01 ELS RECURSOS ENERGÈTICSA la foto s’observen unes torres per a l’extracció de petroli. Saps quin es l’origendelpetr...
26 01 BLOC 1. SISTEMES ENERGÈTICS 1.1...
ELS RECURSOS ENERGÈTICS ...
28 01 BLOC 1. SISTEMES ENERGÈTICS turbines...
ELS RECURSOS ENERGÈTICS ...
30 01 BLOC 1. SISTEMES ENERGÈTICS La capacitat calorífica ...
of 6

Portadamiiireii fbjafnaks daa

Published on: Mar 4, 2016
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Portadamiiireii fbjafnaks daa

  • 1. 01 ELS RECURSOS ENERGÈTICSA la foto s’observen unes torres per a l’extracció de petroli. Saps quin es l’origendelpetroli i com s’extreu?Sabries descriure el procés que cal efectuar per tal d’obtenir gasolina a partirdepetroli?
  • 2. 26 01 BLOC 1. SISTEMES ENERGÈTICS 1.1 Fonts d’energia Qualsevol màquina en funcionament, qualsevol acció de la nostra vida quotidiana... tot, absolutament tot, necessita energia. Però, saps d’on s’obté? Seguint el principi de transformació de l’energia, l’energia existeix a la natura, però cal transformar-la per aconseguir-ne un major aprofitament. Anomenem fonts d’energia els elements existents a la natura susceptibles de ser transformats en energia, com ara l’aigua, el carbó, el petroli, etc. Les fonts d’energia són els recursos naturals dels quals es pot obtenir energia per produir calor, llum i potència. Les fonts d’energia al llarg del temps Al llarg de la historia l’esser humà ha anat descobrint diferents recursos i mètodes nousper aconseguir l’energia necessària per al seu desenvolupament. Els pobles primitius únicament utilitzaven l’energia muscular i aprofitaven l’energia del Sol; més endavantferen servir la forca dels animals i obtingueren el foc mitjançant combustibles vegetals. De fet, fins al segle passat la fusta i els residus vegetals o animals foren els combustiblescorrents que l’esser humà va utilitzar per satisfer les necessitats energètiquesprimàries, llum i calor. Quan va necessitar grans quantitats d’energia per a les maquines de les industries, va recórrer a l’energia del vent i a l’energia de l’aigua. Fig. 1.1. La màquina de vapor va permetre produir energia mecànica a través de la La revolució industrial del s. XIX, amb la utilització de la maquina de vapor en eltransport i combustió del carbó. amb la progressiva mecanització del treball manual, va provocar un importantaugment de la demanda d’energia. El carbó vegetal, cada vegada mes escàs i amb poc poder calorífic, fou gradualment substituït com a font d’energia pel carbómineral. A finals del s. XIX el carbó proporcionava el 59 % de l’energia consumida al món. Els constants avençostècnics i, sobretot, la invenció i la utilització del motor d’explosió,va donar lloc al naixement i expansió de la industria de l’automòbil, maquina querequeria benzina, un combustible derivat del petroli. Durant la Primera Guerra Mundial, el petroli es va confirmar com a recurs energèticfonamental, atesa l’eficàcia demostrada pels carros de combat, avions, etc. Els derivatsdel petroli presentaren grans avantatges respecte al carbó: mes poder calorífic,absència de residus sòlids, mes facilitat d’obtenció i transport i, sobretot, molt meseconòmics. A començaments de la dècada dels 70, el petroli era la font d’energia més utilitzada;aproximadament el 50 % del consum mundial d’energia, amb una progressióFig. 1.2. Central nuclear de Trillo. creixent.L’any 1973, amb motiu de la guerra araboisraeliana, el preu del petroli es va triplicaren poques setmanes, i va originar el que es coneix com a crisi de l’energia, que encarano s’ha acabat. L’ús del gas natural es va començar a impulsar a partir de l’augment del consum energèticdesprès de la Segona Guerra Mundial. Resolts els problemes de transport i emmagatzematge,se’n va generalitzar la utilització com a combustible domèstic i industrial. La recerca de solucions per fer front a la necessitat energètica suposa el desenvolupamentde l’energia nuclear. L’ús de l’energia nuclear va començar amb la construcció, l’any 1942, de
  • 3. ELS RECURSOS ENERGÈTICS 01 27la primera pila atòmica. L’any 1954 es va posar en funcionament, a l’antiga URSS, laprimera central nuclear de fissió, que va iniciar una cursa de construccions de centralsnuclears arreu del món.Problemes com la crisi del petroli, l’esgotament dels recursos, els accidentsnuclears(Harrisburg, 1979 i Txernòbil, 1986) o la falta de solució al problema dels residusradi-oactius, ha portat a un canvi d’actuació i mentalitat respecte a la políticaenergètica:l’estalvi d’energia i l’ús de recursos renovables són ara els nous reptes. Fonts d’energia tradicional: foc, aigua i ventDesprés del Sol, l’escalfor del foc, la força del vent i l’impuls de l’aigua són lesprimeresfonts d’energia que l’enginy humà adaptà a les seves necessitats.El Sol fou la primera font d’energia que va utilitzar la humanitat. Va fer possible l’exis-tència d’aliments (animals i plantes) i va permetre d’escalfar-se, assecar les pellsqueprotegeixen del fred i conservar els aliments.Més tard, el descobriment i el domini del foc va suposar una revolució i va permetreunagran quantitat d’aplicacions. Empraven el foc per escalfar-se, cuinar, il·luminar-se en la Fig. 1.3. Des del descobriment del foc lafoscor, obtenir estris i fondre els metalls. Durant molts segles la llenya, «elsol humanitat ha utilitzat la llenya com a fontemmagatzemat a les cèl·lules vegetals», va ser pràcticament l’única font de d’energia.calorutilitzada.La humanitat ha disposat sempre d’una altra font d’energia, el vent. Tot i el seu caràcterirregular, que fa difícil el seu aprofitament, ha estat utilitzat al llarg de la històriaen eltransport fluvial i marítim i en els molins de vent per a l’obtenció d’energiamecànica.En el transport les primeres referències històriques daten del 4500 aC. Gravats de l’èpocaegípcia mostren petites embarcacions de vela navegant pel Nil. Fenicis, grecs i romansnavegaren per tota la Mediterrània amb els seus vaixells de vela.A Pèrsia, el s. V aC ja s’empraven molins de vent per bombar aigua. A Europa, a partirdels. XII es construïen molins de vent per moldre gra, sobretot en zones on l’aiguaeraescassa i els molins d’aigua no s’adaptaven a les seves necessitats.La utilització dels corrents d’aigua ha estat fonamental per al progrés de lacivilització.L’aprofitament més elemental és la sínia, emprada en l’agricultura per regar. Els. I es va començar a utilitzar la roda hidràulica o molí d’aigua, que aprofitava els correntsi els salts d’aigua per obtenir energia mecànica. Durant l’Imperi romà, el seu úss’estenguéràpidament i s’utilitzà per moldre gra. Fig. 1.4. Molí de vent.A l’època medieval, amb la millora del seu disseny i rendiment, el molí d’aigua era lamàquina per excel·lència, que afavoria el desenvolupament de les tècniquesdetransmissió del moviment per engranatges, de la indústria tèxtil (fonamentalenl’economia de l’edat mitjana), de la indústria del paper, de la indústria metal·lúrgica,etc.A l’edat moderna se’n va generalitzar l’ús en totes les activitats que s’anaven creant,i esconsidera que des del s. XVI fins a mitjan s. XIX, les rodes hidràuliques van serlesmàquines motrius més importants a Europa i a l’Amèrica del Nord.Amb el desenvolupament de la màquina de vapor es van deixant d’utilitzar tant els molinsde vent com les rodes hidràuliques.Va ser a finals del s. XIX, amb el naixement de la indústria elèctrica, que les energiesdelvent i de l’aigua van tornar a agafar volada. Primer amb l’energia hidràulica, les Fig. 1.4. Molí de vent.
  • 4. 28 01 BLOC 1. SISTEMES ENERGÈTICS turbines, que substituïen les rodes, serien les màquines motrius que, impulsades perl’aigua, mourien els generadors elèctrics. També es dissenyaren molins de vent per a laproducció d’electricitat, però no va ser fins a finals del segle passat que es va estendrel’ús d’aerogeneradors per al subministrament d’energia elèctrica en llocs allunyats dela xarxes de distribució. Actualment, sobretot arran de l’impuls de les fonts d’energiarenovables, es construeixen grans parcs eòlics. Classificació de les fonts d’energiaFonts d’energia En funció de la seva naturalesa:Renovables Exhauribles  Primàries. Es troben en la natura, com la llenya, l’aigua, el carbó, el petroli, etc.Energia solar Carbó  Secundàries. S’obtenen a partir de les fonts primàries, com l’electricitat o laEnergia eòlica Petroli benzina.Energia hidràulica Gas naturalEnergia geotèrmica En funció de les reserves disponibles: Energia nuclearBiomassaResidus sòlidsurbans  Renovables. N’hi ha reserves il·limitades, perquè es regeneren contínuament.Energiamareomotriu Són les que provenen del Sol, del vent, de la biomassa dels residus sòlids, delEnergia de lesones mar i de l’aigua dels rius.  No renovables o exhauribles. N’hi ha reserves limitades. Són el carbó, el petroli, elgas natural i l’urani. En 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, hidroelèctrica, nuclear.  No convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix una petita part del’energia total consumida per la societat, solar, eòlica, ... ACTIVITATS 1> Fes una relació de les fonts d’energia que utilitzes 3> Fes una llista d’aplicacions concretes d’energia en la teva activitat diària. eòlica i/o hidràulica que coneguis.Quins són els 2> Enumera les diferents fonts d’energia que avantatges i els inconvenients de l’úsde l’aigua i provenen del Sol. del vent per obtenir energia mecànica? Materials combustibles Els materials combustibles són substàncies que, en combinar-se amb l’oxigen, donen lloc al fenomen de la combustió, amb la qual cosa s’obté energia calorífica i, sovint, energia lluminosa. Els combustibles són, en general, compostos de carboni d’origen natural o sintètic. Elprimer combustible utilitzat per l’ésser humà va ser la llenya, que, encara avui, és unaimportant font d’energia per a molts habitants de països del Tercer Món.
  • 5. ELS RECURSOS ENERGÈTICS 01 29 El desenvolupament de la maquina de vapor va suposar una revolució en la utilització de la calor com a principal element per obtenir energia mecànica. Els nous enginys, però, necessitaran noves fonts d’energia, mes abundants i amb mes Combustibles pc poder calorífic. En el moment dels combustibles fòssils. sòlids (MJ/kg) Els combustibles fòssils son els combustibles naturals mes abundants a la natura. Llenya seca 18-19 En funció del seu estat físic es poden classificar en sòlids, líquids o gasosos: Antracita 34-35 Coc 29-33  Sòlids. El mes utilitzat es el carbó, en qualsevol de les seves formes: Lignit 28-29 antracita, hullao lignit. Combustibles Pc líquids (MJ/kg)  Líquids. En general provenen de la destil·lació del petroli (benzina, querosè, Benzina 49 gasoil fuel), encara que en alguns països també s’utilitzen alcohols, com ara l’etanol i el metanol, que provenen de plantes. Querosè 46 Gasoil 44  Gasosos. Els mes utilitzats son el gas natural i els gasos liquats del petroli Fuel 43-45 (GLP),com ara el butà i el propà. Combustibles Pc gasosos (MJ/kg) Poder calorífic i capacitat calorífica Hidrogen 142 Gas natural 42 Gas butà 49 El poder calorífic és l’energia que es desprèn en la combustió completa de la unitat de massa o volum d’un combustible. Gas propà 51 Taula 1.2. Poder calorífic dels principals combustibles. En els combustibles sòlids o líquids s’expressa en kcal/kg o en MJ/kg; en els gasosos es pot expressar en kcal/m3 o en MJ/m3, en condicions normals (CN), a 1 atmosfera de pressió i a 0 °C de temperatura. Normalment els combustibles gasosos es distribueixen a pressions i temperatures diferent de les condicions normals. Per calcular-ne el poder calorífic en les noves condicions 273 de pressió i temperatura s’utilitza la formula següent: ( ) · 101300 · 273 + EXEMPLE 1Calcula el poder calorífic del butà si en CN és de 28 700 kcal/m3, quan se subministraa 5 atm i 22 °C.Resolució5 atm = 506 500 Pa 4,18 1 MJ MJ MJ28700 · · = 119,966 ≈ 120 1 103 kJ m m 273 506500 273 = ( ) · = 120 · · = 555,214 MJ/m 101300 273 + 101300 273 + 22
  • 6. 30 01 BLOC 1. SISTEMES ENERGÈTICS La capacitat calorífica (C) és la quantitat de calor que ha de rebre1 joule (J) = 0,24 calories (cal) una substància per elevar la seva temperatura en 1 K o 1 °C.1 caloria (cal) = 4,18 J1 kcal = 4,18 kJ Així, la quantitat d’energia tèrmica (Q) necessària per elevar la temperatura d’un cos des = ( − )= · ( − ) d’una temperatura inicial fins a una final , val: On és la calor especifica del cos, que és la capacitat calorífica per unitat de massa i es mesura en KJ/kg · °C o kcal/kg ·°C EXEMPLE 2 Calcula la quantitat de calor que necessitarem per escalfar 75 L d’aigua de 25 °C a 75 °C tenint en compte que la ce de l’aigua es 4,18 kJ/kg ・ °C i que 75 L equivalen a 75 kg. Resolució 4′18 = · ( − ) = 75 · · (75 − 25)℃ = 15675 ℃ EXEMPLE 3 Una estufa de butà té 5 cremadors, dels quals en poden funcionar simultàniament 1, 3 o 5. Cada cremador encès consumeix c = 68 g/h de butà. El poder calorífic del butà es = 49,5 MJ/kg i se subministra en bombones que en contenen = 12,5 kg i valen = 8,78 €. Determineu: a) La potencia calorífica de cada cremador i la potencia de l’estufa b) La durada t d’una bombona amb els 5 cremadors encesos. c) El preu p del Kw·h obtingut amb aquesta estufa. Resolució 6,8 · 10 = · = · 49,5 · 10 = 935 W a) La potència de cada cremador serà l’energia consumida cada segon: 3600 = · 5 = 935 · 5 = 4 675 W i la potencia de l’estufa: 12,5 · 1000 = = = 36,76 h b) La durada t d’una bombona amb els 5 cremadors encesos: ·5 68 · 5

Related Documents