1. Els recursos energètics
Producció i distribució de l’energia
Energies alternatives

2.  Energia: capacitat que tenen els cossos per
realitzar un treball [ J ].
 Principi de conservació de l’energia: l’energia
no es pot crear ni destruir, sinó que només es
pot transformar o transmetre d’uns cossos a
uns altres.
 Força: és la causa de que un cos variï la seva
posició o la seva forma.
F:força (N)
F m a m: massa (kg)
a: acceleració (m/s2)
2

3.  Pes: és la força d’atracció que exerceix la
Terra sobre un cos.
P: pes (N)
m: massa (kg)
m
g 9,8
P m g g: gravetat s2
 Treball: Al desplaçar un cos una distància d
amb una força F el treball és:
F
W F d cos
α
W: treball ( J )
D: distància (m)
α: angle que formen la
d força i el desplaçament
Si α=0 W F d
3

4.  Potència: és el treball realitzat en cada unitat
de temps.
P:potència Watt (W)
W W: treball ( J )
P Watt (W) t:temps (s)
t 1CV=736W
 Si la força i el desplaçament tenen la mateixa
direcció i sentit:
P: potència (W)
W F d F:força (N)
P F v d:distància (m)
t t t: temps (s)
v:velocitat (m/s)
4

5.  Energia mecànica [ J ]
◦ Energia potencial. En funció de la posició
E p mgh
◦ Energia cinètica. En funció del moviment.
1 2
Ec mv
2
 Energia tèrmica o interna: és l’energia que té un cos
deguda a la suma de les energies que posseeixen les seves
molècules.
L’augment del moviment de les molècules augmenta la
seva energia interna.
5

6.  Quant l’energia tèrmica d’un cos es
transfereix a un altre s’anomena calor.
 La transferència pot ser:
◦ Conducció: per contacte (sòlids)
◦ Convecció: propagació en els fluids
◦ Radiació: forma d’ones electromagnètiques
 Energia química: La dels enllaços entre els
àtoms que formen les molècules.
 Energia elèctrica: deguda als electrons en
moviment. E: energia (J) (kW·h)
P: potència (W) (kW)
T: temps (s) (h)
E Pt V I t V: tensió (V)
I: intensitat (A)
6

7.  Energia nuclear: Energia que manté juntes les
partícules del nucli dels àtoms en un espai
molt reduït. E: energia (J)
2 m:massa desintegrada (kg)
E m c c: velocitat de la llum c 3 10 8 m / s 2
 Energia radiant: ones electromagnètiques. Per
exemple el Sol.
 Energia sonora: Moviment de vibració que es
desplaça a través de molècules d’un medi
natural.
7

8. Energia Energia
sonora Energia mecànica
elèctrica
Energia
radiant Energia
química
Energia
Energia tèrmica Energia
nuclear lluminosa
8

9. Ec=Ep+Eu
Energia, Ec Eu Energia,
Treball i Sistema Treball i
Potència
consumida Wc Wu Potència
η útil
Pc Pu
Ep
Wp Energia,
Treball i
Potència
Pp perduda
9

10.  El rendiment d’una màquina és la relació
entre el treball o energia consumit i el treball
o energia útil.
Wu Wc Wu
Wc
◦ η:rendiment (tant per u)
◦ Wu: Treball útil ( J )
◦ Wc: Treball consumit ( J )
10

11. E:Energia (J) (kw·h)
Eu Eu
Eu Ec Ec
Ec
En els casos de transformacions directes:
P:Potència (W) (CV)
Pu Pu
Pu Pc Pc
Pc
11

12. Eu Pu t Ec Pc t
1J 1 1s
W 1kWh 1KW 1h
1000W 3600s
1kWh 1kW 1h 1kW 1h 3,6 106 J
1kW 1h
6
1kWh 3,6 10 J
12

13. Un motor subministra 3CV de potència útil i
té un rendiment del 35%. Quina energia
consumirà en 8 h, en Joules?
13

14. Un muntacàrregues triga 2 min. per aixecar
una càrrega de 2000 kg. a 30 m d’altura.
Calcula el treball útil que efectua i la potència
útil del motor en CV
14

15.  Al llarg del temps:
◦ Energia del sol, muscular de l’home, dels animals
◦ Energia del vent →vaixells, molins
◦ Energia de l’aigua → roda hidràulica
◦ Revolució industrial S. XIX → Màquina de vapor
◦ Carbó vegetal
◦ Carbó mineral
◦ Motor d’explosió → benzina, petroli
◦ Gas natural
◦ Energia nuclear
15

16. Es troben a la
natura, com la
Primàries:
llenya, l’aigua, el
En funció carbó i el petroli
de la seva
S’obtenen a
naturalesa
partir de les
Secundàries: primàries, com
l’electricitat i la
benzina
16

17. Provenen del
Sol, vent,
Renovables:
mar, aigua
tenen
dels rius,
En funció reserves
biomassa,
de les il·limitades
dels residus
reserves
sòlids
disponibles
Carbó,
No
petroli, gas
renovables
natural, urani
17

18. Petroli, gas
natural, carbó,
Convencionals energia
En funció hidroelèctrica,
del grau nuclear
d’utilització
No Solar, eòlica,
convencionals biomassa, ...
18

19.  combustió
 Materials + oxigen energia calorífica
 combustibles
Sòlids: Carbó
Destil·lació del
Combustibles petroli(benzina,
fòssils Líquids: querosè,
gasoil,fuel)
Gas natural,
Gasosos:
butà, propà
19

20.  És l’energia
que es
desprèn en
la combustió
completa de
la unitat de
massa o
volum d’un
combustible.
tornar
20

21. E: Energia produïda en la combustió (J)
Segons unitats pc
pc: Poder calorífic (MJ/kg) E m pc
m: massa consumida (kg)
pc: Poder calorífic (MJ/m3, MJ/l)
V: volum consumit (m3, l)
E V pc
21

22. m V d
m: massa (kg)
V: volum (m3, dm3, l)
d: densitat (kg/m3, kg/dm3, kg/l)
1m3 = 103 l
1dm3 = 1 l
22

23. Determina l’energia calorífica que s’obté en
la combustió de 15 kg de llenya seca.
Taula pc
23

24. Determina l’energia calorífica que s’obté en
la combustió de 15 litres de benzina.
(dbenzina=0,7kg/l)
Taula pc
24

25. Determina l’energia calorífica que s’obté en
la combustió de 9 litres de gas natural.
Taula pc
25

26.  La taula mostra el pc del gasos en condicions
normals:
 101300 Pa (1 atm)
 0ºC de temperatura
 En condicions diferents de pressió i
temperatura el poder calorífic es calcula:
p 273
pc pc (CN )
101300 273 T
 P:pressió en Pa 1atm=101300Pa
 T:temperatura en ºC K=273+ºC
26

27. Calcula el poder calorífic del propà a 6 atm
de pressió i 30ºC de temperatura .
Taula pc
27

28. Calcula l’energia calorífica que s’obté en la
combustió de 70 l de gas butà que es troba
a 250000 Pa i 20ºC de temperatura.
Taula pc
28

29.  És la quantitat de calor que ha de rebre una
substància per elevar la seva temperatura en
1 K o 1ºC.
 Així la quantitat de calor necessària per elevar
la temperatura d’un cos des de T1 fins a T2
és:
Q C (T2 T1 ) m ce (T2 T1 )
Q: Quantitat de calor necessària en J
m:massa en kg H2O
kJ
ce: calor específica del cos en kJ/kg ce( H 2 O ) 4,18
ºC , kcal/kg ºC kg º C
T:temperatura en ºC o K. dH2O=1kg/l
1cal=4,18 J
29

30. Calcula l’energia necessària per escalfar 50l
d’aigua de 20 ºC a 80ºC.
H2O
kJ
ce( H 2 O ) 4,18
kg º C
dH2O=1kg/l
30

31. Energia
necessària per
escalfar un cos
Energia útil
η
Energia
consumida
Combustió
Pèrdues
d’energia
31

32. Energia necessària per
Combustió d’un
elevar la temperatura Rendiment
d’un cos material
η
Eu Ec
Ec
Q=m·ce·(T2-T1) m
Eu pc
Ec Ec
m=V·d η V
pc
Segons unitats pc
m
Q Ec=m·pc
ce (T2 T1 ) Eu=η·Ec
Ec=V·pc
Segons unitats pc
32

33. Per escalfar 5l d’aigua de 20ºC a 100ºC
s’utilitza gas butà. Calcula el volum de gas
butà que serà necessari si el sistema té un
rendiment del 80%. (pc=120MJ/m3)
33

34. Si tenim una caldera de rendiment 40%,
quina quantitat d’energia podem aprofitar
si cremem 60 kg de butà? (pc=49MJ/kg)
34

35. Potència
Combustió d’un
desenvolupada Rendiment
material
per un vehicles η
Ec
Pu
Ec
Eu m
Eu=Pu·t Ec pc V
m
η Ec d
e e V
v ;t pc
t v
Segons unitats pc
Ec=m·pc
Pu
Eu Eu=η·Ec m=V·d
t
Ec=V·pc
Segons unitats pc
35

36. Calcula el consum de benzina cada 100 km
d’un automòbil que desenvolupa 70 CV amb
vmitjana=120 Km/h i un rendiment del motor
del 36%.(dbenzina=0,78 kg/l)(pc=49MJ/kg)
36

37. Calcula la potència que desenvolupa un
automòbil que consumeix 7l de gasolina
cada 100 km a una velocitat de 110 km/h. El
rendiment és del 30%. (dbenzina=0,78 kg/l)
37

38.  La llenya i el carbó vegetal
 Carbó mineral
 El petroli
 El gas natural
 Combustibles gasosos
38

39.  La llenyà:  El carbó vegetal:
◦ Bàsic per a la meitat ◦ S’obté a partir de la
de la humanitat piròlisi (combustió
◦ L’utilitzen per parcial) de la llenya
escalfar-se, (amb poc oxigen).
il·luminar-se i cuinar ◦ Pesa 5 o 6 vegades
menys que la llenya.
39

40.  Origen:
descomposició
orgànica d’extensos
boscos que cobrien
la Terra,
submergits sota
sorra i roques
durant milions
d’anys.
40

41. Tipus Origen %C Poder Utilització Extracció
calorífic
Torba Recent <60% Pobre Consum
domèstic
Lignit Recent 55-70% Baix A prop de A cel obert.
(cents de l’extracció
milions
d’anys)
Hulla Antic 75-94% Alt Carbó de coc.
Alt forn Subterrània
amb pous
Antracita El més 93-97% Molt alt Combustible verticals
antic siderúrgia
41

42.  A cel obert  Subterrània:
◦ Ràpid ◦ Car
◦ Econòmic ◦ Perillós (silicosi,grisú)
42

43. Combustible Directament a les centrals tèrmiques
d’ús general
Carbó de coc, siderúrgia
Per la
destil·lació Gas ciutat, utilització domèstica
seca
Aplicacions (piròlisi) Productes químics,plàstics i
s’obté fertilitzants
Combustible
Gasificació:
gas de Gas natural sintètic
síntesi
Hidrocarburs
43

44.  La seva importància radica en la quantitat de
productes derivats que proporcionen, bàsics
pel desenvolupament industrial d’un país.
 Petroli brut:
Barreja
d’hidrocarburs Destil·lació Productes
sense aplicació a les útils
directa refineries
44

45.  Origen: descomposició de plàncton marí
sobre roques sedimentàries formant bosses
de petroli (líquid)
45

46.  Torre de perforació
 L’extracció pot ser:
◦ Natural
◦ Forçada
 Plataformes marines
46

47. Destil·lació •Segons el punt d’ebullició s’obté : butà,
fraccionada propà, benzina, gasoil, olis, fuel ...
Cracking
•Descomposició dels hidrocarburs més pesants
(olis, fuel) en més lleugers (benzines)
•Unió d’hidrocarburs lleugers (butà, propà) per
Polimerització formar més pesants (benzines, gasoils)
Reforming •Millora les característiques de les benzines
47

48. Directa: gas butà, propà,
benzina, querosè, gasoil,
fuel, asfalt.
Com a matèries primeres de
la indústria petroquímica:
plàstics, fibres sintètiques,
detergents, pintures...
48

49.  És bàsicament gas metà (CH4),
formant bosses, sol o associat amb el petroli.
 Transport:
Gasoductes: grans
canonades
Vaixells metaners: gas
natural liquat
49

50. Indústria, comerç, habitatge
Centrals tèrmiques mixtes (combinen amb fuel i carbó)
Instal·lacions de cogeneració (electricitat i calor)
Indústria petroquímica com a matèria primera
50

51. Primera família: gas ciutat o manufacturat
Pc de 17 a 23 MJ/m3
Segona família: gas natural i aire propanat
Pc de 42 a 55 MJ/m3
Tercera família: gas butà i propà
Pc de 94 a 120 MJ/m3
51

52.  Estructura de l’àtom
Nucli: protons + + neutrons
Massa: 1,6725 10-27 kg 1,6725 10-27 kg
- Càrrega: +1,602 10-19 C 0C
Z: Nombre atòmic N
- +
+
- Escorça: electrons -
Massa: 9,1091 10-31 kg
Càrrega: -1,602 10-19 C
A(nombre màssic) = Z (nombre atòmic) +N (nombre de neutrons)
52

53.  El nombre atòmic (Z, nombre de protons)
determina un element.
 Un element es pot presentar amb diferents
nombres màssics. Pot tenir diferent nombre
de neutrons en el nucli.
 Isòtops: Àtoms del mateix element amb
diferent nombre màssic.
 Per indicar l’estructura d’un element X ho fem
així: A
Z
X A=Z+N
A(nombre màssic) = Z (nombre atòmic) +N (nombre de neutrons)
53

54.  Isòtops de l’hidrogen:
1 2 3
1
H 1
H 1
H
Deuteri Triti
 Isòtops d l’urani:
233 235 230
92
U 92
U 92
U
54

55. Calcula el nombre del neutrons dels
diferents elements:
2
1
H
230
92
U
55

56.  És l’energia continguda en el nucli dels
àtoms.
 Quan neutrons i protons formen el nucli la
massa total és inferior a la que tenen per
separat.
 Aquesta massa es transforma en energia
d’enllaç.
E: Energia (J)
2
E m c M: massa (kg)
C: vel. Llum 3·108 m/s
56

57.  Transformació nuclear en la que el nucli emet
radiacions a gran velocitat (≃c).
Partícules
Alfa(α) positives,
Poc
+ penetrants
+ nuclis d’heli
Paper, cm aire
Partícules Més
Beta (β) negatives, penetrants
- electrons
Alumini, m aire
Fotons, llum Molt
Gamma(γ)
no visible penetrants
Plom, formigó 57

58. De forma
Natural espontània
Isòtops
Tipus
radioactius
artificials
Artificial
S’obtenen amb el
bombardeig del
nucli amb α,β,γ i
neutrons
Al emetre radiacions l’element
radioactiu es va desintegrant
58

59.  Qualsevol procés de transformació que
implica el nucli de l’àtom s’anomena reacció
o transmutació nuclear.
 Amb la radioactivitat es poden aconseguir
petites quantitats d’energia.
 Hi ha dos tipus de reaccions nuclears en què
es poden aconseguir grans quantitats
d’energia: FUSIÓ
Reaccions
nuclears
FISSIÓ
59

60.  Unió de nuclis
lleugers per formar
més pesants
 Aquestes reaccions
desprenen molta
energia
 Es produeixen al sol i
les estrelles
 La dificultat radica en
la alta Tª per
començar la fusió. La
matèria a aquesta Tª
és un plasma difícil
de confinar.
60

61.  Ruptura del nucli per
impacte d’un neutró
 Reacció en cadena
 L’energia alliberada
és molt gran:
◦ Explosió nuclear (de
manera sobtada)
◦ Reactor nuclear
(controlat)
 Combustible: urani
natural i urani
enriquit.
61

62. 62

63. En la fissió d’un kg d’urani desapareixen 0,67g
de matèria. Calcula l’energia que es desprèn.
Calcula quanta quantitat de carbó s’ha de
cremar per aconseguir aquesta mateixa
quantitat d’energia . (PC= 29 MJ/kg)
63

64.  El consum d’energia és un indicador del
desenvolupament d’un país:
◦ EEUU i Canadà 8 TEP TEP: Tones
equivalents de
◦ Japó 4 TEP petroli
◦ Unió Europea 3,8 TEP
◦ Tercer Món 0,5 TEP Per habitant i any.
Dades 2004
 Reserves:
◦ Petroli: 40 anys
◦ Gas natural: 70 anys
◦ Carbó: 200 anys
◦ Urani: 100 anys
64

65.  L’extracció, els processos d’obtenció i la
utilització dels combustibles fòssils i dels
materials radioactius produeixen impactes en
el medi natural.
 Els més importants:
◦ L’electe hivernacle
◦ La pluja àcida
◦ Les boires fotoquímiques
◦ La contaminació radioactiva
65

66.  Elevació de la
temperatura de la
atmosfera degut a
gasos hivernacle(CO2,
H2O, CFC, òxid nitrós,
metà i ozó):
◦ Deixant passar la
radiació solar
◦ No deixen sortir la
radiació cap a l’espai
66

67.  Provoca canvis en:
◦ La producció agrícola
◦ L’elevació del nivell del
mar
 Hi ha compromisos a
nivell mundial per a
reduir les emissions La 15ena Cimera de les
Nacions Unides sobre el Canvi
de CO2, com: Climàtic va que es va celebrar
◦ Reduir el consum a Copenhaguen (Desembre
◦ Millorar el rendiment 2009) , va ser un fracàs, però
◦ Plantar més arbres ... es van acordar reduccions
per més de 400 organitzacions
◦ (Protocol de Kioto) d’arreu del món i un pla
d’ajuda als països més
desafavorits.
67

68. Òxids de Vapor
sofre ( SOx)
d’aigua, Pluja
Òxids de
nitrogen llum i àcida
(NOx) oxigen
•Es produeixen al cremar
combustibles fòssils Seca
•Causa la lixiviació o separació de (partícules) Humida
(pluja i
nutrients bàsics del sòl i priva a neu)
la vegetació d’aquests nutrients
vitals.
•Activa els metalls pesants , els
quals contaminen les aigües.
•Erosiona les pedres i això afecta
a edificis i monuments.
68

69. 69

70.  Cúpula d’aire calent
sobre les ciutats amb
partícules de fum
produïdes per:
◦ Cotxes
◦ Centrals tèrmiques
◦ Indústries
 Provoca problemes de
salut humana
(conjuntivitis, sinusitis,
asma, mal de coll i
problemes a la
vegetació i a les
collites
70

71.  Produïda per:
◦ Emissions radioactives
(accidents)
◦ Gestió dels residus
radioactius
 Gasosos
 Líquids
 Sòlids de mitjana i baixa
activitat
 Sòlids d’alta activitat
 Causa la destrucció de
molècules, amb el
consegüent perill per
l’home (càncer),
l’agricultura ...
 Ex. 1986 Txernòbill
71

72. Els recursos energètics
Producció i distribució de l’energia
Energies alternatives
Imatges i gràfiques del llibre:
Tecnologia Industrial 1
Mc. Graw Hill