ENERGÍA
La energía es la capacidad para realizar un trabajo.
Formas de energía
Energía mecánica: es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en función de su velocidad (energía cinética), de su posición en un campo gravitatorio (energía potencial gravitatoria) o su estado de potencial elástico (energía potencial elástica).
Energía nuclear: es la energía que se libera cuando se fisionan o fusionan los núcleos de determinados átomos por la transformación de materia en energía.
Energía interna: es la que poseen los átomos y moléculas por su estado constante de agitación; además de las fuerzas internas de atracción y repulsión entre cargas internas de distinto o igual signo.
Calor: es la forma de energía debido a la agitación de las moléculas que componen un cuerpo cuando se producen variaciones de temperatura, cambios de estado o de volumen. Existen tres maneras:
- Conducción: se transporta la energía calorífica, pero no la materia. Tiene que haber materia. Típica de los sólidos.
- Convección: se transporta la energía calorífica, pero con transporte de materia. Normalmente se da en fluidos.
- Radiación: se transporta la energía calorífica tanto con materia como sin ella (vacío) por medio de ondas electromagnéticas.
Energía química: energía que poseen las sustancias químicas y que se pone de manifiesto cuando reaccionan transformándose en otras sustancias.
Energía radiante: es la que se propaga en forma de ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz; parte de esa energía es calorífica, otra parte luminosa.
Energía eléctrica: es la energía que posee la corriente eléctrica. Tiene la ventaja de que transforma fácilmente y produce escasa contaminación.
Principio de conservación de la energía
La energía total de un sistema aislado permanece constante, aunque se puede transformar de unas clases a otras. Por lo tanto, la energía total del universo permanece constante.
Combustibles fósiles
Carbón
El carbón es un combustible sólido, de color negro, con una densidad de 1-1.8 g/cm³, formado principalmente por carbono y en menor proporción por otros elementos como H, O, N, así como componentes como arcillas, carbonatos y óxidos que al quemarse quedan en forma de cenizas.
Los carbones pueden ser naturales o artificiales. Los carbones naturales proceden de la transformación de grandes masas vegetales de los carboníferos en la era primaria. Según el contenido en carbono, se tienen:
- Turba: 45-60% C, 4.5-6 kcal/g
- Lignito: 60-75% C, 6-7 kcal/g
- Hulla: 75-92% C, 7-8 kcal/g
- Antracita: 92-95% C, 8-9 kcal/g
La turba y el lignito han de secarse para ser utilizados, pues poseen una alta humedad. La turba se emplea básicamente en calefacción. El lignito se emplea en calefacción, producción de energía y procesos químicos.
La hulla es un carbón con mejores cualidades que los anteriores, con una llama más calórica (produce más energía) y se emplea para obtener coque, alquitran, gas ciudad, etc.
La antracita posee un gran poder calorífico, con la ventaja de que apenas desprende humo. Sus usos son como los de la hulla.
Los carbones artificiales más importantes son el coque y el carbón vegetal.
El coque se obtiene por destilación seca en humos especiales, obteniendo un carbón muy puro y con un alto poder calorífico. Se utiliza en altos hornos.
El carbón vegetal se obtiene por destilación seca de la madera. Se usa como combustible y, sobre todo, como absorbente de gases.
Producción de carbón
El uso de carbón se generalizó a raíz de la Revolución Industrial, siendo el combustible fósil más abundante. Se halla mayoritariamente en EE. UU., Rusia, China e India. En España, los yacimientos más importantes están en Asturias y León. Cada vez es más sustituido por fuentes menos contaminantes.
Ventajas del uso del carbón
Se obtiene energía de forma regular con yacimientos que abaratan los costes de transporte. La riqueza de carbón es lo suficientemente elevada para producir energía durante unos 200 años.
Inconvenientes
- La extracción de los minerales es muy peligrosa.
- El transporte es caro.
- Es una energía no renovable, y por tanto, con un futuro incierto.
- Su combustión provoca alteraciones medioambientales graves:
- Contaminación: CO2, óxido de azufre, hidrocarburos, partículas sólidas.
- Efecto invernadero (emisión de CO2).
- Lluvia ácida.
Petróleo
El petróleo es un combustible líquido formado por una mezcla compleja de hidrocarburos líquidos y sólidos. Su color es pardo/negro, con una densidad de 0.8-0.95 g/cm³, insoluble en agua y un poder calorífico de 9000 a 11000 kcal/g. Su origen es fósil, procedente de la transformación bacteriana de enormes masas de plancton. Suele hallarse en bolsas de entre 10 y 5000 m de profundidad, acompañado de agua salada y gases.
Explotación y transporte
Una vez localizado el yacimiento, se puede perforar hasta la bolsa por varios metros. El principal método es el de rotación, que consiste en emplear una gran broca que gira a gran velocidad disgregando la roca, siendo un método rápido. La maquinaria externa se sitúa en plataformas de estructuras metálicas terrestres o marítimas.
Una vez perforado, se extrae el petróleo por diferentes métodos:
- Flujo natural: el petróleo brota de forma espontánea debido a la presión que ejerce el agua salada y los gases.
- Por bombeo: mediante el uso de bombas.
- Extracción por gas: inyectando gas en el pozo que lo desplaza.
El petróleo extraído se conduce a un primer depósito donde se extrae el gas que contenga y a un segundo en el que se elimina el agua. Luego se almacena para ser transportado por medio de oleoductos, petroleras, ferrocarril y carretera.
El petróleo extraído del yacimiento carece de utilidad. Se somete a refinado para separar los distintos componentes de aplicación industrial en las refinerías. Esta separación consiste en una destilación fraccionada del petróleo.
El crudo se calienta a unos 350-360 ºC en una especie de alambique, evaporándose la mayor parte. Pasa a una torre de fraccionamiento donde se van enfriando y depositando en bandejas. En las más bajas se sitúan los hidrocarburos de mayor punto de ebullición que ni siquiera se evaporan, como residuos sólidos o parafinas. Luego, los fuelóleos, gasóleos, querosenos, gasolina y, por último, éteres de petróleo y gases que escapan por la parte superior, recogiendo para su uso.
Algunos de los productos obtenidos no son tan necesarios y se someten a cracking (craqueo), que consiste en calentar estas grandes moléculas hasta temperaturas en las que se rompen enlaces carbono-carbono, dando lugar a moléculas más sencillas, como puede ser la gasolina de mayor interés industrial.
Utilidad en cogeneración
Producción y consumo
Su consumo se ha incrementado considerablemente en los últimos años, siendo las reservas para unos 65 años. Las reservas se sitúan en Rusia, Oriente Medio y otros países que suelen coincidir con los productores (China, EE. UU., Australia, etc.).
En España, la producción es ínfima, importándose de Argelia en gaseoductos, de Nigeria y Noruega.
Ventajas e inconvenientes
Es una energía regular y de buen rendimiento. Tiene menor impacto medioambiental que el resto de combustibles fósiles.
Es una energía no renovable, por lo tanto, disminuye y su precio aumenta. Crece el efecto invernadero. El riesgo en el transporte y en el consumo es elevado.