El Carbón

Turba. Lignito. Hulla. Antracita. Coque. Petróleo. Gas Natural. Centrales térmicas

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1.1 Tipos de Carbón

El carbón es un combustible formado principalmente por carbono, aunque también contiene algunos elementos químicos ligeros y componentes volátiles y no volátiles que al quemarse quedan en forma de cenizas.

Hay dos tipos de carbones:

  • Carbones naturales

  • Proceden de la transformación de masa vegetales procedentes de la Era Primaria (Carbonífero). Al quedar enterrados sufrieron una transformación debido a los microorganismos, la presión y las temperaturas adecuadas. Como consecuencia de estas reacciones se originan metano, CO2 y agua. También aumenta la cantidad de carbono cuanto mas antiguo sea el carbón. Con este dato podemos diferenciar 4 tipos fundamentales de carbón natural:

    • Turba: es el carbón mas reciente incluso se esta produciendo ahora en regiones llamadas turberas. Su contenido en agua es muy elevado (90%) y para poder utilizarlo como combustible se debe desecarlo (40%). Se emplea normalmente en calefacciones.

    • Lignito: se encuentra en yacimientos poco profundos e incluso a nivel de tierra esto significa costes de explotación bajos. Tiene un aspecto leñoso, de ahí su nombre. También se debe secar antes de su utilización. produce una llama larga y no posee apenas poder calorífico. Se usa para la calefacción domestica e industrial, producción de energía y algunos procesos químicos y de carbonización.

    • Hulla: contenido en carbono mas elevado que la turba. Es muy buen combustible, arde con llama corta y muy calorífica. Se emplea para obtener coque, alquitrán, gas ciudad, amoniaco y granito. También para fundir metales y obtener e. eléctrica.

    • Antracita: es el carbón mas antiguo con lo cual el que mayor cantidad de carbono contiene. Arde difícilmente con una llama azul, con un alto poder calorífico. Es negro, duro, opaco y de brillo vítreo.

    1.1.2 Carbones artificiales

    • Coque: sustancia porosa, ligera, negra y lustrosa que se obtiene a partir del carbón (hulla) mediante destilación. Al calentar la hulla para obtener coque también se obtienen gas ciudad, amoniaco y alquitrán. En las paredes de los hornos podemos encontrar un residuo del carbono casi puro llamado retorta.

    El coque no tiene llama y tiene un gran poder calorífico. Se usa como combustible y como agente reductor en la producción del hierro.

    • Carbón vegetal: Se obtiene por destilación seca de la madera, aunque su densidad neta es de 1.5g/cm3 el carbón vegetal es muy poroso y por eso flota en el agua. Sus utilidades son; como combustible pero su principal aplicación es como absorbentes de gases por eso lo utilizamos en la fabricación de mascarillas antigás y en bombas de alto vacío

    1.2. Explotación y transporte del carbón.

    • Explotación a cielo abierto: Cuando el yacimiento se encuentra en la superficie o a escasa profundidad. Se retiran los materiales que cubren el carbón y se procede luego a su extracción. Una vez terminada, se recubre de nuevo el terreno con el objetivo de minimizar el impacto ambiental.

    • Laboreo subterráneo: cuando el carbón s encuentra a gran profundidad. Se perforan pozos hasta la veta y después se excavan galerías para la extracción del mineral.

    Cuando el carbón está limpio se traslada hasta los lugares de consumo en trenes, barcos o camiones. De tal manera que encarece sobremanera el producto, así las industrias que utilizaban carbón se concentraban en las cuencas carboneras, sobre las que recaía todo el impacto medioambiental. En EE.UU. el carbón fluidificado se transporta a través de tuberías

    1.3. Producción mundial del carbón

    El carbón adquiere importancia a partir de la segunda mitad del s XVII, ya que es una de las bases de la Revolución Industrial. Actualmente es el combustible mas abundante en la naturaleza ya que sus reservas son el 70 % del total mundial de fuentes no renovables de energía. Estas reservas pueden abastecernos durante aproximadamente 250 años.

    Los principales productores de carbón se encuentran en el Pacífico Asiático, en América del Norte y en Europa.

    1.4. El carbón en España.

    Los recursos de carbón españoles, se estiman en unos cuatro mil millones de toneladas que, supone una producción para unos 100 años. Los yacimientos más importantes de hulla y antracita se encuentran en Asturias y León. La mayor parte del carbón nacional se destina al consumo en centrales térmicas. Y también:

    -La obtención de hierro.

    -Industrias químicas y cementeras (sustituidas por gas natural y coque de petróleo.)

    -Como combustible doméstico. Se ha sustituido casi por gas natural, gasóleo, propano-butano, etc.

    El carbón importado por España:

    -EE. UU. ………………...34,26%

    -Sudáfrica ……………....23,38%

    -Australia ………………..11,00%

    -Indonesia ……………….10,11%

    -Colombia ……………….< 5%

    -Canadá ………………….<5%

    -Resto de Europa ………...<5%

    1.5. Ventajas e inconvenientes del uso del carbón

    Las ventajas del uso del carbón se podrían resumir en:

    • En su combustión emite energía de forma regular.

    • Se obtiene una cantidad considerable de energía de una forma sencilla.

    • Las zonas de utilización del carbón suelen estar cerca de los yacimientos para abaratar los costes de transporte.

    Aunque tambien existen algunos inconvenientes:

    • La extracción del carbón de las minas resulta muy peligroso.

    • El coste del transporte obliga a que el consumo se realice cerca de las minas.

    • Al no ser una energía renovable puede agotarse en el futuro.

    • La combustión del carbón origina graves alteraciones medioambientales.

    1.6. Impacto medioambiental.

    • Influencia sobre el suelo: las explotaciones a celo abierto producen un impacto visual y destruyen una gran superficie de suelo. La capa superficial se ve afectada por al lluvia ácida.

    • Influencia sobre el agua: En las centrales térmicas el vapor de agua se condensa gracias a un circuito de refrigeración que recoge agua de un río o del mar y que suele devolver al mismo a elevada temperatura, lo que altera el ecosistema. El agua empleada en el lavado del carbón arrastra partículas a los ríos y mares y esto supone una contaminación al ecosistema.

    • influencia sobre la atmósfera: en la combustión se originan productos y residuos volátiles: dióxido de carbono, vapor de agua, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y partículas sólidas. Estos gases son la causa de efectos perjudiciales como:

      • Efecto invernadero: el dióxido de carbono es diatérmano, para la radiación solar que llega a la superficie de nuestro planeta y absorbe la radiación infrarroja que reemite la Tierra hacia el espacio. De esta forma se conserva el calor del Sol y al temperatura de la atmósfera se eleva, lo que produce alteraciones climáticas.

      • Lluvia ácida: los óxidos de nitrógeno y de azufre reaccionan con el agua de la lluvia formando ácidos nítricos y sulfúrico, de efectos sumamente nocivos para la vegetación.

      • Contaminación del agua de los ríos y lagos: afecta tanto a la vida acuática como a la potabilidad del agua de consumo.

      • Destrucción del manto fértil del suelo de los bosques: afecta sobretodo a las naciones mas industrializadas

      • Deterioro del patrimonio arquitectónico: los daños que se producen en al piedra de algunos monumentos representan un peligro para su conservación.

    2.- EL PETRÓLEO

    El petróleo es un combustible natural líquido, constituido por una mezcla compleja de hidrocarburos líquidos que llevan en disolución hidrocarburos sólidos.

    - Composición del petróleo crudo: Carbono - 85-90%; hidrógeno - 10-14%; azufre - 0.2-7%; nitrógeno - ^0.1-2%; oxígeno - hasta1.5%; vanadio - trazas; níquel - trazas; cromo - trazas; plomo - trazas; arsénico - trazas.

    Su densidad está entre 0,82 y 0,95 g/cm3 y es insoluble en agua.

    Es de origen fósil. Procede de la transformación, por la acción de determinadas bacterias, de enormes masas de plancton en ausencia de aire y bajo capas de sedimentos en cuencas marinas próximas a la costa.

    El petróleo puede desplazarse horizontal y verticalmente hasta llegar a un emplazamiento donde queda estabilizado. Solo puede conservarse en su sitio original si se halla en un tipo de yacimiento llamado cerrado. Normalmente se encuentra formando “bolsadas” a profundidades que oscilan entre los 10 y los 5000 m.

    2.1- Prospección, explotación y transporte del petróleo

  • Prospección del petróleo

  • Es la investigación de las acumulaciones de petróleo de valor comercial.

    2.1.2 Explotación del petróleo

    La perforación de un yacimiento se puede llevar a cabo de dos métodos:

    • Método de percusión. Consiste en romper una roca que cubre el yacimiento por medio de una sonda de acero. Cuando el fondo se llena de fragmentos de roca hay que sacar la sonda e introducir el porta testigos o cuchara que permitirá extraer dichos fragmentos. Este método se utiliza para pozos de pequeña profundidad. La velocidad de perforación es lenta de 20 o 30 metros por día.

    • Método de rotación. Se emplea un trepano que gira a gran velocidad (300rpm o mas) va disgregando la roca. Para eliminar el calor se hace circular entre el tubo de acero y la pared del pozo una corriente de lodo, además sostiene las paredes del pozo y arrastra asta la superficie el material disgregado. Es un método rápido, pero tiene la tendencia a desviarse el pozo de la vertical.

    La maquinaria externa se sitúa en las plataformas de unas estructuras metálicas en forma de torre. Según la naturaleza de estas estructuras la extracción puede ser terrestre o marítima. Aunque la terrestre (torres fijas, pero desmontables) es la más económica y la marítima (plataformas flotantes) han adquirido un gran auge en la actualidad.

    Tras la perforación hay varios métodos de extracción:

    - Flujo natural. El petróleo brota de forma espontánea debido a la presión ejercida por el agua y por los gases.

    - Bombeo mediante varillas, accionan una bomba situada en el fluido del pozo.

    - Extracción por gas, inyectando gas en le pozo por debajo del nivel del fluido.

    - Por bombas hidráulicas o eléctricas, etc.

    El crudo se conduce a dos depósitos en el primero se le extrae el gas y en el segundo el agua y se almacena en grandes tanques.

    2.1.3- Transporte del petróleo

    Los medios de transporte pueden clasificarse de la manera siguiente:

    • Canalización: oleoductos y “popelines”. Se construyen soldando tubos de acero de 80cm de diámetro, que se colocan en la superficie o se entierran en pequeñas zanjas, protegidos con telas. Parten de los yacimientos y finalizan en los puertos de embarque o grandes centros de consumo. La energía necesaria para el transporte se obtiene mediante estaciones de bombeo.

    • Buques para petróleo: tienen su espacio de carga dividido con tabiques transversales y longitudinales por motivos de construcción y seguridad, las sala de maquinas, bombas, camarotes de tripulación y la chimenea se encuentran en la popa la sala de maquinas esta separada de la carga por medio de compartimentos vacíos.

    Se construyen superpetróleos de 500000 toneladas que son muy económicos pero no pueden hacer escala en todos los puertos solo en os que estén equipados para ello. Para el transporte costero y fluvial utilizan barcos y buques cisterna.

    • Transporte por ferrocarril y carretera.

    Se han de abastecer con vagones o camiones cisterna, los productos para la venta al pormenor salen al mercado en envases como barriles, la parafina sólida se envasa en sacos.

    2.2 Aplicaciones del petróleo.

    El petróleo crudo necesita un proceso para que se pueda utilizar en aplicaciones industriales, este proceso se llama refinar el petróleo. Este proceso se lleva a cabo en instalaciones llamadas refinerías y se basa en la destilación fraccionada. Este proceso pone el petróleo en una torre de fraccionamiento y calienta el crudo que se hace vapor y va subiendo que al solidificarse en distintas bandejas. Cada una de estas bandejas pertenece un producto derivado del petróleo.

    Normalmente unos derivados del petróleo se usan más que otros y por consiguiente se hace el proceso llamado cracking para que un derivado que no se use tanto se pueda convertir en otro que se usa más como por ejemplo la gasolina. Esto se consigue calentando el producto hasta descomponer sus moléculas.

    Lo más importante es saber que podremos clasificar el petróleo en combustibles líquidos y gaseosos.

    2.2.2 Combustibles gaseosos

    Tres grupos dependiendo del tipo de instalación en el que se lleve a cabo su combustión:

    • Combustible del primer grupo ó gas de ciudad, se obtiene del petróleo, del gas natural y de la destilación de la hulla y por la acción del agua a presión sobre carbón al rojo.

    Su poder calorífico es de 4.000-5.500 Kcal. /m3 en condiciones normales, es de uso domestico y se distribuye por medio de una red de tuberías subterráneas. En la actualidad ha sido sustituido por el gas natural.

    • Combustibles del segundo grupo tiene un poder calorífico entre 10.000 y 13.000 Kcal. /m3 en condiciones normales, también se distribuye por tuberías a los puntos de consumo. A este grupo pertenece el gas natural y mezclas de butano y propano con aire en la proporción adecuada para sustituir al gas natural, o mezclarse con él en condiciones óptimas de combustión.

    • Combustibles del tercer grupo pertenecen los llamados gases licuados del petróleo, son el butano y el propano, se transportan y almacenan en estado líquido.

    Se comercializan con tres denominaciones:

      • Gas butano comercial (Pc = 28.700 Kcal./m3)

      • Gas propano comercial (Pc = 23.000 Kcal./m3)

      • Gas propano metalúrgico (Pc = 22.500 Kcal./m3)

    La distribución a industrias y viviendas se realiza mediante:

    • Bombonas de acero de butano comercial (12,5 Kg.), de propano comercial (11 Kg.) y de propano metalúrgico (35 Kg.)

    • Tanques fijos, recargables mediante camiones-cisterna

    2.3. Producción y consumo mundial del petróleo

    Ha pasado por dos crisis (1973 y 1979), su producción y consumo mundiales se han tendido a estabilizar, alcanzando en 1988 la cifra de 3440 Mtep (40% de la energía primaria) aprox. el 48% del petróleo producido se exporta. La reserva probadas en esta fecha (143 Gtep) equivalen al consumo de 40.6 años, y se concentran en Europa oriental y en Oriente medio.

    2.4. El petróleo en España

    En España se explotan dos yacimientos, la producción nacional es sumamente pequeña. Se importan de otros países como: Nigeria, México, Irak, etc...

    2.5. Ventajas e inconvenientes del uso del petróleo

    Las principales ventajas son que produce energía de una forma regular y con un buen rendimiento y que de él se obtienen importantes derivados.

    Sus principales inconvenientes son el gran aumento de precio según la disminución de las reservas, la trágica contaminación que producen sus gases y la peligrosidad de trabajar con él.

    3. EL GAS NATURAL.

    El gas natural es una mezcla de gases que se haya almacenada en el interior de la tierra, unas veces aislado (gas seco) y otras acompañado de petróleo (gas húmedo). Lo compone principalmente el metano en un 70% aprox. El resto de compuestos son etano, propano, butano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, helio y ácido sulfúrico.

    Es un gas incoloro y muy inflamable.

    Su origen se asemeja al del petróleo, así como los métodos de prospección y extracción, esta última más fácil porque el gas tiende a subir hacia la superficie a través de la perforación.

    La forma de transporte son dos:

    • Mediante gasoductos.

    Tuberías de gas a alta presión que llegan a los lugares de consumo donde se reduce la presión a valores adecuados.

    • Mediante buques cisternas.

    Hacen el gas líquido para poder transportarlo, y al llegar al destino se vuelve a convertir en gas para transportarlo por gasoductos o tuberías de baja presión para distribuirlo a los lugares de consumo.

    3.1 Aplicaciones del gas natural.

  • Como combustible doméstico o industrial. Cada usuario esta conectado a la red de gas y dispone de un contador, de manera que la suministradora sabe lo que gasta cada usuario enviándole una factura periódicamente.

  • Como combustible en centrales térmicas, mezclado con fuel.

  • Como materia prima en la industria petroquímica.

  • Para la obtención de gasolina.

  • En programas de cogeneración.

  • 3.2 Producción y consumo de gas mundial.

    En el año 1998 la producción mundial de gas natural alcanzó la cifra de 2016.4 Mtep, habiendo aumentado en los últimos años el balance energético: mientras que la demanda de energía primaria a nivel mundial incremento 11.1% el gas natural aumento un 23.1% en el mismo periodo.

    Las reservas de gas natural ascienden a 138.7 Gtep, que equivalen a 65.8 años de consumo. Las zonas mas ricas en gas natural están situadas en la antigua Unión Soviética seguido de EE.UU.

    3.3 El gas natural en España.

    El consumo de gas natural en nuestro país ascendió a 11.8 Mtep, del cual se producía aquí un 4.2%. El resto era importado de otros países como Argelia, Noruega, Libia,etc.

    España cuenta con dos almacenamientos subterráneos de gas natural, SErrablo y Gaviota y con tres terminales de descarga y regasificación de gas natural con una capacidad total de 450000 metros cúbicos, además de una red de gasoductos que en 1958 superaba los 5000 km.

    3.4Impacto medioambiental del petróleo y del gas natural.

  • Influencia sobre el suelo. Destacan los efectos producidos por la existencia de pozos petrolíferos, refinerías, oleoductos, gasoductos, etc… y en especial los derrames tanto de petróleo como de sus derivados.

  • Influencia sobre el agua. El impacto más grave lo producen los vertidos de las refinerías y los que se producen en la carga y descarga de los petroleros. Los incendios y hundimientos de barcos petroleros y de plataformas marinas han originado verdaderas catástrofes.

  • Influencia sobre la atmósfera. Algunos gases procedentes de la combustión de derivados del petróleo se pueden considerar como los principales responsables de la creciente contaminación atmosférica. Estos gases son:

  • -Dióxido de carbono (efecto invernadero)

    -Óxidos de nitrógeno y azufre (lluvia ácida)

    -Monóxido de carbono (sumamente tóxico)

    -Hidrocarburos.

    -Plomo.

    Medidas a tomar:

    -Incorporar un catalizador en los tubos de escape de los coches de gasolina.

    -Utilizar filtros y catalizadores en las instalaciones de combustión.

    -Tratar adecuadamente el agua de refrigeración en las centrales térmicas.

    -Establecer medidas de seguridad que disminuyan el riesgo de accidentes en petroleros, refinerías y oleoductos.

    -Promover la sustitución de estos combustibles por otras fuentes de energía <<más limpia>>.

    4. Centrales termoeléctricas clásicas o térmicas

    Se les llama clásicas para diferenciarla de centrales semejantes que utilizan otro tipo de recurso energético como por ejemplo las centrales nucleares.

    Este tipo de centrales transforman la energía calorífica procedente de los combustibles fósiles (carbón, fuel, gas natural…) en energía eléctrica.

    En España existen alrededor de 53 centrales que producen una potencia de 20713.7MW y una producción de energía de 79010 millones de kWh.

    CENTRALES TERMICAS

    En las centrales térmicas de carbón, éste se almacena y se transporta hasta la tolva, de ahí pasa a un molino en el que se tritura para q arda más fácilmente. Después se introduce en la caldera.

    Si el combustible empleado es fuel, éste se almacena en depósitos y se conduce desde ellos a la caldera; si es de gas éste pasa de los tanques de almacenamiento a la caldera, calentándolo antes.

    Algunas centrales térmicas, llamadas mixtas pueden utilizar combustibles de diferentes tipos.

    Al arder el combustible produce vapor de agua que circula a través de unos tubos por los cuales llega a las turbinas en las que se distinguen tres cuerpos diferentes:

    • Turbinas de alta presión.

    • Turbinas de media presión.

    • Turbinas de baja presión.

    De esta forma se aprovechas más el vapor.

    El giro de los álabes de la turbina se trasmite al rotor del generador, produciéndose energía eléctrica, cuya tensión se eleva en los transformadores, trasportándose luego hasta los lugares de consumo x medio de líneas de alta tensión.

    El agua liquida obtenida del vapor procedente de las turbinas se hace pasar por unos calentadores y luego se envía a la caldera para comenzar de nuevo el ciclo.

    El gas producido en la combustión calienta el agua y el aire de entrada y antes de ser expulsado se descontamina.