Unitat 1

ÍNDEX

FONTS D’ENERGIA

Les fonts d’energia el llarg del temps Fonts d’energia tradicionals: - El foc - L’aigua - El vent Classificació de les fonts d’energia - En funció de la seva naturalesa - En funció de les reserves disponibles - En funció del grau d’utilització

LES FONTS D’ENERGIA EL LLARG DEL TEMPS

Les fonts d’energia són els recursos naturals dels quals es pot obtenir energia per produir calor, llum i potència.

Al llarg de la història l’ésser humà ha anat descobrint diferents recursos (per ordre cronològic les diferents fonts d’energia)

- L’energia del Sol i el foc,

després va vindre l’energia del vent, l’aigua i el carbó, més tard el petroli, l’energia nuclear i les renovables.

FONTS D’ENERGIA TRADICIONAL

El Sol, l’escalfor del foc, la força del vent i l’impuls de l’aigua són les primeres fonts d’energia que l’ésser humà adaptà a les seves necessitats.

La llenya i el carbó, el molí de vent o la roda hidràulica són alguns dels més importants descobriments o invents per produir energia.

FOC

L’escalfor del foc

El descobriment i el domini del foc va suposar una revolució i va permetre una gran quantitat d’aplicacions.

Els homes primitius empraven el foc per escalfar-se, cuinar, il·luminar-se en la foscor, obtenir estris i fondre metalls.

AIGUA

L’impuls de l’aigua

La utilització dels corrents d’aigua ha estat fonamental per al progrés de la civilització.

L’aprofitament més elemental és la sínia, emprada a l’agricultura per regar.

Aviat es començaren a aprofitar els corrents i els salts d’aigua per aconseguir energia mecànica, això s’aconseguí amb el desenvolupament de la roda hidràulica.

VENTLa força del vent

La força del vent fou utilitzada primerament com a transport marítim, és a dir; els vaixells eren impulsats pel vent.

Una altra aplicació va ser en la creació de molins de vent els cuals utilitzaven per moldre el gra.

Actualment s’utilitza l’energia del vent per a l’obtenció d’energia elèctrica mitjançant una espècie de molins de vent anomenats aerogeneradors.

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIAEn funció de la seva naturalesa:

Primàries. Es troben en la natura, com la llenya, l’aigua, el petroli,etc.

Secundàries. S’obtenen a partir de les fonts d’energia, com l’electricitat o la benzina.

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIAEn funció de les reserves

disponibles:

Renovables. N’hi ha reserves il·limitades, perquè es regeneren contínuament. Com ara el Sol, el vent, l’aigua dels rius,etc.

No renovables o exhauribles. N’hi ha reserves limitades. Com ara el petroli, el carbó, gas natural i urani.

CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIAEn funció del grau d’utilització

Convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix la major part d’energia consumida per la societat: petroli, gas natural, carbó,nuclear,etc.

No convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix una petita part de l’energia consumida per la societat, solar, eòlica, etc.

Materials Combustibles

Definició Tipus de combustibles Poder calorífic Capacitat calorífica Tipus de carbó i com s’obté Extracció del carbó mineral

1 - Definició

Els materials combustibles són aquelles substàncies que per mitjà d’una reacció química amb l’oxigen desprenen energia.

Carbó vegetal

Petroli

Gas Natural

-Sòlids: El carbó vegetal, el carbó mineral, la pólvora, el T.N.T (Trinitrotoluè), NH4ClO4 (perclorat d’amoni, utilitzat en els transbordadors espacials), etc.

-Líquids: La benzina, el querosè, el gasoil, el fuel, l’etanol i el metanol, etc.

-Gasosos: El gas natural i el butà (provenen del petroli), etc.

2 – Tipus de combustibles

Esquema de fraccionament o destil·lació

3 – Poder calorífic

El poder calorífic es la quantitat de calor produïda per la combustió total d’un metre cúbic o d’un kg.

En els gasos s’expressa en Kcal/m3 o en MJ/m3 .

En els sòlids i líquids s’expressa en Kcal/Kg o en MJ/Kg.

En els gasos pot variar el poder calorífic segons la pressió i la temperatura. Es pot calcular amb la formula: Pc=Pc(CN)*P/101300*273/273+T

4 – Capacitat calorífica

La capacitat calorifica, es la cantitat de calor que pot fer variar en un grau centigrad la temperatura d’un cos.

capacitat calorifica

cantitat de calorvariació de temperatura

5- Tipus i de Carbó i com s’obté

Carbó Vegetal: S'obté de la .Carbó Mineral: Es va formar fa milions d’anys. Els boscos profundament enterrats, la pressió, les altes temperatures i el temps van donar lloc a la creació del carbó mineral.-Torba, 60% de carboni i molt humida, per consum domèstic.- Lignit, 75% de carboni.- Hulla, 85% de carboni, s’utilitza per fusionar el ferro.- Antracita, 95% de carboni, es el carbó amb major poder calorífic.

piròlisiCombustió parcial de la llenya amb poca presència d’oxigen

6- Extracció del Carbó mineral

Per poder extreure el carbó mineral s’ha d’excavar. Contra més profunditat més bo serà el carbó però més costosa serà l'extracció.Hi ha dos tipus de mines:-Mina a cel obert: -Mina subterrània: Consisteix a excavar pous verticals fins arribar a la veta i allà obrir galeries, el carbó s’extreu amb màquines i es transporta amb vagons.

El petroli i el gas natural

1 El petroli 2 Origen del petroli 3 Extracció del petroli 4 Transformació i aplicacions del petroli 5 El gas natural 6 Extracció, transport i distribució 7 Aplicació del gas natural Annex

El petroli

►És una barreja complexa no homogènia d’hidrocarburs.

►És un recurs natural no renovable. Actualment és la principal font d’energia als països desenvolupats.

Origen del petroli

►Fa 600 milions d’anys l’acumulació de microorganismes barrejats amb fang van patir una descomposició.

►Aquest procés juntament amb la pressió i la temperatura va originar el petroli.

Extracció del petroli

► S’extrau mitjançant la perforació d’un pou sobre el jaciment. Es connecta mitjançant una xarxa de oleoductes cap al seu emmagatzemament.

► Es transportarà mitjançant vaixells petroliers.

► Quan queda poc petroli s’utilitza per extreure’l : bombes, la injecció d’aigua o la injecció de gas.

Transformació i aplicacions del petroli

► A les refineries es duen a terme el processos de transformació del petroli.

► Hi ha 4 maneres de separar els components:

• Destil·lació fraccionada• Craqueig• Polimerització• Reformació

► Es poden utilitzar de 2 maneres:

•Directament com el gas butà, benzina, querosè, gasoil, olis lubricants, fuel, asfalt...

•Per industria com plàstics, fibres sintètiques, detergents, cautxú, pintures, insecticides...

El Gas Natural

►És una font d’energia fòssil que, està formada per una barreja d’hidrocarburs. El seu poder calorífic varia segons la seva composició, però els més elevats es troben entre les 8.500 i les 10.200 quilocalories per metre cúbic.

► El gas natural, s’ha anat formant durant milions d’anys per la descomposició de grans quantitats de restes d’organismes morts dipositades al que aleshores havia estat el fons del mar o d’un llac.

Extracció, transport i distribució

►El gas natural s’extreu igual que el petroli però abans de transportar-lo s’eliminen les impureses.

►El transport es farà amb gasoductes (que transporten el gas a una pressió de 3,65 i 7,1MPa) o vaixells metaners. ►El gas es sotmet a un procés de refredament que s’obté gas natural liquat. ►Per la distribució s’utilitza una xarxa de canonades

Aplicacions del gas natural

►Té 4 aplicacions principals:

•La indústria, el comerç i l’habitatge.

•Les centrals tèrmiques mixtes.

•Les instal·lacions de cogeneració (producció d’energia elèctrica i calor útil).

•La indústria petroquímica

Annex La contaminació del petroli

L’energia nuclear

1. Que és l’energia nuclear? 2. De on s’obté l’energia nuclear? 3. L’àtom. 4. Característiques de l’àtom. 5. Nombre atòmic. 6. Nombre màssic. 7. Isòtops i exemples. 8. Radioactivitat natural i radiació.

1. Que és l’energia nuclear?

Es un trencament a gran escala dels nuclis dels àtoms ja sigui perquè es parteix (fissió) o es fa més gran (fusió) .

Això comporta la transferència d’enormes quantitats

d’energia  en forma: - Radiant

- Tèrmica

- Cinètica

2. D’on s’obté l’energia nuclear?

L’energia nuclear s’obté dels canvis que es produeixen en el nucli dels àtoms en les anomenades reaccions nuclears .

Segons el model de Rutherford:

Format per - un nucli amb

(protons i neutrons)- Electrons (diferents

òrbites el·líptiques )

L’àtom:

4. Característiques de l’àtom.

Es caracteritza pel nombre de protons que té el

seu nucli. Tots els àtoms amb el mateix nombre de protons en

el nucli són àtoms del mateix element.

Ex àtoms d’urani (92 protons), oxigen (8 protons)

Nombre atòmic:

És el nombre de protons present en el nucli atòmic.

Es representat per la lletra Z.

Nombre màssic:

Fa referència a la suma de protons i neutrons que conté l'element.

Es representa amb la lletra A.

Isòtops :

Els isòtops d'un element químic són àtoms amb el mateix nombre atòmic però diferent massa atòmica.

Exemples d’ Isòtops :

1H o hidrogen-1 : hidrogen amb un protó i cap neutró, Z=1, A=1, també anomenat proti.

2H o hidrogen-2 : hidrogen amb un protó i un neutró, Z=1, A=2, també anomenat deuteri.

3H o hidrogen-3: hidrogen amb un protó i dos neutrons, Z=1, A=3, també anomenat triti.

Radioactivitat natural i radiació:

És quan un nucli d’un àtom es transforma espontàniament en un altre sense cap ajuda exterior.

en aquesta transmutació espontània el nucli de l’àtom emet radiacions a granvelocitat.

Radiació:

Tipus:

- Electromagnètica (raigs gamma).- Partícules (alfa i beta).

Aquestes radiacions són conegudes com a radiacions ionitzants (poden penetrar la materia i ionitzar-ne els àtoms)

1 Què és una reacció nuclear? 2 Reaccions de fusió 3 Reaccions de fissió 4 Processos d’obtenció i enriquiment d

els combustibles nuclears

REACCIONS NUCLEARS

Una reacció nuclear és el procés de transformació que implica el nucli d’un àtom.

La transformació d'un nucli atòmic suposa l'alteració d'un o més nucleons.

Per produir reaccions nuclears es bombardegen nuclis atòmics amb partícules beta (electrons) o alfa (nuclis d'heli), que donen com a resultat la descomposició del nucli en un o més de nombre màssic inferior.

En aquest procés s'emet radiació gamma, que és perillosa per als organismes vius.

En les reaccions de fusió s’uneixen nuclis d’elements lleugers per formar nuclis més pesants.

Aquestes reaccions desprenen molta energia. La dificultat està en el fet que calen grans quantitats d’energia per iniciar la reacció , ja que els nuclis tenen càrrega elèctrica positiva i es repel.leixen quan s’acosten.

Aquestes repulsions son superades si les partícules tenen una energia cinètica molt gran.

Les reaccions de fissió consisteixen a provocar la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró. Així per cada neutro que xoca amb un nucli d’urani, allibera 2 o 3 neutrons que inicien una reacció en cadena, que es mantindra per si mateixa si es disposa de la massa crítica que són els àtoms d’urani que es necessiten per mantenir-la. El reactor nuclear és un sistema per produir reaccions en cadena sostingudes de manera que permetin aprofitar l’energia tèrmica obtinguda.

Els combustibles nuclears són els elements que en condicions adequades poden produir reaccions nuclears de fusió i fissió, energèticament aprofitables. El combustible utilitzat és el deuteri i el triti, que són isòtops de l’hidrogen, un element abundant a la natura. S’anomenen materials fèrtils els que amb reaccions nuclears de captura i canvi radioactiu es converteixen en materials fissibles.

1. La contaminació ambiental

2. L’efecte hivernacle 3. Vídeo sobre la contaminació

L’extracció i els processos d’obtenció i utilització dels combustibles produeixen impactes en el medi natural.

La contaminació ambiental

S’ha de procurar que aquests impactes siguin com més petits millor, per tal de preservar l’equilibri de l’entorn.

La Terra s'escalfa gràcies a l'energia del Sol. Una part d'aquesta energia que arriba a l'atmosfera és reflectida en direcció a l'espai, una altra part molt petita és absorbida i la resta travessa l'atmosfera i escalfa la Terra.

L’efecte hivernacle

Però quan l'energia és reflectida des de la Terra es produeix un fenomen diferent. Alguns gasos de l'atmosfera, com el CO2 i el vapor d'aigua, la retenen, absorbeixen gran part de l'energia i eviten que torni a l'espai. Això contribueix a mantenir el planeta calent.

La pluja àcida

La pluja àcida La contaminació atmosfèrica urbana. Les boires fotoquímiques.

1

La crema de combustibles fòssils creen gasos que al pujar a l’atmosfera entren en contacte amb vapor d’aigua, llum i oxigen i es transformen en àcid sulfúric i àcid nítric.

Què és la pluja àcida?

Aquests àcids són arrossegats per la pluja o els flocs de neu i quan cauen en forma de aigua és quan es produeix la pluja àcida.

La pluja àcida pot afectar greument la vida de les especies animals i vegetals dels llacs i dels boscos on cau. L’ aigua acidificada facilita la separació,extracció dels nutrients bàsics del sol i del subsòl,com el potassi , el calci , el magnesi privant de aquets bens als arbres i plantes

Efectes ambientals

La boira fotoquímica o boirum es un fenomen atmosfèric antropogènic que es presenta en dies de calor a les zones urbanes amb força trànsit i amb un nivell d’insolació alt. Es tracta d’un efecte provocat per la contaminació atmosfèrica que actua a curt termini

Boires fotoquímiques La boira fotoquímica es produeix per que els òxids de nitrogen i els hidrocarburs reaccionen sota condicions de forta radiació solar i resulten substàncies oxidants, com ara l’ozó o els nitroperòxids d’acil. Els oxidants són molt irritants, especialment de les mucoses i els ulls; produeixen un envelliment prematur dels pulmons i tenen un efecte corrosiu sobre el cautxú i altres efectes negatius sobre la vegetació.

Que fan? Les centrals nuclears no generen gasos contaminants i, per tant, no contribueixen a la pluja àcida ni a l’efecte hivernacle,però tant el combustibles com els residus que generen són radioactius i emeten radiacions perilloses per als esser vius

LA CONTAMINACIÓ RADIOACTIVA

La contaminació

El major problema que genera es que esta de mostrat que les persones que no treballen en una central nuclears en condicions a caven patint malalties de tipus tumor benignes (cancer)

Preguntes freqüents

1; Classifica les fonts d’energia en funció de la seva naturalesa i de les seves reserves

2; Enumera les diferents fonts d’energia que provenen del sol 3; Explica en què consisteix la destil·lació fraccionada del

petroli i quins productes se n’obtenen 4; Què s’entén per poder calorífic d’un combustible? 5; Què és una reacció nuclear? De quin tipus n’hi ha? 6; Quina diferència hi ha entre un combustible nuclear de fissió

i un material fèrtil? 7; Descriu els principals fenòmens contaminants produïts pel

consum de combustibles fòssils 8; Quines són les causes principals de l’efecte d’hivernacle?

1; Classifica les fonts d’energia en funció de la seva naturalesa i de les seves reserves

1. Naturalesa:1. Primaries: És troben a la natura, com la llenya,

l’aigua, el carbó, el petroli, etc.2. Secundàries: S’obtenen a partir de les fonts

primàries, com l’electricitat o la betzina.

2. Reserves:1. Renovables: Són il·limitades, perquè es

regeneren continuament, com el sol, el vent i la biomassa del mar i de l’aigua dels rius.

2. No renovables: N’hi ha reserves limitades, com el carbó, el petroli, el gas natural i l’urani.

2; Enumera les diferents fonts d’energia que provenen del sol

1. Directament:1. Térmica (calor)2. Lluminica

2. Indirectament:1. Eléctrica (panells

solars)

3; Explica en què consisteix la destil·lació fraccionada del petroli i quins productes se n’obtenen

Consisteix a escalfar el cru fins a l’evaporació, per refredar-lo i obtenir les fraccions condensades separades en funció del seu punt d’ebullició.

S’efectua amb dues torres de destil·lació o columnes de fraccionament. La primera treballa a pressió atmosfèrica i la segona al buit.

Índex

4; Què s’entén per poder calorífic d’un combustible?

El poder calorífic és l’energia que es desprèn en la combustió completa de la unitat de massa o volum d’un combustible

5; Què és una reacció nuclear? De quin tipus n’hi ha?

És qualsavol proces de transformació que implica el nucli d’un àtom

Hi ha’n dos tipus de processos: Fusió: S’uneixen nuclis

d’elements lleugers per formar nuclis més pesants.

Fisió: Consisteix a provocar la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró.

Índex

6; Quina diferència hi ha entre un combustible nuclear de fissió i un material fèrtil?

Els combustibles fissionables és poden trobar a la natura o generar-se a partir de materials fèrtils com

(urani 235)

l’ urani 238 i el torio 232.

7; Descriu els principals fenòmens contaminants produïts pel consum de combustibles fòssils

Efecte hivernacle, consisteix en l’elevació de temperatura causa de la presència de gasos hivernacle que absorbeixen la calor emesa per la Terra

La pluja àcida, és produïda per contaminants perillosos que s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles fòssils

Les boires fotoquímiques, amb certes condicions atmosfèriques es crea sobre la ciutat una cúpula d’aire calent, carregada de partícules contaminants i queda retinguda i no s’aixeca.

8; Quines són les causes principals de l’efectehivernacle?

L’efecte hivernacle és el procés per el qual la terra absorbeix rajos del sol i permet la vida a la Terra

Índex

El problema en que ha derivat és que a causa de les fumeroses tonelades de CO2 enviat a l’atmosfera a causa de la contaminació està provocant un canvi climàtic que afecta greument tota la vida a la Terra