Unidad
5
Energías no renovables
5.1. Fuentes de energía
Las fuentes de energía se clasifican en: primarias (que son las que actualmente utiliza el hombre) y
secundarias (que son las resultantes de la transformación de las primarias en otro tipo de energía).
A Fuentes de energía primarias
Carbón
Combustibles
fósiles
Petróleo y gases
combustibles
No renovables
Energía nuclear
Fuentes
de energía
primarias
Hidráulica
Renovables
Alternativas
Solar
Eólica
Biomasa
Residuos Urbanos (RSU)
Maremotriz
De las olas
Consumo de energía primaria en España
en el año 2001.
Energías no renovables, son aquellas que nos proporciona la
naturaleza, pero que, una vez consumidas, no hay forma de obtener
de nuevo. Esto es, sus reservas son limitadas.
En cambio, las energías renovables son aquellas que están disponibles sin peligro de que se
agoten, pues la propia naturaleza, en condiciones normales, nos la seguirá proporcionando.
El consumo de energía en España en el 2006 fue de 149,22 Mtep. (1Tep = 107 kcal)
1
B Fuentes de energía secundarias
Las energías secundarias o finales son
aquellas resultantes de la transformación
de las energías primarias en otro tipo de
energía.
Como por ejemplo, tenemos la gasolina,
el gasóleo, el queroseno y otros derivados
del petróleo; la electricidad, etc.
El consumo de energía secundaria en el
año 2006 fue de 113,64 Mtep.
La electricidad se puede considerar más
bien como un tipo de energía de
“transición”, pues se transforma en otros
tipos de energía: mecánica (motores),
luminosa (bombillas), térmica (calor), etc.
Consumo de energía secundaria en España en el año 2001.
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Ejemplos prácticos:
1º. Determina la cantidad de energía eléctrica consumida en España, en MWh, durante el año
2006. (Dato: Electricidad en 2.006 fue 22,75 Mtep, el 20% del total)
2º. ¿Qué cantidad de barriles de petróleo se han consumido en España en el año 2006? ¿Cuántos
kilos de petróleo tiene un barril? (Dato: Petróleo en 2.006 fue 64,10 Mtep, el 57% del total)
3º. ¿Qué unidad es mayor, 1 tep o 1 MWh?
DATOS IMPORTANTES:
1 Mtep = 1.000.000 tep (toneladas equivalentes de petróleo); 1MWh = 861.244 kcal = 0,086 tep
1 tep = 7,2056 bep (barriles equivalentes de petróleo) = 107 kcal = 4,18 · 1010 Julios
1 kilotón (kt) = 4,18 · 1015 Julios; 1 megatón (Mt) = 4,18 · 1018 Julios
1 barril de petróleo = 159 litros = 0,13878 tep; 1 bep (barril equivalente de petróleo) = 0,0072 tep.
La densidad media del petróleo es de 0,873 kg/litro
El consumo de energía primaria por habitante en España en 2006 fue de 3,34 tep.
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5.2. Combustibles fósiles
Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas natural. Todos ellos proceden de
restos vegetales y otros organismos vivos (generalmente plancton marino) que hace millones de
años fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos. Según el residuo orgánico de que se
trate, tenemos combustibles sólidos (carbón), líquidos (petróleo) y gaseosos (gas natural).
El origen del carbón.
4
El consumo de carbón en España en el año 2001
fue de 19,46 Mtep, y procedió de los países
indicados en el gráfico.
A El carbón
El carbón es un combustible sólido de color negro, compuesto fundamentalmente por carbono y
otros elementos químicos, como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, etc. Atendiendo a la procedencia,
los carbones se clasifican en minerales y artificiales. Los minerales proceden de la naturaleza y
los artificiales son fabricados por el hombre, unos quemando parcialmente madera (carbón
vegetal) para barbacoas; y otros como el carbón de coque (que lo veremos más adelante).
Carbón
mineral
Antracita
Hulla
Tipos de carbones minerales.
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Lignito
Carbones
artificiales
Turba
Carbón
vegetal
Carbón de coque
 Aplicaciones del carbón
Aunque en la actualidad ha perdido mucha importancia debido a
su alto poder contaminante, cabe destacar 3 aplicaciones
importantes: fabricación de carbón de coque, obtención de
productos industriales y producción de electricidad en centrales
térmicas.
1. Fabricación de carbón de coque. Se emplea para la
fabricación de acero. En este proceso actúa como combustible
para fundir el mineral de hierro y emite gases para que
reaccionen con los óxidos ferrosos y transformarlos en hierro. El
carbón de coque se obtiene de hulla, después de sufrir un
proceso que se denomina coquizado (introducir hulla en cámaras
cerradas y controlar la cantidad de oxígeno); se aumenta su
temperatura a 1.100ºC 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).
Obtención del carbón vegetal a
través de la descomposición por
acción del calor (pirólisis).
Baterías de coque.
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2. Obtención de productos industriales. Los más importantes son:
 Gas ciudad. Empleado, como combustible gaseoso en sustitución del butano en la
mayoría de las viviendas de las grandes ciudades. Su poder calorífico es de 5.000
kcal/m3 (en c.n. de presión y temperatura).
 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, medicamentos (ácido
acetilsalicílico), colorantes, insecticidas, explosivos, plásticos, etc.
 Pez. Para pavimentar carreteras (asfalto) e impermeabilizar tejados.
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3. Producción de electricidad en centrales térmicas clásicas.
El funcionamiento de una C.T. es como sigue:
El carbón que llega (1) se echa en 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 (5) se extraen. Esta energía calorífica se emplea para
calentar agua (6, 7 y 8). Como el calor es tan intenso, el agua se convierte en vapor a presión.
El aire que se introduce a la caldera, para que arda el carbón se inyecta a 90ºC. Para calentarlo se pasa por un
recalentador (10). Los humos procedentes de la combustión se precipitan (11) con objeto de eliminar las partículas
sólidas (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 chimenea (12).
El vapor generado pasa a las turbinas (13, 14 y 15), haciéndolas girar a gran velocidad (se transforma la E. Térmica en
E. Mecánica). Solidario al eje de las turbinas hay un alternador (20) que produce la corriente eléctrica
(transformándose la E. Mecánica en E. Eléctrica).
El vapor una vez que ha impulsado las turbinas se licua en un condensador (16) donde se hace pasar agua fría
procedente de la torre de refrigeración (18). El vapor convertido en agua, regresa de nuevo a la caldera previo
calentamiento (19). La corriente generada se hace pasar por los transformadores (17) para elevarla y trasladarla (21) a
los puntos de consumo.
Central térmica clásica.
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Nuevas tecnologías aplicadas a centrales térmicas
Debido a que la quema del carbón provoca grandes contaminaciones al medio ambiente, se están
implantando nuevas tecnologías como son:
 La combustión en lecho fluido. Una vez molido el carbón, se mezcla con cal. De esta
forma se consigue un aumento del rendimiento y que el azufre reaccione con la cal
evitando su emisión a la atmósfera.
 La gasificación del carbón. Consiste en inyectar oxígeno al aire, junto con vapor de
agua, a una masa de carbón. Con ello se genera la emisión de gas, que posteriormente
se quema.
 Sectorización del consumo del carbón
Las reservas de carbón se estiman en 4.300 millones de
toneladas. El 82% de los recursos carboníferos de España están
concentrados en tres provincias: León (35%), Asturias (30%) y
Teruel (17%). El consumo de carbón en España durante el 2.006
fue de 42,09 millones de toneladas. De ellas, se importaron
23,70 millones.
Desglose del consumo de carbón
en España en el año 2001.
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 Carbón y medio ambiente
La combustión del carbón afecta de una manera significativa al medio ambiente.
a) Impacto medioambiental
La combustión del carbón origina una serie de deterioros
medioambientales importantes. Los más importantes son la emisión
a la atmósfera de óxidos de azufre, de nitrógeno, hidrocarburos y
dióxido de carbono. Estos gases, originan un cambio en las
proporciones en el aire, y traen graves consecuencias para nuestro
medio ambiente. Cabe destacar:
 Efecto invernadero. (Aumento de CO2 en la atmósfera, creando una
pantalla e impidiendo que los rayos de Sol que se reflejan puedan salir, son
absorbidos. Y aumenta progresivamente la temperatura media de la atmósfera).
 Lluvia ácida. (Las emisiones de óxidos reaccionan con el vapor de agua,
transformándose en ácidos sulfúrico y nítrico, que se precipitan a la tierra en
forma de lluvia).
 Pérdidas de parte del manto fértil del suelo. (Destrucción de buena
parte de los bosques).
 Contaminación de ríos. (Daña la vida acuática y deteriora el agua que
consumimos).
 Deterioro del patrimonio arquitectónico. (Los gases atacan la piedra,
La contaminación tiene grandes
repercusiones en el medio ambiente.
poniendo en peligro su conservación).
10
b) Tratamiento de residuos
Las cenizas ricas en azufre originadas en la combustión del carbón no suelen perjudicar al medio
ambiente, siempre que se depositen en vertederos controlados.
Ejemplos prácticos:
4º. 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.
(Dato: Pc antracita = 8.000 kcal/kg) (Solución: m = 430.622 kg)
5º. 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 30ºC. El rendimiento es del 95%. (Solución: V = 23.366 m3).
6º. En una zona turística, para subir a lo alto de una montaña de 500 m se emplea una locomotora
de vapor. Suponiendo que la locomotora, junto con los viajeros, pesa 30 toneladas, determina qué
cantidad de carbón de antracita es necesario quemar si el rendimiento es del 8%. (Sol.: 54,95 kg).
7º. Suponiendo que el poder calorífico medio del carbón consumido en España en el año 2.006 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. (Solución: 99.916.666 MWh).
11
B El petróleo
El petróleo es un combustible natural formado por una mezcla de
hidrocarburos y, en menor proporción, por 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.
 Origen del petróleo
Composición del petróleo.
La formación del petróleo es análoga a la del carbón.
Inicialmente, la descomposición se llevó a cabo mediante
bacterias aerobias (que necesitan oxígeno). Posteriormente, se
depositaron más sedimentos y ya no había oxígeno, aparecieron
bacterias anaerobias. Estas bacterias convirtieron la materia
orgánica en hidrocarburos.
 Pozos petrolíferos
La localización y extracción no es una tarea sencilla. Se necesita
personal muy cualificado y equipos muy costosos.
La localización se realiza mediante el denominado método
sísmico, aportando gran cantidad de datos sobre la estructura del
subsuelo.
12
Pozo petrolífero y torre de extracción.
 Las refinerías: destilación fraccionada o múltiple del petróleo
El petróleo o crudo no se utiliza 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, se trata de una destilación fraccionada.
Se hace pasar todo el crudo por un horno a unos 340ºC, con lo que el
crudo se transforma en gas. Este gas se lleva a la torre de
fraccionamiento, donde los gases más ligeros irán a la parte más alta y
los más pesados a la más baja.
Para evitar que se mezclen unos
gases con otros, se produce una
nueva destilación, produciéndose
lo que se conoce como destilación
fraccionada o múltiple.
En la figura de la izquierda se ve
la torre de fraccionamiento (por
cada flecha se obtiene los
distintos gases).
13
Refinería de petróleo.
Composición típica de un litro de crudo después del
proceso de refinado.
 Productos obtenidos y sus aplicaciones
De los pozos petrolíferos se obtienen dos tipos de combustibles: gas natural e hidrocarburos.
 Gas natural
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/construcción
Estación de compresión en estudio
Centros de mantenimiento
Centros de mantenimiento en proyecto estudio
Yacimiento de gas natural
Almacenamiento subterráneo
Centrales eléctricas
14
Red de gaseoductos de gas natural.
Países de los que España importa gas natural.
Países de los que España importa crudo.
En España hay cinco pozos petrolíferos en explotación, pero los que más crudo
proporcionaron en 2006 fueron: Rodaballo (35.393 Toneladas), Casablanca (66.766 T),
Boquerón (32.390 T) y Ayoluengo (5.397 T).
La producción de crudo en España en el año 2.006, fue de 0,140 Mtep.
El consumo total de crudo o petróleo en el año 2.006 fue de 72,04 Mtep.
15
 Hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos
Sólidos
Líquidos
Gaseosos
Hidrocarburos
16
Poder calorífico
Características y aplicaciones
Metano+Etano
8.500 kcal/m3
Muy 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 kg y 35 kg.
Uso doméstico.
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/kg
Empleado en motores Diesel y calefacciones.
Fuelóleo
9.900 kcal/kg
Se utiliza en centrales térmicas en sustitución del carbón.
Aceites
9.800 kcal/kg
No se emplean como fuente de energía, sino para el
engrasado de piezas móviles.
Ceras (parafinas,
vaselinas)
9.500 kcal/kg
Usos industriales.
Alquitrán
9.200 kcal/kg
Pavimentos de carreteras e impermeabilizante en terrazas,
tejados, etcétera.
 Petróleo y medio ambiente
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, se han tomado las siguientes medidas: utilización de gasolina sin
plomo, gasóleos libres de azufre y sustituir las instalaciones de gasóleo y fuelóleo por otras que
utilicen gas natural.
Instalaciones de almacenamiento
Oleoducto de productos en servicio
Oleoducto de crudo en servicio
Oleoducto de crudo en proyecto
Instalaciones de suministro a buques
Instalaciones aeroportuarias
Refinerías
17
Red de oleoductos.
Tal vez uno de los mayores problemas que
genera el consumo de petróleo radica en su
transporte. Existe una enorme red de oleoductos
en España y el mundo, pero no es suficiente para
cubrir la demanda y hay que recurrir al transporte
marítimo y terrestre. Las costas españolas han
sufrido bastantes desastres ecológicos, el más
reciente ha sido el vertido del petrolero Prestige
en las costas gallegas y cantábricas.
Marca negra ocasionada por el vertido de un petrolero.
Tratamiento de residuos. Los productos petrolíferos tienen muy pocos residuos. Sólo cuando
se está refinando el petróleo se producen residuos gaseosos (metano + etano), los cuales,
dada su dificultad para licuarlos (ya que exigiría altísimas presiones, peligrosas a la hora de
manipular contenedores), son quemados en la propia refinería.
En esta combustión emiten monóxido y dióxido de carbono a la atmósfera.
18
5.3. Energía nuclear
Se llama energía nuclear a aquella que se desprende de los
núcleos de ciertos átomos, cuando entre ellos se produce una
determinada reacción.
Tipos de
reacciones
nucleares
Fisión
Fusión
Einstein descubrió que la masa se podía
transformar en energía, según la fórmula:
E = m · c2
donde E = Energía producida (Julios).
m = masa desintegrada (Kg).
c = velocidad de la luz = 3 · 108 m/s
Ejemplo práctico:
8º. Sabiendo que el poder calorífico 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. (Soluciones: 2,98 · 106 toneladas de carbón y 2,09 · 106 toneladas de gasóleo).
19
A Tipos de reacciones nucleares
 Fisión.
Consiste en romper un núcleo de un átomo de Uranio enriquecido (235U) o de
Plutonio (239Pu). Estos son los dos únicos isótopos fisionables y además inestables.
Fisión nuclear.
1n + 235U = 93Cs + 140Rb + 3n
20
El proceso comienza lanzando un neutrón
a gran velocidad sobre el átomo que se
desea fisionar (romper). Al chocar, lo
rompe en dos fragmentos (dos nuevos
átomos), liberando tres neutrones y gran
cantidad de calor.
Cada uno de los 3n puede provocar
nuevas fisiones, dando lugar a nuevos
neutrones y así sucesivamente. Este
fenómeno se conoce como 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
enriquecido al año, que se produce en
Saelices el Chico (Salamanca).
 Componentes de una central nuclear
1. Reactor nuclear. En él tiene lugar la reacción nuclear de fisión.
2. Turbina. Le llega vapor a alta presión. El giro de la turbina mueve un alternador.
3. Condensador. Licua el vapor para introducirlo nuevamente en el reactor.
4. Edificio de almacenamiento y manipulación.
Componentes de una
5. Circuito de refrigeración/generador de vapor. El reactor está rodeado
central nuclear.
por un líquido refrigerante cuya misión es la de evacuar el calor.
Los refrigerantes más usados son: deuterio, protio o helio.
Reactor
Circuito de
refrigeración
Edificio de
almacenamiento
y manipulación
Central nuclear.
Condensador
21
Turbina
Central con reactor de agua a presión (PWR).
Central con reactor de agua en ebullición (BWR).
• Utiliza como combustible uranio enriquecido (235U) al 3 %.
• El combustible es igual que en el tipo anterior.
• Como moderador: agua ligera (protio).
• Como moderador emplea el mismo que el tipo anterior.
• 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 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 50% de las centrales que hay son de este tipo.
• El 25% de las centrales mundiales son de este tipo.
En España hay 8 centrales nucleares de fisión, 6 PWR (1 en Guadalajara – 1.066Mw, 2 en Cáceres – 983 y 974Mw, 3 en
Tarragona – 1.009Mw, 973Mw y 966Mw) y 2 BWR (1 en Valencia 990Mw y 1 en Burgos 460Mw).
22
 Fusión.
Consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligeros para formar un núcleo más pesado y el
desprendimiento de gran cantidad de energía. Los átomos de un gas están siempre chocando unos contra otros. A
medida que se calientan, aumenta su velocidad de movimiento. Si esta velocidad aumenta a varios miles de km/s
(aplicándoles calor hasta millones de grados), pueden vencer la mutua repulsión de sus núcleos y así fundirse al
chocar, generando un nuevo átomo. Este proceso libera gran cantidad de energía en forma de calor.
La ventaja es que el deuterio y el tritio para formar helio, se pueden obtener del hidrógeno y éste del agua dulce o
de mar, con lo que resultaría una fuente inagotable de energía. El inconveniente es que este tipo de energía
todavía se encuentra en fase de experimentación, ya que se gasta más de la que se obtiene.
Los problemas que presenta son:
-Calentar el gas a temperaturas de 100.000.000ºC y para que pueda ser
comercial a 300.000.000ºC. Se cree que la fusión es la fuente de energía
de las estrellas (el Sol, por ejemplo).
- Disponer de un recipiente que soporte esas temperaturas el tiempo
suficiente.
- Extraer la energía liberada y transformarla en electricidad.
- Métodos para contener el plasma (masa de átomos ionizados a
100.000ºC con carga positiva). Hay dos métodos: confinamiento inercial y
confinamiento magnético o Tokamak.
Reactor Tokamak. Método usado para
contener el plasma.
Fusión nuclear.
23
B Energía nuclear y medio ambiente
 Impacto medioambiental.
Los accidentes pueden ser provocados por: escapes de agua
radiactiva del circuito primario (como ha ocurrido en un submarino británico) y explosiones del reactor,
motivadas por el exceso de temperatura (es el caso de Chernobyl, en Ucrania).
 Tratamiento de residuos.
Los residuos son aquellos materiales que contienen radioisótopos
(que emiten partículas radiactivas). Se pueden clasificar en los siguientes tipos: de baja actividad (ropa,
guantes, herramientas, etc.), de media actividad (filtros de gases y líquidos usados) y de alta actividad
(combustibles gastados).
Los de alta actividad se almacenan provisionalmente en la
central, dentro de piscinas de hormigón con agua. Luego
pueden reprocesarse para obtener combustible o armas
nucleares, o encapsularse y depositarse en minas profundas,
geológicamente estables.
Dosis anuales de radiación habituales por persona.
24
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