Recursos Energéticos: Tipos, Usos y Procesos de Conversión

Recursos Energéticos: Definición y Clasificación

Un recurso energético es el conjunto de sustancias que pueden ser empleadas como fuente de energía.

Tipos de Recursos Energéticos

Los recursos energéticos se pueden clasificar según varios criterios:

• Según su forma de utilización:
  • Primarias: Se encuentran en la naturaleza en cantidad limitada. Ejemplos incluyen el carbón, el petróleo y el gas natural.
  • Secundarias: También conocidas como energías útiles o finales, se obtienen a partir de las fuentes primarias. Un ejemplo es la electricidad.
• Según su renovabilidad:
  • No renovables: Existen en cantidad limitada en la naturaleza. Ejemplos son el carbón y el petróleo.
  • Renovables: Son limpias y casi inagotables en proporción a la escala de tiempo humana. Ejemplos incluyen la energía solar, eólica e hidráulica.
• Según su grado de disponibilidad:
  • Convencionales: Tienen una participación importante en el balance energético de los países industrializados. Ejemplos son el petróleo, el carbón y el gas natural.
  • No convencionales: Están en etapa de desarrollo tecnológico. Ejemplos incluyen la energía solar fotovoltaica y la energía geotérmica.

Carbón

El carbón es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono. Se encuentra en yacimientos bajo tierra y se clasifica en varios tipos según su contenido de carbono y poder calorífico:

• Turba
• Lignito
• Hulla
• Antracita

Obtención del Carbón

Existen dos métodos principales para la obtención del carbón:

• Minería a cielo abierto: Se utiliza maquinaria pesada y, en caso de suelo duro, explosivos. Este método es menos costoso pero muy contaminante.
• Minería subterránea: Es más peligrosa y costosa, pero permite acceder a yacimientos profundos. Requiere tecnología avanzada.

Aplicaciones del Carbón

• Energéticas: Suministra aproximadamente el 25% de la energía primaria a nivel mundial.
• Electricidad: Es la principal fuente de energía para la generación de electricidad a nivel mundial.
• Usos domésticos: Su uso está prohibido en países desarrollados, pero sigue siendo común en países en vías de desarrollo.
• Carboquímica: Se utiliza para obtener gas de síntesis, que a su vez se emplea para producir metanol y otros productos químicos.
• Petróleo sintético: Se puede obtener un crudo similar al petróleo a partir del carbón.

Conversión del Carbón en Electricidad

El proceso de conversión del carbón en electricidad en una central térmica se describe a continuación:

1. Entrada de combustible: El carbón entra en forma de polvo fino.
2. Quemador: El carbón se quema en la caldera.
3. Caldera: Aquí se produce el intercambio de calor. El agua en las tuberías interiores se convierte en vapor a alta presión y temperatura.
4. Emisiones: Se producen gases contaminantes como CO₂, SO₂ y NO_x.
5. Turbinas: El vapor se expande en la turbina, haciéndola girar.
6. Generador: La turbina está acoplada a un generador que produce electricidad.
7. Condensador: El vapor sale de la turbina y entra al condensador para convertirse en agua, reiniciando el ciclo.
8. Torre de refrigeración: El agua que enfrió el vapor en el condensador se enfría aquí intercambiando calor con el aire.
9. Transformador: Aumenta el voltaje de la electricidad para su transporte eficiente.

Petróleo

El petróleo es una mezcla de hidrocarburos insolubles en agua.

Proceso de Fraccionamiento y Usos del Petróleo

En el proceso de fraccionamiento del petróleo, el crudo entra en un horno donde alcanza 400ºC, lo cual permite que la mezcla se expanda y provoque el "efecto flash". Esto separa las fracciones más volátiles, que pasan a estado gaseoso, mientras las más pesadas quedan en estado líquido. Luego, el vapor ingresa a una torre de fraccionamiento con distintos niveles a diferentes temperaturas. En cada nivel, las sustancias condensan en estado líquido según su temperatura de ebullición, separando así los derivados del petróleo.

• Gases combustibles: Generación de electricidad y otros usos.
• Gas licuado de petróleo (GLP): Calentamiento de agua, generación de electricidad, combustible en transporte, uso industrial y agrícola.
• Metano, etano, propano, butano: Combustibles en refinerías y producción de hidrógeno; propano y butano también tienen uso doméstico.
• Gasolina: Combustible para automóviles.
• Queroseno: Combustible para aviones.
• Diésel: Usado en automoción.
• Fueloil: Utilizado para calefacción.
• Lubricantes: Incluyen aceites para motores, industria marina y procesos industriales.

Gas Natural

El gas natural se encuentra en yacimientos, ya sea junto al petróleo o de forma aislada. Para extraerlo, se instalan torres perforadoras que alcanzan los estratos donde se ubican estos yacimientos. Su transporte se realiza mediante gasoductos con estaciones de bombeo a lo largo de la red para mantener el flujo. Cuando las distancias son largas o los gasoductos no son viables, el gas se transporta en forma líquida mediante buques cisterna. Para ello, se licúa enfriándolo a -161 ºC en plantas de licuefacción y, al llegar a destino, se regasifica y se almacena para su consumo o envío a centrales de ciclo combinado.

Aplicaciones del Gas Natural

• Generación de electricidad: Fuente importante para centrales de ciclo combinado.
• Combustible para vehículos: El gas natural comprimido es una alternativa económica y limpia, especialmente en países como Argentina, Brasil, Pakistán, Italia e India.
• Uso doméstico: En ciudades para cocinar y calefacción; en zonas rurales se emplean bombas de gas natural comprimido.
• Uso industrial: Utilizado en industrias como la textil, del plástico y del acero, y como materia prima en la fabricación de fertilizantes nitrogenados.

Centrales Térmicas de Ciclo Combinado

En las centrales térmicas de ciclo combinado, el gas natural se convierte en electricidad mediante la combinación de una turbina de gas (ciclo de Brayton) y una turbina de vapor (ciclo de Rankine). La turbina de gas incluye un compresor que inyecta aire a presión, una cámara de combustión donde el gas se mezcla y arde, y una turbina que expande los gases a altas temperaturas (de 1400°C a 600°C). El calor del gas saliente calienta el agua en la turbina de vapor, generando energía adicional. Ambas turbinas suelen estar acopladas en el mismo eje, moviendo un generador eléctrico con un rendimiento de alrededor del 50%.