instituto de enseñanza secundaria villa de mazo

INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA
VILLA DE MAZO
CONSEJERÍA DE EDUCACIÓN CULTURA DEPORTE
GOBIERNO DE CANARIAS
DEPARTAMENTO DE TENOLOGÍA.
IES VILLA DE MAZO
Unidad Didáctica: ENERGÍAS NO RENOVABLES
1. INTRODUCCIÓN
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. Es
decir, existen otras unidades que se usan para calcular la calidad energética de los
combustibles y que están basadas en el poder calorífico de estos combustibles.
tep  Toneladas equivalentes de petróleo
tec  Toneladas equivalentes de carbón
1 tep es la energía liberada en la combustión de 1 tonelada de crudo
1 tec es la energía liberada en la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla)
1 tep = 1’428 tec
Actividad 1
Calcular a cuántas toneladas equivalente de petróleo (tep) es igual a 1Mwh
FACTORES DE CONVERSIÓN A UTILIZAR.
1Mwh (megavatio hora) =
kwh
1 Mtep (megatonelada equivalente de petróleo)=
1 ktep (kilotonelada equivalente de petróleo) =
1 Mwh =
kcal =
dpetróleo=0,873kg/l
tep
tep
tep
1 tep = 7,0256 bep (barriles equivalentes de petróleo).
1 tep =
kcal =
1 kilotón (kt) =
1 megatón (Mt) =
J
J
J
Actividad 2. Realizar los siguientes factores de conversión.
Pasar a kwh
3 Mwh, 6Mtep, 7000tep, 500ktep, 6bep, 7kt, 9Mt.
Solución
1Mwh (megavatio hora) = 1000kwh
dpetróleo=0,873kg/l
6
1 Mtep (megatonelada equivalente de petróleo)= 10 tep
(toneladas equivalentes de petróleo
1 ktep (kilotonelada equivalente de petróleo) = 1000 tep
1 Mwh = 861244 kcal = 0,086 tep
1 tep = 7,0256 bep (barriles equivalentes de petróleo).
1 tep = 107 kcal = 4,18·1010 J
1 kilotón (kt) = 4,18·1015J
1 megatón (Mt) = 4,18·1018J
2. FUENTES DE ENERGÍA
Se llama fuente o recurso energético a todo aquello de
lo que se puede extraer energía. La mayoría de las fuentes de
energía, tienen su origen último en el Sol (eólica, solar,….).
Únicamente la energía nuclear, la geotérmica y la de las mareas
no derivan de él.
Las fuentes de energía o recursos energéticos se suelen
clasificar atendiendo a varios criterios entre los que
destacamos los siguientes:
a.- Por su duración tenemos:
1. Fuentes o Recursos 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.
2. Fuentes o Recursos 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.
b.- Por su obtención se distinguen:
1. Fuentes o Recursos primarios (como el petróleo
bruto). son todas aquellas formas de energía naturales
que actualmente utiliza el hombre y que se obtienen
directamente de la naturaleza. Se pueden clasificar en
renovables y no renovables
2. Fuentes o Recursos secundarios, 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.
Además de la clasificación por duración y por obtención, se distingue un grupo denominado
energías alternativas que son aquellas que no afectan al medio ambiente y otro grupo
denominado energías convencionales.
Se define reserva energética como todo aquel recurso que es técnicamente explotable
y económicamente rentable. Evidentemente la técnica avanza y el mercado cambia su
demanda, por lo que las reservas energéticas varían con el tiempo.
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
3. COMBUSTIBLES FÓSILES
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).
3.1. EL CARBÓN
El carbón es un combustible sólido de color negro, compuesto fundamentalmente por carbono
y otros elementos químicos, como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, etcétera.
El término ‘carbón’ se puede aplicar a sustancias de diversos orígenes, como la leña
parcialmente quemada, que se puede utilizar como combustible. En todos los casos se lleva a
cabo un proceso denominado carbonización, que consiste en eliminar ´de una sustancia
orgánica todos los elementos que no sean carbono.
Industrialmente, los tipos básicos que se consideran son el carbón vegetal y el mineral.
A.- El carbón vegetal
El proceso de obtención del carbón vegetal comienza apilando leña para formar unos
montículos que luego se recubren de tierra. Posteriormente se prende fuego al centro de la
carbonera y el calor que desprende de la combustión de la leña central cuece toda la madera a
unos 400ºC. En instalaciones más modernas de leña se coloca en el interior de un recinto que
está parcial o totalmente enterrado para evitar pérdidas térmicas. Durante la carbonización,
la madera elimina su humedad y las sales y azúcares de la savia que contienen nitrógeno,
hidrógeno, oxígeno o fósforo; de esta forma queda un material negro, brillante, poroso y
ligero. Este carbón vegetal se utiliza como combustible en calefacción doméstica o en fraguas
de hierro, y como absorbente en mascarillas antiguas.
b.- El carbón mineral
El carbón mineral es el resultado de la carbonización de restos orgánicos vegetales durante
millones de años. Es un sustancia fósil, que se encuentra bajo la superficie terrestre, de
origen vegetal, generada como resultado de la descomposición lenta de la materia orgánica de
los bosques, acumulada en lugares pantanosos, lagunas y deltas fluviales, principalmente
durante el período Carbonífero Estos vegetales enterrados sufrieron un proceso de
fermentación en ausencia de oxígeno, debido a la acción conjunta de microorganismos, en
condiciones de presión y temperatura adecuados. A medida que pasaba el tiempo, el carbón
aumentaba su contenido en carbono, lo cual incrementa la calidad y poder calorífico del mismo
El carbón mineral se clasifica por la proporción del elemento carbono que contiene.
ANTRACITA
HULLA
LIGNITO
TURBA
92 - 95 %
75 - 92 %
60 - 75 %
45 - 60 %
8000-9000 kcal/kg
7000-8000 kcal/kg
6000-7000 kcal/kg
4500-6000 kcal/kg
Contenido en
carbono
Poder
calorífico
Combustión


Utilización

Llama
azulada
y
poco
luminosa
Arde
sin
humos

Combustible
de
alta
calidad




Llama corta y
luminosa
Obtención
coque
Centrales
eléctricas
Calefacción
de


Llama muy larga
Emite
mucho
humo


Calefacción


Sólo cuando se
seca
Emite humo
denso
Modelado en
forma
de
briquetas para
calefacción
Turba: es el carbón más reciente. Tiene un porcentaje alto de humedad (hasta 90%), bajo
poder calorífico y poco carbono. Se debe secar antes de su uso. Se encuentra en zonas



pantanosas. Se emplea en calefacción y como producción de abonos. Tiene muy poco
interés industrial debido a su bajo poder calorífico.
Lignito : poder calorífico en torno a las 6000 kcal/kg, con más de un 60 % de carbono y
mucha humedad (30%). Se encuentra en minas a cielo abierto y por eso, su uso suele ser
rentable. Se emplea en centrales térmicas para la obtención de energía eléctrica y para la
obtención de subproductos mediante destilación seca.
Hulla : tiene alto poder calorífico, más de 7000 kcal/kg y elevado porcentaje de carbono
(85%). Se emplea en centrales eléctricas y fundiciones de metales. Por destilación seca se
obtiene amoniaco, alquitrán y carbón de coque (muy utilizado en industria. Se obtiene
calentando la hulla en ausencia de aire en unos hornos especiales. El resultado es un
carbón con un mayor poder calorífico).
-Antracita : es el carbón más antiguo, pues tiene más de un 90% de carbono. Arde con
facilidad y tiene un alto poder calorífico (más de 8000 kcal/kg).
EXTRACCIÓN DEL CARBÓN
La extracción del carbón se puede realizar mediante canteras a cielo abierto en yacimientos
de lignito, que están a poca profundidad. Pero es más frecuente la extracción en mina, que es
una red de pozos y galerías subterráneas escavadas hasta encontrar las vetas. Como medidas
de seguridad, todas las galerías están entibadas, es decir, reforzadas con arcos de acero y
traviesas de madera para evitar su hundimiento, y al agotarse una galería o un pozo, se rellena
con restos o se produce un derrumbamiento controlado. Además se mantiene una buena
ventilación por todo el interior de la mina para suministrar aire a los mineros y para evacuar el
gas grisú, que es el metano retenido durante la carbonización del yacimiento.
Los trozos de carbón se extraen de la mina mediante vagonetas y se lavan, se trituran y se
clasifican. Por fin se transportan por tren o camión hasta las centrales eléctricas cercanas o a
los centros de distribución para el consumo doméstico, desde donde se realiza la distribución
por medio de camiones.
La técnica más moderna de transporte de carbón consiste en pulverizarlo y mezclarlo con
agua, para obtener un fluido que se bombea por unos tubos llamados carboductos.
Cuando el carbón se importa desde países lejanos se utilizan los barcos carboneros.
(Ver infografía sobre el carbono)
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.
1. Fabricación de carbón de coque. 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 1100 °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).
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 5000 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
• 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.
3. Producción de electricidad en centrales térmicas clásicas. Generan electricidad a partir
de combustibles fósiles (carbón, fuelóleo y gas natural).
LAS RESERVAS DE CARBÓN EN ESPAÑA.
Las reservas de carbón en España se concentran en León, Asturias y Teruel.
La Unión Europea ha establecido el Plan Nacional de Reserva estratégica del carbón
2006-2012. Estas ayudas suponen claramente un beneficio económico para las empresas
mineras del carbón en la medida en que constituyen una subvención directa que cubre gastos
corrientes que estas empresas deberían, sino, sufragar ellas mismas. Estos gastos consisten
en la diferencia entre el coste de producción previsible y el ingreso previsible. Por otra parte,
las medidas en cuestión están dirigidas únicamente a empresas de la minería del carbón en
España.
Carbón y Medio Ambiente.
La combustión del carbón afecta de una manera significativa al medio ambiente.
Destacándose:
1. Impacto medioambiental.- La combustión del carbono implica emisión a la atmósfera de
óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas sólidas, 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:
1.1. 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.
1.2. Lluvia ácida.- Se genera como consecuencia de la emisión de azufre y óxido 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 hacia la tierra en forma de lluvia.
1.3. Pérdidas de parte del manto fértil del suelo.- Esto causa la destrucción de buena
parte de los bosques.
1.4. Contaminación de los ríos y mares- Dañan la vida acuática y deterioran el agua que
consumimos.
1.5. Deterioro del patrimonio arquitectónico.- Los gases producidos por la combustión
del carbón atacan la piedra, poniendo en peligro su conservación.
2. 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.
Para saber más sobre el tema: Instituto Nacional del Carbón y European Carbon and Graphite
Association
EJERCICIOS
1. Realizar los siguientes factores de conversión y pasar a kwh:
5Mwh, 78Mtep, 9000tep, 400ktep, 8bep, 8kt, 10Mt.
2. ¿Qué es un tep? ¿Y un bep? ¿A cuántas Kcal equivalen?.
3. Pasar 10Mwh a tep, 12,6 ktep a kcal, 3 tep a J, 10,5 bep a cal, 3,4kt a kwh, 345000J a bep,
1300kwh a Mt, 13400kcal a kt
4. ¿A qué se llama fuente o recurso energético?.
5. Los recursos se clasifican según su duración en…………… y según su obtención en…….
6. ¿Qué son recursos no renovables? ¿Y renovables?.
7. ¿Qué son recursos primarios? ¿Y secundarios?.
8. ¿Qué son energías alternativas?
9. ¿A qué se llama reserva energética?.
10.- ¿Cuáles son los combustibles fósiles? Explica brevemente cómo se forman en la
naturaleza.
11. ¿Qué cantidad de carbón (Pc=30000Kj/kg) tendremos que quemar en una central térmica
con un rendimiento del 29% para obtener 1000kwh
12. El rendimiento de una central térmica de carbón es del 30%. Si el poder calorífico del
carbón utilizado es de 29000kJ/kg, calcular la cantidad de carbón necesaria para obtener una
energía eléctrica de 1000kwh.
13. ¿Qué es el carbón? Tipos de carbón
14. Proceso de obtención del carbón vegetal.
15. ¿Qué es la carbonización?
16. ¿Qué es el carbón mineral?. ¿qué son vetas?
17. Clasificación del carbón mineral según su contenido en carbono.
18. ¿De qué dos tipos pueden ser las explotaciones mineras de carbón?
19. ¿Qué medidas de seguridad tienen que tener las minas subterráneas?
20. ¿Qué son carboductos?
21. ¿A qué proceso se somete a la hulla para aumentar su poder calorífico? ¿Qué sustancia se
obtienen y para que se utilizan?
22. Reservas de carbón en España.
23. ¿En qué consiste el efecto invernadero? ¿Qué consecuencias globales tiene?
24. ¿En qué consiste la lluvia ácida? ¿Cómo se manifiesta en la naturaleza?
25. Tratamiento de residuos.