INSTITUTO DE ENSEANZA SECUNDARIA

VILLA DE MAZO

CONSEJERA DE EDUCACIN CULTURA DEPORTE

GOBIERNO DE CANARIAS

DEPARTAMENTO DE TENOLOGA.

IES VILLA DE MAZO

Unidad Didctica: ENERGAS NO RENOVABLES

1. INTRODUCCIN

La Asociacin Internacional de la Energa (AIE) utiliza una unidad de energa,

denominada tonelada equivalente de petrleo (tep), cuyo valor es igual a 107 kilocaloras. Es

decir, existen otras unidades que se usan para calcular la calidad energtica de los

combustibles y que estn basadas en el poder calorfico de estos combustibles.

tep Toneladas equivalentes de petrleo tec Toneladas equivalentes de carbn

1 tep es la energa liberada en la combustin de 1 tonelada de crudo 1 tec es la energa liberada en la combustin de 1 tonelada de carbn (hulla)

1 tep = 1428 tec

Actividad 1

Calcular a cuntas toneladas equivalente de petrleo (tep) es igual a 1Mwh

FACTORES DE CONVERSIN A UTILIZAR.

1Mwh (megavatio hora) = kwh dpetrleo=0,873kg/l

1 Mtep (megatonelada equivalente de petrleo)= tep

1 ktep (kilotonelada equivalente de petrleo) = tep

1 Mwh = kcal = tep

1 tep = 7,0256 bep (barriles equivalentes de petrleo).

1 tep = kcal = J

1 kilotn (kt) = J

1 megatn (Mt) = J

Actividad 2. Realizar los siguientes factores de conversin.

Pasar a kwh

3 Mwh, 6Mtep, 7000tep, 500ktep, 6bep, 7kt, 9Mt.

Solucin

1Mwh (megavatio hora) = 1000kwh dpetrleo=0,873kg/l

1 Mtep (megatonelada equivalente de petrleo)= 106

tep

(toneladas equivalentes de petrleo

1 ktep (kilotonelada equivalente de petrleo) = 1000 tep

1 Mwh = 861244 kcal = 0,086 tep

1 tep = 7,0256 bep (barriles equivalentes de petrleo).

1 tep = 107 kcal = 4,1810

10 J

1 kilotn (kt) = 4,181015

J

1 megatn (Mt) = 4,181018J

2. FUENTES DE ENERGA

Se llama fuente o recurso energtico a todo aquello de lo que se puede extraer energa. La mayora de las fuentes de

energa, tienen su origen ltimo en el Sol (elica, solar,.).

nicamente la energa nuclear, la geotrmica y la de las mareas

no derivan de l.

Las fuentes de energa o recursos energticos se suelen

clasificar atendiendo a varios criterios entre los que

destacamos los siguientes:

a.- Por su duracin tenemos:

1. Fuentes o Recursos 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.

2. Fuentes o Recursos renovables, aquellas que estn disponibles para el ser humano sin peligro de que se agoten, pues la propia naturaleza,

en condiciones normales, nos las seguir

proporcionando.

b.- Por su obtencin se distinguen:

1. Fuentes o Recursos primarios (como el petrleo bruto). son todas aquellas formas de energa naturales

que actualmente utiliza el hombre y que se obtienen

directamente de la naturaleza. Se pueden clasificar en

renovables y no renovables 2. Fuentes o Recursos secundarios, 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.

Adems de la clasificacin por duracin y por obtencin, se distingue un grupo denominado

energas alternativas que son aquellas que no afectan al medio ambiente y otro grupo

denominado energas convencionales.

Se define reserva energtica como todo aquel recurso que es tcnicamente explotable

y econmicamente rentable. Evidentemente la tcnica avanza y el mercado cambia su

demanda, por lo que las reservas energticas varan con el tiempo.

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

3. COMBUSTIBLES FSILES

Los combustibles fsiles son el carbn, el petrleo y el gas natural. Todos ellos proceden de restos vegetales y otros organismos vivos (generalmente plancton marino) que hace millones

de aos fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos o fenmenos 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).

3.1. EL CARBN

El carbn es un combustible slido de color negro, compuesto fundamentalmente por carbono

y otros elementos qumicos, como hidrgeno, nitrgeno, oxgeno, etctera.

El trmino carbn se puede aplicar a sustancias de diversos orgenes, como la lea

parcialmente quemada, que se puede utilizar como combustible. En todos los casos se lleva a

cabo un proceso denominado carbonizacin, que consiste en eliminar de una sustancia

orgnica todos los elementos que no sean carbono.

Industrialmente, los tipos bsicos que se consideran son el carbn vegetal y el mineral.

A.- El carbn vegetal

El proceso de obtencin del carbn vegetal comienza apilando lea para formar unos

montculos que luego se recubren de tierra. Posteriormente se prende fuego al centro de la

carbonera y el calor que desprende de la combustin de la lea central cuece toda la madera a

unos 400C. En instalaciones ms modernas de lea se coloca en el interior de un recinto que

est parcial o totalmente enterrado para evitar prdidas trmicas. Durante la carbonizacin,

la madera elimina su humedad y las sales y azcares de la savia que contienen nitrgeno,

hidrgeno, oxgeno o fsforo; de esta forma queda un material negro, brillante, poroso y

ligero. Este carbn vegetal se utiliza como combustible en calefaccin domstica o en fraguas

de hierro, y como absorbente en mascarillas antiguas.

b.- El carbn mineral

El carbn mineral es el resultado de la carbonizacin de restos orgnicos vegetales durante

millones de aos. Es un sustancia fsil, que se encuentra bajo la superficie terrestre, de

origen vegetal, generada como resultado de la descomposicin lenta de la materia orgnica de

los bosques, acumulada en lugares pantanosos, lagunas y deltas fluviales, principalmente

durante el perodo Carbonfero Estos vegetales enterrados sufrieron un proceso de

fermentacin en ausencia de oxgeno, debido a la accin conjunta de microorganismos, en

condiciones de presin y temperatura adecuados. A medida que pasaba el tiempo, el carbn

aumentaba su contenido en carbono, lo cual incrementa la calidad y poder calorfico del mismo

El carbn mineral se clasifica por la proporcin del elemento carbono que contiene.

ANTRACITA HULLA LIGNITO TURBA

Contenido en

carbono

92 - 95 % 75 - 92 % 60 - 75 % 45 - 60 %

Poder

calorfico

8000-9000 kcal/kg 7000-8000 kcal/kg 6000-7000 kcal/kg 4500-6000 kcal/kg

Combustin Llama azulada y

poco

luminosa

Arde sin humos

Llama corta y luminosa

Llama muy larga

Emite mucho humo

Slo cuando se seca

Emite humo denso

Utilizacin Combustible de alta

calidad

Obtencin de coque

Centrales elctricas

Calefaccin

Calefaccin Modelado en forma de

briquetas para

calefaccin

Turba: es el carbn ms reciente. Tiene un porcentaje alto de humedad (hasta 90%), bajo poder calorfico y poco carbono. Se debe secar antes de su uso. Se encuentra en zonas

pantanosas. Se emplea en calefaccin y como produccin de abonos. Tiene muy poco inters industrial debido a su bajo poder calorfico.

Lignito : poder calorfico en torno a las 6000 kcal/kg, con ms de un 60 % de carbono y mucha humedad (30%). Se encuentra en minas a cielo abierto y por eso, su uso suele ser rentable. Se emplea en centrales trmicas para la obtencin de energa elctrica y para la obtencin de subproductos mediante destilacin seca.

Hulla : tiene alto poder calorfico, ms de 7000 kcal/kg y elevado porcentaje de carbono (85%). Se emplea en centrales elctricas y fundiciones de metales. Por destilacin seca se obtiene amoniaco, alquitrn y carbn de coque (muy utilizado en industria. Se obtiene calentando la hulla en ausencia de aire en unos hornos especiales. El resultado es un carbn con un mayor poder calorfico).

-Antracita : es el carbn ms antiguo, pues tiene ms de un 90% de carbono. Arde con facilidad y tiene un alto poder calorfico (ms de 8000 kcal/kg).

EXTRACCIN DEL CARBN

La extraccin del carbn se puede realizar mediante canteras a cielo abierto en yacimientos

de lignito, que estn a poca profundidad. Pero es ms frecuente la extraccin en mina, que es

una red de pozos y galeras subterrneas escavadas hasta encontrar las vetas. Como medidas

de seguridad, todas las galeras estn entibadas, es decir, reforzadas con arcos de acero y

traviesas de madera para evitar su hundimiento, y al agotarse una galera o un pozo, se rellena

con restos o se produce un derrumbamiento controlado. Adems se mantiene una buena

ventilacin por todo el interior de la mina para suministrar aire a los mineros y para evacuar el

gas gris, que es el metano retenido durante la carbonizacin del yacimiento.

Los trozos de carbn se extraen de la mina mediante vagonetas y se lavan, se trituran y se

clasifican. Por fin se transportan por tren o camin hasta las centrales elctricas cercanas o a

los centros de distribucin para el consumo domstico, desde donde se realiza la distribucin

por medio de camiones.

La tcnica ms moderna de transporte de carbn consiste en pulverizarlo y mezclarlo con

agua, para obtener un fluido que se bombea por unos tubos llamados carboductos.

Cuando el carbn se importa desde pases lejanos se utilizan los barcos carboneros.

(Ver infografa sobre el carbono)

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. Se emplea para la fabricacin 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 1100 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).

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 5000 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

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.

3. Produccin de electricidad en centrales trmicas clsicas. Generan electricidad a partir

de combustibles fsiles (carbn, fuelleo y gas natural).

LAS RESERVAS DE CARBN EN ESPAA.

Las reservas de carbn en Espaa se concentran en Len, Asturias y Teruel.

La Unin Europea ha establecido el Plan Nacional de Reserva estratgica del carbn

2006-2012. Estas ayudas suponen claramente un beneficio econmico para las empresas

mineras del carbn en la medida en que constituyen una subvencin directa que cubre gastos

corrientes que estas empresas deberan, sino, sufragar ellas mismas. Estos gastos consisten

en la diferencia entre el coste de produccin previsible y el ingreso previsible. Por otra parte,

las medidas en cuestin estn dirigidas nicamente a empresas de la minera del carbn en

Espaa.

Carbn y Medio Ambiente.

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

Destacndose:

1. Impacto medioambiental.- La combustin del carbono implica emisin a la atmsfera de

xidos de azufre (SOx), xidos de nitrgeno (NOx), partculas slidas, 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:

1.1. 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 atmsfera,

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.

1.2. Lluvia cida.- Se genera como consecuencia de la emisin de azufre y xido 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 hacia la tierra en forma de lluvia.

1.3. Prdidas de parte del manto frtil del suelo.- Esto causa la destruccin de buena

parte de los bosques.

1.4. Contaminacin de los ros y mares- Daan la vida acutica y deterioran el agua que

consumimos.

1.5. Deterioro del patrimonio arquitectnico.- Los gases producidos por la combustin

del carbn atacan la piedra, poniendo en peligro su conservacin.

2. 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.

Para saber ms sobre el tema: Instituto Nacional del Carbn y European Carbon and Graphite Association

EJERCICIOS 1. Realizar los siguientes factores de conversin y pasar a kwh:

5Mwh, 78Mtep, 9000tep, 400ktep, 8bep, 8kt, 10Mt.

2. Qu es un tep? Y un bep? A cuntas Kcal equivalen?.

3. Pasar 10Mwh a tep, 12,6 ktep a kcal, 3 tep a J, 10,5 bep a cal, 3,4kt a kwh, 345000J a bep, 1300kwh a Mt, 13400kcal a kt

4. A qu se llama fuente o recurso energtico?.

5. Los recursos se clasifican segn su duracin en y segn su obtencin en.

6. Qu son recursos no renovables? Y renovables?.

7. Qu son recursos primarios? Y secundarios?.

8. Qu son energas alternativas?

9. A qu se llama reserva energtica?.

10.- Cules son los combustibles fsiles? Explica brevemente cmo se forman en la naturaleza.

11. Qu cantidad de carbn (Pc=30000Kj/kg) tendremos que quemar en una central trmica con un rendimiento del 29% para obtener 1000kwh

12. El rendimiento de una central trmica de carbn es del 30%. Si el poder calorfico del carbn utilizado es de 29000kJ/kg, calcular la cantidad de carbn necesaria para obtener una energa elctrica de 1000kwh.

13. Qu es el carbn? Tipos de carbn

14. Proceso de obtencin del carbn vegetal.

15. Qu es la carbonizacin?

16. Qu es el carbn mineral?. qu son vetas?

17. Clasificacin del carbn mineral segn su contenido en carbono.

18. De qu dos tipos pueden ser las explotaciones mineras de carbn?

19. Qu medidas de seguridad tienen que tener las minas subterrneas?

20. Qu son carboductos?

21. A qu proceso se somete a la hulla para aumentar su poder calorfico? Qu sustancia se obtienen y para que se utilizan?

22. Reservas de carbn en Espaa.

23. En qu consiste el efecto invernadero? Qu consecuencias globales tiene?

24. En qu consiste la lluvia cida? Cmo se manifiesta en la naturaleza?

25. Tratamiento de residuos.