File - quimica general

Universidad Tecnológica De Panamá
Facultad de Ingeniería Civil
Licenciatura En Ingeniería Marítima Portuaria
Asignación
Utilización de energías alternativas y otros combustibles por los
buques para disminuir la emisión de gases de invernadero
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL I
Estudiantes
Natalie Arcia
Grisel Nieto
José Cedeño
Abdiel Santiago
Profesor
José A. Sánchez A.
Primer Semestre
2015
Índice
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Emisión de gases contaminantes por los buques
Que es el efecto invernadero
Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero
Utilización de la energía solar en buques
Que es la Energía solar
Propulsión eléctrica en embarcaciones con ayuda de la energía solar
Propulsión de buques con ayuda de la energía eólica
SISTEMA ENERCON
SISTEMA SKYSAILS
Empleo de biodiesel como combustible para buques
Propiedades y beneficios del biodiesel como combustible de buques
Emisión de gases contaminantes por los buques
El transporte marítimo es responsable de, aproximadamente, el 4 % de las emisiones
mundiales de CO2 de origen humano, lo que representa una huella de carbono muy alta.
Aún no hay ningún acto que regule las emisiones del transporte marítimo internacional.
Desde el punto de vista de las emisiones de gases de efecto invernadero, la navegación
marítima es el modo de transporte más respetuoso del medio ambiente. Sin embargo si
no se adopta ninguna medida, se calcula que las emisiones de los buques van a
aumentar, entre un 150 % y un 200 %. En la actualidad, alrededor de 50 000 buques
mercantes transportan el 90 % de las mercancías de todo el mundo, y ello hace que el
transporte marítimo sea indispensable para la economía global y, a pesar de que el
transporte marítimo es mucho más eficiente en términos energéticos que los restantes
medios de transporte, debe destacarse la gran cantidad de energía que es utilizada para
tales fines.
Tal energía es obtenida hoy, de
forma casi exclusiva, a través de los
combustibles fósiles derivados del
petróleo. La combustión de los
derivados del petróleo produce una
serie de emisiones: básicamente
Dióxido de Carbono (CO2), Óxido
de Nitrógeno (NOX) y Óxido
Sulfúrico (SOX). Las emisiones que
pueden verse a simple vista
comprenden, restos de combustible
no quemado y vapor de agua
(materia en suspensión MS).
De no tomarse medidas, en los dos próximos años va a intensificarse la contaminación
atmosférica en las principales vías marítimas debido a un incremento estimado de entre
el 10 % y el 20 % de las emisiones de dióxido de azufre. El combustible marítimo tiene
un contenido de azufre extremadamente elevado, situado entre una media mundial de
27.000 ppm (partes por millón) y las 10.000 ppm registradas en las Zonas de Control de
las Emisiones de Azufre.
Hay un potencial considerable de reducción de las emisiones del sector del transporte
marítimo. Pueden aplicarse fácilmente soluciones técnicas para reducir el consumo de
combustible, los contaminantes atmosféricos y los gases de efecto invernadero, por
ejemplo perfeccionando el diseño, la propulsión y la maquinaria de los buques y
optimizando su funcionamiento. Las industrias marítimas han optado por la utilización
de otras formas de energía como lo son la energía solar y eólica además de otras formas
de combustibles como biodiesel y diésel mejorado que tengan un impacto menor en la
contaminación ambiental y contribuir a la disminución de los gases de invernadero.
Que es el efecto invernadero
Consiste básicamente en la generación de un incremento en la temperatura de nuestro
planeta debido a un fenómeno que explicaremos a continuación. Se genera
fundamentalmente por la aparición de gases en la Atmósfera Terrestre que en lugar de
permitir la transferencia e intercambio de la Radiación Solar (que como forma de energía
conocida por todos, es capaz de generar calor) generan una retención del mismo evitando
que se expida, lo que da como resultado un efecto bastante semejante al que sucede con los
Invernaderos que se construyen y emplean en la agricultura para la plantación de especies
vegetales que no resisten un clima en particular.
Los principales Gases Contaminantes que generan este efecto en nuestro planeta son el
Dióxido de Carbono, que suele provenir en la mayoría de la quema de combustibles fósiles
para su aprovechamiento como energía (el ejemplo más práctico es el de los Motores de
Combustión que están presentes en los vehículos que utilizamos a diario). También genera
esto el Metano, siendo éste un producto de la descomposición de Especies Vegetales en
putrefacción, solo que en este caso la Contaminación Natural se da en muy baja
concentración, elevándose nuevamente por el accionar del hombre y su utilización en
industrias o bien como Gas Natural que se emplea en la combustión.
Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero
 Conseguir más electricidad, medios de transporte y producción industrial con menos
carbón, petróleo o gasolina es una solución que sólo presenta ventajas: más
beneficios, menos contaminación, menos calentamiento atmosférico... aunque los
gastos iniciales para mejorar el equipo y la tecnología pueden ser elevados.
 La mayor parte del progreso inmediato que se puede conseguir para reducir las
emisiones de gases de efecto invernadero consiste en utilizar los combustibles
fósiles de manera más eficiente. Los ahorros conseguidos de esta manera permitirán
ganar tiempo para el sistema climático mundial mientras se desarrollan tecnologías
alternativas y se consigue hacerlas rentables. Se espera que las fuentes libres de
emisiones sustituyan con el tiempo a los combustibles fósiles como categoría
principal de suministro de energía.
 Las turbinas de "ciclo combinado" -en las que el calor resultante de la quema de
combustible impulsa las turbinas de vapor al mismo tiempo que la expansión
térmica de los gases de escape mueve las turbinas de gas -pueden aumentar la
eficiencia de la generación de electricidad un 70%. A más largo plazo, las nuevas
tecnologías podrían duplicar la eficiencia de las centrales eléctricas.
 Las pilas de combustible de gasolina y otras tecnologías avanzadas en el sector del
automóvil pueden reducir casi a la mitad las emisiones de dióxido de carbono
resultantes del transporte, y lo mismo cabría decir de los vehículos "híbridos" de
gas/electricidad, algunos de los cuales se encuentran ya en el mercado.
 El gas natural libera menos dióxido de carbono por unidad de energía que el carbón
o el petróleo. Por ello, el cambio al gas natural es una forma rápida de reducir las
emisiones.
 La industria, que produce más del 40% de las emisiones mundiales de dióxido de
carbono, puede beneficiarse de la cogeneración combinada de calor y electricidad
así como de otros usos del calor residual, la mejor gestión de la energía y una mayor
eficiencia en los procesos de manufactura.
 La instalación de sistemas de iluminación y electrodomésticos más eficientes en los
edificios puede reducir significativamente el consumo de electricidad. El mejor
aislamiento de las construcciones puede representar una enorme reducción de la
cantidad de combustible necesario para la calefacción o el aire acondicionado.
 La reducción del consumo de combustibles fósiles y Aprovechar las tecnologías de
energía renovable existentes
 La energía solar y la electricidad generada por el viento -con los niveles actuales de
eficiencia y costo- pueden sustituir en parte a los combustibles fósiles, y se utilizan
cada vez más. Un mayor empleo de tales tecnologías puede incrementar sus
eficiencias de escala y reducir sus costos. La contribución actual de estos métodos
de producción de energía a los suministros mundiales representa menos del 2%.
 La expansión de la energía hidroeléctrica, cuando convenga, podría representar una
importante contribución a la reducción de las emisiones de gases de efecto
invernadero... pero el uso de la energía hidroeléctrica se ve limitado necesariamente
por su repercusión en los asentamientos humanos y los sistemas fluviales.
Utilización de la energía solar en buques
El sistema eléctrico de propulsión de buques ha sido durante mucho tiempo utilizado en
submarinos y en la actualidad en grandes buques de pasajeros, principalmente por las
ventajas que presenta desde el punto de vista de la reducción de emisiones de gases
contaminantes. Sin embargo, el uso de la propulsión eléctrica en este tipo de naves requiere
de gran potencia y por lo tanto energía, la cual debe necesariamente producirse a bordo,
usualmente mediante generadores diésel.
El uso de este sistema de propulsión en embarcaciones ha tenido su mayor auge en los
últimos años; como alternativa a los motores de combustión interna. Dado el tamaño y
características de las embarcaciones menores, éstas no pueden utilizar los sistemas de
generación de electricidad mencionados anteriormente y deben transportar energía
almacenada en baterías o generar energía eléctrica aprovechando la energía solar mediante
la tecnología de paneles fotovoltaicos.
Que es la Energía solar
Es una fuente de energía renovable que llega a la Tierra en forma de radiación
electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde
ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar
se puede realizar de dos formas:
Por conversión térmica de alta temperatura
Consiste en transformar la energía solar en energía térmica almacenada en un fluido. Para
calentar el líquido se emplean unos dispositivos llamados colectores.
Las centrales solares aprovechan la energía luminosa procedente del sol del siguiente
modo:
1.
2.
3.
La luz se refleja en un conjunto de espejos orientables llamados helióstatos que
la
concentran, una vez reflejada, sobre una caldera situada en lo alto de una
torre.
En la caldera se calienta agua hasta convertirse en vapor, que se dirige hacia
unas turbinas.
Un generador conectado a las turbinas convierte la energía mecánica en energía
eléctrica.
La conversión fotovoltaica
La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en electricidad.
Esta transformación se
produce en unos dispositivos
denominados paneles
fotovoltaicos (de silicio o de
germanio). En los paneles
fotovoltaicos, la radiación
solar excita los electrones de
un dispositivo semiconductor
generando una pequeña
diferencia de potencial. La
conexión en serie de estos
dispositivos permite obtener
diferencias de potencial
mayores.
Ventajas: Es una energía no contaminante y proporciona energía barata en países no
industrializados
Propulsión eléctrica en embarcaciones con ayuda de la energía
solar
El sistema de propulsión eléctrico para embarcaciones se basa principalmente en la
utilización de un motor eléctrico para producir el giro del eje. La energía eléctrica se
transporta a bordo mediante baterías, las que proveen electricidad en forma de corriente
continua, por lo cual, en caso de utilizarse un motor de corriente alterna será necesario
contar con un conversor de corriente continua a corriente alterna. Muchos de estos
dispositivos integran además un variador de frecuencia, es decir un control que permite
variar la velocidad y sentido de giro del motor. En los motores de corriente continua sólo se
requiere variación de voltaje y polaridad para controlar la velocidad y sentido de giro del
motor, mientras que el motor de corriente alterna es necesario un variador de
frecuencia. Con estos elementos se completa el sistema eléctrico de propulsión para
embarcaciones, sin embargo existe la opción de generar energía eléctrica a bordo por
medio de paneles fotovoltaicos, los cuales son expuestos a la radiación solar con la
finalidad de cargar batería con la energía generada.
Una de las ventajas de los motores eléctricos es su elevado rendimiento, es decir su
capacidad de transformar gran parte de la energía que absorbe en forma de energía
solar en energía propulsora.
Otra de las grandes ventajas de los motores eléctricos es que su funcionamiento no se basa
en la combustión, por lo que no existen residuos de ningún tipo, ni descarga de gases a la
atmósfera y por tanto no contribuye a la emisión de gases de invernadero.
Propulsión de buques con ayuda de la energía eólica
Como se sabe el encarecimiento de los combustibles
marinos así como la cada vez más exhaustiva normativa
anti polución y el aumento en las emisiones de gases
contaminantes ha provocado la búsqueda de nuevas
formas de reducir el consumo de las plantas de
propulsión de los buques mercantes. Se ha pasado por
rediseño de hélices, de transmisiones, de casco, de
superestructura y de los motores diésel cuyo
rendimiento ha rebasado ya el 50%.
Es por ello que se hace necesario un nuevo enfoque en
las técnicas de propulsión, o tal vez volver al siglo XIX,
lo cual ha hecho resurgir la propulsión híbrida, es decir
la asistencia de la propulsión mecánica por energía
eólica.
¿Qué es la energía eólica?
La energía eólica es la energía
obtenida a partir del viento, es decir,
la energía cinética generada por efecto
de las corrientes de aire, y que es
convertida en otras formas útiles de
energía para las actividades humanas
En la actualidad, la energía eólica es
utilizada principalmente para producir
electricidad mediante
aerogeneradores, conectados a las
grandes redes de distribución de
energía eléctrica.
De las múltiples posibilidades que los científicos han apuntado, están cuajando tres:
 Sistema Tall Ship:
Mástiles y velas al estilo
tradicional
 Sistema Enercon:
Asistencia por medio de
cilindros rotativos o
turbo velas
 Sistema SkySails:
Asistencia por medio de
un parapente o cometa
SISTEMA ENERCON:
Su eslora y su manga son 130 y 22,5 metros respectivamente. Es actualmente el velero más
moderno del mundo pues a sus dos motores diésel de 3,5 kW le asisten cuatro turbo velas
(rotores verticales) de 25 metros de altura, Basándose en que se aprovecha el viento por un
lado del rotor (viento de costado) para producir un empuje perpendicular (hacia proa) en
virtud de la depresión generada por el giro lento del cilindro. Con este nuevo sistema Se
han previsto una reducción del 50% en consumo y emisiones.
SISTEMA SKYSAILS:
ha equipado con una cometa gigante a un buque .El buque de 132 m de eslora tiene un
mástil a proa en el que se engancha un cable de acero plastificado al final del cual se halla
una cometa de 160 metros cuadrados de superficie. Buscando el viento a más de 300 m
sobre el mar y sin importar la dirección de éste, ha conseguido un promedio de ahorro de
1000 € diarios de combustible, lo que equivale a un 20% menos de consumo y emisiones de
CO2. De este modo se evitaría la emisión de 800.000 Ton/año de CO2 a la atmósfera.
Empleo de biodiesel como combustible para buques
Los grandes barcos de transporte de mercancías son los
grandes responsables de las emisiones de azufre a la
atmósfera. Se preparan nuevas restricciones para acabar
con la liberación de unas partículas que dan lugar a lluvia
ácida que perjudica los cultivos y la salud humana. Por
ello, intenta desarrollar el biocombustible ideal para estos
gigantes del mar. Las industrias han optado por apostar
por el empleo de residuos forestales para convertirlos en
biocombustible, pero investigan la mejor forma de lograr
un producto estable en su almacenamiento, que pueda
mezclarse con el gasoil, que sea rentable en su producción
y que produzca bajas emisiones de gases contaminantes.
Qué es Biodiesel?
Biodiesel es un combustible
alternativo que puede ser usado
en motores a diésel con pocas o
ninguna modificación. Es una
mezcla de diferentes esteres
alquílicos producidos de aceites
vegetales, a través de un proceso
llamado transesterificación.
El biodiesel es un combustible que reduce la contaminación ambiental en un 100 por
ciento, debido a que es biodegradable, se le ha
considerado como una alterativa para combatir el
¿Cómo se produce?
problema del deterioro ambiental. En este sentido, se
Existen tres rutas tecnológicas
consideran varios beneficios en torno al biodiesel, por
básicas para la producción de
ejemplo, que su lubricidad duplica la vida útil de los
biodiesel de grasas y aceites:
motores, ya que se trata de un combustible de origen
vegetal, también se puede considerar como una puerta
•
Transesterificación
abierta al desarrollo comercial de un país, debido a que se
en base catalítica del
deja de depender del petróleo y se fomenta la industria
aceite con alcohol.
agraria, puesto que se elabora a partir de aceites vegetales
•
Esterificación directa
obtenidos de las semillas. Por otra parte, el biodiesel es un
en ácido catalizado
combustible que reduce la contaminación porque las
del aceite con
emisiones netas de dióxido de carbono (CO2) y de
metanol.
dióxido sulfuroso (SO2) se reducen un 100 por ciento, es
•
Conversión del aceite
decir, en menos de 21 días desaparece toda traza de él en
en ácidos grasos, y
la tierra, por eso se le considera biodegradable, además de
luego a esteres
que su combustión genera un olor similar al de las galletas
alquílicos.
dulces, o al de las papas fritas, ya que, como se anticipó,
se trata de un producto extraído de semillas de aceites
vegetales. Su energía es un cinco por ciento menor que la gasolina extraída del petróleo,
pero su elevada lubricidad compensa esta diferencia, por lo que el rendimiento energético
de ambos combustibles es esencialmente el mismo.
Propiedades y beneficios del biodiesel como combustible de
buques
El hecho de que no contamina, que lubrica los motores, es de fácil elaboración , es
biodegradable, su producción es renovable, puede emplearse puro o combinado, no se
degrada con el tiempo, no contiene azufre, mejora la combustión, prolonga la vida de los
motores, no es altamente inflamable, genera independencia energética, no emite gases
nocivos e incluso tiene un aroma agradable.
Por otro lado, entre los beneficios destaca que este combustible no contamina y permite su
uso convencional en todos los vehículos y maquinaria, sin la consecuencia del efecto
invernadero causado por los gases emanados en la combustión de diésel de petróleo
De igual forma su duración y la lubricidad que produce en los motores los ayuda a
funcionar de manera más eficiente, además de que su elaboración y extracción es sencilla,
hasta tal punto que puede ser fabricado inclusive de manera casera. En resumen, el
biodiesel disminuye prácticamente a cero la contaminación ambiental, aumenta la vida útil
de los motores que lo utilizan no es tóxico, y su traza desaparece totalmente luego de 21
días.
Bibliografía
http://costasaludable.blogspot.com/2010/09/nuevos-combustibles-paraembarcaciones.html
http://www.atmosfera.cl/HTML/TEMAS/CALENTAMIENTO/calen1.HTM
http://costasaludable.blogspot.com/2010/09/nuevos-combustibles-paraembarcaciones.html
http://www.fierasdelaingenieria.com/la-nueva-generacion-en-disenos-de-motoresmarinos/comment-page-1/
http://local.alfalaval.com/es-ar/industrias/marina-diesel/pages/default.aspx
http://www.efeverde.com/noticias/biodiesel-de-residuos-forestales-para-laindustria-naval/