MEJORAMIENTO DE COMBUSTIBLES EN EL ECUADOR. OBJETIVOS: ANÁLISIS TÉCNICO.-EMISIONES Y RENDIMIENTO...
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MEJORAMIENTO DE COMBUSTIBLES EN EL ECUADOR
OBJETIVOS:
ANÁLISIS TÉCNICO.-EMISIONES Y RENDIMIENTO VEHICULAR
USANDO DIFERENTES TIPOS DE GASOLINA Y DIESEL
¿CUÁL ERA EL PROBLEMA?
GASOLINAS EN AMÉRICA LATINA Y CARIBE
PARAMETRO/NORMA INEN ACTUAL INEN 2014 EURO 5 RDPNUMERO DE OCTANO Min 90 Min 95 Min 95 Min 95AZUFRE (ppm) Máx 1000 Máx 10 Máx 10 Máx 10PRESION DE VAPOR (kPa) Máx 56 Máx 56 Min 50-Máx 60 Máx 55,1CANTIDAD DE AROMATICOS (% VOL) Máx 35 Máx 35 Máx 30 Máx 30
GASOLINA SUPER
PARAMETRO/NORMA INEN ACTUAL INEN 2014 EURO 5 RDPNUMERO DE OCTANO Min 81 Min 91 Min 95 Min 95AZUFRE (ppm) Máx 750 Máx 10 Máx 10 Máx 10PRESION DE VAPOR (kPa) Máx 56 Máx 56 Min 50-Máx 60 Máx 55,1CANTIDAD DE AROMATICOS (% VOL) Máx 30 Máx 35 Máx 30
GASOLINA EXTRAGASOLINAS EN ECUADOR
DIESEL EN AMÉRICA LATINA Y CARIBE
DIESEL EN ECUADOR
PARÁMETRO/NORMAINEN ACTUAL INEN 2014
EURO 5 RDPDIESEL 2
DIESEL PREM DIESEL OIL
ÍNDICE DE CETANO Min 45 Mín 45 Mín 52 Mín 51 Mín 51AZUFRE (ppm) Máx 7000 Máx 500 Máx 10 Máx 10 Máx 10
PARAMETROINDICE DE CETANO 45 45 46 46 45 45 48 48CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 7000 500 350 50 500 15 7000 500COSTO US$/Galón 1,03 1,03 3,01 3,01 3,14 3,14 6,69 8,39
ECUADOR COLOMBIA PERU CHILE
505,08
484004,73
COSTA R.MEXICO50
URUGUAYEL SALV.
5004,20
4550004,05
45
EMISIONES VEHICULARES, Informe anual, Calidad del Aire 2011
Investigación: La investigación fue de tipo experimental-
longitudinal, se manipuló las variables octanaje en la gasolina y azufre en el diesel, para comprobar los efectos de esta intervención en las emisiones gaseosas y rendimiento vehicular.
Hipótesis:El incremento de octanaje en las gasolinas
reduce las emisiones de contaminantes primarios y mejora el rendimiento del vehículo.
La reducción del contenido de azufre del diesel reduce las emisiones de contaminantes primarios.
EQUIPOS Y MATERIALES:
Vehículo a gasolina: Marca Hyundai, Tucson, 2010, cilindraje 2000 cm3
Vehículo a diesel: Marca Chevrolet, modelo NKR II, año 2009, cilindraje 2800 cm3
Analizador de gases MGT 5 para vehículos a gasolina y dieselMONTANA(Medición por infrarrojo no dispersivo para la determinación de CO, HC y CO2; sensores electroquímicos para la determinación de O2 y NOx; láser para determinación de material particulado. Con margen de medición: inferior a ± 0,6% del valor)
DinamómetroBanco de potencia para autos, camiones, modelo LPS 3000 - MAHA
Gasolinas de prueba (4 TIPOS) (Resultados laboratorio Refinería Shushufindi acreditado OAE)
Diesel de prueba (3 TIPOS) (Resultados laboratorio Refinería Shushufindi acreditado OAE)
1 2 3 4NÚMERO DE OCTANO RESEARCH (ron) 81.50 85.30 87.20 92.40CONTENIDO DE AROMÁTICOS (%VOL) 22.10 23.20 26.00 30.00CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 300.00 380.00 420.00 450.00
PARÁMETROS PRINCIPALES GASOLINAS
1 2 3CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 3510.00 530.00 95.00ÍNDICE DE CETANO, CALCULADO 50.60 50.40 50.10
PARÁMETROS PRINCIPALES DIESEL
PROCEDIMIENTO:1.-Preparación de las gasolinas y
dieselMATERIA PRIMA PRODUCTO
NAFTA ISOMERIZADANAFTA PESADANAFTA LIVIANA
NAFTA REFORMADANAFTA TRATADA
NAFTA IMPORTADA
MATERIA PRIMA PRODUCTOGASOLINA BASE
NAFTA IMPORTADA
GASOLINAS
REFINERÍA ESMERALDAS
REFINERÍA LA LIBERTAD/SHUSHUFINDI TERMINAL BEATERIO/PASCUALES
GASOLINAS
ISOMERIZADA PESADA LIVIANA REFORMADA TRATADA IMPORTADA
NUMERO DE OCTANO RESEARCH 80.00 54.00 72.00 75.00 92.00 93.00
RESEARCH BLENDING NUMBER (rbn) 57.50 50.60 55.00 55.90 63.30 63.90
CONTENIDO DE AROMATIOS (%) 0.00 6.98 0.77 32.00 35.00 27.00
CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 0.00 350.00 80.00 13.00 1100.00 10.00
VOLUMEN PARCIAL NAFTAS (GALONES) 0.00 4.00 4.00 7.00 5.00 5.00
COMPARACIÓN CON NORMA
NUMERO DE OCTANO RESEARCH
RESEARCH BLENDING NUMBER (rbn)
CONTENIDO DE AROMATIOS (%)
CONTENIDO DE AZUFRE (ppm)
VOLUMEN TOTAL DE MEZCLA (GALONES)
INDIVIDUAL
MEZCLA
NAFTAS
ESPECIFICACIONES MEZCLA NTE INEN 935:2012. GASOLINA EXTRA
25.00
81.2057.9922.60
294.44
MÍN. 87.00MÍN. 57.90MÁX. 30.00MÁX. 650
GASOLINA 1
DIESEL 2 (REE)
DIESEL PREMIUM (REE)
DIESEL 2IMPORTADO
DIESEL PREMIUM
IMPORTADOCONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 4300.00 148.00 4300.00 75.00
INDICE DE CETANO, CALCULADO 50.46 51.14 50.46 50.00
VOLUMEN PARCIAL NAFTAS (GALONES) 18.00 3.00 2.00 2.00
COMPARACIÓN CON NORMA
CONTENIDO DE AZUFRE (ppm)
INDICE DE CETANO, CALCULADO
VOLUMEN TOTAL DE MEZCLA (GALONES)
DIESEL 1
MEZCLA
ESPECIFICACIONES MEZCLA NTE INEN 1489:2011. DIESEL 2
DIESEL
INDIVIDUAL
3500.00 MÁX. 7000
50.50 MÍN. 45
25.00
PREPARACIÓN DE DIESEL 1: AZUFRE 3.500 ppm – CETANO 50
PREPARACIÓN DE GASOLINA 1: RON 81 – RBN 57,9
2.-Obtención Certificado de Calidad
3.-Cargue del combustible en los vehículos de prueba
4.-Medición de emisiones y MP en ruta real
2800
2850
2900
2950
3000
3050
ALT
UR
A D
E Q
UIT
O (m
)
RECORRIDO RUTA REAL
CENTRO RTV GUAMANÍ
5.-Medición de emisiones y MP en ruta IM240
6.-Medición de la potencia y torque
RESULTADOS GASOLINAS:
1 2 3 4P-Normal kW 102.48 110.56 110.56 110.76M-Normal Nm 191.28 205.28 205.60 204.90
GASOLINA UNIDADPARÁMETRO
1 2 3 4
REAL 356.92 263.44 147.15 69.25
IM240 313.82 224.28 113.36 50.57
REAL 38.85 41.17 45.71 47.85
IM240 37.47 40.61 42.45 46.15
REAL 0.84 0.43 0.15 0.11
IM240 0.54 0.33 0.15 0.08REAL 13.09 11.69 11.03 10.09
IM240 13.32 12.85 12.55 11.45REAL 6.65 6.20 5.84 5.47
IM240 4.38 3.85 3.42 2.93
HC (ppm)
PARÁMETRO RUTA
NOx (ppm)
CO (%)
GASOLINA
CO2 (%)
O2 (%)
Emisiones:
Potencia y Torque:
RESULTADOS GASOLINAS:Emisiones:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92
EMIS
ION
ES N
Ox
OCTANAJE
NOx (ppm)
30
33
36
39
42
45
48
80 82 84 86 88 90 92 94
EMIS
ION
ES H
C
OCTANAJE
HC (ppm)
10
11
12
13
14
80 82 84 86 88 90 92 94
EMIS
ION
ES C
O2
OCTANAJE
CO2 (%)
0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90
80 82 84 86 88 90 92 94
EMIS
ION
ESCO
OCTANAJE
CO (%)
RESULTADOS GASOLINAS:Potencia y Torque:
102.00
103.50
105.00
106.50
108.00
109.50
111.00
1 2 3 4
TIPO DE GASOLINA
POTENCIA (kW)
POTENCIA (kW)
98.00
100.00
102.00
104.00
106.00
108.00
110.00
112.00
1 2 3 4
TIPO DE GASOLINA
POTENCIA (kW)
POTENCIA (kW)
180.00
185.00
190.00
195.00
200.00
205.00
210.00
1 2 3 4
TIPO DE GASOLINA
TORQUE (N.m)
TORQUE (N.m)
180.00
185.00
190.00
195.00
200.00
205.00
210.00
1 2 3 4
TIPO DE GASOLINA
TORQUE (N.m)
TORQUE (N.m)
CONCLUSIONES:
Con gasolinas de 81 a 92 octanos, las emisiones de:NOx se reducen 82% CO se reducen 86%CO2 se reducen 18% HC se incrementan 23%
Las emisiones de HC incrementan debido a que el oxigeno se convierte en el limitante en la reacción, quedando una cantidad de gasolina no combustionada. Al sobrepasar el valor de octanaje de 85-87 octanos no se aprecia un incremento significativo en la potencia del vehículo, lo que significa que a la altura de Quito, a pesar de incrementar el octanaje del combustible no se logra incrementar su rendimiento.
GASOLINAS:
RESULTADOS DIESEL:
Emisiones:
RUTA REAL
PARÁMETRO 1 2 3
NOx (ppm) 301.33 269.29 222.65
HC (ppm) 55.70 30.63 24.70
CO (%) 0.0655 0.0539 0.0446
CO2 (%) 5.9257 5.2906 4.7624
O2 (%) 17.587 16.541 15.661
PM10 (mg/m3) 9.292 4.455 3.125
DIESEL
RESULTADOS DIESEL:Emisiones:
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
DIESEL
CO2 (%)
O2 (%)
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3
DIESEL
NOx (ppm)
HC (ppm)
0.04
0.05
0.05
0.06
0.06
0.07
0.07
0 1 2 3
DIESEL
CO (%)
9.292
4.455
3.125
0.351 0.053 0.0100.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
1 2 3
DIESEL
EMISIÓN DE MATERIAL PARTICULADO PM10 (mg/m3)
CONTENIDO DE AZUFRE EN EL COMBUSTIBLE Azufre (%)
CONCLUSIONES:
Con diesel de 3500 a 100 ppm de azufre, las emisiones de:
NOx se reducen 26% HC se reducen 56%CO se reducen 32%CO2 se reducen 20%PM10 se reducen 66%
La reducción del contenido de azufre en el diesel libera oxígeno para reaccionar con los otros componentes del combustible, logrando una mejor combustión, reduciendo por tanto las emisiones de contaminantes primarios.
DIESEL:
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE DATOS
Se usó el teorema del límite central con un intervalo de confianza del 95%, es importante en el análisis de los resultados de este estudio, en particular los gráficos producidos. Dado que la muestra de los datos tomados aproximadamente forma una distribución normal, 95.45% de los valores de la muestra se encontrará dentro de las dos desviaciones estándar de la media.
CONCEPTO SÍMBOLO VALORHipótesis nula H0 μ1 ≥ μ2
Hipótesis alternativa H1 μ1 < μ2Nivel de significancia α 0.01Tamaño de la muestra 1 n1 54
Tamaño de la muestra 2 n2 106
Media muestra 1 COMB. ACTUAL X1 359
Media muestra 2 COMB. NUEVO X2 69.25
Desviación población 1 σ1 66.89
Desviación población 2 σ2 18.17
Valor de referencia Zc1 -2.33
Valor de referencia Zc2
Prueba Z Z 31.25
CONCLUSIÓN:ACEPTO LA HIPOTESIS NULA : EL NIVEL DE EMISIONES DEL COMBUSTIBLE ACTUAL ES MAYOR AL NUEVO
DOS MUESTRASPRUEBA Z CON σ CONOCIDA
CONCLUSIÓN
LA GERENTE DE OPERACIONES DE UNA EMPRESA PETROLERAinvestiga la posibilidad de modificar el octanaje de combustible.Ella determina mejorar el octanaje si existe evidencia de que lasemisiones de (NOX) disminuyen con respecto a las generadas con elactual combustible. La desviación estándar poblacional de lasemisiones de (NOX) del actual combustible son de 66.89 ppm. ypara el nuevo combustible es de 18.17 ppm. Una muestra de 54registros con el actual combustible indica que la media muestral esde 359 ppm. y una muestra similiar de 106 registros del nuevocombustible indica una media muestral de 62,25 ppm. Usando unnivel de significancia de 0,01, ¿existe evidencia de que la gerentedeba modificar el octanaje de combustible?
31.25-2.33
PRUEBA DE HIPÓTESIS:
OCTANAJESi un combustible no posee el índice de octano
suficiente se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor. A este fenómeno también se le conoce como pistoneo o cascabeleo.
En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero.
CAMBIOS EN LA CALIDAD DE LAS GASOLINAS
EMISIONES VEHICULARES, Informe anual, Calidad del Aire 2011
RESULTADOS GASOLINAS:Emisiones:
356.92
263.44
147.15
69.25
38.85
41.17
45.71
47.85
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
450.00
1 2 3 4
EMIS
IÓN
GASOLINAS
EMISIÓN DE CONTAMINANTES PRIMARIOS POR TIPO DE GASOLINA
HC (ppm)
NOx (ppm)
0.84 0.43 0.15 0.11
13.0911.69
11.0310.09
6.65
6.205.84
5.47
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
1 2 3 4
EMIS
IÓN
GASOLINAS
EMISIÓN DE CONTAMINANTES PRIMARIOS POR TIPO DE GASOLINA
O2 (%)
CO2 (%)
CO (%)
RESULTADOS DIESEL:Emisiones:
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
1 2 3
DIESEL
NOx (ppm)
HC (ppm)
0.0000
0.0100
0.0200
0.0300
0.0400
0.0500
0.0600
0.0700
1 2 3
DIESEL
CO (%)
0.0000
2.0000
4.0000
6.0000
8.0000
10.0000
12.0000
14.0000
16.0000
18.0000
20.0000
1 2 3
DIESEL
CO2 (%)
O2 (%)
9.292
4.455
3.125
0.351 0.053 0.0100.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
1 2 3
DIESEL
EMISIÓN DE MATERIAL PARTICULADO PM10 (mg/m3)
CONTENIDO DE AZUFRE EN EL COMBUSTIBLE Azufre (%)
ANÁLISIS ECONÓMICO:
DENOMINACIÓN DEL CASO
OCTANAJE DE LA GASOLINA 1
OCTANAJE DE LA GASOLINA 2
CASO BASE 81 90CASO 85-90 85 90CASO 87-90 87 90CASO 81-92 81 92CASO 85-92 85 92CASO 87-92 87 92
CASOS ANALIZADOS GASOLINAS:
ANÁLISIS ECONÓMICO:CASO* NAFTAS
VOLUMEN**(BLS)
COSTOS** (USD/BARRIL)
COSTO TOTAL (USD)
DIFERENCIA DE COSTO CON EL CASO BASE
(USD/AÑO)
NAFTAS BAJO OCTANO 8 214 320.31 109.59 900 207 362.59NAFTAS ALTO OCTANO 15 545 365.69 143.91 2 237 133 576.88TOTAL 23 759 686.00 - 3 137 340 939.47NAFTAS BAJO OCTANO 5 738 822.54 109.59 628 917 562.39NAFTAS ALTO OCTANO 18 020 863.46 143.91 2 593 382 460.41TOTAL 23 759 686.00 - 3 222 300 022.81NAFTAS BAJO OCTANO 4 597 635.63 109.59 503 854 888.54NAFTAS ALTO OCTANO 19 162 050.37 143.91 2 757 610 669.14TOTAL 23 759 686.00 - 3 261 465 557.68NAFTAS BAJO OCTANO 7 746 141.06 109.59 848 899 598.96NAFTAS ALTO OCTANO 16 013 544.94 143.91 2 304 509 252.26TOTAL 23 759 686.00 - 3 153 408 851.21NAFTAS BAJO OCTANO 5 270 643.30 109.59 577 609 798.76NAFTAS ALTO OCTANO 18 489 042.71 143.91 2 660 758 135.79TOTAL 23 759 686.00 - 3 238 367 934.55NAFTAS BAJO OCTANO 3 989 002.61 109.59 437 154 795.82NAFTAS ALTO OCTANO 19 770 683.39 143.91 2 845 199 047.12TOTAL 23 759 686.00 - 3 282 353 842.94
AÑO 2012
CASO BASE 81-90 0.00
CASO 85-90 84 959 083.34
CASO 87-90 124 124 618.21
CASO 81-92 16 067 911.74
CASO 85-92 101 026 995.08
CASO 87-92 145 012 903.47
*SE REFIERE AL OCTANO DE CADA TIPOS DE GASOLINA COMERCIALIZADA EN EL PAÍS.
**DATOS DE PRODUCCIÓN Y PRECIOS DEL INFORME OFICIAL DE LA COORDINACIÓN DE PLANIFICACIÓN DE EPPETROECUADOR.
ANÁLISIS ECONÓMICO:
CASOS ANALIZADOS DIESEL:DENOMINACIÓN
DEL CASO
CONTENIDO DE AZUFRE EN EL DIESEL
(ppm)
CASO BASE 7 000CASO 1 3 510CASO 2 530CASO 3 95
ANÁLISIS ECONÓMICO:
DIESEL VOLUMEN REAL(BLS)
VOLUMEN RESTADOEL INCREMENTO DE LA
DEMANDA (BLS)***
COSTOS** (USD/BARRIL)
COSTO TOTAL (USD)
DIFERENCIA DE COSTO CON EL CASO BASE
(USD/AÑO)
DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm) 23 651 285 - 135.45 3 203 566 565DIESEL PREMIUM (500 ppm) 4 146 401 - 136.41 565 610 544 -
DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm DE S) 10 334 503 9 891 178 135.45 1 339 760 111DIESEL AUTOMOTRIZ (3 500 ppm DE S) 18 709 081 17 906 508 135.97 2 434 747 838
DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm DE S) 10 334 503 9 891 178 135.45 1 339 760 111DIESEL AUTOMOTRIZ (500 ppm DE S) 18 709 081 17 906 508 136.41 2 442 626 701
DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm DE S) 10 334 503 9 891 178 135.45 1 339 760 111DIESEL AUTOMOTRIZ (100 ppm DE S) 18 709 081 17 906 508 136.47 2 443 701 091
***PARA EFECTOS DE COMPARACIÓN CON EL AÑO 2011 NO SE DEBE TOMAR EN CUENTA EL INCREMENTO DE LA DEMANDA EN 4.29% RESPECTO AL 2011
*SE REFIERE AL CONTENIDO DE AZUFRE DE CADA TIPO DE DIESEL
**EL COSTO DE DIFERENTES TIPOS DE DIESEL SE OBTUVIERON INTERPOLANDO LOS PRECIOS DE DIESEL DE HASTA 7000 ppm Y 500 ppm DE AZUFRE
CÁLCULOS CON PRECIOS 2012
CASO*
CASO BASE(2011)
2012
CASO 1 5 330 839
CASO 2 13 209 702
CASO 3 14 284 093
CONCLUSIONES:
En cuestión de las gasolinas, el caso más costoso es el caso 87-92, debido a que las Gasolinas Extra y Super incrementan el valor del octanaje al valor máximo planteado en esta investigación, sin embargo este valor es el mínimo utilizado a nivel de Latinoamérica para las gasolinas. En cuestión del diesel, no se tiene una diferencia significativa de costos entre el caso 2 y 3, sin embargo, debido a limitaciones físicas inicialmente es conveniente optar por el caso 2.
COSTOS:
DIFERENCIA ENTRE T Y PT = F x b (brazo de palanca)
P = W/t = F x d / t W = F x d