Renovables

Las energas no renovables tienen una importancia enorme en todos los pases desarrollados y en vas de desarro-llo. Generalmente, son bastante contaminantes, pero la implantacin de nuevas tecnologas est contribuyendo a aprovechar mejor esta energa y producir menor impacto ambiental.

En los aos setenta se produjo un desarrollo espectacular de la energa nuclear para la obtencin de energa elc-trica, pero el temor a escapes radiactivos o explosiones nucleares fren su avance. En Espaa no se ha instalado ninguna central nuclear desde 1982.

ENERGAS NO RENOVABLES

05

86 energas no renovables05

j5.1FuentesdeenergaEl hombre, a lo largo de la Historia, ha intentado explotar todos aquellos recursos ener-gticos que tena en su entorno y que le ofreca la naturaleza. En algunos casos hubo de inventar mquinas que fuesen capaces de aprovechar dichas energas; en otros fue suficiente la utilizacin de procesos tecnolgicos sencillos ya conocidos.

Las fuentes de energa se clasifican en primarias y secundarias.

j A.Fuentesdeenergaprimarias

Las fuentes de energa primarias son todas aquellas formas de energa naturales que actualmente utiliza el hombre. Se pueden clasificar en renovables y no renovables.

MWh (megavatio o megawatthora)=1000kWh(kilovatiosokilowattshora).

1 Mtep (megatonelada equiva-lente de petrleo) = 1000000tep (toneladas equivalentes depetrleo).

1ktep(kilotoneladaequivalen-tedepetrleo)=1000tep.

1MWh= 861244 kcal = 0,086tep.

1 tep=7,2056 bep (barrilesequivalentesdepetrleo).

1tep=107kcal=4,181010J.1kilotn(kt)=4,181015J.1megatn(Mt)=4,181018J.

Importante

Fig. 5.1. Consumo de energa primaria en Espaa en el ao 2006.

Nuclear16,56Mtep

11,1%

Energasalternativas9,61Mtep6,44%

Hidrulica2,85Mtep1,91%

Gasnatural26,90Mtep18,02%

Carbn17,99Mtep12,06%

Petrleo75,31Mtep50,47%

EJEMPLO1

Calcula a cuntas toneladas equivalentes de petrleo (tep) es igual 1 MWh.

Solucin

1 MWh = 106 W h = 108 36 W s = 36 108 J = 36 108/4,18 [cal] = 36 108/(103 4,18) [kcal] = 861 244 kcal. Como 10 000 kcal es igual a 1 kg de petrleo, mediante una regla de tres, 1 MWh = 86,12 kg de petrleo = 0,086 tep.

Se entiende por energas no renovables aquellas que nos proporciona la naturaleza, pero que, una vez consumidas, no hay forma de obtener de nuevo. Esto quiere decir que sus reservas son limitadas, por lo que un consumo excesivo puede llegar a agotarlas antes de lo previsto. Por el contrario, se denominan energas renovables aquellas que estn disponibles para el ser humano sin peligro de que se agoten, pues la propia natu-raleza, en condiciones normales, nos las seguir proporcionando. El consumo de energa primaria en Espaa en el ao 2006 fue de 149,22 Mtep. En el cuadro adjunto se pueden ver las energas primarias ms utilizadas en Espaa.

La Asociacin Internacional de la Energa (AIE) utiliza una unidad de energa, deno-minada tonelada equivalente de petrleo (tep), cuyo valor es igual a 107 kilocaloras. Para ello, admite que 1 kg de petrleo crudo es igual a 10 000 kcal.

Hidrulica

Solar

Elica

Biomasa

Maremotriz

Delasolas

ResiduosUrbanos(RSU)

Fuentes de energa primarias

No renovables

Combustiblesfsiles

Energanuclear

Carbn

Petrleoygasescombustibles

Renovables

Alterna

tivas

Geotrmica

Hidrotrmica

87energas no renovables 05

ACTIVIDADES

1> Explica qu significan los smbolos tep, ktep y Mtep, as como su equivalencia.

2> Qu unidad es mayor, 1 tep o 1 MWh?

3> Cmo explicas que la cantidad de petrleo, con-siderado como energa primaria, no sea igual a la cantidad de petrleo consumido como energa se-cundaria?

1 barril de petrleo es igual a159 litros es igual a 0,13878tep.

1 bep (barril equivalente depetrleo)esiguala0,0072tep.

Ladensidadmediadelpetrleoesde0,873kg/litro.

ElconsumodeenergaprimariaporhabitanteenEspaaduran-teelao2006fuede3,34tep.

Importante

j B.Fuentesdeenergasecundarias

Se denominan energas secundarias o finales a aquellas energas resultantes de la transformacin de las energas primarias en otro tipo de energa. Algunos ejemplos de energas secundarias son la gasolina, el gasleo, el queroseno y otros derivados del petrleo; el carbn de coque (procedente de la hulla); la electricidad, etctera.

El consumo de energa secundaria en el ao 2006 fue de 113,64 Mtep. Como se muestra en el grfico adjunto, las energas secundarias ms demandadas en la actualidad son los productos petrolferos y la electricidad.

La electricidad se puede considerar ms bien como un tipo de energa de transicin, pues la electricidad consumida se transforma en otros tipos de energa: mecnica (para mover motores), luminosa (en bombillas), trmica (produciendo calor), etctera.

Fig. 5.2. Consumo de energa secundaria en Espaa en el ao 2006.

Energasrenovables4,7Mtep

4%

Productospetrolferos64,10Mtep

57%

Gasnatural19,85Mtep

17%Electricidad22,75Mtep

20%

EJEMPLO4

Suponiendo que todo el carbn consumido en Espaa haya sido hulla, determina cuntas toneladas se han emplea-do como fuente de energa primaria.

Solucin2,24 Mtep = 2,24 106 tep = 2,24 106 107 kcal = 2,24 1013 kcal. Como el poder calorfico de la hulla es igual a 7 000 kcal/kg, mediante una regla de tres:

x = 2,24 . 1013/7 000 = 3,2 109 kg = 3,2 106 t de hulla.

EJEMPLO3

Qu cantidad de barriles de petrleo (productos petrolferos) se han consu-mido en Espaa en el ao 2006? Cuntos kilos de petrleo tiene un barril?

Solucin

Sabemos que 1 tep = 7,2056 bep. Por tanto, 64,10 Mtep = 64,10 106 tep = = 64,10 106 7,2056 bep = 46 187 896 barriles de productos petrolferos. Si 1 000 kgep (kilogramos equivalentes de petrleo) = 7,2056 barriles, mediante una regla de tres: x = 138,78 kilogramos.

EJEMPLO2

Determina la cantidad de energa elctrica consumida en Espaa, en MWh, durante el ao 2006.

SolucinSe sabe que 1 MWh = 0,086 tep y que la electricidad consumida el ao 2006 fue de 22,75 Mtep. Mediante una regla de tres: x = 22,75 106/0,086 = 2,64 108 MWh.

Carbn2,24Mtep

2%


Breve evolucin del carbn Seempiezaautilizaragranes-

calaenelsigloxvi,comosusti-tutodelamadera,queempeza-baaescasear.

EnlaRevolucinIndustrial(fi-nales del siglo xviii y primeramitaddelxix),elcarbnconsti-tuyelafuentedeenergaprin-cipalenmquinasindustriales,traccin ferroviaria e ilumina-cindeciudades.

En 1910, ms del 90% de laenerga consumida a nivelmundial provena del carbn.Laproduccinanualfueduran-teaquelaode1200millonesdetoneladas.

Apartirde1920,elcarbnem-piezaaexperimentarunanota-ble decadencia a favor del pe-trleo.

Enlaactualidad,suusoseres-tringe casi exclusivamente acentralestrmicasclsicas.

Importante

Fig. 5.4. El consumo de carbn en Espaa en el ao 2006 fue de 26,40 Mtep, y procedi de los pases indicados en el grfico.

Otros10,08Mtep

38,2%Australia1,78Mtep

6,7%

Produccinpropia

6,62Mtep25,1%

Sudfrica4,02Mtep15,3%

EE.UU.2,47Mtep

9,3%

Indonesia1,43Mtep

5,4%

j5.2CombustiblesfsilesLos combustibles fsiles son el carbn, el petrleo y el gas natural. Todos ellos pro-ceden de restos vegetales y otros organismos vivos (generalmente plancton marino) que hace millones de aos fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos o fe-nmenos naturales y se fueron transformando, por la accin de microorganismos, bajo unas condiciones de temperatura y presin adecuadas. Segn el residuo orgnico de que se trate, as como las condiciones y tiempo de permanencia en el lugar, tenemos combustibles slidos (carbn), combustibles lquidos (petrleo) y combustibles gaseosos (gas natural).

Fig. 5.3. El origen del carbn.

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Agua

Zonaselvtica

Restosdeplantas

SedimentosTurba

Agua

Sedimentosyrocas

Carbn,petrleoogasnatural

j A.Elcarbn

El carbn es un combustible slido de color negro, compuesto fundamentalmente por carbono y otros elementos qumicos, como hidrgeno, nitrgeno, oxgeno, etctera.

Tipos de carbn

Atendiendo a su procedencia, los carbones se clasifican en minerales y artificiales.

1. Carbn mineral. Procede de la transformacin de grandes masas de vegetacin que han debido quedar sepultadas y han sufrido un proceso de carbonizacin total o parcial. Segn la naturaleza de los vegetales y su antigedad, el carbn presenta una composicin diferente. Se distinguen cuatro tipos: antracita, hulla, lignito y turba (Tabla 5.1).

Tabla 5.1. Tipos de carbones minerales.

Tipo Antracita Hulla Lignito Turba

Porcentajecarbono

95% 85% 75% 50%

Podercalorficoaprox.(kcal/kg)

8000 7000 6000 2000

Procedencia EraPrimaria EraPrimaria EraSecundaria Muyreciente


Fase 1

Fase 2

Fase 3

Agua

Zonaselvtica

Restosdeplantas

SedimentosTurba

Agua

Sedimentosyrocas

Carbn,petrleoogasnatural

1. Carbones artificiales. Son fabricados o modificados por el hombre. Los ms impor-tantes son:

Carbn vegetal. Se obtiene quemando madera, apilada en montones recubiertos generalmente de barro, para evitar el contacto directo con el aire y, de esta manera, conseguir que la combustin sea parcial. Se ha utilizado mucho en ca-lefacciones (braseros). En la actualidad prcticamente no se emplea, excepto en barbacoas.

Carbn de coque. ste se utiliza, fundamentalmente, como combustible y reductor de xidos metlicos en el horno alto, para la obtencin del acero, a partir del mineral de hierro, como se explicar un poco ms adelante. Este carbn deber ser poroso, para permitir el paso del aire hacia arriba, y resistente, para soportar la enorme carga que se encuentra encima de l. (Puede haber incluso ms de 40 metros de mineral de hierro comprimindolo.)

Aplicaciones del carbn

El carbn, aunque en la actualidad ha perdido mucha importancia debido a su alto poder contaminante, todava sigue teniendo bastantes aplicaciones como fuente primaria de energa. Cabe destacar tres aplicaciones importantes: fabricacin de carbn de coque, obtencin de productos industriales y produccin de electricidad en centrales trmicas clsicas.

1. Fabricacin de carbn de coque. Como ya hemos indicado, se emplea para la fabri-cacin del acero, proceso en el que este carbn realiza dos funciones vitales:

Servir como combustible, para fundir el mineral de hierro. Emitir gases que reaccionen con los xidos ferrosos para transformarlos en hierro

(proceso de reduccin, contrario a la oxidacin).

El carbn de coque se obtiene del carbn de hulla, despus de sufrir un proceso que se denomina coquizado, y consiste, generalmente, en introducir hulla en cmaras cerradas (en cuyo interior se controla la cantidad de oxgeno). Despus se aumenta su temperatura hasta unos 1 100 C y se mantiene as unas 16 horas; finalmente, el coque al rojo vivo se vierte sobre un vagn que lo transporta hasta la torre de apagado (cortina de agua).

El calor necesario para obtener el carbn de coque se consigue del gas que emana de la destilacin del carbn (gas ciudad) durante el proceso de coquizado. Los produc-tos que se obtienen, adems del carbn de coque, son los indicados en el apartado siguiente.

2. Obtencin de productos industriales. Los ms importantes son: Gas ciudad. Empleado, hasta no hace mucho tiempo, como combustible gaseoso

en sustitucin del butano en la mayora de la viviendas de las grandes ciudades. Su poder calorfico es de unas 5 000 kcal/m3, en condiciones normales de presin (1 atm) y temperatura (0 C). En la actualidad este gas se emplea en las propias coqueras o para industria. Fue retirado del uso domstico por ser muy txica su inhalacin en caso de fuga.

Vapores amoniacales. De ellos se suele obtener sulfato amnico, que se usa como fertilizante.

Grafito casi puro, que queda adherido a las paredes de la cmara. Brea o alquitrn, de la que se obtienen: Aceites. De ellos se sacan productos tales como medicamentos (cido acetil-

saliclico), colorantes, insecticidas, explosivos, plsticos, etctera. Pez. Para pavimentar carreteras (asfalto) e impermeabilizar tejados.

Fig. 5.5. Obtencin del carbn vegetal a travs de la descomposicin por accin del calor (pirlisis).

Fig. 5.6. Bateras de coque.


3. Produccin de electricidad en centrales trmicas clsicas. Generan electricidad a partir de combustibles fsiles (carbn, fuelleo y gas natural).

El funcionamiento de una central trmica es el siguiente:

El carbn que llega a la cinta transportadora (1), cae a la tolva (2) y se pulveriza con el molino (3). Luego se introduce en la caldera (4) y se quema para obtener energa calorfica. Las cenizas que caen a la parte inferior (5) se extraen.

Esta energa calorfica se emplea para calentar el agua que circula por los tubos (6, 7 y 8). La mayor parte del calor se cede al agua que pasa por el interior de estos tubos. La temperatura disminuye a medida que el calor se desplaza del punto 6 al 8. Como el calor es tan intenso en los puntos 4 y 6, el agua se convierte en vapor a gran presin.

El aire que se introduce en la caldera, para que arda el carbn, se inyecta a una temperatura de unos 90 C. Para calentarlo, se hace pasar por el recalentador (9), que consiste en una serie de tuberas por las que exterior-mente pasan los gases y el calor procedentes de la calde-ra. Es decir, en el punto 9 se calienta el aire que se va a usar aprovechando el calor del humo.

Los humos procedentes de la combustin se hacen pa-sar por un precipitador (10), que suele constar de va-rias cortinas de agua pulverizada, con objeto de rete-

ner las partculas slidas, especialmente cenizas. Un desulfurizador (11) evita que salgan las partculas de azufre a la atmsfera, que provocan la lluvia cida. Finalmente, los humos se dejan escapar por la chimenea (12).

El vapor generado en las tuberas (4 y 6) se dirige hacia las turbinas (13, 14 y 15), hacindolas girar a gran velo-cidad (aqu se transforma la energa trmica en energa mecnica de rotacin). Solidario al eje de la turbina, est el alternador o generador de corriente alterna (20), que produce corriente. En l se transforma la energa mecni-ca en energa elctrica.

Para que las turbinas puedan girar es necesario licuar el vapor de agua que las ha atravesado. Para ello, por el condensador (16) se hace pasar agua fra, procedente de un depsito que se encuentra en la torre de refrigeracin (18). Al quitarle calor, el vapor se convierte en agua. Luego el agua regresa de nuevo a la caldera, previo ca-lentamiento (19).

La corriente elctrica generada (a unos 20 000 voltios) se hace pasar por los transformadores (17), a fin de elevar su tensin hasta unos 400 000 V, para su traslado (21) a los puntos de consumo.

Fig. 5.7. Central trmica clsica (modificada de original de UNESA).

1- Parque de carbn y cinta transportadora 2- Tolva 3- Molino 4- Caldera 5- Cenicero 6- Sobrecalentador 7- Recalentador 8- Economizador 9- Calentador de aire10- Precipitador11- Desulfuracin12- Chimenea13- Turbina de alta presin14- Turbina de media presin15- Turbina de baja presin16- Condensador17- Transformadores18- Torre de refrigeracin19- Calentadores 20- Generador21- Lneas de transporte de energa elctrica


Nuevas tecnologas aplicadas a centrales trmicas

Debido a que la quema de carbn suele provocar grandes contaminaciones al medio ambiente, se estn implantando nuevas tecnologas, como por ejemplo la combustin en lecho fluido o la gasificacin del carbn. Combustin en lecho fluido. Para conseguirla, una vez molido el carbn, se

mezcla con partculas de cal. Por efecto de una corriente ascendente, que las mantiene flotando al mismo tiempo que arden, se consigue que:

1. El carbn arda mejor, al tener una mayor superficie de contacto. Por lo tan-to, aumenta el rendimiento.

2. El azufre, contenido en el carbn, reaccione qumicamente con la cal, con lo que se evita la emisin de azufre a la atmsfera y con ello la generacin de lluvia cida.

Gasificacin del carbn. Consiste en inyectar oxgeno o aire, junto con vapor de agua, a una masa de carbn. Con ello se genera la emisin de un gas, que pos-teriormente se quema. Esta tcnica se emplea tambin para el aprovechamiento de energa en vetas de carbn de difcil acceso o a grandes profundidades.

Sectorizacin del consumo de carbnLas reservas de carbn se estiman en 4 300 millones de toneladas. El 82 % de los recur-sos carbonferos de Espaa estn concentrados en tres provincias: Len (35 %), Asturias (30 %) y Teruel (17 %). El consumo de carbn en Espaa durante el ao 2006 fue de 42,09 millones de toneladas. De ellas, se importaron 23,70 millones. La distribucin aproximada, por sectores, se muestra en la Tabla 5.2.

Hay dos formas de extraer elcarbn: Explotacin subterrnea. En

laqueseexcavanpozos,deno-minados galeras, hasta llegara la veta de carbn. Normal-mente, se transporta a la su-perficie mediante vagonetas.Avecessueleaparecerungas,denominadogrisycompuestomayoritariamente por metano,queencontactoconunachispaproduce explosiones. Este sis-temadeextraccinesmuycaroypeligroso.

Explotacin a cielo abierto.Para aquellos yacimientos quese encuentran a ras de super-ficie. Su extraccin es menospeligrosaymuchomsbarata,aunquenosinalgunasdificul-tades.

Importante

EJEMPLO5

Calcula la cantidad de carbn de antracita que es necesario aportar diariamente a una central trmica clsica si su rendimiento es del 30 % y tiene una potencia constante de 50 000 kW. Pc (antracita) = 8 000 kcal/kg.

SolucinEnerga til = Eu = P t = 50 000 24 [kWh] = 1,2 10

6kW h = 1,2 109 3 600 [W s] = 4,32 1012 J = 1,033 1012 cal = 1,033 109 kcalEnerga suministrada = Es = 8 000 [kcal/kg] m [kg]

= 0,3 = Eu/Es = 1,033 109 [kcal] m = 1,033 10

9

= 430 622 kg 8 000 [kcal/kg] m[kg] 8 000 0,3

Consumo de carbn en Espaa

Millones de toneladas

Generacinelctrica

37,26

Coquerasyotros 4,17

Fabricacindecemento

0,21

Usodomstico 0,041

Industria 0,409

Tabla 5.2. Desglose del consumo de carbn en Espaa en el ao 2006.

EJEMPLO6

Calcula la cantidad de m3 de gas ciudad que es necesario quemar para convertir el carbn de hulla en carbn de coque (en el interior de una coquera), si se necesitan 2 108 kcal. El poder calorfico del gas ciudad es 5 000 kcal/m3. La presin de suministro es de 2 atm y la temperatura de 30 C. El rendimiento es = 95 %.

SolucinPc(real) = Pc(cn) p 273/(273 + t) = 5 000 2 273/(273 + 30) = 9 010 kcal/m

3; Es = Pc(real) V

Eu 2 108 [kcal]

= 95 % = 0,95 = Es

= 9 010 [kcal/m3] V[m3] ; despejando el volumen: V = 2 108/9 010 0,95 = 23 366 m3


Carbn y medio ambiente

La combustin de carbn afecta de una manera significativa al medio ambiente.

a) Impacto medioambiental. La combustin del carbn origina una serie de dete-rioros medioambientales importantes. De todos ellos, quiz los ms importantes son la emisin a la atmsfera de xidos de azufre (SOx), xidos de nitrgeno (NOx), partculas slidas, hidrocarburos (metano) y dixido de carbono.

Estos gases, si no son absorbidos por procesos naturales, originan un cambio de las proporciones en el aire, y traen graves consecuencias para nuestro medio ambiente. Cabe resaltar los siguientes efectos:

Efecto invernadero: consiste en un aumento del tanto por ciento de dixido de carbono (CO2) en la atmsfera. Ello hace que los rayos entren en la atms-fera, atravesando el CO2 sin dificultad, pero cuando los rayos reflejados en la tierra (infrarrojos) intentan salir, son absorbidos. Las consecuencias son un aumento progresivo de la temperatura media de la atmsfera.

Lluvia cida: se genera como consecuencia de la emisin de azufre y xidos de nitrgeno a la atmsfera. Estas emisiones reaccionan con el vapor de agua, gracias a los rayos solares, transformndose en cido sulfrico y cido ntrico, que se precipitan a la tierra en forma de lluvia. A veces estas precipitaciones ocurren a gran distancia del lugar de la emisin.

Prdidas de parte del manto frtil del suelo: originan la destruccin de bue-na parte de los bosques.

Contaminacin de ros: daa la vida acutica y deteriora el agua que consu-mimos.

Deterioro del patrimonio arquitectnico: los gases producidos por la com-bustin del carbn atacan la piedra, poniendo en peligro su conservacin.

b) Tratamiento de residuos. Los residuos slidos originados en la combustin del carbn (cenizas ricas en azufre) no suelen perjudicar al medio ambiente, siempre que se depositen en vertederos controlados.

Fig. 5.8. La contaminacin tiene grandes repercusiones en el medio ambiente.

4> Cules son las tres aplicaciones ms usuales del car-bn en Espaa?

5> Dibuja, mediante diagramas conceptuales (recuadros), las partes de una central trmica clsica. Luego expli-ca su funcionamiento, relacionando cada una de estas partes mediante lneas y rtulos. Para qu crees que se emplea el carbn dentro de lo que se denomina uso domstico?

6> Explica qu es el carbn de coque y para qu se em-plea.

7> Cmo crees que influye el consumo de carbn en el aumento del efecto invernadero?

8> En una zona turstica, para subir a lo alto de una mon-taa de 500 m se emplea una locomotora de vapor. Suponiendo que la locomotora, junto con los viajeros, pesa 30 t, determina qu cantidad mnima de carbn de antracita es necesario quemar si el rendimiento es del 8 %.

S: 54,95 kg de carbn.

9> Suponiendo que el poder calorfico medio del car-bn consumido en Espaa en el ao 2006 fue de Pc = 7 000 kcal/kg y que las centrales trmicas usadas tuvieron un rendimiento del 33 %, calcula la energa elctrica producida por ellas en MWh.

S: 99 916 666 MWh.

ACTIVIDADES


j B.Elpetrleo

El petrleo es un combustible natural formado por una mezcla de hidrocarburos y, en menor proporcin, por otros elementos, como azufre, oxgeno y nitrgeno.

Su color es pardo oscuro y su densidad vara entre 0,8 y 0,95 kg/dm3, no disolvindose en el agua. La composicin depende del lugar de extraccin; pero, generalmente, suele estar comprendida dentro de los valores que aparecen en la Tabla 5.3.

Origen del petrleo. La formacin del petrleo es anloga a la del carbn. Gran-des cantidades de materia vegetal y animal (especialmente plancton marino) fueron sepultadas por sedimentos; posteriormente, de manera gradual y en determinadas condiciones de presin y temperatura, se origin el petrleo gracias a dos tipos de descomposicin:

Inicialmente, la descomposicin se llev a cabo mediante bacterias aerobias (que necesitan oxgeno).

Posteriormente, a medida que se iban depositando ms sedimentos y ya no haba oxgeno, aparecieron bacterias anaerobias. Estas bacterias convirtieron la mate-ria orgnica en hidrocarburos, que se almacenaron en lugares donde la roca era porosa y en cuyo alrededor haba roca impermeable (arcilla) que evitaba que, por efecto de la presin de los gases, saliese al exterior.

Pozos petrolferos. La localizacin y extraccin del petrleo o crudo no es una tarea sencilla. Se necesita personal muy cualificado y equipos muy costosos. Por ello es necesario, antes de proceder a la perforacin, hacer un estudio de las caractersticas del terreno.

Existen varios mtodos para la localizacin de bolsas petrolferas, pero el que mayor nmero de datos aporta de la estructura del subsuelo es el denominado mtodo ss-mico. Su principio es el mismo que el empleado para determinar el origen, hipocentro o epicentro de los terremotos naturales.

Este registro permite conocer, sin necesidad de perforar el suelo, la existencia de estratos subterrneos, su orientacin e inclinacin, as como la presencia de pliegues y fallas que son trampas del petrleo.

Una vez localizado el posible pozo de petrleo (algo que nunca se conoce con certe-za) se procede a la perforacin.

El crudo suele encontrarse introducido en roca porosa y exteriormente rodeado por los siguientes elementos:

Parte superior: gas natural y otros hidrocarburos gaseosos.

Parte inferior: agua salada.

Laterales: roca impermeable (arcilla) y depsitos de sal.

Todo este conjunto se halla en el interior de roca impermeable (arcilla).

Si el tubo perforador llega a la bolsa de gas y se detiene, sin llegar a la capa de petr-leo, subir un chorro violento de gas. Si, por el contrario, el extremo del tubo penetra en el petrleo, ste ascender empujado por el gas y el agua comprimidos.

A medida que sale el petrleo, tambin va disminuyendo la presin. Cuando esto ocurre es necesario introducir bombas e incluso inyectar agua o aire a presin.

Fig. 5.9. Pozo petrolfero y torre de extraccin.

Depsitodesal

Aguasalada

Rocaporosa

Arcilla

Petrleoocrudo

Gasnatural

Torredeextraccin

Elemento %

Azufre 0,1a8

Carbono 80a90

Hidrgeno 10a15

Nitrgeno


Las refineras: destilacin fraccionada o mltiple del petrleo. El petrleo o crudo no se utiliza directamente tal y como se extrae del yacimiento. Previamente debe sufrir un proceso de destilacin en las refineras, con objeto de separar los distintos hidrocarburos que lo forman.

El principio es bastante sencillo. Supongamos que una mezcla la componen un slido y un lquido; al evaporarse el lquido, en el recipiente quedar solamente el slido. Si ese gas evaporado se enfra en otro lugar, ser posible recuperarlo. Pues bien, el crudo est formado por distintos hidrocarburos con diferentes temperaturas de evaporacin, por lo que se pueden separar elevando su temperatura y enfrindolo posteriormente.

El proceso de destilacin es el siguiente:

1. Se hace pasar todo el crudo por un horno a una temperatura de unos 340 C, con lo que todo el petrleo se transforma en gas.

2. Este gas se lleva a la parte inferior de la refinera (torre de fraccionamiento). Los gases ms ligeros tienden a subir hasta la parte ms alta de la torre y los ms pesados se condensan en forma lquida a diferentes alturas. La temperatura en la parte inferior es ms elevada que en su parte alta.

El problema que se presenta es que las temperaturas de ebullicin de los distintos hidrocarburos que componen el petrleo estn muy prximas. Para evitar que uno de ellos sea arrastrado por el otro, es necesario destilarlo de nuevo, constituyendo lo que se denomina destilacin fraccionada o mltiple. En la Figura 5.10 se puede observar la forma interna de la torre de destilacin o fraccionamiento. Los gases que ascienden burbujean en el lquido que llena las bandejas o el platillo. Este lquido es ms ligero cuanto ms alto est el platillo y, al aumentar su nivel en cada platillo, pasa por el rebosadero y cae en el platillo inferior. Pero al encontrarse con los gases calientes ascendentes, se vaporiza de nuevo en parte, y paso a paso, de escaln en escaln, vuelve a ascender hasta alcanzar la seccin de la torre que tiene la tempe-ratura correspondiente a la suya de condensacin. All, estos gases ascendentes se licuan y salen al exterior de la torre, mediante conductos adecuados.

La composicin tpica de un litro de crudo despus del proceso de refino suele ser la que se muestra en la Figura 5.11.

Cuando la necesidad de un producto es mayor que la de otro (como es el caso de la gasolina, que tiene ms demanda que el alquitrn), para evitar almacenamientos ex-cesivos, se recurre a un proceso denominado craqueo (en ingls cracking). El craqueo consiste en calentar un hidrocarburo por encima de su temperatura de ebullicin con objeto de romper las molculas complejas (por agitacin trmica) y obtener otras de menor peso molecular que coincidan con las de los hidrocarburos de mayor demanda.

10> Explica por qu no es posible encontrar bolsas petrol-feras en zonas profundas, compuestas por materia per-meable.

11> Cmo se puede extraer el crudo de un pozo cuando ya se ha localizado?

12> Para qu es necesaria la destilacin fraccionada del crudo?

13> En qu consiste el craqueo del petrleo?

14> Averigua qu tipo de combustibles utilizan las siguien-tes mquinas: taxi de una gran ciudad espaola, cale-faccin, barco mercante, yate, moto de 49 cm3, auto-bs ecolgico, camin y automvil de uso familiar.

15> Explica qu tipo de descomposicin dio origen al pe-trleo.

ACTIVIDADES

Fig. 5.11. Composicin tpica de un litro de crudo despus del proceso de refino.

Gasolina20%

Gasleoyfuelleo

37%

Butanoypropano

2%

Otros6%

Alquitrn,parafinasyaceites12%

Fig. 5.10. Refinera de petrleo.

Gasligero

Propano

Butano

Queroseno

Gasolina

Petrleo

Gasleo

Fuelleo

Queroseno23%

40C

100C

200C

250C

300C

340C


Productos obtenidos y sus aplicaciones. De los pozos petrolferos se obtienen dos tipos de combustibles: gas natural e hidrocarburos.

Gas natural. Se ha originado como consecuencia de la descomposicin de mate-ria orgnica, a travs de un proceso anlogo al del petrleo.

Suele encontrarse de dos maneras distintas:

1. En la parte superior de los yacimientos de petrleo, como se indic anterior-mente. Recibe el nombre de gas natural hmedo, ya que se halla mezclado con combustibles gaseosos derivados del petrleo (hidrocarburos), como me-tano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10).

2. En grandes bolsas recubiertas de material impermeable (arcilla), que soporta las altas presiones que hay en el interior. Este gas recibe el nombre de gas natural seco. Se compone bsicamente de metano y etano (con ms del 70 %) y pequeas proporciones de hidrgeno (H2) y nitrgeno (N2).

Una vez en la superficie, se almacena (a gran presin para que se licue el gas) en unos depsitos llamados gasmetros, y posteriormente se conduce mediante tube-ras (gasoductos) o licuado (en camiones cisternas especiales) a los lugares de consumo.

Independientemente de su procedencia, antes de ser empleado, el gas natural sufre un tratamiento con el fin de eliminar las impurezas que contiene, as como otros hi-drocarburos, quedando prcticamente con una composicin de metano (84 %), etano (8 %), propano (2 %) y otras impurezas.

Su poder calorfico es, en condiciones normales, de 8 540 kcal/m3. Su combustin es muy poco contaminante, ya que el porcentaje de azufre es muy bajo, generando CO2 y HO2.

Fig. 5.13. Red de gasoductos de gas natural.

Gerona

Tarragona

Lrida

Castelln

Valencia

AlicanteOrihuela

Cartagena

Almeria

Mlaga

AlgecirasCdiz

Huelva Sevilla Granada

CrdobaAlmendralejo

Mrida

Salamanca

Valladolid Zaragoza

Burgos

Santander Bilbao S.Sebastian

PamplonaVitoria

Gasoducto en operacin

Gasoducto en construccin

Gasoducto en proyecto

Gasoducto en estudio

Planta de regasificacin

Estacin de compresin

Planta de regasificacin en proyecto o estudio

Estacin de compresin en proyectos/contruccin

Estacin de compresin en estudio

Centros de mantenimiento

Centros de mantenimiento en proyecto estudio

Yacimiento de gas natural

Almacenamiento subterrneo

Centrales elctricas

BadalonaSant Adri

BessFoix

Sagunto

Murcia

Marismas

Osuna

Poseidn

C.ColnRincn

Jan

Linares

BadajozCampo Major

Cceres

Setbal

Lisboa

Leiria

Coimbra

Oporto

Braga

VigoPontevedra Orense

SabnLa Corua

El Ferrol

LugoVillalba

Avils GijnOviedo

Len

BenaventePalencia

Zamora

MadridGuadalajara

ToledoAceca

Ciudad RealPuertollanoC.S.E.

Aranda de Duero

Banturtzi

Logroo Calahorra

Gaviota

Huesca

MonznTamarite

Alfarras

Perpin

Lacq

Serrablo

Argel

Hassi R'melMecheria

Orn

OujdaEl Aricha

Melilla

CeutaTnger

Rabat TazaFez

GAS PROCEDENTEDE: ARGELIA, AUSTRALIA,ABU-DHABI Y OTROS

GAS PROCEDENTE DE:ARGELIA Y NIGERIA

Palma de Mallorca

GAS PROCEDENTEDE: ARGELIA

GAS PROCEDENTEDE: LIBIA Y ARGELIA

24

26

24 20

3030

26

20

26 6

12

26

3026161212

12

20

16

20

26

3232

10

10

20

20

26

26

2828

26

2048

Barcelona

Fig. 5.12. Pases de los que Espaa importa gas natural.

Noruega6%

Omn2%

Argelia32%

Libia2%

Nigeria20,2%

Otros0,11%

Qatar14,7%

Egipto13,5%

En Espaa hay cuatro yaci-mientosdegasenexplotacin.Laproduccin(entep)es: Poseidn(Cdiz):37790 ElRuedo, LasBarreras y El

Romeral(Sevilla):20656

La produccin de gas naturalenEspaa en el ao2006 fuede58446toneladasequivalen-tesdepetrleo(tep).

El consumo de gas en el ao2006, fue de 19,85 Mtep, queprocedieron de los pases queaparecenacontinuacin.

Importante

EAU9,49%


EnEspaahaycincopozospe-trolferos en explotacin, perolosquemscrudoproporciona-ronen2006fueron:

Rodaballo(35393t).Casablanca(66766t).Boquern(32390t).Ayoluengo(5397t).

La produccin de crudo enEspaaenelao2006,fuede0,140Mtep.

El consumo total de crudo opetrleoenelao2006fuede72,04Mtep.

Importante

Tabla 5.4. Hidrocarburos ms importantes.

Hidrocarburos lquidos, slidos y gaseosos. Los productos ms importantes que se obtienen, as como sus aplicaciones, se indican en la Tabla 5.4.

Hidrocarburos Poder calorfico Caractersticas y aplicaciones

Gase

osos

Metano+Etano 8500kcal/m3Muyvoltileseinflamables.Debidoasugranvolumenydifcillicuefaccin,sesuelenquemarenlapropiarefinera.

Butano 28500kcal/m3Sesuelevenderenbotellasde12,5kg(colornaranja).

Propano 22350kcal/m3Secomercializaenbotellasdeacerode11y35kg.Usodomstico.

Lqu

idos

Gasolina 11000kcal/kg

Seempleaenmotoresdeexplosin.Cuandoseutilizaenmotoresdedostiemposesnecesariomezclarloconun2%deaceite.

Queroseno 10765kcal/kg Utilizadoenmotoresdeaviacin.

Gasleo 10300kcal/kgEmpleadoenmotoresdiselycalefacciones.

Fuelleo 9900kcal/kgSeutilizaencentralestrmicasensustitucindelcarbn.

Aceites 9800kcal/kgNoseempleancomofuentedeenerga,sinoparaelengrasadodepiezasmviles.

Slid

os

Ceras(parafinas,vaselinas)

9500kcal/kg Usosindustriales.

Alquitrn 9200kcal/kgPavimentosdecarreteraseimpermeabilizanteenterrazas,tejados,etctera.

El propano y el butano se comercializan en botellas de distintos tamaos, a grandes presiones. De esta manera, los gases se convierten en lquidos, recibiendo el nombre de gases licuados del petrleo (GLP).

Otros combustibles no procedentes del petrleo son:

Gas ciudad o manufacturado. Se obtiene mayoritariamente en las coqueras, al transformar el carbn de hulla en coque metalrgico. Hasta no hace mucho tiempo se empleaba para fines domsticos (calefaccin, calentadores y cocinas). En la actuali-dad se emplea como combustible en la propia obtencin de carbn de coque.

Tiene el inconveniente de ser bastante txico y de contaminar el medio ambiente, ya que est formado bsicamente por hidrgeno (H2), monxido de carbono (CO) y metano (CH4), por lo que se est sustituyendo por gas natural.

Su poder calorfico en condiciones normales (Pc (cn)), presin 1 atm y temperatura 0 C, est comprendido entre 4 000 y 5 500 kcal/m3.

Gas pobre o gas del alumbrado. Se obtiene a partir de la combustin incompleta de materia vegetal. Su poder calorfico es muy pequeo: Pc = 1 500 kcal/m

3. Ya casi no se emplea.

Acetileno (C2H2). Se obtiene al aadir agua al carburo de calcio (CaC2). Se emplea en la soldadura oxiacetilnica. Su poder calorfico es de 13 600 kcal/m3.

Fig. 5.14. Pases de los que Espaa importa crudo.

Otros17,1%

Rusia15,4%

Mxico13%

ArabiaSaud11,6%

Nigeria10,5%

Libia12,1%

Iraq8,7%Noruega

5,9%Irn5,8%


Impacto medioambiental del petrleo. Por tratarse de un combustible fsil, de formacin anloga al carbn, sus repercusiones son muy parecidas. Para paliar parte de los problemas de lluvia cida y efecto invernadero, ltimamente se han tomado las siguientes medidas:

Utilizacin de gasolina sin plomo. Con ello se reduce la polucin por gases a ni-veles muy bajos, as como la emisin de partculas de plomo.

Utilizacin de gasleos libres de azufre. Sustitucin de instalaciones de gasleo y fuelleo por otras que utilicen gas na-

tural.

Tal vez uno de los mayores problemas que genera el consumo de petrleo radique en su transporte. Existe una enorme red de oleoductos en Espaa y en el mundo, pero no es suficiente para cubrir la enorme demanda y hay que recurrir al transporte martimo y terrestre. Las costas espaolas han sufrido bastantes desastres ecolgicos derivados de accidentes martimos. El ms reciente ha sido el vertido del petrolero Prestige en las costas gallegas y cantbricas.

ACTIVIDADES

16> Averigua si pasa algn oleoducto o gasoducto cerca de donde vives. Cul es el punto de almacenamien-to ms cercano a donde vives?

17> En el ao 2006, las importaciones de gas natural realizadas por Espaa fueron de 26,90 Mtep. Cules fueron los principales proveedores de gas natural? Determina qu cantidad de gas (en Mtep) nos ha suministrado cada uno de los pases.

S: Argelia: 8,60 Mtep; Egipto: 3,63 Mtep; Trinidad y Tobago: 2,55 Mtep; Libia: 0,54 Mtep; Noruega: 1,61 Mtep; Omn: 0,54 Mtep; Qatar: 3,95 Mtep; Nigeria; 5,43 Mtep; Otros: 0,027 Mtep.

18> Busca informacin relativa a los distintos envases empleados para vender GLP. Averigua qu capacidad tiene cada uno. Luego haz sendos dibujos indicando para qu aplicacin se destina.

Fig. 5.16. Marea negra ocasionada por el vertido de un petrolero.

Fig. 5.15. Red de oleoductos.

Tratamiento de residuos. Los productos petrolferos tienen muy pocos residuos. Slo cuando se est refinando el petrleo se producen residuos gaseosos (metano + eta-no), los cuales, dada su dificultad para licuarlos (ya que ello exigira altsimas presio-nes, peligrosas a la hora de manipular los contenedores), son quemados en la propia refinera. En esta combustin emiten monxido y dixido de carbono a la atmsfera.


j5.3EnerganuclearHasta finales del siglo xix, los cientficos crean que la energa de una partcula dependa de su velocidad (energa cintica). Fue Einstein quien afirm que las partculas atmicas tenan energa, independientemente de su velocidad.

En energa nuclear, por estartrabajando a nivel atmico, escostumbre utilizar las siguientesunidades:

Masa:Unidaddemasaatmica(u)

1u=1,661027kg

Energa:Seempleaelmegaelectrovoltioomega-electronvolt (MeV), que esiguala:

1MeV=1,6021013J

Empleando la ley de Einstein,referente a la transformacin enenerga de una unidad de masaatmica,tendremos:E=mc2=1,661027[kg]9

1016=1,4941010JMediante una regla de tres, sededuce la energa en megaelec-trovoltios, que se consigue aldesintegrar una unidad de masaatmica:E=932,58MeV.

Importante

Se llamaenerga nuclearaaquellaquesedesprendede losncleosde ciertos tomos, cuando entre ellos se produce una determinadareaccin.

Einstein descubri que la masa se poda transformar en energa, segn la frmula que ya vimos en la Unidad anterior:

E=Energa producida (en forma de calor) en julios. E = m c2 m=masa desintegrada en kilogramos. c=velocidad de la luz en metros por segundo = 3108 m/s.

Sabiendo que el poder calorfico (Pc) de un tipo de carbn es de 7 200 kcal/kg y el del gasleo 10 300 kcal/kg, determina qu cantidad de cada uno de ellos sera necesario quemar para obtener una energa equivalente a la obtenida si se desintegrase ntegramente 1 kg de uranio.

SolucinEnerga de 1 kilogramo de uranio: E = 1 (3 108)2 = 9 1016 JPasndolo a kilocaloras: E = 9 1016/4,18 = 2,15 1016 cal = 2,15 1013 kcala) La energa que se obtiene de la masa de carbn ser: E = Pc m; m = E/Pc = 2,15 10

13 kcal/7 200 kcal/kg = 2,99 109 kg = = 2,98 106 t.b) La energa a obtener de la masa de gasleo ser: E = Pc m; m = E/Pc = 2,15 10

13 kcal/10 300 kcal/kg = 2,09 109 kg = = 2,09 106 t.

EJEMPLO7

Se observa que una pequea cantidad de masa proporciona una gran cantidad de ener-ga. Ello se debe a que en las reacciones nucleares el aprovechamiento energtico se hace de manera distinta a como se realiza en una combustin ordinaria.

En la prctica no es posible transformar toda la masa en energa. Normalmente se parte de uno o dos tomos de uno o dos elementos para transformarlo en otro elemento dis-tinto. En el cambio se observa una ligera variacin de las masas iniciales y finales, pero en ningn caso los tomos iniciales desaparecen completamente.

En la actualidad se est trabajando con dos tipos de reacciones nucleares: Reaccin nuclear de fisin. Se emplea fundamentalmente para obtener electricidad

y como medio de propulsin en submarinos. Con este mtodo se obtiene alrededor del 20 % de la energa elctrica mundial. En la actualidad existen unas 425 centrales nucleares funcionando en ms de 25 pases.

Reaccin nuclear de fusin. Est en fase experimental. Todava no se ha conseguido energa comercial alguna. Se le augura un gran futuro.


j A.Tiposdereaccionesnucleares

Desde el punto de vista de la obtencin de la energa, existen dos tipos de reacciones nucleares: fisin y fusin.

1. La fisin nuclear consiste en romper un ncleo de un tomo de uranio enriquecido al 3 % (235U) o de plutonio (239Pu). stos son los dos nicos istopos fisionables (cuando se rompen emiten gran cantidad de energa) y adems inestables (estn emitiendo partculas, lo que hace que se conviertan en otro tomo distinto).

El proceso se inicia lanzando un neutrn a gran velocidad sobre el tomo que se desea fisionar (romper). Al chocar el neutrn contra el ncleo, lo rompe en dos fragmentos (dos nuevos tomos), liberando tres neutrones y gran cantidad de calor. Una reaccin nuclear tpica suele ser la que se muestra en la Figura 5.17, y es la siguiente:

1n + 235U = 93Cs + 140Rb + 3n Cada uno de los tres neutrones emitidos puede provocar nuevas fisiones en otros

ncleos, continundose el proceso. En la segunda reaccin nuclear tendramos tres tomos, rompindose simultneamente, que emitiran cada uno otros tres neutrones, por lo que en la tercera reaccin ya habra nueve. As, en la reaccin nmero n se estaran rompiendo 3n1 tomos. Como se observa, en cada instante hay muchsimos ms ncleos que se rompen, por lo que se est liberando mayor cantidad de calor.

A este fenmeno de fisin, escisin o rotura de ncleos atmicos se le denomina reaccin en cadena. Si no se controla este nmero de escisiones, el calor liberado es tan grande que se origina una bomba atmica.

Todas las centrales nucleares espaolas consumen alrededor de 120 t de uranio en-riquecido (235U) al ao, que se produce en Saelices el Chico (Salamanca).

Componentes de una central nuclear. Los elementos ms importantes de cualquier central nuclear de fisin son el reactor nuclear, la turbina, el condensador, el edifi-cio de almacenamiento y manipulacin y el circuito de refrigeracin (Fig. 5.19).

a) Reactor nuclear. En l se origina la reaccin nuclear de fisin. Consta de: Tubos de acero inoxidable, en los que se introduce el combustible (formado por

pastillas de uranio 235U).

Barras de control, que regulan la cantidad de escisiones en la unidad de tiempo y, por tanto, la potencia del reactor. Si las barras estn totalmente levantadas, se producir una reaccin en cadena (con peligro de explosin), porque no hay nada que detenga a los neutrones que se generan. Cuando las barras son total-mente introducidas en el ncleo, la reaccin en cadena se detiene. Las barras son de carburo de boro, porque absorben muy bien los neutrones.

Moderador, cuya finalidad es la de reducir la velocidad de los neutrones. Se ha comprobado que los neutrones con velocidades lentas (alrededor de 2,2 km/s) tienen ms probabilidades de impactar con un ncleo que los que se desprenden a grandes velocidades (20 000 km/s). Para ello se emplea agua pesada, berilio o grafito.

Atendiendo al moderador utilizado, los reactores nucleares se pueden clasificar en lentos y rpidos:

Reactores lentos. Son aquellos que disponen de moderador. Se trata de reac-tores ms controlables, ya que al poder ajustar la velocidad de los neutrones se sabe con antelacin cundo se va a producir la escisin del ncleo de un tomo.

Reactores rpidos. Los que no disponen de moderador.

n n

n

n

93Cs

140Rb

235U

Fig. 5.17. Fisin nuclear.

Fig. 5.18. Central nuclear.

Fig. 5.19. Componentes de una central nuclear.

ReactorCircuitoderefrigeracin

Edificiodealmacenamientoymanipulacin

Turbina Condensador


Fig. 5.21. Central con reactor de agua en ebullicin (BWR).

Elcombustibleesigualqueeneltipoanterior.

Comomoderadorempleaelmismoqueeltipoanterior.

Elcircuitoderefrigeracinconstadeunsolocircuito.Elrefrigerantequeextraeelcalordelncleopasaaestadogaseoso(ebullicin),ysedirigealasturbinas.

El25%delascentralesmundialessondeestetipo.

Fig. 5.20. Central con reactor de agua a presin (PWR).

Utilizacomocombustibleuranioenriquecido(235U)al3%.

Comomoderador:agualigera(protio).

El circuito de refrigeracin consta de dos circuitosautnomos:primario(elrefrigeranteestsiempreenestadolquido)ysecundario(elrefrigerante,alpasarpor el generador de vapor, se convierte en vapor agranpresin).

El50%delascentralesquehaysondeestetipo.

Barrasdecontrol

Combustible

Turbina

Generadordevapor

Circuitosecundario(vapordeagua)

Intercambiadordecalor(condensador)

Intercambiador

Barreradeproteccinexterior(hormign)

Barreradeproteccincentral(hormign)

Barrerainterna(acero)

Circuitoprimario(agualquidaa240C)

Alternador

Aguacaliente

AguafraAguacaliente

Aguafra

Bomba

Bomba

En la actualidad hay en Espaaochocentralesnuclearesdefisinenfuncionamiento:1. TrilloI(Guadalajara).Potencia:

1066MW.Tipo:PWR.2. VandellsII(Tarragona).Poten-

cia*:1009MW.Tipo:PWR**.3. Cofrentes (Valencia). Potencia:

990MW.Tipo:BWR***.4. AlmarazII(Cceres).Potencia:

983MW.Tipo:PWR.5. Almaraz I (Cceres). Potencia:

974MW.Tipo:PWR.6. Asc I (Tarragona). Potencia:

973MW.Tipo:PWR.7. Asc II (Tarragona). Potencia:

966MW.Tipo:PWR.8. Sta. M. de Garoa (Burgos).

Potencia:460MW.Tipo:BWR.*Potenciaelctrica**PWR:reactordeaguaapresin(pressurized water reactor).***BWR:reactordeaguaenebullicin(boiling water reactor).

Importante b) Turbina. A la turbina llega vapor a alta presin. El giro de la turbina mueve un alternador que genera corriente elctrica.

c) Condensador. Para que la turbina funcione correctamente es necesario licuar el vapor que sale de ella. Para ello, se usa un intercambiador de calor o condensa-dor.

El intercambiador es un depsito lleno de agua por el que pasa una tubera que transporta el lquido o gas que se quiere enfriar. La tubera ceder el calor al agua del depsito. Luego es necesario sacar el calor del depsito; para ello se introduce otra tubera, que entra con agua fra y sale con agua caliente.

d) Edificio de almacenamiento y manipulacin. Se utiliza como depsito de com-bustible. Este combustible es almacenado en piscinas de hormign, recubiertas con una plancha de acero y llenas de agua. En este lugar tambin se almacena el combustible ya utilizado hasta que es trasladado a un centro de reprocesamiento o a un depsito de almacenamiento definitivo.

e) Circuito de refrigeracin/generador de vapor. El ncleo del reactor est rodea-do por un lquido refrigerante cuya misin es la de evacuar el calor. Los refrige-rantes ms utilizados son: deuterio, protio o helio.

En la actualidad se emplean mayoritariamente dos tipos de reactores nucleares: PWR (presurized water reactor) y BWR (boiling water reactor). Las centrales BWR son ms inseguras, ya que un escape del fluido puede provocar una contamina-cin radioactiva. En el texto del margen se detallan las centrales nucleares de fisin que existen en Espaa y el tipo de reactor que cada una utiliza.


2. La fusin nuclear consiste en la unin de dos ncleos de tomos ligeros para formar un ncleo nuevo ms pesado y el desprendimiento de gran cantidad de energa.

Los tomos de un gas estn siempre en movimiento desordenado, chocan-do unos contra otros. A medida que se calientan, aumenta su velocidad. Si la velocidad se eleva a varios miles de kilmetros por segundo (apli-cndoles calor hasta que su temperatura llegue a millones de grados), pueden vencer la mutua repulsin de sus ncleos y as fundirse al chocar, generando un tomo nuevo. Este proceso libera gran cantidad de energa en forma de calor.

Actualmente las reacciones termonucleares que dejan en libertad mayor cantidad de energa son las que tienen lugar entre ncleos de hidrgeno, concretamente entre los istopos de deuterio y tritio para formar helio. Adems, existe la ventaja de que el deuterio y el tritio se pueden obtener del hidrgeno y ste del agua dulce o agua del mar, con lo que resultara una fuente inagotable de energa.

De momento, este tipo de energa todava se encuentra en estado de experimen-tacin, ya que se gasta ms de la que se obtiene. Son varios los problemas que se presentan:

Calentar el gas a temperaturas tan elevadas. Se ha estimado que, para obte-ner una cantidad de energa que supere la necesaria para iniciar la reaccin, se necesita una temperatura de unos 100 000 000 C. Para que este sistema fuera susceptible de utilizacin comercial, tal vez se necesitaran 300 000 000 C y que se mantuviesen durante varios segundos. Se cree que la fusin es la fuente de energa de las estrellas (el Sol, por ejemplo).

Disponer de un recipiente que pueda soportar esas altsimas temperaturas el tiempo suficiente para que se produzca la fusin y se libere la energa.

A temperaturas incluso de 100 000 C todos los tomos estn ionizados (han per-dido sus electrones). Por tanto, el gas est formado por tomos con carga positiva y electrones libres cargados negativamente. Este estado se denomina plasma.

Si el plasma se coloca en un recipiente normal, se enfra rpidamente y las paredes del recipiente se volatilizan de forma instantnea. Como el plasma est formado por cargas elctricas (ncleos positivos) y electrones, se pueden colocar levitando dentro de potentsimos campos magnticos, evitando as contacto alguno con las paredes.

Extraer la energa liberada y transformarla en electricidad.

Fusin

Tritio

Deuterio

Helio

Neutrn

Fig. 5.22. Fusin nuclear.

http://www.din.upm.es

PginadelDepartamentodeInge-niera Nuclear de la UniversidadPolitcnicadeMadrid.

En Internet

ACTIVIDADES

19> Representa, mediante diagramas conceptuales, las diferentes transformaciones energticas que se ori-ginan en una central nuclear de fisin PWR (reactor de agua a presin).

20> Qu funcin realizan los moderadores y barras de control?

21> En qu se diferencia un reactor PWR de uno BWR? Cul es ms seguro? Por qu?

22> Explica para qu vale un intercambiador de calor y cuntos tiene una central PWR.

23> En la dcada de 1970 se consider la energa nuclear como la energa del futuro. Qu circunstancias han motivado que en la actualidad haya muy pocos pa-ses que apuesten fuertemente por este tipo de ener-ga?

24> Explica qu es el plasma y de qu manera se suele conseguir.


Fig. 5.23. Reactor Tokamak.

Bobinasmagnticas

Plasma

Campomagnticoformadoporplasma

http://www.mma.es

Pgina del Ministerio de MedioAmbiente.

En Internet

Radiacin ambiental 100milirem

Radiografa mdica 300milirem

Dos horas diarias de televisin

300milirem

1 000 km de viaje en avin

50milirem

Vivir cerca de una central nuclear

1milirem

Tabla 5.5. Dosis anuales de radiacin habituales por persona.

Mtodos para contener el plasma. En la actualidad se est ensayando con dos sis-temas:

Mediante confinamiento inercial. Consiste en emplear un rayo lser finsimo para comprimir partculas de deuterio, durante un tiempo que no va ms all de algu-nas trillonsimas de segundo. Con ello se consigue que las partculas alcancen una densidad de 10 000 veces la del agua y se generan pequesimas explosiones termonucleares semejantes a la bomba H.

Mediante confinamiento magntico (Tokamak). Dispone de enormes electroimanes que producen campos magnticos del orden de 50 000 gauss, que hacen que el plasma flote. Simultneamente, se hace pasar una corriente enorme (de varios millones de amperios) a travs del plasma, para incrementar su temperatura.

En 1991 se consigui obtener 1,7 millones de vatios hora utilizando este sistema.

El nico problema es que, de momento, la energa consumida es mayor que la produ-cida.

j B.Energanuclearymedioambiente

Impacto medioambiental. Si una central de fisin funciona con normalidad, las emisiones radiactivas no superan las producidas de manera natural (Tabla 5.5). Sin embargo, puede haber accidentes, debidos a:

Escapes de agua radiactiva del circuito primario (como ha ocurrido recientemente en un submarino britnico).

Explosiones del reactor, motivadas por exceso de temperatura, al fundirse las paredes que lo recubren (es el caso de la central de Chernobyl, en Ucrania).

Si se producen escapes radiactivos hacia el exterior, pueden tener efectos terribles sobre los seres vivos. El efecto depender del nivel de radiactividad y del tiempo de exposicin.

En centrales de fusin, las posibilidades de que ocurra un accidente son nfimas, ya que la masa que se emplea es muy pequea. Las radiaciones emitidas son mucho menores que en el caso de la fisin, y los efectos tambin.

Tratamiento de residuos. Los residuos de las centrales nucleares son aquellos ma-teriales que contienen o estn contaminados con radioistopos (emiten partculas radiactivas). Se pueden clasificar en los siguientes tipos:

De baja actividad: ropas, guantes, herramientas, etctera.

De media actividad: filtros de gases y lquidos usados.

De alta actividad: los combustibles gastados (238U).

Los residuos de baja y media actividad se mezclan con hormign y se introducen en bidones que se almacenan en la propia central y luego se llevan a almacenes definitivos, como el depsito de El Cabril (Crdoba).

Los residuos de alta actividad se almacenan provisionalmente en la central, dentro de piscinas de hormign con agua. Luego pueden reprocesarse para obtener 239U, para combustible o armas nucleares, o encapsularse (se mezclan con vidrio fundido) y de-positarse en minas profundas, geolgicamente estables.


Autoevaluacin

1> Seala cul de las siguientes energas no es alterna-tiva:

a) Solar b) Biomasa c) Hidrulica d) Maremotriz

2> Indica cul de las siguientes energas no es una energa secundaria o final:

a) Gasolina b) Electricidad c) Gas natural d) Petrleo o crudo

3> Para un mejor aprovechamiento del carbn y con objeto de que contamine menos el medio ambiente, se est aplicando una tecnologa, denominada:

a) Combustin b) Cobre y estao en lecho fluido c) Nquel y estao d) Cobre y cinc

4> El efecto invernadero es producido, principalmente, por el aumento en el aire de:

a) Hidrocarburos no b) xidos de azufre quemados c) Dixido de carbono d) xidos de nitrgeno

5> Cuando se calienta un hidrocarburo por encima de su temperatura de ebullicin, con objeto de rom-per las molculas complejas y obtener otras de peso molecular menor, que coincidan con las de los hi-drocarburos de mayor demanda, se denomina:

a) Refino b) Craqueo c) Gasificacin d) Destilacin

6> Los actuales yacimientos de gas natural espaoles estn en la provincia de:

a) Murcia b) Cdiz c) Sevilla d) Guipzcoa

7> A la escisin del ncleo de un tomo mediante bom-bardeo de partculas se le denomina:

a) Fusin b) Fisin c) Fundicin d) Friccin

8> Indica cul de las siguientes centrales nucleares no es de fisin:

a) Asc I b) Tokamak II c) Cofrentes d) Trillo I

9> Indica cul de los elementos indicados a continua-cin no forma parte de una central nuclear de fi-sin:

a) Barras de control b) Moderador c) Tubo de acero d) Obturador inoxidable

10> Las partculas encargadas de mantener una reaccin nuclear por fisin son:

a) Neutrones b) Protones c) Plasma d) Protio

1 c; 2 d; 3 a; 4 c; 5 b; 6 b; 7 b; 8 b; 9 d; 10 a.

SOLUCIONES


Para repasar

1> Qu quiere decir que una fuente de energa no es renovable?

2> Cules son las fuentes de energa renovables y no renovables?

3> Seala cinco tipos de energas secundarias.

4> Qu tipo de combustibles fsiles has empleado t o tu familia como fuente de energa?

5> Cmo se ha formado el carbn?

6> Qu son los carbones artificiales? Cmo se obtie-nen?

7> Qu productos se pueden obtener de la brea y el alquitrn?

8> Describe en qu consisten las nuevas tecnologas aplicadas a la combustin en centrales trmicas, para reducir la contaminacin atmosfrica.

9> Qu elementos son los que rodean el petrleo o crudo cuando se encuentra en el pozo petrolfero?

10> Cules son los hidrocarburos derivados del petrleo ms usados? Qu otros productos se obtienen del petrleo?

11> Sabiendo que en el ao 2006 las importaciones de crudo realizadas por Espaa ascendieron a 75,31 Mtep, determina qu cantidad de crudo se import de cada uno de los siguientes pases: a) Arabia Sau-d; b) Nigeria; c) Mxico; d) Irn; e) Noruega.

S: a) 8,58 Mtep; b) 8,66 Mtep; c) 11,37 Mtep; d) 6,55 Mtep; e) 3,84 Mtep.

12> Qu otros combustibles gaseosos (no procedentes del petrleo o gas natural) conoces? Seala sus ca-ractersticas y aplicaciones.

13> Cuntas refineras de crudo hay actualmente en Es-paa?

14> Qu ventajas tiene el empleo de gas natural frente a otros combustibles?

15> Cul es la diferencia entre un gasoducto y un oleo-ducto?

16> En qu orden se van licuando los diferentes hidro-carburos que se obtienen en la destilacin fraccio-nada?

17> Indica cul es la composicin tpica de un litro de crudo.

18> Haz una relacin de los hidrocarburos ms impor-tantes y seala para qu se emplea cada uno.

19> Calcula la cantidad de queroseno que se puede ob-tener a partir de 100 litros de crudo.

S: 23 litros.

20> Explica en qu consiste la fisin nuclear y la reac-cin en cadena.

21> Determina cuntos tomos se estarn rompiendo si-multneamente, en la octava reaccin nuclear, si se desprenden tres neutrones cada vez.

22> Explica para qu vale el intercambiador de calor y cuntos tiene una central BWR.

23> Qu diferencia hay entre fusin y fisin nuclear?

24> Cunto tiempo tendra que estar funcionando la central nuclear de Cofrentes para generar una ener-ga de 14,85 GWh (gigavatios hora)?

S: 15 horas.

25> En qu se basa la fusin nuclear?

26> Qu problemas presenta an la obtencin de ener-ga mediante fusin?

27> Qu reaccin nuclear es ms contaminante, la fu-sin o la fisin? Por qu?

28> Busca a lo largo del tema el significado de cada uno de los trminos siguientes: energas renovables, energas alternativas, fuentes de energa secunda-ria, barril de petrleo, antracita, hulla, lignito, co-que, gas ciudad, brea, la pez, central trmica cl-sica, gasificacin del carbn, bacterias anaerobias, craqueo, destilacin fraccionada del petrleo, GLP, acetileno, gas pobre, fisin, fusin, istopo de ura-nio, reaccin en cadena, reactor nuclear, PWR, BWR, intercambiador de calor, deuterio, tritio, plasma, confinamiento inercial y confinamiento magntico.

Problemaspropuestos


Problemaspropuestos

Para afianzar

29> Justifica por qu se consume solamente el 2,7 % de carbn como energa secundaria, cuando se gasta tanto como energa primaria. En qu se convierte?

30> Para qu crees que se emplea el carbn, dentro de lo que se denomina uso domstico?

31> Analiza la grfica siguiente, en relacin con el con-sumo de energas en Espaa, a lo largo de los aos que se indican. Gastamos ms energa cada ao? Por qu? Qu tipo de energas parece que tienen mayor futuro? A qu se debe?

32> Analiza los momentos ms significativos en la pro-duccin de energa en Espaa en los ltimos aos, a partir del grfico adjunto. Cul crees que ser la tendencia en el futuro? Por qu?

33> Seala qu ventajas e inconvenientes puede aca-rrear una explotacin de carbn a cielo abierto.

34> Averigua en qu provincias se encuentran los actua-les pozos petrolferos espaoles. Para ello, recurre a Internet si lo consideras necesario.

35> Qu tanto por ciento de crudo, aproximado, se obtuvo de los pozos petrolferos espaoles en el ao 2006, en relacin con el total consumido aquel ao (75,31 Mtep)?

S: 0,19 %.

36> Qu ventajas crees que tiene el empleo de gas na-tural frente a otros combustibles?

37> Todo el gas natural que se consume est en la parte superior de pozos petrolferos? Por qu?

38> Cmo se almacena y transporta el gas natural? Y el petrleo o crudo?

39> Explica qu es un megaelectrovoltio (MeV) y una unidad de masa atmica (u).

40> Cul es la potencia de todas las centrales nucleares espaolas? Si trabajasen al 100 % de su rendimien-to, qu energa elctrica podran generar (en GWh) al ao?

S: 65 007,96 GWh.

Para profundizar

41> Dado que Espaa tiene que importar ms del 99 % de petrleo y gas natural, qu medidas se te ocu-rren para reducir este consumo?

42> Para calentar un depsito de agua, que contiene 2 000 litros de agua, se han gastado 1,5 litros de gasleo. Calcula el incremento de temperatura ori-ginado si el rendimiento de la instalacin en la que se ha calentado es del 85 %. Densidad del gasleo () = 0,7 kg/dm3.

S: 4,6 C.

43> Determina qu cantidad de masa se habr perdido en una reaccin de fisin, as como la cantidad de uranio gastada, si se han obtenido 109 kcal.

S: 0,046 g.

Actividades en grupo

44> En grupos de tres o cuatro alumnos/as, buscad in-formacin en Internet sobre la energa nuclear por fusin. Averiguad cules son los nuevos mtodos que se estn ensayando y realizad un trabajo, de unas veinte pginas, que recoja: historia, evolu-cin, avances significativos, expectativas, mquinas empleadas, etc., de la fisin.

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ltimos descubrimientos: automviles que contaminan menosInvestigadores del MIT (Instituto de Tecnologa de Mas-sachussets) estn investigando cmo evitar la formacin de dixido de azufre en los actuales catalizadores de los coches, que tanto contribuyen a que se produzca la lluvia cida. Su trabajo se centra en un conversor cataltico que consta de dos partes:1. Convertidor de platino que convierte el monxido de

carbono e hidrocarburos procedentes de la combus-tin, en el interior del cilindro, en monxido de car-bono (CO) y agua.

2. Una especie de trampa, que captura el dixido de azu-fre presente, que resulta complicadsimo eliminar de los hidrocarburos (gasolina, gasleo, etc.). Para ello se utiliza xido de bario. El problema es que el dixido de azufre en presencia de O2 reacciona con el platino, formndose dixido de azufre. Se estn usando su-percomputadoras para determinar, a nivel atmico, el proceso de reaccin qumica que se produce.

Historia de una investigadora incansable: Marie Curie

Naci en Polonia el ao 1867 y se cas con el francs Pierre Curie.

En 1903 ella y su marido reciben el Premio Nobel de F-sica por el descubri-miento de la radiac-tividad de ciertos tomos.

En 1911 obtiene el Premio Nobel de Qumica por haber descubierto los tomos de radio y polonio.

Muri en 1934.

Coches con dos fuentes de energa

Habis pensado qu ocurre cuando vamos en un auto-mvil o autobs bajando una cuesta y hay que frenar constantemente? Se transforma la energa cintica del vehculo en calorfica, a travs de los frenos, que se pier-de en la atmsfera.

Algunos tecnlogos y cientficos han pensado cmo se podra almacenar esa energa y utilizarla posteriormente. Se han pensado diferentes sistemas, pero el ms sencillo y con mayor rendimiento es convertir esta energa en electricidad y almacenarla en bateras, para usarla ms tarde en hacer funcionar un motor elctrico.

En la actualidad, casi la totalidad de los fabricantes de automviles estn comercializando (o a punto de hacerlo) algn vehculo que utiliza este sistema. Estos vehculos se denominan hbridos (utilizan dos fuentes de energa). Cuando arrancan o circulan por zonas urbanas a poca ve-locidad hacen uso del motor elctrico y cuando van a mayor velocidad emplean el de gasolina.

Curiosidades

Documents

Energías No Renovables