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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN
DEL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO
TEMA:
COMPARACION DE LOS COSTOS DE PRODUCCION Y GRADO DE
CONTAMINACION POR EMISIONES EN EL SECTOR INDUSTRIAL DEL
ECUADOR USANDO COMO COMBUSTIBLE GAS NATURAL MEDIANTE
LA SIMULACION DE PROCESOS
AUTOR:
LOPEZ DIAZ GABRIEL JUNIOR
TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
ING. SANDRA PEÑA MURILLO, MSC
GUAYAQUIL – ECUADOR
15 de Junio del 2020
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO: COMPARACION DE LOS COSTOS DE PRODUCCION Y GRADO DE CONTAMINACION POR
EMISIONES EN EL SECTOR INDUSTRIAL DEL ECUADOR USANDO COMO COMBUSTIBLE
GAS NATURAL MEDIANTE LA SIMULACION DE PROCESOS
AUTOR(ES)
(apellidos/nombres):
Lopez Diaz Gabriel Junior
REVISOR(ES)/TUTOR(ES)
(apellidos/nombres):
Luis Eduardo Romero Hidalgo
Sandra Emperatriz Peña Murillo
INSTITUCIÓN: Universidad De Guayaquil
UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ingeniería Química
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:
GRADO OBTENIDO: Título de Ingeniero Químico
FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS: 64
ÁREAS TEMÁTICAS: Petróleo y gases naturales
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PALABRAS CLAVES/
KEYWORDS:
Gas Natural, Contaminación de combustibles fósiles, Simulación de procesos , Costos
de producción
RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): En la presente investigación se realizó la comparación
de los costos industriales y el grado de contaminación por emisiones que se genera
utilizando los combustibles tradicionales en especial el diésel el cual es el más usado en la
industria ecuatoriana frente al gas natural por medio de un programa de Ingeniería
química de código abierto denominado DWSIM para la simulación de las reacciones
químicas de combustión del diésel y el gas natural como generadores de energía en los
procesos productivos de las Industrias , en el cual se evidencio que llegando a obtener la
misma cantidad de energía se pueden reducir hasta en un 22,46% de emisiones de dióxido
de carbono al ambiente utilizando gas natural , también se determinó una variación de los
costos de producción , el cual está en función de los costos indirectos de fabricación ya
que en este elemento de los costos totales de producción se encuentran los combustibles
teniendo así un ahorro de un 3,9296% al mes usado gas natural como combustible
generador de energía frente al diésel como combustible tradicional
ADJUNTO PDF: X SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono:
López Díaz Gabriel Junior
E-mail:
CONTACTO CON LA
INSTITUCIÓN:
Nombre: Universidad de Guayaquil – Facultad de Ingeniería Química
Teléfono: 04-229-2949
E-mail: http://www.fiq.ug.edu.ec/
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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
Guayaquil, 15 de junio de 2020.
Sr. Ing. Bonilla Abarca Luis Alberto, MSC.
DIRECTOR (A) DE LA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Ciudad. -
De mis consideraciones:
Envío a Ud. el Informe correspondiente a la tutoría realizada al Trabajo de Titulación denominado: “Comparación de los
costos de producción y grado de contaminación por emisiones en el sector industrial del ecuador usando como
combustible gas natural mediante la simulación de procesos” del estudiante López Díaz Gabriel Junior, indicando que se ha
cumplido con todos los parámetros establecidos en la normativa vigente:
• El trabajo es el resultado de una investigación.
• El estudiante demuestra conocimiento profesional integral.
• El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento.
• El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.
Adicionalmente, se adjunta el certificado de porcentaje de similitud y la valoración del trabajo de titulación con la
respectiva calificación.
Dando por concluida esta tutoría de trabajo de titulación, CERTIFICO, para los fines pertinentes, que el estudiante está
apto para continuar con el proceso de revisión final.
Atentamente,
______________________________________
TUTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN
Ing. Sandra Peña Murillo
C.I. 0917228801
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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD
Habiendo sido nombrado Sandra Peña Murillo, tutor del trabajo de titulación certifico que el presente trabajo de titulación
ha sido elaborado por López Diaz Gabriel Junior con C.I. 1311394462, con mi respectiva supervisión como requerimiento
parcial para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO.
Se informa que el trabajo de titulación: “Comparación de los costos de producción y grado de contaminación por emisiones
en el sector industrial del Ecuador usando como combustible gas natural mediante la simulación de procesos” ha sido
orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa anti-plagio (URKUND) quedando el ________0______%
de coincidencia.
https://secure.urkund.com/view/62921187-864150-986681#/
_____________________________________
TUTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN
Ing. Sandra Peña Murillo, MSC
C.I. 0917228801
https://secure.urkund.com/view/62921187-864150-986681#/
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INFORME DEL DOCENTE REVISOR
Guayaquil,
Sr./Sra.
Luis Alberto Bonilla Abarca
DIRECTOR (A) DE LA CARRERA DE INGENIERÍA
QUÍMICA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Guayaquil.-
De mis consideraciones:
Envío a Ud. el Informe correspondiente a la REVISIÓN FINAL del Trabajo de
Titulación Comparación de los costos de producción y grado de contaminación
por emisiones en el sector industrial del ecuador usando como combustible gas
natural mediante la simulación de procesos ( del o de los estudiantes: Gabriel
Junior Lopez Diaz .
Las gestiones realizadas me permiten indicar que el trabajo fue revisado
considerando todos los parámetros establecidos en las normativas vigentes, en el
cumplimento de los siguientes aspectos:
Cumplimiento de requisitos de forma:
El título tiene un máximo de 20 palabras.
La memoria escrita se ajusta a la estructura establecida.
El documento se ajusta a las normas de escritura científica seleccionadas por la
Facultad. La investigación es pertinente con la línea y sublíneas de investigación
de la carrera.
Los soportes teóricos son de máximo 5
años. La propuesta presentada es
pertinente.
Cumplimiento con el Reglamento de Régimen Académico:
El trabajo es el resultado de una investigación.
El estudiante demuestra conocimiento profesional integral.
El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento.
El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.
Adicionalmente, se indica que fue revisado, el certificado de porcentaje de similitud,
la valoración del tutor, así como de las páginas preliminares solicitadas, lo cual indica
el que el trabajo de investigación cumple con los requisitos exigidos.
Una vez concluida esta revisión, considero que el estudiante Gabriel Junior Lopez
Diaz está apto para continuar el proceso de titulación. Particular que comunicamos a
usted para los fines pertinentes.
Atentamente
LUIS EDUARDO ROMERO
HIDALGO DOCENTE TUTOR
REVISOR
C.I. 0921954368
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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
Guayaquil, 15 de junio 2020
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR
Habiendo sido nombrado Sandra Emperatriz Peña Murillo, tutor del trabajo de titulación
“Comparación de los costos de producción y grado de contaminación por emisiones en el
sector industrial del Ecuador usando como combustible gas natural mediante la simulación
de procesos”, certifico que el presente trabajo de titulación, elaborado por Lopez Diaz
Gabriel Junior con C.I. 1311394462, con mi respectiva supervisión como requerimiento
parcial para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO, en la Carrera de Ingeniería
Química, Facultad de Ingeniería Química, ha sido REVISADO Y APROBADO en todas sus
partes, encontrándose apto para su sustentación.
_______________________________
DOCENTE TUTOR REVISOR
Ing. Luis Eduardo Romero Hidalgo
C.I. 0921954368
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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO
NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS
Yo, Lopez Diaz Gabriel Junior con C.I. 1311394462, certifico que los contenidos desarrollados
en este trabajo de titulación, cuyo título es “Comparación de los costos de producción y grado de
contaminación por emisiones en el sector industrial del ecuador usando como combustible gas
natural mediante la simulación de procesos”, es de mi absoluta propiedad y responsabilidad Y
SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS
CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia gratuita
intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la presente obra con fines no
académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera
pertinente.
__________________________
Lopez Diaz Gabriel Junior
C.I. 1311394462
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*CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E
INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899 - Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares de derechos de
obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos.- En el caso de las
obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos superiores
técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios superiores, e institutos públicos
de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales como trabajos
de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin
perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales
corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita,
intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.
DEDICATORIA
Dedico este trabajo de investigación a todas aquellas personas que hicieron posible que este
proyecto sea una realidad
López Díaz Gabriel Junior
AGRADECIMIENTO
Agradezco a las personas que me apoyaron en el transcurso de mi carrera y en sentido académico
y como persona, en especial a mi familia y los docentes que estuvieron apoyándome en el
desarrollo de mis conocimientos académicos
Lopez Díaz Gabriel Junior
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INDICE
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................... 12
ÍNDICE DE TABLAS......................................................................................... 14
RESUMEN ......................................................................................................... 1
ABSTRACT ........................................................................................................ 1
CAPITULO I MARCO LOGICO .......................................................................... 2
TITULO DEL PROYECTO .................................................................................. 2
1. ANTECEDENTES ....................................................................................... 2
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 3
1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA .............................................................. 4
1.3 LIMITACION DEL ESTUDIO ........................................................................ 4
1.4 ALCANCE DEL TRABAJO ........................................................................... 5
1.5 OBJETIVOS ................................................................................................. 5
1.5.1 Objetivo general ........................................................................................ 5
1.5.2 Objetivos específicos ................................................................................. 5
1.6 JUSTIFICACION .......................................................................................... 6
1.7 HIPOTESIS .................................................................................................. 7
1.8 VARIABLES ................................................................................................. 7
1.8.1 Variables independientes .......................................................................... 7
1.8.2 Variable dependientes ............................................................................... 7
1.8.3 Operacionalización de las variables .......................................................... 8
CAPITULO II MARCO TEORICO ....................................................................... 9
2. FUNDAMENTO TEORICO .......................................................................... 9
2.1 Principales combustibles usados en el S.I del Ecuador ............................ 9
2.2 Composición del Gas Natural ................................................................. 12
2.3 Producción Gas Natural .......................................................................... 12
2.4 Costos del Gas Natural ........................................................................... 14
2.5 Simulador de Procesos DWSIM.............................................................. 14
2.6 Características del Simulador DWSIM .................................................... 15
2.7 Modelos termodinámicos en la simulación de procesos ......................... 16
2.8 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................. 17
2.8.1 Contaminación de combustibles fósiles ............................................... 17
2.8.2 Composición Química del Diesel ......................................................... 18
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2.8.3 Composición Química Gas Natural ...................................................... 20
2.8.4 Energía de Combustión ....................................................................... 20
2.8.5 Costos de Producción: ......................................................................... 21
2.9 MARCO CONTEXTUAL ............................................................................. 21
CAPITULO III MARCO METODOLOGICO ....................................................... 23
3. METODOLOGIA........................................................................................ 23
3.1 TECNICA............................................................................................. 23
3.2 METODOLOGIA PRACTICA .................................................................. 24
3.2.3 SIMULACION DE LA COMBUSTION DIESEL .................................... 24
3.2.4 Ingreso de los componentes al simulador ........................................ 24
3.2.5 Igualación de las Reacciones Estequiométricas .............................. 26
3.2.6 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación . 27
3.2.7 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador ............... 28
3.3 SIMULACION DEL COMBUSTIBLE GAS NATURAL ............................. 32
3.3.1 Ingreso de los componentes al simulador ........................................ 32
3.3.2 Igualación de las Reacciones Estequiométricas .............................. 33
3.3.3 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación . 34
3.3.4 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador ............... 35
CAPITULO IV ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS ........................... 39
4. RESULTADOS .......................................................................................... 39
4.1 Resultados de la Simulación del combustible Diesel (240gal/mes)..... 39
4.2 Resultados de la Simulación del combustible Gas Natural (1m3/h)........ 40
4.3 Comparación de los Costos de Producción del Diesel y gas Natural ..... 42
4.4 Costo monetario del combustible Diesel en función de su volumen ....... 42
4.5 Costo monetario del combustible gas natural en función de su energía
43
4.6 Grado de Contaminación de los combustibles utilizados en el proceso de
generación de energía (40043 BTU/h).......................................................... 44
4.7 Análisis de resultados................................................................................. 45
5. CONCLUSIONES...................................................................................... 46
6. RECOMENDACIONES ............................................................................. 46
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................... 47
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Producción Nacional de Combustibles en Barriles/día ............................... 11
Figura 2. Mapa del ecuador referente a los campos petroleros .................................. 13
Figura 3. Simulador de procesos químicos DWSIM ................................................... 15
Figura 4. Simulación de una destilación Azeotropica ................................................. 16
Figura 5. Distribución del número de carbonos y porcentaje masivo para el Diesel ... 19
Figura 6. Consumo de gas Natural en el mundo ........................................................ 21
Figura 7. Campo Amistad 196km2 Vista 3D ............................................................... 22
Figura 8. Ilustración 8. Ingreso de los componentes principales al simulador ............ 25
Figura 9. Selección del modelo termodinámico en el simulador ................................. 25
Figura 10. Selección del tipo de reacción química en el simulador ............................ 26
Figura 11. Igualación de la reacción de combustión del diésel en el simulador .......... 26
Figura 12. Ingreso de las Operaciones Unitarias al Simulador ................................... 27
Figura 13. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de
combustión del diésel ............................................................................................... 27
Figura 14. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador de procesos .......... 28
Figura 15. Ingreso de la fracción molar correspondiente al diésel en el simulador ..... 28
Figura 16. Ingreso del flujo molar del oxígeno en el simulador ................................... 30
Figura 17. Selección del proceso termodinámico para la reacción de combustión ..... 30
Figura 18. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador 31
Figura 19. Inicio de la simulación de combustión del diésel ....................................... 31
Figura 20. Ingreso de los componentes principales para la reacción de combustión del
gas natural ................................................................................................................. 32
Figura 21. Selección del modelo termodinámico para la reacción del gas natural ..... 32
Figura 22. Selección del tipo de reacción química para la combustión del gas natural 33
Figura 23. Igualación de la reacción química de combustión del gas natural ............. 33
Figura 24. Ingreso de las Operaciones Unitarias y líneas de flujo en el simulador ..... 34
Figura 25. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de
combustión del Gas Natural ...................................................................................... 34
Figura 26. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador para la reacción de
combustión del gas natural ...................................................................................... 35
Figura 27. Ingreso de la fracción molar del gas natural en el simulador .................... 35
file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341969file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341970file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341971file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341972file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341974file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341976file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341977file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341978file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341982file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341983file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341983file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341984file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341985file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341986file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341987file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341988file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341989file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341993file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341994file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341995file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341995file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341996file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341996file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341997
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Figura 28. Ingreso del flujo masico de oxígeno en el simulador para la reacción del gas
natural ........................................................................................................................ 37
Figura 29. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador
para la reacción del gas natural ................................................................................. 37
Figura 30. Selección del proceso termodinámico para la reacción del gas natural ..... 38
Figura 31. Inicio de la simulación de la reacción del gas natural ............................... 38
file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341998file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341998file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341999file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341999file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34342000file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34342001
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ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES .......................................... 8
TABLA 2. COMPOSICION QUIMICA DEL DIESEL ................................................... 19
TABLA 3. COMPOSICION QUIMICA DEL GAS NATURAL ....................................... 20
TABLA 4. RESULTADOS DE LA COMBUSTIÓN DEL DIÉSEL EN EL SIMULADOR
DWSIM ...................................................................................................................... 39
TABLA 5. RESULTADOS DE LA COMBUSTIÓN GAS NATURAL EN EL SIMULADOR
DWSIM PARA UN FLUJO VOLUMÉTRICO DE 1M3/H ............................................. 40
TABLA 6. RESULTADOS DE LA COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL PARA UN
FLUJO VOLUMÉTRICO DE 1,2852 M3/H EN EL SIMULADOR DWSIM .................... 41
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pág. 1
RESUMEN
En la presente investigación se realizó la comparación de los costos
industriales y el grado de contaminación por emisiones que se genera
utilizando los combustibles tradicionales en especial el diésel el cual es
el más usado en la industria ecuatoriana frente al gas natural por medio
de un programa de Ingeniería química de código abierto denominado
DWSIM para la simulación de las reacciones químicas de combustión
del diésel y el gas natural como generadores de energía en los procesos
productivos de las Industrias, en el cual se demostró que llegando a
obtener la misma cantidad de energía se pueden reducir hasta en un
22,46% de emisiones de dióxido de carbono al ambiente utilizando gas
natural , también se determinó una variación de los costos de producción
, el cual está en función de los costos indirectos de fabricación ya que en
este elemento de los costos totales de producción se encuentran los
combustibles teniendo así un ahorro de un 3,9296% al mes usado gas
natural como combustible generador de energía frente al diésel como
combustible tradicional
ABSTRACT In this investigation, the comparison of industrial costs and the degree of
pollution due to emissions generated using traditional fuels, especially
diesel, which is the most used in the Ecuadorian industry against natural
gas through a program of Open source chemical engineering called
DWSIM for the simulation of the chemical combustion reactions of diesel
and natural gas as energy generators in the production processes of the
Industries, in which it was evidenced that getting the same amount of
energy can be obtained reduce up to 22.46% of carbon dioxide
emissions to the environment using natural gas, a variation in production
costs was also determined, which is a function of indirect manufacturing
costs since in this element of costs Total production of fuels is found thus
saving 3.9296% per month used natural gas as a fuel generator against
diesel as traditional fuel
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pág. 2
CAPITULO I MARCO LOGICO
TITULO DEL PROYECTO
Comparación de los costos Industriales y grado de contaminación por
emisiones en el sector Industrial del Ecuador usando como combustible
gas natural mediante la simulación de procesos
1. ANTECEDENTES
La industrialización del gas natural ha sido un tema que se está tomando
en cuenta en estos últimos años debido a la contaminación ambiental y
el aprovechamiento de recursos naturales que puedan ser sostenibles y
rentables para el crecimiento de un país. El desarrollo de la Industria
Canadiense usando gas natural ha sido muy provechosa para el país
generando ingresos elevados no solo por lo que el país exporta el
combustible a otras zonas sino principalmente por la utilización del gas
natural en las industrias y formación de empresas tecnológicas que
utilizan esta materia prima siendo su crecimiento per cápita del PIB de $
26764 siendo este valor el doble del decenio anterior el cual fue de
$14000 por ciudadano (OLADE, 2013)
Según estudios realizados de la organización latinoamericana de
energía el gas natural es unas de los recursos más producidos con un
20% desde el 2011 ocupando el segundo lugar y teniendo un
crecimiento del 4,68%. Un ejemplo claro de este desarrollo industrial del
gas natural en Latinoamérica es la República democrática del Perú
debido a sus reservas probadas y además cuenta con gran potencialidad
debido a que en los últimos 5 años el país tiene una excelente tasa de
crecimiento y baja tasa de inflación lo que genera atractivo para las
inversiones que se puedan dar en el país , y que en la actualidad existen
4 grandes proyectos para industrializar el país usando gas natural los
cuales son : producción de amoniaco y urea, amoniaco y nitratos, nitrato
de amonio y etileno y polietileno (OLADE, 2013)
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pág. 3
De igual manera Bolivia es un país que propone la industrialización del
gas natural, aunque con una metodología distinta, el cual el único
inversionista es el estado para establecer los planes o proyectos y que
actualmente cuenta con dos proyectos los cuales son: plantas de
amoniaco y urea y producción de etileno y polietileno (OLADE, 2013)
En el Ecuador no existe actualmente una propuesta para la
industrialización del gas natural como en los otros países, aunque
cuenta con una planta de licuefacción de gas natural (campo amistad)
ubicada en la provincia de El Oro y otra que está en proyecto en el
sector Bajo Alto ubicada también en la misa provincia (ARCH, 2019)
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La energía hoy en día se ha convertido en un factor importante en el
desarrollo del sector industrial , el cual a su vez promueve el crecimiento
económico y sostenible de una nación generando plazas de trabajo y
competitividad, pero los combustibles que son usados para generar
dichas energías en su gran mayoría están relacionadas con efectos
dañinos al medio ambiente por la descarga de gases de efecto
invernadero que contaminan la capa de Ozono (Portilla & Rangel, 2016).
En la actualidad la disminución de emisiones dañinas al medio ambiente
es un desafío que tienen que afrontar los países desarrollados
industrialmente y los que están en vías de desarrollo por el cual se han
suscrito diversos acuerdos ambientales como lo es el protocolo de
Kioto, la convención de las Naciones Unidas entre otros tratados con la
finalidad de controlar las emisiones de gases de efecto invernadero en
los cuales se encuentran el dióxido de carbono los compuestos
nitrogenados entre otros (Ambiente, 2016)
Según un estudio realizado por el consejo para la defensa de recursos
naturales en América Latina se liberan grandes cantidades de gases de
efecto invernadero siendo el Carbono negro uno de los principales
contaminantes después del dióxido de carbono, esto debido al sector
productivo y transportación que funcionan con un motor a diésel, lo que
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pág. 4
genera efectos a la salud pública, alimentaria y al medio ambiente
(NRDC, 2014)
Actualmente en el Ecuador en su matriz productiva y energética el 82%
de la energía que se genera proviene de combustibles como el diésel,
bunker o fuel oíl, y especialmente en la ciudad de Guayaquil el
combustible con mayor demanda es el diésel, no solo es un gran
contaminante ambiental sino que genera un gasto muy considerable a la
economía del Ecuador debido a que se encuentra subsidiado
(REDIBEC, 2018)
Es por este motivo que es necesario la pronta utilización de energías
más limpias para el desarrollo industrial de un país, teniendo en cuenta
los costos generados por la extracción producción y la contaminación
que se genera al utilizarlas
1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA
¿Cómo influye el uso del gas natural en las industrias del Ecuador con
respecto a los costos de producción y contaminación ambiental en
relación con los combustibles tradicionales?
1.3 LIMITACION DEL ESTUDIO
El presente proyecto abarca la influencia del gas natural en las industrias
del Ecuador y los costos de producción que se generan mediante el uso
del gas natural y de los combustibles tradicionales, y se lo realizara
mediante la simulación de procesos utilizando un programa de ingeniería
química el cual nos permite realizar las reacciones pertinentes de
combustión y determinar por medio de los resultados de la simulación la
mejor opción para las industrias en relación de los costos y medio
ambiente. Para la ejecución del proyecto se utilizara los modelos
termodinámicos que son para compuestos hidrocarburifero con una
buena señal de respuesta y datos confiables, pero si se quiere tener una
mayor precisión sería apropiado utilizar un modelo termodinámico
específico para los compuestos presentes en la reacción, además es
importante usar el modelo termodinámico solo en los límites permitidos
de cada modelo termodinámico sean estos presión, temperatura, entre
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otras variables las cuales influirán en el resultado final y no se podrán
obtener datos confiables
1.4 ALCANCE DEL TRABAJO
El trabajo de investigación a desarrollar es la influencia que tiene el gas
natural en relación con los costos y grado de contaminación en las
industrias del Ecuador con la metodología de la simulación de procesos.
La empresa en el cual se centra la investigación es Promarisco S.A
ubicada en el cantón Duran Km 6 ½ vía Duran-Tambo
1.5 OBJETIVOS
1.5.1 Objetivo general
• Comparar los costos de producción y grado de contaminación por
emisiones en las industrias del Ecuador usando como combustible gas
natural mediante la simulación de procesos
1.5.2 Objetivos específicos
• Definir los principales combustibles usados en las industrias del Ecuador
y el grado de contaminación
• Determinar la energía y emisiones generadas por los combustibles
Industriales usando el simulador de procesos químicos de código abierto
DWSIM
• Evaluar los Costos de producción de los combustibles y del gas natural
en función de su energía de combustión
• Identificar el combustible más eficiente en el proceso industrial y de
menor contaminación al medio ambiente
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pág. 6
1.6 JUSTIFICACION
Hoy en día las industrias del Ecuador no se implementa el gas natural en
la producción salvo ciertas industrias de cerámicas, según un estudio
realizado de la Red Iberoamericana de Ecología el Ecuador en su matriz
energética aproximadamente el 82% de esa energía generada es de
hidrocarburos tales como el diésel, bunker, fuel oíl que no solo generan
gran contaminación ambiental, sino que además se encuentran
subsidiados lo que provoca un gasto enorme en la Economía del
Ecuador, siendo el diésel el combustible con mayor demanda .
(REDIBEC, 2018).
Pero en esta investigación se va a enfocar en los costos indirectos de
fabricación específicamente en los suministros de los cuales está el
combustible utilizado para la transformación de la materia prima en el
sector industrial y que afecta directamente con la eficiencia energética
como es el caso de la industria textil que se llega a ahorrar un 20 a 30
por ciento ya que utiliza la transferencia de calor por conducción
contrario a los combustibles líquidos o fluidos medios que generan
residuos en las tuberías de acceso, de ahí la necesidad de evaluar los
costos de producción y las emisiones generadas en la combustión del
gas natural frente a los costos de los combustibles tradicionales (Portilla
& Rangel, 2016)
Actualmente el Estado Ecuatoriano derogó el decreto ejecutivo 883 que
consistía en la eliminación de los subsidios en los combustibles fósiles
tales como la gasolina extra, gasolina extra con etanol y el diésel, los
cuales estaban al precio internacional del mercado teniendo en cuenta la
variación del comportamiento del barril de crudo WTI que es el valor
referencial (Moreno, 2019).
Teniendo en cuenta que el Ecuador se encuentra comprometido,
ratificado y aceptado en un acuerdo de la convención de Naciones
Unidas sobre el cambio climático que se desarrolló en Paris Francia que
tiene por nombre el acuerdo de Paris que consiste en la reducción de
emisiones gases de efecto invernadero para que no ocurra un
incremento de la temperatura en aproximadamente 2 grados Celsius
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pág. 7
hasta el final de este siglo (ONU, 2016)
Es por esta razón que se propone el uso de energías más limpias en el
país en el sector productivo, ya que si bien el uso de combustibles tales
como el diésel que es aquel que tiene un mayor subsidio era el más
económico en el país, genera altas emisiones de dióxido de carbono en
contraste con el uso del gas natural que gracias a su estructura
molecular lo hace muy ideal y como se verá en esta investigación y el
análisis de la energía generada del gas natural con los demás
combustibles, dando una mejor alternativa en el sector Industrial y al
país cumpliendo así no solo con el acuerdo de Paris, sino también se
reduciría la cantidad de dióxido de carbono que se genera que es
aproximadamente 1,9 Toneladas métricas, lo que representa a nivel
mundial el 0,1% (MAE, 2013)
1.7 HIPOTESIS
¿Es posible remplazar los combustibles tradicionales en la industria
ecuatoriana por el gas natural para mejorar los costos de producción y
reducción de emisiones al ambiente?
1.8 VARIABLES
1.8.1 Variables independientes
Simulación de Procesos
1.8.2 Variable dependientes
Costos de Producción
Grado de Contaminación
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pág. 8
1.8.3 Operacionalización de las variables
Tabla 1 Operacionalización de las variables (Lopez, 2020)
Variable Definición Tipo Indicador Unidad Técnicas e
Instrumentació
n
Costos de
Producción
Son los costos de operación que se necesitan en la transformación de materia prima y mantenimiento del
proyecto
Dependiente Ingresos obtenidos
Dólares/MMBTU Formula de Costos de Producción
Grado de
contaminación
Ingreso de elementos o sustancias físicas en un medio el cual provoca
que no sea seguro
Dependiente Niveles de Contaminación
Co2
Kg/h Medidor de
Partículas
Gas natural Es un hidrocarburo que se compone de una mezcla de gases ligeros de
origen natural
Dependiente Composición del
gas natural
m3 Estudios
geofísicos
Simulación de
procesos
Herramienta de Ingeniería que se utiliza para la representación de un proceso valiéndose de otro proceso
que lo hace simple
Independiente Calor de
Combustión
Kcal- BTU Simulador
DWSIM
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pág. 9
CAPITULO II MARCO TEORICO
2. FUNDAMENTO TEORICO
En la actualidad alrededor del mundo se está buscando la necesidad de
realizar cambios a la matriz energética y productiva debido a la gran
contaminación que se produce por el uso de combustibles fósiles
líquidos que son de alto peso molecular y que ocasionan grandes
emisiones de CO2 principalmente, el cual es considerado como
portadores de gases de efecto invernadero lo que provoca el
calentamiento global y deterioro de la atmosfera. El estado ecuatoriano
en los últimos años ha desarrollado proyectos en favor a la disminución
de emisiones de carbono y de los gases de efecto invernadero como la
construcción de hidroeléctricas que favorecen a cubrir la demanda de
energía eléctrica del país y al medio ambiente. Según datos de la
Agencia de regulación y control de electricidad para el mes de
Septiembre del 2019 el país en su producción total de energía e
importaciones el 79% de la energía que produce proviene de fuentes
renovables como energías hidráulica, eólica, fotovoltaica entre otras y
apenas con 24,39% se genera energía de fuentes no renovables como
lo son los motores de combustión interna (MCI) que son impulsados por
medio de combustibles fósiles , sean esto diésel , fuel oíl entre otros, lo
que deja un balance positivo en el sector energético del país, sin
embargo existen otros sectores productivos del país en los cuales se
deben realizar cambios en matriz productiva para disminuir la
contaminación ambiental y los efectos negativos que genera la
utilización de combustibles fósiles (ARCE, 2019)
2.1 Principales combustibles usados en el S.I del Ecuador
El sector industrial del Ecuador es el más importante en el desarrollo del
país, siendo la Industria de manufactura la que genera mayores ingresos
al país el cual es de 13,6% del producto interno bruto seguidos de los
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sectores agrícolas y de comercio (EKOS, 2019)
Aproximadamente el 90% de industrias en el país utilizan combustibles
fósiles para la generación de energías siendo el diésel tipo 2 el más
usado en sus líneas de producción lo que genera grandes pérdidas al
estado ecuatoriano. Aproximadamente el país produce un total de
3.728.565 barriles de este combustible entre los meses de enero a
octubre de este año, siendo un 29% menor al del año pasado según
información de la empresa pública Petroecuador lo que genera un déficit
y se promueve a la importación de estos combustibles
(PETROECUADOR, 2019)
Son 337 millones de dólares anuales que el estado gasta en el subsidio
de los combustibles y se ve en la necesidad de importar este tipo de
combustible porque la demanda interna no abastece a estos sectores.
Según el Instituto Ecuatoriano de Normalización la norma NTE
INEN1489 en su séptima revisión menciona los tipos de
combustible(diésel) que se encuentra y comercializan en el país
empezando con el diésel tipo 1 el cual se lo utiliza en maquinarias de
combustión externa industriales con un contenido máximo de azufre de
3000ppm, seguido del diésel tipo 2 que es el más usado industrialmente
en el Ecuador el cual se lo puede utilizar en ámbitos pesquero naviero
excepto para sector automotriz y con un contenido de azufre máximo de
7000ppm, y por último el diésel Premium que es aquel combustible que
es usado en el sector automotriz con un contenido máximo de azufre de
500ppm (INEN, 2013)
Existen también combustibles que en estos últimos años la demanda
nacional ha ido en aumento como es el caso del fuel oíl, el cual este tipo
de combustible es utilizado para la generación de energía eléctrica así
también para las embarcaciones navieras en el cual este combustible se
importa y también se exporta dependiendo del tipo de fuel oíl que se
utiliza. En el último informe estadístico de Petroecuador al mes de
octubre del 2019, el Ecuador se vio en la necesidad de importar 21.1
MMBLS (millones de barriles) de Naftas y de Cutter stock un 12% mayor
que el año pasado los cuales se ingresan como insumos en las
refinerías para la producción de gasolinas y de fuel oíl, también se
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pág. 11
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
Gasolinas Diesel Fuel Oil Gas Natural Otros
Pro
du
ccio
n B
arr
iles/D
ia
PRODUCCION NACIONAL DE COMBUSTIBLES EN EL MES DE OCTUBRE 2019
Combustibles
Figura 1. Producción Nacional de Combustibles en Barriles/día (PETROECUADOR, 2019) (ARCH, 2019)
menciona que los excedentes del fuel oíl tipo 6 y tipo 4 se exporto unos
13.3 MMBLS siendo esta exportación un 0,6% menor con relación al año
anterior. (PETROECUADOR, 2019). Como es notable el aumento de la
demanda de los combustibles sigue creciendo principalmente en el
sector industrial que demanda los combustibles como el diésel o el fuel
oíl, promoviendo un mayor número de importaciones, generando mayor
gasto y contaminación en el país.
En contraste el gas natural, aunque es un combustible fósil, es
considerado una de las fuentes de energía con mayor utilidad debido a
su eficiencia y a su composición molecular el cual es principalmente
metano y que al encontrarse en un estado de gas se previenen una gran
cantidad de derrames que general mente suceden en los combustibles
líquidos (Raul, 2014)
A continuación se presenta un cuadro estadístico en forma de resumen
de los combustibles que se producen a nivel nacional en el mes de
Octubre del año 2019 incluyendo el gas natural, teniendo en cuenta que
las unidades de la producción de gas natural es de Miles de pies cúbicos
por día se procedió a realizar la conversión en barriles por día siendo el
factor de conversión 1ft3=0,18barriles de crudo (ARCH, 2019)
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2.2 Composición del Gas Natural
El gas natural libre o que no tiene componentes mayoritariamente
asociados se lo encuentra en gran facilidad en los gasíferos, y que de su
composición principalmente se encuentra el metano (CH4), esta
estructura molecular del metano es la más simple de los hidrocarburos,
seguido también de compuestos como etano y propano en una menor
proporción que se pueden remover mediante una variedad de procesos,
esto permite el mejoramiento de la calidad del combustible, aunque
también puede contener trazas de agua, sulfuro de hidrogeno entre otros
componentes los cuales son contaminantes que no permiten el buen
desempeño del gas natural (Mendez, 2006)
2.3 Producción Gas Natural
El gas natural siendo el combustible más limpio de los derivados del
petróleo es una fuente de energía que puede llegar a reemplazar a los
combustibles que generalmente se utiliza como es el fuel oíl, el diésel o
la gasolina, para ello se debe tener en cuenta la producción de este
combustible y la cantidad que existe para su explotación (International
Energy, 2010)
En el Ecuador la producción de gas natural está ubicada principalmente
en el bloque 6 del campo Amistad que se localiza fuera del casco central
en el Golfo de Guayaquil a una distancia de 65 Km de la ciudad de
Machala , cuenta con una superficie de 3497 Km2 y con una profundidad
que puede alcanzar los 65 metros que empezó a funcionar desde el año
1996 y producir desde Octubre del 2002 cuyo uso es netamente para la
generación de energía y en la actualidad está a cargo de la empresa
Petro Amazonas con futuros planes de inversión en exploración de gas ,
y que en la actualidad 4 campos están en actividad productiva de los 14
pozos que se han perforado con una producción aproximada de 38
millones de pies cúbicos por día (PetroAmazonas, 2018). Las reservas
que se encuentran operando desde el 2009 con un total de cinco mil
millones de metros cúbicos de gas natural se planea cubrir la demanda
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Figura 2. Mapa del ecuador referente a los campos petroleros (Jimenez, 2010)
de energía eléctrica y promover su consumo hasta el año 2030 como
fuente de energía termoeléctrica, para ello se pretende invertir un
aproximado de 200 millones de dólares y aumentar la producción de 35
de millones de pies cúbicos por día a unos 80 millones de pies cúbicos
por día. Según estudios realizados se tiene que aproximadamente 67100
MPCD (miles de pies cúbicos al día) no se aprovechan debido a que se
combustionan en las teas, de esta manera se ve la necesidad de
aprovechar este combustible para la generación de energías, con las
ventajas de que sus costos de operación son menores y además de las
disminución de impactos ambientales (NANDA, 2010). A continuación,
se da a conocer una imagen de los campos petroleros del Ecuador:
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2.4 Costos del Gas Natural
El valor económico del gas natural puede variar lo cual depende de
donde se encuentre ubicado y el lugar de la explotación, el precio más
elevado que tuvo el gas natural fue de $10,31/MMBTU proviene de
Japón Cif y en comparación el precio más económico fue del gas natural
fue de $2,01/MMBTU de Canadá (Bp-Group, 2016). Para el cálculo del
costo de producción del gas natural hay que tener en cuenta diversos
factores los cuales son el costo del gas natural en el yacimiento, de lo
cual se le suma los costos de transporte y de distribución que en la
actualidad es de $2.00 por millón de BTU despachado por tubería del
campo Amistad según lo estipulado en el decreto 724 dispuesto por el
presidente de la republica (Moreno L. , 2019). Una de las ventajas es
que en el Ecuador el gas extraído es perteneciente al estado ecuatoriano
y se prevé un costo de producción del gas natural que facilite una mejor
tarifa de comercio en el mercado interno que inferior a los combustibles
actuales tales como (diésel, fuel oíl, y gasolina) lo que permitiría
recuperar inversiones en generación de energía cambiando parcialmente
el diésel a un combustible más limpio como el gas natural. Teniendo en
cuenta que la inflación del Ecuador está 1,58% de lo cual se estima que
el precio del gas natural crecerá un aproximado del 2% cada año
(BancoCentral, 2016)
2.5 Simulador de Procesos DWSIM
La simulación de procesos químicos es aquella que representa las
diversas operaciones y procesos unitarios que se realizan en una
industria en virtud de los balances de energía, balances de masa y
aquellos datos que son establecidos por medio de los distintos equipos
de proceso.
Un simulador de procesos es una herramienta muy versátil que permite
al usuario poder observar los diferentes procesos que se llevan a cabo
en la transformación de un proceso dado de una manera más técnica y
didáctica. Esta herramienta de la Simulación se puede dividir en dos
criterios distintos como son el proceso batch o continuo y si se toma en
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Figura 3. Simulador de procesos químicos DWSIM (Fossebetter, 2017)
cuenta el tiempo un proceso estacionario o conocido como dinámico
(Ramirez, 2016).
Existen diversos simuladores comerciales como lo son Aspen Hysis,
Pro2, los cuales son muy eficientes al momento de simular los procesos,
pero con una desventaja el cual es el presupuesto que es muy grande
para pequeñas empresas y Universidades por lo cual no se lo puede
adquirir fácilmente. DWSIM en una herramienta tecnológica que permite
simular procesos de manera libre por medio de código abierto, lo cual
significa que lo pueden obtener cualquier persona puede tener acceso al
código fuente del programa y su descarga es totalmente gratuita.
2.6 Características del Simulador DWSIM
El programa DWSIM posee una interfaz muy eficiente y fácil de utilizar
con diversas funciones que se encuentran normalmente en otros
simuladores, posee modelos termodinámicos avanzados, paleta de las
distintas operaciones unitarias y herramientas para la caracterización de
derivados del petróleo.
Entre las operaciones unitarias que incluye el programa están:
mezcladores, bombas, reactores, columnas de destilación,
intercambiadores de calor, válvulas, expansores entre otros. También
entre los modelos termodinámicos que trae el programa están: modelos
NTRL, ley de Raoult, Peng Robinson, Soave-Redlich-Kwong entre otros.
Unas de las ventajas más importantes del programa es que cumple con
los estándares de ingeniería de procesos lo cual permite la
interoperabilidad para la simulación. Las compañías con grandes firmas
tecnológicas y poderosos simuladores comerciales como los son Aspen
Plus y por ser el primer programa de código abierto recibió
reconocimientos (Scodelaro, 2017)
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Figura 4. Simulación de una destilación Azeotropica (Dwsim, 2017)
2.7 Modelos termodinámicos en la simulación de procesos
Los modelos termodinámicos principalmente nos sirven para calcular
equilibrios de fase, también para resolver balances de masa y de
energía en equipos como calderas para la generación de energía que se
utilizaran en la simulación. Los principales métodos termodinámicos son
las EOS (ecuaciones de estado), LACM (los modelos de coeficientes de
actividad), y las correlaciones especiales para sistemas en específico.
Para el modelado de mezclas apolares como es el caso de los
hidrocarburos, resulta más fácil la elección del método termodinámico ya
que solamente influirán las fuerzas de atracción y repulsión entre las
moléculas, por lo que las ecuaciones de estado son las más apropiadas
(Perales, 2010).
Se denominan ecuaciones de estado a cualquier ecuación que relaciona
presión, temperatura y volumen molar de un fluido, validas generalmente
tanto para la fase de vapor como liquida. En este grupo se encuentran
las ecuaciones cubicas de estado cuya expresión matemática es una
función polinomial de tercer grado, entre las más destacadas están: las
ecuaciones de Vander Waals, Soave-Redlich-Kwong, Peng Robinson.
(Delgado, 2017)
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En los procesos de combustión de hidrocarburos podríamos escoger
cualquiera de los modelos termodinámicos, pero se escogerá el modelo
termodinámico Peng Robinson debido a que esta esta ecuación que se
desarrolló en 1976 es para mejorar los datos de equilibrio de las fases
liquido vapor, además que se incluye un parámetro más que las
ecuaciones anteriores como lo es el factor acéntrico, lo cual permite una
mejor precisión en los resultados (Reyes, 2015)
2.8 MARCO CONCEPTUAL
2.8.1 Contaminación de combustibles fósiles
Se denominan combustibles fósiles porque sus reservas se encontraron
en depósitos de seres fósiles que en algún tiempo estuvieron con vida,
este proceso dura miles de siglos para su formación. Entre los
combustibles fósiles encontramos el carbón que es un combustible
sólido que es abundante en las minas, muchos países son dependientes
de este recurso con lo es China e India que son los mayores
consumidores.
El crudo de petróleo es en cambio a nivel mundial el más usado consiste
en diversos compuestos orgánicos con distintos subproductos y del cual
se extrae mediante plataformas, algo interesante es que el crudo del
petróleo no se lo puede encontrar en todas las partes de la tierra lo que
ocasiona guerras por causa del petróleo.
El gas natural es cambio un combustible fósil que tiene diversas ventajas
como por ejemplo es que es abundante, versátil y uno de los puntos más
importantes de este combustible es que es más limpio que los otros
combustibles fósiles antes mencionados y sus reservas están mejor
distribuidas alrededor del planeta que el petróleo.
La contaminación ambiental generada por el uso de los combustibles
fósiles son grandes problemas que desde a principios de este siglo se ha
visto en la necesidad de regular su uso y el control de emisiones de
estos combustibles lo que provoca acumulación de gases de efecto
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invernadero, la acidificación en el aire. Se tiene que un 30% de la
contaminación existente en el planeta es debido a la quema de los
combustibles fósiles que principalmente desprende de la combustión
dióxido de carbono, además de los desastres naturales que pueden
ocasionar los combustibles líquidos como el crudo que puede ser vertido
en recursos hídricos ocasionando grandes desastres naturales
(Lenntech, 2015).
En investigaciones realizadas en España se han evaluado los factores
de emisiones de dióxido de carbono generados por cada Giga joule de
energía producida de distintos combustibles entre ellos el gas natural y
el diésel que son el punto central de la investigación , en el cual
corresponde a 74,1 Kg/GJ de gasóleo y 56,4 kg/GJ de gas natural
teniendo una variación porcentual del 23,88% (Andalucia, 2020)
2.8.2 Composición Química del Diesel
El diésel o también llamado gasóleo tiene una composición que varía
según el sitio donde se extraiga y se refine, aproximadamente es de
carbono de 84%, Hidrogeno 10% y Azufre 2% y su fórmula molecular
que puede ir desde C12H23 hasta C16H34 , el cual depende de que en
algunos lugares se incluyen pequeñas cantidades de compuestos
derivados del petróleo (Gonzalez, 2014). En el Ecuador también se han
realizado estudios acerca de cuál es la composición y formula molecular
más aproximada del diésel , uno de ellos el realizado por Alexandra
Hidalgo de la Universidad Central del Ecuador en el cual tomo muestras
del combustible que se consumía en el distrito metropolitano de Quito y
mediante los datos obtenidos ella estableció que la composición del
diésel quedo de la siguiente manera: Carbono 85.5%, Hidrogeno
11.12%, y Azufre 0.51%, también obtuvo una formula química
representativa del diésel mediante el peso molecular obtenido el cual fue
de 226,55 g/mol de un tratamiento estadístico por parte de las muestras
obtenidas del laboratorio , teniendo así una formula química molecular
de la siguiente manera: C16.142 H25.193 S0.036 (Hidalgo, 2014)
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Figura 5. Distribución del número de carbonos y porcentaje masivo para el Diesel (Chevron, 2017)
Tabla 2. Composición química del diésel Ecuador (Hidalgo, 2014)
Ahora bien para la simulación el diésel se consideró como principal
componente a la molécula n- hexadecano C16H34 como la más
representativa al encontrarse en una mayor proporción (Chevron, 2017)
(Perez & Sanchez, 2015) y con un peso molecular de 226 g/mol ,
esencialmente el mismo obtenido estudio realizado por Alexandra
Hidalgo (Hidalgo, 2014), y ya que en la simulación se quiere determinar
la energía que entrega el combustible en la combustión la molécula de
azufre al estar en pequeñas proporciones se lo desprecia.
Componente %Peso
Carbono 85,5
Hidrogeno 11,12
Azufre 0,51
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Tabla 3. Composición del gas natural (PetroAmazonas, 2015)
2.8.3 Composición Química Gas Natural
En el Ecuador la composición química del gas Natural está distribuido
de la siguiente manera: un 99.5% de metano seguido de compuestos
como etano con un 0.19 %, y otros componentes como nitrógeno 0,12%
que se obtuvieron del análisis cromatografico de gases (PetroAmazonas,
2015).
En la siguiente tabla apreciamos la composición del gas natural y sus
constantes Fisicoquímicas
2.8.4 Energía de Combustión
La energía desprendida en la Combustión de un producto
hidrocarburifero son conjunto de procesos físicos y químicos, que se
manifiesta en forma de calor siendo este el punto principal de la
combustión. Se trata de una reacción de oxidación que tiene por
componentes un hidrocarburo(combustible) y un agente oxidante que es
el aire(comburente), es decir que el calor que se desprende cuando el
combustible es quemado o está ardiendo será la energía de combustión
expresada en unidades como KJ, BTU, Kcal entre otros (Cientificos,
2006)
COMPONENTE FRACCION MOLAR (%) GPM TEORICO
Nitrógeno 0.12
Oxigeno 0.00
Dióxido de carbono 0.02
Metano 99.53
Etano 0.19
Propano 0.06 0.016
Isobutano 0.02 0.007
Normal Butano 0.00 0.000
Isopentano 0.00 0.000
Normal Pentano 0.00 0.000
Normal Hexano 0.06 0.025
TOTAL 100.00 0.048
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Figura 6. Consumo de gas Natural en el mundo (OLADE, 2010)
2.8.5 Costos de Producción:
Son los costos de operación necesarios para el mantenimiento de un
proyecto o para la transformación de una materia prima en producto final
en los cuales está la mano de obra directa , los materiales directos y los
costos indirectos de fabricación siendo este último el punto principal de
investigación debido a que se encuentran los costos de los
combustibles, esto influirá en el futuro económico de la Industria ya que
depende los ingresos que se obtuvo de los productos vendidos frente a
los costos de producción de ese producto (FAO, 2015)
2.9 MARCO CONTEXTUAL
La producción de gas natural en el mundo se encuentra distribuido en su
mayor parte en Norteamérica ocupando un 25% seguido de la ex Unión
Soviética lo que actualmente es Rusia con un 23%, y por último el medio
Oriente con un 13%, y para la región latinoamericana se produce tan
solo el 8% de la producción mundial de gas natural (OLADE, 2010)
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Figura 7. Campo Amistad 196km2 Vista 3D (PetroAmazonas, 2018)
La producción de gas natural en el Ecuador fue de 29, 533,65 MPCD
(miles de pies cúbicos por día) de PetroAmazonas del bloque 6 que
corresponde al campo Amistad según el último reporte de la Agencia de
control de hidrocarburos del Ecuador para el mes de octubre 2019, y
está ubicado a 65 Km de la ciudad de Machala con una profundidad que
puede alcanzar los 65 metros. (ARCH, 2019)
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CAPITULO III MARCO METODOLOGICO
3. METODOLOGIA
La metodología investigativa son procedimientos para el desarrollo de un
estudio en los cuales se dispone la información recabada para el análisis
y resolución de un problema (Edison & Diego, 2018). El tipo de
metodología que se va a realizar en la investigación es experimental ya
que se recurre a la manipulación y observación de las variables sean
estas dependientes e independientes las cuales tendrán un efecto en el
caso u objeto de estudio. Se incluye un Software de Ingeniería Química
denominado DWSIM (Simulador de procesos químicos de código
abierto) para la simulación de reacciones químicas como es el caso de
la combustión de los diferentes hidrocarburos utilizados en el sector
industrial del ecuador incluyendo el gas natural para la resolución de la
investigación (Alicante, 2018).
En especial se van a evaluar los calores de combustión y las emisiones
generadas de los distintos hidrocarburos usados en los calderos
industriales para la generación de energía mediante la simulación de
procesos con el software DWSIM y posterior a la simulación realizar el
análisis y comparación de los costos de producción y las emisiones
generadas producto de la combustión frente al gas natural y conocer
cuál es la mejor solución energética y ambiental para las Industrias
(Nestor, 2018)
3.1 TECNICA
Determinación de la energía de calorífica de los combustibles y
emisiones por el método DWSIM como Simulador de Procesos químicos
para la comparación de los Costos de Producción y el grado de
contaminación de las emisiones generadas. A continuación, se
describen las etapas y mecanismos que se emplearan en la
investigación
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• Recopilar las características fisicoquímicas de los combustibles usados
en el sector Industrial y del gas natural.
• Ingresar los componentes o los combustibles en el programa DWSIM
junto con el modelo termodinámico que se utilizara en la simulación,
teniendo en cuenta sus propiedades y características.
• Realizar las reacciones de combustión correspondientes y la igualación
de sus coeficientes estequiométricos.
• Se Ingresan las distintas operaciones unitarias en la ventana de
simulación como el reactor, mezclador, líneas de flujo según
corresponda el proceso.
• Realizar las conexiones correspondientes de las distintas operaciones
Unitarias e ingresar las variables de estado de cada uno de los
reactivos, teniendo en cuenta que el flujo volumétrico del diésel es de
240galones/mes.
• Iniciar la simulación del proceso, y verificar los datos de salida
• Realizar la comparación de los costos de producción y emisiones
generadas en función de la simulación de procesos
3.2 METODOLOGIA PRACTICA
3.2.3 SIMULACION DE LA COMBUSTION DIESEL
3.2.4 Ingreso de los componentes al simulador El primer paso para empezar la simulación es el ingreso de los
componentes, tanto de los reactivos como de productos. En el proceso
de combustión se ingresan el n hexadecano (diésel), oxígeno y
nitrógeno(aire) y los productos resultantes agua y dióxido de carbono
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Figura 8. Ingreso de los componentes principales al simulador (Lopez, 2020)
Luego escogemos el modelo termodinámico que vamos a usar en la
reacción, como nuestro proceso es de hidrocarburos y de compuestos
no polares escogemos el modelo de Peng Robinson, siendo este el que
mejor se ajusta a nuestro proceso
Figura 9. Selección del modelo termodinámico en el simulador (Lopez, 2020)
-
pág. 26
3.2.5 Igualación de las Reacciones Estequiométricas Antes de colocar la reacción estequiométrica en el simulador es
necesario que escojamos el tipo de reacción que vamos a usar, en
nuestro escogemos la reacción de conversión para nuestro proceso
Figura 10. Selección del tipo de reacción química en el simulador (Lopez, 2020)
Ahora se procede a formular la reacción de combustión en el simulador,
y su igualación de sus coeficientes estequiométricos teniendo en cuenta
que el signo negativo significa que el compuesto es un reactivo, además
escogemos el componente base y porcentaje de conversión que será del
100%
Figura 11. Igualación de la reacción de combustión del diésel en el simulador (Lopez, 2020)
-
pág. 27
Figura 12. Ingreso de las Operaciones Unitarias al Simulador (Lopez, 2020)
Figura 13. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de combustión del diésel (Lopez, 2020)
3.2.6 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación
Ahora procedemos a ingresar las operaciones unitarias tales como el
reactor, mezclador y líneas de flujo en la ventana de simulación.
Luego empezamos a poner los nombres correspondientes a cada línea
de flujo
-
pág. 28
Figura 14. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador de procesos (Lopez, 2020)
Figura 15. Ingreso de la fracción molar correspondiente al diésel en el simulador (Lopez, 2020)
3.2.7 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador Para ingresar las variables en el simulador nos posicionamos en la línea
de flujo del diésel y le damos clic dos veces para editar e ingresar la
información correspondiente
Ahora en el apartado de la composición de cada compuesto, ponemos
las fracciones molares correspondientes, como estamos en el
compuesto del diésel, la fracción molar será de 1
-
pág. 29
Ahora para ingresar los valores correspondientes en el aire, debemos
realizar un pequeño balance de materia partiendo como dato principal el
flujo volumétrico del combustible de 240galones/mes
240𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠
𝑚𝑒𝑠∗
1𝑚𝑒𝑠
30𝑑𝑖𝑎𝑠∗
1𝑑𝑖𝑎
24ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠= 0.33
𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠
ℎ𝑜𝑟𝑎𝐶16 𝐻34
= 0.00117867𝑚𝑜𝑙
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝐶16𝐻34 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟)
Con el flujo molar que obtuvimos en el simulador y de la ecuación de
combustión vamos a calcular cuantos moles de oxígeno teórico
necesitamos para la combustión
2𝐶16𝐻34 + 49𝑂2 → 34𝐻2𝑂 + 32𝐶𝑂2
𝑂2𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.00117867𝑚𝑜𝑙 𝐶16𝐻34
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗
49𝑚𝑜𝑙 𝑂22𝑚𝑜𝑙 𝐶16𝐻34
= 0.02888𝑚𝑜𝑙𝑂2
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
Luego como sabemos que en nuestro proceso el flujo de aire
corresponde a un 21% de oxígeno debido a que el 79% corresponde a
nitrógeno realizamos el cambio a moles de aire teóricos
𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.02888𝑚𝑜𝑙𝑂2
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗
100𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑖𝑟𝑒
21𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2= 0.13752
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
Por último, debemos tener en cuenta que para una combustión completa
necesitamos un porcentaje de aire en exceso, el cual está determinado
en función del combustible a utilizar como en nuestro caso es diésel, se
escoge un 20% de aire en exceso para la combustión
(Engineeringtoolbox, 2003)
𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0.13752𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗ 1.20 = 𝟎. 𝟏𝟔𝟓
𝒎𝒐𝒍 𝑨𝒊𝒓𝒆
𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐
-
pág. 30
Figura 16. Ingreso del flujo molar del oxígeno en el simulador (Lopez, 2020)
Figura 17. Selección del proceso termodinámico para la reacción de combustión (Lopez, 2020)
Ahora ingresamos el valor de 0.165 moles de Oxígeno en la ventana de
simulación y automáticamente se nos generan valores de flujo másico y
volumétrico
Ahora nos ubicamos en el reactor y escogemos el tipo de proceso que
va a ocurrir en el reactor, el cual es un proceso adiabático ya que no
existe transferencia de calor con los alrededores
Luego en el apartado de las composiciones ponemos las fracciones
molares correspondientes al aire
-
pág. 31
Figura 18. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador (Lopez, 2020)
Figura 19. Inicio de la simulación de combustión del diésel (Lopez, 2020)
Por último, nos ubicamos en la parte superior en la barra de tareas y le
damos a resolver el diagrama de flujo para que empiece la simulación de
nuestro proceso y observar los resultados en la línea de gases de
combustión
-
pág. 32
3.3 SIMULACION DEL COMBUSTIBLE GAS NATURAL
3.3.1 Ingreso de los componentes al simulador Realizamos el mismo procedimiento que en la simulación anterior se
ingresan componentes, tanto de los reactivos como de productos. En el
proceso de combustión del gas natural se ingresan el metano, el oxígeno
y nitrógeno(aire) así como los productos agua y dióxido de carbono
Figura 20. Ingreso de los componentes principales para la reacción de combustión del gas natural (Lopez, 2020)
Luego escogemos el modelo termodinámico que vamos a usar en la
reacción, como nuestro proceso es de hidrocarburos y de compuestos
no polares escogemos el modelo de Peng Robinson, siendo este el que
mejor se ajusta a nuestro proceso
Figura 21. Selección del modelo termodinámico para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)
-
pág. 33
Figura 23. Igualación de la reacción química de combustión del gas natural (Lopez, 2020)
3.3.2 Igualación de las Reacciones Estequiométricas Antes de colocar la reacción estequiométrica en el simulador es
necesario que escojamos el tipo de reacción que vamos a usar, en
nuestro escogemos la reacción de conversión para nuestro proceso
Figura 22. Selección del tipo de reacción química para la combustión del gas natural (Lopez, 2020)
Ahora se procede a formular la reacción de combustión en el simulador,
y su igualación de sus coeficientes estequiométricos teniendo en cuenta
que el signo negativo significa que el compuesto es un reactivo, además
escogemos el componente base que será el metano con una conversión
del 100% y en fase de vapor
-
pág. 34
Figura 24. Ingreso de las Operaciones Unitarias y líneas de flujo en el simulador (Lopez, 2020)
Figura 25. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de combustión del Gas Natural (Lopez, 2020)
3.3.3 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación
Ahora procedemos a ingresar las operaciones unitarias necesarias en la
simulación como el reactor, el mezclador y las líneas de flujo.
Luego empezamos a poner los nombres correspondientes a cada línea
de flujo
-
pág. 35
Figura 26. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador para la reacción de combustión del gas natural (Lopez, 2020)
Figura 27. Ingreso de la fracción molar del gas natural en el simulador (Lopez, 2020)
3.3.4 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador Para ingresar las variables en el simulador nos posicionamos en la línea
de flujo del gas natural y le damos clic dos veces para editar e
ingresamos el flujo volumétrico el cual será de 1m3/h para estimar la
cantidad de energía que genera el proceso
Ahora en el apartado de la composición de cada compuesto, ponemos
las fracciones molares correspondientes, colocamos la fracción molar del
gas natural el cual será de 1
-
pág. 36
Ahora para ingresar los valores correspondientes en el aire, debemos
realizar un pequeño balance de materia partiendo como dato principal el
flujo volumétrico del combustible de 1m3/h
1𝑚3
ℎ𝐶𝐻4 = 0.0113781
𝑚𝑜𝑙
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝐶𝐻4(𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟)
Con el flujo molar que obtuvimos en el simulador y de la ecuación de
combustión vamos a calcular cuantos moles de oxígeno teórico
necesitamos para la combustión
1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 2𝐻2𝑂 + 1𝐶𝑂2
𝑂2𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.0113781𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
∗2𝑚𝑜𝑙 𝑂2
1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4= 0.0227562
𝑚𝑜𝑙𝑂2𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
Luego como sabemos que en nuestro proceso el flujo de aire
corresponde a un 21% de oxígeno debido a que el 79% corresponde a
nitrógeno realizamos el cambio a moles de aire teóricos
𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.0227562𝑚𝑜𝑙𝑂2
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗
100𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑖𝑟𝑒
21𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2= 0.108362
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
Por último, debemos tener en cuenta que para una combustión completa
necesitamos un porcentaje de aire en exceso, el cual está determinado
en función del combustible a utilizar como en nuestro caso es gas
natural, se escoge un 10% de aire en exceso para la combustión
(Engineeringtoolbox, 2003)
𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0.13752𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗ 1.10 = 𝟎. 𝟏𝟏𝟗𝟐
𝒎𝒐𝒍 𝑨𝒊𝒓𝒆
𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐
-
pág. 37
Figura 28. Ingreso del flujo masico de oxígeno en el simulador para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)
Figura 29. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)
Ahora ingresamos el valor de 0.11922 moles de Oxígeno en la ventana
de simulación y automáticamente se nos generan valores de flujo masico
y volumétrico
Luego en el apartado de las composiciones ponemos las fracciones
molares correspondientes al aire
-
pág. 38
Figura 30. Selección del proceso termodinámico para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)
Figura 31. Inicio de la simulación de la reacción del gas natural (Lopez, 2020)
Ahora nos ubicamos en el reactor y escogemos el tipo de proceso que
va a ocurrir en el reactor, el cual es un proceso adiabático ya que no
existe transferencia de calor con los alrededores
Por último, nos ubicamos en la parte superior en la barra de tareas y le
damos a resolver el diagrama de flujo para que empiece la simulación de
nuestro proceso y posterior a eso observamos los resultados en la línea
de flujo de gases de combustión
-
pág. 39
Tabla 4. Resultados de la combustión del diésel para un flujo de 240 gal/mes en el simulador DWSIM (Lopez, 2020)
CAPITULO IV ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS 4. RESULTADOS
4.1 Resultados de la Simulación del combustible Diesel
(240gal/mes)
Objeto Gases de combustión
Residuos Unidad
Temperatura 1856,5 1856,5 C
Presión 101325 101325 Pa
Flujo Masico 18,0979 -4,02E-15 kg/h
Flujo Molar 0,175019 0 mol/s
Fracción Molar (Mezcla) / Agua 0,114487 0
Fracción Másica (Mezcla) / Agua 0,0718049 0
Flujo Masico (Mezcla) / Agua 1,29952 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Dióxido
Carbono
0,107752 0
Fracción Másica (Mezcla) / Dióxido
Carbono
0,165094 0
Flujo Masico (Mezcla) / Dióxido
Carbono
2,98785 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Oxigeno 0,0329834 0
Fracción Másica (Mezcla) / Oxigeno 0,036744 0
Flujo Masico (Mezcla) / Oxigeno 0,664991 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / N-
hexadecano
0 0
Fracción Másica (Mezcla) / N-
hexadecano
0 0
Flujo Masico (Mezcla) / N-
hexadecano
0 0 kg/h
Flujo de Energía 40043,2 0 BTU/h
-
pág. 40
Tabla 5. Resultados de la combustión del gas natural en el simulador DWSIM para un flujo volumétrico de 1m3/h (Lopez, 2020)
4.2 Resultados de la Simulación del combustible Gas Natural
(1m3/h)
Objeto Gases de combustión
Residuos Unidad
Temperatura 1923,59 1923,59 C
Presión 101325 101325 Pa
Flujo Masico 13,0374 0 kg/h
Flujo Molar 0,130578 0 mol/s
Fracción Molar (Mezcla) / Dióxido
Carbono
0,0871365 0
Fracción Másica (Mezcla) / Dióxido
Carbono
0,13827 0
Flujo Masico (Mezcla) / Dióxido
Carbono
1,80268 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Metano 0 0
Fracción Másica (Mezcla) / Metano 0 0
Flujo Masico (Mezcla) / Metano 0 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Oxigeno 0,0174284 0
Fracción Másica (Mezcla) Oxigeno 0,0201082 0
Flujo Masico (Mezcla) / Oxigeno 0,262158 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Agua 0,174273 0
Fracción Másica (Mezcla) / Agua 0,113202 0
Flujo Masico (Mezcla) / Agua 1,47586 0 kg/h
Flujo de Energía 31156,6 0 BTU/h
-
pág. 41
Ahora bien, luego de que hemos obtenido los resultados energéticos del
gas natural y del diésel, podemos realizar un pequeño calculo para saber
cuántos metros cúbicos de gas natural se necesitara para generar la
misma cantidad de energía del combustible Diesel
𝑥 = 1
𝑚3ℎ ∗ 40043,2
𝐵𝑡𝑢ℎ
31156,6𝐵𝑡𝑢
ℎ
𝒙 = 𝟏, 𝟐𝟖𝟓𝟐 𝒎𝟑/𝒉
Con el resultado que acabamos de obtener lo ingresamos nuevamente
en el simulador y repetimos el mismo proceso que se realizó con un flujo
de 1m3/h y observamos que el flujo energético llego a ser el mismo del
diésel
Tabla 6. Resultados de la combustión del gas natural para un flujo volumétrico de 1,2852 m3/h en el simulador DWSIM (Lopez, 2020)
Objeto Gases de combustión
Residuos Unidad
Temperatura 1923,6 1923,6 C
Presión 101325 101325 Pa
Flujo Masico 16,7555 -3,72E-15 kg/h
Flujo Molar 0,167818 0 mol/s
Fracción Molar (Mezcla) / Dióxido
Carbono
0,0871369 0
Fracción Másica (Mezcla) / Dióxido
Carbono
0,138271 0
Flujo Masico (Mezcla) / Dióxido
Carbono
2,31681 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Metano 0 0
Fracción Másica (Mezcla) / Metano 0 0
Flujo Masico (Mezcla) / Metano 0 0 kg/h
-
pág. 42
4.3 Comparación de los Costos de Producción del Diesel y gas
Natural
Luego de haber obtenido la cantidad de energía generada por parte de
los combustibles empleados en la simulación, es necesario realizar una
comparación de los costos de producción. Para ello tenemos que
realizar un análisis individual del costo monetario de cada combustible,
teniendo en cuenta los precios oficiales de los combustibles establecido
por la Agencia de regulación y control hidrocarburifero (ARCH, 2020)
4.4 Costo monetario del combustible Diesel en función de su
volumen
Para el cálculo del costo monetario del diésel vamos a realizar un
pequeño cálculo de los galones utilizados en el proceso que es de 240
galones/mes con relación al precio oficial que es de $ 2.03758 por cada
galón de diésel ,este valor está en relación al diésel tipo 2 el cual es
utilizado industrialmente para los procesos de generación de energía
(ARCH, 2020)
𝑥 = 240
𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠𝑚𝑒𝑠 ∗ 2,03758 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
1 𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛
𝒙 = 𝟒𝟖𝟗, 𝟎𝟏𝟗𝟐 𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔
𝒎𝒆𝒔
Fracción Molar (Mezcla) / Oxigeno 0,0174274 0
Fracción Másica (Mezcla) / Oxigeno 0,0201071 0
Flujo Masico (Mezcla) / Oxigeno 0,336906 0 kg/h
Fracción Molar (Mezcla) / Agua 0,174274 0
Fracción Másica (Mezcla) / Agua 0,113203 0
Flujo Masico (Mezcla) / Agua 1,89677 0 kg/h
Flujo de Energía 40042,4 0 BTU/h
-
pág. 43
4.5 Costo monetario del combustible gas natural en función de su
energía
Para el caso del gas natural se realiza un cálculo en base a la energía
que se generó en la simulación, con relación al precio oficial del
combustible que está a $2,00 por cada millón de BTU (ARCH, 2020)
𝑥 = 40042,3
𝐵𝑇𝑈ℎ𝑜𝑟𝑎 ∗ 2,00 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
1000000 𝐵𝑇𝑈
𝒙 = 𝟎, 𝟎𝟖 𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔
𝒉𝒐𝒓𝒂= 𝟓𝟕, 𝟔𝟔
𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔
𝒎𝒆𝒔
Luego de haber realizado los cálculos correspondientes del costo
monetario de los combustibles utilizados se procede a estimar el ahorro
mensual que se obtendría en el proceso de combustión
𝑥 = 489,0192𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
𝑚𝑒𝑠 − 57,66
𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
𝑚𝑒𝑠
𝒙 = 𝟒𝟑𝟏, 𝟑𝟓𝟗𝟐𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔
𝒎𝒆𝒔
En términos porcentuales seria de la siguiente manera
𝑥 =431,3592
𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠𝑚𝑒𝑠
489,0192𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
𝑚𝑒𝑠
∗ 100% = 88,21%
𝑥 = 100% − 88,21% = 𝟏𝟏, 𝟕𝟗%
Ahora procedemos a calcular cómo influye los costos de los
combustibles en los costos de producción, teniendo en cuenta que los
costos de producción constan de 3 elementos importantes que son: los
materiales directos, la mano de obra directa y los costos indirectos de
-
pág. 44
fabricación, siendo el último elemento del costo de producción el punto
central de la investigación (CEUPE, 2019)
Costos Producción = M.O.D + M. D+ C.I.F
Para poder representar como afectaría un cambio de combustibles en
los costos indirectos de fabricación, se tiene en cuenta que este
elemento del costo de producción total equivale a un 33,33% y mediante
el ahorro porcentual que se obtuvo, se procede a realizar el siguiente
calculo
𝑥 = 33,33% ∗ 11,79%
100%
𝒙 = 𝟑, 𝟗𝟐𝟗𝟔%
4.6 Grado de Contaminación de los combustibles utilizados en el
proceso de generación de energía (40043 BTU/h)
Como en todo proceso de combusti�