Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 1 Resumen El incesante aumento del precio del petrleo y la creciente preocupacin por el tema de la contaminacinambientalylasemisionesdegasesdeefectoinvernaderohasidola principal motivacin para la realizacin de este proyecto. Actualmente,seestestudiandounaposibleimplantacindelhidrgenoenlos transportespblicos,yaqueeselcombustiblemslimpioqueseconocedadoquelas emisionescontaminantessereducennicamenteavapordeagua;noobstante,enla actualidadlatecnologadelhidrgenonoestlosuficientementedesarrolladaparaser aplicadaaltransportepblicoyaquetodalaenergaquesenecesitaparaobtener hidrgeno,noescomparablealaquesepuedeobtenerenformadeestegas,locual significa que el conjunto de procesos necesarios para obtenerlos da un rendimiento muy bajo, por tanto, con la tecnologa actual es una fuente de energa muy cara de obtener. Se ha pensado, y de hecho ya se est experimentando, la implantacin del gas natural en eltransportepblico,yaqueeselmenoscontaminantedeloscombustiblesfsilesy comonoesunderivadodelpetrleo,suprecioesmuchomsbarato,portantoesun combustiblemuyinteresantecomounaalternativaacortoymedioplazoparapaliarel problema de la contaminacin ambiental. Este proyecto se centra en el estudio de una flota de autobuses y taxis funcionando con gasnaturalogasleomedianteunahojadeclculoenlaqueprimeroseintroducenlos datos de la flota, y automticamente se obtienen resultados numricos sobre consumos, costes y emisiones de CO2 de la flota, principal responsable del efecto invernadero.Endichahojadeclculoseobtienentambinlosahorrosentrminosdecostedel combustible y emisiones de CO2, que representa el uso del gas natural comprimido en la flota frente al gasleo y queda tambin cuantificada la ventaja que representa en cuanto a autonoma del vehculo el uso del gas natural licuado frente al comprimido. Por otra parte, se resean tambin las principales leyes, reglamentos, decretos,...etc. que conforman el marco legal que regula el posible uso del gas natural en vehculos a motor en Espaa, donde se ver que su uso como combustible es posible, pero, de momento, limitado slo a vehculos de transporte pblico. Con todo ello, y partiendo siempre de datos lo ms realistas posibles, quedar claramente justificadaycuantificadalaventajaqueentrminosambientalesyeconmicossignifica usar el gas natural como combustible frente a los derivados del petrleo. Pg. 2Memoria Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 3 Sumario RESUMEN ______________________________________________________1 SUMARIO_______________________________________________________3 1.GLOSARIO__________________________________________________5 2.PREFACIO__________________________________________________7 2.1.Origen del proyecto............................................................................................... 7 2.2.Motivacin.............................................................................................................. 7 2.3.Requerimientos previos........................................................................................ 7 3.INTRODUCCIN_____________________________________________8 3.1.Objetivos del proyecto .......................................................................................... 8 3.2.Alcance del proyecto............................................................................................. 8 4.GAS NATURAL ______________________________________________9 4.1.Familias de gases................................................................................................. 9 4.2.Composicin del gas natural ............................................................................. 10 4.3.Caractersticas del gas natural distribuido en Espaa ................................... 12 4.4.Gas natural comprimido (GNC)......................................................................... 13 4.5.Gas natural licuado (GNL) .................................................................................. 14 5.ALMACENAMIENTO Y SUMINISTRO____________________________16 5.1.Instalaciones que constituyen el sistema gasista ............................................ 16 5.2.Instalaciones gasistas en Espaa..................................................................... 17 5.3.Capacidad controlada y disponible de las instalaciones............................... 19 5.4.Mercado del gas natural en Espaa ................................................................. 19 5.4.1.El mercado regulado.......................................................................................19 5.4.2.El mercado liberalizado...................................................................................21 5.4.3.Agentes del sistema de gas natural................................................................24 5.5.Sistemas de almacenamiento de a bordo....................................................... 25 5.5.1.Funcionamiento bsico...................................................................................25 5.5.2.Cilindros contenedores de gas natural ...........................................................25 5.5.3.Accesorios de los recipientes de gas natural .................................................26 5.5.4.Comparativa de almacenamiento a bordo de GNC y GNL.............................28 5.6.Dispositivos de almacenamiento en estacin de servicio............................. 37 5.6.1.Requisitos mnimos para establecer una estacin.........................................38 Pg. 4Memoria 5.6.2.La planta de repostaje de Zona Franca...........................................................38 6.UTILIZACIN DEL GASNATURALENVEHCULOS DE TRANSPORTE PBLICO _________________________________________________ 42 6.1.Comparativasobreelusodegasnaturalogasleoenunaflotade autobuses y taxis................................................................................................. 43 6.1.1.Autobuses de GNC..........................................................................................43 6.1.2.Anlisis comparativo respecto del gasleo.....................................................44 7.MARCO LEGAL ____________________________________________ 58 7.1.Marco legal para la transformacin de vehculos a gas natural ..................... 58 7.1.1.Reglamento N 110R00, Anexo 109: COMPONENTES Y VEHCULOS GNC58 7.1.2.Reglamento N 115 de las Naciones Unidas ..................................................67 7.1.3.Reglamento de Reformas de Importancia......................................................68 7.2.Temas complementarios.................................................................................... 72 7.2.1.Reglamentodecalidadyseguridadenladistribucinyutilizacinde combustibles gaseosos ..................................................................................72 7.2.2.REAL DECRETO 283/2001, de 16 de marzo. ...............................................74 8.IMPACTO AMBIENTAL ______________________________________ 77 8.1.Introduccin.......................................................................................................... 77 8.2.Reduccin de las emisiones de dixido de carbono (CO2) que se producen con gas natural respecto a las que se producen con gasleo....................... 77 8.2.1.Combustin terica.........................................................................................77 8.2.2.Comparativa de las emisiones de CO2 para una flota de autobuses y taxis a GNC / gasleo.................................................................................................80 8.2.3.Emisiones contaminantes...............................................................................81 8.2.4.El GNC y la contaminacin .............................................................................83 8.2.5.Reduccin de la contaminacin acstica.......................................................86 CONCLUSIONES _______________________________________________ 87 BIBLIOGRAFA_________________________________________________ 89 Referencias bibliogrficas............................................................................................ 89 Bibliografa complementaria ........................................................................................ 90 Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 5 1.Glosario [1]Aireterico:cantidaddeairenecesariaysuficienteparaasegurarlacombustin completa de 1 m3de gas natural. Se mide en [Nm3de aire/ Nm3de gas natural]. [2]Efectoinvernadero:elCO2 permite el paso de la radiacin solar, pero impide su salida cuando la superficie terrestre la refleja; por tanto, las emisiones excesivas de CO2acentanesteefectodandolugaraunprogresivocalentamientodela atmsferayelloespeligrosoporlasgravesconsecuenciasclimticasyalteracin del equilibrio natural de los ecosistemas. [3]Factoracntrico:esunparmetronecesarioparacalcularelfactorde compresibilidad de un gas, el cual mide la desviacin del comportamiento de dicho gasrespectodeldeungasideal.Elfactoracntricomidelaacentricidadono esfericidad de la molcula; es decir, cuantifica las fuerzas intermoleculares entre las diferentespartesdelamolcula,nosloentresuscentros,deahelnombrede factor acntrico. [4]FactordecompresibilidadZ(Lee-Kesler):mideladesviacindel comportamiento de un gas respecto del de un gas ideal. [5]Gasidealoperfecto:gasescuyasmolculassemuevenlibrementeportodoel volumenquelascontienensiendonegligibleslosefectosderesistenciadebidoal rozamiento entre ellas y las paredes del recipiente que contiene dicho gas. [6]GNCoGNV:gasnaturalcomprimidoogasnaturalvehicular.Eselgasnatural comprimido a altas presiones (entre 200 y 220 bar), almacenado en tanques, y stos alojados en un vehculo que se provee de gas natural como fuente de energa. [7]GNL:eselgasnaturalenestadolquido,almacenadoatemperaturascriognicas, concretamente a 162 C para 1 bar de presin. [8]ndice de Wobbe :relacin entre la potencia calorfica superior de un gas y la raz cuadrada de su densidad relativa respecto del aire.[d PCI W / ]. Pg. 6Memoria [9]Liner:contenedorutilizadocomorecipienteinteriorestancoalgas,alrededordel cualsebobinanlasfibrasderefuerzo(filamentos),paraobtenerlaresistencia necesaria. Los liners metlicos, estn concebidos para compartir el esfuerzo con el refuerzo y los liners no metlicos no soportan ningn esfuerzo. [10]Lmites de inflamabilidad:lmites de la composicin volumtrica de la mezcla aire-gasparaquelacombustinpuedainiciarseypropagarse.Dichoslmitessonlos porcentajes molares o en volumen del gas natural en la mezcla aire-gas. Por encima del lmite superior o por debajo del lmite inferior, la mezcla no es inflamable por ser excesiva en combustible o en comburente, respectivamente. [11]Nafta:fraccinligeradelpetrleonatural,obtenidaenladestilacindelagasolina comounapartedesta.Susvariedadesseusancomomateriaprimaen petroleoqumica, y algunas como disolventes. [12]PCI:podercalorficoinferior.Energaliberadaporlacombustinidealy estequiomtrica a presin constante de 1kg de combustible tras llevar los productos de la combustin a 25C, dejando el agua de combustin en estado vapor y siendo tambin de 25C la temperatura inicial del combustible. [13]PCS:podercalorficosuperior.Energaliberadaporlacombustinidealy estequiomtrica a presin constante de 1kg de combustible tras llevar los productos de la combustin a 25C, dejando condensar el agua de combustin para dar agua lquida a 25 C y siendo tambin de 25 C la temperatura inicial del combustible. [14]Reformadeimportancia:elRealDecreton736/1988de8dejulio.(BOE16-7-1988,n170), tipifica qu tipo de reformas realizadas a los vehculos ya matriculados son consideradas como reformas de importancia, en funcin de su incidencia sobre la seguridad vial. [15]Termia: unidad de energa equivalente a 4,18681010 J en el Sistema Internacional de unidades, su notacin abreviada es [ te ]. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 7 2.Prefacio 2.1.Origen del proyecto Lafuertecontaminacinenalgunasciudades,unidaalatendenciamundialde compatibilizarelcrecimientoeconmicoconlaproteccinambiental(desarrollo sostenible),haprovocadolabsquedayempleodecombustiblesmseconmicosy respetuososconelmedioambiente,esdecir,combustiblesalternativosa los derivados del petrleo. 2.2.Motivacin Elincesanteencarecimientodelospreciosdelpetrleo,laselevadasemisiones contaminantesdesusderivadosyellounidoaqueactualmentelatecnologadel hidrgenonoseencuentralosuficientementedesarrolladaparageneralizarsealos transportes pblicos, ha sido el motivo de utilizar gas natural como combustible en dichos transportes, como una solucin a corto y medio plazo, ya que es ms econmico que el petrleo y es el menos contaminante de todos los combustibles fsiles. 2.3.Requerimientos previos Para la realizacin de este proyecto se han tenido en cuenta algunas experiencias piloto de flotas de autobuses funcionando con gas natural, y por tanto, todas las estimaciones de datos de partida se han basado en dichas experiencias para obtener resultados lo ms realistas posibles. Por otra parte, se ha tenido en cuenta, que el marco legal en Espaa contempla el posible uso del gas natural como combustible en vehculos a motor, aunque por ahora, slo en vehculos de transporte pblico. En cuanto a las fuentes de informacin utilizadas, se ha hecho uso de libros para resear laspropiedadesfsico-qumicas del gas natural, y realizar todos los clculos teniendo en cuentastas.Porotraparte,paralaestimacindedatosdepartida,descripciones tcnicas,legislacinyotrasinformaciones,sehanconsultadoreportajes,noticias, informes tcnicos y publicaciones acerca de la aplicacin del gas natural en vehculos a motor;dichomaterialsehaobtenidodelaredinternauta,elusodelacual,hasido imprescindible para la realizacin de este proyecto. Pg. 8Memoria 3.Introduccin 3.1.Objetivos del proyecto Analizar el comportamiento de una flota de autobuses y taxis funcionando con gas natural, a partir de unas condiciones de partida y estimar el orden de magnitud de los consumos, costes y ahorros respecto al funcionamiento con gasleo. Compararelusodelgasnaturalenformacomprimida(GNC[6])olicuada(GNL[7]),y compararlosinconvenientesyventajasquerepresentaelempleodeunauotra alternativa. Exponeryresearelmarcolegalvigenteanivelnacionalymundialenelquese desenvuelvelaaplicacindelgasnaturalcomocombustibleenautomocin,citandoy definiendo los requisitos ms importantes de un vehculo funcionando con gas natural. Evaluar el impacto ambiental que representa utilizar el gas natural en dichas flotas de taxis y autobuses y estimar tambin el orden de magnitud de la mejora que representa su uso respectodelgasleoencuantoaahorrodeemisionesdeCO2serefiere,principal responsable del efecto invernadero. 3.2.Alcance del proyecto Esteproyectoabarcatodoslosvehculosamotordestinadosaltransportepblicode personasqueactualmentefuncionanconderivadosdelpetrleo(gasleo, concretamente); a saber: taxis y autobuses. Actualmente, no existe una red de estaciones de servicio de gas natural en Espaa, aunque para una posible implantacin en el futuro, con objeto de poner en servicio una flota vehicular de transporte pblico que opere en las principales capitales, se hace del todo imprescindible un estudio preliminar evaluando su viabilidadeconmicaymedioambiental,locualeselobjetivoprimordialdelpresente proyecto. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 9 4.Gas natural Sedenominagasnaturalaunamezcladegases,cuyoscomponentes principales son hidrocarburos gaseosos, ( en particular metano que aparece en una proporcin superior al 70%). El gas natural se encuentra en la naturaleza en las llamadas bolsas de gas, bajo tierra, cubiertasporcapasimpermeablesqueimpidensusalidaalexterior;puedetambin, encontrarse acompaando al crudo en pozos petrolferos (gas natural asociado) o bien en yacimientos exclusivos de gas natural (gas natural no asociado). No existe una teora rigurosa sobre su formacin pero se puede asegurar que proviene de un proceso anlogo al de la formacin del petrleo. 4.1.Familias de gases Cuandoungasescapazdereaccionarconeloxgenodelairedeformarpidaycon desprendimientodeenergatrmica(procesodecombustin)sedenominagas combustible. Los combustibles gaseosos se clasifican en diferentes familias. LaNormaespaolaUNE60002clasificalosgasescombustiblessegnsuparmetro llamadondicedeWobbe[8], cociente entre el poder calorfico superior y la raz cuadrada de la densidad relativa del gas respecto del aire. - Primera familia: ndice de Wobbe comprendido entre 5700 y 7500 kcal/Nm3. Pertenecen a esta familia el gas manufacturado, el gas de coquera, y el gas de mezcla hidrocarburo-aire de bajo ndice de Wobbe. -Segundafamilia:ndicedeWobbecomprendidoentre9680y13850kcal/Nm3. Pertenecenaestafamilialosgasesnaturalesylasmezclashidrocarburo-aire de alto ndice de Wobbe. -Tercerafamilia:ndicedeWobbecomprendidoentre18500y22070kcal/Nm3. Pertenecen a esta familia los GLP (gases licuados del petrleo), propano, butano...etc. Pg. 10Memoria 4.2.Composicin del gas natural Ms del 70% del gas natural es metano, al que acompaan otros hidrocarburos saturados comoeletano,propano,butano,pentanoypequeasproporcionesdeotrosgases.La composicindelgasnaturalvarasegnlaprocedenciadelmismo,talycomopuede comprobarse en las Tablas 4.1,4.2 y 4.3. LibiaFranciaHolandaGran BretaaItaliaArgelia [ % ] Marsa el Brega Lacq St. Faust Mellion GroningenLeman BankCortemaggioreArzew CH466,269,277,881,592,095,982,1 C2H619,83,33,62,73,51,412,4 C3H810,61,01,20,50,70,43,7 C4H102,30,60,90,10,30,31,4 CnHm0,20,51,70,30,2 N20,90,60,414,52,91,80,2 CO29,68,50,70,3 SH215,25,9 Alemania Occ. VenezuelaU.S.A.N.ZelandaU.R.S.S. [ % ]EmsmndungMaracaiboGulf CoastKapuniDachavaKouibychev CH481,878,193,544,298,074,6 C2H62,89,93,86,10,7 C3H80,45,51,23,410,0 C4H100,22,80,61,610,5 CnHm2,10,4 N214,21,20,11,23,1 CO20,80,40,544,20,10,2 SH21,6 Tabla4.2Fuente:GASNATURALCaractersticas,distribucinyaplicaciones industriales. [Ref. 1] Tabla4.1Fuente:GASNATURALCaractersticas,distribucinyaplicaciones industriales. [Ref. 1] Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 11 Tipo1 Argelia-Libia Tipo2 Argelia Tipo3 Serrablo Tipo4 Gaviota CH4 [ % ]85,2391,4798,6586,72 C2H6[ % ]13,597,140,325,44 C3H8[ % ]0,340,700,041,74 i-C4H10 [ % ]0,020,050,010,32 n-C4H10 [ % ]0,020,060,010,35 C5H12 [ % ]--0,010,25 C6H14 [ % ]--0,010,05 N2[ % ]0,800,580,113,93 CO2 [ % ]--0,841,20 PCS[13], [ MJ /Nm3]43,9642,3739,7141,54 PCI[12], [ MJ /Nm3]39,6838,1835,7137,47 densidad, [ kg /Nm3] 0,810,780,730,83 ndice Wobbe, [MJ/Nm3] 55,4654,6852,7751,83 En la tabla 4.4., presentada a continuacin, se especifican las caractersticas principales de los componentes de los gases naturales, lo que nos permitira calcular, para un gas de composicin conocida, cul es su potencia calorfica , densidad, cantidad de aire terico[1] necesarioparalacombustin(podercomburente),volumendeloshumos(poder fumgeno), lmites de inflamabilidad[10], etc. Tabla4.3Composicinypropiedadesmediasdelosgasesnaturalesdistribuidosen Espaa. Fuente: GAS NATURAL Caractersticas, distribucin y aplicaciones industriales. [Ref. 1] Pg. 12Memoria Componentes Peso mole- cular [ g/ mol ] Densidad relativa respecto al aire PCS [ kcal /Nm3] PCI [ kcal /Nm3] Aire terico [m3/ m3] Lmite iInferior de inflamabilidad [%] Lmite superior de inflamabilidad [%] Frmula qumica Metano16,040,559.5308.5709,52515CH4 Etano30,071,0416.86015.39016,67312,5C2H6 Propano44,101,5224.35022.38023,812,29,5C3H8 Butano58,122,0132.06029.56030,951,78,5C4H10 Dixido de Carbono 44,011,52000--CO2 Oxgeno32,001,10000--O2 Hidrgeno2,020,073.0502.5702,3812,574H2 Nitrgeno28,020,97000--N2 Aire28,971,00000-- 71 %O2;; 21 %N2 HidrocarburoFrmulaPunto de fusin [ C]Punto de ebullicin [ C] MetanoCH4-182,6-161,6 EtanoC2H6-172,0-88,5 PropanoC3H8-187,1-42,2 ButanoC4H10-135,0-0,5 PentanoC5H12-129,736,0 4.3.Caractersticas del gas natural distribuido en Espaa LacomposicinmediadelgasnaturalsuministradoenEspaa,ascomosus caractersticasdecombustin,hansidolassiguientes[Ref.3,p.161].Composicin volumtrica *: Metano 86.15 % Etano12.68 % Propano0.40 % Butano0.09 % Nitrgeno 0.68 % Tabla4.4Fuente:GASNATURAL;Caractersticas,distribucinyaplicaciones industriales.[Ref. 1] Tabla 4.5Propiedades de los hidrocarburos componentes del gas natural. Fuente: QUMICA GENERAL MODERNA.[Ref. 2] Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 13 Dicha composicin volumtrica es variable segn procedencia, aunque para posteriores clculos se tomar como referencia la composicin media antes citada. Caractersticas de la combustin: Contenido en azufre del odorizante6,6 mg / Nm3 Peso especfico0,808 kg/ Nm3

Densidad relativa al aire0,625 Potencia calorfica superior a 0 C10,474 kcal / Nm3

Potencia calorfica inferior a 0 C9.929 Potencia calorfica superior a 15 C9.450 Potencia calorfica inferior a 15 C8.958 ndice de Wobbe13.249 Volumen de aire terico para la combus- tin).10,47m3aire/m3gas Concentracin mxima de CO2 en humos Secos12,08% Volumen de humos secos (por m3 de gas)9,39m3 Volumen de humos hmedos (por m3 de gas)12,44m3 Lmite inf. de inflamabilidad en el aire4,8 % (de gas) Lmite sup. de inflamabilidad en el aire13,5% (de gas). 4.4.Gas natural comprimido (GNC) Se llama GNC al gas natural comprimido a altas presiones que almacenado en tanques, y stos alojados en un vehculo, puede proveer al mismo de energa. El hecho de comprimirlo a altas presiones, se debe a la problemtica de almacenar una cantidad de energa considerable en un volumen limitado para dar al vehculo la mxima autonoma posible. El nico riesgo que esto conlleva es que lgicamente, en caso de accidente, cuanta ms energa se halle almacenada en el tanque tambin se multiplican los efectos negativos en el caso de un siniestro que afecte al sistema de almacenamiento. Noobstante,esmenospeligroso que cualquier otro combustible ya que su temperatura de ignicin es ms alta que la nafta[11] (700 C en comparacin con 450 C de la nafta), porcontrasurangodeinflamabilidadesmuybajo,alrededordel5al15%delamezcla aire /gas a presin atmosfrica es ya potencialmente inflamable. Pg. 14Memoria El gas natural se comprime a 250 bar y se almacena en el vehculo en cilindros instalados en la parte trasera, el chasis, o en el techo, a una presin de unos 220 bar. 4.5.Gas natural licuado (GNL) Eselgasnaturalenestadolquido,almacenadoatemperaturascriognicas, concretamentea-163Cpara1bardepresin.Enesteestadodepresiny temperatura,ladensidaddellquidoesde437kg/m3, es decir del orden de 600 veces mayor que en las condiciones base de 1 bary 15 C. Por esta razn, la gran ventaja del GNL es que tambin puede almacenarse una cantidad de energa por unidad de volumen 600 veces superior a las condiciones base; portanto, estaeslaformamseconmicadetransportarelgasentrecontinentesen embarcaciones martimas especiales (los llamados buques metaneros), donde sistemas detransporteportuberastradicionalesnoseraneconmicosypodransertcnicao polticamenteinviables.Deestamanera,latecnologadelGNLhacedisponibleelgas natural a travs del mundo. Para hacer el GNL disponible en un pas como EE.UU., las compaas de energa deben invertirenunnmerodediferentesoperacionesqueestnrelacionadasentresy dependen unas de las otras. Fig.4.1Cilindros contenedores de GNC a base de fibra de carbono. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 15 Las etapas ms importantes de la cadena de valor de GNL, excluyendo las operaciones de tubera entre cada etapa, son las siguientes: Exploracin:paraencontrargasnaturalenlacortezaterrestreyproduccin del gasparallevarloalosusuariosdelmismo.Muchasveceselgasnaturalse descubre durante la bsqueda de petrleo. Licuefaccin:paraconvertirgasnaturalaestadolquido,paraqueaspuedaser transportado en barcos. Transporte del GNL en embarcaciones especiales. AlmacenamientoyRegasificacin, para convertir el GNL almacenado en tanques dealmacenamientoespeciales,desufaselquidaasufasegaseosa,listopara ser llevado a su destino final a travs del sistema de tuberas de gas natural. Lalicuefaccintambinproporcionalaoportunidaddealmacenargasnaturalparauso duranteperodosdealtademandaenreasdondelascondicionesgeolgicasnoson recomendables para desarrollar servicios de almacenamiento subterrneos. En regiones donde la capacidad de gasoductos desde las reas de suministro puede ser muycostosaysuusoessumamenteestacional,lalicuefaccinyalmacenamientodel GNLocurreduranteperodosdebajademandaparaas,reducirloscostosos compromisosdecompradecapacidadengasoductosdurantelosperodosdealta demanda. Elprincipalinconvenienteesqueparamantenereltanqueadichastemperaturas criognicas, se requiere un aislamiento de elevadsima calidad con materiales tales como la fibra de vidrio o incluso llegando a practicar el vaco. Se trata de evitar, en la medida de lo posible el calentamiento progresivo del tanque, ya que con el aumento de temperatura, tambin aumenta la presin y con ello se llegara a un cambio de fase, con un vapor cada vez ms presurizado que acabara rompiendo el tanque. Dadoquelosaislamientostrmicosnosonperfectos,siemprehabrqueconsiderarun sistemadevlvuladeseguridaddeltanqueparaaliviarlapresinsiestaresultara excesiva, descargando a la atmsfera cantidades de gas de la fase gaseosa o reinyectarlo a la estacin de licuefaccin, para as mantener la presin estable en el interior del tanque. Pg. 16Memoria 5.Almacenamiento y suministro5.1.Instalaciones que constituyen el sistema gasista El sistema gasista comprende las instalaciones incluidas en la Red Bsica de Transporte, laReddeTransporteSecundario,laReddeDistribucinydemsinstalaciones complementarias. Red Bsica de Transporte. Forman parte de la red bsica de transporte: Las plantas de Licuefaccin: transforman el gas natural al estado lquido para facilitar su almacenamiento y transporte en buques metaneros. Dichas plantas suelen encontrarse en los propios buques.Las Plantas de Regasificacin: transforman el gas natural lquido de los buques metaneros al estado gaseoso mediante la aportacin de calor para introducirlo en la red de gasoductos.Los Gasoductos de Transporte Primario: son aquellos cuya presin mxima de diseo es igual o superior a 60 bares.Los Almacenamientos Subterrneos: almacenan gas en el subsuelo para asegurar la continuidad y suministro de gas en caso de fallo de los aprovisionamientos y modular la demanda. Generalmente son antiguos yacimientos mineros geolgicamente estables.Las Conexiones Internacionales: gasoductos que conectan el sistema gasista espaol con otros sistemas o con yacimientos en el exterior. Red de Transporte Secundario: Forman parte de la red de transporte secundario aquellos cuya presin mxima de diseo est comprendida entre 60 y 16 bares. Redde Distribucin: Forman parte de la red de distribucin los gasoductos cuya presin mxima de diseo sea igual o inferior a 16 bares, y aquello otros que, con independencia de su presin mxima de diseo, tengan por objeto conducir el gas a un nico consumidor partiendo de un gasoducto de la red bsica o de transporte secundario. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 17 5.2.Instalaciones gasistas en Espaa El desarrollo de las infraestructuras gasistas en Espaa viene condicionado por la escasa produccindegasnacional,yporlasituacingeogrficadeEspaaalejadadelos yacimientos europeos del Mar del Norte y Rusia. Ambos factores provocaron un desarrollo tardodelgasnatural,quecomenzafinalesdelossesentaconlaconstruccindela primera planta de regasificacin en Barcelona, abastecida a partir de GNL libio y argelino, seguida de las de Huelva y Cartagena. Posteriormente, en 1993 se realiza la conexin por gasoducto con Francia, que conecta la red espaola con el yacimiento francs de Lacq, y en1996sefinalizaelgasoductodelMagrebqueconectalaPennsulaIbricaconlos yacimientos de gas argelinos, atravesando Marruecos y el estrecho de Gibraltar. La peculiaridad del sistema de gas espaol, en comparacin con otros pases europeos, es la elevada dependencia de las importaciones y el elevado protagonismo de las plantas de regasificacin en el aprovisionamiento. El avance de las infraestructuras de gas natural por el territorio peninsular experimenta un gran impulso a partir del Protocolo del Gas de 1985, avance que contina en la actualidad y que se concreta en varios Planes de gasificacin acordados entre las empresas de gas ylasComunidadesAutnomas.Eldesarrollodelasinfraestructurasdegasest condicionadoporlaelevadaextensinterritorial,ascomoporladistribucindela poblacin y la industria. Las infraestructuras actuales de gas natural en Espaa se componen de tres plantas de regasificacindegasnaturallicuado,unos6.000kmdegasoductosdetransporte,ms de31.000kmdegasoductosdedistribucin,dosalmacenamientossubterrneos,tres yacimientos y cuatro conexiones internacionales (con Marruecos, con Francia y dos con Portugal), adems de otras instalaciones auxiliares, estaciones de compresin y plantas satlite de GNL. EnlaFigura5.1,enlapginasiguiente,seobservaeldetalledelasinfraestructuras gasistas de la Pennsula Ibrica (Fuente: Comisin Nacional de la Energa. CNE),[Ref. 4]. Pg. 18Memoria Fig.5.1Mapa de infraestructuras gasistas en Espaa. Fuente: CNE.[Ref. 4] Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 19 5.3.Capacidad controlada y disponible de las instalaciones Elconocimientodelascapacidadesdelsistemagasistaesdevitalimportanciaparala actuacin empresarial y la toma de decisiones de los comercializadores.El Real Decreto 949/2001, de 3 de agosto, por el que se regula el acceso de terceros a las instalaciones gasistas y se establece un sistema econmico integrado del sector del gasnatural[Ref.5],determina,ensuartculo6.5.laobligacindelostitularesde instalaciones de regasificacin, almacenamiento y transporte de publicar, con periodicidad trimestral,lacapacidadcontratadaydisponibleencadaunadesusinstalaciones, distinguiendolacapacidadasignadaacontratosdeaccesodeduracinmayoroiguala dos aos, y los contratos de acceso de duracin inferior a dos aos.5.4.Mercado del gas natural en Espaa Desde el 1 de enero de 2003, todos los consumidores espaoles pueden elegir libremente asusuministradordegasnatural(RealDecretoLey6/2000).Ellosuponequepueden permanecerenelmercadoatarifa,esdecirseguirrecibiendoelgasnaturaldeuna empresa distribuidora, a un precio regulado por el Gobierno, o bien contratar el suministro conunaempresacomercializadora,aunpreciolibrementepactadoentreellayel consumidor. 5.4.1.El mercado regulado Enelmercadoregulado,eltransportistaeselsujetodelsistemagasistaencargado, segn la legislacin vigente, de adquirir el gas natural en el mercado internacional para su ventaalosdistribuidores.Eltransportistaadquiereelgasnaturalenelmercado internacional, lo transporta hasta los puntos de entrada alsistema gasista y, a travs de losgasoductosdetransportehastalasciudades.Unavezenlasciudades,los distribuidores, titulares de las instalaciones de distribucin, transportan el gas a travs de dichas redes y lo entregan a los consumidores a tarifa en sus domicilios. Son, por tanto, estos distribuidores los que venden el gas a los consumidores a tarifa. Pg. 20Memoria Eltransportistaseaprovisionadegasnaturalenelmercadointernacional,pagandopor ello el precio negociado en dicho mercado. En funcin de dicho precio, se calcula el coste delamateriaprima(CMP),baseparalaconstruccindelastarifas.AdichoCMPse aadir un coste correspondiente a la gestin que realiza el transportista al comprar dicho gas, que recibe el nombre de gestin de la compra-venta de gas. Tanto el CMP como el costedegestindelacompra-venta de gas conforman el coste total de adquisicin del gas natural. A dicho coste habr que aadirse el correspondiente a la conduccin de gas natural, que estarformadoporlascantidadesquehabrndepagarsealostransportistasy distribuidores por la realizacin de sus actividades. 5.4.1.1.Estructura de las tarifas para mercado regulado Lastarifasdeventadelgasnaturalenelmercadoreguladosefijan,porelGobierno, anualmente y, se revisan trimestralmente. La factura del consumidor de gas natural en el mercado regulado recoger necesariamente los siguientes conceptos: Facturacinportrminofijo:Elconsumidoratarifapagaruntrminofijoen funcin de su consumo y presin de suministro. Facturacin por trmino variable: El consumidor pagar un precio por cada uno de los kWh que consuma. Alquilerdelcontador:Elconsumidoratarifadeberpagarlacuantafijadaporel Gobierno correspondiente al alquiler del contador. I.V.A.:Se aplicar un tipo impositivo del 16% al sumatorio de todos los conceptos: facturacin por trmino fijo, facturacin por trmino variable y alquiler del contador. El consumidor pagar a su distribuidor el resultado de sumar todos estos conceptos. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 21 5.4.2.El mercado liberalizado Enelmercadoliberalizadoloscomercializadorespuedencomprarelgasnaturalalos productoresenlospasesdeorigendelmismooadquirirloalasempresas aprovisionadoras.Encualquiercaso,dichoscomercializadorespagarnunprecio, denominadocostedeadquisicindelgas,queserlibrementepactadoentreestosy aqullos. El gas que introducen en Espaa los comercializadores, puede entrar en estado lquido o gaseoso. En caso de que entre lquido, habr de entrar por las plantas de regasificacin, motivo por el cual los comercializadores habrn de pagar un peaje por el uso de dichas plantas (peaje de regasificacin). Loscomercializadorestransportarnsugasatravsdelasredesdetransportey distribucin y, pagan unos peajes por el uso de las mismas. En este sentido, pagarn un canon de almacenamiento de GNL o un canon de almacenamiento subterrneo, si utilizan las correspondientes infraestructuras. Asimismo, si el gas que incorporan en el sistema gasistaesGNLharnusodelasplantasderegasificaciny,pordichouso,pagarnel correspondiente peaje de regasificacin. Fig.5.2Esquema del suministro de gas naturalen el mercado regulado.Fuente: Comisin Nacional de la Energa(CNE). Pg. 22Memoria Adicionalmente,loscomercializadoresrealizanelsuministrodegasnaturalatravsde lasredesdetransporteydistribuciny, pagarn un peaje de trasporte y distribucin por dicha utilizacin. Enconsecuencia,elgasquesesuministraalosconsumidoresquepertenecenal mercadoliberalizadoutilizalamismareddeinfraestructurasqueelgasdestinadoal mercadoatarifa.Ladiferenciaestribaenqueparatransportarelgasdestinadoal mercado liberalizado se pagan unos peajes por el uso de dichas redes. Al igual que en cualquier mercado libre, los comercializadores obtendrn un beneficio, que estar en funcin tanto de los costes en los que hayan de incurrir para el desarrollo de su actividad como de los beneficios que deseen obtener. Fig.5.3Esquema del suministro de gas naturalen el mercado liberalizado. Fuente:Comisin Nacional de la Energa(CNE). Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 23 5.4.2.1.Estructura de la factura para el mercado liberalizado El consumidor de gas natural en el mercado liberalizado pagar el precio que pacte con el comercializador, que ser libre y resultado de la negociacin entre ambos. La factura del consumidor que adquiera gas en el mercado liberalizado recoger aquellos conceptos que hayan pactado el comercializador y el consumidor. Noobstante,esconvenientequeendichafacturaconsteelcosteporelalquilerdel contador,independientementedequedichocostehayadesersatisfechoporpartedel comercializador. EnlaFigura5.4,semuestralaformacindepreciosenelmercadoreguladoyenel mercado liberalizado (RD-L 6/2000). Fig.5.4Formacin de precios en los mercados regulado y liberalizado. Fuente: CNE Pg. 24Memoria 5.4.3.Agentes del sistema de gas natural Productor: realiza la exploracin, investigacin y explotacin de los yacimientos de hidrocarburos. Transportista:eseltitulardeinstalacionesdealmacenamiento,regasificacino gasoductos de transporte (presin superior a 16 bar). Distribuidor:eseltitulardeinstalacionesdedistribucindegasnatural(con presin menor o igual de 16 bares o que alimenten a un solo consumidor). Comercializador:adquieregasnatural(alosproductoresoaotros comercializadores)ylovendeasusclientescualificadosoaotros comercializadores en condiciones libremente pactadas. Utiliza las instalaciones de transportistas y distribuidores para el transporte y suministro de gas a sus clientes, a cambio de un peaje. Consumidoresdegas: desde el 1 de enero de 2003, todos los consumidores de gaspuedenelegirentreadquirirelgasasudistribuidor,alatarifaestablecida reglamentariamente, o adquirir el gas a cualquier comercializador, en condiciones libremente pactadas. GestorTcnicodelSistema:eselresponsabledelagestintcnicadelared bsica y de transporte secundario de gas natural. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 25 5.5.Sistemas de almacenamiento de a bordo Para poder utilizar el gas natural en vehculos, es necesario comprimirlo a altas presiones o licuarlo, para que sea posible almacenar una cantidad aceptable de gas en los cilindros que actan como depsitos, y as lograr una cierta autonoma de la unidad. 5.5.1.Funcionamiento bsico El gas natural se comprime hasta unos 250 bar de presin y se almacena en el vehculo encilindrosinstaladosenlapartetrasera,enelchasisoeneltecho,aunapresinde entre 200 y 220 bar. Cuando el motor requiere gas natural, ste sale de los cilindros, pasa atravsdeunavlvuladebloqueomanualysetrasladaatravsdeunreguladorde combustible ubicado en el compartimento del motor. El gas natural se inyecta a presin atmosfrica a travs de un mezclador de gas natural especialmente diseado, donde se mezclaadecuadamenteconaire.Elgasnaturalfluyeentonceshacialacmarade combustindelmotoryseinflamaparacrearlaenergarequeridaparalaimpulsindel vehculo.Vlvulasespecialesoperadasporsolenoideimpidenqueelgasentrealmotor cuando ste est apagado. 5.5.2.Cilindros contenedores de gas natural CilindroparaGNC:recipientedeacerosincostura,utilizadoparael almacenamientodegasnaturalcomprimido, con una presin mxima de trabajo de 250 bar y una capacidad mxima en volumen de agua de 150 litros. CilindroparaGNL:recipientecontenedordegasnaturallicuado,aptopara almacenarelgasencondicionescriognicasocondicionestermodinmicasa bajas temperaturas (-163 C), a las cuales se logra la licuefaccin de los gases. Fig.5.5.Ubicacin de los cilindros de GNC en una furgoneta. Pg. 26Memoria 5.5.3.Accesorios de los recipientes de gas natural 5.5.3.1.Vlvula de alivio por sobrepresin Cadamdulocontenedorestprovistode,comomnimo,unavlvuladealiviopor sobrepresin, de autorreposicin, instalada inmediatamente aguas debajo de las vlvulas de cierre de los cilindros. Dichavlvulaestdimensionadaycalibradaaunapresindeaperturade1,2vecesla presindetrabajodelmdulo.Elcaudaldeventeodelavlvulaes,como mnimo, el mximo caudal de suministro al mdulo durante su carga. Lavlvuladebeventearmedianteunacanalizacinaloscuatrovientosyverticalmente hacia arriba del mdulo contenedor, sin obstculos. Ladescargadelventeoestprovistacondispositivoqueevitelainfiltracindeagua;el dispositivo es de autorreposicin y est fabricado con material antichispa. La ubicacin debe evitar que la descarga de gas incida sobre la instalacin elctrica y el sistemaqueincluyelavlvula,deberesistir las tensiones dinmicas que se generen en pleno flujo. 5.5.3.2.Vlvula de carga y descarga Debeninstalarsevlvulasdecortedirectamenteenlassalidasdevaporydelquidodel recipiente (en el caso de GNL); pueden utilizarse vlvulas de corte elctricas normalmente cerradas(NC)ymantenerseabiertasporcorrienteelctricaobienvlvulasdecierre operadas manualmente. Las vlvulas de corte seleccionadas para instalarse en el sistema deben estar diseadas parasoportarunapresindeoperacinsuperiora lapresinmximadeoperacin permisibledelrecipiente;nodebenocurrirportanto,fugasapresionesmenoresde1,5 veces la presin de operacin para la cual fue diseada la vlvula. Todaslaspartesdelavlvula,exceptuandoempaques,sellosyasientosqueestnen contacto con el combustible, deben ser de acero inoxidable o cobre. Ha de instalarse una vlvuladecorteenlalneadesuministrodecombustiblealaentradadelreguladorde presin,portantolavlvuladecortedebecerrarautomticamenteeimpedirelflujode combustible al vehculo cuando: a)El interruptor de encendido est cerrado o en la posicin de accesorios, y b)El motor no est operando con el interruptor de encendido abierto. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 27 5.5.3.3.Reguladores de presin del recipiente Los reguladores de presin de entrada al recipiente y de cada una de sus cmaras deben estardiseadosparaoperaraunapresinmayoroigualquelapresindeoperacin mxima permisible del recipiente. 5.5.3.4.Dispositivos de medicin de presin Losmedidoresdepresinseleccionadosparainstalarseenelsistemadebenestar diseadosparaoperaralascondicionesdepresinytemperaturaalascualesestn sometidos, con un factor de seguridad de presin por explosin de al menos cuatro veces la presin de operacin mxima permisible. Los medidores de presin seleccionadospara instalarse en el sistema deben disearse paraleeralmenos1,2veceslapresinalaqueeldispositivodealiviodepresinhaya sidocalibrado.Elorificiodelmanmetro,enlaconexindeentrada,nodebetenerun dimetro mayor de 1,4 mm. 5.5.3.5.Vaporizadores (GNL) LosvaporizadoresdebentenerlacapacidadparavaporizarGNLquealimentaalmotor cuandostedemandaelflujomximodecombustibleycalentarlosvaporesala temperaturaquerequiereelsistemadecarburacin,ensucaso.Losvaporizadores debenestarpermanentementeidentificadosporelfabricantedelosmismos,conla presin de operacin mxima permisible del combustible inscrita en ellos. Losgasesdesalidadelmotorpuedenutilizarsecomounafuentedirectadecalorpara vaporizarelcombustible,siempreycuandolosmaterialesdeconstruccindel vaporizadorqueestnencontactoconlosgasesdeescapeseanresistentesala corrosin propiciada por dichos gases. 5.5.3.6.Tuberas y accesorios Las tuberas y accesorios entre el recipiente y el regulador de presin seleccionados para instalarseenelsistemadebenestardiseadosparasoportarunapresindealmenos dos veces la presin de operacin mxima permisible del recipiente. Todoslosmaterialesdejuntasyempaquesdebenseradecuadosparasoportarlas temperaturasypresionesquesegenerenenelsistemadurantesuoperacin. nicamentelasaleacionescuyatemperaturadefusinseasuperiora811K(538C) deben emplearse para juntas o accesorios de tipo soldado. La tubera debe ser de acero inoxidable o cobre y cumplir con los estndares siguientes: -La tubera de acero inoxidable, tipo austentico clase 312, y Pg. 28Memoria -La tubera de cobre, de conformidad con la normatividad aplicable. Eltuboflexibledebeserdeaceroinoxidableocobreycumplirconlosestndares siguientes: -Tubo de acero inoxidable austentico sin costura y soldado para servicio general, de conformidad con la normatividad aplicable. -Tubo de cobre sin costura para aire acondicionado y refrigeracin, de conformidad con la normativa aplicable. Los accesorios para la tubera y el tubo flexible deben ser de acero inoxidable o cobre y cumplir con lo siguiente: -Las uniones de la tubera deben ser roscadas o soldadas, y -Las uniones de tubo flexible deben ser soldadas o hechas con los accesorios del tubo flexible. 5.5.3.7.Recipientes vehiculares y accesorios del recipiente vehicular Los recipientes vehiculares pueden localizarse dentro o debajo de los compartimentos del conductorodelospasajeros,conlaprecaucindequetodaslasconexionesdel recipiente sean externas o selladas y venteadas al exterior de dichos compartimentos. Losrecipientesdebenlocalizarseenunlugardondeseevitenlasposibilidadesdedao tanto a los mismos recipientes como a los accesorios, por tanto aquellos ubicados en la partetraserahandeprotegerseporparachoquesoporladefensaposterior.Siel recipiente est instalado demasiado cerca del motor o del sistema de escape (alrededor de 20 cm), debe protegerse contra el calentamiento directo mediante la colocacin de un material aislante. 5.5.4.Comparativa de almacenamiento a bordo de GNC y GNL Actualmente, la modalidad ms utilizada en el transporte pblico es el GNC. A pesar de ello, el GNL presenta varias ventajas frente al GNC: Peso del depsito menor que en GNC. Notable aumento de la autonoma del vehculo. No obstante, tambin presenta algunas desventajas: Posiblesfugasdegasalambiente,yaquenoesposibleunaislamientotrmico perfecto, lo quese traduce en emisiones contaminantes y en la imposibilidad de estacionarelvehculoenlugarescerradosporelriesgodeexplosinqueesto conlleva. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 29 Este es el principal motivo por el cual la industria es ms reacia a utilizar GNL. A pesar de que la autonoma del vehculo sea mucho menor en GNC, esta modalidad es ms segura; el hecho de tener que almacenar el gas a altas presiones implica el uso de un depsito con una pared ms gruesa y resistente, y por tanto, ms pesado que un depsito de GNL. Elhechodetenermsespesorysermsresistenteparasoportaraltaspresiones, significaque,sieldepsitoescapazdemantenerestableunciertoniveldepresin, tambingarantizatotalestanqueidaddelmismo,esdecir,enestecasonoexistela posibilidad de fugas al ambiente. Enlosapartados5.5.4.1y5.5.4.2,sedeseacompararlacantidaddeenergadegas naturalalmacenableporunidaddevolumendeldepsitosegnlamodalidaddeGNCo GNL, segn unas condiciones de partida; as como tambin la evolucin de dicha cantidad de energa segn la presin del tanque. En el apartado 5.5.4.3, se desea cuantificar y comparar, segn las condiciones de partida, laautonomadelostaxisyautobusesenlasmodalidadesdeGNCyGNL,ascomo tambinparagasleo,dondesepodrapreciarseelnotableaumentodeautonomadel vehculo que implica el usar GNL. 5.5.4.1.Almacenamiento de GNC Se suponen las siguientes condiciones: Volumen depsito = 200litros Temperatura del gas =15C Presin =1atm Paraunamayorprecisindelosclculos,seconsiderarqueelgasnaturalnose comportacomoungasperfecto[5],peseaqueelcomportamientoesbastante aproximado.Portanto,secorregirlaecuacindelosgasesperfectosconelfactorde compresibilidad Lee-Kesler (Z); cuyo valor es funcin de la presin y temperatura reducida del gas en cuestin. Para el clculo de la temperatura y presin reducida se han tomado las propiedades del metanoenelpuntocrtico,yaque,comosecitanteriormente,lacomposicindelgas natural est constituida por un 90% de metano. Pg. 30Memoria Tc =190,6K Pc =4,599MPa Vc =99,20cm3/mol =0,011 (factor acntrico[3] del metano) Tr=T/Tc1,512 Pr=P/Pc La temperatura reducida ser en todo momento constante ya que el gas siempre estar a 15C. Secalcularelfactordecompresibilidad[4]como[Z=Z0+Z1 ]utilizandoparaellolas tablas del factor de compresibilidad Lee-Kesler [Ref. 3,p.126-127]. Presin tanque densidad Energa por ud. de volumen Energa por ud. de masa barkg /m3GJ /m3te[15] /m3MJ / kgte[15] / kg 10,750,037948,911,68 5042,392,0749548,911,68 10090,514,431.05748,911,68 150127,176,221.48548,911,68 200184,249,012.15248,911,68 250221,3610,832.85848,911,68 EnlaFigura5.6,quesepresenta a continuacin se observa claramente como aumenta progresivamente la cantidad de energa almacenable por unidad de volumen a medida que aumentatambinlapresinalaquesealmacenaelgasnatural;particularmenteesta tendencia positiva aumenta notablemente a partir de los 60 bar de presin. Tabla 5.1.Variacin de la energa almacenada por unidad de volumen del GNC segn la presin del tanque . Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 31 5.5.4.2.Almacenamiento de GNL Anlogamente al apartado anterior, se pretende ver la variacin de la cantidad de energa almacenable por unidad de volumen, pero en este caso para gas natural licuado (GNL). Volumen depsito = 200litros Condiciones base: Presin = 1atm Temperatura =-163C Fig.5.6Evolucindelaenergaalmacenable de GNC por unidad de volumen segn la presin del tanque. Evolucin de la energa almacenable de GNC por unidad de volumen segn la presin del tanque0246810121 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250Presin [bar]Energa por unidad de volumen [GJ/m3]Pg. 32Memoria Presin tanque Temperatura de licuefaccin vol. esp. Densidad Energa por ud. de volumen Energaporud. de masa barCm3/kgkg/m3GJ /m3te /m3MJ /m3te /m3 1-161,800,00229437,3121,385.10848,911,68 2-152,630,00237422,7520,674.93848,911,68 4-141,810,00246406,1019,864.74348,911,68 6-134,420,00254393,2319,234.59348,911,68 8-128,540,00261382,5118,714.46748,911,68 10-123,900,00268373,2318,254.35948,911,68 Paracalcularlatemperaturadelicuefaccindelgasnaturaladistintaspresionesseha tenido en cuenta la composicin comercial del gas natural detallada en la pg.14 as como las tablas de saturacin de los distintos gases que lo componen (metano, etano, propano y butano) [ Ref. 3,p. 47-58]. Observandolatablaanterioryelsiguientegrfico,seobservacmodesciende sensiblementelatemperaturadelicuefaccinamedidaqueaumentalapresindel tanque, as como la disminucin de la densidad, y por tanto, de la energa almacenada por unidad de volumen.Por tanto, es ms interesante almacenar el GNL a presin atmosfrica, ya que todos los lquidos,pordefinicin,sonincompresiblesycualquierincrementodepresindedicho lquidosevercompensadoporunadisminucindesudensidad,ylgicamenteello implica menor cantidad de energa contenida por unidad de volumen. Tabla 5.2Evolucin de la energa por unidad de volumen del GNL segn la presin del tanque. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 33 5.5.4.3.Autonoma de los autobuses y taxis de GNC / GNLLaautonomadeunvehculoconsumiendogasleoesmayorqueladeunvehculo consumiendogasnaturalaigualdaddepotencianominal,factordeutilizacin,volumen deldepsitoyvelocidadmedia;yaqueelrendimientodelmotorDieselesmayorenel punto de mxima eficiencia del motor . Noobstante,dentrodelosqueusangasnatural,lamayorautonomalatienenaquellos vehculosqueconsumenGNL,yaquetalcomosevioenelpunto5.4.4.2,laenerga almacenable por unidad de volumen en el GNL es mucho mayor que en el caso del GNC, yportanto,enanlogascondicionesdepotencianominal,factordeutilizacin,volumen del depsito y velocidad media, la autonoma de un vehculo a GNL es aproximadamente el triple que a GNC, tal y como se ver a continuacin. Fig.5.7Evolucin de la energa almacenable de GNL por unidad de volumen segn la presin del tanque. Evolucin de la energa almacenable de GNL por unidad de volumen segn la presin del tanque16,017,018,019,020,021,022,01 2 3 4 5 6 7 8 9 10Presin[bar]Energa por unidad de volumen [GJ/m3]Pg. 34Memoria Condiciones de partida AUTOBUSESGNC / GNL TAXIS GNC / GNL Vol. depsito bus rgido 825200litros Vol. depsito bus art.1050-litros Presin del tanque220220bar Temperatura del tanque 1515 C Potencia nominal238110CV Consumo esp. GN240260gGN /kWhmec Consumo esp. gasleo265250g_gasleo/kWhmec Factor utilizacin14%14%(ciclourbano U.E.) Velocidad. media1418km / h Cabe sealar, que para el caso de GNL se considerarn anlogas condiciones que en la Tabla 5.3, no obstante, la temperatura del tanque ser de 163 C y lapresin de 1 bar. De acuerdo, con estas condiciones de partida, puede calcularse el rendimiento del motor paraGNCygasleo,enfuncindelPCI[12]delGNydelgasleoydelosconsumos especficos de partida para ambas modalidades (Ec. 5.1). Acontinuacinsepresentaeldetalledelclculodelaautonomaparaelcasode autobuses de GNC, ya que es anlogo para el caso de los taxis. kW necesaria PotenciaGNGN82 , 7914 , 0 735 , 0 238_ (Ec.5.2) Tabla.5.3 Condiciones de partida para el clculo de la autonoma de los autobuses y taxis de GNC. 1]1

1]1

e combustibl gkWhPCIkWhe combustibl gCTmemotor__1 (Ec. 5.1) Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 35 Esta la potencia necesaria trmica que hay que introducir al motor de gas natural en las condiciones de trabajo, considerando un rendimiento estable del motor igual al resultante de la ( Ec. 5.1), aunque en realidad el rendimiento es menor en rgimen transitorio. ParaelcasodelGNC,primerohayquecalcularlamasaalmacenablea200barde presin y 15C, y posteriormente ver qu volumen en condiciones normales (1atm, 273,15 K) ocupara dentro del tanque; para ello se emplea la ecuacin de los gases perfectos. Asimismo,paraelcasodelGNL,laenergaalmacenableeneltanque,secalcular teniendo en cuenta que en ste el gas natural se encuentra a 163 C y 1 bar de presin. [ MJ ]GNCGNL Bus rgido6.11317.642 Bus articulado7.78022.453 Taxi1.4824.277 Estasson,portanto,lascantidadesdeenergaenformadegasnaturalqueesposible almacenarenambosdepsitosdeunautobsdeGNCenlascondicionesdetrabajo supuestas en la Tabla 5.3. [ ]queque quee almacenablT RV Pmol ntantan tan (Ec. 5.3) [ ]atmK R nNm Ve almacenable almacenabl115 , 273 3(Ec. 5.4) [ ] [ ]33 Nm VNmkJPCI kJ Ee almacenabl e almacenabl1]1

(Ec. 5.5) [ ] [ ]1]1

33tanmkJPCI m V kJ GNL EGNL que e almacenabl(Ec. 5.6) Tabla 5.4Energa almacenable de GNC y GNL en los tanques de los autobuses y taxis. Pg. 36Memoria En la ecuacin (Ec. 5.5) se muestra el clculo de la autonoma de un autobs de GNC, en funcin de la potencia de gas natural a introducir al motor, de la energa en forma de GN almacenable en su depsito y de la velocidad media de servicio del vehculo. Autonomas en [ km ]GNCGNLRatio GNL / GNC Bus rgido2988602,8859 Bus articulado37910942,8865 Taxi1855352,8918 Como se aprecia, la relacin de autonomas entre GNL y GNC a idnticas condiciones de partida,esaproximadamentede3,portanto,elhechodeusarGNLhacetriplicarla autonoma. Tabla 5.5ComparativadeautonomasdeautobusesytaxisdeGNCyGNL.Datosen [km]. [ ][ ][ ]1]1

hkmmedia velocidadshkW N necesariaG PotkJ e almacenabl Energakm Autonoma _ 36001__ (Ec. 5.7) Fig.5.8Comparativadelasautonomasparabusrgido,articuladoytaxienlas modalidades de GNC y GNL. COMPARATIVA DE AUTONOMAS GNL /GNC020040060080010001200Bus rgido Bus articulado TaxiAutonoma[km]GNL GNCUtilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 37 5.6.Dispositivos de almacenamiento en estacin de servicio Las estaciones de repostaje para los vehculos que utilizan gas natural son el equivalente de las estaciones de servicio tradicionales en las que repostan los vehculos que utilizan otros combustibles como la gasolina o el gasleo. Las estaciones de carga tienen como objetivo comprimir el gas a una presin de 250 bar, almacenarloendepsitosysuministrarlo.Estasestacionespuedendisearsededos formas diferentes: hay estaciones de carga lenta y otras de carga rpida. Partes que componen una estacin de llenado rpido: Estacin de regulacin y medicin (ERM); su funcin, es regular y medir el caudal degasnaturalquesesuministraalaestacin,haceportanto,lafuncinde contador. Sistemadecompresin;estcompuestofundamentalmenteporuncompresor elctricoqueelevalapresindelgasnaturaldesde2hasta250bar.Existen diversascapacidadesdecompresoresparasatisfacercualquiertipode necesidad. Normalmente, suelen instalarse dos compresores en paralelo de igual potencia nominal como precaucin en caso de una posible avera del que est en funcionamiento. Cilindrosdealmacenamiento;sufuncinesladeincrementarlavelocidaddel suministro de gas y su utilizacin ayuda a alargar la vida til del compresor. Estn diseados especialmente para almacenar el gas natural que ha sido comprimido. Surtidor:eseldispositivoqueseutilizaparatransferirelgasnaturalcomprimido desdeloscilindrosdealmacenamientoalvehculo.Aligual que los surtidores de gasolina, puede reflejar la cantidad entregada, el precio unitario y el total a pagar. La estacin de carga lenta, presenta todas las partes anteriores, excepto los cilindros de almacenamiento;sellamadecargalenta,porqueelgas se comprime a medida que se inyectaeneldepsitodelvehculo;sinembargo,enladecargarpida,secomprimeel gasnaturalnecesariopararellenarloscilindrosdealmacenamiento,ycuandolos vehculos repostan, lo hacen por simple diferencia depresin entre dichos cilindros y sus propiostanques,loquereduceeltiempodellenadoaunostresminutos aproximadamente. Adicionalmente la estacin debe contar con sistemas para detener el suministro en caso de emergencia, alarmas y seguridad contra incendios. Pg. 38Memoria 5.6.1.Requisitos mnimos para establecer una estacin Para poder instalar una estacin dedicada ( que slo suministre un tipo de combustible, enestecasoelGNVogasnaturalvehicular)ounaestacindual(quepuedaproveer gasolina y GNV), se deben cumplir los siguientes requerimientos mnimos: Espacios fsicos: el rea necesaria para instalar la estacin de regulacin y medicin, el compresor y los cilindros de almacenamiento es de 50 m2 (rea aproximada de 8 x 6 m). Cada surtidor que se quiera instalar, necesitar un espacio tambin de 50 m2 (7 x 7m) para el surtidor mismo y los carriles para los untos de llenado de vehculos. LicenciasyPermisos:sedebercontarconelpermisoadecuadodeusodesuelo dependiendolaentidadenlaqueseencuentre la estacin y con el permiso especial para trabajar con cilindros a presin. Adems se deben realizar estudios de anlisis de riesgo, de impacto ambiental y de emisiones sonoras. Tambin debern cumplirse los estatutosyreglamentosqueestipulenloscuerpos de bomberos, proteccin civil y la misma entidad en particular. 5.6.2.La planta de repostaje de Zona Franca En Barcelona, las instalaciones de carga del gas natural se ubicaron en las cocheras que laempresaTMBtieneenlaZonaFranca.Elprocesodecargaconsistaenelevarla presindelgasdesdelareddedistribucinhastalos250bar,queeslade almacenamiento en el depsito de los autobuses. Durantelashorasdereposodelosvehculos,seconectabaelmanguitoalabocade carga y se proceda a cargar hasta que la presin en los depsitos alcanzaba los 200 bar. Enconcreto,seutilizarondostiposdeinstalaciones.Laprimeraformadaporcuatro mdulos unitarios de compresin, y la segunda constituida por un mdulo de compresin principal.Enamboscasos,setratadeinstalacionesdecargaenaparcamientoque aprovechaneltiempodereposodelosautobusesparaproveerlosdegasnatural, optimizandoaslainversinaunqueesunainstalacinparaoperarenrgimende explotacin comercial. Loscuatromdulosunitariosdecompresin(MUC)quesonlosquehacenla compresin del gas hasta los 250 bar- reciban el gas a travs de un colector y, una vez comprimido, lo descargaban a otro colector general que alimentaba a un nico punto de carga. Cada MUC dispona de su propio plafn de control, el cual contabilizaba el nmero dehorasdeoperacineinformabasobreaverasodeficienciasdesta.Encasode avera,launidadseparabaypermanecaensituacindeseguridadhastaquenose corregalaanomala.Lainstalacinpermitaelaislamientodecadaunidad independientemente y sin que el conjunto perdiese operatividad. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 39 Porotraparte,elmdulodecompresinprincipal(MCP)seconfigurcomounaunidad compactaparaelsuministrodegasnaturalcomprimido,demodoquepudieseser transportada con facilidad a otra ubicacin. Constaba de un contenedor, con compresor, electromotorytodosloselementosysensoresnecesariosparafuncionar(termstatos, presstatos,manmetros,circuitosdeconexin,refrigeracindelgas,contador, regulador, etc.). Incorporaba tambin un punto de carga del carburante, con doble mango, que permita la carga simultnea de dos vehculos. ElcasodelaestacinderepostajedeZonaFranca,eseldeunaestacindecarga rpida. stas disponen de compresores de mayor potencia, y pueden actuar directamente sobre el vehculo. Las caractersticas de esta estacin de carga se detallan a continuacin,[Ref. 6]: Estacinderegulacinymedida:dondesefiltraelgasnatural,seregulasu presin y pasa por un sistema de contador-corrector para la medida del gas. -Caudal Fase final: 10000 m3/h Mdulo de compresin: -1 Fase: 2 equipos de compresin -Fase Final: 5 equipos de compresin -Presin de aspiracin:entre 40 y 60 bar -Presin de descarga: 250 bar -Caudal compresor: 2500 Nm3/h a 40 bar -Motor elctrico de accionamiento del compresor: 200 kW. Mdulo de almacenaje y regulacin de la presin: -1 Fase: 2 x 2000 litros. -Fase Final: 4 x 2000 litros. -Presin de servicio: 250 bar -Regulacin de salida de botellas: 220 bar Sistema de refrigeracin del gas: -4 equipos frigorficos, potencia frigorfica unitaria: 15 kW. -4 intercambiadores de calor, caudal unitario:5000 Nm3/h Pg. 40Memoria Mdulo de carga: -1 Fase:2 surtidores. -Fase Final: 4 surtidores. -Caractersticas: 3000 Nm3/h por surtidor, 200 bar. -Carga rpida: 3 minutos por autobs. Sistema de recuperacin de venteos: -Caudal compresor: 10 Nm3/h. -Presin de descarga: 10 bar. Grupos electrgenos: -1 fase: 1 grupo. -2 fase: 2 grupos. -Caractersticas: 500 kVA por grupo. Cuadrodecontrolgeneral:lainstalacinsegestionadesdeunpaneldecontrol central,quepermitirconocerelestadodefuncionamientodelosdiferentes equipos y realizar las maniobras de arranque y paro. Fig.5.9.Compresor elctrico en una estacin de GNC. Fig.5.10. Almacenamiento de GNC en bombonas, en una estacin de GNC de carga rpida. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 41 Pg. 42Memoria 6.Utilizacindelgasnaturalenvehculosde transporte pblico Lacontaminacinambientalyladependenciadelpetrleosondosdelosgrandes problemasconlosquetropiezaelprogresodelaautomocin.Laproliferacinde vehculosmovidosporgasnatural,unaenergalimpiayeconmica,puederepresentar una solucin para ambos problemas. Unadelasrazonesdelrelativamenteescasodesarrollodelgasnaturalvehicularen Espaahasidoelmarcolegalenelquesedesenvuelvelaaplicacindelgasnatural como carburante que est regido por la Ley de Impuestos Especiales (Ley 38/1992 de 28 de diciembre). Esta Ley, que regula las sustancias que pueden ser utilizadas como carburante y la tarifa del impuesto que tiene que ser aplicada, no inclua al gas natural. Por ello, la empresa Gas NaturalSDGsolicitautorizacinexpresaycomoresultadodeello,elMinisteriode haciendaemitiunaOrdenMinisterialComunicadaautorizandoaGasNaturalSDGa destinar el gas natural como carburante, equiparndolo, a todos los efectos, al tratamiento que tienen los gases licuados del petrleo (GLP). Porestarazn,hastaprimerosde2003,laequiparacindelgasnaturalalosGLP significaba, limitar su uso a los vehculos de servicio pblico hasta que una nueva orden emitidael17deabrilde2003,extendilaposibilidaddeutilizargasnaturalcomo carburanteacualquiertipodevehculoaunquesiguenexistiendodiferenciasfiscalesen funcin de su uso. Fig.6.1.Autobs de GNC de la empresa TMB. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 43 6.1.Comparativasobreelusodegasnaturalogasleoen una flota de autobuses y taxis 6.1.1.Autobuses de GNC Duranteelsegundosemestredelao1995ytodoelao1996dosautobusesdeTMB propulsadoscongasnaturalcircularonporBarcelonadentrodeunaexperienciade colaboracin entre TMB, Gas Natural SDG, Mercedes Benz y lInstitut Catal de lEnergia, quetenacomofinalidaddemostrarlaviabilidaddeestecombustibleenvehculosde transporte pblico. Los resultados de la prueba confirmaron la reduccin de las emisiones contaminantes y del nivel de ruido en relacin con los autobuses que utilizan gasleo. Los dos autobuses de la prueba eran dos vehculos Mercedes Benz de plataforma baja uno estndar y el otro articulado, equipados cada uno con un motor de seis cilindros en lneadiseadosespecialmenteparaquemargasnatural,refrigeradosporagua,con regulacin electrnica y catalizador de tres vas. Lapotenciadelmotor,montadoenlaparteposteriordelvehculo,pordebajodela plataforma, es de 238 CV (175 kW) a 2200 rpm, con un par mximo de 880 Nm a 1000 rpm. El cambio es automtico con retraso integrado. El depsito de gas natural consta de seis cilindros, dos conjuntos de tres unidades cada uno, de acero de alta aleacin con revestimiento de fibra de vidrio. Estn montados en el techodelvehculo,alaalturadelejedelanteroenelautobsestndaryenlaparte delantera de la seccin posterior en el caso del articulado. Cada cilindro est protegido por unavlvuladecierremanualenlacualsehaintegradofusible,discodereventny limitadordepaso.Enelpuntodeunindelosconductosdealimentacin,sehalla instaladounavlvuladecierreelectromagnticoquepermanececerradamientrasno recibe corriente. Todos los conductos de gas del vehculo son de acero inoxidable. Elvolumentotaldelosdepsitos es de 825 litros, en el caso del autobs estndar y de 1050litrosenelcasodelarticulado,locualrepresenta(aunos200bardepresinde almacenaje) una autonoma de 300 km. El regulador de alimentacin del motor se calienta por agua y reduce la presin del gas en dos etapas: de 200 bar a 4 bar y de 4 bar a una presin ligeramente negativa. El autobs estndar realiz su servicio en la lnea 27 (Pl.Espanya-Roquetes), que fue un recorrido con una orografa notable. Asimismo, el vehculo articulado circul en la lnea 9 (Pl.Catalunya-Pg.ZonaFranca)ycomplementariamenteenlalnea109,ambascon orografa muy llana. Ambos entraron en servicio desde mayo del 1995 hasta diciembre de 1996. Pg. 44Memoria 6.1.2.Anlisis comparativo respecto del gasleo Enelsiguienteanlisis,secompararelcomportamientodedosflotasdeautobusesy taxis de GNC frente a las mismas flotas consumiendo gasleo. Concretamente, lo que se pretende comparar es el coste de utilizar gas natural o gasleo en la flota en cuestin, cuantificando, para el caso estudiado, el ahorro que representa en trminos econmicos el uso del gas natural frente al gasleo. Pararealizarlacomparacindelcomportamientodelasflotasenamboscasos,se partirn de los siguientes datos: N de vehculos que componen la flota. Potencia nominal del motor. Factor de utilizacin de la potencia nominal (estimado en base al ciclo urbano UE). Consumos especficos de gas natural y gasleo. Tiempo diario y anual de servicio de las flotas. Capacidad de los depsitos de gas natural y gasleo. Velocidad media de servicio. Enelcasodeutilizargasnatural,senecesitaaspirarelgasdelareddedistribuciny comprimirlohastaunapresinde250bar,parainyectarloenlostanquesdelvehculoa una presin de 200 bar. Fig.6.2.Ubicacin de los cilindros de GNC en un autobs. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 45 Ya que se supone una estacin de servicio de carga rpida, es necesario almacenar gran cantidad de gas natural una vez ste haya sido aspirado y comprimido, para as, cargar losvehculosdirectamentedelgasalmacenadoenlosdepsitos,agilizandopues,el proceso de carga de stos. Se partirn de dos hiptesis y 2 casos para cada una de ellas: Hiptesis1:gasnaturalenmercadoregulado,portantocalculandosucostede acuerdo con las tarifas publicadas por el Boletn Oficial del Estado. Hiptesis2:gasnaturalenmercadolibre,esdecir,elprecioquesepagaal comercializador,enfuncindelcostedeadquisicindelgasnatural,lospeajes correspondientes,loscostesdeoperacinyelmargencomercialquedicho comercializador quiera obtener. Y para cada una de estas hiptesis se estudiarn los siguientes casos: CasoA:laenergaelctricanecesariaparaelmotorelctricoqueaccionael compresor se toma de la red de Alta Tensin. CasoB:laenergaelctricanecesariaparadichomotorelctricoseobtienea partir de un grupo electrgeno consumiendo gas natural de la red. Portanto,paracadaunadeestascuatroalternativasqueresultan,secalcularqu ahorroseobtienedelautilizacindelgasnaturalenlaflotarespectodelgasleo;ylgicamente, la opcin ms interesante ser la que maximice dicho ahorro respecto de si se usara gasleo. Por consiguiente, el hecho de usar gas natural en la flota conlleva cuantificar dos costes: El de gas natural, en cualquiera de los casos. El de la energa elctrica, en caso de que sta se tome de la red, aplicando en su caso, las tarifas vigentes. Los datos de partida indicados a continuacin son, algunos de ellos, idnticos a los de la prueba piloto de la empresa TMB (vase Apart. 6.1.1). Losdatosdeconsumosespecficossehanestimadoenbasealosconsumosms comunes para GN y gasleo en taxis y autobuses, as como el tiempo diario y anual de servicio. El factor de utilizacin de la potencia nominal se ha estimado en base al ciclo urbano de la UE, por el cual la velocidad mxima permitida en ciudad es de 50 km / h, y raramente se utiliza el 100% de la potencia nominal en alguna relacin de marchas del vehculo. Pg. 46Memoria 6.1.2.1.Datos de partida DATOSTAXISAUTOBUSES N de vehculos250250vehculos Potencia nominal110238CV Factor utilizacin14%14%(ciclo urbano U.E.) Ce GN260240g_GN / kWhmec Ce Diesel250265g_gasleo / kWhmec Tiempo diario servicio1016h/dia Tiempo anual servicio220220das/ao Vol dep rgido GNC200825litros Vol dep artic. GNC-1050 Vol dep rgido Diesel50250 Vol dep artic. Diesel-300 Vel. Media servicio1814km/h 6.1.2.2.Consumos de los vehculos Consumos horario de un vehculo y anual de toda la flota de vehculos de GNC: Con el consumo anual de la flota de vehculos en [gGN / aoflota], y con los valores de la densidadyelPCIdelgasnatural,seobtieneelconsumoanualdelaflotaen[kWh/ aoflota],yaqueserequiereelconsumoanualdelaflotaenunidadesdeenergapara determinar qu tarifa de gas natural es la que corresponde o bien para calcular el coste de [ ] (%) _ . __ _ _ utiliz FactkWhgGNC kW motor Potbus hgGNGNC bus horario Consumoe1]1

1]1

(Ec.6.1) aodiasndiahnflota hgGNflota aogGNGNC buses flota anual ConsumoGN _ _ _ _1]1

1]1

(Ec.6.2) Tabla.6.1Datos de partida para el estudio de las flotas vehiculares. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 47 lospeajesparacuantificartambinelpreciofinal,encasodelaopcindemercado liberalizado. CONSUMO POR [km] CONSUMO A LOS 100 km CONSUMO ANUAL DE LA FLOTA Nm3 /kmMJ /kmNm3 /kmMJ /kmkWh /aoflotaGJ /aoflota FLOTA TAXIS 0,2027,9720796,9321.981.28979.132 FLOTA BUSES 0,51820,46522.046,3770.241.522252.869 En el caso de utilizar GNC, el consumo es algo mayor, ya que el rendimiento del motor queconsumegasnaturalesmenor,aunquecomoseverposteriormente,ellono significar que sea ms costoso utilizar gas natural. 6.1.2.3.Coste del gas natural Segnloscuatrocasosposiblesexpuestosenelapartado6.1.2,enelcasodehaber grupo electrgeno, el consumo de gas natural ser algo mayor, ya que al consumo propio de la flota habr que aadirse el consumo del grupo electrgeno, siendo en este caso, el gas natural la nica energa a facturar. 6.1.2.3.1Caso 1: Mercado regulado Las tarifas de gas natural correspondientes se escogern segn laRESOLUCIN de 15 de octubre de 2004 [Ref. 7] por la que se establece la tarifa de gas natural para el ltimo trimestre de 2004.Suponiendounconsumidordecarcterfirmeyunapresindeaspiracindelared comprendida entre 4 y 60 bar: La tarifa escogida para la flota de taxis es la 2.3 ya que el consumo anual de la flota est comprendido en el rango 5106 < Q < 30106 [kWh/(aoflota)]. La tarifa escogida para la flota de autobuses es la 2.4 ya que el consumo anual de la flota est comprendido en el rango 30106 < Q < 100106 [kWh/ (aoflota)]. La tarifa pues, ser la misma en todo el rango de presiones de 4 a 60 bar. El clculo del coste final del gas natural se hace en funcin de un trmino fijo que va en funcindelosmesesdefacturacinydelconsumodiarioafacturaren[kWh/da],un Tabla.6.2Principales consumos de gas natural de ambas flotas. Pg. 48Memoria trmino variable que se aplica a todo el consumo realizado en el periodo de facturacin en [/kWh], el coste del alquiler del contador que depende del caudal mximo contratado y de losmesesdelcitado periodo; a todo lo anterior, habr de aplicarse el impuesto sobre el valor aadido (I.V.A), y ese ser el importe final de la factura. Detalledelimportefinaldegasnatural,paraunperiododefacturacindeunaoyen concreto para las tarifas 2.3 y 2.4: Donde: Tfijo: trmino fijo en [/((kWh/da)mes)]. Tvariable: trmino variable en [/kWh]. Talqcont : trmino de alquiler del contador, en funcin del caudal diario y del n de meses.[/mes]. Qc:caudaldiarioafacturaren[kWh/da],enestecasoserelcaudaldiario contratado. Canual: consumo anual de la flota en [kWh/ao]. 6.1.2.3.2Caso 2: Mercado liberalizado Enelmercadoliberalizadoelcostetotalestarformadoporagregacindelosdistintos costes en que incurre el comercializador que lleva a cabo el suministro: Costedelamateriaprima:Dependedelahabilidadnegociadoradel comercializador en el precio de compra del gas natural. Peajesasociados:al transporte, almacenamiento, regasificacin y distribucin del gas natural para conducirlo al consumidor final. Margencomercial:Seobtieneporllevaracabolaactividad.Servariableen funcin de los objetivos comerciales y de beneficio del comercializador. El coste de la materia prima para el presente estudio, se estimar en base a aqul fijado normativamente en el caso del mercado regulado; es decir, el comercializador comprar elgasaunprecioinferioralfijadoenelB.O.E,yenestecaso,sesupondrqueel comercializador comprar el gas a un precio igual al 80% del precio B.O.E, es decir, con undescuentodel20%.Cabesubrayar,quesetratadeunaestimacin,enrealidadla variacin entre dichos precios es algo ms amplia. Porotraparte,encuantoalospeajes,ocostedetransportarelgasdesdelazonade produccinhastaelpuntodeconsumo,sesupondrungascompradoenunmercado [ ] ( ) IVA meses Talqcont Canual T Q meses Tfijo portec 12 var 12 Im + + (Ec.6.3.) Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 49 internacionalytransportadosloportubera,yaqueenestecasoelnicopeajeque incurre es el de transporte y distribucin, que es inevitable, ya que en otros casos, a parte de este peaje habra que aadir el de almacenamiento subterrneo o almacenamiento de GNL y regasificacin, encarecindose por tanto, el concepto de transportar el gas. Por ltimo, hay que aadir el margen comercial que cobra el comercializador, que es, al igual que el precio de compra del gas,fruto de un pacto entre comercializador y cliente, y por tanto es variable en funcin del acuerdo entre estos; aunque para el presente estudio se estimar en un 20% adicional sobre la suma del coste de la materia prima y el peaje correspondiente. 6.1.2.4.Coste de la energa elctrica (Caso A) Se ha de determinar, en primer lugar, cul es la energa necesaria para comprimir desde una presin entre 40 y 60 bar hasta los 250 bar, que es la presin a la que se almacena el gas natural en la estacin de servicio. Laenerga terica de la compresin, se calcular como una compresin isoterma a una temperatura de 15 C , que es la aproximada a la que se encuentra el gas que circula por la red de gasoductos y no se considerar necesidad de refrigerar el gas natural despus de la compresin a efectos de energa. Se supone un compresor aleteado, cuyas aletas estnlosuficientementebiendimensionadasparaevacuarporconveccinnaturalal entornoelincrementodepotenciatrmicacausadaporlacompresin,quedandoasel gas comprimido a idntica temperatura que antes de la compresin. Dondev1yv2sonlosvolmenesespecficosen[m3/kg]delgasalapresinde aspiracin y a 250 bar de presin, respectivamente; as como T es la temperatura de 15 C(288,15K).Dichaenerga de compresin, ser por tanto variable segn la presin de aspiracin tal y como se muestra en la Tabla 6.3. Enrealidad,elprocesodecompresinnoesideal,loquesetraduceenprdidasdel motor elctrico que acciona el compresor, irreversibilidades en el proceso de compresin yprdidasporrozamientomecnicodentrodelcompresor;todoelloensumasignifica que se ha de 21 12lnvvvvnRTVdVnRT W (Ec.6.4) Pg. 50Memoria introducirmayorenergaelctricadelaqueidealmenteserequerira;portanto,hayque cuantificar cada uno de estos rendimientos: Donde los rendimientos aproximados son: motor elctrico =0,9 interno compresor =0,9 mecnico compresor =0,95 Por tanto el rendimiento de la compresin, producto de los anteriores, es del orden de un 77%. Y por consiguiente , la energa elctrica necesaria para la compresin ser: Presin de aspiracin de la red Energa necesaria para compresin Energa elctrica necesaria bar kJ /Nm3 kWh /Nm3 4438,880,16 10329,790,12 20263,510,10 30219,910,08 40185,170,07 50157,070,06 60139,750,05 compresinterico compresinnecesario elctricoWW__ (Ec.6.6) compresor mec compresor erno rico motorelct compresin _ _ int (Ec.6.5) Tabla 6.3.Energa elctrica necesaria para la compresin del GN segn la presin de aspiracin de la red de distribucin.Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 51 Como la energa necesaria para la compresin es variable segn la presin de aspiracin, tambin es variable la potencia mnima necesaria del motor elctrico de accionamiento del compresor, que se calcula de la siguiente manera: Silaflotacadahoraconsumieselomismo,habraunconsumoplano,yentoncessera necesaria la anterior potencia mnima del compresor; pero en realidad, el compresor est algomssolicitado,tienepuntasenelarranqueytambintienelanecesidadde comprimirmscantidaddegasenmenostiempo,segnlaspuntasdedemandadela flota,quepodranserdurantelashorasenlasquelagenteutilizamseltransporte pblico. Unavezdeterminadalapotenciamediadelcompresorparaunaciertapresinde aspiracin y conociendo el tiempo de funcionamiento anual, se calcula el consumo anual elctrico de la flota en estas condiciones. Para calcular dichos costes se han tenido en cuenta el RD 1802/2003 de 26 de diciembre, por el que se establece la Tarifa Elctrica para el 2004 [Ref. 8]. Para la estacin de servicio, se estimar una tensin de suministro de 5 kV, por tanto, la tarifa se elegir dentro de las Tarifas Generales de Alta Tensin [Ref. 8], por lo que la tarifa elegida ser la 1.1 (Tensin suministro < 36 kV). El consumo se escalonar en 40 % punta, 35 % llano y 25% valle (en funcin de las horas de mayor y menor demanda de transporte pblico, que podra coincidir con las horas de idayvueltadeltrabajo/estudios1horadelamaana,mediodaytarde-noche (punta), resto de horas llano y noche valle). Por lo que se escoger la discriminacin horaria tipo 4 ,enlaqueapartedelasnoches,tambinseconsideraperiodovalletodoelfinde semana. El factor de potencia para el compresor se estimaen un 90%, suponiendo que slo un 10% de la energa es reactiva. IVA elctrico imp horaria discr energa potencia elctricoC C C C C++ + + . . [ ]1]1

1]1

flota hNmflota horario ConsNmkWhelect cons kW compresor del mnima Pot_ _ _ _ _ _33 (Ec.6.7) Pg. 52Memoria Por tanto, ) 25 , 0 ) 43 , 0 1 ( 35 , 0 1 4 , 0 2 ( 12 . + +1]1

1]1

+1]1

+ +flota aokWhkWhTe Potcontrmes kWTp Cdh Cen Cp Porloque,aplicandoelimpuestoelctricoqueesun5,1127%yelI.V.A.,un16%,el precio final queda: [ ] 16 , 1 511127 , 1 dhoraria energa pot elctricoC C C C + + Sumando pues el coste anual del gas natural aspirado a una cierta presin, y la energa elctrica necesaria para la compresin hasta 250 bar, se obtiene el coste total anual de la flota para dicha presin de aspiracin. 6.1.2.5.Coste del gasleo Segn los datos de partida y realizando el clculo de acuerdo con las ecuaciones 6.1 y 6.2 ,seobtieneelconsumohorarioyanualdegasleodelaflotadeautobuses, anlogamente al caso de los consumos de GNC. El coste del de gasleo sin impuestos se estima en 0,31 c/litro; coincidiendo con el coste medio en Espaa para el ao 2003 [Ref. 9]. CONSUMO POR [km] CONSUMO A LOS 100 km CONSUMO ANUAL DE LA FLOTA litros /kmMJ /kmlitros /100kmMJ /100kmkWh /aoflotaGJ /aoflota FLOTA TAXIS 0,196,751967518.567.40566.843 FLOTA BUSES 0,5619,9056199068.133.598245.281 Tabla 6.4. Consumo de gasleo de ambas flotas. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 53 6.1.2.6.Resumen FLOTA DE AUTOBUSES DE GNC. Caso 1A Presin asp. Pot.mnima Acc.compr. Consumo elctrico anual Caudalhorario mximo Caudal diario A contratar Coste total Elctrico anual Coste total GN anual COSTE TOTAL ANUAL barkVA kWh/aoflota Nm3GN /hNm3/dia/aoflota/aoflota/aoflota 40134,11472.0692.70543.28654.2661.391.9011.446.167 50115,71407.3063.13650.16847.6041.391.9011.439.505 60104,37367.3773.47655.62143.4961.391.9011.435.397 FLOTA DE TAXIS DE GNC. Caso 1A Presin asp. Pot.mnima Acc.compr. Consumo elctrico anual Caudalhorario mximo Caudal diario A contratar Coste total Elctrico anual Coste total GN anual COSTE TOTAL ANUAL barkVA kWh/aoflotaNm3GN/hNm3/dia/aoflota/aoflota/aoflota 4067,15147.7281.35313.52718.049418.438436.487 5057,94127.4611.56815.67815.964418.438448.643 6052,26114.9661.73817.38214.679418.438458.639 Para absorber puntas de arranque y de demanda, para presin de aspiracin entre 40 y 60 bar, se tomar un compresor de 200 kVA en el caso de los autobuses y de 100 kVA en eldelostaxis,portanto,serstalapotenciacontratada,yenfuncindelacualse calcula el caudal mximo diario, que es de hecho el caudal a facturar. El caudal diario a contratar para el citado rango de presiones, ser el mximo para aspiracin a 60 bar. Tabla 6.5Coste total anual de una flota de autobuses de GNC en funcin de la presin de aspiracin de la red de distribucin.Tabla6.6.CostetotalanualdeunaflotadeTAXISdeGNCenfuncindelapresinde aspiracin de la red de distribucin.Pg. 54Memoria FLOTA DE AUTOBUSES MERCADO REGULADOMERCADO LIBERALIZADO CASO 1ACASO 1BCASO 2ACASO 2B Aspirado 40-60 bar 19,8218,00 Precio delGas natural [/MWh]Comprimido 250 bar 20,5119,8018,6917,99 Precio del gasleo [/MWh]31,23 Ahorro GNC vs gasleo32%33%38%39% FLOTA DE TAXIS MERCADO REGULADOMERCADO LIBERALIZADO CASO 1ACASO 1BCASO 2ACASO 2B Aspirado 40-60 bar 20,2018,00 Precio delGas natural [/MWh]Comprimido 250 bar 20,9419,6418,7417,99 Precio del gasleo [/MWh]31,23 Ahorro GNC vs gasleo21%22%29%30% Como puede comprobarse en las Tablas 6.7 y 6.8, el mayor ahorro respecto del gasleo se consigue para el caso 2B, es decir, consumo de gas natural a mercado liberalizadoy obtencindelaenergaelctricadecompresinatravsdeungrupoelectrgeno consumiendo tambin gas natural. En la Figura 6.3 y 6.4 se observa el desglose del importe final para los diferentes casos y puedeapreciarseclaramentequeelcostedelgasnaturalconsumidoporlaflotaes notablemente inferior en el mercado liberalizado que en el regulado, incluso aadiendo los conceptos de peaje de transporte y distribucin y margen comercial del comercializador, Tabla6.8.Detalle de los precios del gas natural aspirado de la red y comprimido a 250 bares para los diferentes casos y su ahorro relativo respecto delgasleo. Tabla6.7.Detalle de los precios del gas natural aspirado de la red y comprimido a250baresparalos diferentes casos y su ahorro relativo respecto delgasleo. Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 55 elimportefinalsiguesiendoinferiorqueenelmercadoregulado,yporconsiguienteel ahorro conseguido respecto del gasleo es mayor y concretamente hace del caso 2B la opcin ms interesante de consumo en una estacin de servicio de GNC. Fig.6.3Comparativa de los precios del GNC y gasleo para una flota de 250 autobuses. Fig.6.4Comparativa de los precios del GNC y gasleo para una flota de 250 taxis. Comparativa de los precios del GNC y gasleo para una flota de 250 autobuses0,00,51,01,52,02,51A 1B 2A 2BCasos posiblesImporte final [M/aoflota]GNCGasleoCasos:1A>GN a Tarifa+EE.AT1B>GN a Tarifa+G.Electr.2A>GN a Mercado+EE.AT2B>GN a Mercado+G.Electr.Comparativa de los precios del GNC y gasleo para una flota de 250 TAXIS0,00,10,20,30,40,50,60,71A 1B 2A 2BCasos posiblesImporte final [M/aoflota]GNCGasleoCasos:1A>GN a Tarifa+EE.AT1B>GN a Tarifa+G.Electr.2A>GN a Mercado+EE.AT2B>GN a Mercado+G.Electr.Pg. 56Memoria Fig.6.5Estructura del importe final para una flota de 250 autobuses de GNC. Estructura del importe final para una flota de 250 taxis de GNC0,00,10,20,30,40,51A 1B 2A 2BCasos posiblesImporte final [M/aoflota]Margen_cialPeaje_TDElec.red.A.T.GN_GE_MercadoGN_flota_MercadoGN_GE_TarifaGN_flota_TarifaFig.6.6Estructura del importe final para una flota de 250 taxis de GNC. Estructura del importe final para una flota de 250 autobuses de GNC0,000,200,400,600,801,001,201,401,601A 1B 2A 2BCasos posiblesImporte final [M/aoflota]Margen_cialPeaje_TDElec.red.A.T.GN_GE_MercadoGN_flota_MercadoGN_GE_TarifaGN_flota_TarifaUtilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 57 Pg. 58Memoria 7.Marco legal Primeramente, hay que considerar los siguientes aspectos: a)Marco legal para la legalizacin de vehculos nuevos (antes de matriculacin) y que utilicen GN como carburante, y b)Marcolegalparala legalizacin de vehculos usados y matriculados a los que se transforme de ciclo Diesel u Otto (gasolina) a ciclo Otto GN. b.1) Reglamento de Reformas de Importancia[14] en Vehculos [Ref. 10]. En ambos casos ser preceptivo, entre otros, el cumplimiento del Reglamento n 110 y el Reglamento n115 de las Naciones Unidas, [Ref. 11] y [Ref. 12]. 7.1.Marcolegalparalatransformacindevehculosagas natural 7.1.1.ReglamentoN110R00,Anexo109:COMPONENTESYVEHCULOS GNC Fecha de entrada en vigor: 28 de diciembre de 2000 Naciones Unidas. Este Reglamento hace referencia a las pruebas de todos los componentes que estn en contacto con el gas: depsito de gas natural y tuberas. 7.1.1.1.mbito de aplicacin El presente Reglamento se aplica: Parte I:alahomologacindelosequiposespecialesparalaalimentacindel motor de los vehculos con gas natural comprimido (GNC); Parte II:a la homologacin de los vehculos en lo que concierne a la instalacin de un equipo especial de un tipo homologado para la alimentacin del motor con gas natural comprimido (GNC). Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 59 Definicin y clasificacin de componentes: Los componentes del equipo para GNC destinados a ser utilizados en vehculos, deben estar clasificados segn su presin mxima de funcionamiento . Clase 0Componentesde alta presin, incluidas las tuberas y racores que contienen el GNC a una presin superior a 3 MPa e inferior o igual a 26 MPa (30 bar 260 bar). Clase 1Componentesdemediapresin,incluidaslastuberasyracores quecontienenelGNCaunapresin superior a 450 kPa e inferior o igual a 3000 kPa (4,5bar 30 bar). Clase 2Componentes de baja presin, incluidas las tuberas y racores que contienenelGNCaunapresinsuperiora20kPaeinferioroiguala450kPa (0.2bar 4,5 bar). Clase 3 Componentesdemediapresintalescomolasvlvulasde seguridadoloselementosprotegidosporunavlvuladeseguridad,incluidaslas tuberas y los racores que contienen el GNC a una presin superior a 450 kPa e inferior o igual a 3000 kPa (4,5 bar 30 bar). Clase 4Componentesencontactoconelgassometidosaunapresin inferior a 20 kPa. Uncomponentepuedeestarcompuestodevarioselementos,cadaunodeellos clasificadoindividualmentedesdeelpuntodevistadesupresinmximade funcionamiento y de su funcin. 7.1.1.2.Homologacin del equipo especial para la alimentacin del motor de los vehculos con GNC ( PARTE I) 7.1.1.2.1Inscripciones Todosloscomponentespresentadosalahomologacindebernllevarlamarcade fbricaocomercialdelfabricanteascomol aindicacindeltipoyademsparalos flexibles, el mes y el ao de fabricacin; este marcado debe ser bien legible e indeleble. Pg. 60Memoria Cadadepsitoasimismodebellevarunaplacadecaractersticas,sobrelaquese incluirn de manera bien legible e indeleble las indicaciones siguientes: a) el nmero de serie; b) el contenido en litros; c) la marca GNC; d) la presin de funcionamiento de ensayo [MPa]; e) el peso (en kg.); f) el ao y el mes de la homologacin (por ejemplo, 01/96); g) la marca de homologacin prescrita en el prrafo 7.2.2 7.1.1.2.2Homologacin Seatribuirunnmerodehomologacinacadatipodecomponenteoacadatipode componente multifuncional homologado. Sus dos primeras cifras (actualmente 00 para el Reglamentoensuformaoriginal)indicanla serie de enmiendas que corresponden a las ms recientes modificaciones tcnicas importantes aportadas al Reglamento en la fecha en la que se concede la homologacin. 7.1.1.3.Recipientesdealtapresinparaelalmacenamientoabordodegas natural utilizado como carburante para los vehculos automviles (ANEXO 3) 7.1.1.3.1mbito de aplicacin Elpresenteanexodefinelasprescripcionesmnimasdelosrecipientesparagas recargablesligeros,quetenganunacapacidaddeaguasuperiora20lperoqueno excedande1000l.Los recipientes pueden ser fabricados en cualquier tipo de acero, de aluminioodematerialnometlico,decualquiertipodeconcepcinomtodode fabricacinapropiadoalascondicionesdeutilizacinespecificadas.Losrecipientes cubiertos por este anexo estn clasificados en la Clase 0. Dichos recipientes estn designados de la manera siguiente: Utilizacin del gas natural en vehculos de transporte pblicoPg. 61 CNG-1Recipiente metlico CNG-2Liner[9]metlicoreforzadoporunfilamentocontinuoimpregnadoderesina (bobinado sobre la parte cilndrica). CNG-3Linermetlicoreforzadoporunfilamentocontinuoimpregnadoderesina (enteramente bobinado). CNG-4Filamento continuo impregnado de resina con liner metlico (todo composite). Las condiciones de utilizacin a las que sern sometidas los recipientes se detallan en el prrafo 4.El presente anexo toma como base una presin de servicio de 20 MPa (200 bar) a 15C para el gas natural utilizado como carburante, con una presin mxima de llenado de 26 MPa (260 bar). Podrn utilizarse otras presiones de servicio, multiplicando la presin por el factor (coeficiente) apropiado.La duracin de vida en servicio de los recipientes debe ser determinada por el fabricante y puede variar en funcin de las aplicaciones. El clculo de la duracin de vida en servicio de un recipiente est basado en 1000 llenados por ao del recipiente y en al menos 15000 llenados. La duracin de vida mxima en servicio debe ser de 20 aos. 7.1.1.3.2Condiciones de utilizacin Duracindevidaenservicio:laduracindevidaenservicioenlaquelosrecipientes puedenserutilizadoscontodaseguridaddebeserespecificadaporeldiseadordel recipientetomandocomobaselascondicionesdeutilizacin.Laduracindevidaen servicio mxima debe ser de 20 aos. Recalificacinperidica:elfabricantedelrecipientedebesuministrarrecomendaciones para la recalificacin peridica por inspeccin visual o ensayo durante la vida en servicio. Cada recipiente debe ser controlado visualmente como mnimo cada 36 meses y en cada nuevainstalacin,paraverificarlaausenciadedaosoeldeterioroinclusodesus soportes.Recipientes implicados en colisiones: los recipientes que hayan estado implicados en una colisindevehculosdebensersometidosaunnuevocontrolporunorganismo autorizadoporelfabricante,salvoindicacincontrariaporpartedelaautoridad competente.Pg. 62Memoria Recipientesimplicadosenincendios: los recipientes que hayan estado implicados en un incendiodebensersometidosaunnuevocontrolporelorganismoautorizadoporel fabricante o rechazados y retirados del servicio. Presionesmximas La presin del recipiente debe estar limitada a: a)Una presin de 20 MPa a una temperatura de 15 C . b)26MPa(260bar),inmediatamentedespusdelllenado,cualquieraqueseala temperatura; c)Lapresinmximadesarrolladanodeberaexcederde26MPa(260bar).En consecuencia,enloslugaresenlosquelatemperaturaambienteexcedade30C duranteel10%delosdasdeunao,lapresindellenadodeberestablecersede maneraquelapr