UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

Nombre: CHRISTIAN GARCIA NARVAEZ

Asignatura: MOTORES ESPECIALES

Fecha: 21/07/2015

INFLUENCIA CONTAMINANTE DEL USO DEL GAS NATURAL COMO CARBURANTE AUTOMOTRIZ

GAS NATURAL

El gas natural es un combustible compuesto por un conjunto de hidrocarburos livianos, el

principal componente es el metano (CH4). Se puede encontrar como gas natural asociado

cuando est acompaando de petrleo, o bien como gas natural no asociado cuando son

yacimientos exclusivos de gas natural.

Ilustracin 1

Fuente:

http://www.fundaciongasnaturalfenosa.org/SiteCollectionDocuments/Actividades/Seminarios

/Granada%20040702/Carmen%20Calleja.pdf

Ilustracin 2

Fuente: http://www.cinydesac.com/articulos/Bondades-del-gas-natural.pdf

Gas Natural Licuado (GNL)

El GNL es gas natural que ha sido sometido a un proceso de licuefaccin, que consiste en llevarlo

a una temperatura aproximada de -1600 C con lo que se consigue reducir su volumen en 600

veces. Esto permite transportar una cantidad importante de gas en buques llamados metaneros.

El GNL se halla en estado lquido mientras que el gas seco (que viaja por gasoducto) se encuentra

en estado gaseoso.

Fuente: http://www.iae.org.ar/archivos/educ_gnl.pdf

Cuando el GN es sometido a un proceso de licuefaccin en el cual se enfra a una temperatura

criognica, por debajo de 160C a presin atmosfrica, se condensa a lquido, y se conoce como

gas natural licuado (GNL) (Arias, 2006). La principal ventaja del GNL sobre el GN es que su

volumen es 600 veces menor. Adems, el GNL pesa apenas un 45% de su volumen equivalente

en agua. La ventaja del GNL en volumen y peso hace que sea factible de almacenarlo y

transportarlo de las zonas productoras a las consumidoras. Como caractersticas principales el

GNL es inodoro, incoloro, no txico, su densidad relativa (respecto al agua) es 0,45 y slo se

quema si entra en contacto con aire a concentraciones de 5% a 15% (lmites de inflamabilidad).

La densidad del GNL est entre 0,44 y 0,47 tonelada por metro cbico, dependiendo tambin de

su composicin. Los valores calorficos para el GNL ya regasificado van desde 37,6 MJ/m3 hasta

41,9 MJ/m3. (AIE, 2007) El valor calorfico del GNL puede expresarse en MJ por metro cbico del

gas licuado o GJ por tonelada. La relacin entre un metro cbico de GNL y un metro cbico de

GNL regasificado depende de la composicin del GNL y es aproximadamente 1:600 (AIE, 2007).

Gnc:

Se denomina GNC al gas natural comprimido a altas presiones y almacenado en depsitos. Esta

compresin se realiza para poder almacenar una cantidad de energa considerable en un

volumen limitado.

El nico inconveniente que conlleva es que cuanta mayor sea la energa almacenada en el

tanque, mayor sern los efectos negativos en caso de un accidente que afecte al sistema de

almacenamiento. Sin embargo, cabe mencionar que el GNC es menos peligroso que otros

combustibles debido a que presenta una elevada temperatura de ignicin (700C) y un rango de

inflamabilidad muy bajo (suele oscilar entre 5-15% de la mezcla aire/gas a presin atmosfrica).

Se utiliza como combustible para uso vehicular ya que es econmico y ambientalmente limpio

(se justificar en apartados posteriores), por lo que es considerado una alternativa para la

sustitucin de combustibles lquidos. La utilizacin de elevadas presiones permite almacenar

una cantidad de energa considerable para proveer la mxima autonoma posible al vehculo.

El gas natural se suele comprimir 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 200 bar.

Fuente: http://sanjanasadhani.weebly.com/uploads/1/0/6/4/10643581/memoria.pdf

livianos

Ilustracin 3

Ilustracin 4

Ilustracin 5

Pesados

Ilustracin 6

Ilustracin 7

GNV:

La toma de conciencia de la degradacin del medio ambiente causada por las emisiones de gases

de escape de origen vehicular, ha inducido a la bsqueda de combustibles ms limpios. El

factor geogrfico de la ciudad de Lima con cercana presencia de la cordillera de Los Andes impide

la limpieza de la atmsfera por barrido de los vientos, creando as una capa de inversin de baja

altura y una consiguiente acumulacin de partculas contaminantes. El GNV posee innumerables

beneficios medio ambientales entre los cuales podemos mencionar: - No contiene Azufre ni

plomo. - Reduccin de hasta 97% en emisiones de monxido de carbono (CO) con respecto a los

combustibles lquidos - Reduccin de hasta 97% de emisiones contaminantes con respecto a los

combustibles lquidos - Reduccin de hasta 100% de emisiones de particulado. - Los vehculos

transformados a GNV superan las Normas EURO III vigentes actualmente e inclusive las normas

EURO IV que estn por ser emitidas.

Ilustracin 8

Ilustracin 9

FUENTE: http://www.conuee.gob.mx/archivospdf/presentacionGNVNov13.pdf

Ventajas ecolgicas

Ilustracin 10

Separacin de gas natural de contaminantes:

El gas natural contiene aproximadamente un 90% en volumen de metano pero tiene trazas de

gases sulfurados que actan envenenando los catalizadores, por lo que debe ser desulfurado.

Este proceso se lleva a cabo mediante algunos procesos mediante diferentes aplicaciones para

la eliminacin de compuestos sulfurados a base de nquel o cobre-zinc, describa por lo menos

dos maneras de eliminar este compuesto presente en el gas natural El proceso de reformado El

gas natural contiene aproximadamente un 90% en volumen de metano pero tiene trazas de

gases sulfurados que actan envenenando los catalizadores, por lo que debe ser desulfurado.

Este proceso se lleva a cabo mediante algunos procesos mediante diferentes aplicaciones para

la eliminacin de compuestos sulfurados a base de nquel o cobre-zinc, describa por lo menos

dos maneras de eliminar este compuesto presente en el gas natural El proceso de reformado.

Ilustracin 11

Fuente: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/vega_z_j/capitulo3.pdf

Fraccionamiento del Gas Natural

El fraccionamiento es una operacin de unidad utilizada para separar mezclas dentro de

productos individuales. El fraccionamiento implica la separacin de componentes por la

volatilidad relativa (a). La dificultad de una separacin directamente es relacionada con la

volatilidad relativa de los componentes y la pureza requerida de las corrientes del producto.

La forma ms utilizada para la separacin de los componentes del gas natural es mediante

enfriamiento, se utilizan los principios de refrigeracin mecnica o autorefrigeracin mediante

el principio de Joule Thompson (expansin isentrpica o adiabtica). Posteriormente la mezcla

liquida es sometida a fraccionamiento en una columna de platos o empaques.

Ilustracin 12

Columna de fraccionamiento

Una columna de fraccionamiento, tambin llamada columna de platos o columna de platillos, es

un aparato que permite realizar una destilacin fraccionada.

Destilacin fraccionada

Una destilacin fraccionada es una tcnica que permite realizar una serie completa de

destilaciones simples en una sola operacin sencilla y continua. La destilacin fraccionada es

una operacin bsica en la industria qumica y afines, y se utiliza fundamentalmente en la

separacin de mezclas de componentes lquidos.

Ilustracin 13

Fundamento terico

consiste en el calentamiento de la mezcla, que da lugar a un vapor ms rico que la mezcla en el

componente ms voltil (destilacin simple). El vapor pasa a la parte superior de la columna

donde condensa. Como la temperatura sigue aumentando, a su vez este condensado se calienta

dando lugar a un vapor an ms rico en el componente ms voltil (ms ligero, de menor punto

de ebullicin), que vuelve a ascender en la columna (nueva destilacin simple). De la misma

forma el lquido condensado de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna,

hacindose cada vez ms rico en el componente menos voltil.

Ilustracin 14

Ilustracin 15

Fuent: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/15862/tesisUPV3510.pdf?sequence=1

PRODUCCIN DEL GAS NATURAL Y METANO

Extraccin del gas natural

Perforacin Una prctica habitual usada para rentabilizar la explotacin es la agrupacin de

varios pozos, separados de 5 a 8 m entre ellos, en una sola plataforma. Los pozos se perforan

consecutivamente y se distribuyen de tal manera que permiten cubrir un rea determinada del

estrato de pizarra sin dejar huecos. El nmero de plataformas por km es de 1,5 a 3,5. Cada

plataforma requiere una superficie de 1,5 a 2 hectreas, que permita almacenar todo el fluido

de fractura, los lodos de perforacin, el equipo asociado a las operaciones de fractura hidrulica,

el correspondiente a la perforacin vertical y el correspondiente a la perforacin horizontal

(diferente del anterior y muy numeroso), sin olvidar los restos de la perforacin y el fluido de

fabricados en acero que refuerzan el orificio de perforacin.

Ilustracin 16

El espacio existente entre el exterior del tubo y la pared del pozo (nulo) se suele cementar. A

medida que aumenta la profundidad de perforacin, la correcta realizacin del cementado

resulta cada vez ms complicada. Sin embargo, es de suma importancia puesto que en la fase

de fractura hidrulica el pozo es sometido a mltiples cambios de presin muy fuertes. Los tubos

de revestimiento junto al cementado cumplen una funcin estructural (proporcionan solidez y

consistencia al pozo), previniendo un hundimiento del pozo y corrimientos de la tierra superficial

que rodea la boca de ste. Adems, cumplen otra funcin fundamental: protegen los acuferos

de posibles contaminaciones por los lodos de perforacin, el fluido de fractura, o cualquiera de

las sustancias presentes en la roca y liberadas en los procesos de perforacin y fractura

hidrulica (el propio gas metano, metales pesados, partculas radiactivas, etc.).

Ilustracin 17

Una vez alcanzado el estrato deseado se utilizan explosivos para crear pequeas grietas

alrededor del orificio de produccin. retorno y dems sustancias que emergen del pozo. El

proceso de perforacin se lleva a cabo ininterrumpidamente las 24 horas del da durante meses.

A medida que se perfora el pozo, se van instalando una serie de tubos de revestimiento (casing).

Fractura Hidrulica

Se emplea para extender las pequeas fracturas varios cientos de metros, inyectando un fluido

a una elevada presin (entre 34 y 690 atmsferas, equivalentes a la presin que hay bajo el mar

a una profundidad de 3450-6900 m). En la actualidad, se divide el tramo horizontal en varias

etapas independientes (de 8 a 13) empezando por el extremo final (pie) del pozo. Adems, cada

etapa es fracturada alrededor de 15 veces consecutivas, cada una con aditivos especficos. Por

tanto, cada pozo es sometido a un gran nmero de fuertes compresiones y descompresiones

que ponen a prueba la resistencia de los materiales y la correcta realizacin de la cementacin,

de las uniones, del sellado, etc. Aproximadamente un 98% del fluido inyectado es agua y un

agente de apuntalamiento, (normalmente arena) que sirve para mantener abiertas las fracturas

formadas, permitiendo as la extraccin posterior del gas a travs del tubo de produccin. El 2%

restante son productos qumicos que sirven para lograr una distribucin homognea del agente

de apuntalamiento, facilitar el retroceso del fluido, inhibir la corrosin, limpiar los orificios y

tubos y como antioxidante, biocida/bactericida. Slo para la fase de fractura, una plataforma

con 6 pozos de 2 km de profundidad y 1,2 km de recorrido horizontal necesita entre 72.000 y

210.000 toneladas de agua. Parte del agua se extrae directamente de fuentes superficiales o

subterrneas del lugar y es transportada en camiones o a travs de tuberas. Si se tiene en cuenta

todo el proceso y no slo la fase de fractura, el consumo de agua aumenta de un 10% a un 30%.

Ilustracin 18

Fuente: www.comimsa.com.mx

Orgenes del metano.

El metano se produce por la descomposicin de substancias vegetales, principalmente celulosa,

por la accin de microorganismos, y se desprende del cieno de algunos pantanos, por lo que

tambin suele denominarse gas de los pantanos. Los orgenes principales de metano son:

Descomposicin de los residuos orgnicos 28%. Agente comn de descomposicin es el calor,

que puede descomponer tanto los compuestos inorgnicos como los orgnicos. La

descomposicin tambin puede producirse por la accin qumica, la catlisis, las bacterias, las

enzimas y la luz. La fermentacin, por ejemplo, es causada por la accin de las enzimas. El

trmino descomposicin se aplica tambin al fenmeno de desintegracin biolgica o

putrefaccin causado por los microorganismos. Sin embargo, mediante la descomposicin

tambin pueden obtenerse productos tiles como el petrleo.

Fuentes naturales (pantanos) 23%. Bacterias que obtienen su energa a travs de la produccin

metablica de gas metano, a partir del dixido de carbono y del hidrgeno. La mayora son

anaerobias, es decir, que viven en ausencia de oxgeno. Las bacterias de este gnero, provocan

la descomposicin anaerobia de la materia de origen vegetal, por ello se encuentran en las

charcas, en el suelo y en el tracto digestivo de las vacas y de otros rumiantes.

Extraccin de combustibles fsiles 20%. El metano tradicionalmente se quemaba y emita

directamente. Hoy da se intenta almacenar en lo posible para reaprovecharlo formando el

llamado gas natural.

Los procesos en la digestin y defecacin de animales 17%. Especialmente del ganado

generado por las bacterias del trasto digestivo.

Las bacterias en plantaciones de arroz 12%. La agricultura da cuenta de alrededor de una quinta

parte del efecto invernadero produciendo cerca del 50 y el 70% respectivamente, 5 de todas las

emisiones antropognicas de CH4 y N2O, aunque esta ltima no nos interesa en este proyecto.

Ilustracin 19

Obtencin de metano en vertederos

La fraccin de residuos de transformados vegetales que se deposita en vertedero es susceptible

de someterse a tratamiento con el resto de residuos urbanos para la obtencin de metano. Se

llama mecanizacin de residuos slidos al proceso de fermentacin anaerbica de los

componentes orgnicos de los mismos. Dicha fermentacin es producida por bacterias que se

desarrollan en ambientes carentes de oxgeno. Durante el proceso de transformacin de la

materia orgnica (digestin) dichas bacterias producen un gas denominado por su origen

"biogs", el cual se compone fundamentalmente de metano (CH4) y de dixido de carbono

(CO2). Los porcentajes de participacin de estos gases son variables y dependen de las

condiciones fsico-qumicas en que se desarrolla la digestin de la materia prima. El metano se

puede utilizar en la produccin de energa elctrica y de energa trmica. La tecnologa

anaerobia aplicada a la biometanizacin de los residuos slidos urbanos es una tecnologa

madura con posibilidad de ser aplicada a cualquier tipo de fraccin orgnica

independientemente de su origen (forma de seleccin) o de su grado de humedad. La

biometanizacin se aplica generalmente seguida de un proceso de compostaje, dado que el

residuo una vez digerido, no posee las caractersticas idneas para ser utilizado en agricultura.

Ilustracin 20

mtodos abiognicos.

Casi todo el metano en la Tierra tiene un origen biolgico, los cientficos han comenzado

recientemente a apreciar los muchos medios abiognicos en que el metano puede ser generado.

La precondicin esencial para el metano abiognico, segn una cientifica llamada Juske Horita

de la Divisin de Ciencias Qumicas en el Laboratorio Oak Ridge en Tennessee, es la presencia

de hidrgeno molecular (H2) y anhdrido carbnico. La mayor parte del metano abiognico es

generado por una reaccin de serpentinizacin, que forma el mineral serpentina. En las

cadenas ocenicas, el agua calentada por el magma reacciona con rocas como el olivino, que

contiene elevados niveles de los catalizadores hierro y magnesio. Durante la serpentinizacin,

el hidrgeno liberado a partir del agua reacciona con el carbono del anhdrido carbnico y forma

el metano. La reaccin genera calor y vastos depsitos de serpentina en el fondo del ocano.

Hasta hace poco tiempo, se pensaba que las reacciones abiognicas de agua, minerales y

anhdrido carbnico, incluyendo la serpentinizacin, requeran agua a 200C. 9 Hay indicios de

que reacciones similares productoras de metano podran tener lugar en condiciones ms fras.

Horita, por ejemplo, hace notar que la serpentinizacin puede ocurrir en el agua a entre 50 y 70

grados C en Omn y las Filipinas. A pesar de los descubrimientos de mltiples nuevos caminos

de produccin de metano abiognico, la mayor parte del metano en la Tierra es biognico.

Fuente: http://casiupa2.webcindario.com/metano.pdf