UD 3 ENERGIES SECUNDARIES VAL 15 16 trad no revisada

Texto completo

(1)ENERGIES SECUNDARIS: Electricitat i combustibles. Luis García Molina. I.E.S. Serra Perenxisa (Torrent). 1.

(2) FONTS D'ENERGIA •. Font d'energia és: Tota matèria, objecte o succés del qual podem obtenir energia.. •. Hem vist 4 maneres de classificar les fonts d'energia que ens envolten: - 1-Per la seva acció: Es mouen, es cremen, donen calor. - 2-Per la seva durada: No renovables, sí renovables. - 3-Per la seva contaminació: Contaminants o no contaminants. - 4-Pel seu ús: Convencionals o no convencionals.. •. ACT: omple una taula-resum com la següent en la fitxa-control de la presentació:. FONT. ACCIÓ. DURADA. CONTAMINA CIÓ. UTILITZAR. > Vent. Moviment. Renovables. No contaminant. convencional. > > >. 3.

(3) Primària fonts d'energia i d'energia secuendarias •. Una cosa són els tipus d'energia que es poden trobar a la natura (fonts d'energia o d'energia primària) I una altra cosa són els tipus d'energia que fem servir cada dia en les nostres vides (energies secundàries) – ACTIVITAT: Pensa en els tipus d'energia que fem servir directament en la nostra vida diària: cases, empreses, transport .... •. Així doncs, els dos tipus d'energia que utilitzem finalment són: – L'energia-químic tèrmic dels combustibles (gasolina, dièsel, combustible) – L'energia elèctrica.. •. I com saps, les fem servir bàsicament per moure les coses, donar a llum i la calor. – ACTIVITAT 3: Feu una llista de màquines que funcionen amb electricitat i la màquina funciona amb combustible per a aquestes finalitats (moviment, llum, calor). Per moure Màquines elèctriques Màquines alimentat. Per il·luminar. Per escalfar. Per processar informació. Motor elèctric Ie. Cotxe híbrid. 2.

(4) FONTS D'ENERGIA SECUNDÀRIES. FONTS D'ENERGIA PRIMÀRIES • •. BIOMASSA (cultius). •. REFINERIES DE BIOCOMBUSTIBLES. ETANOL BIODIÈSEL BIOGAS. Produir MOVIMENT (En els motors de combustió). •. Produir CALOR. •. (En les calefaccions). • • •. COMBUSTIBLES FÒSSILS (carbó, petroli). REFINERIES DE PETROLI. GASOLINA GASOIL Fuel QUEROSÈ. Produir LLUM (En els antics llums de petroli) 4. • •. (AIGUA). FÀBRIQUES DE HIDROGEN. HIDROGEN. •. Produir MOVIMENT. • • • • • • • •. BIOMASSA (cultius) SOLAR GEOTÈRMICA Maremotèrmica EÒLICA HIDRÀULICA Mareomotriu. (En els motors elèctrics de màquines elèctriques) Produir CALOR CENTRALS ELÈCTRIQUES. ENERGIA ELÈCTRICA. (En les estufes elèctriques) Produir LLUM (A les bombetes elèctriques) Transformada a continuació i 5V usada 4 en dispositius electrònics.

(5) 1-LA CENTRAL ELÈCTRICA. 5.

(6) • •. EL GENERADOR ELECTROMAGNÈTIC (alternador) • Perquè funcioni el generador elèctric es requereix que li donin voltes en el seu interior a les bobines de cable elèctric. •. Què li dóna voltes a la turbina? UNA FONT D'ENERGIA. Què li dóna voltes a l'alternador? La turbina. Per produir electricitat hem de fer girar l'alternador. Alternador. ENERGIA. IMAN NORD. ELECTRICITAT. IMAN SUD. TURBINA 6.

(7) La planta d'energia. Les centrals elèctriques són els llocs on, amb alternadors, es creen quantitats molt grans d'electricitat, adequades per alimentar les nostres fàbriques, les nostres ciutats .... Observa el següent esquema d'una central elèctrica:. Instal·lacions de la font d'energia. Construcció al transformador Construcció en l'alternador. ENERGIA. Xarxa de transport a la ciutat. T. Hi ha dues classes principals de centrals elèctriques: >Centrals tèrmiques mouen les turbines gràcies al vapor d'aigua a pressió generat en escalfar l'aigua mitjançant una font de calor. >CENTRALS DIRECTES mouen les turbina directament mitjançant una font d'energia que es mou tal com aigua, vent ... 8.

(8) CENTRALS ELÈCTRIQUES DIRECTES •. La força per moure la turbina directament és diferent d'acord a la font d'energia primària utilitzada. EN ER GI A. Font d'energia. Planta d'energia. MÀQU INA DE VAPO TURBINA R.. Alternador N ELECTRICITAT. S. Principi: Usant el vent moure la turbina El vent mouper la turbina. VENT. Planta d'energia eòlica. AIGUA. Planta d'energia hidràulica. L'aigua que cau des d'una altura mou la turbina.. MAREA. Planta d'energia de les marees. Quan la marea està fins que vam aconseguir l'aigua en grans piscines. Quan la marea està baixa s'allibera l'aigua d'un heigh i mou la turbina.. ONADES. Planta d'energia de les onades. Les ones es mouen la turbina. 16.

(9) Heus aquí una descripció més detallada de l'operació d'una central hidràulica directa EN ER GI A. Represa hidroeléctrica MÀQU. INA DE VAPO TURBINA R.. Reservorio. Central eléctrica. Alternador N ELECTRICITAT. S. Red de transporte de energía eléctrica de larga distancia. Entrada Generador. Canal Turbina Río. 17 ACTIVITAT: Localitza les parts de l'esquema bàsic en aquest més desenvolupat..

(10) Heus aquí una descripció més detallada del funcionament d'un vent directa central. EN ER GI A. MÀQU INA DE VAPO TURBINA R.. Alternador N ELECTRICITAT. S. 18 ACTIVITAT: Localitza les parts de l'esquema bàsic en aquest més desenvolupat..

(11) TÈRMICA PLANTES D'ENERGIA •. Calor (energia tèrmica) s'utilitza per evaporar l'aigua líquida i l'obtenció de la pressió de vapor d'aigua per fer girar la turbina. CALDERA. ENERGIA TÈRMICA Font d'energia. Tipus de central elèctrica. Alternador. MÀQU N INA ELECTRI DE CITAT S VAPO AIGUA TURBINA R. Principi: La turbina es mou mitjançant vapor d'aigua vapor. a pressió obtingut en escalfar aigua amb la calor provinent de .... Combustibles fòssils. Centrals tèrmiques convencionals. La calor s'obté cremant el petroli, carbó o gas natural.. Biomassa. Centrals tèrmiques de biomassa. La calor s'obté cremant el petroli, carbó o gas natural.. Solar. Central elèctrica d'energia solar tèrmica. S'obté Heat enfocar la llum del sol amb miralls.. Calor subterrani. Central elèctrica geotèrmica. S'obté prenent la calor d'aigua a les capes calentes subterrànies.. La calor de mars calents. Central elèctrica maremotèrmica. La calor s'obté a partir de capes calents de l'oceà. Urani. Central elèctrica nuclear. La calor s'obté a partir de la fissió nuclear d'àtoms d'urani. 10.

(12) CONVENCIONALS CENTRALS TÈRMIQUES Heus aquí una descripció detallada del funcionament d'una central tèrmica convencional (obté la calor de la combustió d'un combustible, normalment CALDERA carbó, petroli o gas) Alternador vapor. ENERGIA TÈRMICA. AIGUA. MÀQU INA DE VAPO TURBINA R.. N S. Imgaen: http://www.unesa.net. 11 ACTIVITAT: Localitza les parts de l'esquema bàsic en aquest més desenvolupat..

(13) Les centrals de cicle combinat. S'han desenvolupat unes centrals elèctriques de DOBLE TURBINA. És a dir, cremant el mateix combustible es mouen DOS ALTERNADORS en lloc d'un. Aquestes centrals utilitzen gas natural com a combustible, amb tots els seus avantatges enfront del petroli. La COGENERACIÓ consisteix a usar l'energia sobrant d'una central elèctrica per produir calor per CALEFACCIÓ. La Trigeneració és el mateix, però fa servir l'energia sobrant per produir CALEFACCIÓ O REFRIGERACIÓ, segons convingui.. Central de cicle combinat. 1. 1 2. Imgaen l'original: http://www.unesa.net. 12.

(14) Aquí tens un esquema més detallat del funcionament d'una central tèrmica nuclear. Utilitza la enegía d'àtoms individuals com una font de calor per crear el vapor necessari per moure la planta d'energia de generador. CALDERA vapor. ENERGIA TÈRMICA. AIGUA. MÀQU INA DE VAPO TURBINA R.. Alternador N S. 13 ACTIVITAT: Localitza les parts de l'esquema bàsic en aquest més desenvolupat..

(15) fissió nuclear i Fussion nuclear NUCLEAR FISSION La calor es genera per la fissió nuclear, el trencament d'àtoms pesats com l'urani 235 en ser impactats per neutrons. És una reacció en cadena potent però controlada. RESIDUS DE REACCIÓ: La reacció deixa elements radioactius com l'urani, el plutoni, el californi, curi, el fermió, berkeli ... també l'estructura de la central. Tots són molt perillosos i han de ser tractats pels severs protocols i finalment emmagatzemats durant centenars d'anys en dipòsits geològics profunds. Alguns productes de la combustió són reutilitzables (residus de plutoni-239 i urani) NUCLEAR FUSSION La calor es genera per la fusió nuclear (unió) d'àtoms individuals (isòtops d'hidrogen, deuteri i triti) per formar un àtom d'heli + neutrons. Aquesta unió de nuclis simples allibera grans quantitats d'energia. El deuteri es pot trobar en grans quantitats en l'aigua de mar. No obstant això el triti és un element radioactiu que ha de ser fabricat o per l'activació d'hidrogen per fissió nuclear o per bombardeig de neutrons de liti. RESIDUS DE REACCIÓ: L'heli és un gas inert, net i reutilitzable. No obstant això, els neutrons realesed fan radioactius i perillós alguns dels materials del reactor.. 14.

(16) 3-EL TRANSPORT DE ELECTRICITAT. 19.

(17) TRANSPORT D'ELECTRICITAT En sortir de l'alternador el corrent té un voltatge d'uns 30.000 V. Per transportar l'energia elèctrica el primer que cal fer és pujar el seu voltatge a alts valors (200.000-400.000 V) • La raó d'aquesta impressionant pujada de voltatge és perquè així el corrent perd menys calor en passar pels cables. L'aparell que puja el voltatge es diu transformador, i està a la sortida de les centrals elèctriques. Després es redueix a MITJA TENSIÓ (10.000 V) en una subestació transformadora reductora a mitja tensió. Finalment es redueix a BAIXA TENSIÓ (220 V) en una subestació transformadora a baixa tensió. • Aquesta és la tensió que fem servir a les nostres llars. La xarxa de mitja tensió. transformador d'1 Xarxa de transport ALT VOLTATGE. turbina alternador. BAIXA TENSIÓ Xarxa T. T. transformador de 3. Transformador 2. T 20.

(18) EL TRANSPORT DE L'ELECTRICITAT Si et fixes en el paisatge que ens envolta veuràs múltiples torres metàl·liques que subjecten cables elèctrics. aquesta és la infraestructura de transport de l'energia elèctrica. les torres són suports dels cables. Estan fetes de fusta, acer galvanitzat o formigó armat. Les que més es veuen són les torres metàl·liques d'acer triangulades.. 21.

(19) TRANSPORT D'ELECTRICITAT els cables conductors no són com els que tenim a classe, òbviament. Aquests tenen una ànima d'acer (esquelet) envoltat de capes d'alumini (el conductor). S'amarren a la torre amb unions complexes.. Imatge: http://www.prysmianclub.es/. 22 http://www.tuveras.com/lineas/aereas/lineasaereas.htm.

(20) REFINERIES DE COMBUSTIBLE. 23.

(21) 1-el petroli •El PETROLI és un combustible fòssil, provinent també de la fossilització de plantes i animals de fa milions d'anys. Es troba en pous del subsòl terrestre o marí. •De la seva refinació s'obtenen nombrosos combustibles, des gasos (butà, età ...), líquids (gasolina, dièsel, querosè ...). Es poden extreure multitud d'altres derivats com els plàstics sintètics, quitrà .... FABRICACIÓ DEL COMBUSTIBLE: S'obté per un procés de destil·lació en les refineries a partir del petroli brut. D'aquí surten combustibles gasosos o líquids. RESIDUS DE LA REACCIÓ: De la combustió surten productes contaminants: -CO2 - NOX -SOX -Cenizas USOS: Centrals elèctriques tèrmiques, Calefacció, automòbils, indústria química (plàstics, adobs ...) 24.

(22) La destil·lació del petroli. metà, età. És el procés per separar el petroli en les seves diferents fraccions. Un d'ells és el dels plàstics.. Torre de destil·lació. Gasos. concentració de gas i el tractament càustic. Combustibles gasosos LPG 's. Plàstica. Nafta lleugera. PLÀSTIC. El petroli que es va evaporant amb la calor es diposita en plaques a diferent alçada segons el seu pes. A més lleuger més alt arriba.. Nafta pesada Altres combustibles pesats. Querosè Combustible d'Jets. El reformat catalític Combustibl e per a Hidrotratadora avions. Diesel. Diesel. Combustible dièsel. gasolina. Hidrotratadora GLP: propà, butà Gasolina dièsel gasolina. Gasolines. Torre d'extracció. Oli pesat Asfalts. cru calor. conversió tèrmica dièsel combustible dièsel asfalt. Pou de petroli. Torre de buit. 32.

(23) 2- el gas natural •El GAS NATURAL és un combustible fòssil, provinent també de la fossilització de plantes i animals de fa milions d'anys. Es troba o en jaciments associats al petroli o només, en jaciments no associats.. http://www.photaki.es/. COMBUSTIBLE: Un cop refinat, el gas natural comercial està format en un 90-95% de metà, 2-6% d'età i 1-2% de propà. Cal liquar per al seu transport i regasificarlo de nou per al seu ús. RESIDUS DE LA REACCIÓ: Els mateixos que el petroli encara que en menor quantitat. -CO2 (45% menys) -NOX (Menys) -SOX (Molt poc) -Cenizas (No emet) USOS: Centrals elèctriques de cicle combinat, Calefacció, Cuina, Vehicles, Indústria química: obtenció d'H2, amoníac, metanol, acetilè, sulfur de carboni ... 26.

(24) motor. 3-el hidrogen L'hidrogen es pot considerar un combustible que mou motors (elèctrics). Podria substituir a la gasolina o dièsel i tindries seves pròpies "hidroneras". En una pila l'hidrogen (H2) és descompost en l'ànode en protons (p +) i electrons (e-). Els electrons es mouen fora de la pila, l'ànode al càtode, en un circuit elèctric que pot alimentar un motor electrodomèstics ... Els protons travessen la membrana cap al càtode. Allà es recombinen amb els electrons i oxigen (O2) per formar aigua.. eeO2 H2. p+. H2 = 2p + i. O2 2 H2O = p + i membrana ànode. H2O càtode. COMBUSTIBLE: hidrogen. No existeix de forma natural. Cal fabricar-lo. -aplicant Electricitat a l'aigua per electròlisi H2O + i = H2 + O -A Partir del metanol, l'etanol ... -A Partir del carbó, el petroli o el gas natural. C + H2O = CO2 + H2 -A Patir de la descomposició de la matèria orgànica. -A Partir d'aigua i àcid sulfúric a alta temperatura: H20 + H2SO4 = SO5 + H2 RESIDUS DE REACCIÓ: Aigua. D'acord a la forma de fabricació d'hidrogen haurem de considerar altres contaminants.. 27.

(25) hidrogen L'ús d'hidrogen és una mica més complicat del que a primera vista sembla. Observa el següent mapa i analitza les alternatives que se'ns mostren.. net. Font NO contaminant Font contaminant: petroli, carbó, gas natural .... Si la fem servir directament no tenim pèrdues. Pèrdues electricitat electrici (78% !!) tat aigua. Contamina ció nació. H2 Reformat amb aigua. Si la fem servir directament no tenim pèrdues. Pila d'hidroge n. enllumenat calefacció electrodomèstics electrici net tat. Contaminació Pèrdues d'energia. Destil·lació en refineries. Combustible. Contaminació. 25.

(26) biocombustibles L'objectiu és substituir els combustibles provinents del petroli per altres la matèria primera siguin residus o cultius orgànics renovables. COMBUSTIBLES: BIOETANOL: -És un tipus d'alcohol, líquid. -Es S'obté per fermentació de plantes riques en sucres: cereals, remolatxa o canya de sucre. -Podria Ser equivalent a la gasolina. BIODIÈSEL: -És Un líquid orgànic oliós. -Es Obté per una reacció d'esterificació d'olis vegetals: gira-sol, soja, palma, olis usats o greixos animals. -Podria Ser equivalent al dièsel.. colza,. BIOGÀS: -És Un gas compost principalment de gas metà. -Es S'obté amb la descomposició de residus orgànics. RESIDUS DE LA REACCIÓ: CO2 i altres residus! Contamina. (Encara que el creixement de les plantes ho compensa.. 30.

(27) Biocombustibles: l'obtenció de bioetanol. Blat de moro Blat Ordi Sorgo. Midons. Hidròlisi. Remolatxa Canya De Sucre Melassa. Sucres. Fermentació Destil·lació. Etanol hidratat (5% d'aigua). Deshidratació. Etanol. Hidròlisi Fusta Restes de poda RSU. Celulosa. 31.

(28) Biocombustibles: l'obtenció de Biodièsel Primera matèria oliosa: per exemple. pipes. Extracció de l'oli Vegetal. transesterificació. metanol Olis per exemple. usat. olis aigua. GLICERINA. BIODIÈSEL. 28. www.gstriatum.com. 32.

(29) Biocombustibles: problemes ètics •. ACTIVITAT: Quins creus que són els avantatges de l'ús dels biocombustibles?. •. ACTIVITAT: Observeu les vinyetes Quines són les desavantatges de la utilització dels biocombustibles?. upcommons.upc.edu. https://www.flickr.com/photos/sully_aka__wstera2/2342900592/. 33.

(30) FI EL FINAL FI FI 36.

(31)