Grupo ( El gato de Schrödinger)
Integrantes:
- Gianfranco Esaú Altamirano Lorenzo (20201520)
- Nahía Alejandra Escalante Ccoyllo (20200696)
- Robert Rolando, Layme Cuyo (20196284)
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Combustibles
Gracias a las ciencias como la Química, la Física y otras ciencias naturales que estudian a la tierra en sus aspectos de su composición y de sus procesos internos, como la geología. En esta ocasión nos centraremos en el combustible, el cual, “es aquella sustancia que al ser quemado genera energía que puede tener distintos usos, ya sea en el ámbito doméstico o industrial” (Westreicher 2020 : 1). Es decir, los combustibles son productos químicos que, al ser sometidos a cierto tipos de reacción química, liberan energía que puede ser utilizada y transformada para diversos procesos eléctricos o mecánicos como ‘el funcionamiento de maquinaria, la generación de luz eléctrica o la movilización de un medio de transporte como el tren o el barco’ (Westreicher 2020 : 1). Estos productos se pueden encontrar en distintos estados, como el sólido, líquido y gaseoso, y se clasifican según el tipo de procedencia; por ejemplo, pueden ser combustibles fósiles o biocombustibles.
1.1 Clasificación de los combustibles:
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Sólidos:
Además de los carbonos (antracita, hulla, lignito, turba), se encuentran en este grupo la biomasa (madera, podas, etc.), y aquellos combustibles alternativos procedentes de residuos presentados en forma sólida.
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Líquidos:
Los combustibles líquidos son aquellos derivados del petróleo crudo, por ejemplo, los biocombustibles, los combustibles alternativos presentados en forma líquida y los derivados del petróleo como la gasolina, el gasóleo, el queroseno y el fuelóleo.
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Gaseosos:
Los combustibles gaseosos se caracterizan debido a su principal ventaja, el cual, es que estos son fáciles de manejar y desplazar; por ejemplo, usando tuberías. Un claro ejemplo de un combustible fósil gaseoso es el gas natural (2020 : 1).
Carbón:
1. Concepto:
El carbón es un tipo de roca formada en zonas pantanosas es decir espacios que sufren inundaciones periódicas y que tienen mucha vegetación al aumentar el nivel del agua las plantas mueren y sus restos se depositan en el fondo con el tiempo se produce la descomposición de dichos restos vegetales gracias a las bacterias anaeróbicas que viven en los ambientes con poca cantidad de oxígeno estas bacterias transforman poco a poco los restos vegetales en carbono además sobre estos habitualmente también se depositan limos y arcillas que ayudan todavía más a favorecer espacios con poco oxígeno y con ello con mayor cantidad de bacterias anaeróbicas la composición y el contenido de carbón son diferentes en función de las condiciones de presión y del tiempo de formación el carbón de más calidad es aquel que se encuentra a mayor profundidad pues son los más antiguos donde menor cantidad de oxígeno hay y donde la presión y la temperatura son más elevadas.
2. Características:
Se distinguen cuatro grupos distintos de carbono según la calidad:
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Turba:
la turba es el carbón de peor calidad pues apenas contiene el 60% de carbono y posee mucha humedad está formada por una masa esponjosa y ligera originada por descomposición de las plantas a simple vista se pueden distinguir bien los restos.
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Lignito:
el lignito se forma cuando se comprime la turba aún sigue conteniendo gran porcentaje de agua, pero posee entre el 60% y 70% de carbono es una sustancia parda y desmenuzable se puede distinguir algún resto vegetal es un combustible de calidad media por ello solo se emplea cerca del lugar de extracción y siempre que este sea fácil de hacer.
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Hulla:
la hulla es un carbono muy transformado se convierte cuando se comprime el lignito tiene entre un 75% y 90% de carbón referente a su aspecto este es dura, quebradiza y grasa de color negro brillante posee un alto poder calorífico y es por eso que se utiliza principalmente en las centrales térmicas para la producción de electricidad también se usa para producir carbón de coque que se emplea en los altos hornos además la elaboración de coque genera a su vez muchos derivados que se utilizan en la industria química
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Antracita:
la antracita son los carbonos más antiguos pues proceden de la transformación de la hulla su porcentaje de carbono puede llegar incluso al 95% tiene un aspecto negro brillante y es muy duro es el que más poder calorífico tiene y el menos contaminante pues produce poco humo así mismo como sus yacimientos se encuentran muy profundos su extracción resulta difícil y costosa su uso principal hoy en día es para producir coque.
3. Aplicaciones:
Las aplicaciones más importantes del carbono son:
- como combustible doméstico e industrial
- como reductor en la siderurgia
- como combustibles en las centrales térmicas
“La antracita se utiliza fundamentalmente como combustible doméstico e industrial. La destilación seca de la hulla da lugar a cuatro fracciones: amoníaco, alquitrán, gas natural y coque. Este último se utiliza en la metalurgia del hierro y del acero (siderurgia). El lignito se emplea fundamentalmente en las centrales térmicas para obtener de él energía eléctrica. La turba se utiliza como combustible doméstico.” (Foro nuclear).
4. Ventajas:
Principales ventajas:
- Abúndate. El carbón mineral es uno de los mas abundantes en la naturaleza.
- Fácil transformación. Mediante distintos procesos puede ser transformado en gas o líquido.
- Económico. El carbón es mucho más barato que utilizar petróleo o gas natural para producir energía.
- Infraestructura barata. las centrales termoeléctricas que utilizan combustibles fósiles para generar energía eléctrica no requieren de un costo elevado para construir la planta.
5. Desventajas:
El carbón como todo combustible fósil genera perjuicios al ambiente
- Alta contaminación: la extracción y obtención del carbón provoca una alta contaminación tanto a la naturaleza como al medio ambiente.
- Lluvia ácida: es producida por la emisión de azufre y óxidos de nitrógeno generados por la combustión que deterioran la superficie terrestre.
- Aumento de temperatura: se produce un aumento de la temperatura en el ecosistema debido a los circuitos necesarios en las centrales térmicas para la refrigeración del vapor.
- Repercusiones químicas: principalmente en la minería y en los sistemas de tratamiento de aguas.
- poca seguridad: los trabajadores que trabajan en las minas de extracción se encuentran expuestos a numerosos accidentes.
6. Poder calorífico:
La potencia calorífica de los carbonos turba, lignito, hulla y antracita se puede visualizar en el siguiente cuadro.
Petróleo:
1.Concepto
El petróleo del latín petroleum, aceite de roca, también llamado aceite mineral, es un combustible líquido inflamable, oleoso que está compuesto principalmente por una mezcla de hidrocarburos (parafinas, alcanos, cicloparafinas, naftenos o cicloalcanos, y aromáticos) y distintos compuestos orgánicos (oxígeno, nitrógeno y azufre). Se puede encontrar en la naturaleza en sus tres estados sólido, líquido o gaseoso y puede pasar de un estado a otro por efecto del cambio de presión y temperatura. Se forma a partir de materia prima que se compone de restos de organismos vivos acuáticos, los cuales fueron atacados por bacterias anaerobias que consumieron oxígeno y dejaron hidrocarburos. El aumento de presión sobre ellos permitió que se introduzca en aberturas de rocas reproductivas (rocas porosas)y que el petróleo se mantenga en el material. El resultado de este proceso es el petróleo crudo que pasará a ser destilado en las refinerías para obtener:
a)Gasolina:
Utilizado en motores de explosión. Abarcan compuestos hidrocarbonados que van desde C4 a C10.
b) Turbocombustibles: Utilizadas en motores de aviación. C10 – C18/C14
c) Gasóleo: Existen las variedades A, B y C. El A se utiliza en los motores diésel, el B en usos agrícolas y el C en instalaciones térmicas domésticas e industriales. C15-C18
d) Fuelóleo: Combustible típico de los grandes motores diesel lentos y de las centrales térmicas. Van a ser los que tengan un punto de destilación más altos; es decir, los de mayor número de átomos de carbono y los más pesados.
e) Queroseno: C10 a C14: cadenas hidrocarbonadas de 10 a 14 átomos de C.
2. Características
Composición: Principalmente compuesto de carbono (83-37%) e hidrógeno (11-15%) además de diversas impurezas.
Color: Generalmente, su tonalidad se oscurece con el aumento de su peso específico, el cual se incrementa al aumentar su porcentaje de asfalto.
Olor: Depende de la naturaleza y composición del aceite crudo.
Densidad: Más liviano que el agua 0.75-0.95 Kg/L . Aumenta con el porcentaje de asfalto.
Viscosidad:Facilidad para ser bombeado y atomizado. Se manejan a diferentes niveles de viscosidad.
Volatilidad: En el petróleo crudo depende
de los puntos de ebullición de los componentes.
Fluorescencia: Presente en los hidrocarburos líquidos y gaseosos por efecto de rayos infrarrojos.
Tensión superficial y fuerza capilar: Propiedades físicas importantes para la migración de hidrocarburos por medio de las rocas de la corteza terrestre. La tensión superficial es baja cuando se trata del gas disuelto y tiende a disminuir la fuerza capilar en el desplazamiento de petróleo crudo, en medios porosos mediante gases a alta presión.
3. Aplicaciones
La refinación del petróleo produce productos comerciales de diferentes tipos:
a)Energéticos: Combustibles específicos para el transporte, la agricultura, la industria, la generación de corriente eléctrica y para uso doméstico.
Ej: En la agricultura, producción de amoníaco que se utiliza como fuente de nitrógeno en los fertilizantes agrícolas.
b) Productos especiales: Lubricantes, parafinas, asfaltos, grasas para vehículos y productos de uso industrial.
c) Materias primas: plásticos, acrílicos, guantes, pinturas, envases diversos, detergentes, fibras textiles, insecticidas.
Ej: Plástico, el elemento más utilizado de la vida moderna. Los plásticos son aspectos integrales de muchos productos ma
nufacturados como el nylon.
d) Productos farmacéuticos: Aceite mineral utilizado en cremas y productos farmacéuticos tópicos, el alquitrán, que sirve para tratar la caspa y la psoriasis.
4. Ventajas:
- Esenciales como fuente primaria para la movilización humana, ya que se encuentra en casi todos los medios de transporte.
- Se transporta fácilmente debido a su estado líquido, a través de oleoductos y poliductos.
- Se extrae de manera rápida debido a los avances tecnológicos.
- Es la fuente energética más utilizada y versátil, provee energía para las industrias y a las ciudades como electricidad.
- El petróleo tiene una densidad energética muy elevada, calculada en 42.000 Kj/kg, lo que significa que es 97 veces mayor que las baterías de litio y fosfato que se utilizan en la actualidad.
- Es una fuente energía no renovable, por lo que se extinguirá con el tiempo.
- Su producción es muy costosa y esto implica más inversión de parte de la empresa en tecnología, transporte e infraestructura. Como resultado, el precio para el consumidor también será alto.
- Lamentablemente el uso de petróleo desencadena una serie de problemas de impacto ambiental. Aunque las petroleras están tomando medidas cada vez más rigurosas para combatir los derrames accidentales de este combustible, los efectos que produce afectan directamente al suelo, agua, aire, fauna y flora.
5. Desventajas
Efectos sobre el suelo: Se degradan superficies de gran extensión con mayor facilidad, debido al desplazamiento de equipos pesados. Por otra parte, los derrames de petróleo y los desechos producen alteración del sustrato inhabilitando al suelo de producir vegetación por varios años.
Efectos sobre el agua: En el agua que se encuentra en la superficie el petróleo produce disminución de oxígeno, mientras que en el agua subterránea presenta deterioro debido a que aumenta la salinidad, esto ocurre porque es contaminada con el agua de producción de petróleo con alto nivel de salinidad.
Efectos sobre el aire: Ocurren con mayor frecuencia, ya que al momento de extraer el petróleo, el gas natural también está presente. De esta manera, se produce la captación del gas, la cual está determinada por la relación gas/petróleo, si el valor es alto, el gas es captado y si es bajo, es venteado y/o quemado por medio de antorchas (Impacto ambiental) .
Efectos en el transporte: La mayor cantidad de accidentes y daños ecológicos han ocurrido en este proceso.
Efectos sobre la flora y fauna: Las zonas de explotación marítima o costera poseen mayor peligro de producir daños a la fauna marina porque serán irreversibles. Por otro lado, cuando se contaminen las pasturas, si es que existe la presencia de arbustos y matorrales esta zona será más afectada, por lo que un ecosistema donde los matorrales sirven de refugio y alimento para los animales será perdido. En la fauna los más afectados son las aves, debido a que mantienen contacto directo con vegetación contaminada y cuerpos de agua.
6. Ecuaciones termoquímicas de combustión
C (grafito) + O2(g) ->CO2(g) Calor de combustión: H° 298K = – 393 kJ
2 C8H8(l) + 25 O2 (g) ->16 CO2(g) + 18 H2O(l) Calor de combustión: H° 298K = – 7 451kJ
CH4(g) + 2 O2(g) ->CO2(g) + 2 H2O(l) Calor de combustión: H° 298K = – 890 kJ
7. Poder calorífico
El poder calorífico es el calor de combustión o energía liberada cuando el combustible pasa por un proceso de oxidación rápido, donde el combustible se oxida en su totalidad y desprende una cantidad grande de calor, se genera por unidad de masa o volumen y pueden ser:
Poder calorífico superior (PCS): Cantidad de energía que se libera durante el proceso de combustión. Se considera el vapor de agua generado en el proceso.
47970 kJ/kg
Poder calorífico inferior (PCI): Cantidad de energía que se libera durante el proceso de combustión. no se considera el vapor de agua generado en el proceso por no producir cambio de fase.
40895 kJ/kg
Gas Natural:
1. Concepto:
El gas natural es “una fuente de energía fósil que, como el carbón o el petróleo, está constituida por una mezcla de hidrocarburos […]” (Foro Nuclear 2021: 1). Es decir, el gas natural puede producir energía mediante procesos químicos, como la combustión, al igual que el petróleo y el carbón. Asimismo, esta es una energía fósil y, ya que, esta se puede encontrar en el subsuelo; por ello, se recurre a las técnicas de búsqueda y análisis de la Geología para poder ubicar una fuente de gas natural y explotarla ( Foro Nuclear 2021 : 1).
2. Caracteristicas:
El gas natural, en realidad, como todas las sustancias de este mundo, no es un gas puro, ya que, este está conformado por una mezcla de hidrocarburos. Por ejemplo tenemos al:
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Metano:
El metano (CH4) es el principal componente del gas natural, ya que, este, habitualmente, se encuentra en una proporción o concentración de 85% ( Foro Nuclear 2021: 1). Asimismo, este gas lo podemos encontrar, en la naturaleza, en estado gaseoso a temperaturas y presiones normales y se caracteriza por ser inodoro e incoloro, y este presenta un punto de ebullición muy bajo de aproximadamente -158,9°C (Foro Nuclear 2021:1). Además, este gas se genera a partir de los procesos de putrefacción de las plantas y animales (2017 : 1). Es por esto que el metano es un gas fósil, ya que, lo podemos encontrar en el subsuelo junto con los demás componentes del gas natural.
-
Etano:
El etano (C2H6) es un gas, perteneciente a la mezcla de gases del gas natural, que está en menor proporción o concentración, el cual, es de un 10% (Foro Nuclear 2021:1). Este gas es; también, incoloro e inodoro; aunque, su punto de ebullición es de aproximadamente -88,5°C. Asimismo, este hidrocarburo, al igual que otros gases como el metano, se encuentran debajo de la superficie, aunque, también, se ha podido localizar a estos gases en otros planetas y cuerpos estelares del sistema solar ( 2018 :1).
-
Propano:
El propano (C3H8) es otro componente del gas natural y este se encuentra a una concentración del 3% (Foro Nuclear 2021:1). Asimismo, “el gas propano es un compuesto químico de la familia de los hidrocarburos alifáticos, que se caracteriza por ser incoloro y también inodoro” (Propano Gas 2020 :1). También, el gas propano presenta un punto de ebullición de aproximadamente -42°C.
-
Butano:
El butano (C4H10) es el último componente de hidrocarburos presente en el gas natural. Este se encuentra a una concentración más baja que los demás hidrocarburos mostrados, ya que, su proporción es de 0,1% (Foro Nuclear 2021:1). Asimismo, su punto de ebullición es de aproximadamente entre -0,5°C y 1°C, y este gas es incoloro e inodoro, como el metano, etano y propano. Por último, el gas butano, junto con el propano, “ se obtienen durante el refinamiento del petróleo [..]” ( Bombona 2021 : 1) para su comercio individual.
Formulas y Molécula del gas butano (Fuente: https://pt.dreamstime.com/ilustra%C3%A7%C3%A3o-stock-modelo-da-f%C3%B3rmula-qu%C3%ADmica-e-da-mol%C3%A9cula-do-butano-c-h-image93522686) 
Envase de contención del gas butano (Fuente: https://www.ocu.org/vivienda-y-energia/gas-luz/informe/gas-butano) Volviendo al tema del gas natural, las características que presenta este compuesto ayudan a poder generar una mejor aplicación del gas natural en nuestras vidas. Por ejemplo, este combustible, al estar en estado gaseoso, puede desplazarse de una forma rápida. Es por este motivo que, para la ejecución del uso del gas natural, se emplean tuberías de metal, bien reforzadas, que transporten este compuesto.
Tuberías especiales para permitir el desplazamiento del gas natural (Fuente: https://www.foronuclear.org/descubre-la-energia-nuclear/preguntas-y-respuestas/sobre-distintas-fuentes-de-energia/que-es-el-gas-natural-y-que-usos-tiene/) Otras características y cualidades que presenta el gas natural son:
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Densidad:
La densidad de este compuesto es de aproximadamente entre los 0,6 y los 0,66 kg/m3, a diferencia del aire que es mucho más denso que este combustible (Foro Nuclear 2021 : 1).
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Reacción:
El gas natural, como todo combustible fósil, se caracteriza por el tipo de reacción que ejecuta al estar en contacto con cierta cantidad de O2. Este proceso es la combustión, el cual, es una reacción exotérmica, es decir, que libera energía, la cual, en el ámbito industrial, es utilizada en diversas aplicaciones.
Combustión del gas natural (Fuente: https://www.worldenergytrade.com/oil-gas/produccion/por-primera-vez-la-produccion-de-gas-natural-de-estados-unidos-caera-en-2021-durante-dos-anos-consecutivos) 3. Aplicaciones:
El gas tiene muchas aplicaciones, desde su uso doméstico hasta su empleo en el ámbito industrial. Las aplicaciones de este compuesto en el mundo son:
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Hogar:
El gas natural es utilizado en muchas partes de la casa; por ejemplo, en la cocina se emplea para la cocción de los alimentos y también para calentar el agua de las duchas por medio de una terma que funciona a partir de la energía de combustión del gas natural (Grupo Novelec 2017 : 1). Asimismo, se usa mucho en los lugares, donde en ciertas épocas del año el invierno trae consigo bajas temperaturas, para colocar calefacción al hogar.
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Energía Electrica:
Muchas plantas de energía eléctrica recurren a la combustión, ya que, este brinda una eficiencia energética de un 57% más de energía eléctrica, al momento de combustionar el gas (Grupo Novelec 2017 :1). Por ejemplo, el gas natural se aplica en las ‘centrales de ciclo combinado de gas’, las cuales, se basan en la producción de energía a través de ciclos diferentes de turbinas y gases producidos por la combustión del gas natural (MINEM s/f : 1).
Central eléctrico de Ciclo combinado de gas (Fuente: http://www.sectorelectricidad.com/1550/mexico-abengoa-seleccionada-para-desarrollar-una-central-electrica-de-640-mw/) -
Cerámica, Metalurgia y Vidrio:
En estas actividades económicas y artísticas, es necesario de la implementación de altos hornos que puedan ejecutar energía que puedan alzar la temperatura de los compuestos, como los metales y la arena de sílice para el caso del vidrio, y llegar a las temperaturas de fusión de estos materiales para su procesamiento y venta.
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Automotriz:
Otra aplicación del gas natural es en los autos que funcionan a base de gas natural ,o para ser preciso, del GNC ( o CNG que son sus iniciales en inglés), el cual, “es metano extraído del gas natural y se usa como combustible en vehículos con motores de combustión interna en reemplazo de las gasolinas […]” (MINEM s/f : 11). Es decir, que el carro que utiliza GNC aprovecha las emisiones de energía del metano del gas natural para poder darle energía mecánica al sistema de movimiento del auto. Asimismo, tenemos a los autos que funcionan a base de GNV, que es gas natural vehicular.
Coche que funciona a base de GNC (o CNG en ingles) (Fuente: https://www.glpautogas.info/es/como-funcionan-autos-carros-coches-gas-natural-gnc-en-venta.html) 4. Ventajas:
Las ventajas que brinda el uso del gas natural en la vida cotidiana son:
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Baja Contaminación:
“El gas natural es un combustible muy limpio comparado con los combustibles tradicionales lo que facilita el cumplimiento de exigentes normas ambientales” (MINEM s/f : 18). Esta ventaja se puede visualizar en los siguientes cuadros:
-
Ahorro económico:
El gas natural, en el ámbito económico y mercantil, da grandes beneficios económicos para las empresas o personas que utilizan este gas. “Su ahorro es del 50% frente a la gasolina y del 30% frente al diésel” ( BBG 2019 : 1). Es gracias a este factor económico que el gas natural se puede implementar en el transporte, debido a que, es rentable para estas empresas (BBG 2019 :1).
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Fuente de Energía para el Futuro:
Por último, el gas natural, al estar en grandes cantidades debajo del subsuelo, es posible acceder al mismo y, como el gas natural en su forma estándar es útil para su aplicación, no se requiere de costos adicionales para un proceso de refinación y transformación (BBG 2019 : 1)
5. Desventajas:
Sin embargo, el gas natural presenta ciertas desventajas, los cuales, son:
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Energía No Renovable:
Uno de los principales problemas que puede surgir es que el gas natural, al ser un producto fósil, es una energía no renovable, por lo que, en cierto punto del futuro, se puede acabar con todo este recurso. Es más, “algunos expertos consideran que el gas natural es una fuente de energía no renovable porque no se puede cuantificar su verdadera fiabilidad” ( Planeta Tierra s/f : 1).
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Altamente Combustible:
“Debido a que el gas natural es altamente combustible, un mal manejo puede conducir a explosiones peligrosas” (Planeta Tierra s/f :1). Es decir, que una mala aplicación o implementación del gas natural puede generar drásticas consecuencias. Es por esto que, las personas están escogiendo autos a gasolina, porque, un auto a gas natural, cuando recibe un choque o un impacto, es muy probable que este explote en la colisión o accidente.
6. Ecuaciones Termoquímicas:
Como el gas natural se puede descomponer en sus componentes hidrocarburos, entonces, se colocaran las ecuaciones termoquímicas de sus componentes.
7. Poder Calorífico:
El poder calorífico nos hace referencia a la cantidad de energía real que emite el gas natural.
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