Las energías no renovables tienen una importancia enorme en todos los países desarrollados y en vías de desarro-llo. 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 eléc-trica, pero el temor a escapes radiactivos o explosiones nucleares frenó su avance. En España no se ha instalado ninguna central nuclear desde 1982.

ENERGÍAS NO RENOVABLES

05

86 energías no renovables05

j5.1FuentesdeenergíaEl hombre, a lo largo de la Historia, ha intentado explotar todos aquellos recursos ener-géticos 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.Fuentesdeenergíaprimarias

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.

•   MWh  (megavatio  o  megawatt hora) = 1 000 kWh (kilovatios o kilowatts hora).

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

•  1 ktep (kilotonelada equivalen-te 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.

Importante

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

Nuclear16,56 Mtep

11,1 %

Energíasalternativas9,61 Mtep

6,44 %

Hidráulica2,85 Mtep

1,91 %

Gas natural26,90 Mtep

18,02 %

Carbón17,99 Mtep

12,06 %

Petróleo75,31 Mtep

50,47 %

EJEMPLO1

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

Solución

1 MWh = 106 W · h = 108 · 36 W · s = 36 · 108 J = 36 · 108/4,18 [cal] = 36 · 108/(103 · 4,18) [kcal] = 861 244 kcal. Como 10 000 kcal es igual a 1 kg de petróleo, mediante una regla de tres, 1 MWh = 86,12 kg de petróleo = 0,086 tep.

Se entiende por energías no renovables aquellas que nos proporciona la naturaleza, pero que, una vez consumidas, no hay 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 natu-raleza, 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, deno-minada tonelada equivalente de petróleo (tep), cuyo valor es igual a 107 kilocalo- rías. Para ello, admite que 1 kg de petróleo crudo es igual a 10 000 kcal.

Hidráulica

Solar

Eólica

Biomasa

Maremotriz

De las olas

Residuos Urbanos (RSU)

Fuentes de energía primarias

No renovables

Combustibles fósiles

Energía nuclear

Carbón

Petróleo ygases combustibles

Renovables

Alt

erna

tiva

s

Geotérmica

Hidrotérmica

87energías no renovables 05

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, con-siderado como energía primaria, no sea igual a la cantidad de petróleo consumido como energía se-cundaria?

•  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 duran-te el año 2006 fue de 3,34 tep.

Importante

j B.Fuentesdeenergíasecundarias

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.

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.

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

Energías renovables4,7 Mtep

4 %

Productospetrolíferos64,10 Mtep

57 %

Gas natural19,85 Mtep

17 %Electricidad22,75 Mtep

20 %

EJEMPLO4

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

Solución2,24 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.

EJEMPLO3

¿Qué cantidad de barriles de petróleo (productos petrolíferos) se han consu-mido en España en el año 2006? ¿Cuántos kilos de petróleo tiene un barril?

Solución

Sabemos que 1 tep = 7,2056 bep. Por tanto, 64,10 Mtep = 64,10 · 106 tep = = 64,10 · 106 · 7,2056 bep = 46 187 896 barriles de productos petrolíferos. Si 1 000 kgep (kilogramos equivalentes de petróleo) = 7,2056 barriles, mediante una regla de tres: x = 138,78 kilogramos.

EJEMPLO2

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

SoluciónSe 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.

Carbón2,24 Mtep

2 %

88 energías no renovables05

Breve evolución del carbón•   Se empieza a utilizar a gran es-

cala en el siglo xvi, como susti-tuto de la madera, que empeza-ba a escasear.

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

•    En  1910,  más  del  90 %  de  la energía  consumida  a  nivel mundial  provenía  del  carbón. La producción anual fue duran-te aquel año de 1 200 millones de toneladas.

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

•   En la actualidad, su uso se res-tringe  casi  exclusivamente  a centrales térmicas clásicas.

Importante

Fig. 5.4. El consumo de carbón en España en el año 2006 fue de 26,40 Mtep, y procedió de los países indicados en el gráfico.

Otros10,08 Mtep

38,2 %Australia1,78 Mtep

6,7 %

Producciónpropia

6,62 Mtep25,1 %

Sudáfrica4,02 Mtep

15,3 %EE.UU.

2,47 Mtep9,3 %

Indonesia1,43 Mtep

5,4 %

j5.2CombustiblesfósilesLos combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas natural. Todos ellos pro-ceden de restos vegetales y otros organismos vivos (generalmente plancton marino) que hace millones de años fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos o fe-nómenos 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).

Fig. 5.3. El origen del carbón.

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Agua

Zona selvática

Restos de plantas

SedimentosTurba

Agua

Sedimentos y rocas

Carbón, petróleo o gas natural

j A.Elcarbón

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

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).

Tabla 5.1. Tipos de carbones minerales.

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

89energías no renovables 05

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Agua

Zona selvática

Restos de plantas

SedimentosTurba

Agua

Sedimentos y rocas

Carbón, petróleo o gas natural

1. Carbones artificiales. Son fabricados o modificados por el hombre. Los más impor-tantes son:

• Carbón vegetal. Se obtiene quemando madera, apilada en montones recubiertos generalmente de barro, para evitar el contacto directo con el aire y, de esta manera, conseguir que la combustión sea parcial. Se ha utilizado mucho en ca-lefacciones (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.

1. Fabricación de carbón de coque. Como ya hemos indicado, se emplea para la fabri-cación 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 produc-tos 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 acetil-

salicílico), colorantes, insecticidas, explosivos, plásticos, etcétera. — Pez. Para pavimentar carreteras (asfalto) e impermeabilizar tejados.

Fig. 5.5. Obtención del carbón vegetal a través de la descomposición por acción del calor (pirólisis).

Fig. 5.6. Baterías de coque.

90 energías no renovables05

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 exterior-mente pasan los gases y el calor procedentes de la calde-ra. Es decir, en el punto 9 se calienta el aire que se va a usar aprovechando el calor del humo.

• Los humos procedentes de la combustión se hacen pa-sar por un precipitador (10), que suele constar de va-rias cortinas de agua pulverizada, con objeto de rete-

ner las partículas sólidas, especialmente cenizas. 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 chime- nea (12).

• El vapor generado en las tuberías (4 y 6) se dirige hacia las turbinas (13, 14 y 15), haciéndolas girar a gran velo-cidad (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 mecáni-ca en energía eléctrica.

• Para que las turbinas puedan girar es necesario licuar el vapor de agua que las ha atravesado. Para ello, por el condensador (16) se hace pasar agua 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 ca-lentamiento (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.

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

1- Parque de carbón y cinta transportadora 2- Tolva 3- Molino 4- Caldera 5- Cenicero 6- Sobrecalentador 7- Recalentador 8- Economizador 9- Calentador de aire10- Precipitador11- Desulfuración12- Chimenea13- Turbina de alta presión14- Turbina de media presión15- Turbina de baja presión16- Condensador17- Transformadores18- Torre de refrigeración19- Calentadores 20- Generador21- Líneas de transporte de energía eléctrica

91energías no renovables 05

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 tan-to, 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 pos-teriormente 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 carbónLas reservas de carbón se estiman en 4 300 millones de toneladas. El 82 % de los recur-sos 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.

Hay  dos  formas  de  extraer  el carbón:•  Explotación subterránea.  En 

la que se excavan pozos, deno-minados  galerías,  hasta  llegar a  la  veta  de  carbón.  Normal-mente,  se  transporta  a  la  su-perficie  mediante  vagonetas. A veces suele aparecer un gas, denominado grisú y compuesto mayoritariamente  por  metano, que en contacto con una chispa produce  explosiones.  Este  sis-tema de extracción es muy caro y peligroso.

• Explotación a cielo abierto. Para  aquellos  yacimientos  que se  encuentran  a  ras  de  super-ficie.  Su  extracción  es  menos peligrosa y mucho más barata, aunque no sin algunas dificul-tades.

Importante

EJEMPLO5

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.

SoluciónEnergía 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 kcalEnergía suministrada = Es = 8 000 [kcal/kg] · m [kg]

η = 0,3 = Eu/Es = 1,033 · 109 [kcal] ⇒ m = 1,033 · 109

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

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.

EJEMPLO6

Calcula la cantidad de m3 de gas ciudad que es necesario quemar para convertir el carbón de hulla en carbón de coque (en el interior de una coquería), si se necesitan 2 · 108 kcal. El poder 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 %.

SoluciónPc(real) = Pc(cn) · p 273/(273 + t) = 5 000 · 2 · 273/(273 + 30) = 9 010 kcal/m3; Es = Pc(real) · V

Eu 2 · 108 [kcal]η = 95 % = 0,95 =

Es = 9 010 [kcal/m3] · V[m3]

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

05 energías no renovables92

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 dete-rioros 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:

• 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 atmós-fera, 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 bue-na parte de los bosques.

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

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

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

Fig. 5.8. La contaminación tiene grandes repercusiones en el medio ambiente.

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

5> Dibuja, mediante diagramas conceptuales (recuadros), las partes de una central térmica clásica. Luego expli-ca su 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 em-plea.

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 mon-taña de 500 m se emplea una locomotora de vapor. Suponiendo que la locomotora, junto con los viajeros, pesa 30 t, determina qué cantidad mínima de 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 car-bón 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.

ACTIVIDADES

93energías no renovables 05

j B.Elpetróleo

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. Gran-des 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 mate-ria 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.

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 sís-mico. 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 certe-za) 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 petró-leo, 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.

Fig. 5.9. Pozo petrolífero y torre de extracción.

Depósito de sal

Agua salada

Roca porosa

Arcilla

Petróleo o crudo

Gas natural

Torre de extracción

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.

94 energías no renovables05

• 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.

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 tempe-ratura 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 ex-cesivos, 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.

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

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

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

13> ¿En qué consiste el craqueo del petróleo?

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

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

ACTIVIDADES

Fig. 5.11. Composición típica de un litro de crudo después del proceso de refino.

Gasolina20 %

Gasóleo  y fuelóleo

37 %

Butano  y propano

2 %

Otros6 %

Alquitrán,parafinas y

aceites12 %

Fig. 5.10. Refinería de petróleo.

Gas ligero

Propano

Butano

Queroseno

Gasolina

Petróleo

Gasóleo

Fuelóleo

Queroseno23 %

40 ºC

100 ºC

200 ºC

250 ºC

300 ºC

340 ºC

95energías no renovables 05

• Productos obtenidos y sus aplicaciones. De los pozos petrolíferos se obtienen dos tipos de combustibles: gas natural e hidrocarburos.

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

Suele encontrarse de dos maneras distintas:

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

2. En grandes bolsas recubiertas de material impermeable (arcilla), que 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 tube-rías (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 hi-drocarburos, quedando prácticamente con una composición de metano (84 %), etano (8 %), propano (2 %) y otras impurezas.

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.

Fig. 5.13. Red de gasoductos de gas natural.

Gerona

Tarragona

Lérida

Castellón

Valencia

AlicanteOrihuela

Cartagena

Almeria

Málaga

AlgecirasCádiz

Huelva Sevilla Granada

CórdobaAlmendralejo

Mérida

Salamanca

Valladolid Zaragoza

Burgos

Santander Bilbao S.Sebastian

PamplonaVitoria

Gasoducto en operación

Gasoducto en construcción

Gasoducto en proyecto

Gasoducto en estudio

Planta de regasificación

Estación de compresión

Planta de regasificación en proyecto o estudio

Estación de compresión en proyectos/contrucción

Estación de compresión en estudio

Centros de mantenimiento

Centros de mantenimiento en proyecto estudio

Yacimiento de gas natural

Almacenamiento subterráneo

Centrales eléctricas

BadalonaSant Adriá

BesósFoix

Sagunto

Murcia

Marismas

Osuna

Poseidón

C.ColónRincón

Jaén

Linares

Badajoz

Campo MajorCáceres

Setúbal

Lisboa

Leiria

Coimbra

Oporto

Braga

VigoPontevedra Orense

SabónLa Coruña

El Ferrol

LugoVillalba

Avilés Gijón

OviedoLeón

BenaventePalencia

Zamora

MadridGuadalajara

ToledoAceca

Ciudad RealPuertollanoC.S.E.

Aranda de Duero

Banturtzi

Logroño Calahorra

Gaviota

Huesca

MonzónTamarite

Alfarras

Perpiñán

Lacq

Serrablo

Argel

Hassi R'melMecheria

Orán

OujdaEl Aricha

Melilla

CeutaTánger

Rabat TazaFez

GAS PROCEDENTEDE: ARGELIA, AUSTRALIA,ABU-DHABI Y OTROS

GAS PROCEDENTE DE:ARGELIA Y NIGERIA

Palma de Mallorca

GAS PROCEDENTEDE: ARGELIA

GAS PROCEDENTEDE: LIBIA Y ARGELIA

24

26

24 20

3030

26

20

26 6

12

26

3026161212

12

20

16

20

26

3232

10

10

20

20

26

26

2828

26

2048

Barcelona

Fig. 5.12. Países de los que España importa gas natural.

Noruega6 %

Omán2 %

Argelia32 %

Libia  2 %

Nigeria20,2 %

Otros0,11 %

Qatar14,7 %

Egipto13,5 %

•   En  España  hay  cuatro  yaci-mientos 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 equivalen-tes de petróleo (tep).

•   El  consumo  de  gas  en  el  año 2006,  fue  de  19,85  Mtep,  que procedieron  de  los  países  que aparecen a continuación.

Importante

EAU9,49 %

96 energías no renovables05

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

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

•   La  producción  de  crudo  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.

Importante

Tabla 5.4. Hidrocarburos más importantes.

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

Hidrocarburos Poder calorífico Características y aplicaciones

Gase

osos

Metano+Etano 8 500 kcal/m3Muy 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.

Líqu

idos

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/kgEmpleado en motores diésel y calefacciones.

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

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

Sólid

os

Ceras (parafinas, vaselinas)

9 500 kcal/kg Usos industriales.

Alquitrán 9 200 kcal/kgPavimentos de carreteras e impermeabilizante en terrazas, tejados, etcétera.

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 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 actuali-dad se emplea como combustible en la propia obtención de carbón de coque.

Tiene el inconveniente de ser bastante tóxico y de contaminar el medio ambiente, ya que está 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.

Fig. 5.14. Países de los que España importa crudo.

Otros17,1 %

Rusia15,4 %

México13 %

Arabia Saudí11,6 %

Nigeria10,5 %

Libia12,1 %

Iraq8,7 %Noruega

5,9 %Irán5,8 %

97energías 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 ni-veles 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 na-

tural.

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.

ACTIVIDADES

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

17> En el año 2006, las importaciones de gas natural realizadas por España 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.

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 + eta-no), los cuales, dada su dificultad para licuarlos (ya que ello exigiría altísimas presio-nes, 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.

98 energías no renovables05

j5.3EnergíanuclearHasta 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.

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 JMediante  una  regla  de  tres,  se deduce  la  energía  en  megaelec-trovoltios,  que  se  consigue  al desintegrar  una  unidad  de  masa atómica: E = 932,58 MeV.

Importante

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.

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.

SoluciónEnergía de 1 kilogramo de uranio: E = 1 · (3 · 108)2 = 9 · 1016 JPasándolo a kilocalorías: E = 9 · 1016/4,18 = 2,15 · 1016 cal = 2,15 · 1013 kcala) 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.

EJEMPLO7

Se observa que una pequeña cantidad de masa proporciona una gran cantidad de ener-gía. Ello se debe a que en las reacciones nucleares el aprovechamiento energético 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 dis-tinto. 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.

99energías no renovables 05

j A.Tiposdereaccionesnucleares

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 en-riquecido (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 edifi-cio 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 total-mente 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 reac-tores 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

n

93Cs

140Rb

235U

Fig. 5.17. Fisión nuclear.

Fig. 5.18. Central nuclear.

Fig. 5.19. Componentes de una central nuclear.

ReactorCircuito de refrigeración

Edificio de almacenamientoy manipulación

Turbina Condensador

100 energías no renovables05

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

•  El combustible es igual que en el tipo anterior.

•   Como moderador emplea el mismo que el tipo anterior.

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

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

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

•   Utiliza como combustible uranio enriquecido (235U) al 3 %.

•   Como moderador: agua ligera (protio).

•   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.

Barras decontrol

Combustible

Turbina

Generador de vapor

Circuito secundario(vapor de agua)

Intercambiador decalor (condensador)

Intercambiador 

Barrera de protección exterior (hormigón)

Barrera de protección central (hormigón)

Barrera interna (acero)

Circuito primario (agua líquida a 240 °C)

Alternador

Agua caliente

Agua fríaAgua caliente

Agua fría

Bomba

Bomba

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). Poten-

cia*: 1009 MW. Tipo: PWR**.3. Cofrentes  (Valencia).  Potencia: 

990 MW. Tipo: BWR***.4. Almaraz II (Cáceres). Potencia: 

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

974 MW. Tipo: PWR.6.  Ascó  I  (Tarragona).  Potencia: 

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

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

Potencia: 460 MW. Tipo: BWR.* Potencia eléctrica** PWR: reactor de agua a presión (pressurized water reactor).*** BWR: reactor de agua en ebullición (boiling water reactor).

Importante 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 condensa-dor.

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 com-bustible. 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 rodea-do por un líquido refrigerante cuya misión es la de evacuar el calor. Los refrige-rantes más utilizados son: deuterio, protio o helio.

En la actualidad se emplean mayoritariamente dos tipos de reactores nucleares: PWR (presurized water reactor) y BWR (boiling water reactor). Las centrales BWR son más inseguras, ya que un escape del fluido puede provocar una contamina-ción 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.

101energías no renovables 05

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, chocan-do unos contra otros. A medida que se calientan, aumenta su velocidad. Si la velocidad se eleva a varios miles de kilómetros por segundo (apli-cándoles calor hasta que su temperatura llegue a millones de grados), pueden vencer la mutua repulsión de sus núcleos y así fundirse al chocar, generando un átomo nuevo. Este proceso libera gran cantidad de energía en forma de calor.

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.

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

• Calentar el gas a temperaturas tan elevadas. Se ha estimado que, para obte-ner una cantidad de energía que supere la necesaria para iniciar la reacción, 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.

A temperaturas incluso de 100 000 °C todos los átomos están ionizados (han per-dido 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.

Fusión

Tritio

Deuterio

Helio

Neutrón

Fig. 5.22. Fusión nuclear.

http://www.din.upm.es

Página del Departamento de Inge-niería  Nuclear  de  la  Universidad Politécnica de Madrid.

En Internet

ACTIVIDADES

19> Representa, mediante diagramas conceptuales, las diferentes transformaciones energéticas que se ori-ginan 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 paí-ses que apuesten fuertemente por este tipo de ener-gía?

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

102 energías no renovables05

Fig. 5.23. Reactor Tokamak.

Bobinas magnéticas

Plasma

Campo magnético formadopor plasma

http://www.mma.es

Página  del  Ministerio  de  Medio Ambiente.

En Internet

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

Tabla 5.5. Dosis anuales de radiación habituales por persona.

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

— Mediante confinamiento inercial. Consiste en emplear un rayo láser finísimo para comprimir partículas de deuterio, durante un tiempo que no va más allá de algu-nas 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.

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

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

j B.Energíanuclearymedioambiente

• Impacto medioambiental. Si una central de 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).

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 ma-teriales que contienen o están contaminados con radioisótopos (emiten partículas radiactivas). Se pueden clasificar en los siguientes tipos:

— De baja actividad: ropas, guantes, herramientas, etcétera.

— 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 de-positarse en minas profundas, geológicamente estables.

103energías no renovables 05

Autoevaluación

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

a) Solar b) Biomasa c) Hidráulica d) Maremotriz

2> Indica cuál de las siguientes energías no es una energía secundaria o final:

a) Gasolina b) Electricidad c) Gas natural 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 b) Óxidos de azufre quemados c) Dióxido de carbono d) Óxidos de nitrógeno

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

a) Refino b) Craqueo c) Gasificación d) Destilación

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

a) Murcia b) Cádiz c) Sevilla d) Guipúzcoa

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

a) Fusión b) Fisión c) Fundición d) Fricción

8> Indica cuál de las siguientes centrales nucleares no es de fisión:

a) Ascó I b) Tokamak II c) Cofrentes d) Trillo I

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

a) Barras de control b) Moderador c) Tubo de acero d) Obturador inoxidable

10> Las partículas encargadas de mantener una reacción nuclear por fisión son:

a) Neutrones b) Protones c) Plasma d) Protio

1 c; 2 d; 3 a; 4 c; 5 b; 6 b; 7 b; 8 b; 9 d; 10 a.

SOLUCIONES

104 energías no renovables05

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?

5> ¿Cómo se ha formado el carbón?

6> ¿Qué son los carbones artificiales? ¿Cómo se obtie-nen?

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

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 Sau-dí; b) Nigeria; c) México; d) Irán; e) Noruega.

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

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

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

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

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

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

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

18> Haz una relación de los hidrocarburos más impor-tantes y señala para qué se emplea cada uno.

19> Calcula la cantidad de queroseno que se puede ob-tener a partir de 100 litros de crudo.

S: 23 litros.

20> Explica en qué consiste la fisión nuclear y la reac-ción en cadena.

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

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 ener-gía 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 ener-gía mediante fusión?

27> ¿Qué reacción nuclear es más contaminante, la fu-sión 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 secunda-ria, barril de petróleo, antracita, hulla, lignito, co-que, gas ciudad, brea, la pez, central térmica clá-sica, gasificación del carbón, bacterias anaerobias, craqueo, destilación fraccionada del petróleo, GLP, acetileno, gas pobre, fisión, fusión, isótopo de ura-nio, reacción en cadena, reactor nuclear, PWR, BWR, intercambiador de calor, deuterio, tritio, plasma, confinamiento inercial y confinamiento magnético.

Problemaspropuestos

105energías no renovables 05

Problemaspropuestos

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 con-sumo 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?

32> Analiza los momentos más significativos en la pro-ducción de energía en España en los últimos años, a partir del gráfico adjunto. ¿Cuál crees que será la tendencia en el futuro? ¿Por qué?

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

34> Averigua en qué provincias se encuentran los actua-les pozos 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 %.

36> ¿Qué ventajas crees que tiene el empleo de gas na-tural 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 rendimien-to, ¿qué energía eléctrica podrían generar (en GWh) al año?

S: 65 007,96 GWh.

Para profundizar

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

42> Para calentar un depósito de agua, que contiene 2 000 litros de agua, se han gastado 1,5 litros de gasóleo. Calcula el incremento de temperatura ori-ginado 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.

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.

Actividades en grupo

44> En grupos de tres o cuatro alumnos/as, buscad in-formación 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, evolu-ción, avances significativos, expectativas, máquinas empleadas, etc., de la fisión.

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Últimos descubrimientos: automóviles que contaminan menosInvestigadores del MIT (Instituto de Tecnología de Mas-sachussets) 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 combus-tión, en el interior del cilindro, en monóxido de car-bono (CO) y agua.

2. Una especie de trampa, que captura el dióxido de azu-fre 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 su-percomputadoras para determinar, a nivel atómico, el proceso de reacción química que se produce.

Historia de una investigadora incansable: Marie Curie

• Nació en Polonia el año 1867 y se casó con el francés Pierre Curie.

• En 1903 ella y su marido reciben el Premio Nobel de Fí-sica por el descubri-miento de la radiac-tividad 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 auto-móvil 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 pier-de 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 ve-locidad hacen uso del motor eléctrico y cuando van a mayor velocidad emplean el de gasolina.

Curiosidades