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IX.- FUENTES DE ENERGAhttp://libros.redsauce.net/

El carbn es la segunda fuente ms importante de combustible, el 32% de la energa mundial, y es

el combustible fsil ms comn en la generacin de energa elctrica.

A consecuencia de las emisiones resultantes de SO2, los niveles del contenido de S en los carbones

introducen criterios bsicos para su utilizacin.

La gran mayora de los carbones USA sonsubbituminosos

lignticos

, y tienen bajos contenidos de S, lo que

permite cumplimentar de forma econmica, las exigencias del Acta Federal de Aire Limpio y las disposi-

ciones legales sobre lluvia cida.

Las preocupaciones medioambientales, sobre las distintas emisiones de contaminantes, especial-

mente SO2, NOx y CO2, pueden limitar el futuro crecimiento del consumo mundial del carbn.

Sin embargo, en USA, Japn y pases europeos, se estn investigando tecnologas para obtener un

uso limpio del carbn, con el fin de facilitar la reduccin de emisiones contaminantes, a la vez que se me-

jora la eficiencia energtica. En USA, algunas de estas tecnologas se encuentran actualmente en fase

de comercializacin a la espera de su implantacin en las centrales termoelctricas, actuales y futuras.

IX.1.- FORMACIN DE LOS CARBONES

El carbn se ha formado a partir de plantas, por medio de procesos qumicos y geolgicos que han

tenido lugar a lo largo de millones de aos. La deposicin de sucesivas capas de residuos vegetales en re-

giones hmedas o pantanosas, en condiciones que impedan su exposicin al aire y la consiguiente putre-

faccin de los residuos acumulados, junto con la accin bacteriana, la presin y la temperatura actuan-

do sobre la materia orgnica a lo largo del tiempo, contribuyeron a la transformacin de los residuos ve-

getales en carbn, proceso denominado carbonizacin.

El primer producto de este proceso es la turba, que contiene parcialmente descompuestos, tallos,

ramas y cortezas, y que no se suele clasificar como carbn; la turba se transforma progresivamente

hasta llegar a ser lignito, ms carbonizado, que puede llegar a convertirse en antracita.

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Durante la carbonizacin tienen lugar una serie de procesos fsicos y qumicos, que junto con la pre-

sin y temperatura a que est sometido el material orgnico provocan cambios estructurales y qumi-

cos, que incluyen:

- Un incremento en el contenido de carbono

- Una prdida de agua, oxgeno e hidrgeno

- Una notable resistencia frente a disolventes

El proceso de la carbonizacin se representa en la Fig IX.1, en forma esquemtica. El carbn es

muy heterogneo y puede variar ampliamente su composicin qumica, segn sea el yacimiento de pro-

cedencia.

Composicin en % en peso, base seco sin ceniza

Carbono Hidrgeno Oxgeno

Madera 49 7 44

Turba 60 6 34

Lignito 70 5 25

Subbituminoso 75 5 30

Bituminoso 85 5 10

Antracita 94 3 3

Fig IX.1.- Proceso de la carbonizacin

Adems de los componentes orgnicos (carbono, hidrgeno y oxgeno), el carbn contiene impure-

zas, como la ceniza y el S.

Laceniza procede del material mineral o inorgnico, aportado o absorbido durante el perodo de la

carbonizacin. Las fuentes de ceniza incluyen substancias inorgnicas, como la slice, que forman parte

de la estructura qumica de las plantas.

Durante el perodo de carbonizacin la materia orgnica capturaiones inorgnicos

granos minerales

, que estn

presentes en el agua pantanosa.

En los poros y grietas de las vetas de carbn se depositan materias como limo, pizarra y pirita.

El S se presenta en el carbn bajo tres formas diferentes:

- El S orgnico, que forma parte de la estructura molecular del carbn

- El S piritoso, que aparece como mineral pirita

- El S sulfato, principalmente como sulfato de hierro

La principal fuente de S es el in sulfato, presente en el agua. El agua dulce tiene una baja concen-

tracin de sulfatos, mientras que el agua salada tiene un elevado contenido de sulfatos; por esta razn,

el carbn bituminoso de USA, que procede de depsitos orgnicos acumulados en esa regin cuando los

mares cubran la misma, tiene un alto contenido en S.

El carbn es una sustancia compleja y heterognea. A veces resulta til establecer una frmula es-

tructural que pueda servir de ayuda, como modelo y con las debidas precauciones, para ilustrar algunasreacciones del carbn y colaborar en el futuro desarrollo de procesos relacionados con el mismo, como

son la gasificacin, la combustin y la licuefaccin.

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IX.2.- CLASIFICACIN DE LOS CARBONES

El carbn es una sustancia heterognea que abarca amplios campos en su composicin, estructura

y propiedades particulares, por lo que es necesario un sistema de clasificacin de acuerdo con una serie

de calidades, como la alteracin progresiva que ha tenido lugar en el proceso de carbonizacin, cuando seha transformado sucesivamente, a partir del lignito, pasando por los denominados subbituminoso, bitu-

minoso y antracita.

CLASIFICACIN ASTM POR PORCENTAJES.- La clasificacin ASTM se utiliza como criterio,

para definir:

- El valor de los parmetros de materias voltiles

- El carbono fijo determinado en un anlisis inmediato

- El poder calorfico

El sistema de clasificacin ASTM ayuda a identificar las utilizaciones ptimas comerciales de los

diferentes carbones y facilita informacin con vistas a su combustin; se presenta en la Tabla IX.3 y se

describe en la Seccin D388 de las normas del Cdigo ASTM.

El anlisis inmediato es el mtodo de ensayo en laboratorio, y se describe en ASTM-D271; con este

anlisis se determinan:

- El contenido de humedad

- La cantidad de ceniza residual en una combustin completa

- Las materias voltiles que se desprenden cuando se calienta a una determinada temperatura

- El carbono fijo residual tras el desprendimiento de las materias voltiles

La Tabla IX.4 facilita un anlisis inmediato de un carbn (en este caso de West Virginia, USA), talcomo se recibe, que incluye la humedad total presente en el carbn, cuando ste llega a las instalaciones

de la planta energtica.

Para los carbones viejos se utilizan como parmetros de clasificacinel carbono fijo

las materias voltiles

.

La cantidad de estos contenidos se determina sobre base seca y sin materia mineral, mediante la

formulacin desarrollada en 1906 por S.W. Parr, de la forma:

% carbono fijo = Cfijo %=C

fijo 0,15S

100 ( M+ 1,08A + 0 ,55S)

100

% matera voltil = Mvoltil%= 100 Cfijo%

por lb = Btu%=Btu 50S

100 (1,08A + 0,55S)

Frmulas aproximadas:

% Carbono fijo: C fijo %

=C

fijo

100 (1,1A + 0,1 S) 100

% Materia voltil: Mvoltil %= 100 C%

Btu%= Btu100 (1,1A + 0,1S)

en las que:Btu es el poder calorfico por lb, (1 kJ/kg = 2,326Btu/lb)

M es el % de humedad superficial ; A es el % de ceniza ; S es el % de azufre

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Tabla IX.1.- Informacin energtica de la Administracin USA. Estados con mayores reservas comprobadas de carbn (10 9 ton)

Nombre del estado Reservas totales Reservas en el interior Reservas a cielo abierto

USA ton t ton t Ton t % Total USA

Montana 120 109 71 64 49 44 25,3

Illinois 79 72 63 57 16 15 16,5

Wyoming 69 63 43 39 26 24 14,5West Virginia 38 34 33 30 5 4,5 8

Kentucky 30 27 25 23 5 5,4 6,5

Pennsylvania 30 27 28 25 1 0,9 6,2

Ohio 190 17 13 12 6 5,4 3,9

Colorado 170 15 12 11 5 4,5 3,6

Texas 14 13 0 0 14 13 2,8

Indiana 10 9 9 8 1 0,9 2,2

Todos los dems 50 45 24 22 25 23 10,4

TOTAL USA 476 431 321 291 154 140,6 100

Tabla IX.2.- Contenidos en S y reservas comprobadas de USA en interior y a cielo abierto(106 ton)

Rangos de contenido en azu re, %

ESTADO < 1,0 1,1 a 3,0 > 3,0 No Conocido Total

Alabama 624,7 1099,9 16,4 1239,4 2981,8

Alaska 11458,4 184,2 0 0 11645,4

Arizona 173,3 176,7 0 0 350

Arkansas 81,2 463,1 46,3 74,3 665,7

Colorado 7475,5 786,2 47,3 6547,3 14869,2

Georgia 0,3 0 0 0,2 0,5

Illinois 1005,1 7341,4 42968,9 14256,2 65664,8Indiana 548,8 3305,8 5262,4 1504,1 10622,6

Iowa 1,5 226,7 2105,9 549,2 2884,9

Kansas 0 309,2 6956 383,2 1388,1

Kentucky East 6558,4 3321,8 299,5 2729,3 12916,7

Kentucky West 0,2 564,4 9243,9 2815,9 12623,9

Maryland 135,1 690,5 187,4 34,6 1048,2

Michigan 4,6 85,4 20,9 7 118,2

Missouri 0 182 5226 4080,5 9487,3

Montana 101646,6 4115 502,6 2116,7 108396,2

New Mexico 35753 793,4 0,9 27,5 4394,8

North Carolina 0 0 0 31,7 31,7

North Dakota 5389 10325,4 268,7 15 16003Ohio 134,4 6440,9 12534,3 1872 21077,2

Oklahoma 275 326,6 241,4 450,5 1294,2

Oregon 1,5 0,3 0 0 1,8

Pennsylvania 7318,3 16913,6 3799,6 2954,2 31000,6

South Dakota 103,1 287,9 35,9 1 428

Tennessee 204,8 533,2 156,5 88 986,7

Texas 650,9 1884,6 284,1 444 3271,9

Utah 1968,5 1546,7 49,4 478,3 4042,5

Virginia 2140,1 1163,5 14,1 330 1649,9

Washington 603,5 1265,5 39 45,1 1954

West Virginia 14092,1 14006,2 6823,3 4652,5 39589,8

Wyoming 39912,3 14657,4 1701,1 3060,3 53336,1TOTAL 200181,4 92997,5 92571,5 50778 436735,7

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Tabla IX.3.- Clasificacin de carbones en % (ASTM-D388)

Lmites Carbono Fijo Lmites Materias Lmites Poder Calorfico

% uro Voltiles % puro Btu/lb puro Carcter

Clase Grupo (seco, si ceniza) (seco, si ceniza) (seco, sin ceniza) aglomerante

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