Tema 1. Fuentes de energía convencionales

Necesidad de la energía.
La energía se concibe como la capacidad para producir un trabajo. Todas las formas de energía provienen, de una manera directa o indirecta, del Sol. El Sol constituye la primera y más importante fuente de energía. Los seres humanos han aprendido a servirse de otras fuentes de energía, como el viento (construcción de molinos de viento), o la energía cinética del agua (construir molinos, mover máquinas simples, etc.). Nuevas fuentes de energía (solar fotovoltaica, geotérmica, etc.)

Manifestaciones de la energía

La energía potencial es la que posee un cuerpo en virtud de su posición o su estado.
La energía cinética es la que posee un cuerpo en virtud de su movimiento.
Estas formas de energía se pueden aprovechar o bien pueden transformarse en otras formas de energía.

Fuentes de energía

Fuentes renovables: aquellas que la naturaleza regenera con rapidez y de las cuales podemos obtener energía de forma continuada. Fuentes no renovables: las que se encuentran en la Tierra en cantidad limitada, y se agotan con su utilización.
Fuentes convencionales: son las que generan la mayor cantidad de energía útil de un país. Fuentes no convencionales: son las que, por falta de desarrollo técnico o por los elevados costes de extracción y aprovechamiento, no generan gran cantidad de energía útil.

El carbón

El carbón es un combustible sólido de color negro formado a partir de grandes masas vegetales que quedaron sepultadas y experimentaron un proceso de carbonización.

Tipo de carbones

Turba: es el carbón más reciente y se puede obtener en lugares pantanosos. 50% de cArbona. 4000Kcal/Kg. Se utiliza en la producción de abonos. Lignito: es el carbón que se formó en las eras Terciaria y Secundaria. 70% de carbono. 5000Kcal/Kg. Se utiliza para la obtención de subproductos mediante destilación seca. Hulla: es el carbón más utilizado. Se formó en la era Primaria. Entre 75% y 90% de carbono. 7000Kcal/Kg. Se utiliza para la obtención de carbón de coque. Antracita: es el tipo de carbón más antiguo y probablemente está metamorfitzat. 95% de carbono. 8000Kcal/Kg.

Proceso de extracción

Las explotaciones a cielo abierto permiten aprovechar todo el filón. Hasta 100m. Inconveniente: grave impacto paisajístico y medioambiental. Las explotaciones subterráneas son la principal forma de extracción del mineral. Llegan hasta 1200m. Dos métodos: – Método de labores en cámaras y pilares. – Método de frente largo
Combustión del carbón.
En la combustión del carbón se liberan a la atmósfera diversos agentes contaminantes. Estas sustancias son las responsables de la lluvia ácida y del efecto invernadero.

El petróleo

El petróleo es un aceite mineral natural de color marrón o negruzco formados por hidrocarburos (carbono e hidrógeno), que tiene su origen en los restos de organismos vivos del medio acuático.

Yacimientos de petróleo

Los yacimientos de petróleo suele situarse entre una capa superior de hodrocarburs gaseosos. Cuando se perfora, la presión de los gases hace que el petróleo salga.

Proceso de refinamiento

Destilación fraccionada continua: calentar el crudo hasta 400 º C y hacer pasar los gases por la torre de fraccionamiento. Se obtienen diferentes productos:-Els resiuds sólidos formados por asfaltos, betunes y ceras. Se emplean en la construcción de carreteras. -Los aceites pesados. Condensación a 360 º C. -Gasóleos. Condensación entre 250 y 350 º C. Poder calorífico de 11120Kcal/Kg. -Queroseno. 280 º C. -Gasolinas. Mezcla de hidrocarburos líquidos y algunos compuestos de azufre y nitrógeno. Se condensan entre 20 y 160 º C. -Los productos gaseosos que contiene el crudo no llegan a condensar.

Gas natural

Gas húmedo: aquel que se encuentra junto con yacimientos de petróleo. Gas seco: ausencia total de petróleo.
El gas natural tiene un poder calorífico de 11500Kcal/m3.

Gas de hulla

Se obtiene de la destilación seca de la hulla. Está compuesto por hidrógeno, metano y monóxido de carbono. Poder necesario. 4200Kcal/m3.
Gases licuados del petróleo.
-El gas propano. Tiene un poder calorífico de 24000Kcal/m3.
El gas butano. Tiene un poder calorífico de 28500Kcal/m3.

Gas de carbón

Se obtiene por combustión incompleta del carbón de coque. 1500Kcal/m3.

Acetileno

Se obtiene por reacción de agua con carburo de calcio. Se utiliza en la soldadura oxiacetilénica.

Centrales térmicas

Son instalaciones complejas en las que la energía térmica se emplea para calentar agua hasta convertirla en vapor. Este vapor pasa por una turbina, donde, debido a su movimiento, produce energía eléctrica.

Aprovechamiento térmico del combustible

El alimentador se encarga de proporcional el combustible que se ha de quemar. El hogar es un recinto donde se quema el combustible. El conducto de humos conduce los humos hacia el exterior.

El ciclo del vapor

Las calderas contienen el agua que debe transformarse en vapor. Los reescalfadors primarios evaporan le partículas líquidas que salen de la caldera. Las turbinas de alta presión aprovechan la energía cinética del vapor. La bomba de extracción envía el agua hacia los economizadores.

El circuito de refrigeración

Una bomba se encarga de aportar agua al condensador. Si no hay agua abundante, el agua de la central se enfría mediante torres de refrigeración.

Generación de energía eléctrica

La energía mecánica se transmite a un turboalternador, que la transforma en corriente alterna trifásica. La red de salida envía la energía a un transformador, que eleva la tensión. Se transporta por medio de la red de alta tensión.

La energía nuclear

Es la que se libera como consecuencia de las reacciones nucleares. En las raciones de fisión se produce la desintegración de un núcleo pesado en dos más ligeros. En las reacciones de fusión, dos núcleos ligeros se funden para formar un núcleo más pesado.

Aprovechamiento de la energía nuclear

La materia prima utilizada es el uranio natural, aunque también se acostumbra a utilizar uranio enriquecido y óxidos de uranio o de plutonio. Las instalaciones destinadas a realizar este procedimiento se denominan centrales nucleares.

Centrales nucleares

El reactor es la parte de la instalación donde se producen las reacciones nucleares. El combustible suele ser unrani y plutonio. El ractor dispone de unas barras de control. Tipos de reactores:-Reactores de agua a presión: el agua a presión circula por un circuito cerrado y transfiere el calor a otro circuito. -Reactores de agua en ebullición: el vapor generado en el circuito de refrigeración se emplea directamente para reaccionar a los grupos turbina-alternador.

La segurata en las centrales nucleares

Las radiaciones alfa están formadas por núcleos de helio. Las radiaciones beta están formadas por electrones. Los rayos X son de carácter electromagnético. Las radiaciones gamma tienen más penetración que los rayos X. Los neutrones son las radiaciones más penetrantes. Elementos de seguridad:-La concentración de uranio 235 alrededor de 2,5%. -El diseño de la central. -El material radiactivo protegido por barreras múltiples. -Central provista de sistemas de seguridad. -Revisiones periódicas. -Los residuos radiactivos almacenados y precintados.

Impacto medioambiental

Impacto paisajístico. Descarga de agua caliente. La emisión de vapor de agua. Ruido. Emisiones radiactivas.

La energía hidráulica

Es el aprovechamiento energético de la caída de masas de agua de los ríos. Se lleva a cabo en una central hidroeléctrica.

Carácterísticas de una central hidroeléctrica

Partes: –

Toma:

toma de hormigón:-Tomas de gravedad. La presión del agua queda contrarrestada por el volumen del hormigón. -Tomas de vuelta sencilla. Distribuye la presión del agua hacia los estribos. -Tomas de vueltas múltiples. Está dividida en varias aberturas que se cierran por medio de vueltas. -Tomas de contrafuertes. Reducir el volumen de hormigón necesario. –

Canal de derivación:

es un conducto que canaliza el agua desde el embalse. –

Cámara de presión:

es el punto de uníón del canal de derivación con la tubería de presión. –

Tubería de presión:

se encarga de conducir el agua hasta la cámara de turbinas. -Las de palastro se construyen con chapas de acero rectangulares a las que se da forma cilíndrica. -Las de cemento-amianto se emplean para saltos de poca potencia. -Las de hormigón armado se utilizan para grandes caudales y diferencias de altura de hasta 40m.

Cámara de turbinas

Tubino: se encarga de transformar la energía cinética del agua en energía cinética de rotación. El alternador la transforma en energía eléctrica. Tubino Pelton: turbina de alta presión. Tiene una álabes sobre los que cae un chorro de agua. Turbina Francis: media presión. El agua es conducida hasta la perfa del carrete por un distrubuidor. Turbina Kaplan: baja presión. El sue rodillo está formado por una hélice de palas orientables. –

Cámaras abiertas:

están comunicadas con el exterior y sólo tienen aplicación a menos de 15m. –

Cámaras cerradas:

no están comunicadas con el exterior sino que llega el agua procedente de la tubería forzada. –

Canal de desagüe:

se encarga de devolver el agua utilizada hasta el cauce del río. -Parque de transformadores: Eleven la tensión de 20000V hasta 200000V.