¡Descarga Apuntes 1 bach tecno y más Apuntes en PDF de Tecnología Industrial solo en Docsity!
Eduard Juliol COMENCEM 1 ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA
· L’energia és la capacitat que tenen els cossos per realitzar un treball ( J ) ( W )
1.1 TREBALL
· El treball (W) desenvolupat per una força que actua sobre un cos. Només es dona quan hi ha resultat (desplaçament).
W = F × d × cos ∝
- El cos^ ∝^ s’utilitza quan hi ha inclinació
Treball = Força ∗ Desplaçament ∗ Angle d
'
inclinació d ' ∝
· La força que es fa no pot ser perpendicular al desplaçament.
W = Ef − Ei
1.2 POTÈNCIA
· La potencia ( P ) és la capacitat que té un aparell per fer el seu treball amb +/- intensitat i/o +/-
velocitat ( J )
F = m× g
P = W ÷ T
2. ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL
2.1 ENERGIA CINÈTICA
· L’energia cinètica es la dels moviments dels cossos quan estan en moviment
Ec =
×m ×v
2 2.2 ENERGIA POTENCIAL · Energia potencial gravitatòria és la de la gravetat en relació a massa i l’altura del cos.
Ep = m× g × h
2.3 ENERGIA MECÀNICA
· L’energia mecànica que és la suma de l’energia cinètica i la potencial ( J )
Em = Ep + Ec
El principi de conservació de l’energia diu que aquesta no es crea ni es destrueix sinó que canvia d’un cos a l’altre
3. MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES CALOR: És la transferència d’energia entre dos cossos
Eduard Juliol 3.1 ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA · L’energia tèrmica/interna és l’energia que té un cos a conseqüència de la suma de l’energia
total que posseeixen les seves molècules ( J )
TRANSFERIMENT DE LA CALOR
· Conducció: Propagació de la calor en cossos sòlids han de tenir un contacte directe · Convecció: Propagació de la calor pròpia dels fluids. La calor es transmet per evaporació. · Radiació: Propagació de la calor per als medis transparents (aire) i per els cossos opacs (el nostre cos, les parts de la habitació) ( ones electromagnètiques) 3.2 ENERGIA QUÍMICA L’energia química és l’energia que té l’origen en els enllaços entre els àtoms que formen les molècules. L’energia química és l’energia que manté units els àtoms a les molècules 3.3 ENERGIA ELÈCTRICA L’energia elèctrica és l’energia que proporciona el corrent elèctric. Un corrent elèctric és un flux de càrregues elèctriques en moviment; per exemple, el pas d’electrons per un circuit elèctric.
L’energia elèctrica = Ep i Ec dels electrons en circular en forma de corrent a través d’un circuit
3.4 ENERGIA NUCLEAR
L’energia nuclear és l’energia que manté juntes les partícules del nucli dels àtoms en un espai molt reduït.
E = m× c
2
E és l’energia, m la massa que es perd i c es la velocitat de la llum 3 × 108 m / s
3.5 ENERGIA RADIANT
L’energia radiant és l’energia que transporten les ones electromagnètiques, com la llum, les ones de ràdio, les radiacions ultraviolades 3.6 ENERGIA SONORA L’energia sonora és l’energia cinètica del moviment de vibració que es desplaça a través de les molècules de l’aire. 4 TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES L’energia no es crea ni desapareix sinó que es transforma en d’altres
Eduard Juliol 1 FONTS D’ENERGIA Les fonts d’energia són recursos naturals dels quals obtenim energia per produir calor, llum i potència 1.2 FONTS D’ENERGIA TRADICIONAL: FOC, AIGUA I VENT Les fonts d’energia tradicionals eren el foc, l’aigua i el vent 1.3 CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D’ENERGIA · Primàries: Es troben en la natura, com la llenya, l’aigua i el carbó, el petroli, etc. · Secundàries S’obtenen a partir de les fonts primàries, com l’electricitat o la benzina · Renovables: N’hi ha reserves il·limitades, perquè es regeneren contínuament. Són les que provenen del Sol, del vent, de la biomassa, dels residus sòlids, del mar i de l’aigua dels rius. · No renovables o exhaurides N’hi ha reserves limitades. Són el carbó, el petroli, el gas natural i l’urani · 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 de l’energia total consumida per la societat, solar, eòlica... 2 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 En funció del seu estat es classifiquen en: · Sòlids: El més utilitzat és el carbó, en qualsevol de les seves formes: antracita, hulla o lignit · Líquids: En general provenen de la destil·lació del petroli (benzina, querosè, gasoil i fuel) encara que en alguns països també s’utilitzen alcohols, com ara l’etanol i el metanol, que provenen de plantes · Gasosos: Els més utilitzats són el gas natural i els gasos liquats del petroli (GLP), com ara el butà i el propà 2.1 PODER CALORÍFIC I CAPACITAT CALORÍFICA El poder calorífic és l’energia que es desprèn en la combustió completa de la unitat de massa o volum d’un combustible
pc = pc ( CN ) ×
p
×
273 + T
Naturalesa Reserves disponibles Utilització
Eduard Juliol
La capacitat calorífica ( C ) és la quantitat de calor que ha de rebre una substància per elevar la
seva temperatura en 1 K o 1 ° C
Q = C ( T 2 − T 1 ) = m× ce ( T 2 − T 1 )
On ce és la calor específica del cos, que és la capacitat calorífica per unitat de massa i es
mesura en
KJ
Kg
×° C o
kcal
kg
× °C
2.2 LA LLENYA I EL CARBÓ VEGETAL
El carbó vegetal s’obté de la piròlisi, que és una combustió parcial de la llenya mb poca presència d’oxigen 2.3 EL CARBÓ MINERAL El carbó mineral és el primer combustible fòssil que va utilitzar la humanitat, i és un combustible indispensable per la maquinària industrial. Els seus costos són competitius i, a més, n’existeixen unes reserves molt superiors a les del petroli · La torba: conté aproximadament el 60% de carboni i molta humitat. Només s’utilitza en les zones pròximes a les torberes, després d’assecar-se, i gairebé sempre reservada al consum domèstic · Els lignits: són carbons d’origen recent –uns cent milions d’anys-, de poder calorífic baix, que produeixen moltes cendres quan cremen. A causa del seu baix poder calorífic, només s’utilitzen prop del lloc d’extracció · Les hulles: són carbons bituminosos o grassos, d’un elevat contingut de carboni i gran poder calorífic, normalment es converteixen en carbó de coc, i són utilitzats com a reductors els alts forns per a l’obtenció de ferro · Les antracites: són els carbons més antics, de major poder calorífic i amb un contingut en carboni de fins el 95%. L’inconvenient principal és que es troben en jaciments molt profunds, on l’extracció resulta difícil i costosa. L’explotació subterrània és el mètode tradicional d’extracció de carbó; consisteix a excavar pous verticals fins arribar a la veta i seguidament obrir galeries en la seva direcció. S’utillitza per: · Combustible d’ús general: utilitzat directament sense cap transformació, en les centrals tèrmiques. · Procés de destil·lació seca: se sotmet el carbó a una alta temperatura i s’obté
- Coc, combustible utilitzat indústria siderúrgica
- Gas ciutat, combustible domèstic
Eduard Juliol
- Gasoil combustible per a calefaccions i motor dièsel
- Olis lubricants utilitzats per lubricants
- Ceres de parafines, per fabricar espelmes, llumins, lubricants
- Fuel combustible per a centrals tèrmiques
- Asfalt emprat com a revestiment, antihumitat i barrejat amb sorra, per pavimentar terres · Tractat en la indústria petroquímica - Plàstics - Fibres sintètiques com ara el niló i el polièster - Detergents - Cautxú sintètic - Dissolvents i pintures - Insecticides, explosius i productes farmacèutics 2.5 EL GAS NATURAL El gas natural és una font d’energia fòssil, no renovable, formada per una barreja d’hidrocarburs. Tal com es troba a la natura, és format bàsicament per metà. Forma bosses, sol o associat amb el petroli, cobertes per capes impermeables que n’impedeixen la propagació El transport als centres de consum es realitza amb gasoductes o amb vaixells metaners.
- Els gasoductes es transporta en estat gasós en pressió fins a les plantes de distribució: es el sistema de transport més econòmic
- En les distàncies llargues normalment, s’utilitzen els vaixells metaners , que el transporten fins a les plantes de regasificació i distribució. Perquè el transport amb el vaixell resulti econòmic se n’ha de reduir el volum El gas se sotmet a un procés de refredament en diverses etapes fins arribar el gas natural,
a una densitat de 455 kg / m^3 i amb una reducció del seu volum unes 600 vegades. Per
mantenir-lo a pressió atmosfèrica cal disminuir-lo fins a 163 ° C
· La indústria, el comerç i l’habitatge: El desplegament d’una xarxa de distribució en constant expansió ha anat desplaçant l’ús d’altres combustibles · Les centrals tèrmiques mixtes: Es va imposant l’ús del gas natural, alternant-lo amb els combustibles tradicionals · Les instal·lacions de cogeneració: Consisteix en la producció simultània d’energia elèctrica i de calor útil. Una sofisticada tecnologia redueix al màxim les pèrdues d’energia i ens permet de proveir grans col·lectius d’energia elèctrica, aigua calenta i calefacció · La indústria petroquímica: Com a matèria primera 2.6 COMBUSTIBLES GASOSOS S’anomenen combustibles gasosos els hidrocarburs naturals i els fabricants exclusivament per al seu ús com a combustibles, i aquells que s’obtenen com a subproducte en certs processos industrials i que es poden aprofitar com a combustibles
Eduard Juliol Un gas combustible és capaç de reaccionar amb l’oxigen de l’aire de forma ràpida i amb alliberament de calor · Primera família: Hi corresponen els gasos de poder calorífic CN comprés entre 17 i 23
MJ / m
(^3). Pertany aquest grup el gas ciutat o manufacturat · Segona família: Hi corresponen els gasos de poder calorífic CN comprés entre 40 i 52
MJ / m
(^3) : són el gas natural i l’aire propanat que és una barreja d’aire amb propà · Tercera família: Hi corresponen els gasos de poder calorífic CN comprès entre 94 i 100
MJ / m
(^3) : són el gas butà i el propà 3 L’ENERGIA NUCLEAR A diferència de l’energia química, en què l’energia s’obté pel canvi en els enllaços entre àtoms, l’energia nuclear s’obté dels canvis que es produeixen en els nuclis dels àtoms, en les anomenades reaccions nuclears El nombre de protons que un àtom determinat element té en el seu nucli rep el nom de nombre atòmic de l’element, i es representa per la lletra Z El nombre de protons més el de neutrons d’un àtom rep el nom de nombre màssic o també massa atòmica i es representa per la lletra A Dels àtoms del mateix element que difereixen en el nombre de neutrons i , per tant, també el nombre màssic, es diu que són isòtops de l’element 3.1 RADIOACTIVITAT La radioactivitat natural és el fenomen de la transformació o transmutació nuclear espontània La radiació emesa pot ser de dos tipus radiació electromagnètica (raigs gamma γ) i radiació de partícules (partícules alfa α i partícules beta β) Els isòtops radioactius artificials s’obtenen mitjançant el bombardeig de nuclis amb partícules projectil α, β i γ i, sobretot neutrons 3.2 L’ENERGIA DEL NUCLI ÀTOMIC L’ energia nuclear és l’energia continguda en el nucli dels àtoms La pèrdua de massa correspon a una transformació d’energia anomenada energia d’enllaç. Per això , en totes les reaccions nuclears, s’allibera una certa quantitat d’energia, que és la diferència entre les energies d’enllaç anteriors i posteriors al procés, i que correspon a la diferència de massa atòmica entre els elements resultants de la reacció i els inicials. La pèrdua de massa convertida en energia segons la fórmula d’Einstein
Eduard Juliol
El diòxid de carboni ¿) i altres gasos, com va el vapor d’aigua ( H 2 O ), actuen a l’atmosfera
com un vidre en un hivernacle, que deixa travessar els raigs del Sol però reté, en el seu interior, part de la calor que altrament rebotaria cap a l’espai: per això s’anomenen gasos d’efecte d’hivernacle L’efecte d’hivernacle consisteix en l’elevació de temperatura que experimenta l’atmosfera a causa de la presència de gasos d’hivernacle, que deixen a passar la radiació visible de l’espectre solar i absorbeixen la infraroja (calor) emesa per la Terra 5.2 LA PLUJA ÀCIDA Les centrals elèctriques, fàbriques, maquinàries i cotxes cremen combustibles, per tant, tots són productors de gasos contaminants. Alguns d’aquests gasos (especialment els òxids de nitrogen i diòxid de sofre) reaccionen en contacte amb la humitat de l’aire i es transformen en àcid sulfúric, àcid nítric i àcid clorhídric
Els òxids de sofre ( SOX ) i de nitrogen ( NOX ), són contaminants perillosos que
s’introdueixen a l’atmosfera quan es cremen combustibles fòssils; allà entren en contacte amb vapor d’aigua, llum i oxigen i es transformen en àcid sulfúric i àcid nítric. Quan aquests àcids són arrossegats per la pluja o els flocs de la neu o cauen en forma de partícules seques, es produeix la pluja àcida, que provoca un augment de l’acidesa dels llacs, dels rius i torrents d’aigua dolça i en alguns casos, fins i tot, dels sòls
Eduard Juliol 1 CENTRALS ELÈCTRIQUES PRODUCTORES D’ENERGIA La necessitat de disposar d’energia elèctrica en grans quantitats i de manera immediata fa necessària l’existència de centrals productores que transformen l’energia primària en energia elèctrica. Aquestes instal·lacions, anomenades centrals elèctriques, disposen d’un conjunt de màquines motrius i aparells que s’utilitzen per generar energia elèctrica 1.1 PRODUCCIÓ TRANSPORT I CONSUM D’ENERGIA L’element principal de qualsevol central generador d’energia, tret de les centrals fotovoltaiques és el generador elèctric o alternador, que transforma l’energia mecànica en energia elèctrica Per transferir l’energia elèctrica des de les centrals generadores fins als centres de consum s’utilitza la xarxa elèctrica, que consta de línies elèctriques de transport, estacions transformadores i línies de distribució 1.2 TIPUS DE CENTRALS Centrals de base o principals: Estan destinades a subministrar energia elèctrica de manera contínua. Tenen una potència elevada i normalment són les centrals nuclears, les grans centrals termoelèctriques i les centrals hidroelèctriques Centrals de punta: Estan projectades per cobrir demandes d’energia a les hora punta. Treballen en paral·lel amb les centrals principals Centrals de reserva: Són les que tenen per objectiu substituir totalment o parcialment la producció d’una central de base, en cas d’avaria o reparació Centrals de bombament: Són centrals hidroelèctriques que aprofiten l’energia sobrant a les hores vall (A) per bombar aigua a un embassament superior, i a les hores punta (B) l’aprofiten per proporcionar energia a la xarxa 2 CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES Les centrals hidroelèctriques es basen en l’aprofitament de l’energia de l’aigua que transporten els rius per convertir-la en energia elèctrica, i utilitzen turbines acoblades els alternadors Energia eléctrica (alternador) Energia cinètica (canonades) Energia potencial (embassament) Energia cinètica de Utilització rotació (turbina)
Eduard Juliol l’aigua. El seu perfil és més esvelt que el de les preses de gravetat, de manera que es necessita molt menys material per construir-la Per tal d’alimentar les turbines, les preses tenen unes comportes que permeten regular el cabal i estan protegides per uns reixats metàl·lics que impedeixen que elements, com ara branques, troncs, etc.., puguin deteriorar-les Com que la majoria de preses també tenen la funció de regular el cabal dels rius, han de permetre l’evacuació de l’aigua sense necessitat de passar per les turbines; per això utilitzen sobreeixidors equipats amb comportes, i a peu de presa es construeixen uns elements esmorteïdors de l’energia adquirida per l’aigua on cau. A la part més fonda de la presa hi ha els desguassos, que permeten el buidatge de tot el pantà a fi de realitzar per exemple, les tasques de drenatge. A la sala de màquines hi ha les màquines motrius de la central, els anomenats grups turbo- alternadors. En funció de l’altura de salt i del cabal d’aigua s’utilitzen diferents tipus de turbines: les més importants són les turbines Pelton (en salts de gran altura i cabal regular), les turbines Francis (en salts mitjans i de cabal variable) i les turbines Kaplan (en salts de poca altura i cabal molt variable). Les centrals disposen de diversos grups perquè es puguin fer treballar independentment amb un rendiment màxim en funció del cabal d’aigua disponible.
La tensió del corrent elèctric obtinguda en els alternadors és igual o inferior a 20 kV. Per
elevar la tensió a un valor adequat per al seu transport als centres consumidors s’utilitzen els transformadors. Amb aquesta elevació de tensió s’eviten pèrdues d’energia. En el parc de distribució la central es connecta a la xarxa de transport. Aquest transport es realitza mitjançant les línies d’alta tensió. 2.2 FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL HIDROÈLECTRICA La presa (2) reté l’aigua del riu i provoca un embassament i un augment del nivell de l’aigua (1). A preu de presa hi ha la sala de màquines amb els grups turboalternadors (5). L’aigua arriba a les turbines (6) a través d’una canonada forçada (4) alimentada des de l’embassament per les preses de l’aigua, equipades amb comportes i reixats (3) L’energia potencial de l’aigua embassada es converteix en energia cinètica en obrir les comportes de la canonada i es comunica al rodet de la turbina , que comença a girar, i l’aigua surt de nou al riu pels canals de desguàs. El disseny del conjunt format per la canonada, la turbina i els desguassos està molt estudiat perquè l’aigua comuniqui la màxima energia al rodet de la turbina. Solidari a l’eix de la turbina (7) hi ha el rotor de l’alternador i un generador de corrent continu (8) que genera un camp magnètic a les bobines del rotor, amb la qual cosa produeix en el bobinatge de l’estator un corrent altern de tensió mitjana i intensitat elevada Amb els transformadors (10) s’eleva la tensió i a través del parc de distribució o directament s’alimenten les línies de la xarxa de transport (9) 2.3 CENTRALS DE BOMBAMENT O REVERSIBLES Les centrals de bombament són instal·lacions que tenen la finalitat de racionalitzar la producció d’energia elèctrica a la demanda existent, ja que consumeixen els excendents d’energia durant les hores vall i subministren energia al sistema durant les hores punta.
Eduard Juliol Centrals de bombament pur: Per produir energia elèctrica és condició indispensable haver bombat prèviament aigua a l’embassament superior, ja que aquest només rep l’aigua de l’inferior Centrals de bombament mixt: Poden produir energia indistintament amb bombament previ o sense, perquè l’embassament superior també està alimentat per un riu 2.4 MINICENTRALS HIDROELÈCTRIQUES
Les minicentrals hidroelèctriques són centrals de potència compresa entre 250 kW i 10000
kW. Antigament, eren les subminsitardores d’energia elèctrica de petits nuclis rurals i de
fàbriques situades al costat dels rius 2.5 LES CENTRALS HIDROELÈCTRIQUES I EL MEDI AMBIENT Avantatges · No emeten partícules contaminants a l’atmosfera i no generen residus directes. S’estima que
cada quilowatt hora produït evita l’emissió a l’atmosfera 1kg de diòxid de carboni ( CO 2 ), 7 g
d’òxids de sofre ( SOX ) i 3 g d’òxids de nitrogen ( N^ Ox )
· L’efecte regulador del cabal del riu pot evitar inundacions en cas de cxrescudes sobtades i també n’assegura un cabal mínim en cas de sequera; l’aigua es pot aprofitar per reagr o proveir el consum de les poblacions Inconvenients · Pèrdua de temps fèrtils i poblacions que són cobertes per les aigües, amb els conseqüents problemes per als seus habitants · Alteració del cabal dels rius i problemes d’erosió · Modificació de la vegetació i la fauna de la zona · Possible acumulació de matèria orgànica provocada pels vessaments d’aigües residuals, que deterioren la qualitat de les aigües, i que, fins i tot, poden arribar a emetre gas metà a l’atmosfera · La construcció de grans embassaments pot variar el clima, la qual cosa comporta una greu modificació de l’ecosistema 3 CENTRALS TERMOELÈCTRIQUES CONVENCIONALS Les centrals termoelèctriques convencionals ( o tèrmiques ) generen energia elèctrica a partir de l’energia tèrmica produïda per la combustió de carbó, fuel o gas natural Totes les centrals termoelèctriques convencionals funcionen de manera similar: el combustible es crema en una caldera per obtenir vapor d’aigua, que acciona en una turbina de vapor solidària al rotor d’un alternador. La diferència rau en el combustible utilitzat, el seu tractament previ, el tipus de cremadors i el tractament dels gasos emesos 14 Utilització Energia química (combustible Energia eléctrica (alternador) Energia cinètica de rotació (turbina) Energia cinètica (vapor) Energia térmica (caldera)
Eduard Juliol En els circuits oberts, que utilitzen aigua d’un riu, és necessari, per no afectar la fauna, que es retorni al riu amb la temperatura més semblant possible a la seva. El seu funcionament és molt simple: es provoca una pluja molt fina de l’aigua per refrigerar-la i oferir una bona superfície de contacte amb l’aire que circula en sentit contrari La xemeneia té la funció de crear una depressió dins la caldera perquè circulin els gasos alliberats en la combustió i es puguin evacuar a l’atmosfera. Les xemeneies poden ser de tiratge natural, en les quals la circulació dels gasos és provocada per la geometria de la mateixa xemeneia, o de triatge forçat, si hi ha impulsors mecànics que ajuden la circulació L’ equip elèctric principal està format per l’alternador, els transformadors i el parc de distribució El bon funcionament de la caldera depèn en gran mesura de la qualitat de l’aigua utilitzada. Aquesta és quasi sempre aigua de riu que conté diferents sals minerals i gasos dissolts. Les sals precipiten formant fang i incrustacions als tubs. Per evitar aquests inconvenients, les centrals estan equipades d’instal·lacions de tractament de les aigües, que, mitjançant l’addició de substàncies químiques, contraresten l’acció de les sals que conté l’aigua i eviten la formació dels fangs i de les incrustacions 3.2 FUNCIONAMENT D’UNA CENTRAL TERMOELÈCTRICA Des del recinte d’emmagatzematge del carbó, una cinta transportada (1) el diposita en una tremuja (2) que alimenta el molí triturador (3), on és convertit en una pols molt fina per facilitar-ne la combustió. La pols de carbó es barreja amb aire preescalfat i s’injecta als cremadors de la caldera (4), on es produeix la combustió La calor despresa en la combustió escalfa l’aigua dels tubs i produeix vapor, i al sobreescalfador (6) la humitat és eliminada i la temperatura augmentada: en aquestes condicions s’introdueix a la turbina de pressió alta, a la de pressió mitjana amb un reescalfament previ (7) i a la de pressió baixa. El vapor s’expandeix en els diferents cossos de la turbina i cedeix energia cinètica al rotor de la turbina, que, en girar, arrossega el rotor de l’alternador on es produeix l’energia elèctrica que, a través dels transformadors (17), del parc de distribució i de les línies de transport, arriba als centres consumidors.
Eduard Juliol A la sortida de les turbines el vapor passa el condensador (16), es refreda i es condensa. L’aigua condensada se sotmet a diferents etapes de preescalfament (19) i s’introdueix a la caldera a través de l’economitzador (8) amb les condicions de pressió i temperatura més adequades per obtenir un rendiment màxim del cicle L’aigua de refrigeració utilitzada en el condensador cedeix la calor extreta del condensador a l’atmosfera per mitjà de les torres de refrigeració (18) Els gasos de la combustió, en sortir de la caldera aspirats per la xemeneia, s’utilitzen per escalfar l’aire de la combustió (9), i amb els precipitadors (10) es reté la major part possible de partícules sòlides contaminants, que surten seguidament per la xemeneia. Aquesta normalment és molt alta per tal de dispersar els contaminants no eliminats a les capes altes de l’atmosfera. 3.3 LES CENTRALS TERMOELÈCTRIQUES I EL MEDI AMBIENT Contaminació atmosfèrica: La utilització de combustibles fòssils comporta la producció de
diòxid de carboni ( C^ O 2 )^ i de vapor d’aigua, causants de l’efecte hivernacle. La mala combustió
i les impureses que contenen els combustibles originen l’emissió d’òxids de sofre ( S^ Ox ) i
d’òxids de nitrogen ( NOx ), els causants principals de la pluja àcida. Aquests compostos,
juntament amb l’emissió d’hidrocarburs, partícules sòlides i metalls pesants, són els desencadenants de les boires fotoquímiques. El carbó és el més contaminant, a causa de les impureses que l’acompanyen i dels residus que genera la combustió Contaminació de l’aigua: La contaminació tèrmica es minimitza amb la utilització de les torres refrigeració. A més, les aigües utilitzades a la central per a la neteja dels diversos elements, els efectes obtinguts a les plantes de tractament de l’aigua d’alimentació de la caldera, les procedents de les purgues de vapor, etc., estan contaminades químicament, de manera que requereixen un sistema de depuració abans del seu vessament a la xarxa de desguàs. Si la central és de carbó, també s’ha de tractar l’aigua de la pluja, que arrossega partícules contaminants de carbó. Contaminació acústica: Cal evitar que el soroll produït pels ventiladors forçats, les vàlvules de purga, etc., afectin el medi ambient, sobretot si hi ha poblacions properes a la central; per això s’aïllen els elements més sorollosos i s’hi construeixen pantalles acústiques · Sistemes de dessulfuració dels combustibles: Permeten transformar els òxids de sofre en compostos solubles de fàcil eliminació · Gasificació del carbó: Permet l’explotació dels recursos, que amb la mineria tradicional no són rendibles o són tècnicament inviables, a part d’obtenir gas, un combustible menys contaminant · Combustió en llit fluid: És un sistema de combustió del carbó a menys temperatura, que permet que la majoria de contaminants romanguin amb els residus de la combustió i no s’emetin a l’atmosfera; al mateix temps se n’augmenta el rendiment, ja que el carbó presenta més superfície de contacte amb l’aire de la combustió. Està en fase d’investigació una variant d’aquest sistema, que és la combustió en llit fluid circulant , que permet la utilització de combustibles de poc poder calorífic
Eduard Juliol Una central de cogeneració produeix energia elèctrica utilitzant un combustible i aprofita la calor residual per a l’obtenció d’aigua calenta per a calefacció, vapor, fluids escalfats, etc., segons les necessitats de la zona on hi ha la central El combustible es crema en un generador de vapor (1) i el vapor produït acciona un grup turbina-alternador (2 i 3) per obtenir energia elèctrica (4). El vapor procedent de la turbina escalfa una caldera (5) que proporciona aigua calenta per a serveis domèstics o processos industrials (6), després l’aigua calenta es retornada al generador de vapor per tornar a iniciar el cicle. Si el vapor no disposa de prou energia tèrmica per escalfar l’aigua de la caldera, s’obté un cremador auxiliar Els mòduls de cogeneració estan formats per la màquina motriu i l’alternador. Els tipus més utilitzats són: · Turbines de gas: S’utilitzen per a potències elevades. Es construeixen mòduls que poden proporcionar potències elèctriques des d’1MW fins a 10 MW · Motors de cicle dièsel: Es construeixen mòduls de 70 kW fins a 2 MW 4 CENTRALS NUCLEARS Una central nuclear és una central termoelèctrica en què la font d’energia tèrmica s’obté de la fissió dels àtoms d’urani i de plutoni 4.1 REACTOR NUCLEAR El reactor nuclear és el component més important de les centrals nuclears i es construeix el nucli. El reactor és el sistema que permet de produir i controlar reaccions en cadena sostingudes, de manera que fa possible l’aprofitament de l’energia tèrmica obtinguda per a l’obtenció de vapor d’aigua que acciona la turbina solidària al generador elèctric Energia nuclear (combustible) Utilització Energia eléctrica (alternador) Energia cinètica de rotació (turbina) Energia cinètica (vapor) Energia térmica (combustible)
Eduard Juliol El vas del reactor és un recipient d’acer pur que conté una font de neutrons i el combustible nuclear, com ara l’urani natural, l’urani enriquit i el plutoni El moderador té la funció de reduir la velocitat dels neutrons emesos en les reaccions de fissió, per assegurar-ne l’impacte amb altres àtoms fissionables i mantenir la reacció Existeix un tipus de reactor, el reactor ràpid, que no disposa de moderador i utilitza sempre urani enriquit Les barres de control estan formades per materials que absorbeixen neutrons i la seva missió és regular el nombre de fissions que es produeixen a l’interior del reactor per unitat de temps El refrigerant té la funció de refrigerar el reactor, evitar-ne el sobreescalfament i transportar la calor generada, directament o a través d’un circuit secundari, al grup turbina-alternador, per tornar després al reactor i repetir el cicle. El recorregut de refrigerant del reactor s’anomena circuit primari 4.2 TIPUS PRINCIPALS DE CENTRALS NUCLEARS Les centrals amb reactor d’aigua a pressió o PWR utilitzen urani enriquit com a combustible i aigua com a refrigerant i moderador alhora. La calor produïda en el nucli es transfereix a través del circuit primari de refrigeració fins al circuit secundari per produir vapor El refrigerant és impulsat per una bomba a través del reactor i es corresponents pressionador i intercanviador o generador de vapor. El pressionador manté la pressió a 17,22 MPa i evita, d’aquesta manera, que l’aigua entri en ebullició. La funció principal del generador de vapor és transferir la calor del circuit primari al secundari. L’aigua del circuit secundari convertida en vapor a l’intercanviador s’introdueix en els reescalfadors per tal d’eliminar-ne la humitat i fins que queda vapor sec, en condicions per entrar a la turbina. De la turbina passa al condensador per entrar de nou en forma líquida al generador de vapor i repetir el cicle Les centrals amb reactor d’aigua en ebullició o BWR utilitzen urani enriquit i aigua, però, a diferència dels reactors PWR, només utilitzen un circuit de refrigeració, ja que el vapor s’obté dintre del reactor; com que l’aigua està a menys pressió, entra en ebullició. Per tant, el circuit primari es més simple
