Fonts d'Energia Convencionals: Guia Completa i Impacte

Fonts d'Energia Convencionals: Guia Completa

La Necessitat de l'Energia

L'energia es concep com la capacitat per a produir un treball. Totes les formes d'energia provenen, d'una manera directa o indirecta, del Sol, que constitueix la primera i més important font d'energia. Els éssers humans han après a servir-se d'altres fonts d'energia, com el vent (per a la construcció de molins de vent) o l'energia cinètica de l'aigua (per construir molins, moure màquines simples, etc.). Actualment, s'investiguen i desenvolupen noves fonts d'energia, com la solar fotovoltaica o la geotèrmica.

Manifestacions de l'Energia

• Energia potencial: És la que posseeix un cos en virtut de la seva posició o el seu estat.
• Energia cinètica: És la que posseeix un cos en virtut del seu moviment.

Aquestes formes d'energia es poden aprofitar o bé es poden transformar en altres formes d'energia.

Classificació de les Fonts d'Energia

• Fonts renovables: Aquelles que la natura regenera amb rapidesa i de les quals podem obtenir energia de forma continuada.
• Fonts no renovables: Les que es troben a la Terra en quantitat limitada i s'esgoten amb la seva utilització.
• Fonts convencionals: Són les que generen la major quantitat d'energia útil d'un país.
• Fonts no convencionals: Són les que, per manca de desenvolupament tècnic o pels elevats costos d'extracció i aprofitament, no generen gran quantitat d'energia útil.

El Carbó: Origen, Tipus i Extracció

Què és el Carbó?

El carbó és un combustible sòlid de color negre format a partir de grans masses vegetals que van quedar sepultades i van experimentar un procés de carbonització.

Tipus de Carbons i Característiques

• Torba: És el carbó més recent i es pot obtenir en llocs pantanosos. Conté un 50% de carboni i té un poder calorífic de 4.000 Kcal/Kg. S'utilitza en la producció d'adobs.
• Lignit: És el carbó que es va formar en les eres Terciària i Secundària. Conté un 70% de carboni i té un poder calorífic de 5.000 Kcal/Kg. S'utilitza per a l'obtenció de subproductes mitjançant destil·lació seca.
• Hulla: És el carbó més utilitzat. Es va formar en l'era Primària. Conté entre un 75% i un 90% de carboni i té un poder calorífic de 7.000 Kcal/Kg. S'utilitza per a l'obtenció de carbó de coc.
• Antracita: És el tipus de carbó més antic i probablement està metamorfitzat. Conté un 95% de carboni i té un poder calorífic de 8.000 Kcal/Kg.

Procés d'Extracció del Carbó

L'extracció del carbó es realitza mitjançant dos mètodes principals:

• Explotacions a cel obert: Permeten aprofitar tot el filó fins a 100 metres de profunditat. L'inconvenient principal és el greu impacte paisatgístic i mediambiental.
• Explotacions subterrànies: Són la principal forma d'extracció del mineral, arribant fins a 1.200 metres de profunditat. Es divideixen en dos mètodes:
  • Mètode de labors en cambres i pilars.
  • Mètode de front llarg.

Impacte Ambiental de la Combustió del Carbó

En la combustió del carbó s'alliberen a l'atmosfera diversos agents contaminants. Aquestes substàncies són les responsables de fenòmens com la pluja àcida i l'efecte hivernacle.

El Petroli: Composició, Jaciments i Refinament

Què és el Petroli?

El petroli és un oli mineral natural de color marró o negrós, format per hidrocarburs (carboni i hidrogen), que té l'origen en les restes d'organismes vius del medi aquàtic.

Jaciments de Petroli: Formació i Extracció

Els jaciments de petroli s'acostumen a situar sota una capa superior d'hidrocarburs gasosos. Quan es perfora, la pressió dels gasos fa que el petroli surti a la superfície.

Procés de Refinament del Petroli

El refinament del petroli es realitza mitjançant la destil·lació fraccionada continuada, que consisteix a escalfar el cru fins a 400ºC i fer passar els gasos per la torre de fraccionament. S'obtenen diferents productes:

• Residus sòlids: Formats per asfalts, betums i ceres. S'empren en la construcció de carreteres.
• Olis pesants: Condensació a 360ºC.
• Gasoils: Condensació entre 250 i 350ºC. Poder calorífic de 11.120 Kcal/Kg.
• Querosè: Condensació a 280ºC.
• Gasolines: Mescla d'hidrocarburs líquids i alguns compostos de sofre i nitrogen. Es condensen entre 20 i 160ºC.
• Productes gasosos: Els que conté el cru no s'arriben a condensar.

Gas Natural i Altres Gasos Combustibles

Tipus de Gas Natural

• Gas humit: Aquell que es troba juntament amb jaciments de petroli.
• Gas sec: Absència total de petroli.

El gas natural té un poder calorífic de 11.500 Kcal/m³.

Gas d'Hulla

S'obté de la destil·lació seca de l'hulla. Està compost per hidrogen, metà i monòxid de carboni. El seu poder calorífic és de 4.200 Kcal/m³.

Gasos Liquats del Petroli (GLP)

• Gas propà: Té un poder calorífic de 24.000 Kcal/m³.
• Gas butà: Té un poder calorífic de 28.500 Kcal/m³.

Gas de Carbó

S'obté per combustió incompleta del carbó de coc. El seu poder calorífic és de 1.500 Kcal/m³.

Acetilè

S'obté per reacció d'aigua amb carbur de calci. S'utilitza en la soldadura oxiacetilènica.

Centrals Tèrmiques: Funcionament i Components

Les centrals tèrmiques són instal·lacions complexes en què l'energia tèrmica s'empra per escalfar aigua fins a convertir-la en vapor. Aquest vapor passa per una turbina, on, gràcies al seu moviment, produeix energia elèctrica.

Aprofitament Tèrmic del Combustible

• L'alimentador s'encarrega de proporcionar el combustible que s'ha de cremar.
• El fogar és un recinte on es crema el combustible.
• El conducte de fums condueix els fums cap a l'exterior.

El Cicle del Vapor en Centrals Tèrmiques

• Les calderes contenen l'aigua que s'ha de transformar en vapor.
• Els reescalfadors primaris evaporen les partícules líquides que surten de la caldera.
• Les turbines d'alta pressió aprofiten l'energia cinètica del vapor.
• La bomba d'extracció envia l'aigua cap als economitzadors.

El Circuit de Refrigeració

Una bomba s'encarrega d'aportar aigua al condensador. Si no hi ha aigua abundant, l'aigua de la central es refreda mitjançant torres de refrigeració.

Generació i Transport d'Energia Elèctrica

L'energia mecànica es transmet a un turboalternador, que la transforma en corrent altern trifàsic. La xarxa de sortida envia l'energia a un transformador, que eleva la tensió. Finalment, es transporta per mitjà de la xarxa d'alta tensió.

L'Energia Nuclear: Fissió, Fusió i Centrals

Què és l'Energia Nuclear?

És l'energia que s'allibera com a conseqüència de les reaccions nuclears:

• En les reaccions de fissió es produeix la desintegració d'un nucli pesant en dos de més lleugers.
• En les reaccions de fusió, dos nuclis lleugers es fonen per formar un nucli més pesant.

Aprofitament de l'Energia Nuclear

La matèria primera emprada és l'urani natural, encara que també s'acostuma a utilitzar urani enriquit i òxids d'urani o de plutoni. Les instal·lacions destinades a fer aquest procediment s'anomenen centrals nuclears.

Centrals Nuclears i Tipus de Reactors

El reactor és la part de la instal·lació on es produeixen les reaccions nuclears. El combustible sol ser urani i plutoni. El reactor disposa d'unes barres de control. Hi ha dos tipus principals de reactors:

• Reactors d'aigua a pressió: L'aigua a pressió circula per un circuit tancat i transfereix la calor a un altre circuit.
• Reactors d'aigua en ebullició: El vapor generat en el circuit de refrigeració s'empra directament per accionar els grups turbina-alternador.

Seguretat en les Centrals Nuclears

La seguretat és crucial en les centrals nuclears, considerant els diferents tipus de radiacions:

• Les radiacions alfa estan formades per nuclis d'heli.
• Les radiacions beta estan formades per electrons.
• Els raigs X són de caràcter electromagnètic.
• Les radiacions gamma tenen més penetració que els raigs X.
• Els neutrons són les radiacions més penetrants.

Elements de seguretat clau:

• La concentració d'urani 235 al voltant del 2,5%.
• El disseny de la central.
• El material radioactiu protegit per barreres múltiples.
• La central proveïda de sistemes de seguretat.
• Revisions periòdiques.
• Els residus radioactius emmagatzemats i precintats.

Impacte Ambiental de l'Energia Nuclear

L'energia nuclear presenta diversos impactes mediambientals:

• Impacte paisatgístic.
• Descàrrega d'aigua calenta.
• L'emissió de vapor d'aigua.
• Soroll.
• Emissions radioactives.

L'Energia Hidràulica i Centrals Hidroelèctriques

Què és l'Energia Hidràulica?

És l'aprofitament energètic de la caiguda de masses d'aigua dels rius. Es duu a terme en una central hidroelèctrica.

Components Clau d'una Central Hidroelèctrica

• Presa: Estructura que reté l'aigua. Tipus de preses de formigó:
  • Preses de gravetat: La pressió de l'aigua és contrarrestada pel volum del formigó.
  • Preses de volta senzilla: Distribueixen la pressió de l'aigua cap als estreps.
  • Preses de voltes múltiples: Estan dividides en diverses obertures que es tanquen per mitjà de voltes.
  • Preses de contraforts: Redueixen el volum de formigó necessari.
• Canal de derivació: Conducte que canalitza l'aigua des de l'embassament.
• Cambra de pressió: Punt d'unió del canal de derivació amb la canonada de pressió.
• Canonada de pressió: Condueix l'aigua fins a la cambra de turbines. Tipus de canonades:
  • De palastre: Construïdes amb xapes d'acer rectangulars a les quals es dóna forma cilíndrica.
  • De ciment-amiant: Emprades per salts de poca potència.
  • De formigó armat: Utilitzades per a grans cabals i diferències d'altura de fins a 40m.
• Cambra de turbines: Conté les turbines i l'alternador.
  • Turbina: Transforma l'energia cinètica de l'aigua en energia cinètica de rotació. L'alternador la transforma en energia elèctrica.
  • Turbina Pelton: D'alta pressió, amb àleps sobre els quals cau un raig d'aigua.
  • Turbina Francis: De mitjana pressió, l'aigua és conduïda fins a la perifèria del rodet per un distribuïdor.
  • Turbina Kaplan: De baixa pressió, el seu rodet està format per una hèlix de pales orientables.
• Cambres obertes: Comunicades amb l'exterior, aplicables a menys de 15m.
• Cambres tancades: No comunicades amb l'exterior, reben l'aigua de la canonada forçada.
• Canal de desguàs: Retorna l'aigua utilitzada a la llera del riu.
• Parc de transformadors: Eleva la tensió de 20.000V fins a 200.000V per al transport.