L’energia

1. L’energia Els recursos energètics

2. L’energia és la capacitat de realitzar un treball. Qualsevol acció que impliqui un canvi o moviment requereix energia. Sempre que passa alguna cosa l’energia n’és la responsable. L’energia està al voltant nostre en moltes formes diferents. L’energia igual que el treball es mesura amb Joules. Què és l’energia? • L’energia es pot manifestar de les següents formes: • Energia mecànica • Energia tèrmica o interna • Energia química • Energia elèctrica • Energia nuclear • Energia radiant

3. Energia mecànica L’energia mecànica d’un cos és la suma de la seves energies cinètica i potencial, degudes al seu moviment i posició respectivament. Em = Ec+ Ep Segons el principi de conservació de l’energia. Si no actua cap més força que el propi pes, l’energia mecànica no varia, • L’energia mecànica es pot manifestar bàsicament de dues maneres: • L’energia cinètica és la que té un cos a causa del seu moviment.Ec = ½ m· v2 • L’energia potencial és la que té un cos degut a la seva posició.Ep = m·g·h • Hi ha altres classes d’energia potencial : • Energia potencial elàstica • Energia potencial química • Energia potencial elèctrica

4. Transformació d’energia potencial en cinètica. Durant la caiguda d’un cos es produeix una transformació de la energia potencial en energia cinètica. • Així en la posició de repòs només té energia potencial, • durant la caiguda en un punt qualsevol la quantitat d’energia potencial perduda s’ha transformat en cinètica, • al arribar a terra tota l’energia s’ha transformat en cinètica.

5. Unitats

6. Energia tèrmica o interna L’energia tèrmica o interna és la que té un cos com a conseqüència de la suma de l’energia total de les seves molècules. La temperatura d’un cos és una manifestació de la seva energia interna o tèrmica, la qual a la vegada també és directament proporcional a la seva massa. L’energia tèrmica sempre es transfereix del cos més calent al més fred.

7. Formes de transferència de l’energia tèrmica Conducció és la pròpia dels cossos sòlids, es dóna per contacte directe entre cossos de temperatures diferents. Convecció és la forma de propagació pròpia dels fluids. Quan un fluid s’escalfa disminueix la seva densitat i passa a ocupar la part més alta. Radiació és la propagació en forma d’ones electromagnètiques, les quals travessen els medis que els són transparents.

8. Energia química • L’energia química és deguda als canvis d’energia cinètica i potencial que es produeixen quan les distancies dels electrons i els nuclis a les molècules canvia durant les reaccions químiques. (els aliments o els combustibles)

9. Energia elèctrica • L’energia elèctrica és l’energia cinètica i potencial dels electrons en circular en forma de corrent per un circuit E = P · t = V · I · t (KWh)

10. Energia nuclear ·L’energia nuclear és l’energia que manté juntes les partícules del nucli d’un àtom. L’energia que s’allibera com a conseqüència de la pèrdua de massa ve donada per : E=mc2 Segons Einstein: “la massa es pot considerar una forma d’energia”.

11. Energia radiant ·L’energia radiant és l’energia potencial dels camps elèctrics i magnètics que produeixen les ones electromagnètiques com la llum, les ones de ràdio, ones ultraviolades, etc.

12. Transformacions energètiques

13. Treball consumit Màquina Treball útil Rendiment • En qualsevol transformació d’energia hi ha una part d’aquesta que es transfereix en forma de calor no útil, són les anomenades pèrdues. • Les transformacions energètiques es fan a les màquines, aquestes consumeixen una energia o treball d’entradaWc i retornen un treball útilWu inferior al primer.La diferència entre el treball consumit i el útil són les pèrduesWp.  Wp = Wc- Wu El rendiment és la relació entre l’energia o treball consumit i l’energia o treball útil. El rendiment sempre és inferior a 1 És freqüent expressar el rendiment en % El rendiment d’un sistema també es pot expressar en funció de les potència útil i la potència consumida.

14. Fonts d’energia • L’energia existeix a la natura però cal transformat-la per un major aprofitament. • Les fonts d’energia són aquells elements d’on podem obtenir energia com per exemple: L’aigua, el carbó, el petroli, el vent, etc. • Les energies es poden classificar: • segons el seu origen en primàries i finals • segons la seva disponibilitat en renovables i no renovables. • Energia primària és la que obtenim directe de la natura. Són energies primàries el sol, el vent, el petroli, el carbó, etc. • Energies finals són les obtingudes per transformació de les energies primàries. Són energies secundaries l’electricitat o la gasolina.

15. Energies renovables i no renovables

16. Els combustibles • Els combustibles són substàncies que al combinar-se amb l’oxigen donen lloc a una reacció de combustió en la que es produeix calor (energia tèrmica). • Els combustibles més utilitzats actualment són els combustibles fòssils: • Carbó • Petroli (benzines, querosè, gasoil i fuel) • Gas natural o GLP (gasos liquats del petroli) Poder calorífic • El poder calorífic és l’energia que es desprèn de la combustió d’una unitat de massa o volum d’un combustible. • Ens indica la capacitat d’un combustible per subministrar energia. • El poder calorífic s’expressa en: MJ/kg o kJ/kg • En els gasos s’expressa en MJ/m3 (CN) • Els gasos és un cas particular ja que el seu poder calorífic es veu afectat per la temperatura i la pressió. • Per aquest motiu s’utilitza el Pc en (CN) condicions normals: 1 atmosfera i 0ºC 1 atm = 101300 Pa ; 0ºC = 273 ºK ; 1ºC = 1ºK

17. El carbó • El carbó és un sòlid de color negre d’origen vegetal format per la fossilització lenta de matèria orgànica en absència d’oxigen i a altes pressions i temperatures durant milions d’anys. • Està format essencialment per carboni, hidrogen, nitrogen i en menys quantitat per sílex, òxids de ferro sofre … • Va ser el primer combustible fòssil utilitzat durant la revolució industrial • Els costos d’extracció són competitius i reserves molt altes respecte el petroli.

18. Obtenció del carbó El carbó es troba en forma d’estrats o vetes de fins a 30 m d’alçada. Hi han dos tipus d’extracció: • Explotació a cel obert. • Es retira el material fins a deixar al descobert el mineral de carbó. • S’utilitza maquinària especial i explosius. (forta inversió en maquinària). • Pocs operaris • Es obligat un cop acabada l’explotació, reomplir el terreny i replantar la vegetació. • Explotació subterrània és el mètode tradicional, • s’excava un pou fins arribar a la veta, un cop trobada s’obren galeries. • Us de maquinària especial i personal especialitzat, • transport del mineral amb vagonetes o cintes transportadores. • Grans mesures de seguretat, els riscos principals són el gas grisú i la silicosi.

19. Aplicacions • Combustible d’ús general a les centrals tèrmiques • Destil·lació seca • Coc combustible en la indústria siderúrgica. • Gas ciutat • Productes químics: quitrà, amoníac, plàstics, fertilitzants, explosius, medicaments, perfums… • Gasificació • Carbó roent + vapor d’aigua >> gas de síntesi (combustible) • Gas natural sintètic (metanització del gas de síntesi). • Hidrocarburs la hidrogenització del gas a altes pressions dóna lloc a hidrocarburs d’on s’obtenen combustibles líquids i gasosos similars als derivats del petroli.

20. El petroli El cru de petroli El petroli en cru és un líquid oliós de color fosc, densitat inferior a l’aigua, viscositat variable i olor desagradable. Està constituït per una barreja d’hidrocarburs. La composició i proporcions dels seus components varia segons el jaciment. En brut no té aplicació directe. Té molta influència en l’economia mundial.

21. Origen del petroli • La teoria més generalitzada diu que la formació del petroli va començar fa uns 600 milions d’anys degut a l’acumulació de microorganismes que formaven el plàncton marí. • Aquests microorganismes al descompondres sota unes pressions i temperatures determinades van originar el diferents hidrocarburs que constitueixen el petroli. Degut al seu estat líquid, va anar filtrant-se fins trobar estrats impermeables formant les bosses de petroli. Trampes petrolífiques.

22. Prospecció pretrolífica • La localització es complicada i costosa. S’inicia en zones de roques sedimentaries, es fan estudis de les estructures tectòniques i estrats per localitzar les trampes de petroli finalment es fan perforacions de comprovació. Torres de perforacióo Plataformes marines. • Si es troba petroli es fan altres perforacions per comprovar la dimensió de la bossa i la qualitat del cru. • Si aquest es correcte es procedeix a l’extracció. • Extracció i transport • Al jaciment el petroli està a pressió entre una capa de gas natural i una d’aigua salada. • Tipus d’extracció: • Natural quan la bossa està a pressió el petroli surt sol. (primera fase de l’extracció). • Artificial, per bombeig o per injecció d’aigua. • Un cop a la superfície es separa el gas i l’aigua del petroli, que és transportat a les refineries mitjançant oleoductes i vaixells cisterna (petroliers).

23. Refinament del petroli • El refinat del cru es du a terme a les refineries que són instal·lacions de grans dimensions on per mitja de l’aplicació de processos químics, el petroli cru es transforma en matèries primeres de consum directe o destinat a posteriors transformacions. • El procés principal de refinat es la destil·lació fraccionada. • Altres processos de refinat són:El craking,la polimeritzacció,el reforming • Cracking És la descomposició dels hidrocarburs mes pesant (olis i fuels) per obtenir-ne de lleugers com les benzines. • Polimerització Procés invers al cracking els hidrocarburs lleugers com el butà o el propà es converteixen en benzines o gasoils. • Referming S’utilitza per millorar les característiques de les benzines, es fa a altes temperatures i en presencia de d’un catalitzador com el platí. • El cracking i la polimerització permeten obtenir els productes de més demanda partint dels que en tenen menys.

24. Productes del petroli La destil·lació fraccionada del petroli dona lloc als següents productes: • Gas butà i propà gasos liquats del petroli GLP, combustible industrial i domèstic. • Èter del petroli dissolvent industrial. • Gasolina combustible motors d’explosió. • Querosè combustible d’aviació. • Gasoil combustible de calefacció i motors dièsel. • Olis lubricants • Ceres de parafines, espelmes llumins, lubricants • Fuel combustible per centrals tèrmiques. • Asfalt paviments i revestiments antihumitat. • La indústria petroquimica obté els següents productes derivats del petroli: • Plàstics, Cautxú sintètic, Fibres sintètiques • Detergents, Dissolvents i pintures. • Insecticides, explosius i productes farmacèutics.

25. Gas natural • Està format en un 70% de metà la resta són: età, propà, butà, etc. • Té un poder calorífic d’entre 7.000 i 12.000 kcal/m3 . • Es troba en bosses sol o associat al petroli. • Origen extracció i transport • Similar al petroli amb quan a origen, localització i extracció. • Els jaciments s’exploten en un 85% de la seva capacitat. • D’us recent com a combustible. • Transport: • gasoductes transport en estat gasós, entre 36 i 70 atm, fins a les plantes de distribució. • vaixells metaners transport en estat líquid, gas natural liquat (GNL) a baixa temperatura amb una important reducció de volum 1/600 i de cost. • distribució per mitja de canonades a diferents pressions.

26. Avantatges i aplicacions • Avantatges: • Gran poder calorífic. • Poc contaminant només desprèn CO2 i vapor d’aigua. • Aplicacions: • Indústria, comerç i habitatge com a combustible gràcies a desplegament de la xarxa de distribució. • Centrals tèrmiques mixtes com alternativa al fuel i al carbó • Instal·lacions de cogeneració producció simultània de electricitat i calor útil (aigua calenta i calefacció) instal·lacions de gran rendiment. • Indústria petroquímica com a matèria primera.

27. L’energia nuclear • Quan un nucli atòmic es trenca, s’allibera una gran quantitat d’energia, ja que les forces de cohesió entre els neutrons i els protons dins del nucli són molt grans. • La pèrdua de massa convertida en energia ve donada per la formula d’Einstein: E = m c2 Un gram d’urani genera l’energia equivalent a 2,7 Tm de carbó o 1,9 Tm de petroli.

28. Reaccions nuclears Una reacció nuclear és un procés que implica el nucli de l’àtom. Hi ha dos tipus de reaccions nuclears: • Fusió quan s’uneixen nuclis d’elements lleugers per formar nuclis més pesants. Són les reaccions que es produeixen en el Sol i les estrelles. • Fissió que és la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró. Un reactor nuclear és un sistema que permet produir una reacció nuclear de forma controlada i aprofitant l’energia tèrmica obtinguda. La ruptura del nucli provoca l'emissió de neutrons que trenquen altres nuclis i així successivament, aquest procés és la reacció en cadena. Aquesta es pot mantenir per si mateixa a partir d’una certa quantitat d’àtoms, anomenada massa crítica.

29. Combustibles nuclears • Els combustibles nuclears són elements químics que en unes determinades condicions poden produir reaccions nuclears de fissió energèticament rendibles. • Els combustibles fissionables són: l’urani 235, el plutoni 239 i l’urani 233. • L’urani natural conté el 0,72% d’U235 • L’urani enriquit conté entre un 3 i un 4% de isòtops d’U235 Residus radioactius • Es classifiquen en funció del seu grau d’activitat: baixa, mitjana i alta activitat. • Els de baixa i mitjanaactivitat es barregen amb formigó i es dipositen en bidons d’acer de doble paret. Aquest bidons es dipositen posteriorment en els cementiris nuclears. • Els d’alta activitat es conserven provisional- ment en les piscines de les centrals nuclears fins al seu tractament definitiu.

30. Importància dels recursos energètics • El món actual depèn dels combustibles fòssils. • El gas natural, el carbó i el petroli representen el 90% de la producció energètica mundial. • El consum energètic d’un país esta relacionat amb el seu desenvolupament econòmic. • Distribució del consum de energia 25 % de població consumeix el 70 % de la producció • El carbó normalment es consumeix en el lloc d’obtenció • El petroli en molts casos els països productors exporten el cru a països que disposen de tecnologia pel refinat. • El tercer Món que representa ~50% de la població mundial utilitza com a font d’energia: la fusta, el carbó vegetal i els fems.

31. Contaminació ambiental • La utilització dels combustibles fòssils te greus afectes sobre el medi ambient. Aquest afectes es centren sobre diferents aspectes: • Efecte hivernacle (CO2) • Pluja àcida (SO2 , NO2) • Boires fotoquímiques • Contaminació radioactiva

32. Efecte hivernacle • El CO2 i altres gasos es dipositen el les capes més altes de l’atmosfera creen una pantalla que retenen les radiacions infraroges des de la pròpia terra, aquest afecte es similar al d’un hivernacle, es a dir l’augment de temperatura. • Les conseqüències del canvi climàtic són: • la fusió dels casquets polars • l’augment del nivell dels mars • la inundació de terres amb la migració dels habitants. • la desaparició d’espècies animals i vegetals. Pluja àcida • La reacció dels òxids de sofre i nitrogen amb el vapor d’aigua de l’atmosfera donen lloc als àcids sulfúric i nítric, que quan precipiten en forma de pluja o altres fenòmens atmosfèric afecten el grau d’acidesa dels aqüífers, llacs i boscs, afecten a la vida d’animals i plantes.