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Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Asesoría para la utilización del MDL en proyectos de reducción de GEI en el sector energético colombiano
FACTORES DE EMISIÓN DE LOS COMBUSTIBLES
COLOMBIANOS
INFORME FINAL
Presentado a
UPME
Por
ACADEMIA COLOMBIANA DE CIENCIAS
EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES
(ACCEFYN)
Bogotá, Julio 2003
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TABLA DE CONTENIDO
UNIDADES, SIGLAS Y ACRONISMOS ................................... III
1.
INTRODUCCIÓN ............................................................. 1
2.
MARCO TEÓRICO .......................................................... 3
2.1
2.2
2.3
COMBUSTIBLES ...........................................................................................3
PROCESO DE COMBUSTIÓN.......................................................................3
FACTORES DE EMISIÓN ..............................................................................5
3.
METODOLOGÍA .............................................................. 7
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
3.3
CONCENTRACIÓN DE LOS PRODUCTOS EN LOS GASES
QUEMADOS ...................................................................................................7
Volumen de gases quemados.........................................................................8
Volumen de aire requerido ..............................................................................9
CÁLCULO DE LOS PODERES CALORÍFICOS ............................................9
CÁLCULO DE LOS FACTORES DE EMISIÓN ........................................... 10
4.
MANUAL DEL USUARIO DE FECOC .......................... 12
4.1
BASE DE DATOS ........................................................................................ 16
5.
REFERENCIAS ............................................................. 18
6.
ANEXO 1 - COMBUSTIBLES ANALIZADOS ............... 19
7.
ANEXO 2 - PESOS MOLECULARES ........................... 20
8.
ANEXO 3 - CD CON SOFTWARE FECOC ................... 21
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ULTIMA PAGINA DE ESTE INFORME ................................... 21
TABLAS
Tabla 1. Factores de emisión de carbono y CO2 por combustible (kg/GJ) ...................6
FIGURAS
Figura 1. Esquema de la metodología aplicada ......................................................... 11
Figura 2. Pantalla de Inicio ......................................................................................... 12
Figura 3. Pantalla principal para combustibles sólidos ............................................... 13
Figura 4. Pantalla principal para combustibles líquidos .............................................. 14
Figura 5. Pantalla principal para combustibles gaseosos ........................................... 15
Figura 6. Bases de datos para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos ................ 16
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UNIDADES, SIGLAS Y ACRONISMOS
UNIDADES
g
GJ
kg
m3
MJ
TJ
gramos
Gigajoule
kilogramo
metro cúbico
Megajoule
Terajoule
SIGLAS
C
CH4
C2H2
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4H10i
C4H10n
Cl2
CnHm
CO
CO2
F
FECOC
GEI
H2
H2O
H2S
HCl
HF
HHV
LHV
N
O2
FECOC
Carbono
Metano
Acetileno
Etileno
Etano
Propileno
Propano
i-butano
n-butano
Cloro
Hidrocarburo gaseoso
Monóxido de Carbono
Dióxido de Carbono
Flúor
Factores de Emisión de los combustibles colombianos
Gases de Efecto invernadero
Hidrógeno
Agua
Acido sulfídrico
Acido clorhídrico
Acido fluorhídrico
Poder Calorífico Superior
Poder Calorífico Inferior
Nitrógeno
Oxígeno
iii
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S
SO2
Azufre
Dióxido de Azufre
INSTITUCIONES EXTRANJERAS
ICP
IPCC
GEI
UNFCCC
FECOC
Instituto Colombiano del Petróleo
Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático
Gases de Efecto Invernadero
Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio
Climático
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1.
INTRODUCCIÓN
Dentro de los compromisos adquiridos por Colombia como suscriptor de la
Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (UNFCCC
por sus siglas en inglés), se encuentra el de remitir a la conferencia de las Partes
los Inventarios Nacionales de Emisiones antropogénicas de todos los gases de
efecto invernadero (GEI) no controlados por el protocolo de Montreal, empleando
para su desarrollo la metodología planteada por el Panel Intergubernamental
sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés).
Esta metodología clasifica las emisiones generadas por los sistemas de energía
en dos categorías principales: emisiones por combustión y emisiones fugitivas. La
primera de las categorías se refiere a aquellas emisiones, producto de la quema
de los diversos combustibles como parte de actividades productivas (por ejemplo
procesos industriales); la segunda categoría hace referencia a aquellas emisiones
a la atmósfera que se generan a partir de la producción, procesamiento,
transformación, transporte, almacenamiento y uso de los combustibles e incluye
las emisiones por combustión únicamente cuando ésta no es fruto de una
actividad productiva (por ejemplo la quema de gas en los pozos de extracción).
Con el fin de estimar las emisiones generadas por las diversas fuentes de
combustión, la metodología IPCC sugiere la utilización de factores de emisión
apropiados para cada caso. Los factores de emisión son herramientas que
permiten estimar la cantidad de emisiones de un determinado contaminante,
generada por la fuente en estudio. Varían no solamente de acuerdo con el tipo de
combustible sino con la actividad en la que se aplique su proceso de combustión
(e.g. generación de energía, procesos industriales, aplicaciones residenciales) y la
tecnología utilizada para tal fin (e.g. calderas, hornos, estufas). En este sentido,
existen factores de emisión por combustible, proceso y tecnología, de tal manera
que en la medida en que se avanza en el grado de detalle, el factor de emisión
resulta más exacto. Generalmente se expresan como el peso de contaminante
emitido por unidad de peso, volumen, energía o actividad, dependiendo del nivel
escogido. Así, un factor de emisión de monóxido de carbono para el gas natural
igual a 18, corresponderá a 18 kg de CO generados por TJ (o sus unidades
correspondientes) de gas natural alimentado en el proceso de combustión.
Debido a que la calidad de los combustibles y por lo tanto sus correspondientes
factores de emisión varían de una localidad a otra en porcentajes representativos,
la metodología IPCC sugiere que los inventarios nacionales sean preparados
utilizando factores de emisión locales cuando sea posible. Con este fin, en el
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presente estudio se calculan los factores de emisión de los combustibles
colombianos. Los cálculos se fundamentan en las bases teóricas suministradas
por la estequiometría de cada uno de los combustibles, establecida a partir de su
composición elemental, obteniéndose los factores de emisión para los
combustibles líquidos, sólidos y gaseosos referidos en el Anexo 1.
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2.
MARCO TEÓRICO
2.1
COMBUSTIBLES
Un combustible es una sustancia capaz de reaccionar con el oxígeno del aire con
desprendimiento de energía térmica apta para producir trabajo mecánico. La
mayoría de los combustibles pueden clasificarse dentro de una de estas tres
categorías: sólidos (carbón mineral, carbón vegetal y madera entre otros),
hidrocarburos líquidos (petróleo y algunos de sus derivados como la gasolina) o
hidrocarburos gaseosos (gas natural, propano, entre otros).
Existen varias propiedades que caracterizan a los combustibles, dependiendo de
su composición físico-química. Una de las más importantes para el proceso de
combustión es el poder calorífico, cantidad que representa el calor desprendido
debido a la combustión completa del combustible por unidad de masa (o volumen).
El poder calorífico se denomina superior (HHVa) cuando el agua resultante de la
combustión se asume líquida (condensada) en los productos de la combustión e
inferior (LHVb) cuando el agua resultante de la combustión se supone en estado
de vapor con los demás productos de la combustión.
Por lo tanto la diferencia entre el HHV y el LHV es igual por definición al calor de
condensación del vapor de agua resultante de la combustión del combustible.
2.2
PROCESO DE COMBUSTIÓN
La combustión se define como el proceso de reacciones químicas de oxidación
que desprenden calor. Para que se lleve a cabo se requiere además del
combustible la presencia del comburente y la energía de activación. El comburente
es el oxidante (contiene el Oxígeno) y la energía de activación es la cantidad de
energía que hay que aportar a la mezcla de combustible y comburente para que
se inicie la combustión.
Cuando se quema un combustible hidrocarburo, utilizando la cantidad exacta de
Oxígeno, el Carbono y el Hidrógeno se oxidan produciendo únicamente dióxido de
carbono (CO2) y agua (H2O). Durante este proceso la masa de cada elemento
permanece sin variación, situación que se conoce como combustión
estequiométrica y que constituye la base de cualquier cálculo teórico. Por ejemplo,
la combustión del metano (CH4) está regida por la ecuación:
a
b
Por sus siglas en inglés: Higher Heating Value
Por sus siglas en inglés: Lower Heating Value
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CH4 + O2  CO2 + 2H2O
En este caso 1 mole de CH4 produce un mole de CO2 y dos de H2O, o lo que es lo
mismo, 16 g de CH4 reaccionan para producir 44 g de CO2 y 36 g de H2O (Ver
Anexo 2).
Sin embargo, en la práctica se halla que no es posible obtener combustión
completa, suministrando el aire teórico requerido. Así pues, es necesario alimentar
aire en exceso a la reacción (factor lambda), dependiendo del tipo de combustible:



Para combustibles sólidos: 40 a 150% de exceso de aire (lambda 1,4 – 2,5)
Para combustibles líquidos: 25 a 60% de exceso de aire (lambda 1,25 –
1,6)
Para gases: 10 a 40% de exceso de aire (lambda 1,1 – 1,4).
En este caso se tiene una combustión completa con exceso de aire. En la medida
en que se disponga de información acerca de la tecnología utilizada para llevar a
cabo la combustión, se podrá alcanzar mayor precisión en el valor del factor
lambda. Para especificar el equipo de combustión se han de aplicar criterios de
selección relativos al combustible y en particular a la aplicación concreta. Una vez
establecido el equipo requerido, para cada tipo de quemador se puede trazar una
curva de exceso de aire en función de la carga o demanda de calor, que permita
establecer con precisión el exceso de aire requerido.
Para el cálculo del aire requerido, del poder calorífico y del volumen de gas
quemado el desarrollo de la metodología descrita a continuación, contempló la
composición elemental de los combustibles sólidos y líquidos, es decir, porcentaje
en peso de cada uno de sus elementos componentes (Carbono, Hidrógeno,
Azufre, Cloro, Oxígeno, Flúor) y la composición en volumen de los combustibles
gaseosos, es decir, porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes
(metano, propano, etc.).
Es importante tener en cuenta que el CO2 es el más común de los gases de efecto
invernadero y su mayor fuente la constituye la quema de los combustibles fósiles.
Cuando estos combustibles se queman, gran parte del contenido de carbón se
emite como CO2 y en menor proporción como CO, CH4 y otros hidrocarburos que
finalmente se oxidan a CO2 en un periodo de aproximadamente 10 años. En este
hecho reside la importancia de contar con un método que permita el cálculo de las
emisiones de este contaminante.
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Sin embargo, la combustión real produce además de dióxido de carbono (CO 2) y
agua (H2O) otros compuestos como ácido fluorhídrico (HF), ácido clorhídrico (HCl),
óxidos de azufre (SO2), cuya estequiometría se referirá en el siguiente capítulo y
óxidos de nitrógeno (NOx). En relación con éstos últimos hay que señalar que en
la mayoría de los procesos de combustión el oxígeno se suministra como aire, que
se considera compuesto de 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno. El nitrógeno
reacciona efectivamente con el oxígeno mediante una serie de relaciones
altamente dependientes de las condiciones de reacción, lo que hace difícil su
predicción teórica.
Una vez establecidos los productos de la combustión y su concentración en el gas
quemado es posible, mediante la definición de su poder calorífico, precisar los
factores de emisión correspondientes.
2.3
FACTORES DE EMISIÓN
Con el fin de estimar las emisiones generadas por las diversas fuentes de
combustión, la metodología IPCC sugiere la utilización de factores de emisión
apropiados para cada caso. Los factores de emisión son herramientas que
permiten estimar la cantidad de emisiones de un determinado contaminante,
generada por la fuente en estudio. Varían no solamente de acuerdo con el tipo de
combustible sino con la actividad en la que se aplique su proceso de combustión
(e.g. generación de energía, procesos industriales, aplicaciones residenciales) y la
tecnología utilizada para tal fin (e.g. calderas, hornos, estufas). En este sentido,
existen factores de emisión por combustible, proceso y tecnología, de tal manera
que en la medida en que se avanza en el grado de detalle, el factor de emisión
resulta más exacto. Generalmente se expresan como el peso de contaminante
emitido por unidad de peso, volumen, energía o actividad, dependiendo del nivel
escogido. Así, un factor de emisión de monóxido de carbono para el gas natural
igual a 18, corresponderá a 18 kg de CO generados por TJ (o sus unidades
correspondientes) de gas natural alimentado en el proceso de combustión.
La Tabla 1 presenta los factores de emisión de carbono para los combustibles
más comunes, sugeridos por la metodología IPCC y su equivalente como factores
de emisión de CO2, calculado a través de la relación estequiométrica.
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Tabla 1. Factores de emisión de carbono y CO2 por combustible (kg/GJ)
Combustible
Estado
Factor de emisión Factor de emisión
(kg C/GJ)a
(kg CO2/GJ)b
Carbón
Sólido
26.8
94.53
Crudo
Líquido
20
73.28
Diesel
Líquidos
20.2
74.01
Gasolina
18.9
69.25
Kerosene
19.5
71.45
Gas propano
17.2
63.02
15.3
56.06
GLP
Natural gas
Gas
a. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Reference Manual
IPCC. Bracknell, U.K.
b. Calculado a partir de la ecuación estequiométrica: C + O2  CO2
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3.
METODOLOGÍA
El marco teórico definió el concepto de estequiometría, a partir del cual se
desarrolla el análisis para cada combustible y que suministra la concentración de
cada uno de los productos en los gases quemados. Esta información, junto con el
poder calorífico calculado permite establecer los factores de emisión de CO 2, SO2,
HF y HCl según cada caso. La metodología que se describe a continuación se
ilustra en la Figura 3.1 y solamente requiere por parte del usuario la escogencia
del combustible a analizar y del lambda requerido según dicho combustible.
Por sus características se han agrupado los combustibles en dos categorías: una
que incluye los líquidos y sólidos (Grupo 1) y otra que incluye los combustibles
gaseosos (Grupo 2).
3.1
CONCENTRACIÓN DE LOS PRODUCTOS EN LOS GASES QUEMADOS
Dado que el análisis es puramente teórico, se asume una combustión completa,
en cuyo caso los productos son únicamente CO2 y H2O, se asumen también
reacciones completas del Azufre (S), Cloro (Cl2) y Fluor (F2), en aquellos
combustibles que los contienen, de tal manera que los productos son: SO 2 , HCl y
HF.
Las ecuaciones químicas que rigen las reacciones de combustión en el grupo 1
son:
C + O2  CO2
2H2 + O2  2H2O
S + O2  SO2
H2 + F2  2HF
H2 + Cl2  2HCl.
Para el grupo 2 existe una ecuación general aplicable a los hidrocarburos
gaseosos:
CnHm + (n + (m/4)) O2  nCO2 + (m/2)H2O
Conociendo la composición elemental de los combustibles pertenecientes al grupo
1, la composición en volumen de los combustibles del grupo 2 y las
correspondientes ecuaciones estequiométricas, es posible calcular la cantidad de
los productos obtenidos sobre una base dada de combustible (por ejemplo, 100
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kg). Así, para el caso de un carbón compuesto por 80% de C. y 20% de H2,
tenemos:
Base de cálculo
Cantidad de H2
Cantidad de C
Cantidad de CO2
producida
= 100 kg de Carbón
= 20 kg
= 80 kg
= 80 kg C*(44 kg CO2 / 12 kg C)
= 293 kg CO2/100 kg combustible
= 0,293 kg CO2/ kg combustible.
3.1.1 Volumen de gases quemados
El cálculo de los productos unido al volumen de gases quemados permite
determinar la concentración de los diferentes compuestos en los gases de salida.
Para el cálculo de los gases quemados acudimos a las fórmulas sugeridas por
Brandtc :

Para sólidos y líquidos:
Volumen de gas quemado = 8.887*C + 3.3174*S + 20.9597*H - 2.6408*O +
0.7997*(N+Cl+F)
Los valores para C, H, etc. están dados en porcentaje en peso (kg/kg), el volumen
se expresa en m3/kg de combustible.

Para gases:
Volumen de gas quemado = N2 + CO2 + 1.8838*H2 + 2.8000*CO + 6.6965*H2S +
8.5538*CH4 + 10.4048*C2H2 + 13.3974*C2H4 + 15.3340*C2H6 + 20.3218*C3H6 +
22.3114*C3H8 + 27.6078*C4H8 + 29.7424*(C4H10n + C4H10i)
en donde i y n hacen referencia a i-butano o isobutano ( CH3-CH2-CH2-CH3 )y nbutano o butano normal ( CH(CH3)3).
Los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m 3/m3), el
volumen se expresa en m³/m³ de combustible
c
Brandt, F. 2000. Brennstoffe und Verbrennungsrechnung. Ed. Vulkan. Verlag. Germany
FECOC
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De esta manera, continuando con el mismo ejemplo de un carbón compuesto por
80% de C. y 20% de H2:
Volumen de gas quemado = 8.887*0.8 + 20.9597*0.2 = 11.3 m3/kg
Concentración de CO2 en gases quemados = 0.293/11.3 = 0.259 kg/m 3
3.1.2 Volumen de aire requerido
También es posible calcular el volumen de aire requerido que más adelante
permitirá establecer el volumen real mediante la aplicación del factor lambda.

Para sólidos y líquidos:
Volumen de aire requerido = 8.8996*C + 26.5139*H + 3.342*S - 3.3405*O
Los valores para C, H, etc. están dados en porcentaje en peso (kg/kg), el volumen
se expresa en m3/kg de combustible.

Para gases:
Volumen de aire requerido = 2.3830*H2 + 2.3860*CO + 7.2251*H2S + 9.5611*CH4
+ 11.9048*C2H2 + 14.4158*C2H4 + 16.8594*C2H6 + 21.8665*C3H6 + 24.3715*C3H8
+ 29.7063*C4H8 + 32.3753*(C4H10i + C4H10n)
Los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m 3/m3), el
volumen se expresa en m³/m³ de combustible
3.2
CÁLCULO DE LOS PODERES CALORÍFICOS
El último eslabón en la cadena de cálculos, antes de llegar al objetivo
fundamental, que es el cálculo de los factores de emisión, lo constituye la
determinación de los poderes caloríficos, también establecida mediante las
relaciones sugeridas por Brandt c.

Para sólidos y líquidos:
Poder calorífico superior (HHV) = 34.8*C + 93.8*H + 10.44*S + 6.28*N - 10.8*O +
2.5*(9*H)
Poder calorífico inferior (LHV)= 34.8*C + 93.8*H + 10.44*S + 6.28*N - 10.8*O 2.5*W
FECOC
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en donde W es el contenido de agua. Si los valores para C, H, etc. están dados en
porcentaje en peso (kg/kg), el poder calorífico se expresa en MJ/kg de
combustible.

Para gases:
Poder calorífico superior (HHV) =12.745 * H2 + 39.819 * CH4 + 70.293 * C2H6 +
63.429 * C2H4 + 58.473 * C2H2 + 101.234 * C3H8 + 93.576 * C3H6 + 134.128 *
C4H10n + 133.256 * C4H10i + 125.919 * C4H8 + 12.633 * CO + 25.394 * H2S
Poder calorífico inferior ( LVH )= 10.784 * H2 + 23.413 * H2S + 12.633 * CO +
35.885 * CH4 + 56.494 * C2H2 + 59.476 * C2H4 + 64.349 * C2H6 + 87.578 * C3H6 +
93.213 * C3H8 + 117.771 * C4H8 + 123.883 * nC4H10 + 123.053 * iC4H10
Si los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m 3/m3), el
volumen se expresa en MJ/m³ de combustible.
3.3
CÁLCULO DE LOS FACTORES DE EMISIÓN
La relación que existe entre el poder calorífico del combustible y la concentración
del producto analizado en los gases quemados, permite establecer el factor de
emisión correspondiente. Para el ejemplo que estamos estudiando, dado que el
poder calorífico del combustible es de 46,6 MJ/ kg y la concentración de CO2 es
de 0.259 kg/m3, el factor de emisión (FE) de CO2 para el carbón (lambda = 1)
sería:
FE (CO2) = Volumen real [m3/kg combustible]* Concentración de CO2 [kg CO2/m3
gas quemado]* poder calorífico [MJ/kg combustible]
FE (CO2) = 11.3 [m3/kg combustible]*0.259 [kg/m3 gas quemado]*46.6 [MJ/kg
combustible]
FE (CO2) = 11.3 * 0.259 / 46.6
FE (CO2) = 0.063 MJ/kg CO2
FECOC
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Figura 1. Esquema de la metodología aplicada
Definición de combustibles a
analizar
Determinación de la
composición elemental para
solidos y liquidos
Determinación de poderes
calorificos
INPUT
Determinación de la
composición porcentual en
volumen para gases
Determinación de relaciones
estequiométricas de
combustión
Determinación del volumen de gas
quemado teorico
Determinación del consumo
de aire teórico
Determinación del volumen de gas
quemado real
Definición de lambda
Concentración de productos en el
gas quemado real
OUTPUT
FECOC
Determinación Factores
de emisión
11
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4.
MANUAL DEL USUARIO DE FECOC
Para el cálculo de los factores de emisión, se desarrolló e programa FECOC
(Factores de Emisión de los Combustibles Colombianos). Una vez el usuario
ingresa al, la primera pantalla lo guía hacia su interés específico. La orden de
“comenzar” lo lleva al menú en el que se puede escoger el tipo de combustible a
analizar según su estado sólido, líquido o gaseoso (ver Figura 2). También desde
allí se pueden adicionar o modificar las bases de datos que contienen la
composición elemental de los diferentes combustibles y que constituyen la base
del programa.
Figura 2. Pantalla de Inicio
Una vez hecha la selección del tipo de combustible activando el botón apropiado,
el usuario tiene acceso a la pantalla principal en la que se encuentra la ventanilla
que permite escoger el combustible específico, bajo el título “tipo de combustible”
y el lambdad correspondiente, ubicado bajo el título “volumen de gas quemado”.
La definición de estas dos casillas (las únicas que el usuario debe alimentar)
El rango que aparece para el lambda en la ventanilla correspondiente es el recomendado para este tipo de
combustibles por el SEDIGAS 1990. Manual del gas y sus aplicaciones. Madrid, España.
d
FECOC
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activa el sistema que finalmente suministra la composición porcentual en peso del
combustible escogido, el poder calorífico, el volumen de gas quemado y el aire
requerido, variables que a su vez permiten establecer los factores de emisión de
CO2, SO2, HF y HCl en kg/TJ que se muestran bajo el título “Factores de emisión”
en la misma pantalla. La Figura 3 ilustra la pantalla principal para el caso de los
combustibles sólidos.
Figura 3. Pantalla principal para combustibles sólidos
COMBUSTIBLES SOLIDOS
Tipo de combustible
Carbón Checua-Lenguazaque.
Base seca libre de cenizas
3
Poder Calorífico
Características del combustible
(Composición porcentual en peso)
LHV input
HHV input
35.30 MJ/kg
36.49 MJ/kg
Volumen de gas quemado
Gas Quemado
Vreal
Consumo de aire
3
8.85 m /kg
3
109.09 m /kg
3
9.11 m /kg
1.95 12
Lambda
Factores de emisión de CO2 del IPCC
Tipo de
Combustible
Anthracite
Coking Coal
Sub-bit Coal
Lignite
Peat
Factores de
Emisión
kg/TJ
98267
94600
96067
101200
105967
Ver Grafico Comparativo
FECOC
Tipo de
combustible
C
H
S
O
H2 O
Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas
87.9100%
5.2700%
0.8500%
4.0950%
0.0000%
N
Cl
F
Cenizas
1.8750%
0.0000%
0.0000%
0.0000%
Factores de Emisión
Factores de Emisión de CO2
91228 kg/TJ
3
29520 mg/m
Factores de Emisión de SO2
481.6 kg/TJ
3
155.8 mg/m
Factores de Emisión de HCl
0.00 kg/TJ
3
0.00 mg/m
Factores de Emisión de HF
0.00 kg/TJ
3
0.00 mg/m
Ir a Inicio
Editar Combustible
13
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Asesoría para la utilización del MDL en proyectos de reducción de GEI en el sector energético colombiano
Para efectos de comparación, el programa muestra los factores de emisión
recopilados por el IPCC en su Manual de Referencia para combustibles similares.
Se puede tener acceso a esta información de manera gráfica, activando el botón
“Ver gráfico comparativo”.
Para los combustibles líquidos, la información a suministrar por parte del usuario
es la misma que para el caso de los combustibles sólidos (combustible específico
y lambda) y, dada la similitud de los cálculos, la presentación de los resultados es
similar en los dos casos (Figura 4). Para los líquidos es posible acceder a la
gráfica de las emisiones de CO2 y SO2 activando el botón “Ver gráfico”.
Figura 4. Pantalla principal para combustibles líquidos
COMBUSTIBLES LIQUIDOS
Tipo de combustible
1
Diesel Generico
Poder Calorífico
LHV input
HHV input
Características del combustible
42.67 MJ/kg
45.71 MJ/kg
(Composición porcentual en peso)
Tipo de
combustible
Volumen de gas quemado
Gas Quemado
3
10.49 m /kg
Vreal
3
78.03 m /kg
Consumo de aire
3
11.26 m /kg
1.55
Lambda
C
H
S
O
H2 O
0.0200%
Factores de Emisión
Factores de Emisión
Oil Crude
Fuel Oil
Diesel
Gasoline
Kerosene
Ver Grafico
FECOC
N
Cl
F
Cenizas
7
Factores de emisión de CO2 del IPCC
Tipo de
Combustible
Diesel Generico
86.1000%
13.5000%
0.4000%
kg/TJ
73333
77367
74067
69300
71867
Factores de Emisión de CO2
73920 kg/TJ
3
40423 mg/m
Factores de Emisión de SO2
187.5 kg/TJ
3
102.5 mg/m
Ir a Inicio
Editar Combustible
14
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Si el análisis se dirige hacia los combustibles gaseosos, aunque las casillas a
alimentar permanecen sin alteración (combustible específico y lambda), el cuadro
de presentación de los resultados difiere un poco en razón de la utilización de la
composición en volumen para los cálculos, en lugar de la composición en peso
utilizada para las otras opciones de combustibles. El sistema suministra la
composición porcentual en volumen del combustible escogido, el poder calorífico,
el volumen de gas quemado y el aire requerido, variables que a su vez permiten
establecer los factores de emisión de CO2 y SO2 en kg/TJ que se muestran bajo el
título “Factores de emisión” en la misma pantalla (Figura 5). También en esta
pantalla se pude acceder al gráfico comparativo antes mencionado.
Figura 5. Pantalla principal para combustibles gaseosos
COMBUSTIBLES GASEOSOS
Tipo de combustible
GAS APIAY
7
Poder Calorífico
Características del combustible
(Composición porcentual en volumen)
3
40.95 MJ/Nm
LHV input
3
45.19 MJ/Nm
HHV input
Gas Quemado
Vreal
Consumo de aire
3
9.62 m /m
3
3
126.81 m /m
3
3
10.65 m /m
1.21
12
Lambda
GAS APIAY
% vol.
n
PM CO2* / PM
comp.
78.4580%
14.0635%
0.4493%
0.4845%
1
2
2
2
3
3
4
4
2.74
1.46
1.57
1.69
1.00
1.05
0.76
0.76
0.0898%
0.4059%
4
5
6
0.78
0.63
0.49
0.07
0.30
221.53
934.19
7
8
1
1
0.44
0.39
1.57
1.00
0.37
1156.66
1
1.88
Componente
CH4
C2 H 6
C2 H 4
C2 H 2
C3 H 8
C3 H 6
C4 H10 n
C4 H10 i
Volumen de gas quemado
3
Tipo de combustible:
C4 H 8
C5 H12 n
C5 H12 i
1.9636%
C6 H14
C7 H16
CO
CO2
N2
H2 S
H2
2.3960%
1.6894%
g CO2* / m3 gas
quemado
kg CO2* / TJ
12.22
4.38
37839.69
13570.20
0.93
2885.52
0.29
0.31
900.48
971.02
*SO2 para compuestos con azufre
Factores de emisión de CO2 del IPCC
Tipo de Combustible
LPG
Natural Gas (household)
Natural Gas (power)
Natural Gas (transport)
Factores de Emisión
kg/TJ
63067
56100
56100
56100
Ver Grafico Comparativo
FECOC
Factores de emisión
Factores de Emisión de CO2
58479 kg /TJ
3
18.89 g/m
Factores de Emisión de SO2
kg /TJ
g/m3
Ir a Inicio
Editar Combustible
15
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4.1
BASE DE DATOS
El programa cuenta con una base de datos que reúne la composición elemental de
diversos combustibles (Anexo 1) y que puede ser modificada y/o ampliada si así
lo estima conveniente el usuarioe. Para tal efecto deberá dirigirse a la página de
inicio y activar el botón “adicionar/editar”, dependiendo del tipo de combustible que
se quiera modificar. También se puede llevar a cabo este proceso mediante la
activación de la opción “adicionar/editar combustible”, ubicada al lado de la
ventanilla “tipo de combustible” en las pantallas principales.
Una vez ubicado en la tabla correspondiente, el usuario podrá alimentar la
información o modificar la existente y regresar a la pantalla principal (Figura 6).
Figura 6. Bases de datos para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos
Composición Elemental Combustibles Sólidos (en peso)
Ir a Com bustible s Solidos
Tipo de combustible
Bagazo
Carbón AUS
Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas
Carbón China
Carbón del Cauca. ElHoyo-Limoncito. Base seca
Carbón del Norte de Santander
Carbón del Valle del Cauca. Golondrinas. Base seca
Carbón genérico
Carbón import.
Carbón India
Lignite generic
Madera Generico
C
29.1200
66.7000
87.9100
58.0800
65.9900
78.0000
65.4000
66.9900
73.0000
28.9990
30.0400
31.5250
H
3.4775
3.0000
5.2700
3.5400
4.8100
5.8000
5.3000
3.0000
3.0000
4.0000
2.5000
3.9000
S
0.0065
0.9000
0.8500
0.9500
1.5000
1.0000
1.1000
1.0000
0.5000
0.5000
1.0000
0.0130
O
25.7075
7.5000
4.0950
6.1200
14.5400
6.6000
8.9000
8.0000
8.0000
15.0000
10.0000
28.2750
N
0.2470
1.4000
1.8750
1.0200
1.3300
1.6000
1.2000
1.0000
1.4000
1.5000
0.4000
0.3250
Cl
F
0.1000 0.0100
0.1000 0.0100
0.0010
0.0500 0.0100
Cenizas
6.4415
12.5000
H2O
35.0000
8.0000
21.4900
11.8300
7.0000
18.1000
12.0000
6.9900
40.0000
6.0000
0.9620
8.8000
7.9000
7.0000
10.0000
50.0000
35.0000
Ir a Combustibles Liquidos
Composición Elemental Combustibles Líquidos (en peso)
Tipo de combustible
Diesel AUS
Gasolina CZ
Kerosene D
Oil Crude
C
86.4100
86.5000
86.5000
85.5000
H
13.3200
13.1680
13.0000
10.5000
S
0.2500
0.0320
0.5000
1.0000
O
0.0000
0.2000
0.0000
1.0000
N
0.0200
0.1000
0.0000
1.0000
Cl
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
F
Cenizas H2O
0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 1.0000
Para combustibles líquidos se ha empleado información genérica ya que la información sobre combustibles líquidos
colombianos al nivel de desagregación requerido no está disponible. Información del Dr. Martín Mojíca del ICP en
Piedecuesta, Santander.
e
FECOC
16
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Ir a Combustibles Gaseosos
Composición de combustibles gaseosos ( en volumen)
Tipo de combustible
Biogas central
Coke Gas D
Gas Domaci
Gas Liquido D
LPG propano
Gas Natural A
GAS APIAY
GAS PAYOA
GAS EL CENTRO
GAS HUILA
GAS GUAJIRA
GAS GUEPAJE
GAS CUSIANA
GAS OPON
GAS NEIVA540
GAS MONTAÑUELO
GAS CERRITO1
FECOC
Metano
Etano
Etileno
CH4
C2H6
C2H4
64.8000
0.0000 0.0000
26.0000
0.0000 0.0000
92.0695
0.5000 0.5000
0.0000
0.0000 0.0000
0.0000
0.0000 0.0000
92.0695
0.5000 0.5000
78.4580 14.0635 0.0000
95.6800
4.2000 0.0000
91.6100
6.7280 0.0000
85.0600
6.1800 0.0000
97.7600
0.3800 0.0000
96.9390
0.5550 0.0000
76.5000 10.8600 0.0000
91.8600
5.5200 0.0000
91.7800
2.7700 0.0000
96.1700
0.7000 0.0000
93.9810
0.6250 0.0000
Acetileno Propano
C2H2
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
C3H8
0.0000
0.0000
0.0400
50.0000
0.0000
0.0400
1.9636
0.1200
0.0280
2.8400
0.2000
0.1510
5.3600
1.3200
2.2800
0.2400
0.0220
Propileno
n-butano
i-butano buteno n-pentano
C3H6
C4H10n
C4H10i
0.0000
0.0000
2.0000
0.0000
0.0000
0.0100
0.0000
50.0000
0.0000 100.0000
0.0000
0.0100
0.0000
0.4493
0.0000
0.0000
0.0000
0.0120
0.0000
0.6900
0.0000
0.0000
0.0000
0.0250
0.0000
0.7800
0.0000
0.0500
0.0000
0.9000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0030
0.0000
0.0000
0.0100
0.0000
0.0000
0.0100
0.4845
0.0000
0.0110
0.4600
0.0000
0.0700
0.6800
0.1200
0.5400
0.0500
0.0050
C4H8
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
C5H12n
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0898
0.0000
0.0200
0.4300
0.0000
0.0060
0.0800
0.0000
0.2100
0.0000
0.0000
i-pentano hexano heptano
C5H12i
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.4059
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0180
0.1300
0.0000
0.4500
0.0000
0.0020
C6H14
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0120
0.0500
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
C7H16
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0750
0.0000
0.0100
0.2000
0.0000
0.0000
CO
CO2
N2
0.0000 35.0000 0.0000
5.0000
2.0000 9.9000
0.0000
0.0200 6.1000
0.0000
0.0000 0.0000
0.0000
0.0000 0.0000
0.0000
0.0200 6.1000
0.0000
2.3960 1.6894
0.0000
0.0000 0.0000
0.0000
0.7390 0.8500
0.0000
3.2100 1.1300
0.0000
0.3700 1.2900
0.0000
0.0280 2.1210
0.0000
5.0700 0.4400
0.0000
0.9600 0.1500
0.0000
0.2400 0.6300
0.0000
2.4200 0.4200
0.0000
5.1800 0.1820
17
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5.
REFERENCIAS

BMZ – GTZ . Software: Global Emission Model of Integrated Systems
(GEMIS). Desarrollado por Öko Institute. Berlín. 2001

Cerbe, G. Grundlagen der Gastechnick. München, Wien, 1981

Culp, A. Principles of energy conversion. McGraw-Hill. U.S.A., 1979.

Himmelblau, D. Principios y Cálculos Básicos de la Ingeniería Química.
Ed. CECSA. México, 1986.

Kern, D. Procesos de Transferencia de Calor. Ed. CECSA. México 1989.

Rodríguez, H. y F. González. Opciones para la reducción de emisiones
de gases de efecto invernadero en Colombia. Editora Guadalupe. 2000.
Bogotá – Colombia, 2000.

Sánchez, E. y E. Uribe. Contaminación Industrial en Colombia.
Departamento Nacional de Planeación - Programa de las Naciones Unidas
para el Desarrollo. Bogotá, 1998.
FECOC
18
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6.
ANEXO 1 - COMBUSTIBLES ANALIZADOS




































FECOC
Bagazo
Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas
Carbón China
Carbón del Cauca. El Hoyo-Limoncito. Base seca
Carbón del Norte de Santander
Carbón del Valle del Cauca. Golondrinas. Base seca
Carbón genérico
Carbón importado
Carbón India
Lignite generic
Madera Genérico
Diesel Generico
Gasolina Generico
Kerosene Generic
Oil Crude
Biogás central
Coke Gas D
Gas Domaci
Gas Liquido D
LPG propano
Gas Natural A
Gas Apiay
Gas Payoa
Gas El Centro
Gas Huila
Gas Guajira
Gas Guepaje
Gas Cusiana
Gas Opón
Gas Neiva 540
Gas Montañuelo
Gas Cerrito
LNG Generic
LPG Generic
Natural Gas Generico
Oil gas
19
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7.
ANEXO 2 - PESOS MOLECULARES
Pesos moleculares (g/mol)
FECOC
H
C
N
O
F
S
=
=
=
=
=
=
1 ,0 1
1 2 ,0 1
1 4 ,0 1
1 6 ,0 0
1 9 ,0 0
3 2 ,0 6
Cl
=
3 5 ,4 5
Ca
=
4 0 ,0 8
CH4
=
1 6 ,0 4
C 2H6
=
3 0 ,0 7
C 2H4
=
2 8 ,0 5
C 2H2
=
2 6 ,0 4
C 3H8
C 3H6
C 4H10n
C 4H10i
C 4H8
CO
CO2
N2
H2S
H2
SO2
C 5H10
C 6H14
C 7H16
C 8H18
HCl
HF
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
4 4 ,1 0
4 2 ,0 8
5 8 ,1 2
5 8 ,1 2
5 6 ,1 1
2 8 ,0 1
4 4 ,0 1
2 8 ,0 1
3 4 ,0 8
2 ,0 2
6 4 ,0 6
7 0 ,1 4
9 0 ,2 1
1 0 0 ,2 1
1 1 4 ,2 3
3 6 ,4 6
2 0 ,0 1
20
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8.
ANEXO 3 - CD CON SOFTWARE FECOC
FECOC: Factores de Emisión de Combustibles
Colombianos.
ULTIMA PAGINA DE ESTE INFORME
FECOC
21