Capítulo 5. Energías no renovables.

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Las energías no renovables tienen una importancia enormeen todos los países desarrollados y en vías de desarro-llo. Generalmente, son bastante contaminantes, pero laimplantación de nuevas tecnologías está contribuyendo aaprovechar mejor esta energía y producir menor impactoambiental.

En los años setenta se produjo un desarrollo espectacularde la energía nuclear para la obtención de energía eléc-trica, pero el temor a escapes radiactivos o explosionesnucleares renó su avance. En España no se ha instaladoninguna central nuclear desde 1982.

ENERGÍAS NO RENOVABLES

05



86 energías no renovables05

j5.1Fuentesdeenergía

El hombre, a lo largo de la Historia, ha intentado explotar todos aquellos recursos ener-géticos que tenía en su entorno y que le orecía la naturaleza. En algunos casos hubode inventar máquinas que uesen capaces de aprovechar dichas energías; en otros uesuciente la utilización de procesos tecnológicos sencillos ya conocidos.

Las uentes de energía se clasican en primarias y secundarias.

j A.Fuentesdeenergíaprimarias

Las uentes de energía primarias son todas aquellas ormas de energía naturales queactualmente utiliza el hombre. Se pueden clasicar en renovables y no renovables.

• MWh (megavatio o megawatthora) = 1 000 kWh (kilovatios okilowatts hora).

• 1 Mtep (megatonelada equiva-lente de petróleo) = 1 000 000tep (toneladas equivalentes depetróleo).

• 1 ktep (kilotonelada equivalen-te de petróleo) = 1 000 tep.

• 1 MWh = 861 244 kcal = 0,086tep.

• 1 tep = 7,2056 bep (barrilesequivalentes de petróleo).

• 1 tep = 107 kcal = 4,18 · 1010 J.

• 1 kilotón (kt) = 4,18 · 1015 J.

• 1 megatón (Mt) = 4,18 · 1018 J.

Importante

Fig. 5.1. Consumo de energía primaria en España en el año 2006.

Nuclear16,56 Mtep

11,1 %

Energíasalternativas9,61 Mtep

6,44 %

Hidráulica2,85 Mtep

1,91 %

Gas natural26,90 Mtep

18,02 %

Carbón17,99 Mtep

12,06 %

Petróleo75,31 Mtep

50,47 %

EJEMPLO1

Calcula a cuántas toneladas equivalentes de petróleo (tep) es igual 1 MWh.

Solución

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 petróleo, mediante una regla de tres, 1 MWh = 86,12 kg de petróleo = 0,086 tep.

Se entiende por energías no renovables aquellas que nos proporciona la naturaleza,pero que, una vez consumidas, no hay orma de obtener de nuevo. Esto quiere decir quesus reservas son limitadas, por lo que un consumo excesivo puede llegar a agotarlasantes de lo previsto. Por el contrario, se denominan energías renovables aquellas queestán disponibles para el ser humano sin peligro de que se agoten, pues la propia natu-raleza, en condiciones normales, nos las seguirá proporcionando. El consumo de energíaprimaria en España en el año 2006 ue de 149,22 Mtep. En el cuadro adjunto se puedenver las energías primarias más utilizadas en España.

La Asociación Internacional de la Energía (AIE) utiliza una unidad de energía, deno-minada tonelada equivalente de petróleo (tep), cuyo valor es igual a 107 kilocalo-rías. Para ello, admite que 1 kg de petróleo crudo es igual a 10 000 kcal.

Hidráulica

Solar

Eólica

Biomasa

Maremotriz

De las olas

Residuos Urbanos (RSU)

Fuentesde energíaprimarias

No renovables

Combustiblesósiles

Energía nuclear

Carbón

Petróleo ygases combustibles

Renovables

A l t

e r n a t i v a s

Geotérmica

Hidrotérmica



energías no renovables 05

ACTIVIDADES

1> Explica qué signican los símbolos tep, ktep y Mtep,así como su equivalencia.

2> ¿Qué unidad es mayor, 1 tep o 1 MWh?

3> ¿Cómo explicas que la cantidad de petróleo, con-siderado como energía primaria, no sea igual a lacantidad de petróleo consumido como energía se-cundaria?

• 1 barril de petróleo es igua159 litros es igual a 0,13tep.

• 1 bep (barril equivalente petróleo) es igual a 0,0072 t

• La densidad media del petróes de 0,873 kg/litro.

• El consumo de energía prim

por habitante en España durte el año 2006 fue de 3,34 t

Importante

j B.Fuentesdeenergíasecundarias

Se denominanenergías secundarias

onales

a aquellas energías resultantes de latransormación de las energías primarias en otro tipo de energía. Algunos ejemplos deenergías secundarias son la gasolina, el gasóleo, el queroseno y otros derivados del petróleo; el carbón de coque (procedente de la hulla); la electricidad, etcétera.

El consumo de energía secundaria en el año 2006 ue de 113,64 Mtep. Como se muestraen el gráco adjunto, las energías secundarias más demandadas en la actualidad son losproductos petrolíeros y la electricidad.

La electricidad se puede considerar más bien como un tipo de energía de «transición»,pues la electricidad consumida se transorma en otros tipos de energía: mecánica (paramover motores), luminosa (en bombillas), térmica (produciendo calor), etcétera.

Fig. 5.2. Consumo de energía secunden España en el año 2006.

Energías renovables4,7 Mtep

4 %

Prodpetro

64,15

Gas natural19,85 Mtep

17 %Electricidad22,75 Mtep

20 %

EJEMPLO4

Suponiendo que todo el carbón consumido en España haya sido hulla, determina cuántas toneladas se han emplea-do como uente de energía primaria.

Solución

2,24 Mtep = 2,24 · 106 tep = 2,24 · 106 · 107 kcal = 2,24 · 1013 kcal. Como el poder caloríco 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

¿Qué cantidad de barriles de petróleo (productos petrolíeros) se han consu-

mido en España en el año 2006? ¿Cuántos kilos de petróleo tiene un barril?Solución

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 petrolíeros. Si1 000 kgep (kilogramos equivalentes de petróleo) = 7,2056 barriles, medianteuna regla de tres: x = 138,78 kilogramos.

EJEMPLO2

Determina la cantidad de energía eléctrica consumida en España, en MWh,durante el año 2006.

Solución

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

Carbón2,24 Mtep

2 %




Breve evolución del carbón

• Se empieza a utilizar a gran es-cala en el siglo xvi, como susti-tuto de la madera, que empeza-ba a escasear.

• En la Revolución Industrial (fi-nales del siglo xviii y primeramitad del xix), el carbón consti-tuye la fuente de energía prin-cipal en máquinas industriales,tracción ferroviaria e ilumina-ción de ciudades.

• En 1910, más del 90 % de laenergía consumida a nivelmundial provenía del carbón.La producción anual fue duran-te aquel año de 1 200 millonesde toneladas.

• A partir de 1920, el carbón em-pieza a experimentar una nota-ble decadencia a favor del pe-tróleo.

• En la actualidad, su uso se res-tringe casi exclusivamente a

centrales térmicas clásicas.

Importante

Fig. 5.4. El consumo de carbón en Españaen el año 2006 ue de 26,40 Mtep, y procedió de los países indicados en el gráfco.

Otros10,08 Mtep

38,2 %

Australia1,78 Mtep

6,7 %

Producciónpropia

6,62 Mtep25,1 %

Sudárica4,02 Mtep

15,3 %

EE.UU.2,47 Mtep

9,3 %

Indonesia1,43 Mtep

5,4 %

j5.2Combustiblesfósiles

Loscombustibles ósiles

son el carbón, el petróleo y el gas natural. Todos ellos pro-ceden de restos vegetales y otros organismos vivos (generalmente plancton marino)que hace millones de años ueron sepultados por eecto de grandes cataclismos o e-nómenos naturales y se ueron transormando, por la acción de microorganismos, bajounas condiciones de temperatura y presión adecuadas. Según el residuo orgánico deque se trate, así como las condiciones y tiempo de permanencia en el lugar, tenemoscombustibles sólidos (carbón), combustibles líquidos (petróleo) y combustibles gaseosos (gas natural).

Fig. 5.3. El origen del carbón.

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Agua

Zona selvática

Restos de plantas

Sedimentos

Turba

Agua

Sedimentos y rocas

Carbón, petróleo o gas natural

j A.Elcarbón

El carbón es un combustible sólido de color negro, compuesto undamentalmente porcarbono y otros elementos químicos, como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, etcétera.

Tipos de carbón

Atendiendo a su procedencia, los carbones se clasican en minerales y articiales.

1. Carbón mineral. Procede de la transormación de grandes masas de vegetación quehan debido quedar sepultadas y han surido un proceso de carbonización total oparcial. Según la naturaleza de los vegetales y su antigüedad, el carbón presenta unacomposición dierente. 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 %

Poder calorícoaprox. (kcal/kg)

8 000 7 000 6 000 2 000

Procedencia Era Primaria Era Primaria Era Secundaria Muy reciente




1. Carbones articiales. Son abricados o modicados por el hombre. Los más impor-tantes son:• Carbón vegetal. Se obtiene quemando madera, apilada en montones recubiertos

generalmente de barro, para evitar el contacto directo con el aire y, de estamanera, conseguir que la combustión sea parcial. Se ha utilizado mucho en ca-leacciones (braseros). En la actualidad prácticamente no se emplea, excepto enbarbacoas.

• Carbón de coque. Éste se utiliza, undamentalmente, como combustible y reductorde óxidos metálicos en el horno alto, para la obtención del acero, a partir del mineral de hierro, como se explicará un poco más adelante. Este carbón deberáser poroso, para permitir el paso del aire hacia arriba, y resistente, para soportarla enorme carga que se encuentra encima de él. (Puede haber incluso más de 40metros de mineral de hierro comprimiéndolo.)

Aplicaciones del carbón

El carbón, aunque en la actualidad ha perdido mucha importancia debido a su alto podercontaminante, todavía sigue teniendo bastantes aplicaciones como uente primaria deenergía. Cabe destacar tres aplicaciones importantes: abricación de carbón de coque,obtención de productos industriales y producción de electricidad en centrales térmicasclásicas.

1. Fabricación de carbón de coque. Como ya hemos indicado, se emplea para la abri-cación del acero, proceso en el que este carbón realiza dos unciones vitales:• Servir como combustible, para undir el mineral de hierro.• Emitir gases que reaccionen con los óxidos errosos para transormarlos en hierro

(proceso de reducción, contrario a la oxidación).

El carbón de coque se obtiene del carbón de hulla, después de surir un proceso quese denomina coquizado, y consiste, generalmente, en introducir hulla en cámarascerradas (en cuyo interior se controla la cantidad de oxígeno). Después se aumentasu temperatura hasta unos 1 100 °C y se mantiene así unas 16 horas; nalmente,el coque al rojo vivo se vierte sobre un vagón que lo transporta hasta la torre deapagado (cortina de agua).

El calor necesario para obtener el carbón de coque se consigue del gas que emana dela destilación del carbón (gas ciudad) durante el proceso de coquizado. Los produc-tos que se obtienen, además del carbón de coque, son los indicados en el apartadosiguiente.

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

en sustitución del butano en la mayoría de la viviendas de las grandes ciudades.Su poder caloríco es de unas 5 000 kcal/m3, en condiciones normales de presión(1 atm) y temperatura (0 °C). En la actualidad este gas se emplea en las propiascoquerías o para industria. Fue retirado del uso doméstico por ser muy tóxica suinhalación en caso de uga.

• Vapores amoniacales. De ellos se suele obtener sulato amónico, que se usa comoertilizante.

• Grato casi puro, que queda adherido a las paredes de la cámara.• Brea o alquitrán, de la que se obtienen:

— Aceites. De ellos se sacan productos tales como medicamentos (ácido acetil-salicílico), colorantes, insecticidas, explosivos, plásticos, etcétera.

— Pez. Para pavimentar carreteras (asalto) e impermeabilizar tejados.

Fig. 5.5. Obtención del carbón vegea través de la descomposición por adel calor (pirólisis).

Fig. 5.6. Baterías de coque.




3. Producción de electricidad en centrales térmicas clásicas. Generan electricidad apartir de combustibles ósiles (carbón, uelóleo y gas natural).

El uncionamiento de una central térmica es el siguiente:

• El carbón que llega a la cinta transportadora (1), caea la tolva (2) y se pulveriza con el molino (3). Luegose introduce en la caldera (4) y se quema para obtenerenergía caloríca. Las cenizas que caen a la parte inerior(5) se extraen.

• Esta energía caloríca se emplea para calentar el aguaque 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 sedesplaza del punto 6 al 8. Como el calor es tan intensoen los puntos 4 y 6, el agua se convierte en vapor a granpresión.

• El aire que se introduce en la caldera, para que arda el carbón, se inyecta a una temperatura de unos 90 °C. Paracalentarlo, se hace pasar por el recalentador (9), queconsiste en una serie de tuberías 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 ausar aprovechando el calor del humo.

• Los humos procedentes de la combustión se hacen pa-

sar por un precipitador (10), que suele constar de va-rias cortinas de agua pulverizada, con objeto de rete-

ner las partículas sólidas, especialmente cenizas. Undesulurizador (11) evita que salgan las partículas deazure a la atmósera, que provocan la lluvia ácida.Finalmente, los humos se dejan escapar por la chime-nea (12).

• El vapor generado en las tuberías (4 y 6) se dirige hacialas turbinas (13, 14 y 15), haciéndolas girar a gran velo-cidad (aquí se transorma la energía térmica en energíamecánica de rotación). Solidario al eje de la turbina, estáel alternador o generador de corriente alterna (20), que

produce corriente. En él se transorma la energía mecáni-ca en energía eléctrica.

• 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 ría, procedente deun depósito que se encuentra en la torre de rerigeración(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 eléctrica generada (a unos 20 000 voltios) sehace pasar por los transormadores (17), a n de elevarsu tensión hasta unos 400 000 V, para su traslado (21) alos puntos de consumo.

Fig. 5.7. Central térmica clásica (modifcada de original de UNESA).

1- Parque de carbón y cintatransportadora

2- Tolva

3- Molino

4- Caldera

5- Cenicero

6- Sobrecalentador

7- Recalentador

8- Economizador

9- Calentador de aire

10- Precipitador

11- Desulfuración

12- Chimenea13- Turbina de alta presión

14- Turbina de media presión

15- Turbina de baja presión

16- Condensador

17- Transformadores

18- Torre de refrigeración

19- Calentadores

20- Generador

21- Líneas de transporte deenergía eléctrica




Nuevas tecnologías aplicadas a centrales térmicas

Debido a que la quema de carbón suele provocar grandes contaminaciones al medio

ambiente, se están implantando nuevas tecnologías, como por ejemplo la combustiónen lecho fuido o la gasicación del carbón.

— Combustión en lecho fuido. Para conseguirla, una vez molido el carbón, semezcla con partículas de cal. Por eecto de una corriente ascendente, que lasmantiene fotando al mismo tiempo que arden, se consigue que:

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

2. El azure, contenido en el carbón, reaccione químicamente con la cal, conlo que se evita la emisión de azure a la atmósera y con ello la generaciónde lluvia ácida.

— Gasicación del carbón. Consiste en inyectar oxígeno o aire, junto con vapor de

agua, a una masa de carbón. Con ello se genera la emisión de un gas, que pos-teriormente se quema. Esta técnica se emplea también para el aprovechamientode energía en vetas de carbón de diícil acceso o a grandes proundidades.

Sectorización del consumo de carbón

Las reservas de carbón se estiman en 4 300 millones de toneladas. El 82 % de los recur-sos carboníeros de España están concentrados en tres provincias: León (35 %), Asturias(30 %) y Teruel (17 %). El consumo de carbón en España durante el año 2006 ue de42,09 millones de toneladas. De ellas, se importaron 23,70 millones. La distribuciónaproximada, por sectores, se muestra en la Tabla 5.2.

Hay dos formas de extraercarbón:

• Explotación subterránea.la que se excavan pozos, deminados galerías, hasta llea la veta de carbón. Normmente, se transporta a la perficie mediante vagoneA veces suele aparecer un denominado grisú y compuemayoritariamente por metaque en contacto con una chiproduce explosiones. Este tema de extracción es muy cy peligroso.

• Explotación a cielo abiePara aquellos yacimientos se encuentran a ras de supficie. Su extracción es mepeligrosa y mucho más baraunque no sin algunas difitades.

Importante

EJEMPLO5

Calcula la cantidad de carbón de antracita que es necesario aportar diariamentea una central térmica clásica si su rendimiento es del 30 % y tiene una potenciaconstante de 50 000 kW. P

c (antracita) = 8 000 kcal/kg.

Solución

Energía útil = E u= P · t = 50 000 · 24 [kWh] = 1,2 · 106kW · h = 1,2 · 109 ·

· 3 600 [W · s] = 4,32 · 1012 J = 1,033 · 1012 cal = 1,033 · 109 kcal Energía suministrada = E

s= 8 000 [kcal/kg] · m [kg]

η = 0,3 = E u / E

s= 1,033 · 109 [kcal] ⇒ m = 1,033 · 109

= 430 622 kg8 000 [kcal/kg] · m[kg] 8 000 · 0,3

Consumo decarbón enEspaña

Millonedetonelad

Generacióneléctrica

37,26

Coquerías y otros 4,17

Fabricación decemento

0,21

Uso doméstico 0,041

Industria 0,409

Tabla 5.2. Desglose del consumo decarbón en España en el año 2006.

EJEMPLO6

Calcula la cantidad de m3 de gas ciudad que es necesario quemar para convertir el carbón de hulla en carbón de coque(en el interior de una coquería), si se necesitan 2 · 108 kcal. El poder caloríco del gas ciudad es 5 000 kcal/m3. Lapresión de suministro es de 2 atm y la temperatura de 30 °C. El rendimiento esη = 95 %.

Solución

P c (real) = P

c (cn) · p 273/(273 + t ) = 5 000 · 2 · 273/(273 + 30) = 9 010 kcal/m3; E

s= P

c(real)· V

E u

2 · 108 [kcal]η = 95 % = 0,95 =

E s

= 9 010 [kcal/m3] · V [m3]

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




Carbón y medio ambiente

La combustión de carbón aecta de una manera signicativa al medio ambiente.a) Impacto medioambiental. La combustión del carbón origina una serie de dete-

rioros medioambientales importantes. De todos ellos, quizá los más importantesson la emisión a la atmósera de óxidos de azure (SOx), óxidos de nitrógeno(NOx), partículas sólidas, hidrocarburos (metano) y dióxido de carbono.

Estos gases, si no son absorbidos por procesos naturales, originan un cambiode las proporciones en el aire, y traen graves consecuencias para nuestro medioambiente. Cabe resaltar los siguientes eectos:

• Eecto invernadero: consiste en un aumento del tanto por ciento de dióxidode carbono (CO2) en la atmósera. Ello hace que los rayos entren en la atmós-era, atravesando el CO2 sin dicultad, pero cuando los rayos refejados en la

tierra (inrarrojos) intentan salir, son absorbidos. Las consecuencias son unaumento progresivo de la temperatura media de la atmósera.

• Lluvia ácida: se genera como consecuencia de la emisión de azure y óxidosde nitrógeno a la atmósera. Estas emisiones reaccionan con el vapor de agua,gracias a los rayos solares, transormándose en ácido sulúrico y ácido nítrico,que se precipitan a la tierra en orma de lluvia. A veces estas precipitacionesocurren a gran distancia del lugar de la emisión.

• Pérdidas de parte del manto értil del suelo: originan la destrucción de bue-na parte de los bosques.

• Contaminación de ríos: daña la vida acuática y deteriora el agua que consu-mimos.

• Deterioro del patrimonio arquitectónico: los gases producidos por la com-bustión del carbón atacan la piedra, poniendo en peligro su conservación.

b) Tratamiento de residuos. Los residuos sólidos originados en la combustión del carbón (cenizas ricas en azure) no suelen perjudicar al medio ambiente, siempreque se depositen en vertederos controlados.

Fig. 5.8. La contaminación tiene grandes repercusiones en el medioambiente.

4> ¿Cuáles son las tres aplicaciones más usuales del car-bón en España?

5> Dibuja, mediante diagramas conceptuales (recuadros),las partes de una central térmica clásica. Luego expli-ca su uncionamiento, relacionando cada una de estaspartes mediante líneas y rótulos. ¿Para qué crees quese emplea el carbón dentro de lo que se denomina usodoméstico?

6> Explica qué es el carbón de coque y para qué se em-plea.

7> ¿Cómo crees que infuye el consumo de carbón en el aumento del eecto invernadero?

8> En una zona turística, para subir a lo alto de una mon-taña de 500 m se emplea una locomotora de vapor.

Suponiendo que la locomotora, junto con los viajeros,pesa 30 t, determina qué cantidad mínima de carbónde antracita es necesario quemar si el rendimiento esdel 8 %.S: 54,95 kg de carbón.

9> Suponiendo que el poder caloríco medio del car-bón consumido en España en el año 2006 ue deP

c = 7 000 kcal/kg y que las centrales térmicas usadas

tuvieron un rendimiento del 33 %, calcula la energíaeléctrica producida por ellas en MWh.S: 99 916 666 MWh.

ACTIVIDADES




j B.Elpetróleo

El petróleo es un combustible natural ormado por una mezcla de hidrocarburos y, enmenor proporción, por otros elementos, como azure, oxígeno y nitrógeno.

Su color es pardo oscuro y su densidad varía entre 0,8 y 0,95 kg/dm3, no disolviéndoseen el agua. La composición depende del lugar de extracción; pero, generalmente, sueleestar comprendida dentro de los valores que aparecen en la Tabla 5.3.

• Origen del petróleo. La ormación del petróleo es análoga a la del carbón. Gran-des cantidades de materia vegetal y animal (especialmente plancton marino) ueronsepultadas por sedimentos; posteriormente, de manera gradual y en determinadascondiciones de presión y temperatura, se originó el petróleo gracias a dos tipos dedescomposición:

— Inicialmente, la descomposición se llevó a cabo mediante bacterias aerobias

(que necesitan oxígeno).

— Posteriormente, a medida que se iban depositando más sedimentos y ya no habíaoxígeno, aparecieron bacterias anaerobias. Estas bacterias convirtieron la mate-ria orgánica en hidrocarburos, que se almacenaron en lugares donde la roca eraporosa y en cuyo alrededor había roca impermeable (arcilla) que evitaba que, poreecto de la presión de los gases, saliese al exterior.

• Pozos petrolíeros. La localización y extracción del petróleo o crudo no es una tareasencilla. Se necesita personal muy cualicado y equipos muy costosos. Por ello esnecesario, antes de proceder a la peroración, hacer un estudio de las característicasdel terreno.

Existen varios métodos para la localización de bolsas petrolíeras, pero el que mayornúmero de datos aporta de la estructura del subsuelo es el denominadométodo sís-mico. Su principio es el mismo que el empleado para determinar el origen, hipocentroo epicentro de los terremotos naturales.

Este registro permite conocer, sin necesidad de perorar el suelo, la existencia deestratos subterráneos, su orientación e inclinación, así como la presencia de plieguesy allas que son «trampas» del petróleo.

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

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

— Parte superior: gas natural y otros hidrocarburos gaseosos.

— Parte inerior: agua salada.

— Laterales: roca impermeable (arcilla) y depósitos de sal.

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

Si el tubo perorador llega a la bolsa de gas y se detiene, sin llegar a la capa de petró-leo, subirá un chorro violento de gas. Si, por el contrario, el extremo del tubo penetraen el petróleo, éste ascenderá empujado por el gas y el agua comprimidos.

A medida que sale el petróleo, también va disminuyendo la presión. Cuando estoocurre es necesario introducir bombas e incluso inyectar agua o aire a presión.

Fig. 5.9. Pozo petrolíero y torrede extracción.

Depósitode sal

Aguasalada

Roca porosa

Arcilla

Petróleoo crudo

Gasnatural

Torre deextracción

Elemento %

Azure 0,1 a 8

Carbono 80 a 90

Hidrógeno 10 a 15

Nitrógeno < 1

Oxígeno < 1,5

Tabla 5.3. Composición del petróleo




• Las renerías: destilación raccionada o múltiple del petróleo. El petróleo o crudono se utiliza directamente tal y como se extrae del yacimiento. Previamente debesurir un proceso de destilación en las renerías, con objeto de separar los distintos

hidrocarburos que lo orman.El principio es bastante sencillo. Supongamos que una mezcla la componen un sólidoy un líquido; al evaporarse el líquido, en el recipiente quedará solamente el sólido.Si ese gas evaporado se enría en otro lugar, será posible recuperarlo. Pues bien,el crudo está ormado por distintos hidrocarburos con dierentes temperaturas deevaporación, por lo que se pueden separar elevando su temperatura y enriándoloposteriormente.

El proceso de destilación es el siguiente:

1. Se hace pasar todo el crudo por un horno a una temperatura de unos 340 °C, conlo que todo el petróleo se transorma en gas.

2. Este gas se lleva a la parte inerior de la renería (torre de raccionamiento). Losgases más ligeros tienden a subir hasta la parte más alta de la torre y los máspesados se condensan en orma líquida a dierentes alturas. La temperatura en laparte inerior es más elevada que en su parte alta.

El problema que se presenta es que las temperaturas de ebullición de los distintoshidrocarburos que componen el petróleo están muy próximas. Para evitar que unode ellos sea arrastrado por el otro, es necesario destilarlo de nuevo, constituyendolo que se denomina destilación raccionada o múltiple. En la Figura 5.10 se puedeobservar la orma interna de la torre de destilación o raccionamiento. Los gases queascienden burbujean en el líquido que llena las bandejas o el platillo. Este líquido esmás ligero cuanto más alto esté el platillo y, al aumentar su nivel en cada platillo,pasa por el rebosadero y cae en el platillo inerior. Pero al encontrarse con los gases

calientes ascendentes, se vaporiza de nuevo en parte, y paso a paso, de escalón enescalón, vuelve a ascender hasta alcanzar la sección de la torre que tiene la tempe-ratura correspondiente a la suya de condensación. Allí, estos gases ascendentes selicuan y salen al exterior de la torre, mediante conductos adecuados.

La composición típica de un litro de crudo después del proceso de reno suele ser laque se muestra en la Figura 5.11.

Cuando la necesidad de un producto es mayor que la de otro (como es el caso de lagasolina, que tiene más demanda que el alquitrán), para evitar almacenamientos ex-cesivos, se recurre a un proceso denominado craqueo (en ingléscracking). El craqueo consiste en calentar un hidrocarburo por encima de su temperatura de ebullición conobjeto de romper las moléculas complejas (por agitación térmica) y obtener otras demenor peso molecular que coincidan con las de los hidrocarburos de mayor demanda.

10> Explica por qué no es posible encontrar bolsas petrolí-eras en zonas proundas, compuestas por materia per-meable.

11> ¿Cómo se puede extraer el crudo de un pozo cuando yase ha localizado?

12> ¿Para qué es necesaria la destilación raccionada del crudo?

13> ¿En qué consiste el craqueo del petróleo?

14> Averigua qué tipo de combustibles utilizan las siguien-tes máquinas: taxi de una gran ciudad española, cale-acción, barco mercante, yate, moto de 49 cm3, auto-bús ecológico, camión y automóvil de uso amiliar.

15> Explica qué tipo de descomposición dio origen al pe-tróleo.

ACTIVIDADES

Fig. 5.11. Composición típica de un litrode crudo después del proceso de refno.

Gasolina20 %

Gasóleoy uelóleo

37 %

Butanoy propano

2 %

Otros6 %

Alquitrán,paranas y

aceites12 %

Fig. 5.10. Refnería de petróleo.

Gasligero

Propano

Butano

Queroseno

Gasolina

Petróleo

Gasóleo

Fuelóleo

Queroseno23 %

40 ºC

100 ºC

200 ºC

250 ºC

300 ºC

340 ºC




• Productos obtenidos y sus aplicaciones. De los pozos petrolíeros se obtienen dostipos de combustibles: gas natural e hidrocarburos.

— Gas natural. Se ha originado como consecuencia de la descomposición de mate-ria orgánica, a través de un proceso análogo al del petróleo.

Suele encontrarse de dos maneras distintas:

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

2. En grandes bolsas recubiertas de material impermeable (arcilla), que soportalas altas presiones que hay en el interior. Este gas recibe el nombre de gasnatural seco. Se compone básicamente de metano y etano (con más del 70 %) y pequeñas proporciones de hidrógeno (H2) y nitrógeno (N2).

Una vez en la supercie, se almacena (a gran presión para que se licue el gas) enunos depósitos llamados gasómetros, y posteriormente se conduce mediante tube-rías (gasoductos) o licuado (en camiones cisternas especiales) a los lugares deconsumo.

Independientemente de su procedencia, antes de ser empleado, el gas natural sureun tratamiento con el n de eliminar las impurezas que contiene, así como otros hi-drocarburos, quedando prácticamente con una composición de metano (84 %), etano(8 %), propano (2 %) y otras impurezas.

Su poder caloríco es, en condiciones normales, de 8 540 kcal/m3. Su combustión esmuy poco contaminante, ya que el porcentaje de azure es muy bajo, generando CO2

y HO2.

Fig. 5.13. Red de gasoductos de gas natural.

Gerona

Tarragona

Lérida

Castellón

Valencia

AlicanteOrihuela

Cartagena

Almeria

Málaga

AlgecirasCádiz

HuelvaSevilla Granada

Córdoba

Almendralejo

Mérida

Salamanca

Valladolid Zaragoza

Burgos

SantanderBilbao

S.Sebastian

PamplonaVitoria

Gasoducto en operación

Gasoducto en construcción

Gasoducto en proyecto

Gasoducto en estudio

Planta de regasificación

Estación de compresión

Planta de regasificación en proyecto o estudio

Estación de compresión en proyectos/contrucción

Estación de compresión en estudio

Centros de mantenimiento

Centros de mantenimiento en proyecto estudio

Yacimiento de gas natural

Almacenamiento subterráneo

Centrales eléctricas

BadalonaSant Adriá

BesósFoix

Sagunto

Murcia

Marismas

Osuna

Poseidón

C.ColónRincón

Jaén

Linares

Badajoz

Campo Major

Cáceres

Setúbal

isboa

Leiria

Coimbra

Oporto

Braga

Vigoontevedra Orense

SabónLa Coruña

El Ferrol

Lugo

Villalba

Avilés Gijón

Oviedo

León

BenaventePalencia

Zamora

MadridGuadalajara

ToledoAceca

Ciudad Real

PuertollanoC.S.E.

Aranda de Duero

Banturtzi

LogroñoCalahorra

Gaviota

Huesca

Monzón

Tamarite

Alfarras

Perpiñán

Lacq

Serrablo

Argel

Hassi R'melMecheria

Orán

Oujda

El ArichaMelilla

Ceuta

Tánger

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

2420

3 0

3 0

26

20

266

12

2 6

3 0 26

161212

12

20

16

20

26

32

32

10

10

20

20

26

26

2828

26

2048

Barcelona

Fig. 5.12. Países de los que Españaimporta gas natural.

Noruega6 %

Omán2 %

Argelia32 %

Libia2 %

Nigeria

20,2 %

1Egipto13,5 %

• En España hay cuatro ymientos de gas en explotaciLa producción (en tep) es:

— Poseidón (Cádiz): 37 790

— El Ruedo, Las Barreras yRomeral (Sevilla): 20 656

• La producción de gas naten España en el año 2006 de 58 446 toneladas equivaltes de petróleo (tep).

• El consumo de gas en el 2006, fue de 19,85 Mtep, procedieron de los países

aparecen a continuación.

Importante




• En España hay cinco pozos pe-trolíferos en explotación, perolos que más crudo proporciona-ron en 2006 fueron:

– Rodaballo (35 393 t).– Casablanca (66 766 t).– Boquerón (32 390 t).– Ayoluengo (5 397 t).

• La producción de crudo enEspaña en el año 2006, fue de0,140 Mtep.

• El consumo total de crudo opetróleo en el año 2006 fue de

72,04 Mtep.

Importante

Tabla 5.4. Hidrocarburos más importantes.

— Hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos. Los productos más importantesque se obtienen, así como sus aplicaciones, se indican en la Tabla 5.4.

Hidrocarburos Poder calorífco Características y aplicaciones

G a s e o s o s

Metano+Etano 8 500 kcal/m3

Muy volátiles e infamables. Debido a sugran volumen y diícil licueacción, sesuelen quemar en la propia renería.

Butano 28 500 kcal/m3 Se suele vender en botellas de 12,5 kg(color naranja).

Propano 22 350 kcal/m3 Se comercializa en botellas de acero de 11y 35 kg. Uso doméstico.

L í q u i d o s

Gasolina 11 000 kcal/kg

Se emplea en motores de explosión.Cuando se utiliza en motores de dostiempos es necesario mezclarlo con un 2 %de aceite.

Queroseno 10 765 kcal/kg Utilizado en motores de aviación.

Gasóleo 10 300 kcal/kgEmpleado en motores diésel ycaleacciones.

Fuelóleo 9 900 kcal/kgSe utiliza en centrales térmicas ensustitución del carbón.

Aceites 9 800 kcal/kgNo se emplean como uente de energía,sino para el engrasado de piezas móviles.

S

ó l i d o s

Ceras(paranas,vaselinas)

9 500 kcal/kg Usos industriales.

Alquitrán 9 200 kcal/kg Pavimentos de carreteras eimpermeabilizante en terrazas, tejados,etcétera.

El propano y el butano se comercializan en botellas de distintos tamaños, a grandespresiones. De esta manera, los gases se convierten en líquidos, recibiendo el nombrede gases licuados del petróleo (GLP).

Otros combustibles no procedentes del petróleo son:

• Gas ciudad o manuacturado. Se obtiene mayoritariamente en las coquerías, al transormar el carbón de hulla en coque metalúrgico. Hasta no hace mucho tiempo se

empleaba para nes domésticos (caleacción, calentadores y cocinas). En la actuali-dad se emplea como combustible en la propia obtención de carbón de coque.Tiene el inconveniente de ser bastante tóxico y de contaminar el medio ambiente,ya que está ormado básicamente por hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) ymetano (CH4), por lo que se está sustituyendo por gas natural.Su poder caloríco en condiciones normales (P

c (cn)), presión 1 atm y temperatura

0 °C, está comprendido entre 4 000 y 5 500 kcal/m3.• Gas pobre o gas del alumbrado. Se obtiene a partir de la combustión incompleta

de materia vegetal. Su poder caloríco es muy pequeño: P c = 1 500 kcal/m3. Ya casi

no se emplea.• Acetileno (C

2H

2). Se obtiene al añadir agua al carburo de calcio (CaC2). Se emplea en

la soldadura oxiacetilénica. Su poder caloríco es de 13 600 kcal/m3.

Fig. 5.14. Países de los que Españaimporta crudo.

Otros17,1 %

Rusia15,4 %

México

13 %

ArabiaSaudí

11,6 %

Nigeria10,5 %

Libia12,1 %

Iraq8,7 %Noruega

5,9 %Irán

5,8 %




• Impacto medioambiental del petróleo. Por tratarse de un combustible ósil, deormación análoga al carbón, sus repercusiones son muy parecidas. Para paliar partede los problemas de lluvia ácida y eecto invernadero, últimamente se han tomado las

siguientes medidas:— Utilización de gasolina sin plomo. Con ello se reduce la polución por gases a ni-

veles muy bajos, así como la emisión de partículas de plomo.— Utilización de gasóleos libres de azure.— Sustitución de instalaciones de gasóleo y uelóleo por otras que utilicen gas na-

tural.

Tal vez uno de los mayores problemas que genera el consumo de petróleo radique ensu transporte. Existe una enorme red de oleoductos en España y en el mundo, pero noes suciente para cubrir la enorme demanda y hay que recurrir al transporte marítimoy terrestre. Las costas españolas han surido bastantes desastres ecológicos derivadosde accidentes marítimos. El más reciente ha sido el vertido del petroleroPrestige en lascostas gallegas y cantábricas.

ACTIVIDADES

16> Averigua si pasa algún oleoducto o gasoducto cercade donde vives. ¿Cuál es el punto de almacenamien-to más cercano a donde vives?

17> En el año 2006, las importaciones de gas natural realizadas por España ueron de 26,90 Mtep. ¿Cuálesueron los principales proveedores de gas natural?Determina qué cantidad de gas (en Mtep) nos hasuministrado cada uno de los países.

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

18> Busca inormación relativa a los distintos envasesempleados para vender GLP. Averigua qué capacidadtiene cada uno. Luego haz sendos dibujos indicandopara qué aplicación se destina.

Fig. 5.16. Marea negra ocasionada pel vertido de un petrolero.

Fig. 5.15. Red de oleoductos.

• Tratamiento de residuos. Los productos petrolíeros tienen muy pocos residuos. Sólocuando se está renando el petróleo se producen residuos gaseosos (metano + eta-no), los cuales, dada su dicultad para licuarlos (ya que ello exigiría altísimas presio-nes, peligrosas a la hora de manipular los contenedores), son quemados en la propiarenería. En esta combustión emiten monóxido y dióxido de carbono a la atmósera.




j5.3Energíanuclear

Hasta nales del siglo xix, los cientícos creían que la energía de una partícula dependíade su velocidad (energía cinética). Fue Einstein quien armó que las partículas atómicastenían energía, independientemente de su velocidad.

En energía nuclear, por estartrabajando a nivel atómico, escostumbre utilizar las siguientesunidades:

• Masa: Unidad de masa atómica (u)

1 u = 1,66 · 10–27 kg

• Energía:Se emplea el megaelectrovoltio omega-electronvolt (MeV), que esigual a:

1 MeV = 1,602 · 10–13 J

Empleando la ley de Einstein,referente a la transformación enenergía de una unidad de masaatómica, tendremos:

E = m · c2 = 1,66 · 10–27 [kg] · 9 ·· 1016 =1,494 · 10–10 J

Mediante una regla de tres, sededuce la energía en megaelec-trovoltios, que se consigue aldesintegrar una unidad de masaatómica: E = 932,58 MeV.

Importante

Se llama energía nuclear a aquella que se desprende de los núcleosde ciertos átomos, cuando entre ellos se produce una determinadareacción.

Einstein descubrió que la masa se podía transormar en energía, según la órmula queya vimos en la Unidad anterior:

E = Energía producida (en orma de calor) en julios. E = m · c

2 m = masa desintegrada en kilogramos. c = velocidad de la luz en metros por segundo = 3 · 108 m/s.

Sabiendo que el poder caloríco (P c ) de un tipo de carbón es de 7 200 kcal/kg

y el del gasóleo 10 300 kcal/kg, determina qué cantidad de cada uno de ellossería necesario quemar para obtener una energía equivalente a la obtenida sise desintegrase íntegramente 1 kg de uranio.

Solución

Energía de 1 kilogramo de uranio: E = 1 · (3 · 108)2 = 9 · 1016 J

Pasándolo a kilocalorías: E = 9 · 1016

/4,18 = 2,15 · 1016

cal = 2,15 · 1013

kcal a) La energía que se obtiene de la masa de carbón será: E = P

c · m; m = E/P

c = 2,15 · 1013 kcal/7 200 kcal/kg = 2,99 · 109 kg =

= 2,98 · 106 t.b) La energía a obtener de la masa de gasóleo será: E = P

c · m; m = E/P

c = 2,15 · 1013kcal/10 300 kcal/kg = 2,09 · 109kg =

= 2,09 · 106 t.

EJEMPLO7

Se observa que una pequeña cantidad de masa proporciona una gran cantidad de ener-gía. Ello se debe a que en las reacciones nucleares el aprovechamiento energético sehace de manera distinta a como se realiza en una combustión ordinaria.

En la práctica no es posible transormar toda la masa en energía. Normalmente se partede uno o dos átomos de uno o dos elementos para transormarlo en otro elemento dis-tinto. En el cambio se observa una ligera variación de las masas iniciales y nales, peroen ningún caso los átomos iniciales desaparecen completamente.

En la actualidad se está trabajando con dos tipos de reacciones nucleares:• Reacción nuclear de sión. Se emplea undamentalmente para obtener electricidad

y como medio de propulsión en submarinos. Con este método se obtiene alrededordel 20 % de la energía eléctrica mundial. En la actualidad existen unas 425 centralesnucleares uncionando en más de 25 países.

• Reacción nuclear de usión. Está en ase experimental. Todavía no se ha conseguidoenergía comercial alguna. Se le augura un gran uturo.




j A.Tiposdereaccionesnucleares

Desde el punto de vista de la obtención de la energía, existen dos tipos de reaccionesnucleares: sión y usión.

1. La sión nuclear consiste en romper un núcleo de un átomo de uranio enriquecidoal 3 % (235U) o de plutonio (239Pu). Éstos son los dos únicos isótopos sionables(cuando se rompen emiten gran cantidad de energía) y además inestables (estánemitiendo partículas, lo que hace que se conviertan en otro átomo distinto).

El proceso se inicia lanzando un neutrón a gran velocidad sobre el átomo que sedesea sionar (romper). Al chocar el neutrón contra el núcleo, lo rompe en dosragmentos (dos nuevos átomos), liberando tres neutrones y gran cantidad de calor.Una reacción nuclear típica suele ser la que se muestra en la Figura 5.17, y es lasiguiente:

1n + 235U = 93Cs + 140Rb + 3n

Cada uno de los tres neutrones emitidos puede provocar nuevas siones en otrosnúcleos, continuándose el proceso. En la segunda reacción nuclear tendríamos tresátomos, rompiéndose simultáneamente, que emitirían cada uno otros tres neutrones,por lo que en la tercera reacción ya habría nueve. Así, en la reacción número n seestarían rompiendo 3n–1 átomos. Como se observa, en cada instante hay muchísimosmás núcleos que se rompen, por lo que se está liberando mayor cantidad de calor.

A este enómeno de sión, escisión o rotura de núcleos atómicos se le denominareacción en cadena. Si no se controla este número de escisiones, el calor liberado estan grande que se origina una bomba atómica.

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

• Componentes de una central nuclear. Los elementos más importantes de cualquiercentral nuclear de sión son el reactor nuclear, la turbina, el condensador, el edi-cio de almacenamiento y manipulación y el circuito de rerigeración (Fig. 5.19).

a) Reactor nuclear. En él se origina la reacción nuclear de sión. Consta de:

— Tubos de acero inoxidable, en los que se introduce el combustible (ormado porpastillas de uranio 235U).

— Barras de control, que regulan la cantidad de escisiones en la unidad de tiempoy, por tanto, la potencia del reactor. Si las barras están totalmente levantadas,se producirá una reacción en cadena (con peligro de explosión), porque no haynada que detenga a los neutrones que se generan. Cuando las barras son total-mente introducidas en el núcleo, la reacción en cadena se detiene. Las barras sonde carburo de boro, porque absorben muy bien los neutrones.

— Moderador, cuya nalidad es la de reducir la velocidad de los neutrones. Se hacomprobado que los neutrones con velocidades lentas (alrededor de 2,2 km/s)tienen más probabilidades de impactar con un núcleo que los que se desprendena grandes velocidades (20 000 km/s). Para ello se emplea agua pesada, berilio ograto.

Atendiendo al moderador utilizado, los reactores nucleares se pueden clasicaren lentos y rápidos:• Reactores lentos. Son aquellos que disponen de moderador. Se trata de reac-

tores más controlables, ya que al poder ajustar la velocidad de los neutronesse sabe con antelación cuándo se va a producir la escisión del núcleo de unátomo.

• Reactores rápidos. Los que no disponen de moderador.

n

93Cs

140Rb

235U

Fig. 5.17. Fisión nuclear.

Fig. 5.18. Central nuclear.

Fig. 5.19. Componentes de una cennuclear.

ReactorCircuito dererigeración

Edicio dealmacenamientoy manipulación

Turbina Condensador




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

• El combustible es igual que en el tipo anterior.

• Como moderador emplea el mismo que el tipo anterior.

• El circuito de refrigeración consta de un solo circuito. Elrefrigerante que extrae el calor del núcleo pasa a estadogaseoso (ebullición), y se dirige a las turbinas.

• El 25 % de las centrales mundiales son de este tipo.

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

• Utiliza como combustible uranio enriquecido (235U) al3 %.

• Como moderador: agua ligera (protio).

• El circuito de refrigeración consta de dos circuitosautónomos: primario (el refrigerante está siempre enestado líquido) y secundario (el refrigerante, al pasarpor el generador de vapor, se convierte en vapor agran presión).

• El 50 % de las centrales que hay son de este tipo.

Barras decontrol

Combustible

Turbina

Generador de vapor

Circuitosecundario(vaporde agua)

Intercambiador decalor (condensador)

Intercambiador

Barrera de protección exterior (hormigón)

Barrera de protección central (hormigón)

Barrera interna (acero)

Circuito primario (agualíquida a 240 °C)

Alternador

Agua caliente

Agua ríaAgua caliente

Agua ría

Bomba

Bomba

En la actualidad hay en Españaocho centrales nucleares de fisiónen funcionamiento:

1. Trillo I (Guadalajara). Potencia:1066 MW. Tipo: PWR.

2. Vandellós II (Tarragona). Poten-cia*: 1009 MW. Tipo: PWR**.

3. Cofrentes (Valencia). Potencia:990 MW. Tipo: BWR***.

4. Almaraz II (Cáceres). Potencia:983 MW. Tipo: PWR.

5. Almaraz I (Cáceres). Potencia:974 MW. Tipo: PWR.

6. Ascó I (Tarragona). Potencia:

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

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

Potencia: 460 MW. Tipo: BWR.* Potencia eléctrica** PWR: reactor de agua a presión (pressurizedwater reactor).*** BWR: reactor de agua en ebullición (boilingwater reactor).

Importante b) Turbina. A la turbina llega vapor a alta presión. El giro de la turbina mueve unalternador que genera corriente eléctrica.

c) Condensador. Para que la turbina uncione 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 depósito lleno de agua por el que pasa una tubería quetransporta el líquido o gas que se quiere enriar. La tubería cederá el calor al agua del depósito. Luego es necesario sacar el calor del depósito; para ello seintroduce otra tubería, que entra con agua ría y sale con agua caliente.

d) Edicio de almacenamiento y manipulación. Se utiliza como depósito de com-bustible. Este combustible es almacenado en piscinas de hormigón, recubiertascon una plancha de acero y llenas de agua. En este lugar también se almacena el combustible ya utilizado hasta que es trasladado a un centro de reprocesamientoo a un depósito de almacenamiento denitivo.

e) Circuito de rerigeración/generador de vapor. El núcleo del reactor está rodea-do por un líquido rerigerante cuya misión es la de evacuar el calor. Los rerige-rantes más 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 BWRson más inseguras, ya que un escape del fuido puede provocar una contamina-ción radioactiva. En el texto del margen se detallan las centrales nucleares desión que existen en España y el tipo de reactor que cada una utiliza.




2. La usión nuclear consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligerospara ormar un núcleo nuevo más pesado y el desprendimiento de grancantidad de energía.

Los átomos de un gas están 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 kilómetros por segundo (apli-cándoles calor hasta que su temperatura llegue a millones de grados),pueden vencer la mutua repulsión de sus núcleos y así undirse al chocar,generando un átomo nuevo. Este proceso libera gran cantidad de energíaen orma de calor.

Actualmente las reacciones termonucleares que dejan en libertad mayor cantidad deenergía son las que tienen lugar entre núcleos de hidrógeno, concretamente entrelos isótopos de deuterio y tritio para ormar helio. Además, existe la ventaja de queel deuterio y el tritio se pueden obtener del hidrógeno y éste del agua dulce o aguadel mar, con lo que resultaría una uente inagotable de energía.

De momento, este tipo de energía todavía se encuentra en estado de experimen-tación, ya que se gasta más de la que se obtiene. Son varios los problemas que sepresentan:

• Calentar el gas a temperaturas tan elevadas. Se ha estimado que, para obte-ner una cantidad de energía que supere la necesaria para iniciar la reacción, senecesita una temperatura de unos 100 000 000 °C. Para que este sistema uerasusceptible de utilización comercial, tal vez se necesitarían 300 000 000 °C y quese mantuviesen durante varios segundos. Se cree que la usión es la uente deenergía de las estrellas (el Sol, por ejemplo).

• Disponer de un recipiente que pueda soportar esas altísimas temperaturas eltiempo suciente para que se produzca la usión y se libere la energía.

A temperaturas incluso de 100 000 °C todos los átomos están ionizados (han per-dido sus electrones). Por tanto, el gas está ormado por átomos con carga positivay electrones libres cargados negativamente. Este estado se denominaplasma.

Si el plasma se coloca en un recipiente normal, se enría rápidamente y las paredesdel recipiente se volatilizan de orma instantánea. Como el plasma está ormadopor cargas eléctricas (núcleos positivos) y electrones, se pueden colocar levitandodentro de potentísimos campos magnéticos, evitando así contacto alguno con lasparedes.

• Extraer la energía liberada y transormarla en electricidad.

Fusión

Tritio

Deuterio

Helio

Neutrón

Fig. 5.22. Fusión nuclear.

http://www.din.upm.es

Página del Departamento de Inniería Nuclear de la UniversiPolitécnica de Madrid.

En Internet

ACTIVIDADES

19> Representa, mediante diagramas conceptuales, lasdierentes transormaciones energéticas que se ori-ginan en una central nuclear de sión PWR (reactorde agua a presión).

20> ¿Qué unción realizan los moderadores y barras decontrol?

21> ¿En qué se dierencia un reactor PWR de uno BWR?¿Cuál es más seguro? ¿Por qué?

22> Explica para qué vale un intercambiador de calor ycuántos tiene una central PWR.

23> En la década de 1970 se consideró la energía nuclearcomo la energía del uturo. ¿Qué circunstancias hanmotivado que en la actualidad haya muy pocos paí-ses que apuesten uertemente por este tipo de ener-gía?

24> Explica qué es el plasma y de qué manera se sueleconseguir.




Fig. 5.23. Reactor Tokamak.

Bobinas magnéticas

Plasma

Campo magnético ormadopor plasma

http://www.mma.es

Página del Ministerio de MedioAmbiente.

En Internet

Radiaciónambiental 100 milirem

Radiograíamédica 300 milirem

Dos horasdiarias detelevisión

300 milirem

1 000 kmde viaje en

avión

50 milirem

Vivir cerca deuna centralnuclear

1 milirem

Tabla 5.5. Dosis anuales de radiaciónhabituales por persona.

• Métodos para contener el plasma. En la actualidad se está ensayando con dos sis-temas:

— Mediante connamiento inercial. Consiste en emplear un rayo láser nísimo paracomprimir partículas de deuterio, durante un tiempo que no va más allá de algu-nas trillonésimas de segundo. Con ello se consigue que las partículas alcancenuna densidad de 10 000 veces la del agua y se generan pequeñísimas explosionestermonucleares semejantes a la bomba H.

— Mediante connamiento magnético (Tokamak). Dispone de enormes electroimanesque producen campos magnéticos del orden de 50 000 gauss, que hacen que el plasma «fote». Simultáneamente, se hace pasar una corriente enorme (de variosmillones de amperios) a través del plasma, para incrementar su temperatura.

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

El único problema es que, de momento, la energía consumida es mayor que la produ-cida.

j B.Energíanuclearymedioambiente

• Impacto medioambiental. Si una central de sión unciona con normalidad, lasemisiones radiactivas no superan las producidas de manera natural (Tabla 5.5). Sinembargo, puede haber accidentes, debidos a:

— Escapes de agua radiactiva del circuito primario (como ha ocurrido recientementeen un submarino británico).

— Explosiones del reactor, motivadas por exceso de temperatura, al undirse 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 eectos terriblessobre los seres vivos. El eecto dependerá del nivel de radiactividad y del tiempo deexposición.

En centrales de usión, las posibilidades de que ocurra un accidente son ínmas, ya quela masa que se emplea es muy pequeña. Las radiaciones emitidas son mucho menoresque en el caso de la sión, y los eectos también.

• Tratamiento de residuos. Los residuos de las centrales nucleares son aquellos ma-teriales que contienen o están contaminados con radioisótopos (emiten partículasradiactivas). Se pueden clasicar en los siguientes tipos:

— De baja actividad: ropas, guantes, herramientas, etcétera.— De media actividad: ltros de gases y líquidos usados.

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

Los residuos de baja y media actividad se mezclan con hormigón y se introducen enbidones que se almacenan en la propia central y luego se llevan a almacenes denitivos,como el depósito de El Cabril (Córdoba).

Los residuos de alta actividad se almacenan provisionalmente en la central, dentro depiscinas de hormigón con agua. Luego pueden reprocesarse para obtener 239U, paracombustible o armas nucleares, o encapsularse (se mezclan con vidrio undido) y de-positarse en minas proundas, geológicamente estables.




Autoevaluación

1> Señala cuál de las siguientes energías no es alterna-tiva:

a) Solar b) Biomasac) Hidráulica d) Maremotriz

2> Indica cuál de las siguientes energías no es unaenergía secundaria o nal:

a) Gasolina b) Electricidadc) Gas natural d) Petróleo o crudo

3> Para un mejor aprovechamiento del carbón y conobjeto de que contamine menos el medio ambiente,se está aplicando una tecnología, denominada:

a) Combustión b) Cobre y estañoen lecho fuido

c) Níquel y estaño d) Cobre y cinc

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

a) Hidrocarburos no b) Óxidos de azurequemados

c) Dióxido de carbono d) Óxidos de nitrógeno

5> Cuando se calienta un hidrocarburo por encima desu temperatura de ebullición, con objeto de rom-per las moléculas complejas y obtener otras de pesomolecular menor, que coincidan con las de los hi-drocarburos de mayor demanda, se denomina:

a) Reno b) Craqueoc) Gasicación d) Destilación

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

a) Murcia b) Cádizc) Sevilla d) Guipúzcoa

7> A la escisión del núcleo de un átomo mediante bom-bardeo de partículas se le denomina:

a) Fusión b) Fisiónc) Fundición d) Fricción

8> Indica cuál de las siguientes centrales nucleares noes de sión:

a) Ascó I b) Tokamak IIc) Corentes d) Trillo I

9> Indica cuál de los elementos indicados a continua-ción no orma parte de una central nuclear de -sión:

a) Barras de control b) Moderadorc) Tubo de acero d) Obturador

inoxidable

10> Las partículas encargadas de mantener una reacciónnuclear por sión son:

a) Neutrones b) Protonesc) Plasma d) Protio

c ; 2 d ; 3 a ; 4 c ; 5 b ; 6 b ; 7 b ; 8 b ; 9 d ; 1 0 a .

SOLUCIONES




Para repasar

1> ¿Qué quiere decir que una uente de energía no esrenovable?

2> ¿Cuáles son las uentes de energía renovables y norenovables?

3> Señala cinco tipos de energías secundarias.

4> ¿Qué tipo de combustibles ósiles has empleado túo tu amilia como uente de energía?

5> ¿Cómo se ha ormado el carbón?6> ¿Qué son los carbones articiales? ¿Cómo se obtie-

nen?

7> ¿Qué productos se pueden obtener de la brea y el alquitrán?

8> Describe en qué consisten las nuevas tecnologíasaplicadas a la combustión en centrales térmicas,para reducir la contaminación atmosérica.

9> ¿Qué elementos son los que rodean el petróleo ocrudo cuando se encuentra en el pozo petrolíero?

10> ¿Cuáles son los hidrocarburos derivados del petróleomás usados? ¿Qué otros productos se obtienen del petróleo?

11> Sabiendo que en el año 2006 las importaciones decrudo realizadas por España ascendieron a 75,31Mtep, determina qué cantidad de crudo se importóde cada uno de los siguientes países: a) Arabia Sau-dí; b) Nigeria; c) México; d) Irán; e) Noruega.

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

12> ¿Qué otros combustibles gaseosos (no procedentesdel petróleo o gas natural) conoces? Señala sus ca-racterísticas y aplicaciones.

13> ¿Cuántas renerías de crudo hay actualmente en Es-paña?

14> ¿Qué ventajas tiene el empleo de gas natural rentea otros combustibles?

15> ¿Cuál es la dierencia entre un gasoducto y un oleo-ducto?

16> ¿En qué orden se van licuando los dierentes hidro-carburos que se obtienen en la destilación raccio-nada?

17> Indica cuál es la composición típica de un litro decrudo.

18> Haz una relación de los hidrocarburos más impor-tantes y señala para qué 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 qué consiste la sión nuclear y la reac-

ción en cadena.

21> Determina cuántos átomos se estarán rompiendo si-multáneamente, en la octava reacción nuclear, si sedesprenden tres neutrones cada vez.

22> Explica para qué vale el intercambiador de calor ycuántos tiene una central BWR.

23> ¿Qué dierencia hay entre usión y sión nuclear?

24> ¿Cuánto tiempo tendría que estar uncionando lacentral nuclear de Corentes para generar una ener-gía de 14,85 GWh (gigavatios hora)?

S: 15 horas.

25> ¿En qué se basa la usión nuclear?

26> ¿Qué problemas presenta aún la obtención de ener-gía mediante usión?

27> ¿Qué reacción nuclear es más contaminante, la u-sión o la sión? ¿Por qué?

28> Busca a lo largo del tema el signicado de cadauno de los términos siguientes: energías renovables,energías alternativas, uentes de energía secunda-ria, barril de petróleo, antracita, hulla, lignito, co-que, gas ciudad, brea, la pez, central térmica clá-sica, gasicación del carbón, bacterias anaerobias,craqueo, destilación raccionada del petróleo, GLP,acetileno, gas pobre, sión, usión, isótopo de ura-nio, reacción en cadena, reactor nuclear, PWR, BWR,intercambiador de calor, deuterio, tritio, plasma,connamiento inercial y connamiento magnético.

Problemaspropuestos




Problemaspropuestos

Para afanzar

29> Justica por qué se consume solamente el 2,7 % decarbón como energía secundaria, cuando se gastatanto como energía primaria. ¿En qué se convierte?

30> ¿Para qué crees que se emplea el carbón, dentro delo que se denomina uso doméstico?

31> Analiza la gráca siguiente, en relación con el con-sumo de energías en España, a lo largo de los añosque se indican. ¿Gastamos más energía cada año?¿Por qué? ¿Qué tipo de energías parece que tienenmayor uturo? ¿A qué se debe?

32> Analiza los momentos más signicativos en la pro-ducción de energía en España en los últimos años,a partir del gráco adjunto. ¿Cuál crees que será latendencia en el uturo? ¿Por qué?

33> Señala qué ventajas e inconvenientes puede aca-rrear una explotación de carbón a cielo abierto.

34> Averigua en qué provincias se encuentran los actua-les pozos petrolíeros españoles. Para ello, recurre aInternet si lo consideras necesario.

35> ¿Qué tanto por ciento de crudo, aproximado, seobtuvo de los pozos petrolíeros españoles en el año 2006, en relación con el total consumido aquel año (75,31 Mtep)?S: 0,19 %.

36> ¿Qué ventajas crees que tiene el empleo de gas na-tural rente a otros combustibles?

37> ¿Todo el gas natural que se consume está en la partesuperior de pozos petrolíeros? ¿Por qué?

38> ¿Cómo se almacena y transporta el gas natural? ¿Yel petróleo o crudo?

39> Explica qué es un megaelectrovoltio (MeV) y unaunidad de masa atómica (u).

40> ¿Cuál es la potencia de todas las centrales nuclearesespañolas? Si trabajasen al 100 % de su rendimien-to, ¿qué energía eléctrica podrían generar (en GWh)al año?S: 65 007,96 GWh.

Para proundizar

41> Dado que España tiene que importar más del 99 %de petróleo y gas natural, ¿qué medidas se te ocu-rren para reducir este consumo?

42> Para calentar un depósito de agua, que contiene2 000 litros de agua, se han gastado 1,5 litros degasóleo. Calcula el incremento de temperatura ori-ginado si el rendimiento de la instalación en la quese ha calentado es del 85 %. Densidad del gasóleo(δ) = 0,7 kg/dm3.S: 4,6 °C.

43> Determina qué cantidad de masa se habrá perdidoen una reacción de sión, así como la cantidad deuranio 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-ormación en Internet sobre la energía nuclear porusión. Averiguad cuáles son los nuevos métodosque se están ensayando y realizad un trabajo, deunas veinte páginas, que recoja: historia, evolu-ción, avances signicativos, expectativas, máquinasempleadas, etc., de la sión.

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Últimos descubrimientos: automóviles quecontaminan menosInvestigadores del MIT (Instituto de Tecnología de Mas-sachussets) están investigando cómo evitar la ormaciónde dióxido de azure en los actuales catalizadores de loscoches, que tanto contribuyen a que se produzca la lluviaácida. Su trabajo se centra en un conversor catalítico queconsta de dos partes:1. Convertidor de platino que convierte el monóxido de

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

2. Una especie de trampa, que captura el dióxido de azu-re presente, que resulta complicadísimo eliminar delos hidrocarburos (gasolina, gasóleo, etc.). Para ellose utiliza óxido de bario. El problema es que el dióxidode azure en presencia de O2 reacciona con el platino,ormándose dióxido de azure. Se están usando su-percomputadoras para determinar, a nivel atómico, el proceso de reacción química que se produce.

Historia de una investigadora incansable:Marie Curie

• Nació en Polonia el

año 1867 y se casócon el rancés PierreCurie.

• En 1903 ella y sumarido reciben el Premio Nobel de Fí-sica por el descubri-miento de la radiac-tividad de ciertosátomos.

• En 1911 obtiene el Premio Nobel de Química por haber

descubierto los átomos de radio y polonio.• Murió en 1934.

Coches con dos uentes de energía

¿Habéis pensado qué ocurre cuando vamos en un auto-móvil o autobús bajando una cuesta y hay que renarconstantemente? Se transorma la energía cinética del vehículo en caloríca, a través de los renos, que se pier-de en la atmósera.

Algunos tecnólogos y cientícos han pensado cómo sepodría almacenar esa energía y utilizarla posteriormente.Se han pensado dierentes sistemas, pero el más sencilloy con mayor rendimiento es convertir esta energía enelectricidad y almacenarla en baterías, para usarla mástarde en hacer uncionar un motor eléctrico.

En la actualidad, casi la totalidad de los abricantes deautomóviles están comercializando (o a punto de hacerlo)algún vehículo que utiliza este sistema. Estos vehículosse denominan híbridos (utilizan dos uentes de energía).Cuando arrancan o circulan por zonas urbanas a poca ve-locidad hacen uso del motor eléctrico y cuando van amayor velocidad emplean el de gasolina.

Curiosidades

Capítulo 5. Energías no renovables.

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