¿Termodinámica? ¿Y eso para qué sirve?

Por lo visto ya no se puede negar la crisis energética, el barril de crudo se cotiza a unos 140 dólares, con pequeñas oscilaciones a la baja, pero grandes al alza. No es de extrañar que países como Estados Unidos o España, con gran dependencia energética, empiecen a flirtear con las renovables.

Energías como la eólica y la solar térmica, cada vez tienen más acogida y mayores inversiones, la instalación de parques eólicos y solares, así como la potencia suministrada han aumentado considerablemente en el último año.

Aunque seguimos fallando en investigación (ya que las subvenciones se hacen a la instalación, no a la investigación), lo proyectos de secuestro de CO2, los biocombustibles de segunda generación, la aplicación cada vez más eficiente de la biomasa de calefacción, son avances importantes de cara al futuro.

Volviendo al tema de la crisis energética, concretamente al petróleo y a sus aplicaciones, no se puede negar que hemos llegado al pico de producción (quizá ya no este año, sino hace 4 o 5), pero también quedan reservas sin explotar, esas reservas son las que, al precio de hace 10 años, no era rentable extraer, pero que al precio actual no es una idea descabellada hacerlo.
Las refinerías tienden a renovar sus sistemas de destilado, para obtener rendimientos cada vez mayores. Un ejemplo es la refinería de Repsol de A Coruña, una de las más antiguas de España, pero a la vez cuenta con la tecnología más avanzada. Esta refinería trabaja con crudo maya, uno de los más pesados que existen, la clave está en sacar la mayor cantidad de productos petroquímicos posibles de la mínima cantidad (mínimo coste) de crudo posible.
En una refinería de tal envergadura, la unidad de destilación es solo el principio del proceso. Cada fracción destilada pasa a unidades secundarias de refinería, donde se transforman los hidrocarburos, o simplemente se agrupan según las exigencias del mercado para dar lugar a gasolinas, gasóleos, querosenos, aceites lubricantes, asfaltos, coque de petróleo...

El crudo de petróleo es una mezcla muy compleja de hidrocarburos, con una parte inorgánica como puede ser el agua disuelta en la mezcla, o heteroátomos como el oxígeno, el azufre, nitrógeno... La composición elemental de los hidrocarburos es carbono e hidrógeno, dependiendo el tipo de hidrocarburo, la relación C/H variará considerablemente.

Cada carburante tiene un poder calorífico específico, dependiendo de su relación C/H y los motores de combustión se diseñan en función del carburante que utilizarán: motores OTTO, gasolina, motores de compresión, gasóleos, turbinas y aeromotores, querosenos, etc.

Las reacciones de combustión de hidrocarburos se podrían simplificar así:
CHx + O2 -----> CO2 + H2O
S + O2 -----> SO2 (en el caso de que el combustible contenga azufre)
N + O2 ----> NOx (óxidos de nitrógeno, que no tienen por qué ser NO2)

El CHx y el S aportan calor en la reacción, mientras que el nitrógeno es un gas "inerte" y no se tiene en cuenta para los cálculos de entalpías de combustión.
En los combustibles, tanto sólidos como líquidos o gases, se miden dos poderes caloríficos: el superior y el inferior. La diferencia entre uno y el otro consiste en restar o no, la entalpía de vaporización del agua.
En una reacción como la del metano: CH4 + 2 O2 ----> CO2 + 2 H2O
por cada mol de metano, se producen 2 moles de agua, con lo que, según la Ley de Hess, y siendo una combustión en la que únicamente hubiese metano, el poder calorífico superior sería la entalpía de combustión del propio metano; pero si queremos hallar el poder calorífico inferior, tendremos que restar a la entalpía de combustión del metano, la entalpía de vaporización del agua líquida.
La explicación es muy sencilla: el agua para pasar a estado vapor, debe absorber energía y en esta reacción, la absorbe de la entalpía de combustión del metano.

Para todo esto sirve la termodinámica, con una explicación de andar por casa.

El agua necesita absorber energía para dar energía, es decir, que para que el agua líquida pase a fase vapor, necesita absorber energía del medio, de otra reacción química al fin y al cabo (directa o indirectamente).
Por eso cuando se habla del supuesto motor de agua, se saca a relucir el tema de la termodinámica, porque, nos guste o no, la termodinámica está presente en todas las reacciones químicas y en todos los procesos en los que hay un intercambio o transformación de energía.

Dedicado a Eclectico, que me ha devuelto la fiebre escritora.