104
24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 1 UNITAT 1 ELS RECURSOS ENERGÈTICS

T1(2) Recursos Energetics

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tema 1 de Tecnologia Industrial de 1r de BTX

Citation preview

Page 1: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 1

UNITAT 1

ELS RECURSOS ENERGÈTICS

Page 2: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 2

FONTS D’ENERGIA

• Anomenem fonts d’energia els elements existents a la natura susceptibles de ser transformats en energia, com l’aigua, el carbó, el petroli,...

• Els pobles primitius energia muscular i energia solar.

força dels animals i foc (combustió de vegetals).

• Les fonts d’energia són els recursos naturals dels quals es pot obtenir energia per produir calor, llum i potència.

LES FONTS D’ENERGIA AL LLARG DEL TEMPS

• Posteriorment energia del vent i de l’aigua.

• Revolució Industrial (s XIX)

màquina de vapor en el transport i mecanització progressiva del treball manual augmenta la demanda d’energia.

substitució carbó vegetal per carbó mineral.

Page 3: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 3

FONTS D’ENERGIA

• La Primera Guerra Mundial (1914-1918) gran desenvolupament dels derivats del petroli.

LES FONTS D’ENERGIA AL LLARG DEL TEMPS

• Els avenços tècnics i la invenció del motor d’explosió petroli i benzina.

• La dècada dels 70 50% del consum energètic mundial deriva del petroli.

any 1973 crisi de l’energia.

• La Segona Guerra Mundial (1939-1945) impuls del consum del gas natural a nivell domèstic i industrial.

• En aquesta època es planteja com alternativa l’energia nuclear 1954 primera central nuclear de fissió (URSS).

• Actualment nous reptes política d’estalvi energètic i ús de recursos renovables.

Page 4: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 4

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA

• En funció de la seva naturalesa:

Primàries: es troben a la naturalesa. Ex: llenya, aigua, petroli,...

Secundàries: s’obtenen a partir de les fonts primàries

Ex: electricitat, benzina,...

Page 5: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 5

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA

Energia solar

Energia eòlica

Energia hidràulica

Energia geotèrmica

Biomassa

RSU

Energia mareomotriu

Energia de les ones

Renovables

No renovables

Carbó

Petroli

Gas natural

Urani

(reserves il·limitades)

(reserves limitades)

• En funció de les reserves disponibles:

Page 6: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 6

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA

• En funció del grau d’utilització:

Convencionals: aquelles a partir de les quals es produeix la major part de l’energia consumida per la societats.

Ex: petroli, gas natural, carbó hidroelèctrica, nuclear.

No convencionals: aquelles a partir de les quals es produeix una petita part de l’energia total consumida per la societat.

Ex: solar, eòlica,...

Page 7: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 7

MATERIALS COMBUSTIBLES

• Els materials combustibles són substàncies que, en combinar-se amb l’oxigen, donen lloc al fenomen de la combustió, amb la qual cosa s’obté energia calorífica i, sovint, energia lluminosa.

Material combustible + O2 ECALORÍFICA + ELUMÍNICA

• Els combustibles fòssils són els combustibles naturals més abundants a la natura. Els podem classificar en:

a) Sòlids: El més utilitzat és el carbó (antracita, hulla, lignit).

b) Líquids: Molts provenen de la destil·lació del petroli (gasoil, fuel, benzina, querosè,). També s’utilitzen alcohols (etanol, metanol).

c) Gasosos: El més utilitzat és gas natural (70% metà) i els gasos liquats del petroli (GLP) (propà, butà).

Page 8: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 8

MATERIALS COMBUSTIBLES

• El poder calorífic (PC) és l’energia que es desprèn en la combustió completa de la unitat de massa o volum d’un combustible.

PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)

[MJ/kg] o [kcal/kg] en líquids o sòlids

[MJ/m3] o [kcal/m3] en gasos

• Els combustibles gasosos es distribueixen a pressions i temperatures diferents de les condicions normals (0 ºC i 1 atm). Per saber el seu poder calorífic en les noves condicions cal resoldre:

T273

273101300

p(CN)PP CC

on p = pressió [Pa] T = temperatura [ºC]

e combustibl de Quantitat

(Q) Calor P C

Page 9: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 9

MATERIALS COMBUSTIBLES

PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)

Page 10: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 10

MATERIALS COMBUSTIBLES

• La capacitat calorífica (C) és la quantitat de calor que cal subministrar a una substància per augmentar-li la seva temperatura en 1 ºC o 1 K.

PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)

TTcmTTCQ 12e12 [MJ] o [kcal]

on ce és la calor específica del cos, que és la capacitat calorífica per unitat de massa i es mesura en MJ/kg·ºC

Llavors, la quantitat d’energia tèrmica (Q) necessària per elevar la temperatura d’un cos des d’una temperatura inicial T1 fins una final T2, val:

Page 11: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 11

MATERIALS COMBUSTIBLES

PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)

Page 12: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 12

MATERIALS COMBUSTIBLES

PODER CALORÍFIC (PC) I CAPACITAT CALORÍFICA (C)

Page 13: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 13

MATERIALS COMBUSTIBLES

• La meitat de la població humana encara depèn de la llenya. Es sol utilitzar en forma de carbó vegetal (pesa 5 o 6 vegades menys).

• El carbó vegetal s’obté de la piròlisi, que és una combustió parcial de la llenya amb poca presència d’O2 (s’elimina aigua).

LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL

Page 14: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 14

MATERIALS COMBUSTIBLES

LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL

Page 15: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 15

MATERIALS COMBUSTIBLES

EL CARBÓ MINERAL

• Va ser el primer combustible fòssil que va utilitzar la humanitat. Format per C (70%), H (6%), S (2%), N (1%), altres òxids de silici, ferro,...) (10%).

• Es va formar durant el període carbonífer (fa uns 300 milions d’anys) seguint el següent procés:

– Part dels boscos que cobrien la terra van quedar submergits i després colgats sota enormes quantitats de sorra i roques.

– La descomposició lenta de la matèria orgànica, sense la presència d’oxigen, juntament amb la pressió i la temperatura a que ha estat sotmesa durant milions d’anys, ha transformat la fusta d’aquells boscos en el carbó actual.

Page 16: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 16

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

Page 17: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 17

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

Page 18: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 18

MATERIALS COMBUSTIBLES

EL CARBÓ MINERAL

• La composició i el contingut de carboni és diferent en funció de les condicions de pressió i del temps de formació. Podem distingir 4 grups de carbons:

% C Profunditat [m] PC [MJ/kg]

Combustió

TORBA 50-60 0-1000 < 14 Incompleta (deixa cendra) LIGNIT 60-75 1000-3000 14-17

HULLA 75-90 3000-6000 ≈ 28,5 Completa (poca cendra) ANTRACITA 90-95 ≈ 6000 ≈ 31,5

+ antic - gruix

- antic + gruix

Page 19: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 19

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

+ antic - gruix

- antic + gruix

Page 20: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 20

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

Torba

Hulla

Lignit

Antracita

Page 21: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 21

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

• El primer que cal fer, independentment del tipus de procés d’obtenció, és fer un estudi per determinar la qualitat i la quantitat de carbó ÉS RENDIBLE?

PROCESSOS D’OBTENCIÓ

• Destacarem tres processos d’obtenció diferents, depenent del tipus de carbó que calgui extreure, la seva profunditat, l’accessibilitat a la veta,....

Explotacions a cel obert

Explotacions subterrànies

Gasificació del carbó

Page 22: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 22

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

• Extracció de lignits.

• Primer es retira el material que cobreix el jaciment, de forma que la veta de carbó queda al descobert.

• Amb maquinària especial i, si cal, explosius es trenca el carbó i se’n obtenen grans quantitats.

• Necessiten pocs operaris i una gran inversió en maquinària.

• Un cop acabada l’extracció la legislació vigent obliga a cobrir el terreny i replantar la vegetació destruïda impacte ambiental

Page 23: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 23

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 24: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 24

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 25: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 25

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 26: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 26

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 27: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 27

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 28: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 28

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 29: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 29

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 30: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 30

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 31: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 31

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 32: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 32

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ A CEL OBERT

Page 33: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 33

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

• Extracció d’hulles i antracites.

• S’excaven pous verticals fins arribar a la veta de carbó i seguidament s’obren galeries en la seva direcció.

• Actualment s’utilitzen màquines especials (barrinadores) que eliminen la necessitat de picar.

• Un cop desprès el material es recull mecànicament en vagonetes o cintes transportadores que el porten a la superfície.

• A peu de mina el carbó es tritura, es renta i es classifica (eliminació d’escòries), i posteriorment es transportat en camions o trens.

• Principals perills: ESFONDRAMENTS, GRISÚ i la SILICOSI.

Page 34: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 34

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

Page 35: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 35

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

Page 36: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 36

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

Page 37: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 37

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

Page 38: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 38

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

Page 39: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 39

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

EXPLOTACIÓ SUBTERRÀNEA

Page 40: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 40

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

GASIFICACIÓ DEL CARBÓ

• Extracció d’hulles i antracites que per la seva configuració i/o localització són tècnicament i/o econòmicament no explotables pels mètodes tradicionals.

• Consisteix en la introducció d’un agent gasificant (aigua a 1500 ºC) a la veta del mineral, de la qual cosa s’obté gas de carbó (gas d’aigua (CO + H2)) que és combustible.

Carbó + H2O(1500 ºC) CO + H2

Page 41: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 41

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

GASIFICACIÓ DEL CARBÓ

Page 42: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 42

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

GASIFICACIÓ DEL CARBÓ

Page 43: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 43

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

APLICACIONS DEL CARBÓ

• Combustible d’ús general, usat sense cap transformació.

• Pel procés de destil·lació seca (separació per alta Tª sense O2):

– Coc (indústria siderúrgica) – Gas ciutat (domèstic) – Productes químics (olis, quitrà, plàstics, fertilitzants, explosiu,

medicaments perfums,...)

• Pel procés de gasificació:

– Gas natural sintètic – Hidrocarburs (combustibles líquids i gasosos similars als

derivats del petroli)

Page 44: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 44

MATERIALS COMBUSTIBLES EL CARBÓ MINERAL

APLICACIONS DEL CARBÓ

Page 45: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 45

MATERIALS COMBUSTIBLES

EL PETROLI

• La seva importància rau en la gran quantitat de productes derivats que proporciona i en el poder energètic de molts d’ells (benzina, gasoil, fuel, querosè, olis, detergents, goma, plàstics, dissolvents,...)

• Característiques del petroli brut:

– Format per barreja d’hidrocarburs (C i H), S, O i N.

– Color variable (des de terrós fins a negre).

– Menys dens que l’aigua (ρ = 0,80-0,95 kg/dm3).

– Insoluble en aigua.

– Aspecte oliós (viscositat variable).

– Olor desagradable.

– No té aplicació directa, se n’han de separar els components per destil·lació a les refineries.

Page 46: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 46

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

Page 47: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 47

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

ORIGEN DEL PETROLI

• Inicia la seva formació fa uns 600 milions d’anys, per l’acumulació de microorganismes que constituïen el plàncton marí.

• Aquests eren arrossegats pels corrents marins, arribaven a la costa i morien, quedant dipositats a la sorra i essent recoberts per successives capes de sorra, argila i fang.

• La matèria orgànica, atrapada sense oxigen, comença la seva descomposició per bacteris, que, juntament amb les elevades P i T i el pas dels anys origina els diferents hidrocarburs que constitueixen el petroli (també el gas natural).

• L’estat líquid permet el desplaçament a través de roques poroses fins arribar a roques impermeables Trampes petrolíferes.

Page 48: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 48

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

ORIGEN DEL PETROLI

Page 49: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 49

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

Page 50: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 50

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

• Aquest procés s’inicia amb una prospecció del terreny (en regions amb roques sedimentàries). Aquestes prospeccions poden ser:

– Mètodes magnetotèrmics: estudiem les distorsions del camp magnètic terrestre ocasionat pel magnetisme de les roques.

– Mètodes gravimètrics: mesuren fluctuacions del camp gravitatori terrestre que permeten detectar concentracions salines (associades a possible existència de petroli).

– Mètodes sísmics: mitjançant explosius creem ones sísmiques i estudiem la seva propagació pels diferents materials.

• Quan la bossa de petroli es troba sota el mar caldrà fer prospeccions marines.

Page 51: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 51

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

Page 52: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 52

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

• Un cop feta la prospecció cal construir una torre de perforació i obrir un pou de prova.

Page 53: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 53

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

Page 54: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 54

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

• Les torres són estructures metàl·liques resistents per suportar el pes d’una sonda (tubs que es van empalmant) que s’anirà enfonsant fins a travessa la roca. Al cap de la sonda es col·loca una barrina amb dents d’un material molt dur.

Page 55: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 55

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

Page 56: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 56

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

Page 57: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 57

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

• Aquest barrina necessita refrigerar-se contínuament. Això es fa injectant llot, per dins de la sonda i extraient-ho per fora.

Page 58: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 58

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

• Pel que fa a l’extracció aquesta es pot ser natural o artificial.

Extracció natural: el petroli es troba pressionat i puja espontàniament pel tub de sondeig.

Extracció artificial: s’injecta aigua o altres elements a través dels tubs de la sonda, que obliga el petroli a pujar a la superfície, o per mitjà de bombes aspirants.

• Normalment cal combinar els dos tipus d’extraccions. Malgrat tot ,després de les extraccions, aproximadament el 50% del petroli del jaciment no es pot obtenir (en condicions econòmicament favorables) i resta sense aprofitar.

Page 59: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 59

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

LOCALITZACIÓ I EXTRACCIÓ

A) Extracció primària: es traca d’extracció natural. El petroli surt empès pel gas que tenia dissolt. Surt aproximadament entre un 15% i un 30% del petroli.

B) Extracció secundària: injectem aigua per tal d’apropar el petroli amunt.

C) Extracció terciària: introduïm detergents amb la finalitat de disminuir la tensió superficial i la viscositat del petroli. És car

Page 60: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 60

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

TRANSFORMACIÓ DELS PRODUCTES

• Un cop extret el petroli es transporta mitjançant vaixells o oleoductes a les refineries. En aquestes es porten a terme un seguit de processos destinats a separar els diferents components o fraccions del petroli.

• Els més característics són:

Destil·lació fraccionada

Cracking

Polimerització

Reforming

Page 61: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 61

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

Page 62: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 62

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

• Consisteix en escalfar el cru fins a l’evaporació i refredar-lo progressivament i obtenir les fraccions condensades separades en funció del seu punt d’ebullició.

• S’efectua amb 2 torres de destil·lació o columnes de fraccionament. La primera treballa pressió atmosfèrica i la segona al buit.

• El procés comença escalfant el petroli en un forn a uns 360 ºC i introduint-lo a la base de la primera torre. Els elements més lleugers (butà, propà, benzines,...) arriben a la part més alta de la torre. Les altres fraccions són extretes en diferents nivells.

• La fracció que resta líquida a 350 ºC (residu atmosfèric) es torna a escalfar (ara a 400 ºC) i s’introdueix a la torre de buit per tornar-se a destil·lar, obtenint també diverses fraccions.

Page 63: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 63

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

Page 64: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 64

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

Page 65: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 65

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

CRACKING

• Consisteix en la descomposició del hidrocarburs més pesants 8olis i fuels), per tal d’obtenir-ne de més lleugers (benzines).

• Es pot fer a temperatures i pressions elevades (cracking tèrmic) o amb la presència de catalitzadors (cracking catalític).

POLIMERITZACIÓ

• És el procés invers al cracking. Es tracta de transformar els hidrocarburs més lleugers (butà i propà) en compostos més pesants (benzines i gasoils).

Page 66: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 66

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

REFORMING

• S’utilitza per millorar les característiques de les benzines. Es fa a altes temperatures i en presència d’un catalitzador (com el platí).

Page 67: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 67

MATERIALS COMBUSTIBLES EL PETROLI

APLICACIÓ DELS PRODUCTES OBTINGUTS

• Directament: – Gas butà i propà (combustible industrial i domèstic) – Èter de petroli (dissolvent) – Benzina, querosè, gasoil, fuel (combustible de motors, centrals) – Olis lubricants (lubricants) – Ceres de parafines (espelmes, llumins,...) – Asfalt (revestiments, paviments,...)

• Tractat a la industria petroquímica:

– Plàstics – Fibres sintètiques (niló, poliester)

– Detergents, dissolvents, pintures, insecticides, explosius,... – Cautxú sintètics sintètiques (niló, poliester)

Page 68: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 68

MATERIALS COMBUSTIBLES

EL GAS NATURAL

• Bàsicament format per metà (CH4), com a mínim un 70%, barrejar per altres gasos (età, propà, butà,...).

• Es troba formant bosses, sol o associat a petroli. C

FORMACIÓ I EXTRACCIÓ

• El procés de formació és semblant al del petroli, per tant la localització i extracció són paral·leles a les del petroli.

• Dels jaciments extraiem aproximadament el 85% de la seva capacitat total.

• Un cop extret el gas cal netejar-lo d’impureses (pols, aigua, sorra i altres gasos no desitjats).

Page 69: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 69

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

• Fins fa relativament poc no s’utilitzava com a font d’energia primària degut als problemes que presenta el seu transport i emmagatzematge.

• Actualment el transport als centres de consum es realitza amb:

Gasoductes: es transporta el gas en estat gasós a una pressió entre 36 i 70 atmosferes. És el mètode més econòmic.

Vaixells metaners: es transporta el gas en estat líquid (GNL) a -163 ºC (així aconseguim reduir el seu volum 600 vegades).

• La distribució des de la planta als llocs de consum exigeix una xarxa de canonades de diferents pressions, en funció de la proximitat als llocs de consum.

Page 70: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 70

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

Page 71: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 71

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

Page 72: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 72

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

Page 73: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 73

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

Page 74: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 74

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

Page 75: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 75

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

TRANSPORT I DISTRIBUCIÓ

Page 76: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 76

MATERIALS COMBUSTIBLES EL GAS NATURAL

APLICACIONS

• La indústria, el comerç i l’habitatge, mitjançant el desplegament de la xarxa de distribució.

• Les centrals tèrmiques mixtes, que alternen el gas natural amb la crema d’altres combustibles (fuel i carbó).

• Les instal·lacions de cogeneració, que produeixen simultàniament energia elèctrica i tèrmica útil (maximitzant els rendiments).

• La indústria petroquímica, com a matèria primera.

Page 77: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 77

MATERIALS COMBUSTIBLES

ALTRES COMBUSTIBLES GASOSOS

• Un gas combustible és aquell que és capaç de reaccionar amb l’oxigen de l’aire de forma ràpida i amb alliberament de calor

• Aquests gasos combustibles es podem classificar en tres famílies atenent al seu poder calorífic (PC):

Primera família: el seu PC en CN varia entre 17 i 23 MJ/m3. Pertanyen a aquesta família el gas ciutat o manufacturat (obtingut a partir de carbó, petroli o gas natural).

Segona família: el seu PC en CN varia entre 42 i 55 MJ/m3. Pertanyen a aquesta família el gas natural i l’aire propanat.

Tercera família: el seu PC en CN varia entre 94 i 120 MJ/m3. Pertanyen a aquesta família el gas butà i el propà (GLP).

Page 78: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 78

L’ENERGIA NUCLEAR

ÀTOM

• És la quantitat més petita d’un element químic que conserva les seves propietats.

• Està format per:

• Nucli protons (p+) i neutrons (n)

• Escorça electrons (e-)

Partícula Massa (kg) Càrrega

elèctrica (C)

Protó 1,67·10-27 + 1,602·10-19

Neutró 1,67·10-27 0

Electró 9,11·10-31 - 1,602·10-19

• Els e- giren al voltant del nucli descrivint trajectòries circulars o el·líptiques òrbites o capes

Page 79: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 79

L’ENERGIA NUCLEAR

ÀTOM

• Dels àtoms del mateix element que difereixen en el nombre de neutrons i, per tant, també en el nombre màssic es diu que són isòtops de l’element.

Ex: isòtops de l’hidrogen:

• NOMBRE ATÒMIC (Z) nombre p+ = nombre e- (propi i definitori de cada element)

• NOMBRE MÀSSIC (A) nombre p+ + nombre n χA

Z

isòtops de l’urani:

H H H (triti) (deuteri) protí) o (hidrogen 31

21

11

U U U 238)-(U 235)-(U 233)-(U 23892

23592

23392

Page 80: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 80

L’ENERGIA NUCLEAR

RADIOACTIVITAT. VIDA MITJANA D’UN ELEMENT RADIOACTIU

La radioactivitat natural és el fenomen de la transformació o transmutació nuclear espontània (sense cap ajuda exterior). És pròpia

del elements radioactius.

S’emet radiació a alta velocitat que pot ser:

Radiació electromagnètica: raigs γ (sempre amb α o β)

Radiació de partícules: α o β

Conegudes com radiacions ionitzants perquè tenen energia suficient per penetrar la matèria i ionitzar-ne els àtoms i/o les molècules.

Page 81: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 81

L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT

Heα 42

42

βpn0

1-

Page 82: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 82

L’ENERGIA NUCLEAR RADIOACTIVITAT

Es isòtops radioactius artificials s’obtenen mitjançant el bombardeig de nuclis amb partícules projectil α, β i γ, i sobretot neutrons.

Tot element radioactiu es caracteritza pel temps de semidesintegració, anomenat vida mitjana, que és el temps en què una determinada quantitat d’element radioactiu es redueix a la meitat, pel fet d’haver-se desintegrat l’altra meitat.

Page 83: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 83

L’ENERGIA NUCLEAR L’ENERGIA DEL NUCLI ATÒMIC

• L’energia nuclear és l’energia continguda en el nucli dels àtoms.

• Quan n + p+ formen un nucli atòmic resulta una massa inferior a la suma de les seves masses abans d’unir-se. Aquesta pèrdua de massa correspon a una transformació d’energia anomenada energia d’enllaç (que s’encarrega de mantenir unides les partícules atòmiques).

• En totes les reaccions nuclears, s’allibera una certa quantitat d’energia (diferència entre les energies d’enllaç anteriors i posteriors). Aquesta energia la podem calcular:

2cmE on m = massa convertida en energia [kg] c = velocitat llum (3·108) [m/s]

• No tota la matèria es pot transformar en energia perquè la majoria d’elements són estables i els radioactius naturals l’emeten molt lentament. Per tant, cal aconseguir isòtops radioactius artificials.

Page 84: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 84

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

• Qualsevol procés que implica el nucli d’un àtom s’anomena reacció o transmutació nuclear.

• Existeixen dos tipus de reaccions nuclears:

Reaccions de fusió nuclear

Reaccions de fissió nuclear

REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR

• Són aquelles reaccions en que s’uneixen nuclis d’elements lleugers per formar nuclis més pesants.

• Aquestes reaccions desprenen molta energia: són les que es produeixen de forma espontània al Sol.

Page 85: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 85

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR

Ex: deuteri + deuteri:

E n He H H 10

32

21

21

Ex: deuteri + triti:

E n He H H 10

42

21

21

Page 86: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 86

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR

• La gran dificultat d’aquest tipus de reaccions és que cal una gran quantitat d’energia per iniciar la reacció (per acostar dos nuclis positius).

• Podem aconseguir reaccions de fusió escalfant les partícules a temperatures de l’ordre de 100·106 ºC estat de plasma.

• El problema es com aïllar el plasma a tan alta temperatura confinar-lo en potents camps magnètics.

• En pic dominem aquesta tècnica obtindrem energia de forma barata, il·limitada, segura i mediambientalment acceptable.

• Aquest tipus de reaccions s’han provat en el camp militar en la BOMBA D’HIDROGEN (800 cops més potent que la bomba atòmica).

Page 87: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 87

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR

Page 88: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 88

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FUSIÓ NUCLEAR

Page 89: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 89

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR

• Són aquelles reaccions que consisteixen a provocar la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró.

• L’interès més gran del procés de fissió està en el fet que per cada nucli escindit s’emeten dos o tres neutrons que poden escindir altres nuclis d’urani, i així successivament reacció en cadena.

• Un cop iniciada la reacció, es pot mantenir per si mateixa sempre que es disposi d’una quantitat d’àtoms d’urani suficients massa crítica.

Page 90: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 90

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR

Ex: fissió U-235:

E n2 Kr Ba n U 10

9336

14056

10

23592

• En comptes de Ba i Kr, poden aparèixer elements com Xe, Rn, Cs, I,...

• D’un kg d’urani fissionat obtenim la mateixa energia que de 2500 tones de carbó (i només desapareixen 0,68 g d’urani).

Page 91: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 91

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

REACCIONS DE FISSIÓ NUCLEAR

• Aquest tipus de reaccions es poden dur a terme de forma lenta i controlada (en els reactors nuclears de les centrals) o de forma instantània i incontrolada en les bombes atòmiques.

Page 92: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 92

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS

• Els combustibles nuclears són els elements que en condicions adequades poden produir reaccions nuclears de fusió i fissió, energèticament aprofitables.

Deuteri

Triti Reaccions fusió

Reaccions fissió U-235 (natural)

Pu-239 (artificial)

U-233 (artificial)

• Combustibles nuclears

• Pel que fa a l’urani natural, està format per un 99,27% d’U-238, un 0,72% d’U-235 i la resta d’U-234. La majoria de reactors comercials necessiten per al seu funcionament l’urani enriquit, en el qual la proporció d’U-235 ha augmentat fins al 3 o 4%.

Page 93: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 93

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

PRODUCCIÓ I ENRIQUIMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEARS

Page 94: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 94

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

RESIDUS RADIOACTIUS

• Els residus gasosos (aire de ventilació de recintes potencialment contaminants) se sotmeten a un procés de filtratge i retenció fins que l’activitat ha disminuït en grau suficient que permeti l’evacuació a l’atmosfera.

• Els residus líquids (procedents de centrals nuclears) són filtrats, obtenint-ne fangs i una part líquida. Els fangs rebran el mateix tractament que els residus sòlids. La part líquida es depurada i es reincorpora al procés.

Page 95: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 95

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

RESIDUS RADIOACTIUS

• Els residus sòlids de baixa i mitjana activitat (produïts en centrals nuclears, hospitals: filtres, guants, robes, eines contaminades i els fangs de la filtració dels residus líquids) són barrejats amb una massa de formigó i tancats hermèticament en bidons d’acer de doble paret, que es desen en la mateixa central i després en emplaçaments adequats fora de la central.

Page 96: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 96

L’ENERGIA NUCLEAR REACCIONS NUCLEARS

RESIDUS RADIOACTIUS

• Els residus sòlids d’alta activitat (productes de fissió: barres de combustible) es dipositen durant uns mesos en una piscina de formigó, a la mateixa central, per amortir-ne l’activitat. Després s’introdueixen en recipients especials, amb parets d’acer i blindats amb gruixudes capes de plom, i són enviats cap a plantes de reelaboració per tal de depurar el combustible no fissionat.

La resta es sotmet a calcinació, convertint-los en una pols fina que es barreja amb vidre fos i es col·loca en recipients d’acer inoxidable, que són emmagatzemats en mines profundes situades en zones geològicament estables.

Page 97: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 97

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2

Page 98: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 98

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2

• Consisteix en l’elevació de temperatura que experimenta l’atmosfera a causa de la presència de gasos hivernacle que deixen passar la radiació visible de l’espectre solar i absorbeixen la infraroja (calor) emesa per la terra.

• Els principals gasos hivernacle són:

CO2 Responsable de més del 50% del reescalfament

CFC Responsable del 25% del reescalfament

Altres gasos hivernacle H2O (vap), NO2, CH4, O3,...

• La presència d’aquests gasos és indispensable per a la vida a la terra, s’encarreguen de regular la temperatura del planeta. Sense ells la Tª seria uns 30 ºC més freda.

Page 99: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 99

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2

Page 100: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 100

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

EFECTE HIVERNACLE. NIVELLS DE CO2

• Unes quatre cinquenes parts dels nivells de CO2 provenen de la crema de combustibles fòssils i la resta es causada per la destrucció de la vegetació (sobretot tala d’arbres tropicals).

• Si no hi posem remei/control és calcula que la mitjana de temperatura per l’any 2020 pujarà en 1,3 ºC i per l’any 2070 en 3 ºC.

Això pot provocar:

Elevació del nivell dels mars (per la fusió de part dels casquets polars).

Canvis climàtics a nivell global, que afectarien les produccions agrícoles, els ecosistemes, desaparició d’espècies de plantes i animals per no poder adaptar-se a un canvi climàtic tan sobtat,...

Page 101: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 101

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

LA PLUJA ÀCIDA

• Els òxids de sofre (SOX) i de nitrogen (NOX) són contaminants perillosos que s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles fòssils; allà entren en contacte amb vapor d’aigua, llum i oxigen i es transformen en àcid sulfúric i àcid nítric.

Quan aquests àcids són arrossegats per la pluja o els flocs de neu o cauen en forma de partícules seques, es produeix la pluja àcida, que provoca un augment de l’acidesa dels llacs, dels rius i torrents d’aigua dolça i en alguns casos, fins i tot, dels sòls.

• Si és una deposició seca, es contaminen les rodalies del focus emissor; si és una deposició humida contamina a centenars de quilòmetres.

Page 102: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 102

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

LA PLUJA ÀCIDA

Page 103: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 103

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

LA CONTAMINACIÓ ATMOSFÉRICA URBANA. LES BOIRES FOTOQUÍMIQUES

• Es tracta de contaminació atmosfèrica característica d’algunes grans ciutats, la qual afecta a persones, edificis, monuments,...

• Es produeix per la existència d’una inversió tèrmica juntament amb la falta de vent. Això crea sobre les ciutats una cúpula d’aire calent que, carregada de partícules del fum dels cotxes, centrals tèrmiques, indústries,... queda retinguda i no s’aixeca formant una boira carregada de partícules contaminants.

• En aquestes boires podem trobar, entre d’altres, SO2, NO2, hidrocarburs reactius, CO, metalls pesants,...

• Poden provocar conjuntivitis, sinusitis, asma, mal de coll,....

Page 104: T1(2) Recursos Energetics

24/10/2011 Unitat 1. Els recursos energètics 104

LA CONTAMINQCIÓ AMBIENTAL

LA CONTAMINACIÓ RADIOACTIVA

• Les centrals nuclears no generen gasos contaminants i, per tant, no contribueixen a la pluja àcida ni a l’efecte hivernacle, però tant el combustible com els residus que generen són radioactius i emeten radiacions perilloses per a les persones, els animals i les plantes.

• Per tant els dos grans problemes de les centrals nuclears són:

Les emissions radioactives

La gestió dels residus radioactius