2. É a que se libera cando teñen lugar reaccións químicas.
As reaccións químicas máis importantes que se utilizan
para producir enerxía, se excluímos a fotosíntese, son as
combustións.
3. Os combustibles valóranse polo seu poder calorífico, a
cantidade de enerxía, en forma de calor, que se pode obter por cada
unidade da súa masa que se queime. Pódese expresar en quiloxulios /
quilogramo (kJ) ou en quilocalorías / quilogramo (kcal/kg)
TÁBOA COMPARATIVA DO PODER CALORÍFICO EFECTIVO
DOS COMBUSTIBLES MÁIS EMPREGADOS
combustibles sólidos
combustibles líquidos
Poder
calorífico
MJ/kg
Lignitos
33
combustibles gasosos
Poder
calorífico
MJ/kg
Poder
calorífico
MJ/kg
Gasolina
42,7
Gas natural
48
Coque
metalúrxico
29,1
Gasóleo para
calefacción
42,3
Metano
50,4
Hulla
29,3
Aceite
combustible
pesado
40,6
Propano
46,2
Turba
13,4
Alcohol (95º)
25,3
Butano
45,8
Piñeiro e abeto
(seco)
14,7
Etino
(acetileno)
48,1
Palla (en balas)
13,5
Hidróxeno
120,1
4. Os seres humanos utilizaron o lume desde tempos remotos para quecerse,
preparar alimentos, fundir metais, cocer cerámica, fabricar vidro...
Non se coñece exactamente cando se utilizou o lume por primeira vez, pero
existen vestixios do seu uso polos habitantes das cavernas na Idade de
Pedra.
Utilizaban como combustibles restos vexetais, graxas de animais...
Os poboadores de Mesopotamia utilizaban o petróleo hai máis de 3000 anos
e os chineses, nesas datas coñecian o petróleo e o gas natural.
Pepe Carreiro
5. A xeralización do uso do carbón como combustible, xunto coa
aplicación da máquina de vapor, deu lugar á primeira Revolución
Industrial no século XIX.
6. O petróleo, e a súa aplicación a motores de combustión interna marcou a
decadencia do vapor e promoveu a Revolución Industrial do século XX.
7. Neste milenio, cos combustibles fósiles a piques de esgotárense,
búscanse novas alternativas como a utilización de derivados da
biomasa ou a aplicación do hidróxeno.
9. A FOTOSÍNTESE
Por medio da FOTOSÍNTESE as
plantas converten substancias
inorgánicas (auga, CO2 e
minerais) en materia orgánica.
Elaboran moléculas complexas,
como as proteínas e os lípidos,
que lle proporcionan os
materiais necesarios para a
formación das súas estruturas
e o crecemento dos seus
órganos.
10. As plantas absorben a
enerxía luminosa do Sol
na fotosíntese, o comezo
de toda a cadea de
materia e enerxía que vai
circulando duns seres a
outros
11. O carbono é o elemento básico dos combustibles e o compoñente fundamental da
materia viva. Circula na natureza nun ciclo constante e almacénase como enerxía
aproveitable na biomasa e nos combustibles fósiles.
Pasa dos vexetais aos animais a través dos alimentos.
Os animais e os vexetais na respiración, as combustións e as bacterias liberan CO 2 á atmosfera.
12. Os animais obteñen enerxía, para produciren calor e traballo muscular, a
partir da combustión dos alimentos (azucres, hidratos de carbono,
graxas...) co osíxeno (nutrición celular).
Cando se queiman os alimentos no corpo dun animal libérase a enerxía
química almacenada neles que o corpo emprega para facer funcionar o
cerebro e os nervos, para moverse, para manterse quente...
14. Os distintos tipos de alimentos producen distinta cantidade de
enerxía (que se mide en kilocalorías). Os máis enerxéticos son as
graxas, seguidos dos hidratos de carbono e das proteínas.
alimentos enerxéticos
15. As persoas empregamos os músculos (coa enerxía dos
alimentos) para realizar todo tipo de traballos e inventamos
máquinas e ferramentas para obter un maior rendemento e
facer un uso máis eficaz da nosa forza.
Tamén aproveitamos as capacidades dos animais.
16. A BIOMASA
É a enerxía almacenada polos
seres vivos. Ten como ponto
de partida a fotosíntese, polo
tanto, a materia orgánica é
enerxía solar almacenada.
17. FORMAS DA BIOMASA
Biomasa
viva
seres vivos.
Biomasa residual
palla, serraduras,
esterco, residuos de
matadoiros, residuos
urbáns.
Biomasa
fosil carbón,
petróleo, gas
natural.
19. DISTINTOS PROCESOS DE
TRANSFORMACIÓN DA BIOMASA
PROCESO
UTILIDADE
Combustión
Cociñar, calefacción,
auga quente, xeradores
eléctricos
Fermentación
aeróbica
Etanol
Dixestión
anaeróbica
Metano
Gasificación
Auga quente, xeradores
eléctricos, metano,
metanol, amoníaco
Redución química Aceites
Hidrogasificación
Metano, etano, carbón
vexetal
Pirólise
Aceites, gas, carbón
vexetal
20. Briquetas feitas con resíduos
de madeira e papel.
Bosta a secar para ser usada como combustible
pallets
leña
21. PROCESOS
TERMOQUÍMICOS:
Dous tipos de
combustións, unha con
exceso de aire, e outra
en ausencia del:
-a gasificación emprega
pequenas cantidades
-a pirolise (rotura de
moléculas pola calor)
faise sen negún aire.
Os materiais máis
axeitados son a
madeira, a palla, as
cascas...
22. Elaboración tradicional de
carbón vexetal facendo arder
madeira con pouco osíxeno.
Cubríase unha morea de leña
cunha capa de terra e
controlábase a combustión.
24. Planta que produce enerxía eléctrica utilizando
como combustible resíduos vexetais
procedentes da limpeza do monte.
25. PROCESOS BIOQUÍMICOS: cando a biomasa contén un alto grao de
humidade pode transformarse por fermentación alcohólica en etanol e por
dixestión anaerobica (ausencia de aire) en metano.
Para a fermentación alcohólica emprégase materiais azucrados (remolacha, caña de
azucre ...).
Para a dixestión anaeróbica emprégase a biomasa cun alto contido en celulosa como
son os resíduos agrícolas, gandeiros, industriais e urbanos, plantas acuáticas...
26. A dixestión anaeróbica. O biogás.
A dixestión anaeróbica é a fermentación de materia orgánica realizada por
microorganismos sen aire e durante longo tempo. Por descomposición desa
materia obtéñense productos gasosos coñecidos como biogás, e unha
suspensión sólida (lodos e fangos) que contén nitróxeno, fósforo e outros
elementos minerais.
A biomasa está composta por moléculas complexas (polisacáridos, proteínas, lípidos e
lignina) que se van a descompoñer en moléculas máis sinxelas: metano (50-70 %), dióxido
de carbono (50-30 %), e outros gases (Nitróxeno, Osíxeno, Hidróxeno, ácido sulfídrico).
Planta de Nostián-A Coruña.
Producción de biogás e xeración de enerxía eléctrica a partir de resíduos urbanos.
29. Os resíduos urbanos ou industriais poden ser
tratados por distintos métodos para obter enerxía.
30. Os biocombustibles elabóranse a partir da biomasa. En xeral melloran a
combustión e reducen as emisións contaminantes dos combustibles
derivados do petróleo.
O biodiésel: elabórase a partir de aceites vexetais usados ou graxas
animais. Habitualmente mestúrase con gasóleo en proporcións inferiores ao
50%. Tamén se podería elaborar a partir de resíduos vexetais por pirólise.
31. O bioetanol (gasohol) obtense
de cultivos como a cebada, o trigo,
o millo e a remolacha. Utilízase
mesturado coa gasolina nunha
proporción de ata un 10%. Pódese
utilizar como único combustible en
vehículos deseñados
especialmente
planta de bioetanol en Teixeiro
33. Orixináronse pola descomposición de seres vivos que quedaron sepultados
hai millóns de anos. O osíxeno e o nitróxeno foron desaparecendo das
moléculas que formaban eses seres e quedaron reducidas a mesturas de
hidrocarburos. Son fontes de enerxía moi contaminantes e que corren o
perigo dun rápido esgotamento.
COMBUSTIBLES FÓSILES
carbón
petróleo
gas natural
34. Os combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) e os seus produtos
derivados conteñen unha alta proporción de carbono polo que teñen un gran
poder calorífico. Foron utilizados desde que se coñecen como fontes de
enerxía calorífica directa ou para transformala en enerxía mecánica ou
eléctrica.
O 62% da enerxía eléctrica mundial xérase a partir de combustibles fósiles.
35. O CARBÓN
Formouse cando grandes cantidades de vexetais foron sepultados polos
movementos oroxénicos da Terra, sometidos a presión elevada e coa axuda
das bacterias. É un material lixeiro de cor negra formado esencialmente por
carbono ao que acompañan distintas impurezas como xofre, auga,
carbonato cálcico, areas...
Os primeiros en extraer carbón foron os chineses hai 2.000 anos.
36. Antracita
é o carbón de formación
máis antiga, de cor negra,
compacta e brillante.
Acada unha proporción
de ata un 93% de carbono.
Ten un alto poder
calorífico.
Lignito
ten aspecto de madeira
carbonizada. Contén entre
o 50 e o 70% de carbono.
Hulla
é o carbón máis coñecido e
o máis abundante. De cor
negra, brillante e duro.
Contén entre o 75 e o 90%
de carbono.
Turba
é o carbón de formación
máis recente, séguese
formando na actualidade
nos lugares pantanosos
(turbeiras). Ten aspecto
terroso esponxoso, de cor
castaña escura. Só contén
arredor dun 50% de
carbono. É o de menor
potencia calorífica.
37. Mina de lignito. As Pontes. O lignito galego está practicamente esgotado.
42. AS MÁQUINAS DE VAPOR
Coíncidindo co auxe das minas de carbón en Inglaterra desenvolvéronse os
primeiros modelos prácticos de aplicación do vapor producido ao quecer auga en
caldeiras de carbón.
No 1712 Newcomen instalou a primeira máquina de vapor que se utilizou para
extraer a auga que inundaba as minas de carbón.
James Wat mellorou moito o invento co uso do condensador separado (1769), a
introdución do engranaxe planetario (1780) e a máquina de doble acción (1783).
En 1803 construíronse os primeiros barcos de vapor útiles, primeiro un remolcador
en Francia e logo un barco de pasaxeiros no río Hudson. No 1819 un barco de vapor
cruzou o Atlántico por primeira vez.
45. Stephenson sintetizou os mellores avances e construíu unha locomotora que foi a base
de todas MAQUINA DE VAPOR DE WATT (1786) público foi o de Stockton a
as posteriores. O primeiro ferrocarril de uso
Darlington, en setembro de 1825.
A primeira liña do Estado Español foi a de Barcelona Mataró. En Galicia Santiago-Carril.
Locomotora “Sar” a primeira máquina de vapor
que funcionou en Galicia facendo o traxecto
Santiago Carril no século XIX.
50. O PETRÓLEO
É unha rocha líquida formada por unha mestura de hidrocarburos.
Atópase en xacementos a grandes profundidades e ocasionalmente na
superficie (lagos de brea e alcatráns). Formouse por descomposición de
grandes cantidades de animais e vexetais sometidos a altas presións e
temperaturas suaves ao longo de millóns de anos.
As proteínas e graxas fóronse transformando en petróleo e gas coa axuda
de certas bacterias (fermentación sen aire).
52. O petróleo xa era coñecido hai máis de 3000
anos en Mesopotamia e na China, pero o seu
uso xeralizouse a partir do desenvolvemento
dos motores de combustión interna e a súa
aplicación nos automóbiles.
A primeira perforación fíxose en Hannover
(Alemania) en 1857 para utilizar o petróleo
como fonte de luz e calor. A partir do ano
1850 a industria petrolífera adquiriu moita
importancia co auxe dos automóbiles, en
especial nos EEUU.
53. Para extraer o petróleo perfóranse pozos,
na terra ou no subsolo mariño, que poden
chegar a profundidades de ata 8.000 metros.
Primeiro pozo de petróleo.
Titusville (Estados Unidos), 1859
55. Para separar os diferentes produtos que forman o petróleo sométese nas refinerías a unha
destilacción fraccionada (evaporación e posterior condensación por enfriamento)
Do petróleo cru pódense obter ata medio milleiro de materiais diferentes.
58. PORCENTAXE DE PRODUTOS
QUE SE OBTEÑEN DO
PETRÓLEO:
Gasóleo: 25%
Carburantes do automóbil: 22%
Fuel doméstico: 16%
Aceites pesados: 14%
Queroseno: 12%
Gas líquido: 3,5%
Nafta e asfalto: 1,5%
torres de destilación
60. A gasolina é unha mestura de hidrocarburos formados por moléculas de entre 5 e
11átomos de Carbono. Emprégase para motores de coches,motos, lanchas...
61. O gasóleo emprégase sobre todo na industria, en vehículos
pesados, para calefacción e nos automóviles.
Central térmica de Sabón. A Coruña. Produce enerxía eléctrica con gasóleo.
63. GAS NATURAL
É unha mestura de hidrocarburos lixeiros, fundamentalmente metano.
Atópase en xacementos semellantes aos petrolíferos, e tamén asociado
ao carbón e ao petróleo.
Orixe :
a) Degradación bioquímica da materia orgánica en rochas sedimentarias pouco
profundas e de idades xeoloxicamente recentes. O gas así producido é metano
con dióxido de carbono (gas dos pantanos).
b) Degradación química de resíduos orgánicos en rochas profundas e antergas
(a maior parte do gas natural).
67. O gas natural está composto por un 70 ao 95% do seu volume por metano
(CH4), un 15% de outros gases (etano, propano e butano) e outras
substancias como nitróxeno, dióxido de carbono e sulfuro de hidróxeno,
ademais de cantidades moi pequenas de helio (He) e argón (Ar).
Unha das impurezas máis contaminantes que acompañan ao gas natural é o sulfuro
de hidróxeno (H2S) polo que é preciso sometelo a un proceso de depuración antes de
pasar á súa combustión.
planta de Mugardos
68. O gas natural emprégase como
combustible e como materia prima
na industria química, para a
fabricación de amoníaco (materia
prima básica para a elaboración de
fertilizantes) e para producir
metanol (alcol metílico), produto
importante para a fabricación de
plásticos.
70. MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Queiman no interior dun cilindro unha mestura de aire e combustible
para producir movemento nun pistón.
motor dun avión, 1915
71. -Século XVII Huygens e Papin
ensaiaron cun motor no que a
explosión da pólvora dentro dun
cilindro movía o pistón.
-1860: Lenoir, motor a gas.
Semellaba unha máquina de vapor
horizontal.
-1876: Otto, motor de catro tempos.
-1885: Daimler, primeiro motor de
gasolina de alta velocidade. Tiña un só
cilindro vertical que desenvolvía unha
potencia de medio cabalo. Bens
deseña un coche de tres rodas e
Daimles un de catro.
-1888: Priestman Brothers,
primeiro motor tipo diesel que
funcionaba cunha mestura de aceite e
aire.
-1892: Rudolf Diesel, motor de
compresión-ignición sen quecemento.
-1905: turbinas de gas.
-1945: motores a reacción
Primeiro motor de gas de Lenoir
Motor de gas de Otto e Langen.
73. MOTOR DE CATRO TEMPOS
Os pistóns dun motor actúan sincronizados
de tal maneira que as fases sucédense nun
orde establecido para manter o conxunto
funcionando armonicamente.
Motor de gasolina
1. ADMISIÓN
Baixa o pistón, ábrese
a válvula de admisión
e entra a mestura de
aire e combustible.
2. COMPRESIÓN.
O pistón, ao subir,
presiona a mestura e
o distribuidor manda
unha carga eléctrica
que xera unha chispa
na buxía.
3. EXPLOSIÓN.
4. EXPULSIÓN.
A chispa acende a
mestura e os gases
que se producen
empuxan o pistón
cara abaixo.
Ábrese a válvula de
expulsión e o
pistón ao subir
empuxa os gases
ao exterior.
74. MOTOR DIESEL
O motor Diesel non precisa distribuidor eléctrico nin
buxías de ignición. A súa relación de compresión é
máis alta que nos motores de gasolina. Ten unha
maior eficiencia térmica.
ADMISIÓN:
COMPRESIÓN:
EXPLOSIÓN:
o aire é aspirado
polo pistón ao
interior do cilindro
a través da válvula
de admisión.
o pistón ascende, o
aumento da presión fai
que o aire se quente e
mentres o combustible
é inxectado por unha
bomba.
A mestura de
combustible e aire
comprimida e quente
encende por si sola e
a expansión empuxa
o pistón cara abaixo.
EXPULSIÓN:
Cando o pistón volve a
ascender ábrese a
válvula de escape e os
gases queimados saen
do cilindro.
75. O MOTOR A REACCIÓN
Está formado por series alternas de álabes rotatorios e fixos (unidos a unha árbore motora central)
a través dos que circula o fluído impulsor (aire).
O aire aspirado é comprimido na
parte de diante do motor é
inxectado nas cámaras de
combustión onde se mestura co
queroseno que arde. Os gases
resultantes, quentes, pasan a
través do conxunto de álabes da
turbina, da parte de atrás do motor,
para sair a gran velocidade
producindo o empuxe que impulsa
o aparello.
Uns álabes de turbina adicionais
extraen enerxía extra dos gases de
escape e convértena en enerxía
rotacional para mover unha hélice
que contribúe a aumentar o impulso.
Émprégase en avións de maior tamaño.
Ten un gran ventilador na toma de aire
que o canaliza arredor do exterior da
cámara de compresión, prorcionando
case o 75% do empuxe total do motor.
76. COMBUSTIBLES
FÓSILES
efectos sobre o medio ambiente
Emisións á atmosfera de gases que
provocan contaminación atmosférica,
chuvia ácida e efecto invernadeiro.
Vertidos aos ríos e ao mar
78. O ACETILENO
É un hidrocarburo gasoso que arde cunha chama branca moi brillante
desprendendo moita enerxía calorífica Utilízase para o soprete
oxiacetilénico que permite cortar grosos bloques de aceiro e ferro con
gran facilidade. Neste soplete a chama sobrepasa os 2.000 ºC e
mantense acesa debaixo da auga.
O acetileno utilizouse moito para o alumeado de rúas, casas, minas...
O facho é un aparello auxiliar para a pesca
que funciona co acetileno que se produce
ao reaccionar a auga co carburo de calcio.
79. O HIDROXENO
É o combustible con maior capacidade enerxética que se coñece (tres
veces máis que a gasolina e o gasóleo) e o menos contaminante porque
ao arder combínase co osíxeno e produce como resíduo vapor de auga.
Utilízase como combustible nas naves espaciais e para soldaduras. Xa
existen prototipos de coches impulsados por hidróxeno.
80. O COMBUSTIBLE DOS FOGUETES
Os foguetes queiman un combustible
para produciren un gas quente que
sae da cámara de combustión a alta
velocidade a través dun orificio
orientado para producir un empuxe
en dirección contraria.
Empregan dous gases licuados, un
oxidante e outro combustible
(xeralmente hidróxeno e osíxeno)
Algúns utilizan tamén combustibles
sólidos nos que o oxidante e o
propelente xa están mesturados.
O primeiro foguete de propelente líquido
lanzouse en 1926 (Robert H. Goddard).
81. PILA DE COMBUSTIBLE
Dispositivo que emprega os potenciais químicos de dúas substancias
-unha oxidante e outra combustible- que reaccionan entre sí xerando
electricidade. Empréganse pilas electrolíticas de ácido fosfórico, e de
osíxeno-hidróxeno. Utilízanse para naves espaciais, submariños… e para
producir enerxía eléctrica.
submariño alemán movido por pilas de combustible
pila de hidróxeno
82. OUTROS COMBUSTIBLES
MISTO ou FÓSFORO
Unha variña cun composto
químico no extremo
(fósforo) que se inflama ao
ser rascado.
VELA ou CANDEA
Consiste nunha barra de
combustible sólido (cera,
graxa, parafina) cunha
mecha no interior.
As lámpadas e quinqués
usaban combustibles de
varios tipos: graxa de
porco, de balea, aceites
vexetais, alcohol...
83. EXPLOSIVOS
Son materiais que teñen reaccions de combustión moi intensas e liberan
enerxía con moita rapidez producindo unha gran cantidade de gases que se
expanden violentamente.
Existen multitude de compostos químicos que actúan desta maneira:
pólvora, nitroglicerina, explosivos plásticos...
O uso de explosivos é común en traballos de extracción de rochas e
minerais (minas e canteiras) e para demolicións. O máis utilizado é a
dinamita (nitroglicerina impregnada en barro de diatomeas).
84. A pólvora é coñecida desde moi antigo polos chineses (hai referencias no ano 250). Elaborábana
pulverizando carbón vexetal que ao ser comprimido ardía violentamente. Máis adiante
mesturouselle xofre e nitrato potásico. As primeiras armas que usáron a pólvora foron canóns, no
século XIII na China e no XIV en Europa.
Actualmente utilízase para foguetes de festas e armas.
85. As armas modernas utilizan explosivos químicos de gran potencia que
producen, ademáis da onda expansiva, unha gran cantidade de calor. É unha
forma de desperdiciar enerxía con fins destructivos sen ningunha utilidade.
86. PILAS E BATERÍAS
Son aparellos que xeran un fluxo de electróns (corrente eléctrica) pola
reacción de substancias químicas diferentes chamadas electrodos (ánodo o
positivo e cátodo o negativo) que van mergulladas nun produto que permite a
circulación das cargas (electrolito)
Transforman a enerxía química (enerxía de unión electromagnética dos átomos que forman as
moléculas) que produce o intercambio electrónico en enerxía eléctrica nun circuito exterior.
87. A primeira pila foi construída no 1800 por
Volta. Estaba formada por discos de cobre e
cinc separados por panos mollados nunha
disolución acuosa de ácido.
Pila de Volta
-ánodo
tea acidulada
cinc
cobre
+cátodo
88. tabique
poroso
cinc
cobre
sulfato
de cinc
sulfato
de cobre
Pila Daniell
G. Leclanché deseñou unha pila (1860) que
empregaba una ánodo de carbono e un cátodo de
cinc e ácido sulfúrico como electrolito (pila seca)
As pilas actuais son pilas Leclanché perfeccionadas.
90. As pilas salinas e as alcalinas
deixan de producir enerxía unha
vez que se esgotan os electrodos.
Pilas salinas
Xeran electricidade
mediante dióxido de
manganeso, cloruro de
amonio e cloruro de cinc.
Pilas alcalinas
Empregan dióxido de
manganeso, hidróxido de metal
alcalino e cinc. Xeran unha
voltaxe uniforme ata esgotarense
definitivamente.
cinc
As pilas alcalinas deixan mercurio
como resíduo, perigoso
contaminante da terra e as augas,
polo que a lexislación prohibe
pilas con protectores de mercurio
superiores ao 0,025 %.
Hidróxido potásico e óxido de cinc
Óxido de mercurio
pila botón
91. PILAS RECARGABLES
E BATERÍAS
As reaccións químicas son
reversibles se se lles aplica unha
corrente eléctrica, de tensión
semellante á producida por elas,
Baterías
unha vez que se descargaron. recargables
92. Existen varios tipos de pilas acumuladores
que se coñecen polo nome dos produtos
empregados como electrodos. As máis
comúns son as de níquel/cadmio, plata/cinc e
níquel/ferro, que utilizan como electrolito o
hidróxido potásico.
Dos acumuladores ou baterías, o máis
empregado é o de chumbo, que leva como
electrolito unha disolución de ácido sulfúrico.
93. EFECTOS SOBRE O MEDIO
AMBIENTE
Conteñen produtos químicos
contaminantes, algúns, como
o mercurio, moi perigosos
para os seres vivos.
Unha pila botón pode contaminar
máis de 600.000 litros de auga.
AS ALTERNATIVAS:
Utilizalas o menos posible.
Usar pilas recargables
Depositalas en contedores para reciclar.