COMBUSTIBLES FSILES
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCINCARBONClasificacin de los carbones4Clases y usos del
carbn5Composicin y estructura del carbn7Clasificacin
fisico-quimica8Clasificacin de Seyler8Clasificacin A.S.T.M11Ensayos
Normalizados12Anlisis inmediato12Comparacin Ensayos
Normalizados14Poder Calorfico16Calidades Del Carbn
Colombiano16Norte de Santander18PETRLEOComposicin19Clasificacin
segn API20Refinado20Destilacin fraccionada21GAS NATURAL22
CONCLUSIONES23BIBLIOGRAFIA24
INTRODUCCIN
De todas las formas de energa, ninguna es tan til y fundamental
para la vida del hombre, como la energa qumica almacenada por la
naturaleza durante millones de aos en los combustibles fsiles;
Los humanos necesitamos energa para cualquier funcin que
desarrollamos. Las casas se deben calentar, se necesita energa para
el desarrollo de la industria y la agricultura e incluso en nuestro
cuerpo existe un flujo constante de energa. Todos los procesos que
nos proporcionan con los lujos y comodidades en nuestra vida diaria
requieren de un gasto energtico. Esto es un proceso industrial que
puede desarrollarse mediante el uso de diferentes fuentes. Estas
fuentes pueden ser renovables y no renovables. Las fuentes de
energa renovable se reemplazan con el tiempo y por lo tanto no
desaparecen fcilmente. Sin embargo las fuentes de energa no
renovable estn amenazadas y pueden desaparecer si el uso es
alto.Hoy en da, se usan muchas fuentes de energa renovables, por
ejemplo energa solar, elica e hidrulica. Irnicamente, todava
utilizamos mayormente recursos energticos provenientes de fuentes
de energa no renovable, o combustibles fsiles.
Los combustibles fsiles consisten en depsitos de organismos
fsiles que en una ocasin estuvieron vivos. La materia orgnica se
forma durante siglos. Los combustibles fsiles consisten
principalmente en uniones de carbn e hidrogeno. Existen tres tipos
de combustibles fsiles que pueden usarse para la provisin
energtica: carbn, petrleo y gas natural.
El Carbn es un combustible fsil que se ha formado durante
millones de aos por el deposito y cada a la tierra de material
vegetal. Cuando estas capas se compactan y se calientan con el
tiempo, los depsitos se transforman en carbn.
El petrleo es un liquido combustible fsil que se forma por los
restos de microorganismos marinos depositados en el fondo del mar.
Despues de millones de aos los depsitos acaban en rocas y
sedimentos donde el petrleo es atrapado en ciertos espacios. Se
extrae mediante plataformas de explotacin. El petrleo es el
combustible mas usado. El petrleo crudo consiste en muchos
compuestos orgnicos diferentes que se transforman en productos en
un proceso de refinamiento.
El gas natural es un recurso fsil gaseado que es muy verstil,
abundante y relativamente limpio si se compara con el carbn o
petrleo. Al igual que el petrleo su origen procede de los
microorganismos marinos depositados. Es una fuente de energa
relativamente poco explotada y nueva.CARBON
El carbn tiene muchos usos importantes en todo el mundo. Los
usos ms importantes son la produccin de electricidad, la produccin
de acero, la fabricacin de cemento y otros procesos industriales,
as como combustible lquido.
Un mineral es una sustancia natural homognea, de origen
inorgnico, con composicin qumica definida y, en general, con
estructura cristalina, por lo que se excluyen de esta definicin las
sustancias generadas por la transformacin de materia orgnica en
ambientes reductores como carbn, petrleo y resinas fsiles.
Este origen asociado a procesos geolgicos ha llevado a varios
autores a clasificar los materiales con hidrocarburos como
minerales; sin embargo, resulta ms adecuado referirse a stos como
materiales energticos y en este sentido se utiliza en este
documento.El carbn, compuesto principalmente por carbono, hidrgeno,
nitrgeno, oxgeno y azufre, se origina en transformaciones fsicas y
qumicas de grandes acumulaciones vegetales, depositadas en
ambientes palustres (pantanos), lagunares o deltaicos.
Una de las clasificaciones ms aceptadas para el carbn
corresponde a la American Society for Testing and Materials
(ASTMD-388-777), mostrada en la Tabla , que lo divide en cuatro
clases segn las propiedades referidas a la composicin de los
vegetales y las condiciones de presin y temperatura (grado de
metamorfismo) a que fueron sometidos durante su formacin.
Clasificacin de los Carbones.
La determinacin del rango de carbn es el proceso de
carbonificacin mediante el desarrollo y evolucin gradual por el
cual las substancias vegetales de la turba fueron transformadas, en
ausencia parcial de aire y bajo influencia de temperatura y presin,
a travs del tiempo geolgico, en lignito y, subsecuentemente, en
carbn.
El rango nos designa el estado de carbonificacin alcanzado y
este se calcula utilizando especificaciones estndar usadas para la
clasificacin (ASTM D-388-77), en las cuales el carbono fijo y el
poder calorfico se deben calcular en base libre de materia mineral
y en base seca, de acuerdo a las formulas de Parr (1 y 2), o las
formulas aproximadas (3 y 4):
Formulas de Parr:1. CFSlmn = (CF / [100 - (H + 1,08CZ + 0,55S)]
x 1002. BTUhlmn = (BTU - 50S) / [100 - (H + 1,08CZ + 0,55S)] x
100
Formulas de Aproximacin:3. CFSlmn = (CF-0,15S) / [100 - (H +
1,1CZ + 0,1S)] x 1004. BTUhlmn = BTU / [100 - (1,1CZ + 0,1S)] x
100
CF = porcentaje de carbono fijo.mm = materia mineral.BTU =
Unidades Trmicas Inglesas por libra (poder calorfico).H =
Porcentaje de hmedad.CZ = Porcentaje de ceniza.S = Porcentaje de
azufre.
CLASIFICACIN FISICO QUIMICA DE LOS CARBONES
Calidades del Carbn Colombiano
La calidad de los carbones est referida a las propiedades fsicas
y qumicas, que son las que finalmente determinarn el uso final del
material y enlistadas a continuacin:
Humedad: Se presenta como humedad total, inherente o de
equilibrio, superficial, agua de hidratacin o agua de
descomposicin. Tiene importancia en contratos de compraventa, en
evaluacin y control de procesos industriales y en manejo y
pulverizacin del carbn. Cenizas (Cz): Residuo no combustible de
origen orgnico e inorgnico. Materias voltiles (Mv): Su contenido
determina los rendimientos del coque y sus productos y es criterio
de seleccin del carbn para gasificacin y licuefaccin. Carbono fijo
(CF): Es una medida de material combustible slido y permite
clasificar los carbones y definir los procesos de combustin y
carbonizacin. Azufre total (St): Parmetro en la definicin de gases
txicos de los procesos de gasificacin y licuefaccin. Poder
calorfico (PC): Representa la energa de combustin del carbono e
hidrgeno y del azufre. Es el parmetro ms importante en la definicin
de los contratos de compraventa de carbones trmicos y en la
clasificacin de los carbones por rango, se expresa en BTU/lb, Cal/
gr, etc.
Departamento de Norte de Santander
El departamento de Norte de Santander est localizado en los
lmites con Venezuela; sus principales zonas mineras estn en
Catatumbo, con 43,63 Mt; Zulia-Chincota, con 34,01 Mt; y Tasajero,
con 11,46 Mt. Otras zonas carbonferas con menor grado de potencial
son Pamplona-Pamplonita, Salazar, Herrn-Toledo, Mutiscua-Ccota y
Chitag. Posee reservas medidas de 105,34 Mt y se caracteriza por
predominar la minera con problema de manejo de gases y que se
encuentra en implementacin de mejores sistemas de explotacin.
Adems, debido a su ubicacin geogrfica, gran parte de la produccin
se destina a la exportacin a travs del puerto de Maracaibo, en
Venezuela.
PETRLEO
El petrleo es una mezcla homognea de compuestos orgnicos,
principalmente hidrocarburos insolubles en agua. Tambin es conocido
como petrleo crudo o simplemente crudo.
Se produce en el interior de la Tierra, por transformacin de la
materia orgnica acumulada en sedimentos del pasado geolgico y puede
acumularse en trampas geolgicas naturales, de donde se extrae
mediante la perforacin de pozos.
En condiciones normales es un lquido bituminoso que puede
presentar gran variacin en diversos parmetros como color y
viscosidad (desde amarillentos y poco viscosos como la gasolina
hasta lquidos negros tan viscosos que apenas fluyen), densidad
(entre 0,66 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorfica, etc. Estas
variaciones se deben a la diversidad de concentraciones de los
hidrocarburos que componen la mezcla.
Es un recurso natural no renovable y actualmente tambin es la
principal fuente de energa en los pases desarrollados. El petrleo
lquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en
yacimientos que han estado enterrados durante millones de aos,
cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.
Composicin
El petrleo est formado principalmente por hidrocarburos, que son
compuestos de hidrgeno y carbono, en su mayora parafinas, naftenos
y aromticos. Junto con cantidades variables de derivados saturados
homlogos del metano (CH4). Su frmula general es CnH2n+2.
Cicloalcanos o cicloparafinas-naftenos: hidrocarburos cclicos
saturados, derivados del ciclopropano (C3H6) y del ciclohexano
(C6H12). Muchos de estos hidrocarburos contienen grupos metilo en
contacto con cadenas parafnicas ramificadas. Su frmula general es
CnH2n.
Hidrocarburos aromticos: hidrocarburos cclicos insaturados
constituidos por el benceno (C6H6) y sus homlogos. Su frmula
general es CnHn.
Alquenos u olefinas: molculas lineales o ramificadas que
contienen un enlace doble de carbono (-C=C-). Su frmula general es
CnH2n. Tienen terminacin -"eno".
Dienos: Son molculas lineales o ramificadas que contienen dos
enlaces dobles de carbono. Su frmula general es CnH2n-2.
Alquinos: molculas lineales o ramificadas que contienen un
enlace triple de carbono. Su frmula general es: CnH2n-2. Tienen
terminacin -"ino".
Adems de hidrocarburos, el petrleo contiene otros compuestos que
se encuentran dentro del grupo de orgnicos, entre los que destacan
sulfuros orgnicos, compuestos de nitrgeno y de oxgeno. Tambin hay
trazas de compuestos metlicos, tales como sodio (Na), hierro (Fe),
nquel (Ni), vanadio (V) o plomo (Pb). Asimismo, se pueden encontrar
trazas de porfirinas.
Clasificacin del petrleo segn su gravedad API
Relacionndolo con su gravedad API el American Petroleum
Institute clasifica el petrleo en "liviano", "mediano", "pesado" y
"extrapesado":
Crudo liviano o ligero: tiene gravedades API mayores a 31,1 API
Crudo medio o mediano: tiene gravedades API entre 22,3 y 31,1 API.
Crudo pesado: tiene gravedades API entre 10 y 22,3 API. Crudo extra
pesado: gravedades API menores a 10 API.
El refinado de petrleo
El petrleo es una mezcla de productos que para poder ser
utilizado en las diferentes industrias y en los motores de
combustin debe sufrir una serie de tratamientos diversos. Muy a
menudo la calidad de un petrleo crudo depende en gran medida de su
origen. En funcin de dicho origen sus caractersticas varan: color,
viscosidad, contenido. Por ello, el crudo a pie de pozo no puede
ser utilizado tal cual. Se hace, por tanto, indispensable la
utilizacin de diferentes procesos de tratamiento y transformacin
para la obtencin del mayor nmero de productos de alto valor
comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el proceso
de refino o refinacin del petrleo.
Destilacin fraccionada del petrleo
El petrleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza,
sino que se separa en mezclas ms simples de hidrocarburos que
tienen usos especficos. A ese proceso se le conoce como destilacin
fraccionada. El petrleo natural hirviente (a unos 400 grados
Celsius) se introduce a la parte baja de la torre de destilacin o
fraccionamiento; las sustancias ms voltiles que se evaporan a esa
temperatura pasan como vapores a la cmara superior, donde se enfran
y se condensan, mientras que las fracciones ms pesadas quedan en
las zonas inferiores. De este proceso se obtienen las siguientes
fracciones:
Gases: metano, etano y gases licuados del petrleo (propano y
butano)
Nafta, ligrona o ter de petrleo
Gasolina
Queroseno
Gasleo (ligero y pesado)
Fuelleo
Aceites lubricantes
Asfalto
Alquitrn
Gas natural
El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de
energa no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se
encuentra en yacimientos independientes de gas o en yacimientos de
petrleo, disuelto o asociado con el petrleo (acumulacin de plancton
marino) o en depsitos de carbn.
Aunque su composicin vara en funcin del yacimiento del que se
saca, est compuesto principalmente por metano en cantidades que
comnmente pueden superar el 90 o 95% (p. ej., el gas no-asociado
del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele contener otros
gases como nitrgeno, cido sulfhdrico, helio y mercaptanos.
Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-asociado
de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes
adicionales de este recurso natural, se estn investigando los
yacimientos de hidratos de metano que, segn estimaciones, pueden
suponer una reserva energtica muy superiores a las actuales de gas
natural.
Puede obtenerse tambin con procesos de descomposicin de restos
orgnicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de
tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales
urbanas, plantas de procesado de basuras, de desechos orgnicos
animales, etc.). El gas obtenido se denomina biogs.
Algunos de los gases que forman parte del gas natural cuando es
extrado se separa de la mezcla porque no tienen capacidad energtica
(nitrgeno o CO2) o porque pueden depositarse en las tuberas usadas
para su distribucin debido a su alto punto de ebullicin. Si el gas
fuese criognicamente licuado para su almacenamiento, el dixido de
carbono (CO2) solidificara interfiriendo con el proceso criognico.
El CO2 puede ser determinado por los procedimientos ASTM D 1137 o
ASTM D 1945.
El propano, butano e hidrocarburos ms pesados en comparacin con
el gas natural son extrados, puesto que su presencia puede causar
accidentes durante la combustin del gas natural. El vapor de agua
tambin se elimina por estos motivos y porque a temperaturas
cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos
de metano que pueden obstruir los gasoductos. Los compuestos de
azufre son eliminados hasta niveles muy bajos para evitar corrosin
y olores perniciosos, as como para reducir las emisiones de
compuestos causantes de lluvia cida. La deteccin y la medicin de
H2S se puede realizar con los mtodos ASTM D2385 o ASTM D 2725.
Para uso domstico, al igual que al butano, se le aaden trazas de
compuestos de la familia de los mercaptano entre ellos el
metil-mercaptano, para que sea fcil detectar una fuga de gas y
evitar su ignicin espontnea.
CONCLUSIONES
El carbn, compuesto principalmente por carbono, hidrgeno,
nitrgeno, oxgeno y azufre, se origina en transformaciones fsicas y
qumicas de grandes acumulaciones vegetales, depositadas en
ambientes palustres (pantanos), lagunares o deltaicos.
La determinacin del rango de carbn es el proceso de
carbonificacin mediante el desarrollo y evolucin gradual por el
cual las substancias vegetales de la turba fueron transformadas, en
ausencia parcial de aire y bajo influencia de temperatura y presin,
a travs del tiempo geolgico, en lignito y, subsecuentemente, en
carbn.
La calidad de los carbones est referida a las propiedades fsicas
y qumicas, que son las que finalmente determinarn el uso final del
material. El petrleo es una mezcla homognea de compuestos orgnicos,
principalmente hidrocarburos insolubles en agua. Tambin es conocido
como petrleo crudo o simplemente crudo.
El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de
energa no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se
encuentra en yacimientos independientes de gas o en yacimientos de
petrleo, disuelto o asociado con el petrleo (acumulacin de plancton
marino) o en depsitos de carbn.
BIBLIOGRAFIA
La cadena del carbn, UOME 2012.
VICENTE J. Carbn. 2010
Ensayos de caracterizacin de carbn mineral. UNAM. 2009
Wikipedia.org
Uso de carbn, CARBUNIN. Sas. 2010
