pfc hector holgado secas
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MANUAL DE CONTRUCCION DE UN GENERADOR HHOTRANSCRIPT
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PROYECTO FINAL DE CARRERA
Estudio, diseo y construccin de un
generador de hidrgeno por electrlisis.
Autor del proyecto: Hctor Holgado Secas Director del proyecto: Manuel Rodrguez Castillo
Titulacin: Ingeniera Tcnica Naval en Propulsin y Servicios del Buque Centro: Facultat de Nutica de Barcelona, UPC
Curso: 2011 2012 Cuatrimestre: Primavera
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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NDICE
1. Introduccin ------------------------------------------------------------------ 7
2. Situacin energtica actual ----------------------------------------------- 9 2.1. Carbn -------------------------------------------------------------------- 10 2.1.1. Tipos de carbn ----------------------------------------------- 12 2.1.2. Produccin ----------------------------------------------------- 13 2.1.3. Proceso de extraccin --------------------------------------- 15 2.1.4. Reservas --------------------------------------------------------- 16 2.1.5. Aplicaciones ---------------------------------------------------- 17 2.1.6. Problemas ------------------------------------------------------ 19 2.2. Gas ------------------------------------------------------------------------- 20
2.2.1. Gas Natural ----------------------------------------------------- 20 2.2.2. Produccin ----------------------------------------------------- 22 2.2.3. Proceso de extraccin --------------------------------------- 23 2.2.4. Transporte ------------------------------------------------------ 23 2.2.5. Reservas --------------------------------------------------------- 24 2.2.6. Aplicaciones ---------------------------------------------------- 25 2.2.7. Problemas ------------------------------------------------------ 26 2.3. Petrleo y derivados -------------------------------------------------- 27 2.3.1. Composicin --------------------------------------------------- 28 2.3.2. Clasificacin de los diferentes tipos de petrleo ------ 29 2.3.3. Produccin ----------------------------------------------------- 30 2.3.4. Proceso de extraccin --------------------------------------- 31 2.3.5. Refinado -------------------------------------------------------- 32 2.3.6. Transporte ------------------------------------------------------ 35 2.3.7. Reservas --------------------------------------------------------- 36 2.3.8. Consumo -------------------------------------------------------- 37 2.3.9. Aplicaciones ---------------------------------------------------- 38 2.3.10. Problemas -----------------------------------------------------
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3. Energas alternativas -------------------------------------------------------- 41 3.1. Energa solar ------------------------------------------------------------ 42 3.1.1. Energa solar fotovoltaica ----------------------------------- 43 3.1.2. Energa solar trmica ---------------------------------------- 44 3.2. Energa elica ----------------------------------------------------------- 47 3.2.1. Ventajas e inconvenientes ---------------------------------- 49
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3.3. Energa hidrulica ------------------------------------------------------ 53 3.3.1. Ventajas e inconvenientes ---------------------------------- 56 3.4. Energa producida por el mar --------------------------------------- 58 3.4.1. Energa mareomotriz ---------------------------------------- 59 3.4.2. Energa de las corrientes ------------------------------------ 61 3.4.3. Energa maremotrmica ------------------------------------ 62 3.4.4.Energa de las olas o undimotriz --------------------------- 63 3.4.5.Energa del gradiente salino -------------------------------- 67 3.5. Energa geotrmica ---------------------------------------------------- 68 3.5.1. Ventajas e inconvenientes ---------------------------------- 71 3.6. Biomasa ------------------------------------------------------------------
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4. Hidrgeno --------------------------------------------------------------------- 77 4.1. Historia del hidrgeno ------------------------------------------------ 78 4.2. Estructura atmica del hidrgeno --------------------------------- 80 4.2.1. Niveles energticos electrnicos -------------------------- 81 4.2.2. Istopos --------------------------------------------------------- 82 4.3. Dihidrgeno ------------------------------------------------------------ 84 4.4. Propiedades del hidrgeno ------------------------------------------ 85 4.4.1. Propiedades fsicas ------------------------------------------- 85 4.4.2. Propiedades qumicas --------------------------------------- 86 4.4.3. Tabla de propiedades y caractersticas ------------------ 87 4.4.4. Caractersticas ------------------------------------------------- 88 4.5. Obtencin del hidrgeno -------------------------------------------- 90 4.6. Aplicaciones ------------------------------------------------------------- 95 4.7. Almacenamiento y transporte -------------------------------------- 98 4.7.1. Almacenamiento en forma gaseosa ---------------------- 98 4.7.2. Transporte en forma gaseosa ------------------------------ 99 4.7.3. Almacenamiento en forma lquida ----------------------- 100 4.7.4. Transporte en forma lquida ------------------------------- 103 4.7.5. Transporte en forma slida --------------------------------
105
5. Diseo del generador de hidrgeno ------------------------------------ 107 5.1. Tipo de generador ----------------------------------------------------- 108 5.1.1. Caractersticas a tener en cuenta ------------------------- 110 5.2. Clculos ------------------------------------------------------------------- 112 5.3. Diseo -------------------------------------------------------------------- 114 5.3.1. Diseo del generador ---------------------------------------- 115 5.3.1.1. Componentes del generador -------------------- 120
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5.3.2. Diseo del sistema ------------------------------------------- 122 5.3.2.1. Circuito de gas -------------------------------------- 123 5.3.2.2. Elementos de seguridad -------------------------- 124 5.3.2.3. Componentes del circuito de gas -------------- 126 5.3.3. Circuito elctrico ---------------------------------------------- 128 5.3.3.1. Componentes del circuito elctrico ----------- 132 5.4. Planos --------------------------------------------------------------------- 134 5.5. Construccin del prototipo ------------------------------------------ 135 5.6. Ensayos ------------------------------------------------------------------- 161 5.6.1. Fotos de los ensayos -----------------------------------------
170
6. Conclusin ---------------------------------------------------------------------
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7. Bibliografa --------------------------------------------------------------------
180
Anexo I: Especificaciones tcnicas del generador -----------------------
182
Anexo II: Planos -----------------------------------------------------------------
183
Anexo III: Costes -----------------------------------------------------------------
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Anexo IV: Archivos adjuntos -------------------------------------------------
209
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Se convertir el hidrgeno en el combustible
renovable e inagotable del futuro?
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1. INTRODUCCIN
La situacin energtica actual se fundamenta en un modelo energtico insostenible, ya
que gran parte de la energa consumida proviene de fuentes no renovables,
bsicamente combustibles fsiles como son el carbn, el gas o el petrleo adems de
la energa nuclear. Si aadimos que cada ao aumenta la poblacin mundial y tambin
el consumo energtico, esto provoca que estas fuentes energticas se agoten ms
rpidamente y no se pueda abastecer de energa suficiente a toda la poblacin para
mantener el nivel de vida de los pases desarrollados y los pases emergentes.
Todo esto lo que provoca es el encarecimiento del precio de las materias primas, que
al final repercute en el precio final de la energa. Adems tambin tienen otro gran
problema, los gases contaminantes que generan al quemarse. Estos gases son
perjudiciales para la salud, ya que son los causantes de numerosas enfermedades
pulmonares. Tambin provoca varios efectos negativos para el planeta, como son el
efecto invernadero, el calentamiento global, el oscurecimiento global, la lluvia cida,
etc., perjudiciales para la vida y el medio ambiente.
Por eso, una de las soluciones a este problema pasa por utilizar un modelo energtico
sostenible, utilizando fuentes renovables de energa como la energa elica, solar,
mareomotriz, o el hidrgeno como combustible. Estas fuentes energticas son
inagotables y limpias, ya que no producen ningn tipo de contaminante ni residuo
durante la generacin de energa.
Muchos pases ya han empezado a apostar por las energas alternativas y se estn
haciendo investigaciones sobre estas energas, pero todava se sigue dependiendo de
los combustibles fsiles y de la energa nuclear.
Cuando hablamos del consumo de energa pensamos en la energa elctrica, ya que es
la principal energa que consumimos en el da a da. Pero no podemos olvidarnos de
los vehculos. Estos tambin son principales consumidores de energa. En este caso de
petrleo refinado, ya sea diesel oil o gasolina en vehculos terrestres, diesel-oil o fuel-
oil en los barcos o queroseno en las aeronaves. Si tenemos en cuenta todos los
vehculos existentes en el mundo, podemos observar que el consumo de petrleo no
es poco. Y como hemos comentado antes, las reservas de petrleo se estn agotando y
adems produce contaminacin medioambiental.
Llegar a un modelo energtico sostenible no solo pasa por generar energa elctrica
con fuentes limpias , sino tambin por cambiar el modelo energtico de los vehculos.
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Hay que investigar y buscar alternativas a los motores de combustin interna que
consumen refinados del petrleo. Estas investigaciones ya se estn llevando a cabo y
ya empiezan a aparecer nuevas tecnologas, como los vehculos elctricos.
Otra de las tecnologas que se desarrollar es la del hidrgeno, ya que es un
combustible con unas excelentes propiedades, que en un futuro ser una de las
principales fuentes de energa. Ya sea en forma de pilas de hidrgeno y motores
elctricos, o motores de combustin interna que quemen hidrgeno.
Para que esto sea una realidad, an tiene que pasar mucho tiempo y muchas
investigaciones, ya que esta tecnologa no est suficientemente desarrollada. El
problema del carburante es un problema actual, que ya nos est afectando y hay que
buscar soluciones de aplicacin inmediata como es reducir el consumo. Hay que
intentar reducir el consumo de petrleo hasta que en un futuro haya la tecnologa
suficiente para no depender de l.
Por eso el objetivo de este proyecto es realizar un estudio y diseo de un generador de
hidrgeno, no para la produccin de hidrgeno en cantidades industriales como ser
necesario en un futuro, sino un generador de pequeas dimensiones y produccin de
hidrgeno reducida, para la aplicacin en vehculos con motor de combustin interna.
Con la energa elctrica generada por el motor y la batera, se alimenta el generador de
hidrgeno, que produce una cantidad pequea de gas, que no sirve para mover el
motor, pero que si lo utilizamos junto con el combustible normal, (gasolina o gasoil)
podemos obtener un ahorro de combustible de 10-15%. Adems tambin mejoramos
la combustin, reduciendo as los gases contaminantes que se producen (NOx y CO2).
Esta sera una posible medida para reducir el consumo de petrleo hasta el da en que
la tecnologa est suficientemente desarrollada y el modelo energtico global sea
sostenible y no dependa de los combustibles fsiles como el petrleo.
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2. SITUACIN ENERGTICA ACTUAL
La energa y los servicios que proporciona son un factor bsico para el desarrollo de la
humanidad y poder disponer de ella es muy favorable para el bienestar de la sociedad.
La historia muestra claramente cmo el desarrollo econmico de las ltimas dcadas, y
particularmente en los ltimos aos, ha ido acompaado de un crecimiento de la
demanda energtica en sus diferentes formas. Actualmente la demanda mundial de
energa est incrementndose a una tasa promedio de 2%. Se anticipa que este
incremento ha de continuar, y por tanto, el consumo de energa ser el doble de 1995
en el 2030 y el triple en el 2050. Cobran fuerza, en este escenario, fuentes energticas
tales como la biomasa (12%) y la energa nuclear (20%). La participacin del carbn se
proyecta cercana al 40% para el ao 2100, donde el petrleo prcticamente habr
desaparecido como fuente energtica.
Los suministros adecuados de energa son esenciales para que las naciones del mundo
mantengan su expansin industrial y econmica. En el mundo en desarrollo, la primera
seal de mejora de los estndares de vida es la disponibilidad de electricidad.
Inicialmente, sta puede utilizarse solamente para proveer luz, pero es
inmediatamente requerida para encender artefactos electrodomsticos de todo tipo
para uso residencial e industrial. Las economas de los pases en desarrollo, con su
desarrollo industrial y el aumento en los estndares de vida, estn consumiendo
electricidad, a una tasa que aumenta rpidamente. En Indonesia, por ejemplo, la
generacin de energa se ha duplicado cada 5 aos en los ltimos 25 aos y se espera
que siga creciendo como mnimo a este ritmo.
Como se ha comentado antes, hoy en da las principales fuentes de energa no son
limpias ni renovables .Los combustibles utilizados en la actualidad bsicamente son
cuatro: Carbn, gas, petrleo y energa nuclear.
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2.1. Carbn
El carbn o carbn mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en
carbono, utilizada como combustible fsil. Suele localizarse bajo una capa de pizarra y
sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbn se form
durante el perodo Carbonfero (hace 280 a 345 millones de aos).
El carbn se origina por la descomposicin de vegetales terrestres, hojas, maderas,
cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de
poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una
cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los
destruira. Comienza una lenta transformacin por la accin de bacterias anaerobias,
un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxgeno. Con el
tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden
cubrirse con depsitos arcillosos, lo que contribuir al mantenimiento del ambiente
anaerobio, adecuado para que contine el proceso de carbonificacin. Los gelogos
estiman que una capa de carbn de un metro de espesor proviene de la
transformacin por el proceso de diagnesis de ms de diez metros de limos
carbonosos.
Los depsitos de carbn estn frecuentemente asociados con el mercurio. Hay otra
teora que explica que el carbn se forma con emanaciones continuas de gas metano
en las profundidades de la tierra.
Imagen de una roca de carbn
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En las cuencas carbonferas las capas de carbn estn intercaladas con otras capas de
rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas
metamrficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se
genera el carbn.
Si, por ejemplo, un gran bosque est situado cerca del litoral y el mar invade la costa,
el bosque queda progresivamente sumergido, por descenso del continente o por una
transgresin marina, y los vegetales muertos y cados se acumulan en la plataforma
litoral. Si contina el descenso del continente o la invasin del mar, el bosque queda
totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los
productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van
transformando en carbn. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y
comenzar otra vez el ciclo.
En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbn como en las rocas
intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies
actualmente desaparecidas. El tamao de las plantas y la exuberancia de la vegetacin
permiten deducir que el clima en el que se origin el carbn era probablemente clima
tropical.
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2.1.1. Tipos de carbn
Existen diferentes tipos de carbones minerales en funcin del grado de carbonificacin
que haya experimentado la materia vegetal que origin el carbn. Estos van desde la
turba, que es el menos evolucionado y en que la materia vegetal muestra poca
alteracin, hasta la antracita que es el carbn mineral con una mayor evolucin. Esta
evolucin depende de la edad, as como de la profundidad y condiciones de presin,
temperatura, entorno, etc., en las que la materia vegetal evolucion hasta formar el
carbn mineral.
El rango de un carbn mineral se determina en funcin de criterios tales como su
contenido en materia voltil, contenido en carbono fijo, humedad, poder calorfico,
etc. As, a mayor rango, mayor es el contenido en carbono fijo y mayor el poder
calorfico, mientras que disminuyen su humedad natural y la cantidad de materia
voltil. Existen varias clasificaciones de los carbones segn su rango. Una de las ms
utilizadas divide a los carbones de mayor a menor rango en:
Antracita Bituminoso bajo en voltiles Bituminoso medio en voltiles Bituminoso alto en voltiles Sub-bituminoso Lignito Turba
La hulla es un carbn mineral de tipo bituminoso medio y alto en voltiles.
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2.1.2. Produccin
A continuacin podemos observar dos tablas con la produccin mundial de carbn
hasta el ao 2009 y los principales pases productores de carbn.
La produccin mundial de carbn de 2001 a 2009 ha sido (en millones de toneladas):
Carbn bituminoso y antracita
2009 5 990 Mt
2008 5 794 Mt
2007 5 542 Mt
2006 5 205 Mt
2005 4 934 Mt
2004 4 631
2003 4 231 Mt
2002 3 910 Mt
2001 3 801 Mt
La lista de pases por produccin de
World Energy 2008 publicado por
de carbn de ms de 3 millones de toneladas.
Rango Pas/Regin Mundo 1 Repblica Popular China2 Estados Unidos3 Unin Europea4 India 5 Australia 6 Rusia 7 Sudfrica 8 Alemania 9 Indonesia 10 Polonia 11 Kazajistn 12 Turqua 13 Ucrania 14 Colombia 15 Canad
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A continuacin podemos observar dos tablas con la produccin mundial de carbn
hasta el ao 2009 y los principales pases productores de carbn.
mundial de carbn de 2001 a 2009 ha sido (en millones de toneladas):
Carbn bituminoso y antracita Carbn sub-bituminoso y lignito
990 Mt 913 Mt
794 Mt 965 Mt
542 Mt 956 Mt
205 Mt 937 Mt
934 Mt 906 Mt
631 Mt 893 Mt
231 Mt 893 Mt
910 Mt 882 Mt
801 Mt 897 Mt
La lista de pases por produccin de carbn en 2007, basada en el Statistical Review of
publicado por BP en 2008. Clasifica a los pases con una produccin
ms de 3 millones de toneladas.
produccin de carbn (Mt) 6,395.6
Repblica Popular China 2,536.7
Estados Unidos 1,039.2
Unin Europea 590,5
478,2
393,9
314,2
269,4
201,9
174,8
145,8
94,4
76,6
76.3
71,7
69,4
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A continuacin podemos observar dos tablas con la produccin mundial de carbn
mundial de carbn de 2001 a 2009 ha sido (en millones de toneladas):
bituminoso y lignito
Statistical Review of
en 2008. Clasifica a los pases con una produccin
Porcentaje (%) 99
39,7
16.2
9,2
7,5
6,2
4,9
4.2
3,2
2,7
2.3
1.5
1.2
1.2
1.1
1.1
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16 Repblica Checa17 Grecia 18 Vietnam 19 Rumania 20 Bulgaria 21 Tailandia 22 Espaa 23 Reino Unido 24 Mxico 25 Hungra 26 Venezuela 27 Brasil 28 Nueva Zelanda29 Pakistn
Las reservas de carbn se encuentran muy repartidas, con 70 pases con yacimientos
aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas seguras
para 133 aos, por 42 y 60 del
las reservas de petrleo y el 66% de las de gas se encuentran en
Rusia.
El hombre extrae carbn desde la
explotacin es a cielo abierto. Sin embargo, por lo general
se hacen con minera subterrnea ya que la mayora de las capas se encuentran a
cientos de metros de profundidad.
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Repblica Checa 62,6
62,5
41,2
35,4
30,4
18.3
18.2
17,0
12.2
9.8
8,0
5,9
Zelanda 4,6
3,7
Las reservas de carbn se encuentran muy repartidas, con 70 pases con yacimientos
aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas seguras
para 133 aos, por 42 y 60 del petrleo y el gas, respectivamente. Adems, el 67% de
las reservas de petrleo y el 66% de las de gas se encuentran en Oriente Medio
El hombre extrae carbn desde la Edad Media. En los yacimientos poco profundos la
explotacin es a cielo abierto. Sin embargo, por lo general las explotaciones de carbn
se hacen con minera subterrnea ya que la mayora de las capas se encuentran a
cientos de metros de profundidad.
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1,0
1,0
0,6
0,6
0,5
0.3
0.3
0,3
0.2
0.2
0,1
0,1
0,1
0,1
Las reservas de carbn se encuentran muy repartidas, con 70 pases con yacimientos
aprovechables. Al ritmo actual de consumo se calcula que existen reservas seguras
, respectivamente. Adems, el 67% de
Oriente Medio y
. En los yacimientos poco profundos la
las explotaciones de carbn
se hacen con minera subterrnea ya que la mayora de las capas se encuentran a
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2.1.3. Proceso de extraccin
El carbn se puede extraer de canteras a cielo abierto o en minas subterrneas. En la
actualidad quedan pocos yacimientos al aire libre porque ya se han agotado, de modo
que lo normal es que se extraiga del subsuelo y a bastante profundidad.
A la hora de abrir una mina es importante hacer primero una prospeccin del terreno
para averiguar si resultar rentable. En ocasiones, el carbn se encuentra a tanta
profundidad que el coste de extraccin es superior al precio final de venta. O se trata
de un carbn con un contenido tan bajo en carbono que tampoco resulta rentable su
extraccin.
El carbn, tal y como sale de las minas, se debe lavar para eliminar las impurezas de
azufre. Despus se muele y tritura hasta pulverizarlo. Por ltimo se procede a cribarlo
y a clasificarlo, separando los distintos tipos de carbn.
La extraccin del carbn supone grandes riesgos para los trabajadores (posibilidad de
derrumbes, explosiones causadas por el gas gris que se acumula en las minas,
enfermedades debidas a la inhalacin del polvo de slice, etc.).
Imgenes de una cantera de carbn abierta a la superficie (1) y la de una galera de una mina
de carbn subterrnea (2).
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2.1.4. Reservas
El carbn es el combustible fsil ms abundante en el mundo. Se encuentra sobre todo
en el Hemisferio Norte, porque durante el perodo Carbonfero los continentes que
ahora estn en el Hemisferio Sur, es decir frica, Amrica del Sur y Australia, estaban
juntos formando un gran sper continente llamado Gondwana, que estaba situado
muy cerca del polo sur, con un clima poco propicio para la formacin de grandes
bosques. En cambio lo que ahora son Asia, Europa y Amrica del Norte estaban
situados junto al ecuador en una zona clida, muy adecuada para el desarrollo de las
grandes masas vegetales que formaron las capas de carbn.
Los mayores depsitos de carbn estn en Amrica del Norte, Rusia y China, aunque
tambin se encuentra en cantidades considerables en algunas islas del rtico, Europa
occidental, India, frica del Sur, Australia y la zona este de Amrica del Sur.
Con el actual ritmo de consumo se calculan reservas de carbn para algo ms de 200
aos, aunque si se tienen en cuenta las que no son fciles de explotar en el momento
actual, las reservas podran llegar para otros mil aos.
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2.1.5. Aplicaciones
El carbn suministra el 25% de la energa primaria consumida en el mundo, slo por
detrs del petrleo. Adems es de las primeras fuentes de energa elctrica, con 40%
de la produccin mundial. Las aplicaciones principales del carbn son:
1. Generacin de energa elctrica. Las centrales trmicas de carbn pulverizado
constituyen la principal fuente mundial de energa elctrica. En los ltimos aos
se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el
rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de
lecho fluido a presin. Otra tecnologa en auge es la de los ciclos combinados
que utilizan como combustible gas de sntesis obtenido mediante la gasificacin
del carbn.
2. Coque. El coque es el producto de la pirlisis del carbn en ausencia de aire. Es
utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente
en los altos hornos (coque siderrgico). Dos tercios del acero mundial se
producen utilizando coque de carbn, consumiendo en ello 12% de la
produccin mundial de carbn.
3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbn se obtiene una aleacin en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:
1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono 2. Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono 3. Fundicin: ms del 1,2% de carbono.
4. Industrias varias. Se utiliza en las fbricas que necesitan mucha energa en sus
procesos, como las fbricas de cemento y de ladrillos.
5. Uso domstico. Histricamente el primer uso del carbn fue como combustible domstico. An hoy sigue siendo usado para calefaccin, principalmente en los pases en vas de desarrollo, mientras que en los pases desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes ms limpias de calor (gas natural, propano, butano, energa elctrica) para rebajar el ndice de contaminacin.
6. Carboqumica. La carboqumica es practicada principalmente en frica del Sur y China. Mediante el proceso de gasificacin se obtiene del carbn un gas llamado gas de sntesis, compuesto principalmente de hidrgeno y monxido de carbono. El gas de sntesis es una materia prima bsica que puede transformarse en numerosos productos qumicos de inters como, por ejemplo:
1. Amoniaco 2. Metanol
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3. Gasolina y gasleo de automocin a travs del proceso Fischer-Tropsch (proceso qumico para la produccin de hidrocarburos lquidos a partir de gas de sntesis, CO y H2).
7. Petrleo sinttico. Mediante el proceso de licuefaccin directa, el carbn puede ser transformado en un crudo similar al petrleo. La licuefaccin directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.
Estas dos ltimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha
energa, desperdiciando as un tercio del balance energtico global. Debido a la crisis
del petrleo se han vuelto a utilizar.
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2.1.6. Problemas
La minera del carbn y su combustin causan importantes problemas ambientales y
tienen tambin consecuencias negativas para la salud humana.
Las explotaciones mineras a cielo abierto tienen un gran impacto visual y los lquidos
que de ellas se desprenden suelen ser muy contaminantes. En la actualidad , en los
pases desarrollados, las compaas mineras estn obligadas a dejar el paisaje
restituido cuando han terminado su trabajo. Lo normal suele ser que conforme van
dejando una zona vaca al extraer el mineral, la rellenen y reforesten para que no
queden a la vista los grandes agujeros, las tierras removidas y las acumulaciones de
derrubios de ganga que, hasta ahora, eran la herencia tpica de toda industria minera.
Tambin es muy importante controlar y depurar el agua de lixiviacin, es decir el agua
que, despus de empapar o recorrer las acumulaciones de mineral y derrubios, sale de
la zona de la mina y fluye hacia los ros o los alrededores. Este agua va cargada de
materiales muy txicos, como metales pesados y productos qumicos usados en la
minera, y es muy contaminante, por lo que debe ser controlada cuidadosamente.
En el proceso de uso del carbn tambin se producen importantes daos ambientales
porque al quemarlo se liberan grandes cantidades de gases responsables de efectos
tan nocivos como la lluvia cida, el efecto invernadero, la formacin de smog , etc. El
dao que la combustin del carbn causa es mucho mayor cuando se usa combustible
de mala calidad, porque las impurezas que contiene se convierten en xidos de azufre
y en otros gases txicos.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 20 -
2.2. Gas
Un gas combustible es un gas que se utiliza como combustible para producir energa
trmica mediante un proceso de combustin.
El gas natural (cuyo mayor componente es el metano) es el ms habitual, pero existen
otros como:
Gas licuado del petrleo (GLP), como propano o butano. Se obtienen mayoritariamente en la destilacin fraccionada del petrleo. Otra parte es obtenida al separarlos del gas natural.
Hidrgeno. Se obtiene a partir de la electrlisis del agua invirtiendo energa elctrica, o a partir de gas natural. Es un vector energtico y no una fuente de energa primaria. Puede llegar a ser utilizado en el futuro como gas combustible con una mejora de la tecnologa.
Gas de alumbrado (H2 y CO2), tambin conocido como gas de hulla o gas ciudad.
2.2.1. Gas Natural
El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energa no renovables
formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petrleo,
disuelto o asociado con el petrleo o en depsitos de carbn. Aunque su composicin
vara en funcin del yacimiento del que se saca, est compuesto principalmente por
metano en cantidades que comnmente pueden superar el 90 95% (p. ej., el gas no-
asociado del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele contener otros gases como
nitrgeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe
mencionar el gas no-asociado de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como
fuentes adicionales de este recurso natural, se estn investigando los yacimientos de
hidratos de metano que, segn estimaciones, pueden suponer una reserva energtica
muy superiores a las actuales de gas natural.
Puede obtenerse tambin con procesos de descomposicin de restos orgnicos
(basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos
(depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de
desechos orgnicos animales, etc.). El gas obtenido as se llama biogs.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 21 -
Algunos de los gases que forman parte del gas natural cuando es extrado se separa de
la mezcla porque no tienen capacidad energtica (nitrgeno o CO2) o porque pueden
depositarse en las tuberas usadas para su distribucin debido a su alto punto de
ebullicin. Si el gas fuese criognicamente licuado para su almacenamiento, el dixido
de carbono (CO2) solidificara interfiriendo con el proceso criognico. El CO2 puede ser
determinado por los procedimientos ASTM D 1137 o ASTM D 1945.
El propano, butano e hidrocarburos ms pesados en comparacin con el gas natural
son extrados, puesto que su presencia puede causar accidentes durante la combustin
del gas natural. El vapor de agua tambin se elimina por estos motivos y porque a
temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de
metano que pueden obstruir los gasoductos. Los compuestos de azufre son eliminados
hasta niveles muy bajos para evitar corrosin y olores perniciosos, as como para
reducir las emisiones de compuestos causantes de lluvia cida. La deteccin y la
medicin de H2S se puede realizar con los mtodos ASTM D2385 o ASTM D 2725.
Para uso domstico, al igual que al butano, se le aaden trazas de compuestos de la
familia de los mercaptano entre ellos el metil-mercaptano, para que sea fcil detectar
una fuga de gas y evitar su ignicin espontnea.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
2.2.2. Produccin
Esta es una lista de pases segn su produccin de
cbicos (m). La lista est actualizad
2010.
Posicin Pas / Regin
Mundo
1 Estados Unidos
2 Rusia
3 Unin Europea
4 Canad
5 Irn
6 Noruega
7 Argelia
8 China
9 Pases Bajos
10 Arabia Saudita
11 Catar
12 Indon
13 Uzbekistn
14 Egipto
15 Mxico
16 Reino Unido
17 Malasia
18 Emiratos rabes Unidos
19 Australia
20 Argentina
21 Trinidad y Tobago
22 India
23 Pakistn
24 Kazajistn
25 Turkmenistn
26 Nigeria
27 Tailandia
28 Omn
29 Venezuela
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- 22 -
Esta es una lista de pases segn su produccin de gas natural en millones de metros
(m). La lista est actualizado segn The World Factbook al 14 de octubre
Regin Produccin (M m)
Mundo 3.186.158,425
Estados Unidos 593.400
Rusia 546.800
Unin Europea 181.600
Canad 161.300
116.300
Noruega 103.500
Argelia 86.500
China 82.940
Pases Bajos 79.580
Arabia Saudita 77.100
Catar 76.980
Indonesia 70.000
Uzbekistn 67.600
Egipto 62.700
Mxico 60.350
Reino Unido 58.560
Malasia 57.300
Emiratos rabes Unidos 50.240
Australia 42.330
Argentina 41.360
Trinidad y Tobago 39.300
India 38.650
Pakistn 37.500
Kazajistn 35.610
Turkmenistn 34.000
Nigeria 32.820
Tailandia 28.760
Omn 24.000
Venezuela 23.060
ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
en millones de metros
14 de octubre de
Produccin (M m)
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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2.2.3. Proceso de extraccin
El proceso de extraccin y produccin del gas natural es simple, y muy parecido al
proceso de extraccin del petrleo.
Primero se realiza una exploracin del terreno. Para encontrar el lugar ideal para
realizar una excavacin de gas, es importante analizar antes la composicin de las
rocas del suelo. Cuanto ms precisas sean las tcnicas de exploracin ,mayor ser la
posibilidad de descubrir gas durante la perforacin.
Para extraer el gas natural se hace perforando el suelo hasta encontrar la bolsa de gas.
Esto puede realizarse en tierra o mar.
Una vez que se ha encontrado el gas debe ser extrado. Normalmente el gas est a
presin. El gas sale a la superficie gracias a la propia presin de la bolsa de gas. Cuando
la presin no es lo suficientemente elevada, se utilizan bombas de extraccin.
Una vez extrado, el gas es tratado para eliminar las impurezas y quitarle la humedad.
2.2.4. Transporte
El gas natural se transporta entre los yacimientos y las reas de consumo mediante
gaseoductos, tuberas de acero de gran dimetro, normalmente enterradas.
Cuando se hace necesario el transporte por mar y no es posible, tcnica o
econmicamente, el tendido de gaseoductos submarinos, el gas natural se lica a
160C bajo cero, su volumen queda reducido 600 veces y se transporta en buques
metaneros entre los pases productores y consumidores. En el puerto receptor es
descargado en las plantas o terminales de almacenamiento y regasificacin, donde tras
ser almacenado a presin atmosfrica en grandes tanques criognicos, es impulsado a
alta presin y transformado de nuevo a su fase gas antes de ser inyectado en la red de
gaseoductos para su transporte a los centros de consumo.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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2.2.5. Reservas
Las reservas de gas natural son abundantes pero limitadas, y estn ampliamente
distribuidas por el planeta. Se estima que puede quedar muchos yacimientos de gas
por descubrir.
Las mayores reservas mundiales de gas se encuentran en la antigua Unin Sovitica,
junto con el Medio Oriente. En conjunto representan las tres cuartas partes de las
reservas mundiales.
Las reservas mundiales de gas natural se han multiplicado por dos en el transcurso de
los ltimos 20 aos.
En el siguiente grfico podemos ver en qu proporcin estn repartidas las reservas
mundiales de gas segn los diferentes territorios.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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2.2.6. Aplicaciones
El gas natural tiene diversas aplicaciones en la industria, el comercio, la generacin
elctrica, el sector residencial y el transporte de pasajeros. Ofrece grandes ventajas en
procesos industriales donde se requiere de ambientes limpios, procesos controlados y
combustibles de alta confiabilidad y eficiencia.
Adicionalmente, el gas natural es utilizado como materia prima en diversos procesos
qumicos e industriales. De manera relativamente fcil y econmica puede ser
convertido a hidrgeno, etileno, o metanol; los materiales bsicos para diversos tipos
de plsticos y fertilizantes.
En el cuadro siguiente podemos ver las aplicaciones ms comunes del gas natural.
Sector Aplicaciones/Procesos
Industrial
Generacin de vapor
Industria de alimentos
Secado
Coccin de productos cermicos
Fundicin de metales
Tratamientos trmicos
Temple y recocido de metales
Generacin elctrica
Produccin de petroqumicos
Sistema de calefaccin
Hornos de fusin
Energa
Cogeneracin elctrica
Centrales trmicas
Comercio y Servicios
Calefaccin central
Aire acondicionado
Coccin/preparacin de alimentos
Agua caliente
Residencial
Cocina
Calefaccin
Agua caliente
Aire acondicionado
Transporte de pasajeros
Taxis
Buses
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2.2.7. Problemas
El principal problema del gas natural es el impacto ambiental que produce el CO2
generado por la combustin del gas.
El gas natural produce mucho menos CO2 que otros combustibles como los derivados
del petrleo, y sobre todo el carbn. Adems es un combustible que se quema ms
limpia y eficazmente.
La razn por la cual produce poco CO2 es que el principal componente, metano,
contiene cuatro tomos de hidrgeno y uno de carbono, produciendo 2 molculas de
agua por cada una de CO2, mientras que los hidrocarburos de cadena larga (lquidos)
producen slo 1 molcula de agua por cada 1 de CO2 (recordemos que el calor de
formacin del agua es muy alto).
El CO2 expulsado a la atmsfera en la combustin del gas natural contribuye
decisivamente al denominado calentamiento global del planeta, puesto que es un gas
que produce el denominado efecto invernadero. El CO2 es transparente a los rayos
visibles y ultravioletas que calientan la Tierra por el da, pero absorbe los rayos
infrarrojos que sta emite al espacio exterior, ralentizando el enfriamiento nocturno
del planeta. No obstante, el impacto medioambiental del gas natural es menor que el
de otros combustibles fsiles como los carbones o los derivados del petrleo, puesto
que apenas emite otros gases contaminantes como los xidos de azufre (que son
emitidos en mayores cantidades en la combustin de los dems combustibles fsiles).
Gases que contribuyen, entre otros efectos, a la produccin de la denominada lluvia
cida. Su combustin tampoco produce partculas slidas (cenizas).
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2.3. Petrleo y derivados
El petrleo, del griego: , "aceite de roca", es una mezcla homognea de
compuestos orgnicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. Tambin es
conocido como petrleo crudo o simplemente crudo.
Es de origen fsil, fruto de la transformacin de materia orgnica depositada en
grandes cantidades en fondos anxicos de mares o zonas lacustres y que fueron
posteriormente enterrados bajo pesadas capas de sedimentos. La transformacin
qumica (craqueo natural) debida al calor y a la presin durante la diagnesis produce,
en sucesivas etapas, desde betn a hidrocarburos cada vez ms ligeros (lquidos y
gaseosos). Estos productos ascienden hacia la superficie, por su menor densidad,
gracias a la porosidad de las rocas sedimentarias. Cuando se dan las circunstancias
geolgicas que impiden dicho ascenso (trampas petrolferas como rocas
impermeables, estructuras anticlinales, mrgenes de diapiros salinos, etc.) se forman
entonces los yacimientos petrolferos.
En condiciones normales es un lquido bituminoso que puede presentar gran variacin
en diversos parmetros como color y viscosidad (desde amarillentos y poco viscosos
como la gasolina hasta lquidos negros tan viscosos que apenas fluyen), densidad
(entre 0,75 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorfica, etc. Estas variaciones se deben a la
diversidad de concentraciones de los hidrocarburos que componen la mezcla.
Es un recurso natural no renovable y actualmente tambin es la principal fuente de
energa en los pases desarrollados. El petrleo lquido puede presentarse asociado a
capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de
aos, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.
En los Estados Unidos, es comn medir los volmenes de petrleo lquido en barriles
(de 42 galones estadounidenses, equivalente a 158,987294928 litros), y los volmenes
de gas en pies cbicos (equivalente a 28,316846592 litros); en otras regiones ambos
volmenes se miden en metros cbicos.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 28 -
2.3.1. Composicin
El petrleo est formado principalmente por hidrocarburos, que son compuestos de
hidrgeno y carbono, en su mayora parafinas, naftenos y aromticos. Junto con
cantidades variables de derivados saturados homlogos del metano (CH4). Su frmula
general es CnH2n+2.
Cicloalcanos o cicloparafinas-naftenos: hidrocarburos cclicos saturados,
derivados del ciclopropano (C3H6) y del ciclohexano (C6H12). Muchos de estos
hidrocarburos contienen grupos metilo en contacto con cadenas parafnicas
ramificadas. Su frmula general es CnH2n.
Hidrocarburos aromticos: hidrocarburos cclicos insaturados constituidos por
el benceno (C6H6) y sus homlogos. Su frmula general es CnHn.
Alquenos u olefinas: molculas lineales o ramificadas que contienen un enlace
doble de carbono (-C=C-). Su frmula general es CnH2n. Tienen terminacin -
"eno".
o Dienos: Son molculas lineales o ramificadas que contienen dos enlaces
dobles de carbono. Su frmula general es CnH2n-2.
Alquinos: molculas lineales o ramificadas que contienen un enlace triple de
carbono. Su frmula general es: CnH2n-2. Tienen terminacin -"ino".
Adems de hidrocarburos, el petrleo contiene otros compuestos orgnicos, entre los
que destacan sulfuros orgnicos, compuestos de nitrgeno y de oxgeno. Tambin hay
trazas de compuestos metlicos, tales como sodio (Na), hierro (Fe), nquel (Ni), vanadio
(V) o plomo (Pb). Asimismo, se pueden encontrar trazas de porfirinas.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 29 -
2.3.2. Clasificacin de los diferentes tipos de petrleo
La industria petrolera clasifica el petrleo crudo segn su lugar de origen y tambin en
base a su densidad o gravedad API (ligero, medio, pesado, extrapesado); los
refinadores tambin lo clasifican como "crudo dulce", que significa que contiene
relativamente poco azufre, o "cido", que contiene mayores cantidades de azufre y,
por lo tanto, se necesitarn ms operaciones de refinamiento para cumplir las
especificaciones actuales de los productos refinados.
Crudos de referencia
Brent Blend, compuesto de quince crudos procedentes de campos de
extraccin en los sistemas Brent y Ninian de los campos del Mar del Norte, este
crudo se almacena y carga en la terminal de las Islas Shetland. La produccin de
crudo de Europa, frica y Oriente Medio sigue la tendencia marcada por los
precios de este crudo.
West Texas Intermediate (WTI) para el crudo estadounidense.
Dubi se usa como referencia para la produccin del crudo de la regin Asia-
Pacfico.
Tapis (de Malasia), usado como referencia para el crudo ligero del Lejano
Oriente.
Minas (de Indonesia), usado como referencia para el crudo pesado del Lejano
Oriente.
Clasificacin del petrleo segn su gravedad API
Relacionndolo con su gravedad API el American Petroleum Institute clasifica el
petrleo en "liviano", "mediano", "pesado" y "extra pesado":
Crudo liviano o ligero: tiene gravedades API mayores a 31,1 API
Crudo medio o mediano: tiene gravedades API entre 22,3 y 31,1 API.
Crudo pesado: tiene gravedades API entre 10 y 22,3 API.
Crudo extra pesado: gravedades API menores a 10 API.
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2.3.3. Produccin
Esta es una lista de pases segn su produccin de
est actualizado segn The World Factbook
Posicin Pas / Regin
1 Rusia
2 Arabia Saudita
3 Estados Unidos
4 Irn
5 China
6 Venezuela
7 Canad
8 Mxico
9 Emiratos rabes Unidos
10 Brasil11 Kuwait
12 Irak
13 Unin Europea
14 Noru
15 Nigeria
16 Argelia
17 Angola
18 Libia
19 Kazajistn
20 Reino Unido
21 Catar
22 Indonesia
23 Azerbaiyn
24 Colombia
25 India
26 Omn
27 Argentina
28 Egipto
29 Australia
30 Sudn
ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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Esta es una lista de pases segn su produccin de petrleo en barriles por da
The World Factbook.
Pas / Regin Barriles / Da
Rusia 10,120,000
Arabia Saudita 9,764,000
Estados Unidos 9,056,000
4,172,000
China 3,991,000
Venezuela 3,524,000
Canad 3,289,000
Mxico 3,001,000
Emiratos rabes Unidos 2,798,000
Brasil 2,572,000
Kuwait 2,494,000
2,399,000
Unin Europea 2,383,000
Noruega 2,350,000
Nigeria 2,211,000
Argelia 2,125,000
Angola 1,948,000
1,790,000
Kazajistn 1,540,000
Reino Unido 1,502,000
Catar 1,213,000
Indonesia 1,023,000
Azerbaiyn 1,011,000
Colombia 1,000,000
India 878,700
Omn 816,000
Argentina 723,700
Egipto 680,500
Australia 589,200
Sudn 486,700
ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
barriles por da. La lista
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- 31 -
2.3.4. Proceso de extraccin
El petrleo se extrae mediante la perforacin de un pozo sobre el yacimiento. Si la
presin de los fluidos es suficiente, forzar la salida natural del petrleo a travs del
pozo que se conecta mediante una red de oleoductos hacia su tratamiento primario,
donde se deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos ms voltiles.
Posteriormente se transporta a refineras o plantas de mejoramiento. Durante la vida
del yacimiento, la presin descender y ser necesario usar otras tcnicas para la
extraccin del petrleo. Esas tcnicas incluyen la extraccin mediante bombas, la
inyeccin de agua o la inyeccin de gas, entre otras.
Los componentes qumicos del petrleo se separan y obtienen por destilacin
mediante un proceso de refinamiento. De l se extraen diferentes productos, entre
otros: propano, butano, gasolina, queroseno, gasleo, aceites lubricantes, asfaltos,
carbn de coque, etc. Todos estos productos, de baja solubilidad, se obtienen en el
orden indicado, de arriba abajo, en las torres de fraccionamiento.
Debido a la importancia fundamental para la industria manufacturera y el transporte,
el incremento del precio del petrleo puede ser responsable de grandes variaciones en
las economas locales y provoca un fuerte impacto en la economa global.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 32 -
2.3.5. Refinado
El petrleo es una mezcla de productos que para poder ser utilizado en las diferentes
industrias y en los motores de combustin debe sufrir una serie de tratamientos
diversos. Muy a menudo la calidad de un Petrleo crudo depende en gran medida de
su origen . En funcin de dicho origen sus caractersticas varan: color, viscosidad,
contenido. Por ello, el crudo a pie de pozo no puede ser utilizado tal cual. Se hace, por
tanto, indispensable la utilizacin de diferentes procesos de tratamiento y
transformacin para la obtencin del mayor nmero de productos de alto valor
comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el proceso de refino de
petrleo o refinacin del petrleo.
Destilacin fraccionada del petrleo
El petrleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, sino que se separa en
mezclas ms simples de hidrocarburos que tienen usos especficos, a este proceso se le
conoce como destilacin fraccionada. El petrleo natural cuando hierve (a unos 400
grados Celsius) se introduce a la parte baja de la torre, todas las sustancias que se
evaporan a esa temperatura pasan como vapores a la cmara superior algo ms fra y
en ella se condensan las fracciones ms pesadas que corresponden a los aceites
lubricantes. De este proceso se obtienen las fracciones:
Gases: metano, etano y gases licuados del petrleo (propano y butano)
Nafta, ligrona o ter de petrleo
Gasolina
Queroseno
Gasleo (ligero y pesado)
Fuelleo
Aceites lubricantes
Asfalto
Alquitrn
La industria petroqumica elabora a partir del petrleo varios productos derivados,
adems de combustibles, como plsticos, derivados del etileno, pesticidas, herbicidas,
fertilizantes o fibras sintticas.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 33 -
Mtodos de mejoramiento de octanaje
Reforming
Es la reformacin de la estructura molecular de las naftas. Las naftas extradas
directamente de la destilacin primaria suelen tener molculas lineales por lo que
tienden a detonar por presin. Por eso el reforming se encarga de "reformar" dichas
molculas lineales en ramificadas y cclicas. Al ser ms compactas no detonan por
efecto de la presin. La reformacin puede realizarse de dos maneras distintas,
mediante calor (lo cual es muy poco usual y se realiza en menor medida; se denomina
reformacin trmica) o mediante calor y la asistencia de un catalizador (reformacin
cataltica).
Reforming cataltico (sin aditivos antidetonantes)
Se deshidrogenan alcanos tanto de cadena abierta como cclicos para obtener
aromticos, principalmente benceno, tolueno y xilenos, empleando catalizadores de
platino -renio -almina. En la reformacin cataltica el nmero de tomos de carbono
de los constituyentes de la carga no vara. Es posible convertir ciclohexanos sustituidos
en bencenos sustituidos; parafinas lineales como el n-heptano se convierten en
tolueno y tambin los ciclopentanos sustituidos pueden convertirse en aromticos. La
reformacin cataltica es una reaccin a travs de iones carbono.
Alquilacin
Proceso para la produccin de un componente de gasolinas de alto octanaje por
sntesis de butilenos con isobutano. El proceso de alquilacin es una sntesis qumica
por medio de la cual se une un alcano ramificado al doble enlace de un alqueno,
extrado del craking o segunda destilacin. Al resultado de la sntesis se le denomina
alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafnicos.
Su objetivo es producir una fraccin cuyas caractersticas tanto tcnicas (alto octano)
como ambientales (bajas presin de vapor y reactividad fotoqumica) la hacen hoy en
da, uno de los componentes ms importantes de la gasolina reformulada. La
alquilacin es un proceso cataltico que requiere de un catalizador de naturaleza cida
fuerte, y se utilizan para este propsito ya sea cido fluorhdrico o cido sulfrico.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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Isomerizacin
Convierte la cadena recta de los hidrocarburos parafnicos en una cadena ramificada.
Se hace sin aumentar o disminuir ninguno de sus componentes. Las parafinas, son
hidrocarburos constituidos por cadenas de tomos de carbono asociados a hidrgeno,
que poseen una gran variedad de estructuras; cuando la cadena de tomos de carbono
es lineal, el compuesto se denomina parafina normal, y si la cadena es ramificada, el
compuesto es una isoparafina. Las isoparafinas tienen nmero de octano superior a las
parafinas normales, de tal manera que para mejorar la calidad del producto se utiliza
un proceso en el que las parafinas normales se convierten en isoparafinas a travs de
reacciones de isomerizacin. La prctica es separar por destilacin la corriente de nafta
en dos cortes, ligero y pesado; el ligero que corresponde a molculas de cinco y seis
tomos de carbono se alimenta al proceso de isomerizacin, mientras que el pesado,
con molculas de siete a once tomos de carbono, es la carga al proceso de
reformacin antes descrito. Las reacciones de isomerizacin son promovidas por
catalizador de platino.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
- 35 -
2.3.6. Transporte
Los medios por excelencia para el transporte de petrleo son los oleoductos y los
buques-tanque.
El paso inmediato al descubrimiento y explotacin de un yacimiento es su traslado
hacia los centros de refinacin o a los puertos de embarque. Para ello se construye un
oleoducto, trabajo que consiste en unir tubos de acero a lo largo de un trayecto
determinado, desde el campo productor hasta el punto de refinacin y/o de
embarque. Estas lneas de acero pueden ir sobre la superficie o bajo tierra y atraviesan
la ms variada topografa.
En la parte inicial del oleoducto una estacin de bombeo impulsa el petrleo y,
dependiendo de la topografa por donde ste pase, se colocan estratgicamente otras
estaciones para que le permitan superar sitios de gran altura. Los oleoductos disponen
tambin de vlvulas que permiten controlar el paso del petrleo y atender
oportunamente situaciones de emergencia.
Los buques-tanque son a su vez enormes barcos dotados de compartimientos y
sistemas especialmente diseados para el transporte de petrleo crudo, gas, gasolina
o cualquier otro derivado. Son el medio de transporte ms utilizado para el comercio
mundial del petrleo. La capacidad de estas naves vara segn el tamao de las mismas
y de acuerdo con el servicio y la ruta que cubran.
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ESTUDIO, DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN GENERADOR DE HIDRGENO POR ELECTRLISIS
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2.3.7. Reservas
Si la extraccin contina al mismo ritmo que en el 2008, salvo que se encontrasen
nuevos yacimientos, las reservas mundiales duraran aproximadamente 30 aos. Se
calcula que quedan unas 143.000 millones de toneladas.
Hay entre 6,8 y 7,2 barriles de petrleo por tonelada, en dependencia de la densidad
del petrleo. Por tanto, las reservas de crudo se calculan entre 0,97 y 1,003 billones de
barriles de petrleo.
Sin embargo el lmite de las reservas podra estar ms cercano an si se tienen en
cuenta modelos de previsin con un consumo creciente como ha venido siendo norma
a lo largo de todo el siglo pasado. Los nuevos descubrimientos de yacimientos se han
reducido drsticamente en las ltimas dcadas haciendo insostenible por mucho
tiempo los elevados niveles de extraccin actuales, sin incluir la futura demanda de los
consumidores asiticos. Por otra parte, la mayora de las principales reservas
mundiales han entrado en declive y solo las de Oriente Medio mantienen un
crecimiento sostenido. Se espera que incluso esos yacimientos entren en declive hacia
el 2015, lo que provocara que toda la produccin mundial disminuyera
irremediablemente, conduciendo a la mayor crisis energtica que haya sufrido el
mundo industrializado.
Segn la Teora del pico de Hubbert, actualizada con datos recientes por la Asociacin
para el estudio del pico del petrleo, el inicio de dicho declive se habra producido en
torno a 2007. La Agencia Internacional de la Energa reconoci en 2010 que el cnit de
la extraccin mundial de petrleo convencional se haba producido en 2006.
Existen otros tipos de reservas de hidrocarburos, conocidos como bitmenes, el cual es
petrleo extra pesado, cuyas reservas ms conocidas son las de bitumen de las Arenas
de Atabasca en Canad, y la faja petrolfera del Orinoco en Venezuela. Segn clculos
de la estatal venezolana PDVSA, la unin de estas reservas no convencionales con
reservas convencionales le da a Venezuela el primer puesto como el pas con mayores
reservas de hidrocarburos en el planeta.
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2.3.8. Consumo
Durante el ao 2004, el consumo mundial de
82,4 millones de barriles al da. Los responsables de casi la mitad del aumento son
Estados Unidos y China, que en la actualidad utilizan 20,5 y 6,6 millones de barriles
diarios, respectivamente.
La demanda mundial de crudo prevista para 201diarios.
Esta es una lista de pases segn su
Posicin Pas / Regin
Mundo
1 Estados Unidos
2 Unin Europea
3 China
4 Japn
5 Alemania
6 Rusia
7 India
8 Canad
9 Corea del Sur
10 Brasil11 Francia
12 Mxico
13 Italia
14 Arabia Saudita
15 Reino Unido
16 Espaa
17 Irn
18 Indonesia
19 Taiwn
20 Pases Bajos
21 Tailandia
22 Australia
23 Singapur
24 Turqua
25 Blgica
26 Egipto
27 Venezuela
28 Malasia
29 Sudfrica
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, el consumo mundial de petrleo se elev un 3,4% y alcanz los
82,4 millones de barriles al da. Los responsables de casi la mitad del aumento son
, que en la actualidad utilizan 20,5 y 6,6 millones de barriles
demanda mundial de crudo prevista para 2012 ser de 89,3 millones de barriles
Esta es una lista de pases segn su consumo de barriles de petrleo por da.
Pas / Regin Consumo (Barriles / da)
Mundo 85.980.000
Estados Unidos 20,800,000
Unin Europea 12.680.000
China 6,930,000
Japn 5,353,000
Alemania 2.650.000
Rusia 2.500.000
India 2.450.000
Canad 2.294.000
Corea del Sur 2.149.000
Brasil 2.100.000
Francia 1.970.000
Mxico 1.970.000
Italia 1.881.000
Arabia Saudita 1.845.000
Reino Unido 1.827.000
Espaa 1.573.000
1.510.000
Indonesia 1.168.000
Taiwn 965.000
Pases Bajos 946.700
Tailandia 900.000
Australia 877.300
Singapur 800.000
Turqua 715.100
Blgica 641.000
Egipto 590.000
Venezuela 505.000
Malasia 515.000
Sudfrica 502.000
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3,4% y alcanz los
82,4 millones de barriles al da. Los responsables de casi la mitad del aumento son
, que en la actualidad utilizan 20,5 y 6,6 millones de barriles
ser de 89,3 millones de barriles
barriles de petrleo por da.
Consumo (Barriles / da)
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2.3.9. Aplicaciones
Del petrleo obtenemos muchos subproductos diferentes, como son la gasolina y el
gasoil, diferentes gases, etc. Lo usamos para generar electricidad, obtener energa
calorfica y diversos lubricantes para maquinaria y vehculos.
Pero tambin podemos obtener otras aplicaciones del petrleo aparte de la
transformacin en otros productos.
Algunas de las utilidades y usos del petrleo y sus derivados son:
Sector
Aplicaciones/Procesos
Industrial
Plsticos
Fabricacin de aceros y electrodos
Aislamiento material elctrico
Cable comunicacin y fibra ptica
Aceites y lubricantes
Etc.
Alimentacin
Colorantes
Antioxidantes
Conservantes
Envasado de alimentos
Latas y botellas
Etc.
Textil
Fibras sintticas
Nailon
Tratamiento de pieles
Suelas zapatos
Etc.
Limpieza
Champ
Fabricacin de detergentes
Productos de limpieza
Etc.
Agricultura
Insecticidas
Herbicidas
Fertilizantes
Etc.
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Medicina
Prtesis
Implantes de odontologa
Gafas
Pomadas
Ungentos
Etc.
Combustible
Calefaccin
Automviles
Aviones
Barcos
Etc.
Construccin
Carreteras
Pavimentos
Cementos
Hormign
Pinturas
Etc.
Muebles
Aglomerados
Productos laminados
Etc.
Papel
Libros
Tratamiento de papel y cartones.
Etc.
Otros productos de uso cotidiano: alfombras, cortinas para bao, bolsas de basura,
fsforos, mangueras, chalecos salvavidas, tiendas de campaa, raquetas de tenis,
juguetes, bolgrafos, pegamento, etc.
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2.3.10. Problemas
Contaminacin
El petrleo tiene el problema de ser insoluble en agua y por lo tanto, difcil de limpiar.
Adems, la combustin de sus derivados produce productos residuales: partculas,
CO2, SOx (xidos de azufre), NOx (xidos nitrosos), etc.
En general, los derrames de hidrocarburos afectan profundamente a la fauna y flora
del lugar, razn por la cual la industria petrolera mundial debe cumplir normas y
procedimientos estrictos en materia de proteccin ambiental.
Casi la mitad del petrleo y derivados industriales que se vierten en el mar, son
residuos que vuelcan las ciudades costeras. El mar es empleado como un accesible y
barato depsito de sustancias contaminantes.
Otros derrames se deben a accidentes que sufren los grandes barcos contenedores de
petrleo, que por negligencia transportan el combustible en condiciones inadecuadas.
De cualquier manera, los derrames de petrleo representan una de las mayores causas
de la contaminacin ocenica. Ocasionan gran mortandad de aves acuticas, peces y
otros seres vivos de los ocanos, alterando el equilibrio del ecosistema. En las zonas
afectadas, se vuelven imposibles la pesca, la navegacin y el aprovechamiento de las
playas con fines recreativos.
Cambio climtico
La combustin de los derivados del petrleo es una de las principales causas de
emisin de CO2, cuya acumulacin en la atmsfera genera el cambio climtico.
Conflictos geopolticos
El control del petrleo se ha vinculado a diversos conflictos blicos desde la Segunda
Guerra Mundial hasta los ms recientes en Iraq (1991 y 2004).
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3. ENERGAS ALTERNATIVAS
Como se ha comentado en el apartado anterior, la energa es un factor bsico para el
progreso y el bienestar de una sociedad. En una sociedad como la actual, en
permanente desarrollo y crecimiento, exige tambin una demanda creciente de
energa. En un sistema energtico como el actual, que las principales fuentes de
energa son los combustibles fsiles y la energa nuclear, y sabiendo que estos son
finitos, es inevitable que en un determinado momento la demanda energtica global
no pueda ser abastecida y todo el sistema se colapse, producindose una crisis
energtica. Para evitar esto, la solucin es investigar y desarrollar nuevos mtodos
para obtener energa, las energas alternativas.
Las diferentes energas renovables, son aquellas que se obtienen de fuentes naturales
inagotables, ya sea porque son capaces de regenerarse por medios naturales o por el
gran poder energtico que contienen. Adems durante el proceso de transformacin
de estas energas no se producen ningn tipo de residuos ni contaminantes.
El concepto de energa alternativa, es similar pero no idntico al de energa renovable.
La alternativa, o fuente alternativa es aquella que puede suplir a las fuentes
energticas actuales, ya sea por su posibilidad de renovacin o por su menos efecto
contaminante. Segn esta definicin, algunos autores incluyen la energa nuclear
dentro de las alternativas, ya que generan muy pocos gases de efecto invernadero.
El Sol est en el origen de todas las energas renovables ya que su calor provoca en la
Tierra las diferencias de presin que dan origen a los vientos, fuente de la energa
elica. El Sol ordena el ciclo del agua, causa de la evaporacin que predispone la
formacin de nubes y, por tanto, las lluvias. Tambin del Sol procede la energa
mareomotriz. Las plantas se sirven del Sol para realizar la fotosntesis, vivir y crecer.
Toda esa materia vegetal es la biomasa. Por ltimo, el Sol se aprovecha directamente
en las energas solares, tanto la trmica como la fotovoltaica.
El hidrgeno no es una fuente de energa, como tampoco lo es la electricidad, pero es
sin duda el combustible limpio del futuro y algn da se producir fundamentalmente a
partir de energas renovables.
En este apartado, se explicaran las diferentes energas renovables que existen
actualmente y sus caractersticas principales.
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3.1. Energa solar
Como bien sabemos, la energa solar es un tipo de energa que no contamina, y sobre
todo que no se acaba, por lo que a da de hoy es uno de los tipos de energa que ms
se est investigando, sobre todo teniendo en cuenta que es inagotable, no como las
fuentes de energa que se usan actualmente.
En primer lugar, hay que recordar que la energa solar es recogida del sol, y se
transforma en energa til para el ser humano y sus necesidades.
Debemos decir que el sol nos manda a la tierra algo ms de 4000 mil veces ms de
energa de la que necesitamos, por lo que hay que intentar aprovechar este exceso de
energa para nuestro beneficio. Debido a esto, cada vez ms empresas luchan por el
desarrollo de este tipo de energa.
Lo malo segn los expertos de este tipo de energa es que dicha energa no es
continua, es decir, vara segn la poca del ao, el tiempo lo que hace que la
produccin de la misma no sea continua, lo que obliga a pensar en nuevas medidas
para hacer que cuando los paneles solares no sean capaces de producir apenas
energa, otras fuentes s sean capaces. El futuro podra desarrollarse de la mano de dos
o ms fuentes renovables, lo que garantizara que el ser humano tuviese la energa que
necesita de una manera continuada, que es lo que finalmente se busca en cualquier
tipo de modelo energtico.
La energa solar la podemos dividir en dos apartados diferentes segn la manera de
aprovechar la energa; energa solar trmica y energa solar fotovoltaica.
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3.1.1. Energa solar fotovoltaica
La energa solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energa elctrica, -
voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias a la foto-deteccin
cuntica de un determinado dispositivo; normalmente una lmina metlica
semiconductora llamada clula fotovoltaica, o una deposicin de metales sobre un
sustrato llamada capa fina. Tambin estn en fase de laboratorio mtodos orgnicos.
Se usa para alimentar innumerables aparatos autnomos, para abastecer refugios o
casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribucin.
Los mdulos o paneles fotovoltaicos estn formados por un cristal o lmina
transparente superior y un cerramiento inferior entre los que queda encapsulado el
sustrato conversor y sus conexiones elctricas. La lmina inferior puede ser
transparente, pero lo ms frecuente es un plstico de tedlar. Para encapsular se suele
aadir unas lminas finas y transparentes de EVA que se funden para crear un sellado
anti humedad, aislante, transparente y robusto.
La corriente elctrica continua que proporcionan los mdulos fotovoltaicos se puede
transformar en corriente alterna mediante un aparato electrnico llamado inversor e
inyectarla en la red elctrica, operacin actualmente sujeta a subvenciones en muchos
lugares para una mayor viabilidad.
El proceso, simplificado, sera el siguiente: Se genera la energa a bajas tensiones (380-
800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna.
Mediante un centro de transformacin se eleva a Media tensin (15 25 kV) y se
inyecta en las redes de transporte de la compaa.
En entornos aislados, donde se requiere poca potencia elctrica y el acceso a la red es
difcil, como estaciones meteorolgicas o repetidores de comunicaciones, se emplean
las placas fotovoltaicas como alternativa econmicamente viable. Para comprender la
importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una
cuarta parte de la poblacin mundial no tiene acceso a la energa elctrica.
Ejemplo de los paneles fotovoltaicos de una central elctrica.
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3.1.2. Energa Solar Trmica
La energa solar trmica o energa termosolar consiste en el aprovechamiento de la
energa del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o
para la produccin de agua caliente destinada al consumo de agua domstico, ya sea
agua caliente sanitaria, calefaccin, o para produccin de energa mecnica y, a partir
de ella, de energa elctrica. Este es el punto en el que nos centraremos, la generacin
de electricidad mediante la energa solar trmica.
Una central trmica solar o central termosolar es una instalacin industrial en la que, a
partir del calentamiento de un fluido mediante radiacin solar y su uso en un ciclo
termodinmico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un
alternador y as generar energa elctrica como en una central trmica clsica.
Constructivamente, es necesario concentrar la radiacin solar para que se puedan
alcanzar temperaturas elevadas, de 300 C hasta 1000 C, y obtener as un
rendimiento aceptable en el ciclo termodinmico, que no se podra obtener con
temperaturas ms bajas. La captacin y concentracin de los rayos solares se hacen
por medio de espejos con orientacin automtica que apuntan a una torre central
donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de geometra parablica.
El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientacin se denomina
heliostato.
Los fluidos y ciclos termodinmicos escogidos en las configuraciones experimentales
que se han ensayado, as como los motores que implican, son variados, y van desde el
ciclo Rankine (centrales nucleares, trmicas de carbn) hasta el ciclo Brayton
(centrales de gas natural) pasando por muchas otras variedades como el motor de
Stirling, siendo las ms utilizadas las que combinan la energa termosolar con el gas
natural.
Existen diferentes tipos de centrales trmicas solares
Las centrales de colectores distribuidos
Estas centrales estas formadas por los colectores de concentracin, que pueden ser
cilndricos o de discos parablicos.
Estos colectores concentran la radiacin solar que recibe la superficie captadora en un
elemento receptor de superficie muy reducida (un punto, una lnea). Al ser el receptor
pequeo, puede estar fabricado a partir de materiales sofisticados y caros que
permiten una mejor absorcin de la energa solar. Por otro lado, al recibir la radiacin
solar de manera concentrada, los colectores de concentracin son capaces de
proporcionar temperaturas de hasta 300C con buenos rendimientos.
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Las centrales de colectores de concentracin se utilizan para generar vapor a alta
temperatura con destino a procesos industriales, para producir energa elctrica, etc.
Hay colectores de concentracin de varios tipos. Pero todos ellos tienen en comn que
exigen estar dotados, para ser eficientes, de un sistema de seguimiento que les
permita permanecer constantemente situados en la mejor posicin para recibir los
rayos del sol a lo largo del da.
Los sistemas de seguimiento del sol de estos colectores son de varios tipos. El colector
de concentracin cilndrico-parablico (uno de los ms difundidos) suele utilizar un
reloj o sensor ptico. Este ltimo combinado con un servomotor, hace girar al colector
siguiendo la direccin del sol.
Uno de los inconvenientes de la mayora de los colectores de concentracin (y entre
ellos, del cilndrico parablico) es que slo aprovechan la radiacin directa del Sol, es
decir, que slo aprovechan los rayos solares que realmente inciden sobre su superficie.
No son capaces, por el contrario, de captar la radiacin solar difusa. Por ello, no
resultan convenientes en zonas climticas que, aunque reciben una aceptable cantidad
de radiacin solar, son relativamente nubosas. Slo resultan realmente eficaces en
zonas autnticamente soleadas.
Ejemplo de colectores cilndricos(1) y de discos parablicos(2) en una central de colectores distribuidos.
Las centrales de torre
Una central de torre, tambin conocida como sistema de receptor central, est
compuesta por un sistema concentrador o campo de heliostatos, que capta y
concentra la componente directa de la radiacin solar sobre un receptor, donde se
produce la conversin de la energa radiante en energa trmica y que suele instalarse
en la parte superior de una torre. El fluido de trabajo puede ser, entre otros, aire,
vapor de agua, sodio fundido o sales fundidas, segn la tecnologa escogida. En las de
vapor de agua, este mueve directamente una turbina. En los otros, el fluido transporta
el calor a un generador de vapor de agua, con el que se hace funcionar una turbina que
mueve al generador elctrico.
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Uno de los componentes ms crticos de las centrales de torre es el receptor, situado
en lo alto de la misma, debido a las altas temperaturas y gradientes que puede
alcanzar, lo cual est adems ntimamente ligado al rendimiento del ciclo
termodinmico. Los estudios actuales se centran bsicamente en la eleccin de
materiales y la disposicin de estos de forma que existan las menores prdidas de
calor posibles, incrementando as no slo la eficiencia global del ciclo sino la del
receptor en s. Existen receptores volumtricos, de tubos, abiertos, de cavidad,
circulares, etc.
En cuanto al sistema ptico, ste es la principal caracterstica que distingue la
tecnologa termosolar de otras convencionales de produccin de electricidad. Debido a
las grandes extensiones de superficie reflectante necesaria, una parte importante de
los costes de una planta estn ligados a los helistatos, o los colectores cilindro
parablicos en su caso. El sistema de apunte es crtico a fin de optimizar el campo,
maximizando la radiacin anual reflejada incidente en el receptor de la torre evitando
gradientes en el mismo. El seguimiento solar se lleva a cabo mediante un sistema de
control automtico que puede estar ms o menos centralizado, el cual hace funcionar
pequeos motores elctricos que mueven la superficie reflectora con dos grados de
libertad, esto son, dos ejes. Se estn llevando a cabo tambin estudios de mejora del
sistema de control, intentando reducir los costes totales de las plantas.
Ejemplo de una central solar trmica de torre.
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3.2. Energa Elica
La energa elica es la energa obtenida del viento, es decir, la energa cintica
generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en energa
elctrica, energa til para las actividades humanas.
El trmino elico viene del latn Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los
vientos en la mitologa griega. La energa elica ha sido aprovechada desde la
antigedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la
maquinaria de molinos al mover sus aspas.
En la actualidad es utilizada principalmente para producir energa elctrica mediante
aerogeneradores.
La energa elica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las
emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoelctricas a base de
combustibles fsiles, lo que la convierte en un tipo de energa verde. Sin embargo, el
principal inconveniente es su intermitencia.
La energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se
desplazan de reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin,
con velocidades proporcionales al gradiente de presin.
Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie
terrestre por parte de la radiacin solar. Entre el 1 y 2% de la energa proveniente del
sol se convierte en viento. De da, las masas de aire sobre los ocanos, los mares y los
lagos se mantienen fras con relacin a las reas vecinas situadas sobre las masas
continentales. Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto
el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto ms liviana y
se eleva. El aire ms fro y ms pesado que proviene de los mares, ocanos y grandes
lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.
Para poder aprovechar la energa elica es importante conocer las variaciones diurnas
y nocturnas y estacionales de los vientos, la variacin de la velocidad del viento con la
altura sobre el suelo, la entidad de las rfagas en espacios de tiempo breves, y valores
mximos ocurridos en series histricas de datos con una duracin mnima de 20 aos.
Es tambin importante conocer la velocidad mxima del viento. Para poder utilizar la
energa del viento, es necesario que ste alcance una velocidad mnima que depende
del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s
(10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere
los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada "cut-out speed".
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La energa del viento es utilizada mediante el uso de mquinas elicas (o aeromotores)
capaces de transformar la energa elica en energa mecnica de rotacin utilizable, ya
sea para accionar directamente las mquinas, como para la produccin de energa
elctrica. En este ltimo caso, el sistema de conversin, que comprende un generador
elctrico con sus sistemas de control y de conexin a la red, es conocido como
aerogenerador.
En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energa
elica mueve una hlice y mediante un sistema mecnico se hace girar el rotor de un
generador, normalmente un alternador, que produce electricidad. Para que su
instalacin resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas
parques elicos.
Ejemplo de un parque elico.
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3.2.1. Ventajas e inconvenientes de la energa elica
Ventajas de la energa elica:
Es un tipo de energa renovable ya que tiene su origen en procesos
atmosfricos debidos a la energa que llega a la Tierra procedente del Sol.
Es una energa limpia ya que no produce emisiones atmosfricas ni residuos
contaminantes.
No requiere una combustin que produzca dixido de carbono (CO2), por lo
que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climtico.
Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas
desrticas, prximas a la costa, en laderas ridas y muy empinadas para ser
cultivables.
Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero
o cultivos bajos como trigo, maz, patatas, remolacha, etc.
Su instalacin es rpida, entre 4 meses y 9 meses.
La situacin actual permite cubrir la demanda de energa en Espaa un 30%
debido a la mltiple situacin de los parques elicos sobre el territorio,
compensando la baja produccin de unos por falta de viento con la alta
produccin en las zonas de viento. Los sistemas del sistema elctrico permiten
estabilizar la forma de onda producida en la generacin elctrica solventando
los problemas que presentaban los aerogeneradores como productores de
energa al principio de su instalacin.
Posibilidad de construir parques elicos en el mar, donde el viento es ms
fuerte, ms constante y el impacto social es menor, aunque aumentan los
costes de instalacin y mantenimiento. Los parques offshore son una realidad
en los pases del norte de Europa, donde la generacin elica empieza a ser un
factor bastante importante.
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Inconvenientes de la energa elica:
Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energa elica no
puede ser utilizada como nica fuente de energa elctrica. Por lo tanto, para
salvar los "valles" en la produccin de energa elica es indispensable un
respaldo de las energas convencionales.
Para evacuar la electricidad producida por cada parque elico (que suelen estar
situados adems en parajes naturales apartados) es necesario construir unas
lneas de alta tensin que sean capaces de conducir el mximo de electr