La necesidad de oxidar grandes
cantidades de combustibles provenientes del petróleo para la obtención de la
energía que requiere actualmente nuestra sociedad.
Los combustibles son de gran
importancia porque producen grandes cantidades de energía calorífica, utilizada
para elaborar diversos productos o para generar mecánica, eléctrica o luminosa.
En general a la combinación
del oxigeno con otros elementos se le denomina oxidación. La oxidación puede
ser un proceso lento, como la respiración, pero si es rápida se le denomina
combustión. El fuego puede ser definido como una combustión rápida con
desprendimiento de luz y calor.
Existen diversos tipos de
combustibles. Entre los combustibles sólidos se encuentran el carbón, la madera
y la turba. El carbón se quema para calentar calderas de agua que puede
vaporizarse para mover maquinas de vapor o directamente para producir energía
utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se utilizan
principalmente para la calefacción domestica de la industria, aunque la
turba se ha utilizado para la generación de energía y las locomotoras que
utilizaban madera como combustible.
Dentro de los combustibles
fluidos tenemos el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) y los
gaseosos, como el gas natural o los gases licuados de petróleo, representados
por el propano y el butano. Las gasolinas, gaseosos los gases se utilizan en
motores de combustión interna. Las gasolinas, gasóleos e incluso los gases se
utilizan en motores de combustión interna.
Los combustibles comunes
líquidos son gases, la gasolina, y naftas sacadas del petróleo, y, a un grado
menor, el alquitrán de hulla, el alcohol, y el benzol obtenido de la
fabricación de coque. En hornos inmóviles, gases menos volátiles son rociados
por inyectores, con o sin el aire o el vapor, en la cámara de combustión.
En un motor de combustión interna, combustibles volátiles como la gasolina o
una gasolina y la mezcla de alcohol son evaporados y la mezcla admitida en el
cilindro de motor, donde la combustión es iniciada por una chispa. En estos
combustibles, de 16 a 23 kilogramos de aire son requeridos para la combustión
completa de 1 kilogramo de combustible. En motores diesel, el combustible es
inyectado como un rocío atomizado en la cámara de combustión, donde la subida
de temperaturas asociada con la relación de compresión alta de motores diesel
es suficiente para causar la ignición. Combustibles gaseosos como el gas
natural, el gas de refinería, y gases fabricados como el gas de productor por
lo general son mezclados con el aire antes de la combustión para suministrar
una cantidad máxima de oxígeno al combustible. La mezcla de aire de combustible
entonces pública (emite) de los puertos de hornilla en una velocidad más grande
que la velocidad de propagación de llama para prevenir el retroceso de llama en
la hornilla, pero no una gran velocidad para hacer volar la llama de la
hornilla. Si no se pre-mezclan con el aire, estos combustibles por lo general
se queman con ahumado, relativamente refrescan llamas. El gas natural quemado
con el aire puede producir temperaturas de llama superior a 1930 °C (3500 ° F).
El problema que genera la gran
cantidad de CO2 desprendido por los combustibles que se queman
a diario y la producción de CO en combustiones incompletas.
Hay reacciones químicas que
producen gases que son emitidos hacia la atmosfera. En los últimos años, ha
crecido la preocupación acerca del efecto que esas reacciones tienen sobre
nuestro ambiente.
Los procesos naturales emiten
sustancias que pueden ser contaminantes, pero en la mayoría de los casos no lo
notamos ya que, además de se presentan en un área muy grande, se diluyen o
transforman en otras sustancias antes de acumularse o alcanzar niveles nocivos.
En la combustión incompleta
los productos que se queman pueden no reaccionar con el mayor estado de
oxidación, debido a que el comburente y el combustible no están en la proporción
adecuada, dando como resultado compuestos como el monóxido de carbono(CO). Además, pueden generarse cenizas.
El monóxido de carbono (CO) se
forma debido a la combustión incompleta en los motores de los vehículos que
utilizan gasolina. Las emisiones de CO dependen directamente de la
afinación de los motores y de la eficacia en la combustión de los procesos industriales,
de las condiciones y características des sistema vial, el trafico y los
diferentes medios de transportes utilizados en la ciudad de México. Las
emisiones de CO varían según el tráfico; es por ellos que las concentraciones
más altas de este gas se presentan en los periodos de mayor circulación
vehicular. Este contaminante los encontramos en mayor cantidad y es difícil de
eliminar, es incoloro y carece de olor.
El ciclo del dióxido de
carbono comprende, en primer lugar, un ciclo biológico donde se producen
unos intercambios de carbono (CO2) entre la respiración de los
seres vivos y la atmósfera. La retención del carbono se produce a través de
la fotosíntesis de las plantas, y la emisión a la atmósfera, a través
de la respiración animal y vegetal. Este proceso es relativamente
corto y puede renovar el carbono de toda la Tierra en 20 años.
El dióxido de carbono, junto
al vapor de agua y otros gases, es uno de los gases de efecto
invernadero (G.E.I.) que contribuyen a que la Tierra tenga
una temperatura tolerable para la biomasa. Por otro lado, un exceso de
dióxido de carbono se supone que acentuaría el fenómeno conocido
como efecto invernadero, reduciendo la emisión de calor al espacio y
provocando un mayor calentamiento del planeta; sin embargo, se sabe también que
un aumento de la temperatura del mar por otras causas (como la intensificación
de la radiación solar) provoca una mayor emisión del dióxido de carbono que
permanece disuelto en los océanos (en cantidades colosales), de tal forma que
la variación del contenido del gas en el aire podría ser causa y/o consecuencia
de los cambios de temperatura, cuestión que no ha sido dilucidada por la
ciencia.
En los últimos años la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera ha
presentado un aumento. Se ha pasado de unas 280 ppm en la era
preindustrial a unas 390 ppm en 2009 (aun cuando su concentración
global en la atmósfera es de apenas 0,039%). Este aumento podría contribuir,
según el Grupo intergubernamental de expertos sobre el cambio
climático promovido por la ONU, al calentamiento global del
clima planetario; en oposición, otros científicos dudan de que la
influencia de los gases llamados "de efecto invernadero" (básicamente
anhídrido carbónico y metano) haya sido crucial en el calentamiento que se
lleva registrando en promedio en la superficie terrestre (0,6 grados Celsius)
en los aproximadamente últimos 100 años.
La mayor parte del CO2
se produce en la respiración de las biocenosis y, sobre todo, en las
combustiones de productos fósiles (petróleo y carbón), el CO2 es un
componente del aire es utilizado por los vegetales en la fotosíntesis.
El nivel de CO2
en la atmósfera está aumentando de modo alarmante durante los últimos decenios,
debido el desarrollo industrial. Por otra parte se sabe que al aumentar la
concentración de CO2 en la atmósfera aumenta la energía que queda en
la tierra procedente del sol, y ello lo hace en forma de calor, este efecto se
conoce como el efecto invernadero, es causado por la transparencia del CO2, que
por una parte permite pasar mejor la radiación solar y por otra provoca una
mayor retención de la radiación IR emitida desde la tierra.
El problema de la descarga al
aire de hidrocarburos crudos, que participan en la formación de ozono.
El aprovechamiento del
petróleo y del gas natural, recursos minerales procedentes de la generación y
acumulación natural de hidrocarburos, requiere previamente una fase
exploratoria para la localización de posibles yacimientos de hidrocarburos
(sustancias minerales compuestas por combinaciones de carbono e hidrógeno junto
a pequeños porcentajes de otros minerales).
Uno de los principales
problemas de los hidrocarburos es su transporte. Para hacernos una idea
nos centraremos en el transporte marítimo. En el agua, los hidrocarburos se
esparcen rápidamente, debido a la existencia de una importante diferencia de
densidades entre ambos líquidos, llegando a ocupar extensas áreas, y
dificultando por lo tanto sus posibilidades de limpieza. Esto imposibilita la
interacción entre la flora y la fauna marina con la atmósfera, obstruyendo así
el ciclo natural de vida. Si las sustancias contaminantes alcanzan la costa,
debido a la alta permeabilidad de la arena, los hidrocarburos pueden penetrar
hacia el subsuelo contaminando las napas y dejando rastros irreparables en los
reservorios de agua dulce. Anualmente se vierten al mar entre 3 y 4 millones de
toneladas de petróleo. Las actividades de exploración y
explotación de los fondos marinos, constituyen una muy importante fuente
de contaminación. Otra importante causa de contaminación, la constituyen los
vertidos de desechos industriales, que llegan a poseer altas
concentraciones de los derivados más peligrosos de los hidrocarburos.
Si nos trasladamos al medio atmosférico notamos que en la mayoría de las
ocasiones se culpabiliza al CO2, pero los hidrocarburos emanan
muchos otros gases contaminantes:
Los hidrocarburos: El
principal gas de estas características que poluciona la atmósfera es el
metano; en la contaminación por hidrocarburos el metano representaba el 85% del
total, los alcanos el 9%, los alquenos el 2.7%, los alquinos el 1% y los
aromáticos el 2.3 %.
Los hidrocarburos presentan en
general, una baja toxicidad, el problema principal que tiene, es la reactividad
fotoquímica en presencia de la luz solar para dar compuestos oxidados.
Los hidrocarburos oxigenados: En
este grupo se incluyen los alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres, fenoles,
esteres, peróxidos y ácidos orgánicos. La principal causa de su presencia en el
aire está asociada a los automóviles, aunque también pueden formarse por
reacciones fotoquímicas en la propia atmósfera.
La contaminación que producen
las impurezas de los combustibles como el azufre, que al quemarse emiten al
aire los óxidos correspondientes, precursores de la llamada lluvia ácida.
Los denominados gases de
efecto invernadero o gases invernadero, responsables del efecto descrito, son:
-Vapor de agua (H2O)
Si bien todos ellos (salvo los
CFC) son naturales, en tanto que ya existían en la atmósfera antes de la
aparición del hombre, desde que principalmente se enfoco al uso intensivo de
los combustibles fósiles en las actividades industriales y
el transporte, se han
producido sensibles incrementos en las cantidades de óxido de nitrógeno y dióxido de carbono emitidas a la atmósfera, con el agravante de
que otras actividades humanas, como la deforestación, han limitado la capacidad
regenerativa de la atmósfera para eliminar el dióxido de carbono, principal
responsable del efecto invernadero.
El ozono (O3) es un
contaminante poderoso, del cual seguramente ya has oído hablar.
Podemos de hablar de un ozono
favorecedor y uno per judicativo. El primero forma parte de las capas
superiores de la atmosfera (lo encontramos en la atmosfera), donde funciona
como sustancia vital. Ahí el ozono ayuda a filtrar los rayos ultravioleta provenientes
del sol. Es una protección que evita que el 90 por ciento de la radiación
ultravioleta atraviese la atmosfera y cause un daño en las cosechas o en las
células de los organismos vivos, ya que puede provocas cáncer de piel.
El perjudicativo es el que
está a nivel del suelo. En este caso es un contaminante que no se emite
directamente de los escapes o chimeneas; más bien se forma en el aire a partir
de la reacción química de los óxidos de nitrógeno y azufre que resultan de la
quema de hidrocarburos. Cuando se queman combustibles se producen contaminantes
que al ser vertidos a la atmosfera, reaccionan con la luz del sol y forman
ozono. Cuando se queman combustibles se producen contaminantes que, al ser
vertidos a la atmosfera, reaccionan con la luz del sol y forman ozono,
generalmente en los días soleados, con temperaturas que oscilan entre los
24° y los 32°C.
Por lo que durante un día de
invierno la radiación infrarroja que provienen del sol calienta todo lo que nos
rodea, lo que podemos percibir por la tarde al acercarnos a algunos objetos aun
sin tocarlos, esta emisión de calor es debida a la radiación infrarroja
absorbida por objetos.
En la atmosfera es absorbida,
casi completamente, la radiación infrarroja por los gases invernaderos como el
CO2 y el CO vapor de agua, entre otros; calentando el aire y no
dejando que esta escape al espacio, proceso que se compara con el de un
invernadero, provocando un mayor calentamiento de la atmosfera.
Pero no únicamente están
involucrados el CO2 y el CO; sino que también El dióxido de
azufre (SO2) está involucrado directamente; este se genera
principalmente por la quema de combustibles que contienen azufre y por la
producción de energía en las plantas termoeléctricas, además de los vehículos
automotores. Otro factor per judicativo de este oxido es que el dióxido de
azufre es precursor del ozono.
Está compuesto por partículas
sólidas y líquidas en suspensión en el aire. Con tamaños comprendidos entre
0.005 y 0.01 milimicras. Tiene efectos irritantes sobre las mucosas. Provoca el
lagrimeo de los ojos dificultando la visión. A subes evita el paso de la luz, E
incluso puede llegar a ser inflamable y/o explosivo cuando se den las
condiciones adecuadas. Igualmente, el humo irá mezclado con gases tóxicos que
modificarán su color. Siempre a título orientativo, podemos utilizar la
siguiente regla:
HUMO BLANCO.
Arde libremente.
HUMO NEGRO.
Falta de oxígeno.
1) La llama, es un gas incandescente cuya temperatura es
variable, dependiendo de factores como el tipo de combustible y la
concentración de comburente. Cuando un gas en combustión se combina con la
adecuada cantidad de oxigeno, la llama se hace más caliente y menos luminosa.
2) Calor: Son reacciones químicas exotérmicas. El calor es
una forma de energía difícil de medir directamente. Es preciso tener en cuenta
que el calor va a elevar la temperatura de los gases que se desprenden de la
combustión y estos si los respiramos nos van a quemar nuestras vías
respiratorias y su efecto es muy difícil de subsanar.
3) Gases: En todas las combustiones gran parte de los
elementos que constituyen el combustible forman compuestos gaseosos al arder.
Los niveles de tolerancia para el organismo humano, de los distintos
contaminantes, se hallan recogidos en la normativa vigente sobre Seguridad y
Salud. Los gases tóxicos se suelen dividir en 3 tipos: asfixiantes, irritantes
y tóxicos.
Las implicaciones que tiene el
uso de las reacciones de oxidación en la vida moderna.
Una vez extraído y procesado el combustible fósil, puede ser quemado
para usos directos, como impulsar automóviles o calentar edificios, o para
generar energía eléctrica. Los combustibles fósiles son quemados
fundamentalmente para producir energía. Esa energía se utiliza para
impulsar automóviles, camiones, aeroplanos, trenes y barcos en todo el
mundo; en los procesos industriales, y para proporcionar calor, luz y aire
acondicionado a hogares y empresas.
Un combustible (los
combustibles son de gran importancia porque producen grandes cantidades de
energía calorífica, utilizada para elaborar diversos productos o generar
energía mecánica, eléctrica o luminosa), es cualquier material capaz de
liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor
poco a poco. Supone la liberación de una energía de su
forma potencial (energía de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos) dejando
como residuo calor (energía térmica), dióxido de carbono y algún otro compuesto
químico. En general se trata de sustancias susceptibles de quemarse, pero hay
excepciones que se explican a continuación pero
también para mover cosas o objetos muy pesados.
En la actualidad uno de los
usos más importantes de las reacciones de la oxidación son las combustiones ya
que se realiza la acciones de arder o quemar, recordando que en la combustión
se requiere la presencia de oxigeno.
En este proceso de combustión hay grandes cantidades de energía
liberada, en el cual la energía se define como la capacidad de transferir
energía de un cuerpo a otro o de generar un cambio en la materia. Con ayuda de
esta transformación de energía es posible que un automóvil, autobús, un cohete,
etc.; pueda o le sea posible desplazarse a grandes velocidades.
El combustible fósil puede
utilizarse directamente, quemándolo en hornos, estufas, calderas y motores, para obtener calor y movimiento. También puede usarse para
producir electricidad en centrales térmicas o
termoeléctricas. En ellas, mediante el calor generado al quemar estos
combustibles se obtienen vapor de agua, que,
conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento un generador eléctrico, normalmente una turbina.
Una aplicación muy importante
es adquisición de aluminio, que no se encuentra en forma elemental en la
naturaleza sino en óxido. Entonces para obtenerlo puro y poder usarlo se aplica
la reducción-oxidación con el carbono.
También se usa de una manera muy similar para conseguir hierro, que al igual que el aluminio se encuentra en forma de óxido en la naturaleza.
Referencia bibliográfica.
Año: 2008.
Autor: Timberlake
William.
Titulo: Química.
Paginas
consultadas: 77- 80.
Editorial: Pearson
(segunda edición).
País: México.
Año: 15
de junio 2012.
Autor: Antonio
Rico Galicia, Rosa Elba Pérez.
Titulo: Química
1 Agua y oxigeno.
Paginas
consultadas: 200- 207.
Editorial: Colegio
de Ciencias y Humanidades (CCH), Universidad Nacional Autónoma de México
(UNAM).
País: México.
Revisado, cumple
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