Unidad 05.indd

05
ENERGÍAS NO RENOVABLES
Las energías no renovables tienen una importancia enorme
en todos los países desarrollados y en vías de desarrollo. Generalmente, son bastante contaminantes, pero la
implantación de nuevas tecnologías está contribuyendo a
aprovechar mejor esta energía y producir menor impacto
ambiental.
En los años setenta se produjo un desarrollo espectacular
de la energía nuclear para la obtención de energía eléctrica, pero el temor a escapes radiactivos o explosiones
nucleares frenó su avance. En España no se ha instalado
ninguna central nuclear desde 1982.
05
86
energías no renovables
j5.1 Fuentes de energía
Importante
• MWh (megavatio o megawatt
hora) = 1 000 kWh (kilovatios o
kilowatts hora).
• 1 Mtep (megatonelada equivalente de petróleo) = 1 000 000
tep (toneladas equivalentes de
petróleo).
• 1 ktep (kilotonelada equivalente de petróleo) = 1 000 tep.
• 1 MWh = 861 244 kcal = 0,086
tep.
• 1 tep = 7,2056 bep (barriles
equivalentes de petróleo).
• 1 tep = 107 kcal = 4,18 · 1010 J.
• 1 kilotón (kt) = 4,18 · 1015 J.
• 1 megatón (Mt) = 4,18 · 1018 J.
El hombre, a lo largo de la Historia, ha intentado explotar todos aquellos recursos energéticos que tenía en su entorno y que le ofrecía la naturaleza. En algunos casos hubo
de inventar máquinas que fuesen capaces de aprovechar dichas energías; en otros fue
suficiente la utilización de procesos tecnológicos sencillos ya conocidos.
Las fuentes de energía se clasifican en primarias y secundarias.
j A.Fuentes de energía primarias
Las fuentes de energía primarias son todas aquellas formas de energía naturales que
actualmente utiliza el hombre. Se pueden clasificar en renovables y no renovables.
Carbón
Combustibles
fósiles
No renovables
Petróleo y
gases combustibles
Energía nuclear
Hidráulica
Carbón
17,99 Mtep
12,06 %
Gas natural
26,90 Mtep
18,02 %
Solar
Eólica
Renovables
Alternativas
Nuclear
16,56 Mtep
11,1 %
Fuentes
de energía
primarias
Biomasa
Residuos Urbanos (RSU)
Maremotriz
De las olas
Geotérmica
Hidrotérmica
Energías
alternativas
9,61 Mtep
6,44 %
Hidráulica
2,85 Mtep
1,91 %
Petróleo
75,31 Mtep
50,47 %
Fig. 5.1. Consumo de energía primaria en
España en el año 2006.
Se entiende por energías no renovables aquellas que nos proporciona la naturaleza,
pero que, una vez consumidas, no hay forma de obtener de nuevo. Esto quiere decir que
sus reservas son limitadas, por lo que un consumo excesivo puede llegar a agotarlas
antes de lo previsto. Por el contrario, se denominan energías renovables aquellas que
están disponibles para el ser humano sin peligro de que se agoten, pues la propia naturaleza, en condiciones normales, nos las seguirá proporcionando. El consumo de energía
primaria en España en el año 2006 fue de 149,22 Mtep. En el cuadro adjunto se pueden
ver las energías primarias más utilizadas en España.
La Asociación Internacional de la Energía (AIE) utiliza una unidad de energía, denominada tonelada equivalente de petróleo (tep), cuyo valor es igual a 107 kilocalorías. Para ello, admite que 1 kg de petróleo crudo es igual a 10 000 kcal.
EJEMPLO 1
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.
05
energías no renovables
j B.Fuentes de energía secundarias
Se denominan energías secundarias o finales a aquellas energías resultantes de la
transformación de las energías primarias en otro tipo de energía. Algunos ejemplos de
energías secundarias son la gasolina, el gasóleo, el queroseno y otros derivados del
petróleo; el carbón de coque (procedente de la hulla); la electricidad, etcétera.
87
Gas natural
19,85 Mtep
Electricidad 17 % Carbón Productos
2,24 Mtep petrolíferos
22,75 Mtep
64,10 Mtep
2 %
20 %
57 %
El consumo de energía secundaria en el año 2006 fue de 113,64 Mtep. Como se muestra
en el gráfico adjunto, las energías secundarias más demandadas en la actualidad son los
productos petrolíferos y la electricidad.
La electricidad se puede considerar más bien como un tipo de energía de «transición»,
pues la electricidad consumida se transforma en otros tipos de energía: mecánica (para
mover motores), luminosa (en bombillas), térmica (produciendo calor), etcétera.
Energías renovables
4,7 Mtep
4 %
Fig. 5.2. Consumo de energía secundaria
EJEMPLO 2
en España en el año 2006.
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 2006
fue de 22,75 Mtep. Mediante una regla de tres: x = 22,75 · 106/0,086 = 2,64 ·
· 108 MWh.
EJEMPLO 3
¿Qué cantidad de barriles de petróleo (productos petrolíferos) se han consumido en España en el año 2006? ¿Cuántos kilos de petróleo tiene un barril?
Solución
Importante
• 1 barril de petróleo es igual a
159 litros es igual a 0,13878
tep.
• 1 bep (barril equivalente de
petróleo) es igual a 0,0072 tep.
• La densidad media del petróleo
es de 0,873 kg/litro.
• El consumo de energía primaria
por habitante en España durante el año 2006 fue de 3,34 tep.
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 petrolíferos. Si
1 000 kgep (kilogramos equivalentes de petróleo) = 7,2056 barriles, mediante
una regla de tres: x = 138,78 kilogramos.
EJEMPLO 4
Suponiendo que todo el carbón consumido en España haya sido hulla, determina cuántas toneladas se han empleado como fuente de energía primaria.
Solución
2,24 Mtep = 2,24 · 106 tep = 2,24 · 106 · 107 kcal = 2,24 · 1013 kcal. Como el poder calorífico 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.
ACTIVIDADES
  1>Explica qué significan 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, considerado como energía primaria, no sea igual a la
cantidad de petróleo consumido como energía secundaria?
05
88
energías no renovables
j5.2 Combustibles fósiles
Importante
Breve evolución del carbón
• Se empieza a utilizar a gran escala en el siglo xvi, como sustituto de la madera, que empezaba a escasear.
• En la Revolución Industrial (finales del siglo xviii y primera
mitad del xix), el carbón constituye la fuente de energía principal en máquinas industriales,
tracción ferroviaria e iluminación de ciudades.
• En 1910, más del 90 % de la
energía consumida a nivel
mundial provenía del carbón.
La producción anual fue durante aquel año de 1 200 millones
de toneladas.
• A partir de 1920, el carbón empieza a experimentar una notable decadencia a favor del petróleo.
• En la actualidad, su uso se restringe casi exclusivamente a
centrales térmicas clásicas.
Producción
propia
6,62 Mtep
25,1 %
Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas natural. Todos ellos proceden de restos vegetales y otros organismos vivos (generalmente plancton marino)
que hace millones de años fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos o fenómenos naturales y se fueron transformando, por la acción de microorganismos, bajo
unas condiciones de temperatura y presión adecuadas. Según el residuo orgánico de
que se trate, así como las condiciones y tiempo de permanencia en el lugar, tenemos
combustibles sólidos (carbón), combustibles líquidos (petróleo) y combustibles gaseosos
(gas natural).
Fase 1
Zona selvática
Restos de plantas
Agua
Sedimentos
Turba
Fase 2
Fase 3
Agua
Sedimentos y rocas
Carbón, petróleo o gas natural
Fig. 5.3. El origen del carbón.
j A.El carbón
El carbón es un combustible sólido de color negro, compuesto fundamentalmente por
carbono y otros elementos químicos, como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, etcétera.
Sudáfrica
4,02 Mtep
15,3 %
EE.UU.
2,47 Mtep
9,3 %
Tipos de carbón
Atendiendo a su procedencia, los carbones se clasifican en minerales y artificiales.
1.Carbón mineral. Procede de la transformación de grandes masas de vegetación que
han debido quedar sepultadas y han sufrido un proceso de carbonización total o
parcial. Según la naturaleza de los vegetales y su antigüedad, el carbón presenta una
composición diferente. Se distinguen cuatro tipos: antracita, hulla, lignito y turba
(Tabla 5.1).
Otros
10,08 Mtep
38,2 %
Australia
1,78 Mtep
6,7 %
Indonesia
1,43 Mtep
5,4 %
Fig. 5.4. El consumo de carbón en España
en el año 2006 fue de 26,40 Mtep, y
procedió de los países indicados en el
gráfico.
Tipo
Antracita
Hulla
Lignito
Turba
Porcentaje carbono
95 %
85 %
75 %
50 %
Poder calorífico
aprox. (kcal/kg)
8 000
7 000
6 000
2 000
Procedencia
Era Primaria
Era Primaria
Era Secundaria
Muy reciente
Tabla 5.1. Tipos de carbones minerales.
energías no renovables
05
89
1.Carbones artificiales. Son fabricados o modificados por el hombre. Los más importantes son:
• Carbón vegetal. Se obtiene quemando madera, apilada en montones recubiertos
generalmente de barro, para evitar el contacto directo con el aire y, de esta
manera, conseguir que la combustión sea parcial. Se ha utilizado mucho en calefacciones (braseros). En la actualidad prácticamente no se emplea, excepto en
barbacoas.
• Carbón de coque. Éste se utiliza, fundamentalmente, como combustible y reductor
de 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 deberá
ser poroso, para permitir el paso del aire hacia arriba, y resistente, para soportar
la enorme carga que se encuentra encima de él. (Puede haber incluso más de 40
metros de mineral de hierro comprimiéndolo.)
Aplicaciones del carbón
El carbón, aunque en la actualidad ha perdido mucha importancia debido a su alto poder
contaminante, todavía sigue teniendo bastantes aplicaciones como fuente primaria de
energía. Cabe destacar tres aplicaciones importantes: fabricación de carbón de coque,
obtención de productos industriales y producción de electricidad en centrales térmicas
clásicas.
Fig. 5.5. Obtención del carbón vegetal
a través de la descomposición por acción
del calor (pirólisis).
1.Fabricación de carbón de coque. Como ya hemos indicado, se emplea para la fabricación del acero, proceso en el que este carbón realiza dos funciones vitales:
• Servir como combustible, para fundir el mineral de hierro.
• Emitir gases que reaccionen con los óxidos ferrosos para transformarlos en hierro
(proceso de reducción, contrario a la oxidación).
El carbón de coque se obtiene del carbón de hulla, después de sufrir un proceso que
se denomina coquizado, y consiste, generalmente, en introducir hulla en cámaras
cerradas (en cuyo interior se controla la cantidad de oxígeno). Después se aumenta
su temperatura hasta unos 1 100 °C y se mantiene así unas 16 horas; finalmente,
el coque al rojo vivo se vierte sobre un vagón que lo transporta hasta la torre de
apagado (cortina de agua).
El calor necesario para obtener el carbón de coque se consigue del gas que emana de
la destilación del carbón (gas ciudad) durante el proceso de coquizado. Los productos que se obtienen, además del carbón de coque, son los indicados en el apartado
siguiente.
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 calorífico 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 propias
coquerías o para industria. Fue retirado del uso doméstico por ser muy tóxica su
inhalación en caso de fuga.
• Vapores amoniacales. De ellos se suele obtener sulfato amónico, que se usa como
fertilizante.
• Grafito 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 acetilsalicílico), colorantes, insecticidas, explosivos, plásticos, etcétera.
— Pez. Para pavimentar carreteras (asfalto) e impermeabilizar tejados.
Fig. 5.6. Baterías de coque.
90
05
energías no renovables
3.Producción de electricidad en centrales térmicas clásicas. Generan electricidad a
partir de combustibles fósiles (carbón, fuelóleo y gas natural).
El funcionamiento de una central térmica es el siguiente:
• El carbón que llega a la cinta transportadora (1), cae
a la tolva (2) y se pulveriza con el molino (3). Luego
se introduce en la caldera (4) y se quema para obtener
energía calorífica. Las cenizas que caen a la parte inferior
(5) se extraen.
• Esta energía calorífica se emplea para calentar el agua
que 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 se
desplaza del punto 6 al 8. Como el calor es tan intenso
en los puntos 4 y 6, el agua se convierte en vapor a gran
presión.
• El aire que se introduce en la caldera, para que arda el
carbón, se inyecta a una temperatura de unos 90 °C. Para
calentarlo, se hace pasar por el recalentador (9), que
consiste en una serie de tuberías por las que exteriormente pasan los gases y el calor procedentes de la caldera. Es decir, en el punto 9 se calienta el aire que se va a
usar aprovechando el calor del humo.
• Los humos procedentes de la combustión se hacen pasar por un precipitador (10), que suele constar de varias cortinas de agua pulverizada, con objeto de rete1- Parque de carbón y cinta
transportadora
2- Tolva
3- Molino
4- Caldera
5- Cenicero
6- Sobrecalentador
7- Recalentador
8- Economizador
9- Calentador de aire
10- Precipitador
11- Desulfuración
12- Chimenea
13- 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 de
energía eléctrica
Fig. 5.7. Central térmica clásica (modificada de original de UNESA).
ner las partículas sólidas, especialmente cenizas. Un
desulfurizador (11) evita que salgan las partículas de
azufre a la atmósfera, que provocan la lluvia ácida.
Finalmente, los humos se dejan escapar por la chimenea (12).
• El vapor generado en las tuberías (4 y 6) se dirige hacia
las turbinas (13, 14 y 15), haciéndolas girar a gran velocidad (aquí se transforma la energía térmica en energía
mecánica de rotación). Solidario al eje de la turbina, está
el alternador o generador de corriente alterna (20), que
produce corriente. En él se transforma la energía mecánica 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 fría, procedente de
un depósito que se encuentra en la torre de refrigeración
(18). Al quitarle calor, el vapor se convierte en agua.
Luego el agua regresa de nuevo a la caldera, previo calentamiento (19).
• La corriente eléctrica generada (a unos 20 000 voltios) se
hace pasar por los transformadores (17), a fin de elevar
su tensión hasta unos 400 000 V, para su traslado (21) a
los puntos de consumo.
05
energías no renovables
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 combustión
en lecho fluido o la gasificación del carbón.
— Combustión en lecho fluido. Para conseguirla, una vez molido el carbón, se
mezcla con partículas de cal. Por efecto de una corriente ascendente, que las
mantiene flotando al mismo tiempo que arden, se consigue que:
1. El carbón arda mejor, al tener una mayor superficie de contacto. Por lo tanto, aumenta el rendimiento.
2. El azufre, contenido en el carbón, reaccione químicamente con la cal, con
lo que se evita la emisión de azufre a la atmósfera y con ello la generación
de lluvia ácida.
— Gasificación 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 posteriormente se quema. Esta técnica se emplea también para el aprovechamiento
de energía en vetas de carbón de difícil acceso o a grandes profundidades.
Sectorización del consumo de carbón
Las reservas de carbón se estiman en 4 300 millones de toneladas. El 82 % de los recursos carboníferos de España están concentrados en tres provincias: León (35 %), Asturias
(30 %) y Teruel (17 %). El consumo de carbón en España durante el año 2006 fue de
42,09 millones de toneladas. De ellas, se importaron 23,70 millones. La distribución
aproximada, por sectores, se muestra en la Tabla 5.2.
EJEMPLO 5
Calcula la cantidad de carbón de antracita que es necesario aportar diariamente
a una central térmica clásica si su rendimiento es del 30 % y tiene una potencia
constante de 50 000 kW. Pc (antracita) = 8 000 kcal/kg.
Solución
Energía útil = Eu = 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 = Es = 8 000 [kcal/kg] · m [kg]
1,033 · 109 [kcal]
1,033 · 109
η = 0,3 = Eu/Es = ⇒ m  = = 430 622 kg
8 000 · 0,3
8 000 [kcal/kg] · m[kg] 91
Importante
Hay dos formas de extraer el
carbón:
• Explotación subterránea. En
la que se excavan pozos, denominados galerías, hasta llegar
a la veta de carbón. Normalmente, se transporta a la superficie mediante vagonetas.
A veces suele aparecer un gas,
denominado grisú y compuesto
mayoritariamente por me­tano,
que en contacto con una chispa
produce explosiones. Este sistema de extracción es muy caro
y peligroso.
• Explotación a cielo abierto.
Para aquellos yacimientos que
se encuentran a ras de superficie. Su extracción es menos
peligrosa y mucho más barata,
aunque no sin algunas dificultades.
Consumo de
carbón en
España
Millones
de
toneladas
Generación
eléctrica
37,26
Coquerías y otros
4,17
Fabricación de
cemento
0,21
Uso doméstico
0,041
Industria
0,409
Tabla 5.2. Desglose del consumo de
carbón en España en el año 2006.
EJEMPLO 6
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 calorífico del gas ciudad es 5 000 kcal/m3. La
presión de suministro es de 2 atm y la temperatura de 30 °C. El rendimiento es η = 95 %.
Solución
Pc(real) = Pc(cn) · p 273/(273 + t) = 5 000 · 2 · 273/(273 + 30) = 9 010 kcal/m3; Es = Pc(real) · V
2 · 108 [kcal]
η = 95 % = 0,95 = Eu =
; despejando el volumen: V = 2 · 108/9 010 · 0,95 = 23 366 m3
Es 9 010 [kcal/m3] · V[m3]
92
05
ENERGÍAS NO RENOVABLES
Carbón y medio ambiente
La combustión de carbón afecta de una manera significativa al medio ambiente.
a)Impacto medioambiental. La combustión del carbón origina una serie de deterioros medioambientales importantes. De todos ellos, quizá los más importantes
son la emisión a la atmósfera de óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno
(NOx), partículas sólidas, hidrocarburos (metano) y dióxido de carbono.
Estos gases, si no son absorbidos por procesos naturales, originan un cambio
de las proporciones en el aire, y traen graves consecuencias para nuestro medio
ambiente. Cabe resaltar los siguientes efectos:
Fig. 5.8. La contaminación tiene
grandes repercusiones en el medio
ambiente.
• Efecto invernadero: consiste en un aumento del tanto por ciento de dióxido
de carbono (CO2) en la atmósfera. Ello hace que los rayos entren en la atmósfera, atravesando el CO2 sin dificultad, pero cuando los rayos reflejados en la
tierra (infrarrojos) intentan salir, son absorbidos. Las consecuencias son un
aumento progresivo de la temperatura media de la atmós­fera.
• Lluvia ácida: se genera como consecuencia de la emisión de azufre y óxidos
de nitrógeno a la atmósfera. Estas emisiones reaccionan con el vapor de agua,
gracias a los rayos solares, transformándose en ácido sulfúrico y ácido nítrico,
que se precipitan a la tierra en forma de lluvia. A veces estas precipitaciones
ocurren a gran distancia del lugar de la emisión.
• Pérdidas de parte del manto fértil del suelo: originan la destrucción de buena parte de los bosques.
• Contaminación de ríos: daña la vida acuática y deteriora el agua que consumimos.
• Deterioro del patrimonio arquitectónico: los gases producidos por la combustión 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 azufre) no suelen perjudicar al medio ambiente, siempre
que se depositen en vertederos controlados.
ACTIVIDADES
  4> ¿Cuáles son las tres aplicaciones más usuales del carbón en España?
  5> Dibuja, mediante diagramas conceptuales (recuadros),
las partes de una central térmica clásica. Luego explica su funcionamiento, relacionando cada una de estas
partes mediante líneas y rótulos. ¿Para qué crees que
se emplea el carbón dentro de lo que se denomina uso
doméstico?
  6> Explica qué es el carbón de coque y para qué se emplea.
  7> ¿Cómo crees que influye el consumo de carbón en el
aumento del efecto invernadero?
  8> En una zona turística, para subir a lo alto de una montaña 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 carbón
de antracita es necesario quemar si el rendimiento es
del 8 %.
S: 54,95 kg de carbón.
  9> Suponiendo que el poder calorífico medio del carbón consumido en España en el año 2006 fue de
Pc = 7 000 kcal/kg y que las centrales térmicas usadas
tuvieron un rendimiento del 33 %, calcula la energía
eléctrica producida por ellas en MWh.
S: 99 916 666 MWh.
05
energías no renovables
j B.El petróleo
El petróleo es un combustible natural formado por una mezcla de hidrocarburos y, en
menor proporción, por otros elementos, como azufre, oxígeno y nitrógeno.
Su color es pardo oscuro y su densidad varía entre 0,8 y 0,95 kg/dm3, no disolviéndose
en el agua. La composición depende del lugar de extracción; pero, generalmente, suele
estar comprendida dentro de los valores que aparecen en la Tabla 5.3.
• Origen del petróleo. La formación del petróleo es análoga a la del carbón. Grandes cantidades de materia vegetal y animal (especialmente plancton marino) fueron
sepultadas por sedimentos; posteriormente, de manera gradual y en determinadas
condiciones de presión y temperatura, se originó el petróleo gracias a dos tipos de
descomposición:
— 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 había
oxígeno, aparecieron bacterias anaerobias. Estas bacterias convirtieron la materia orgánica en hidrocarburos, que se almacenaron en lugares donde la roca era
porosa y en cuyo alrededor había roca impermeable (arcilla) que evitaba que, por
efecto de la presión de los gases, saliese al exterior.
• Pozos petrolíferos. La localización y extracción del petróleo o crudo no es una tarea
sencilla. Se necesita personal muy cualificado y equipos muy costosos. Por ello es
necesario, antes de proceder a la perforación, hacer un estudio de las características
del terreno.
Elemento
%
Azufre
0,1 a 8
Carbono
80 a 90
Hidrógeno
10 a 15
Nitrógeno
<1
Oxígeno
< 1,5
Tabla 5.3. Composición del petróleo.
Torre de extracción
Existen varios métodos para la localización de bolsas petrolíferas, pero el que mayor
número de datos aporta de la estructura del subsuelo es el denominado método sísmico. Su principio es el mismo que el empleado para determinar el origen, hipocentro
o epicentro de los terremotos naturales.
Este registro permite conocer, sin necesidad de perforar el suelo, la existencia de
estratos subterráneos, su orientación e inclinación, así como la presencia de pliegues
y fallas que son «trampas» del petróleo.
Una vez localizado el posible pozo de petróleo (algo que nunca se conoce con certeza) se procede a la perforación.
El crudo suele encontrarse introducido en roca porosa y exteriormente rodeado por
los siguientes elementos:
— Parte superior: gas natural y otros hidrocarburos gaseosos.
— Parte inferior: 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 perforador llega a la bolsa de gas y se detiene, sin llegar a la capa de petróleo, subirá un chorro violento de gas. Si, por el contrario, el extremo del tubo penetra
en el petróleo, éste ascenderá empujado por el gas y el agua comprimidos.
A medida que sale el petróleo, también va disminuyendo la presión. Cuando esto
ocurre es necesario introducir bombas e incluso inyectar agua o aire a presión.
Gas natural
Arcilla
Petróleo o crudo
Depósito de sal
Agua salada
Roca porosa
Fig. 5.9. Pozo petrolífero y torre
de extracción.
93
05
94
energías no renovables
• Las refinerías: destilación fraccionada o múltiple del petróleo. El petróleo o crudo
no se utiliza directamente tal y como se extrae del yacimiento. Previamente debe
sufrir un proceso de destilación en las refinerías, con objeto de separar los distintos
hidrocarburos que lo forman.
Gas ligero
Propano
Butano
40 ºC
Gasolina
100 ºC
Queroseno
200 ºC
Petróleo
250 ºC
Gasóleo
300 ºC
Fuelóleo
340 ºC
Fig. 5.10. Refinería de petróleo.
Butano Otros
y propano
6 %
2 %
Queroseno
23 %
Gasolina
20 %
Gasóleo y fuelóleo
37 %
Alquitrán,
parafinas y
aceites
12 %
Fig. 5.11. Composición típica de un litro
de crudo después del proceso de refino.
El principio es bastante sencillo. Supongamos que una mezcla la componen un sólido
y un líquido; al evaporarse el líquido, en el recipiente quedará solamente el sólido.
Si ese gas evaporado se enfría en otro lugar, será posible recuperarlo. Pues bien,
el crudo está formado por distintos hidrocarburos con diferentes temperaturas de
evaporación, por lo que se pueden separar elevando su temperatura y enfriándolo
posteriormente.
El proceso de destilación es el siguiente:
1.Se hace pasar todo el crudo por un horno a una temperatura de unos 340 °C, con
lo que todo el petróleo se transforma en gas.
2.Este gas se lleva a la parte inferior de la refinería (torre de fraccionamiento). Los
gases más ligeros tienden a subir hasta la parte más alta de la torre y los más
pesados se condensan en forma líquida a diferentes alturas. La temperatura en la
parte inferior es más elevada que en su parte alta.
El problema que se presenta es que las temperaturas de ebullición de los distintos
hidrocarburos que componen el petróleo están muy próximas. Para evitar que uno
de ellos sea arrastrado por el otro, es necesario destilarlo de nuevo, constituyendo
lo que se denomina destilación fraccionada o múltiple. En la Figura 5.10 se puede
observar la forma interna de la torre de destilación o fraccionamiento. Los gases que
ascienden burbujean en el líquido que llena las bandejas o el platillo. Este líquido es
más ligero cuanto más alto esté el platillo y, al aumentar su nivel en cada platillo,
pasa por el rebosadero y cae en el platillo inferior. Pero al encontrarse con los gases
calientes ascendentes, se vaporiza de nuevo en parte, y paso a paso, de escalón en
escalón, vuelve a ascender hasta alcanzar la sección de la torre que tiene la temperatura correspondiente a la suya de condensación. Allí, estos gases ascendentes se
licuan y salen al exterior de la torre, mediante conductos adecuados.
La composición típica de un litro de crudo después del proceso de refino suele ser la
que se muestra en la Figura 5.11.
Cuando la necesidad de un producto es mayor que la de otro (como es el caso de la
gasolina, que tiene más demanda que el alquitrán), para evitar almacenamientos excesivos, se recurre a un proceso denominado craqueo (en inglés cracking). El craqueo
consiste en calentar un hidrocarburo por encima de su temperatura de ebullición con
objeto de romper las moléculas complejas (por agitación térmica) y obtener otras de
menor peso molecular que coincidan con las de los hidrocarburos de mayor demanda.
ACTIVIDADES
10> Explica por qué no es posible encontrar bolsas petrolíferas en zonas profundas, compuestas por materia permeable.
13> ¿En qué consiste el craqueo del petróleo?
11> ¿Cómo se puede extraer el crudo de un pozo cuando ya
se ha localizado?
14> Averigua qué tipo de combustibles utilizan las siguientes máquinas: taxi de una gran ciudad española, calefacción, barco mercante, yate, moto de 49 cm3, autobús ecológico, camión y automóvil de uso familiar.
12> ¿Para qué es necesaria la destilación fraccionada del
crudo?
15> Explica qué tipo de descomposición dio origen al petróleo.
05
energías no renovables
•Productos obtenidos y sus aplicaciones. De los pozos petrolíferos se obtienen dos
tipos de combustibles: gas natural e hidrocarburos.
Importante
— Gas natural. Se ha originado como consecuencia de la descomposición de materia 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 anteriormente. Recibe el nombre de gas natural húmedo, ya que se halla mezclado
con combustibles gaseosos derivados del petróleo (hidrocarburos), como metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10).
• En España hay cuatro yacimientos de gas en explotación.
La producción (en tep) es:
— Poseidón (Cádiz): 37 790
— El Ruedo, Las Barreras y El
Romeral (Sevilla): 20 656
• La producción de gas natural
en España en el año 2006 fue
de 58 446 toneladas equivalentes de petróleo (tep).
2. En grandes bolsas recubiertas de material impermeable (arcilla), que soporta
las altas presiones que hay en el interior. Este gas recibe el nombre de gas
natural 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 superficie, se almacena (a gran presión para que se licue el gas) en
unos depósitos llamados gasómetros, y posteriormente se conduce mediante tuberías (gasoductos) o licuado (en camiones cisternas especiales) a los lugares de
consumo.
Independientemente de su procedencia, antes de ser empleado, el gas natural sufre
un tratamiento con el fin de eliminar las impurezas que contiene, así como otros hidrocarburos, quedando prácticamente con una composición de metano (84 %), etano
(8 %), propano (2 %) y otras impurezas.
• El consumo de gas en el año
2006, fue de 19,85 Mtep, que
procedieron de los países que
aparecen a continuación.
Libia 2 %
Egipto
13,5 %
Su poder calorífico es, en condiciones normales, de 8 540 kcal/m3. Su combustión es
muy poco contaminante, ya que el porcentaje de azufre es muy bajo, generando CO2
y HO2.
GAS PROCEDENTE DE:
ARGELIA Y NIGERIA
Avilés
30
26
Cáceres
28
28
Campo Major
Mérida
Setúbal
26
GAS PROCEDENTE
DE: ARGELIA, AUSTRALIA,
ABU-DHABI Y OTROS
Jaén
Gerona
Badalona
Sant Adriá
Besós
Barcelona
GAS PROCEDENTE
DE: LIBIA Y ARGELIA
Palma de Mallorca
GAS PROCEDENTE
DE: ARGELIA
Almeria
Argel
Málaga
Algeciras
Ceuta
Tánger
Rabat Fez
Melilla
Taza
Oujda
Fig. 5.13. Red de gasoductos de gas natural.
Gasoducto en proyecto
Gasoducto en estudio
Planta de regasificación
Planta de regasificación en proyecto o estudio
Mecheria
Estación de compresión en estudio
Centros de mantenimiento
Centros de mantenimiento en proyecto estudio
Yacimiento de gas natural
Almacenamiento subterráneo
Orán
El Aricha
Gasoducto en construcción
Estación de compresión en proyectos/contrucción
Alicante
Hassi R'mel
Centrales eléctricas
Noruega
Omán
6 %
2 %
Qatar
14,7 %
Nigeria
20,2 %
Fig. 5.12. Países de los que España
importa gas natural.
Estación de compresión
Valencia
Cartagena
Granada
Osuna
Poseidón Marismas
Cádiz
20
Orihuela
Murcia
Linares
48
Perpiñán
Sagunto
24
Ciudad Real
Puertollano
C.S.E.
32
Córdoba
Huelva
Sevilla
20
C.Colón
Rincón
Castellón
Aceca
26
Badajoz
32
Almendralejo
20
30
Leiria
Lisboa
Toledo
26
30
Coimbra
Argelia
32 %
Gasoducto en operación
Gaviota
Gijón Santander
Bilbao
La Coruña
S.Sebastian Lacq
Oviedo12
Sabón
12 Banturtzi
10 Villalba
16
Lugo
León
Vitoria Pamplona Serrablo
26
Calahorra 26
Orense
Pontevedra
6
Logroño
Palencia
Huesca
Burgos
Vigo
Tamarite
10
12
Benavente
12
20 Monzón
Alfarras
Aranda de Duero
20 Valladolid
Lérida
Zaragoza
Braga
20
26
Zamora
20
24
Oporto
Foix
Salamanca
Tarragona
26
Guadalajara
26
16
Madrid
El Ferrol
95
EAU
9,49 %
Otros
0,11 %
05
energías no renovables
Importante
• En España hay cinco pozos petrolíferos en explotación, pero
los que más crudo proporcionaron en 2006 fueron:
–
–
–
–
Rodaballo (35 393 t).
Casablanca (66 766 t).
Boquerón (32 390 t).
Ayoluengo (5 397 t).
— Hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos. Los productos más importantes
que se obtienen, así como sus aplicaciones, se indican en la Tabla 5.4.
Hidrocarburos
Gaseosos
96
Nigeria
10,5 %
Libia
12,1 %
Sólidos
Líquidos
• La producción de crudo en
España en el año 2006, fue de
0,140 Mtep.
• El consumo total de crudo o
petróleo en el año 2006 fue de
72,04 Mtep.
México
13 %
Rusia
15,4 %
Arabia
Saudí
11,6 %
Poder calorífico
Características y aplicaciones
Metano+Etano
8 500 kcal/m3
Muy volátiles e inflamables. Debido a su
gran volumen y difícil licuefacción, se
suelen quemar en la propia refinería.
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 11
y 35 kg. Uso doméstico.
Gasolina
11 000 kcal/kg
Se emplea en motores de explosión.
Cuando se utiliza en motores de dos
tiempos es necesario mezclarlo con un 2 %
de aceite.
Queroseno
10 765 kcal/kg
Utilizado en motores de aviación.
Gasóleo
10 300 kcal/kg
Empleado en motores diésel y
calefacciones.
Fuelóleo
9 900 kcal/kg
Se utiliza en centrales térmicas en
sustitución del carbón.
Aceites
9 800 kcal/kg
No se emplean como fuente de energía,
sino para el engrasado de piezas móviles.
Ceras
(parafinas,
vaselinas)
9 500 kcal/kg
Usos industriales.
Alquitrán
9 200 kcal/kg
Pavimentos de carreteras e
impermeabilizante en terrazas, tejados,
etcétera.
Tabla 5.4. Hidrocarburos más importantes.
El propano y el butano se comercializan en botellas de distintos tamaños, a grandes
presiones. De esta manera, los gases se convierten en líquidos, recibiendo el nombre
de gases licuados del petróleo (GLP).
Otros
17,1 %
Iraq
Irán 8,7 %
5,8 %
Fig. 5.14. Países de los que España
importa crudo.
Noruega
5,9 %
Otros combustibles no procedentes del petróleo son:
• Gas ciudad o manufacturado. Se obtiene mayoritariamente en las coquerías, al
transformar el carbón de hulla en coque metalúrgico. Hasta no hace mucho tiempo se
empleaba para fines domésticos (calefacción, calentadores y cocinas). En la actualidad 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 formado básicamente por hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) y
metano (CH4), por lo que se está sustituyendo por gas natural.
Su poder calorífico en condiciones normales (Pc (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 calorífico es muy pequeño: Pc = 1 500 kcal/m3. Ya casi
no se emplea.
• Acetileno (C2H2). Se obtiene al añadir agua al carburo de calcio (CaC2). Se emplea en
la soldadura oxiacetilénica. Su poder calorífico es de 13 600 kcal/m3.
energías no renovables
05
•Impacto medioambiental del petróleo. Por tratarse de un combustible fósil, de
formación análoga al carbón, sus repercusiones son muy parecidas. Para paliar parte
de los problemas de lluvia ácida y efecto invernadero, últimamente se han tomado las
siguientes medidas:
— Utilización de gasolina sin plomo. Con ello se reduce la polución por gases a niveles muy bajos, así como la emisión de partículas de plomo.
— Utilización de gasóleos libres de azufre.
— Sustitución de instalaciones de gasóleo y fuelóleo por otras que utilicen gas natural.
Tal vez uno de los mayores problemas que genera el consumo de petróleo radique en
su transporte. Existe una enorme red de oleoductos en España y en el mundo, pero no
es suficiente para cubrir la enorme demanda y hay que recurrir al transporte marítimo
y terrestre. Las costas españolas han sufrido bastantes desastres ecológicos derivados
de accidentes marítimos. El más reciente ha sido el vertido del petrolero Prestige en las
costas gallegas y cantábricas.
Fig. 5.16. Marea negra ocasionada por
el vertido de un petrolero.
Fig. 5.15. Red de oleoductos.
•Tratamiento de residuos. Los productos petrolíferos tienen muy pocos residuos. Sólo
cuando se está refinando el petróleo se producen residuos gaseosos (metano + etano), los cuales, dada su dificultad para licuarlos (ya que ello exigiría altísimas presiones, peligrosas a la hora de manipular los contenedores), son quemados en la propia
refinería. En esta combustión emiten monóxido y dióxido de carbono a la atmósfera.
ACTIVIDADES
16> Averigua si pasa algún oleoducto o gasoducto cerca
de donde vives. ¿Cuál es el punto de almacenamiento más cercano a donde vives?
17> En el año 2006, las importaciones de gas natural
realizadas por España fueron de 26,90 Mtep. ¿Cuáles
fueron los principales proveedores de gas natural?
Determina qué cantidad de gas (en Mtep) nos ha
suministrado cada uno de los países.
S: Argelia: 8,60 Mtep; Egipto: 3,63 Mtep; Trinidad y
Tobago: 2,55 Mtep; Libia: 0,54 Mtep; Noruega: 1,61
Mtep; Omán: 0,54 Mtep; Qatar: 3,95 Mtep; Nigeria;
5,43 Mtep; Otros: 0,027 Mtep.
18> Busca información relativa a los distintos envases
empleados para vender GLP. Averigua qué capacidad
tiene cada uno. Luego haz sendos dibujos indicando
para qué aplicación se destina.
97
98
05
Importante
En energía nuclear, por estar
trabajando a nivel atómico, es
costumbre utilizar las siguientes
unidades:
• Masa:
Unidad de masa atómica (u)
1 u = 1,66 · 10–27 kg
• Energía:
Se emplea el megaelectrovoltio o
mega-electronvolt (MeV), que es
igual a:
1 MeV = 1,602 · 10–13 J
Empleando la ley de Einstein,
referente a la transformación en
energía de una unidad de masa
atómica, tendremos:
E = m · c2 = 1,66 · 10–27 [kg] · 9 · · 1016 =1,494 · 10–10 J
Mediante una regla de tres, se
deduce la energía en megaelectrovoltios, que se consigue al
desintegrar una unidad de masa
atómica: E = 932,58 MeV.
energías no renovables
j5.3 Energía nuclear
Hasta finales del siglo xix, los científicos creían que la energía de una partícula dependía
de su velocidad (energía cinética). Fue Einstein quien afirmó que las partículas atómicas
tenían energía, independientemente de su velocidad.
Se llama energía nuclear a aquella que se desprende de los núcleos
de ciertos átomos, cuando entre ellos se produce una determinada
reacción.
Einstein descubrió que la masa se podía transformar en energía, según la fórmula que
ya vimos en la Unidad anterior:
E = Energía producida (en forma de calor) en julios.
E = m · c2 m = masa desintegrada en kilogramos.
c = velocidad de la luz en metros por segundo = 3 · 108 m/s.
EJEMPLO 7
Sabiendo que el poder calorífico (Pc) 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 ellos
sería necesario quemar para obtener una energía equivalente a la obtenida si
se 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 = Pc · m; m = E/Pc = 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 = Pc · m; m = E/Pc = 2,15 · 1013 kcal/10 300 kcal/kg = 2,09 · 109 kg = = 2,09 · 106 t.
Se observa que una pequeña cantidad de masa proporciona una gran cantidad de energía. Ello se debe a que en las reacciones nucleares el aprovechamiento energético se
hace de manera distinta a como se realiza en una combustión ordinaria.
En la práctica no es posible transformar toda la masa en energía. Normalmente se parte
de uno o dos átomos de uno o dos elementos para transformarlo en otro elemento distinto. En el cambio se observa una ligera variación de las masas iniciales y finales, pero
en ningún caso los átomos iniciales desaparecen completamente.
En la actualidad se está trabajando con dos tipos de reacciones nucleares:
•Reacción nuclear de fisión. Se emplea fundamentalmente para obtener electricidad
y como medio de propulsión en submarinos. Con este método se obtiene alrededor
del 20 % de la energía eléctrica mundial. En la actualidad existen unas 425 centrales
nucleares funcionando en más de 25 países.
• Reacción nuclear de fusión. Está en fase experimental. Todavía no se ha conseguido
energía comercial alguna. Se le augura un gran futuro.
05
energías no renovables
j A.Tipos de reacciones nucleares
93
99
Cs
n
Desde el punto de vista de la obtención de la energía, existen dos tipos de reacciones
nucleares: fisión y fusión.
1.La fisión nuclear consiste en romper un núcleo de un átomo de uranio enriquecido
al 3 % (235U) o de plutonio (239Pu). Éstos son los dos únicos isótopos fisionables
(cuando se rompen emiten gran cantidad de energía) y además inestables (están
emitiendo 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 se
desea fisionar (romper). Al chocar el neutrón contra el núcleo, lo rompe en dos
fragmentos (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 la
siguiente:
1n + 235U = 93Cs + 140Rb + 3n
Cada uno de los tres neutrones emitidos puede provocar nuevas fisiones en otros
núcleos, continuándose el proceso. En la segunda reacción nuclear tendríamos tres
átomos, 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 se
estarían rompiendo 3n–1 átomos. Como se observa, en cada instante hay muchísimos
más núcleos que se rompen, por lo que se está liberando mayor cantidad de calor.
A este fenómeno de fisión, escisión o rotura de núcleos atómicos se le denomina
reacción en cadena. Si no se controla este número de escisiones, el calor liberado es
tan grande que se origina una bomba atómica.
Todas las centrales nucleares españolas consumen alrededor de 120 t de uranio enriquecido (235U) al año, que se produce en Saelices el Chico (Salamanca).
• Componentes de una central nuclear. Los elementos más importantes de cualquier
central nuclear de fisión son el reactor nuclear, la turbina, el condensador, el edificio de almacenamiento y manipulación y el circuito de refrigeración (Fig. 5.19).
a)Reactor nuclear. En él se origina la reacción nuclear de fisión. Consta de:
— Tubos de acero inoxidable, en los que se introduce el combustible (formado por
pastillas de uranio 235U).
— Barras de control, que regulan la cantidad de escisiones en la unidad de tiempo
y, por tanto, la potencia del reactor. Si las barras están totalmente levantadas,
se producirá una reacción en cadena (con peligro de explosión), porque no hay
nada que detenga a los neutrones que se generan. Cuando las barras son totalmente introducidas en el núcleo, la reacción en cadena se detiene. Las barras son
de carburo de boro, porque absorben muy bien los neutrones.
— Moderador, cuya finalidad es la de reducir la velocidad de los neutrones. Se ha
comprobado que los neutrones con velocidades lentas (alrededor de 2,2 km/s)
tienen más probabilidades de impactar con un núcleo que los que se desprenden
a grandes velocidades (20 000 km/s). Para ello se emplea agua pesada, berilio o
grafito.
Atendiendo al moderador utilizado, los reactores nucleares se pueden clasificar
en lentos y rápidos:
• Reactores lentos. Son aquellos que disponen de moderador. Se trata de reactores más controlables, ya que al poder ajustar la velocidad de los neutrones
se sabe con antelación cuándo se va a producir la escisión del núcleo de un
átomo.
• Reactores rápidos. Los que no disponen de moderador.
n
n
n
U
235
Rb
140
Fig. 5.17. Fisión nuclear.
Fig. 5.18. Central nuclear.
Circuito de refrigeración
Reactor
Edificio de almacenamiento
y manipulación
Turbina
Condensador
Fig. 5.19. Componentes de una central
nuclear.
100
05
Importante
En la actualidad hay en España
ocho centrales nucleares de fisión
en funcionamiento:
1. Trillo I (Guadalajara). Potencia:
1066 MW. Tipo: PWR.
2. Vandellós II (Tarragona). Potencia*: 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 (pressurized
water reactor).
*** BWR: reactor de agua en ebullición (boiling
water reactor).
energías no renovables
b)Turbina. A la turbina llega vapor a alta presión. El giro de la turbina mueve un
alternador que genera corriente eléctrica.
c)Condensador. Para que la turbina funcione correctamente es necesario licuar el
vapor que sale de ella. Para ello, se usa un intercambiador de calor o condensador.
El intercambiador es un depósito lleno de agua por el que pasa una tubería que
transporta el líquido o gas que se quiere enfriar. La tubería cederá el calor al
agua del depósito. Luego es necesario sacar el calor del depósito; para ello se
introduce otra tubería, que entra con agua fría y sale con agua caliente.
d)Edificio de almacenamiento y manipulación. Se utiliza como depósito de combustible. Este combustible es almacenado en piscinas de hormigón, recubiertas
con 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 reprocesamiento
o a un depósito de almacenamiento definitivo.
e)Circuito de refrigeración/generador de vapor. El núcleo del reactor está rodeado por un líquido refrigerante cuya misión es la de evacuar el calor. Los refrigerantes 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 BWR
son más inseguras, ya que un escape del fluido puede provocar una contaminación radioactiva. En el texto del margen se detallan las centrales nucleares de
fisión que existen en España y el tipo de reactor que cada una utiliza.
Generador de vapor
Barrera de protección exterior (hormigón)
Alternador
Barras de
control
Barrera de protección central (hormigón)
Barrera interna (acero)
Turbina
Circuito
secundario
(vapor
de agua)
Agua caliente
Intercambiador
Combustible
Agua fría
Agua caliente
Bomba
Agua fría
Bomba
Intercambiador de
calor (condensador)
Circuito primario (agua
líquida a 240 °C)
Fig. 5.20. Central con reactor de agua a presión (PWR).
Fig. 5.21. Central con reactor de agua en ebullición (BWR).
• Utiliza como combustible uranio enriquecido (235U) al
3 %.
• El combustible es igual que en el tipo anterior.
• Como moderador: agua ligera (protio).
• El circuito de refrigeración consta de un solo circuito. El
refrigerante que extrae el calor del núcleo pasa a estado
gaseoso (ebullición), y se dirige a las turbinas.
• El circuito de refrigeración consta de dos circuitos
autónomos: primario (el refrigerante está siempre en
estado líquido) y secundario (el refrigerante, al pasar
por el generador de vapor, se convierte en vapor a
gran presión).
• El 50 % de las centrales que hay son de este tipo.
• Como moderador emplea el mismo que el tipo anterior.
• El 25 % de las centrales mundiales son de este tipo.
05
energías no renovables
2.La fusión nuclear consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligeros
para formar un núcleo nuevo más pesado y el desprendimiento de gran
cantidad de energía.
Los átomos de un gas están siempre en movimiento desordenado, chocando unos contra otros. A medida que se calientan, aumenta su velocidad.
Si la velocidad se eleva a varios miles de kilómetros por segundo (aplicándoles calor hasta que su temperatura llegue a millones de grados),
pueden vencer la mutua repulsión de sus núcleos y así fundirse al chocar,
generando un átomo nuevo. Este proceso libera gran cantidad de energía
en forma de calor.
Tritio
101
Helio
Fusión
Deuterio
Actualmente las reacciones termonucleares que dejan en libertad mayor cantidad de
energía son las que tienen lugar entre núcleos de hidrógeno, concretamente entre
los isótopos de deuterio y tritio para formar helio. Además, existe la ventaja de que
el deuterio y el tritio se pueden obtener del hidrógeno y éste del agua dulce o agua
del mar, con lo que resultaría una fuente inagotable de energía.
Neutrón
Fig. 5.22. Fusión nuclear.
De momento, este tipo de energía todavía se encuentra en estado de experimentación, ya que se gasta más de la que se obtiene. Son varios los problemas que se
presentan:
• Calentar el gas a temperaturas tan elevadas. Se ha estimado que, para obtener una cantidad de energía que supere la necesaria para iniciar la reacción, se
necesita una temperatura de unos 100 000 000 °C. Para que este sistema fuera
susceptible de utilización comercial, tal vez se necesitarían 300 000 000 °C y que
se mantuviesen durante varios segundos. Se cree que la fusión es la fuente de
energía de las estrellas (el Sol, por ejemplo).
• Disponer de un recipiente que pueda soportar esas altísimas temperaturas el
tiempo suficiente para que se produzca la fusión y se libere la energía.
En Internet
http://www.din.upm.es
Página del Departamento de Ingeniería Nuclear de la Universidad
Politécnica de Madrid.
A temperaturas incluso de 100 000 °C todos los átomos están ionizados (han perdido sus electrones). Por tanto, el gas está formado por átomos con carga positiva
y electrones libres cargados negativamente. Este estado se denomina plasma.
Si el plasma se coloca en un recipiente normal, se enfría rápidamente y las paredes
del recipiente se volatilizan de forma instantánea. Como el plasma está formado
por cargas eléctricas (núcleos positivos) y electrones, se pueden colocar levitando
dentro de potentísimos campos magnéticos, evitando así contacto alguno con las
paredes.
• Extraer la energía liberada y transformarla en electricidad.
ACTIVIDADES
19> Representa, mediante diagramas conceptuales, las
diferentes transformaciones energéticas que se originan en una central nuclear de fisión PWR (reactor
de agua a presión).
20> ¿Qué función realizan los moderadores y barras de
control?
21> ¿En qué se diferencia un reactor PWR de uno BWR?
¿Cuál es más seguro? ¿Por qué?
22> Explica para qué vale un intercambiador de calor y
cuántos tiene una central PWR.
23> En la década de 1970 se consideró la energía nuclear
como la energía del futuro. ¿Qué circunstancias han
motivado que en la actualidad haya muy pocos países que apuesten fuertemente por este tipo de energía?
24> Explica qué es el plasma y de qué manera se suele
conseguir.
102
05
energías no renovables
Bobinas magnéticas
•Métodos para contener el plasma. En la actualidad se está ensayando con dos sistemas:
— Mediante confinamiento inercial. Consiste en emplear un rayo láser finísimo para
comprimir partículas de deuterio, durante un tiempo que no va más allá de algunas trillonésimas de segundo. Con ello se consigue que las partículas alcancen
una densidad de 10 000 veces la del agua y se generan pequeñísimas explosiones
termonucleares semejantes a la bomba H.
— Mediante confinamiento magnético (Tokamak). Dispone de enormes electroimanes
que producen campos magnéticos del orden de 50 000 gauss, que hacen que el
plasma «flote». Simultáneamente, se hace pasar una corriente enorme (de varios
millones de amperios) a través del plasma, para incrementar su temperatura.
Plasma
Campo magnético formado
por plasma
Fig. 5.23. Reactor Tokamak.
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 producida.
En Internet
j B.Energía nuclear y medio ambiente
http://www.mma.es
Página del Ministerio de Medio
Ambiente.
•Impacto medioambiental. Si una central de fisión funciona con normalidad, las
emisiones radiactivas no superan las producidas de manera natural (Tabla 5.5). Sin
embargo, puede haber accidentes, debidos a:
— Escapes de agua radiactiva del circuito primario (como ha ocurrido recientemente
en un submarino británico).
— Explosiones del reactor, motivadas por exceso de temperatura, al fundirse las
paredes que lo recubren (es el caso de la central de Chernobyl, en Ucrania).
Radiación
ambiental
100 milirem
Radiografía
médica
300 milirem
Dos horas
diarias de
televisión
300 milirem
1 000 km
de viaje en
avión
50 milirem
Vivir cerca de
una central
nuclear
1 milirem
Si se producen escapes radiactivos hacia el exterior, pueden tener efectos terribles
sobre los seres vivos. El efecto dependerá del nivel de radiactividad y del tiempo de
exposición.
En centrales de fusión, las posibilidades de que ocurra un accidente son ínfimas, ya que
la masa que se emplea es muy pequeña. Las radiaciones emitidas son mucho menores
que en el caso de la fisión, y los efectos también.
•Tratamiento de residuos. Los residuos de las centrales nucleares son aquellos materiales que contienen o están contaminados con radioisótopos (emiten partículas
radiactivas). Se pueden clasificar en los siguientes tipos:
— De baja actividad: ropas, guantes, herramientas, etcétera.
Tabla 5.5. Dosis anuales de radiación
habituales por persona.
— De media actividad: filtros 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 en
bidones que se almacenan en la propia central y luego se llevan a almacenes definitivos,
como el depósito de El Cabril (Córdoba).
Los residuos de alta actividad se almacenan provisionalmente en la central, dentro de
piscinas de hormigón con agua. Luego pueden reprocesarse para obtener 239U, para
combustible o armas nucleares, o encapsularse (se mezclan con vidrio fundido) y depositarse en minas profundas, geológicamente estables.
05
energías no renovables
103
Autoevaluación
  1> Señala cuál de las siguientes energías no es alternativa:
  6> Los actuales yacimientos de gas natural españoles
están en la provincia de:
b)Biomasa
d)Maremotriz
  2> Indica cuál de las siguientes energías no es una
energía secundaria o final:
a)Gasolina
c)Gas natural
b)Electricidad
d)Petróleo o crudo
  3> Para un mejor aprovechamiento del carbón y con
objeto de que contamine menos el medio ambiente,
se está aplicando una tecnología, denominada:
a)Combustión b)Cobre y estaño
en lecho fluido
c)Níquel y estaño
d)Cobre y cinc
  4> El efecto invernadero es producido, principalmente,
por el aumento en el aire de:
a)Hidrocarburos no
quemados
c)Dióxido de carbono
b)Óxidos de azufre
d)Óxidos de nitrógeno
  5> Cuando se calienta un hidrocarburo por encima de
su temperatura de ebullición, con objeto de romper las moléculas complejas y obtener otras de peso
molecular menor, que coincidan con las de los hidrocarburos de mayor demanda, se denomina:
a)Refino
c)Gasificación
b)Craqueo
d)Destilación
a)Murcia
c)Sevilla
b)Cádiz
d)Guipúzcoa
  7> A la escisión del núcleo de un átomo mediante bombardeo de partículas se le denomina:
a)Fusión
c)Fundición
b)Fisión
d)Fricción
  8> Indica cuál de las siguientes centrales nucleares no
es de fisión:
a)Ascó I
c)Cofrentes
b)Tokamak II
d)Trillo I
  9> Indica cuál de los elementos indicados a continuación no forma parte de una central nuclear de fisión:
a)Barras de control
c)Tubo de acero
inoxidable
b)Moderador
d)Obturador
10> Las partículas encargadas de mantener una reacción
nuclear por fisión son:
a)Neutrones
c)Plasma
b)Protones
d)Protio
SOLUCIONES
1 c; 2 d; 3 a; 4 c; 5 b; 6 b; 7 b; 8 b; 9 d; 10 a.
a)Solar
c)Hidráulica
05
104
energías no renovables
Problemas propuestos
Para repasar
  1> ¿Qué quiere decir que una fuente de energía no es
renovable?
  2> ¿Cuáles son las fuentes de energía renovables y no
renovables?
  3> Señala cinco tipos de energías secundarias.
  4> ¿Qué tipo de combustibles fósiles has empleado tú
o tu familia como fuente de energía?
16> ¿En qué orden se van licuando los diferentes hidrocarburos que se obtienen en la destilación fraccionada?
17> Indica cuál es la composición típica de un litro de
crudo.
18> Haz una relación de los hidrocarburos más importantes y señala para qué se emplea cada uno.
19> Calcula la cantidad de queroseno que se puede obtener a partir de 100 litros de crudo.
  5> ¿Cómo se ha formado el carbón?
  6> ¿Qué son los carbones artificiales? ¿Cómo se obtienen?
20> Explica en qué consiste la fisión nuclear y la reacción en cadena.
  7> ¿Qué productos se pueden obtener de la brea y el
alquitrán?
21> Determina cuántos átomos se estarán rompiendo simultáneamente, en la octava reacción nuclear, si se
desprenden tres neutrones cada vez.
  8> Describe en qué consisten las nuevas tecnologías
aplicadas a la combustión en centrales térmicas,
para reducir la contaminación atmosférica.
  9> ¿Qué elementos son los que rodean el petróleo o
crudo cuando se encuentra en el pozo petrolífero?
10> ¿Cuáles son los hidrocarburos derivados del petróleo
más usados? ¿Qué otros productos se obtienen del
petróleo?
11> Sabiendo que en el año 2006 las importaciones de
crudo realizadas por España ascendieron a 75,31
Mtep, determina qué cantidad de crudo se importó
de cada uno de los siguientes países: a) Arabia Saudí; 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 procedentes
del petróleo o gas natural) conoces? Señala sus características y aplicaciones.
13> ¿Cuántas refinerías de crudo hay actualmente en España?
14> ¿Qué ventajas tiene el empleo de gas natural frente
a otros combustibles?
15> ¿Cuál es la diferencia entre un gasoducto y un oleoducto?
S: 23 litros.
22> Explica para qué vale el intercambiador de calor y
cuántos tiene una central BWR.
23> ¿Qué diferencia hay entre fusión y fisión nuclear?
24> ¿Cuánto tiempo tendría que estar funcionando la
central nuclear de Cofrentes para generar una energía de 14,85 GWh (gigavatios hora)?
S: 15 horas.
25> ¿En qué se basa la fusión nuclear?
26> ¿Qué problemas presenta aún la obtención de energía mediante fusión?
27> ¿Qué reacción nuclear es más contaminante, la fusión o la fisión? ¿Por qué?
28> Busca a lo largo del tema el significado de cada
uno de los términos siguientes: energías renovables,
energías alternativas, fuentes de energía secundaria, barril de petróleo, antracita, hulla, lignito, coque, gas ciudad, brea, la pez, central térmica clásica, gasificación del carbón, bacterias anaerobias,
craqueo, destilación fraccionada del petróleo, GLP,
acetileno, gas pobre, fisión, fusión, isótopo de uranio, reacción en cadena, reactor nuclear, PWR, BWR,
intercambiador de calor, deuterio, tritio, plasma,
confinamiento inercial y confinamiento magnético.
energías no renovables
05
Problemas propuestos
Para afianzar
29> Justifica por qué se consume solamente el 2,7 % de
carbón como energía secundaria, cuando se gasta
tanto como energía primaria. ¿En qué se convierte?
30> ¿Para qué crees que se emplea el carbón, dentro de
lo que se denomina uso doméstico?
31> Analiza la gráfica siguiente, en relación con el consumo de energías en España, a lo largo de los años
que se indican. ¿Gastamos más energía cada año?
¿Por qué? ¿Qué tipo de energías parece que tienen
mayor futuro? ¿A qué se debe?
200000
150000
Petróleo
Gas natural
Carbón
Nuclear
Hidraúlica
36> ¿Qué ventajas crees que tiene el empleo de gas natural frente a otros combustibles?
37> ¿Todo el gas natural que se consume está en la parte
superior de pozos petrolíferos? ¿Por qué?
38> ¿Cómo se almacena y transporta el gas natural? ¿Y
el petróleo o crudo?
39> Explica qué es un megaelectrovoltio (MeV) y una
unidad de masa atómica (u).
40> ¿Cuál es la potencia de todas las centrales nuclea­res
españolas? Si trabajasen al 100 % de su rendimiento, ¿qué energía eléctrica podrían generar (en GWh)
al año?
S: 65 007,96 GWh.
100000
Para profundizar
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
0
1994
50000
Petróleo
30000
Nuclear
42> Para calentar un depósito de agua, que contiene
2 000 litros de agua, se han gastado 1,5 litros de
gasóleo. Calcula el incremento de temperatura originado si el rendimiento de la instalación en la que
se ha calentado es del 85 %. Densidad del gasóleo
(δ) = 0,7 kg/dm3.
S: 4,6 °C.
2002
32> Analiza los momentos más significativos en la producción de energía en España en los últimos años,
a partir del gráfico adjunto. ¿Cuál crees que será la
tendencia en el futuro? ¿Por qué?
43> Determina qué cantidad de masa se habrá perdido
en una reacción de fisión, así como la cantidad de
uranio gastada, si se han obtenido 109 kcal.
S: 0,046 g.
Gas natural
Hidraúlica
25000
20000
15000
10000
5000
2006
2005
2004
2003
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
Carbón
1994
0
41> Dado que España tiene que importar más del 99 %
de petróleo y gas natural, ¿qué medidas se te ocurren para reducir este consumo?
33> Señala qué ventajas e inconvenientes puede acarrear una explotación de carbón a cielo abierto.
34> Averigua en qué provincias se encuentran los actuales pozos petrolíferos españoles. Para ello, recurre a
Internet si lo consideras necesario.
35> ¿Qué tanto por ciento de crudo, aproximado, se
obtuvo de los pozos petrolíferos españoles en el
año 2006, en relación con el total consumido aquel
año (75,31 Mtep)?
S: 0,19 %.
Actividades en grupo
44> En grupos de tres o cuatro alumnos/as, buscad información en Internet sobre la energía nuclear por
fusión. Averiguad cuáles son los nuevos métodos
que se están ensayando y realizad un trabajo, de
unas veinte páginas, que recoja: historia, evolución, avances significativos, expectativas, máquinas
empleadas, etc., de la fisión.
105
106
05
energías no renovables
Curiosidades
Últimos descubrimientos: automóviles que
contaminan menos
Investigadores del MIT (Instituto de Tecnología de Massachussets) están investigando cómo evitar la formación
de dióxido de azufre en los actuales catalizadores de los
coches, que tanto contribuyen a que se produzca la lluvia
ácida. Su trabajo se centra en un conversor catalítico que
consta de dos partes:
1. Convertidor de platino que convierte el monóxido de
carbono e hidrocarburos procedentes de la combustión, en el interior del cilindro, en monóxido de carbono (CO) y agua.
2. Una especie de trampa, que captura el dióxido de azufre presente, que resulta complicadísimo eliminar de
los hidrocarburos (gasolina, gasóleo, etc.). Para ello
se utiliza óxido de bario. El problema es que el dióxido
de azufre en presencia de O2 reacciona con el platino,
formándose dióxido de azufre. Se están usando supercomputadoras 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 casó
con el francés Pierre
Curie.
• En 1903 ella y su
marido reciben el
Premio Nobel de Física por el descubrimiento de la radiactividad de ciertos
átomos.
• En 1911 obtiene el Premio Nobel de Química por haber
descubierto los átomos de radio y polonio.
• Murió en 1934.
Coches con dos fuentes de energía
¿Habéis pensado qué ocurre cuando vamos en un automóvil o autobús bajando una cuesta y hay que frenar
constantemente? Se transforma la energía cinética del
vehículo en calorífica, a través de los frenos, que se pierde en la atmósfera.
Algunos tecnólogos y científicos han pensado cómo se
podría almacenar esa energía y utilizarla posteriormente.
Se han pensado diferentes sistemas, pero el más sencillo
y con mayor rendimiento es convertir esta energía en
electricidad y almacenarla en baterías, para usarla más
tarde en hacer funcionar un motor eléctrico.
En la actualidad, casi la totalidad de los fabricantes de
automóviles están comercializando (o a punto de hacerlo)
algún vehículo que utiliza este sistema. Estos vehículos
se denominan híbridos (utilizan dos fuentes de energía).
Cuando arrancan o circulan por zonas urbanas a poca velocidad hacen uso del motor eléctrico y cuando van a
mayor velocidad emplean el de gasolina.