Materias primas

Recursos naturales. Fuentes de energía renovables. Carbón. Petróleo. Gas. Energía nuclear, solar y eólica. Fisión. Fusión. Central hidroeléctrica

  • Enviado por: Francisco Garcia
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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CARBON

Procede de la transformación de grandes masas de vegetación que han quedado sepultadas y han sufrido un porceso de carbonización total o parcial.

Tipos: Antracita, hulla, lignito, turba.

CARBONES ARTIFICIALES

Carbon vegetal: Se obtiene quemando madera, recubierta de barro para evitar que este en contacto con el aire para que la combustión sea parcial.

Carbon de coque: Se obtiene de la hulla. Se introduce esta a 1100ºC durante 16 horas. El calor necesario para obtener el carbon de coque se consigue del gas que emana la destilación del carbon durante el coquizado.

Productos que se obtienen en el coquizado:

Gas ciudad: Empleado para usos domesticos

Vapores amoniacales: de ellos se puede obtener sulfato amonico que se usa como fertilizante

Grafito: Casi puro queda adherido a las paredes de la camara del coquizado.

Brea o alquitran:

Aceites: Se sacan productos, como medicamentos, colorantes, insecticidas, explosivos...

La pez: Se emplea para pavimentar carreteras.

Repercusiones en el medio ambiente:

Efecto invernadero: Aumento del % de CO2. Ello hace que los rayos entren en la atmosfera atravesando el CO2 sin dificultat pero cuando el rayo reflejado en la tierra (infrarrojos) intenta salir, es absorvido.

PETROLEO

Color pardo oscuro, densidad: 0.8-0.95 kg/dm3

Grandes cantidades de material vegetal y animal quedaron sepultados.

Inicialmente descomposicion aerobica

Cuando se agoto el oxigeno la descomposición fue anaerobica.

Pozos petroliferos. Se descubren mediante ondas sismicas originadas por una explosion que reciben unos geofonos. Las ondas sismicas se propagan y son reflejadas con tanta o mayor intensidad y rapidez cuanto mayor es la dureza de las rocas con las que choca.

Parte superior: gas natural y otros hidrocarburos gaseosos

Parte central: petroleo

Parte inferior: Agua salada

Todo el conjunto esta rodeado por piedra impermeable

Refinerias: destilación fraccionada o multiple

Se pasa todo el crido por un horno a una temperatura de unos 340º con lo que todo el petroleo se transforma en gas

Este gas se lleva a la parte inferior de la refineria. Los gases mas ligeros tienden a subir hasta la parte mas alta de la torre y los mas pesados se condensan en forma liquida a diferentes alturas. La temperatura en la parte inferior es mas elevada que en su parte alta.

El problema es que las temperaturas de ebullicion de los distintos hidrocarburos que componen el petroleo estan muy proximas. Para evitar que uno de ellos sea arrastrado por el otro es necesario destilarlo de nuevo, constituyendo lo que se denomina destilacion fraccionada o multiple.

Los gases que ascienden, burbujean en el liquido que llena las bandejas, liquidos mas ligeros cuanto mas alto este el plataillo y que al aumentar su nivel en cada platillo pasa por el rebosadero y cae en el platillo inferior, pero que al encontrarse con los gases calientes ascendentes se vaporiza de nuevo, hasta alcanzar la seccion de la torre que tiene la temperatura correspondiente a la suya.

Cuando la demanda de un producto es mayor a la de otro se procede al craking, que mediante una temperatura mayor a la de su ebullicion se rompen las moleculas, y aparecen liquidos de menor peso.

Gas ciudad: Se obtiene el las coquerias al transformar la hulla en carbon de coque. Es bastante toxico. Pc: 4000 y 5500 kcal/m3

Gas natural: Consecuencia de la descomposicion de la materia organica. Pc: 10000 y 10500 kcal/m3

Gas natural humedo: Es el que hay en la parte superior de un yacimiento de petroleo. Se halla mezclado con combustibles gaseosos derivados del petroleo.

Gas natural seco: Se encuentra en las grandes bolsas recubiertas de material impermeable que soporta las altas presiones que hay en el interior.

Composicion: 84 % de metano + 8% de etano + 2% propano mas otras impurezas

Gases licuados del petroleo: Se obtienen como subproductos en la destilacion fraccionada. Reciben este nombre porque se transportan y almacenan a grandes presiones en estado liquido.

Gas pobre: Combustion incompleta de materia vegetal . Pc: 1200 y 2600 kcal/m3

Acetileno: Se obiene de la reacion de: H2O + CaC2. Al arder emite gran luminosidad. Pc: 13600 Kcal/m3

Repercusiones medioambientales: Las mismas que el carbon.

Para evitarlas: Utilizacion de gasolina sin plomo, utilizacion de gasoleos libres en azufre, sustitucion de instalaciones de gasoleo y fueloleo por gas natural

ENERGIA NUCLEAR

Es aquella energia que se desprende de los nucleos de determinados atomos cuando entre ellos se produce una determinada reacion. Se puede producir por fision o por fusion. E=m.c2

FISION: Consiste en provocar la ruptura de un atomo de un elemento pesado.

Si un atomo de uranio 235 es dividido por un neutron rapido dara lugar a dos nuevos atomos , un isotopo de bario (139 Ba) y un isotopo de kripton (84Kr) tres neutrones y gran cantidad de calor

Si un atomo de uranio 235 es dividido por un neutron lento dara lugar a la obtencion de dos nuevos atomos: un isotopo de xenon-134 (134Xe) y un isotopo de estroncio-100 (100Sr) dos neutrones y gran cantidad de calor.

Un gramo de uranio consumido (transformado) es de unos 20.000kwh.

Los neutrones emitidos despues de una escision pueden provocar otras fisiones en otros nucleos, continuandose el proceso (reacion en cadena). Para evitar la liberacion descontrolada de energia se utilizan barras de control.

PRODUCTOS DE LA REACCION NUCLEAR DE FISION.

Radiacion alfa: Particulas cargadas positivamente, nucleos de helio, que recorren pequeñas distancias. Son desviadas hacia el polo negativo. Se pueden interceptar con una hoja de papel, o incluso la piel.

Radiacion beta: Parecidas a electrones que recorren mayores distancias (1m) Pueden ser detenidas por una hoja de metal de algunos milimetros de espesor o una lamina de madera de unos centimetros de espesor.

Radiacion gamma: no tienen carga, no se desvian por efectos magneticos o electricos. Pueden recorrer centenares de metros y para detenerlas se necesita de una placa gruesa de plomo o una pared de hormigon.

Neutrones: No poseen carga, son muy penetrantes aunque pueden ser frenados facilmente, el agua s un excelente blindaje frente a ellos.

RIESGOS:

Riesgos de explosiones nucleares en centrales: Bastante improvable

Fugas radioactivas: Paso en chernobil, pero las medidas de seguridad son extremas y es poco probable de que vuelva a pasar

Exposcicion a la radioactividad: El hombre ha estado y esta expuesto a radiaciones. Una fuga radioactiva o una exposicion prolongada pueden provocar en el organismo de los seres vivos mutaciones, tanto a los presentes como a las futuras generaciones.

FUSION:

Consiste en la union de dos nucleos de atomos ligeros para formar un nucleo nuevo mas pesado y el desprendimiento de una gran cantidad de energia. Las particulas de los gases siempre estan en movimiento y si se les aumenta la temperatura estos van mas deprisa. La fusion consiste en aumentar la temperatura de una manera exagerada para que algunas de estas particulas choquen y se forme un atomo nuevo.

Problemas: La temperatura a la cual se tendria que elevar el gas seria unos 100.000.00 ºC

Disponer de un recipiente que soportara temperaturas tan elevadas.

A temperaturas incluso de 100.000ºC todos los atomos estan ionizados, han perdido los electrones y estos y los atomos en forma positiva forman el gas. Estado: Plasma. No se podria dipositar el plasma en ningun sitio ya que se enfriaria inmediatamente y las paredes del recipiente se volatilizarian.

Sacar la energia liberada y transformarla en electricidad.

ENERGIAS RENOVABLES:

Energia hidraulica: Se aprovecha la enegia cinetica o potencial (que posteriormente se convertira en cinetica) del agua.

Transformacion de la energia:

Energia potencial Energia cinetica Energia cinetica de rotacion Energia electrica

(embalse de agua) (Tuberias) (turbina) (alternador)

EMBALSE

Presa de gravedad: Con su peso contrarresta el empuje del agua. Suele ser recta o concava. Construccion cara.

Presa de boveda: Trabaja de manera que el empuje del agua lo transmite a las laderas de la montaña. Suele ser convexa, de tal manera que, cuanto mas empuja el agua del embalse, mas se clavan los lados de la presa en las laderas de la montaña. Esta caracteristica reduce el tamaño y por lo tanto el coste.

CONDUCTOS DE AGUA

Compuertas: Cuando hay un exceso de agua las compuertas sueltan el agua para que esta no pase por la sala de maquinas.

Tuberias de conduccion: Permite transportar el agua desde el embalse hasta las turbinas.

Turbinas: Tiene la funcion de transformar la energia cinetica del agua a energia mecanica de rotacion. En la actualidad las turbinas que mas se emplean son las Kaplan y la pelton mejorada.

Alternador: En las turbinas Pelton suele estar solidario al eje de la turbina, ya que la velocidad de giro del alternador se puede regular colocando mas o menos chorros.

Las turbinas Kaplan suelen girar muy rapidamente, por lo que es necesario intercalar un reductor de velocidad entre turbina y alternador.

Transformadores: elevan la tension de salida de los alternadores hasta los 400.000V. Si la central esta conectada a la red nacional debe estar sincronizada al conjunto de la red para que su aportacion se sume a la de otras.

POTENCIA DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA:

Depende de: la altura del salto del agua y el caudal que incide sobre las tubinas:

Potencia teorica

P= 9.8*Q*h=9.8*Q*p

Q: Caudal de agua en m3/s

p: Presion del agua al incidir sobre las turbinas, en kg/m2

Enegia que habra que tener en cuenta el tiempo de funcionamiento:

E=P*t=9.8*Q*h*t

T: tiempo en horas

TIPOS DE CENTRALES:

Minicentrales:

potencia inferior a 10MW

Han sido la base de produccion de electicidad en pueblos y empresas proximas a los rios

Pueden disponer de un pequeño embalse o sacar una tuberia directamente del rio a cierta altura

Grandes centrales:

Potencia superior a 10.000KW

Se situan en las cuencas de los rios con caudales grandes

Centrales de bombeo puro

Disponen de dos embalses. Desde el primero ubicado a una cierta altura, se deja caer el agua pasando por las tuberias hasta que llega a las turbinas, y estas transforman la energia cinetica en electricidad que se envia por las lineas. El agua caida desde el deposito se deja en el segundo embalse o rio.

Cuando hay poca demanda el agua usada se bombea otra vez al embalse superior para su posterior uso.

Centrales mixtas con bombeo

No se necesita bombear agua al embalse superior pq este ya esta conectado a un rio. Solamente cuando hay un excedente de energia se gasta en bombear agua para su posterior uso.

VENTAJAS

Limpio

Regulador del caudal del rio, evitando inundaciones y desastres

Almacena agua para su posterior uso o para el consumo humano o los riegos

DESVENTAJAS

A la hora de hacer el embalse y la presa se anegan terrenos

Se trastoca la vegetacion y la fauna autoctona

Energia solar:

El sol es la principal fuente de energia de la Tierra. Se ha constatado que la intensidad media de radiación solar medida fuera de la atmosfera es K= 1.94 cal/min . cm2 A esta constante se le llama constante solar. Pero la intensidad solar que llega a la superficie de la Tierra se reduce, debido a varios factores, atmosfera y gases. Ademas tampoco es igual en todas las zonas de la Tierra, el valor del coeficiente es las mejores condiciones es de K= 1.3 cal/min . cm2

La formula que nos indica la cantidad de calor que llega a un punto de la superficie de la Tierra viene dada por la expresion:

Q= K*t*S

S: Seccion o area en cm2

La energia solar tiene dos campos de aplicación fundamentales: conversion en energia electrica y trasnformacion en energia termica o calorifica.

Conversion en energia calorifica mediante colectores planos.

Un colector solar es una caja, normalmente metalica, en la que se han dispuesto en su interior una serie de tubos, pintados de color negro, por los que circula agua. El interior del colector esta pintado de color negro para absorber los rayos solares. En la parte superior despone un cristal que permite el paso de los rayos y hace de aislante con el exterior. El colector se orienta hacia el sol para captar la maxima radiacion solar.

Hasta t de 35º

Modelo mas sencillo. Tuberias sin aislamiento, con contacto con el exterior.

Hasta t de 60º

Colector con cristal exterior e internamente ira aislado mediante fibra de vidrio o poliuretano. Tuberias pintadas con negro

Hasta t de 120º

El colector lleva en su interior un aislamiento al vacio. Por tanto ira precintado para que no se pueda abrir.

Colectores cilindricos parabolicos:

Concentran la radiacion solar en una tuberia que contiene un liquido generalmente aceite. Con este sistema se puede llegar a 300º

El liquido calentado llega a la caldera donde hace que el agua llegue a ebullicion. El vapor hace girar la turbina y la hace girar, el alternador gira con ella y se encarga de generar electricidad.

Campo de heliostatos

Esta formado por unos espejos enfocados a una caldera que hay en las alturas de una torre. El liquido del interior de la caldera es conducido al generador de vapor. Luego la energia se transmite a un segundo circuito donde el agua se evapora y llega al grupo turbina-alternador que produce electricidad. Finalmente el liquido es condensado para repetir el ciclo.

Horno solar:

Consiste en enfocar una gran superficie (en forma de parabola) de espejo a una pequeña zona para concentrar todos los rayos solares. Las temperaturas pueden llegar a 4000 º, y se utilizan para la investigacion. No es rentable por su alto coste y el horno solar mas grande del mundo tiene una potencia de 1 MW

Placa fotovoltaicas:

Cada modulo o placa fotovoltaica esta formada por una serie de celulas solares (normalmente 36 en serie) consturidas a base de silicio.

Cuando la luz solar incide sobre las celulas se genera una pequeña tension (0.58 V) en los extremos de sus bornes. Las celulas se colocan en serie consiguiendose una tension final de 18 V y una intensidad de 2A

El rendimiento es de un 25% y a medida que aumenta su temperatura el rendimiento disminuye.

Energia eolica:

Energia eolica=energia cinetica del aire.

El 2% de la energia solar se transforma en viento aunque solo se puede aprovechar la que va a ras de suelo.

Maquinas eolicas:

Aeroturbinas de eje horizontal:

Potencias bajas o medias: Numero de aspas elevado. Se usan para bombear agua y como suministro suplementario de electricidad en el medio rural. Arrancan cuando hay un viento de 2m/s y su pleno rendimiento es cuando es de 5m/s. P=0.5 - 50 KW

Potencia alta: Cuatro palas y de perfil aerodinamico. Arrancan a 9 m/s y su rendimiento aumenta a medida que gira con mayor velocidad y sus palas son mas largas y disminuye a medida que la velocidad del viento se eleva de los 15 m/s

Aeroturbinas de eje vertical.

Menos usados pero futuro prometedor debido a que:

No necesitan dipositivos de orientacion ya que por cuestiones de simetria siempre estan orientados

Ofrecen menos vibraciones de resistencia y vibraciones estructurales.

Savonius: Se compone de dos semicirculos iguales. El viento, al actuar sobre la superficie del cilindro, produce el giro del eje.

Darrieus: Esta constituida por palas de perfil biconvexo unidas las unas con las otras produciendo el giro del eje al que estan unidas.

Calculo de la energia generada en una aeroturbina.

Ademitiendolo que la seccion S esta fija en el espacio y que el fluido pasa a traves de ella, a una velocidad uniforme (v) al cabo de un tiempo (t) habra reconrrido la distancia (l) en direccion a al aeroturbina

Velocidad del viento: V=l/t ; l=v.t

La densidad del aire viene dada por la formula d=m/v ; m= d.v

El volumen de viento que ha atravesado el tubo en el tiempo (t) vale; V= S.l=.v.t; por lo que la masa valdra; m=d.S.v.t

La energia cinetica de este volumen de viento vale:

Ec=1/2 m.v2 = ½ d .S.t.V2= ½ d.S.t.v3

Rendimiento aerodinamico:

R: E.util/E.c= P.util/P.viento= R. 1/2d.S.v3