Problema

ENERGÍA ELÉCTRICA. Central térmica
La central térmica de Castellón (Iberdrola) consta de dos bloques de 800 y 850 MW de
energía eléctrica, y utiliza como combustible “gas natural”, procedente de Argelia.
Sabiendo que, dicho gas natural tiene una densidad de 0´78 Kg/m3 y que su
composición es del 92% de metano, 3´5% de etano y otros gases, se pide. : Si funciona
durante 1 día generando unapotencia eléctrica de 1000 MW y su rendimiento es del
58% (por ser de ciclo combinado); a) ¿Cómo se puede obtener energía del metano y
demás combustibles fósiles?, b) ¿Cómo se genera la energía eléctrica a partir de la
combustión del gas natural? c) ¿Cuántos metros cúbicos de gas se queman diariamente?
d) ¿Cuántos Kg de CO2 se liberan a la atmósfera diariamente? e) Ventajas e
inconvenientes de este tipode centrales.
Datos: Entalpías de formación de los compuestos que intervienen

∆H fCH 4 = −74´87 KJ / mol ∆H fe tan o = −83´8KJ / mol

∆H faguavapor = −241´4 KJ / mol ∆H fCO 2 = −393´13KJ / mol
Para contestar a la pregunta a) del problema de cómo podemos obtener energía del
metano y de otros combustibles fósiles, debemos indicar que se trata de una energía
química, acumulada en sus enlaces comoenergía potencial eléctrica, ya que en el
metano y en los demás combustibles fósiles, esta energía es mucho mayor que en la
acumulada en los enlaces de los productos resultado de su combustión que son el H2O y
el CO2 . Se trata pues de hacerlos reaccionar con el oxígeno del aire, para que los
hidrocarburos fósiles nos proporcionen energía en forma gases (agua y dióxido de
carbono) con moléculas aelevadísima velocidad, lo que significa, gases a elevada
temperatura.

CH 4 ( g ) + 2O2 ( g ) → CO2 ( g ) + 2 H 2O( g )
Para averiguar la energía que se libera en ruptura de unos enlaces y formación de otros
más estables, se ha elaborado por convenio, una entalpía de formación de todos los
compuestos químicos, en condiciones estándar de presión y temperatura (25ºC y 1 at de
presión) partiendo delconvenio siguiente: Todos los elementos, en su forma más estable
(estado alotrópico) en condiciones estándar de presión y temperatura, tienen una
entalpía de formación igual a cero. De esta forma, para averiguar las entalpías de
formación de los compuestos químicos, se determina experimentalmente, la entalpía
involucrada en los procesos de formación de los mismos (energía desprendida o
absorbida enforma de calor a P constante) a partir de los elementos que los constituyen.
Así, una vez conocidas todas las entalpías de formación de todos los compuestos
químicos de manera comparable, podemos conocer la entalpía (energía que se pone de
manifiesto en forma de calor a P constante) correspondiente a cualquier reacción
química, que calcularemos de la siguiente forma:
0
o
0
∆H reacción
= Σ∆Hproductos
− Σ∆H reactivos

Que en el caso concreto de nuestra reacción de combustión del metano sería:
0
0
0
∆H reacción
= ∆H CO
+ 2∆H H0 2 O − (∆H CH
+ 2∆H O0 2 ) = −393´13 − 2(−241´4) −
2
4

(−74´87 − 2(0)) = −801KJ / mol

Esta sería la energía que obtendremos cuando se “quema” un mol de metano. Si se
tratara de etano C2H6(g) la energía sería:

7
0
0
0
0
3
(
∆H reaccion
= 2∆H CO
+
∆
H
−
∆
H
+
∆H O0 2)
2
H 2O
C 2H 6
2
7
0
∆H reaccion
= 2(−393´13) + 3(−241´4) − ((−83´8) + (0)) = −1426´66 KJ / mol
2
Ya que la reacción de combustión de etano será:

7
C2 H 6 ( g ) + O2 ( g ) → 2CO2 ( g ) + 3H 2O( g )
2
En un metro cúbico de gas natural en condiciones normales de P y T , hay una cantidad
de moles de gas que será:

moles =

1000
= 44´64
22´4

(ya que, en condiciones normales de P y T, un mol decualquier gas, ocupa 22´4
litros.)
De estas moles de gas, el 92% serán de metano, el 3´5% de etano, y el 4´5% de gases
restantes (propano, butano...) ya que consideramos los tantos por ciento en volumen.
Luego en un metro cúbico de gas hay un nº de moles de metano de
44´64 x 0´92 = 41´07 moles de metano
44´64 x 0´035 = 1.56 moles de etano, y el resto (2´01moles) de otros gases.
Luego, si quemamos...