Combustibili

Materie:Appunti
Categoria:Tecnologia Meccanica

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Testo

COMBUSTIBILI
Tra le energie primarie esauribili il carbone, il petrolio e il gas naturale( metano) sono i veri protagonisti. Vengono detti anche combustibili fossili. Sono sostanze naturali che si estraggono dal sottosuolo anche a grandissima profondità le quali a contatto con l'ossigeno sono in grado di bruciare ( reazione chimica tra combustibile e comburente) sviluppando calore e luce. Qui si classificano in naturali o artificiali. I carboni sono sostanze costituite da carbonio libero, mentre petrolio e metano, detti idrocarburi, sono costituiti da idrogeno e carbonio; la legna e gli oli vegetali invece sono costituiti da idrogeno carbonio e ossigeno.
I carboni fossili sono 4 e in ordine di formazione sono:
- torba
- ligniti
- litantrace
- antracite
1= La torba ha un periodo di formazione di circa 600.000 anni fa( era quaternaria). È costituito dal 59% di carbonio, è di colore bruno tendente al nero, ha una massa volumica uguale a uno e un alto tasso di umidità, circa il 40%. Rispetto agli altri carboni ha un basso potere calorifico. Viene usata per la preparazione di isolanti termici in misura molto minore come combustibile e come integratore di terricci.
2= Le ligniti si sono formate nell'era terziaria circa 50.000.000 di anni fa. Contengono circa il 60-75% di carbonio, hanno una massa volumica che va dal 1 al 1,3, ha un potere calorifico che va dai 6000 ai 7500 K cal/Kg, presenta un'umidità che varia dal 15 al 25% e il loro colore varia dal bruno al nero. Si impiega come combustibile, viene distillato per ricavare glassa, catrame, carburanti sintetici, ammoniaca.
3= I litantraci si sono formati nell'era secondaria circa 250.000.000 di anni fa. Hanno un tenore di carbonio che varia dal 75% al 90% e hanno un tasso di umidità molto basso, dal 1 al 3%, la loro massa volumica va dal 1,2 al 1,5% Kg/dm e presenta un potere calorifico abbastanza alto che va da 7500 fino a 9500 K cal/Kg. Il suo colore è opaco e lucente. È usato principalmente come combustibile, riscaldato a temperature che vanno dai 1200 ai 1300 gradi centigradi (operazione detta distillazione) viene trasformato nel cosiddetto coke metallurgico. Dalla distillazione si ricava gas, illuminante, ammoniaca, catrami, solventi e carburanti.
4= L'antracite proviene dall'era primaria circa 300.000.000 di anni fa. Ha un tasso di umidità che varia dal 5 al 15% e la sua massa volumica varia dall'1,3 all'1,7 Kg/dm, ha un potere calorifico che varia da 8200 a 9200 K cal/Kg, si presenta di colore nero con lucentezza metallica. L'antracite è usata come combustibile tradizionale e negli altiforni.
I combustibili quindi servono per generare energia e le macchine utilizzate per sfruttare tale energia sono dette macchine termiche, essi impiegano tale energia termica e la trasformano in energia meccanica.
Le macchine sono:
- a vapore( centrali termoelettriche )
- a scoppio( a combustione interna)
Attualmente il consumo di carbone è in sensibile aumento dovuto quasi sicuramente al forte rincaro del petrolio( circa 24 - 25 a dollari al barile) in rapporto al suo futuro esaurimento. Le scorte di carbon fossile secondo le stime sono tali da assicurare l'approvvigionamento di circa 200 anni. Considerando l'uso sconsiderato del carbone, per il suo alto potere di inquinamento, l'uomo dovrà impiegarlo con metodi tecnologicamente avanzati. Attualmente vi sono diverse tecniche per l'utilizzo del carbone:
- ciclo di utilizzazione a carbone polverizzato( viene usato negli impianti termici e termoelettrici )
- processo di pirolisi( si usa per produrre il coke e il gas di cokeria)
- processo di ossigenolisi( si ottengono combustibili gassosi )
Il processo a carbone polverizzato consiste nel polverizzare il carbone molto finemente.
Il processo di pirolisi consiste nella distillazione a secco del carbone(litantrace) alla temperatura di circa 1000°.
Il gas di cokeria contiene idrogeno, metano, ossido di carbonio, acido cianidrico, ammoniaca e idrocarburi. Inoltre viene usato come combustibile dopo averlo purificato dai composti azotati e solforati.
Il processo di ossigenolisi è il procedimento che serve per ottenere la trasformazione del carbon fossile in combustibili gassosi. Tale processo consiste nell'eliminazione, tramite l'idrogenolisi, dei gas inquinanti prima di essere immesso nei metanodotti.
I prodotti che si estraggono da un tonnellata di carbon fossile sono:
- 745 chilogrammi di coke
- 195 di gas
- 50 di catrame
- 6 di benzolo
- 2, 5 di ammoniaca
- 1, 5 di cianuri
IL POTERE CALORIFICO DEI COMBUSTIBILI
I combustibili fossili si distinguono oltre per il loro stato, anche per il loro potere calorifico. Si definisce potere calorifico di un combustibile la quantità di calore prodotta dalla quantità di combustione completa di un chilogrammo di combustibile. Il potere calorifico si misura in K cal/Kg per solidi e liquidi, in K cal per metro, per i combustibili gassosi.
La K cal è la quantità di calore che occorre per elevare di un grado centigrado( da 14,5 a 15,5) la temperatura di un chilogrammo di acqua distillata.
Le fonti di energia si dividono in: esauribili ( non rinnovabili ), inesauribili ( rinnovabili ).
Tra le inesauribili vi sono forme energetiche come il Sole, il vento e le maree che sono variabili, mentre altre forme come le acque sono costanti.
Tra le fonti esauribili invece trovano posto i carboni, il petrolio, metano, le fonti dei vapori naturali e i combustibili nucleari.
Per ogni combustibile è possibile stabilire la causa, l'effetto e la forma di energia che esso ci dà:
COMBUSTIBILE
CAUSA
EFFETTO
FORMA DI ENERGIA
CARBONE
Brucia
Calore
Energia termica
PETROLIO
Brucia
Calore
Energia termica
ACQUA
Precipita nelle condotte forzate
Rotazione della turbine
Energia meccanica
VENTO
Investe le pale di un rotore
Rotazione delle pale
Energia meccanica
SOLE
Illumina le celle foto voltaiche
Impulsi elettrici
Energia elettrica
VAPORI NATURALI
Emissione di vapori
Rotazione di una turbina
Energia meccanica
COMBUSTIBILE NUCLEARE
Subisce la rottura del nucleo
Calore
Termonucleare

DATI
AMERICA DEL NORD
RUSSIA
RESTO DEL MONDO
EUROPA
ASIA
ANTRACITE
2100
1000
2000
550
1000
LITANTRACE
2100
1000
2000
550
1000
LIGNITE
950
200
/
85
50
TORBA
10
70
/
45
/
I combustibili fossili sono sostanze naturali che si estraggono dal suolo a grandissime profondità le quali a contatto con l'ossigeno possono bruciare sviluppando calore e luce.
- Carboni = carbonio libero
- Petrolio e metano(idrobarburi) = idrogeno e carbonio
- Legna e oli vegetali = idrogeno di carbonio e ossigeno
I combustibili generano energia, le macchine termiche sfruttano l'energia termica e la trasformano in meccanica. Il petrolio è una miscela di idrocarburi liquidi, gassosi e solidi. Gli idrocarburi sono composti chimici formati da idrogeno e carbonio. Il petrolio è la più importante risorsa energetica mondiale ed è la materia prima di base dell'industria petrolchimica. Il petrolio è il prodotto della trasformazione di organismi vegetali ed animali, in seguito a complessi processi fisici e chimici che si sono svolti nel corso della lunghissima storia della Terra e che hanno portato alla formazione di quelle rocce dette sedimentarie. I depositi sul fondo marino formati dagli organismi morti, dai detriti e dalle sostanze minerali prendono il nome di sedimenti. In questi sedimenti gli organismi si sono scomposti in sostanze chimiche formate solamente da idrogeno e carbonio, gli idrocarburi. Gli idrocarburi che si formavano potevano essere liquidi e gassosi; essi quindi tendevano a risalire attraversando gli strati di rocce permeabili sino a quando non incontravano uno strato impermeabile; allora questi idrocarburi impregnavano le rocce che divennero rocce magazzino. Durante le ere geologiche avvennero giganteschi sconvolgimenti della crosta terrestre, per questo motivo le rocce magazzino possono essere oggi anche molto distanti dalle località originarie. Gli idrocarburi si sono quindi accumulati nella parte più alta di rocce porose coperte da rocce impermeabili. È molto importante ricordare che il petrolio impregna le rocce e non forma laghi o fiumi sotterranei. Il petrolio greggio è necessario sottoporlo a delle lavorazioni che consentono di separare i vari componenti: cioè avviene in complessi chiamati raffinerie. Il petrolio, riscaldato fino alla temperatura di ebollizione, è inviato in una collana di frazionamento. Sui piatti posti in cima alla colonna si depositano gli idrocarburi più leggeri mentre invece gli idrocarburi pesanti si depositeranno alla base della colonna.

Esempio



  



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