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A G A
”
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA ” DE ICA FACUL ACULT TAD DE INGENIERIA I NGENIERIA QUIMICA Q UIMICA QU IMICA
TEMA: “USO DEL GAS LICUADO DE PETROLEO (GLP) EN EL
PARQUE AUTOMOTOR EN LA PROVINCIA PROVINCI A DE ICA, COMO COM O ALTERNATIVA PARA LA DISMINUCION DEL DIOXIDO DE CARBONO EN LA CONTAMINACION DEL AIRE” PRESENTADO POR: MAG. ING. ROSALIO CUSI PALOMINO
ICA – PERÚ
UBICACION ECUADOR
COLOMBIA
PERU
BRASIL
CAMISEA
PLANTA LNG Km 169
Lima
Pisco PLANTA FRACCIONAMIENTO
S A G S I D O U L I Q
PLANTAS de SEPARACION Y A I CRIOGÉNICAS V I
L O B
Lago Titicaca
GASODUCTO POLIDUCTO CHILE
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Frente a esta problemática nos hemos planteado el siguiente problema metodológico: ¿ En que medida el uso del GLP en el parque automotor es una alternativa para la disminución del dióxido de carbono? Objetivos del Proyecto: Objetivo General: Disminuir las emisiones del dióxido de carbono, usando GLP como combustible alternativo en el parque automotor. Objetivos Específicos: •Determinar que con GLP. se obtiene prácticamente los mismos rendimientos y potencias que con la gasolina. •Determinar que este combustible carece de azufre y de plomo, minerales muy corrosivos que perjudican el motor y disminuyen la contaminación. •Determinar las ventajas económicas en comparación con los otros combustibles. HIPOTESIS DE TRABAJO: El uso del Gas Licuado de Petróleo como combustible, es una alternativa para la disminución del Dióxido de carbono en la contaminación del aire.
DEFINICIÓN. El gas natural, es un combustible fósil, formado por una mezcla de hidrocarburos livianos que van desde el C1 al C4, siendo el principal componente el metano (CH4) en un porcentaje que va entre el 70 y 99%, dependiendo del yacimiento.
CLASIFICACIÓN. El gas natural se clasifica de diferente manera, atendiendo a diversas circunstancias, algunas de las cuales estableceremos aquí: a) Po Porr la la form formaa com como o se en encu cuen entr traa en el ya yaci cimi mien ento to:: • Gas natural asociado. • Gas no asociado. b) Por la concentración de impurezas que contenga: • Gas natural ácido. • Gas natural dulce (Sweet gas) • •
c) Por su contenido de fracciones condensables. Gas natural rico. Gas natural seco.
USOS DEL GAS NATURAL. El gas natural se emplea en la producción de GLP y de la gasolina natural. También se le emplea como materia prima en la industria petroquímica. TIPOS COMERCIALES DE GAS NATURAL • Gas Natural comprimido (GNC).
• Gas Natural Licuado (GNL).
CARACTERÍSTICAS DEL GAS NATURAL DE CAMISEA. Composición química: TABLA 2.1 COMPOSICIÓN COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL GAS NATURAL NATURAL DE CAMISEA CAMISEA
Metano
95.9 - 97.8%
Etano
0.6 - 1.6%
Propano
0- 0.2%
Butano
0%
Pentano
0%
Dióxido de carbono
0.4 - 1.2%
Nitrógeno
0.8 - 1%
Fuente: TGP. Composición media del Gas Natural recibido en el city gate de Lurín.
Características de la combustión:
Contenido en azufre del odorizante Peso específico Densidad relativa al aire Poder calorífico superior a 0º C Poder calorífico inferior a 0º C Poder calorífico superior a 15º C Poder calorífico inferior a 15º C Índice de Wobbe Volumen de aire teórico para la combustión. Concentración máxima de CO2 en humos Secos Volumen de humos secos (por m3 de gas) Volumen de humos húmedos (por m3 de gas) Límite inferior de inflamabilidad en el aire Límite superior de inflamabilidad en el aire
6,6 mg / Nm3 0,808 kg/ Nm3 0,625 10,474 kcal / Nm3 9.929 “ 9.450 “ 8.958 “ 13.249 “ 10,47 m3aire/m3gas 12,08 % 9,39 m3 12,44 m3 4,8 % (de gas) 13,5 %(de gas).
REACCION DE COMBUSTION Las correspondientes reacciones de la combustión Teórica de la gasolina y del gas natural con el aire, son las siguientes: Combustión de la gasolina:
Combustión Del Gas Natural:
GAS LICUADO DE PETRÓLEO (GLP) DEFINICIÓN.
El gas licuado de petróleo (GLP) es una mezcla de propano y butano en proporciones definidas. Se transporta en tanques y balones para utilizarse como combustible. CARACTERÍSTICAS DEL GLP
El proceso del refino del petróleo proporciona entre otros productos, los GLP (Gases Licuados del Petróleo) entre los que destacan el butano y el propano. Uno de sus principales constituyentes es el gas propano, hidrocarburo saturado formado por tres carbonos e hidrógenos en forma de gas que se licua a presión. Su fórmula química es C3H8. El propano se suministra a granel en tanques para uso individual y uso colectivo (gas canalizado para viviendas y urbanizaciones). El gas propano no contiene azufre, su combustión no libera cenizas ni olores, por lo que es considerado una de las fuentes de energía más limpias.
VENTAJAS DEL GLP El GLP puede almacenar gran cantidad de energía en un espacio reducido, pues cada kg. contiene 11 000 Kcal de energía no tóxica y no corrosiva. No contiene azufre ni plomo, lo que lo convierte en uno de los productos más inofensivos para el medio ambiente. Al ser un combustible limpio es ideal para aplicaciones que requieran una elevada calidad y exigencia en los procesos de producción. Los beneficios del gas propano son: • Alto poder calorífico • Alta eficiencia de combustión • Mas Limpio, sin residuos significativos de azufre • No tóxico • No corrosivo • Odorizado por cuestiones de seguridad
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS El GLP es un gas incoloro con olor a gas natural, extremadamente estable, no tiene acción corrosiva para los metales, no reacciona con la humedad; muy soluble en agua, soluble en alcohol y cloroformo, su punto de ebullición es de –0,5°C y su punto de condensación de – 33°C, la presión de condensación es aproximadamente de dos atmósferas a 32°C, el peso específico del líquido a 0°C es de 0,599 y el peso específico del vapor es de 2,07 a 0°C.
COMPOSICIÓN QUÍMICA Posee una pequeña cantidad (generalmente hasta unas 50 ppm) de etil mercaptano (como agente odorizante) es comúnmente añadido para facilitar la detección de fugas. Contiene < 0,1% 1,3-butadieno. Mezcla de hidrocarburos predominando propano y Butano. USOS DEL GLP Se emplea en la síntesis orgánica, como material de partida para la obtención de caucho sintético y combustibles líquidos de alto octanaje; combustible doméstico y para aplicaciones industriales; manufactura de disolvente, refrigerantes, enriquecedor de gases, propulsor de aerosoles, etc
ESPECIFICACIONES PETROPERÚ DEL GLP
Parámetro Etano, % vol Propano, % vol Butano, % vol Pentano, % vol Acido sulfídrico, ppm Agua libre, % vol Prueba de la mancha Corrosión lámina de cobre Azufre total, ppm
Mínimo
Máximo
30
-
Nulo Nulo Pasa Pasa
70 2 Nulo Nulo Pasa Pasa 60
SEGURIDAD EN LOS VEHÍCULOS A GLP Los vehículos a GLP que se compran al fabricante tienen que cumplir con estándares muy elevados de calidad y seguridad. Los vehículos a GLP cumplen muchos requisitos de seguridad en relación al combustible, como son que el depósito del GLP tenga la resistencia necesaria para aguantar el impacto del vehículo en caso de accidente; una válvula de escape de presión del GLP en el depósito por si este sufriera un recalentamiento; o que las conducciones de GLP sean de materiales apropiados y vayan a un distancia mínima de seguridad de los conductos de gases de escape.
APLICACIÓN DE GLP AL AUTOMÓVIL La transformación de un vehículo propulsado por un motor de gasolina a otro que utilice el GLP (Gas Licuado del Petróleo) no es complicada, además se hace de tal forma (sistema dual), para que el vehículo mantenga todos los elementos necesarios para seguir funcionando también con gasolina y que el conductor con tan solo accionar un interruptor (conmutador) pueda elegir que combustible usar en el momento deseado he inclusive estando el vehículo en marcha. Es por ello que al instalar el equipo de GLP no modificamos en nada la estructura interna del vehículo; solo le añadimos un nuevo equipo. La instalación del equipo es tan sencilla que no dura más de 8 horas.
Característica del butano: Temperatura de vaporización próxima a 0ºC, lo que puede originar problemas de arranque con temperaturas inferiores a 0ºC. Indice de octano (IO) equivalente a 93 de la gasolina. Más barato que el propano se licua más fácil y hay mas reservas de estos gases en la tierra. El butano comercial tiene hasta el 25% de propano.
Características del propano: Temperatura de vaporización -40ºC, no hay problemas de arranque en tiempo frió. Índice de octano (IO) hasta 125. Más caro, menos abundante y mas difícil de licuar que el butano. El propano comercial lleva hasta el 15% de butano y a 40ºC esta licuado a una presión de unas 15 atmósferas.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL GLP Como ventajas podemos enumerar: Funcionamiento suave, buenas aceleraciones, motor mas elástico, no hay picado ni autoencendido. Igual o mayor potencia, mas vida útil del motor, menos mantenimiento. Combustible mas barato y seguro contra incendios en caso de accidente debido a la robustez de las botellas. El consumo y el mantenimiento por km se reduce casi a la mitad. Los aceites lubricantes del motor se mantienen limpios más tiempo debido a la ausencia de depósitos carbonosos. Mayor potencia y mayor par motor a carga parcial (arranques, paradas, aceleraciones y desaceleraciones) que suele ser el régimen de funciona-miento usual del autobús, taxis y demás servicios públicos.. No contienen plomo ni azufre
Por
su condición de gas, facilita una combustión más completa y limpia, que se refleja en la reducción del 90% de emisión de partículas. Tiene mayor resistencia al autoencendido que la mejor gasolina, por tener 103 octanos. Sus gases de escape son limpios, por tanto reduce la contaminación ambiental. Un menor consumo de aceite, al prolongar las características lubricantes de este. Un aumento de la suavidad de funcionamiento del motor y una apreciable reducción del nivel de ruido, sea cual sea la velocidad del vehículo. Como inconvenientes podemos señalar: Espacio que ocupan las botellas o depósitos. El suministro es muy puntual.
VENTAJAS COMPARATIVAS Un litro de G.L.P. pesa aproximadamente 520 gramos a una presión de una atmósfera y a 15º C, mientras que un litro de gasolina, pesa aproximadamente 720 gramos a la misma presión y temperatura. El rendimiento más bajo calculado en combustión de G.L.P. es aproximadamente 11.000 kcal/kg. Para la gasolina es alrededor de 10.500 kcal/kg. Es importante destacar que con G.L.P. se obtiene prácticamente los mismos rendimientos y potencias que con gasolina, y si tenemos en cuenta el precio mucho más bajo del G.L.P., comprenderemos la ventaja económica de su utilización.
El GLP es mucho menos contaminante que el combustible diesel, no sólo en las emisiones gaseosas, (CO2, NOx, CO, HC, etc.), sino también en las acústicas. Las vibraciones de un motor a GLP son sensiblemente inferiores a las de un motor diesel. Con motores a GLP se reducen notablemente los olores de la combustión (muy notorios en GNC y diesel) y los humos de la aceleración. El GLP se almacena en estado líquido mediante pequeñas presiones, lo que facilita su transporte, pero al entrar en contacto con el aire y perder la presión, se transforma automáticamente en gas, lo que significa que ante un accidente no hay derrame de combustible, disminuyendo las posibilidades de incendio.
CONSUMO, RECORRIDO Y RENDIMIENTO DE VEHÍCULOS
Seg egme ment ntoo (* (*)C )CO ONS NSU UMO DE COMBUSTIB LE Gal/día Automóvi 1.2 l Bus 10.6 Camión 10.7 Combi 8.1 Taxi 3.2
(*)RECORRIDO
RENDIMIE NT0
Km/día
Km/mes
Km/galón
24
720
20
150 81 109 92
4500 2430 3270 2760
14 8 13 29
ALMACENAMIENTO DEL GAS INSTALACIONES DEL SISTEMA DE GAS EN VEHÍCULOS. Sistemas de almacenamiento de a Lado. Para poder utilizar el gas natural en vehículos, es necesario comprimirlo a altas presiones o licuarlo, para que sea posible almacenar una cantidad aceptable de gas en los cilindros que actúan como depósitos, y así lograr una Cierta autonomía de la unidad.
ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL El objetivo principal de utilizar gas natural como combustible es la importante reducción de impacto ambiental respecto a los que utilizan derivados del petróleo, gasolina y combustible Diesel. Por una parte, existe una elevada dependencia de los derivados del petróleo lo que puede acortar la vida útil de sus reservas, que actualmente se estiman en 40 años; por otra parte, el alto contenido en carbono conlleva a la emisión de grandes cantidades de CO2 a la atmósfera atmósfera lo que acelera el efecto invernadero y el consiguiente cambio climático global del planeta; además de CO2 se emiten óxidos de nitrógeno y azufre que favorecen la lluvia ácida que perjudica a los cultivos y corroe los metales.
Tipo
Aspectos ambientales
200 180
Gasolina
160
Gasolina Post GNV
140
CO (%)
2.63
5.4
0.37
85
CO2 (%)
13.65
11.91
12.6
7
O2 (%)
0.05
0.05
0
100
HC (ppm)
130
184.5
101
22.3
NOx (ppm)
108
51
57
47.2
120 100 80 60 40 20 0 CO(%)
CO2(%)
O2(%)
HC(ppm)
Gasolina Diesel 2 GLP Disminución (%)
Nox(ppm )
Emisiones Contaminantes. Óxidos de Nitrógeno (NO) y (NO2 (NO2). ). La fuente principal de los NOx es la combustión de combustibles fósiles, en motores a explosión y otros procesos industriales. Los óxidos de nitrógeno se transforma en nitratos y en ácido nítrico los que contribuyen a la lluvia ácida. Oxidos de Azufre (SO2). De la combustión de derivados del petróleo pesados, proviene el 75% de las emisiones SO2, reacciona con otros contaminantes y causa nieblas sulfurosas. El destino de los óxidos sulfurosos es precipitar e incorporarse a la tierra y a los océanos. El Material Particulado (PM 10) Componentes principales: polvo, hollín, plomo, sulfatos e hidrocarburos. Un 40 % del material particulado esta compuesto por partículas de tamaño menor a 10mm y el 70% de éste son emitidas por los motores diesel.
DESCRIPCIÓN DE TECNOLOGÍAS PARA REDUCIR EMISIONES EN VEHÍCULOS Los Catalizadores van instalados entre el motor y el tubo de escape. Son estructuras cerámicas en forma de colmena con una capa de metales nobles, normalmente platino, rodio y/o paladio: • La recirculación de los gases de escape (EGR): es una técnica con la que se consigue reducir las emisiones de NOX del vehículo • La reducción catalítica selectiva (SCR): es una tecnología más eficiente incluso, en la reducción de emisiones de de NOx, aquí se da la reacción [4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6 H2O].
Los Filtros diesel de partículas (DPFs): Eliminan las partículas de los gases de escape Llegan a capturar el 90% de las partículas en forma de hollín que posteriormente eliminan mediante regeneración térmica para evitar que el filtro se sature y deje de funcionar. La inyección directa (DI), Popular en los vehículos turismo diesel desde los últimos años de la década pasada. El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión y reducen las emisiones de CO2, pero emiten más partículas y son normalmente más ruidosas.
ESTUDIO DE MERCADO Oferta del GLP. En la oferta se se tiene como principales abastecedores de GLP a los gasocentros existentes existentes hasta el momento momento que abastecen abastecen el parque automotor de de la ciudad ciudad de Ica y que son: GASOCENTRO
DISTRITO
PROVINCIA
- El PECSA Subtanjalla Ica - El Oasis Subtanjalla Ica - Repsol Parcona Ic a - Triveño Ica Ica En la actualidad los gasocentros se abastecen de GLP de la Planta de Pisco, por vía terrestre en vehículos especiales los cuales descargan el GLP en depósitos para luego ponerlo a disposición del usuario mediante surtidores especiales.
El precio de los Combustibles en la actualidad en la provincia de Ica es el siguiente: COMBUSTIBLE GLP Diesel 1 Diesel 2 Gasolina 84 Gasolina 90 Gasolina 95
PRECIO GALON (SOLES) 6.43 11.48 11.90 12.39 14.15 15.49
Demanda del GLP En la tabla 9.1 se muestra la cantidad de parque Automotor en la Provincia de Ica. Donde claramente se observa que el potencial está en los vehículos a gasolina que son 15 704, principalmente los taxis que son 9 264 vehículos. PARQUE AUTOMOTOR DE LA CIUDAD DE ICA
Se g m e n t o
Gasolina
Petróleo
TOTAL
Automóvil
4219
218
443 7
Bus Camión Camioneta
112 0 1872
4175 2354 3612
428 7 235 4 548 4
Combi Taxi Sub total
237 9264 15704
1395 497 1225 1
163 2 976 1 279 55
INVERSIONES DE INSTALACIONES DE GASOCENTROS Queda claro que el costo de las instalaciones depende de: • Instalaciones necesarias para instalar el gasocentro:
- Tendido de desde desde la red de gas natural - Extensión de las instalaciones • Las instalaciones internas del establecimiento: -
Sistema de compresión Surtidores Instalaciones electromecánica Obra civil
Instalaciones internas Sistema de compresión (Compresor de 600 Nm3/hora y 1,600 litros de almacenamiento)........................U$S 170,000 Dos surtidores (Cuatro mangueras de carga)............................U$S 22,000 Instalaciones electromecánicas ........................ U$S 40,000 Obra civil............................................................U$S 90,000 TOTAL INTERNA(*)..........................................U$S 322,000 (*) No se considera el valor del terreno
Instalaciones externas Ducto de aproximación...................................... U$S 24,000 TOTAL EXTERNA ...................................... U$S 24,000 TOTAL GENERAL
...................................... U$S 346,000
GASOCENTROS
G VIRTUALES GASOCENTROS
DIFERENCIAS DEL GN FRENTE AL GLP
El GLP (gas licuado licuado de petróleo) es una mezcla de Propano (C3H8) y Butano (C4H10) esta mezcla es mas pesada que el aire en cambio el GN que básicamente es Metano (CH4) es menos pesado que el aire y ante una fuga se va a la atmósfera. El GN llega al centro de consumo por tuberías a baja presión mientras que el GLP se transporta en balones.
El GLP esta en forma de gas a presión atmosférica y se licua a bajas presiones, mientras el GN se licua da -162 C a presión atmosférica. atmosférica.
Los balones de GLP normalmente están entre 5 a 10 Kg/cm2 o (70 a 140 lb/pulg2) mientras si queremos almacenar el GN y obtener el GNC por ejemplo, para uso vehicular será en cilindros de alta presión 200 Kg/cm2. (2 800 PSI)
La combustión con GN es menos contaminante, pero la emisividad de calor es menos que con GLP, así como la velocidad de propagación de la llama.
El costo del GN es menor que el GLP.
CONCLUSIONES Al término de nuestra investigación podemos concluir en lo siguientes puntos: El gas natural es un combustible más barato y menos contaminante que los combustibles tradicionales como son las gasolinas y el combustible Diesel. El gas natural vehicular es aun un combustible de insipiente aplicación en los vehículos de combustión interna, en nuestro país. Su uso está restringido actualmente a un pequeño sector de la capital. El Gas Licuado de Petróleo, en la actualidad está siendo empleado en forma masiva como combustible en los vehículos ligeros, tales como los taxis y las camionetas, con excelentes resultados económicos y ecológicos. Todos los motores a gasolina pueden ser convertidos a GLP o a GNV, con la adición al sistema de un kit que permite el empleo de dichos combustibles sin modificar el motor.
Los motores Diesel pueden ser convertidos para trabajar con gas natural o GLP, adicionando al sistema un Kit. En este caso solo permite permite trabajar trabajar con un 80% 80% de gas y se requiere de un 20% de Diesel para encender el gas durante la combustión de la mezcla. Es posible también realizar una ottonización del motor Diesel, cambiando el sistema de inyección del combustible, por el sistema de encendido por chispa y reduciendo la relación de compresión. Fundamentalmente se debe reducir la relación de compresión y reemplazar la bomba inyectora y sus respectivos inyectores, por un sistema de encendido eléctrico o electrónico. Económicamente el GLP resulta ser un combustible más barato, con un rendimiento aproximado de 40% en relación con la gasolina. Ica posee actualmente un parque automotor con 9 761 taxis de los cuales a la fecha se han convertido a GLP 385 unidades. Según nuestro estudio hasta el 2 012, se habrán convertido a GLP, un total de 6 519 unidades entre automóviles (172), Buses (825), Camiones (203), Combis (104), Taxis (5 215).
