PROYECTO DE CONVERSION DE MOTORES DIESEL A GNC EN EL PARQUE AUTOMOTOR DE LA REGION CUSCO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, MECÁNICA Y MINAS
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA
“PROYECTO DE CONVERSION DE
MOTORES DIESEL A GNC EN EL PARQUE
AUTOMOTOR DE LA REGION CUSCO”
CAPITULO I
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
• El objetivo de este estudio es analizar y evaluar la situación actual
y las perspectivas del mercado del Gas Natural en la Región
Cusco, así como el marco jurídico y regulatorio, teniendo en
cuenta que en nuestro país en los últimos años se han dado leyes
y normas acerca del uso del gas natural.
• Existen experiencias en el Mundo de este tipo de transformaciones
así como publicaciones y trabajos de investigación tanto de
universidades como otros centros de investigación científica.
• La conversión de los motores Diesel de 4T a GNC y bicombustible (Gas + Diesel). Se ha hecho en Argentina, Brasil,
Venezuela, Colombia, Chile, etc.
• Así mismo la conversión de motores de 2T para uso de gas natural
se ha hecho en locomotoras, barcos y motores estacionarios
EL PROBLEMA
• La conversión de los motores de combustión interna que funcionan
con Diesel para su funcionamiento con combustibles alternativos
como es el GNC nos planteara un problema técnico desde el tipo de
conversión más adecuado, la variación del rendimiento y eficiencia
del motor.
En el ámbito Regional se tiene una cultura muy pobre sobre la
utilización del GNC, y no existe un estudio de la demanda de este
combustible alternativo en el sistema de transporte por eso la
necesidad de considerar a esta actividad económica, como un
mercado alternativo del consumo de Gas Natural
OBJETIVOS
Objetivo General.
• El objetivo del estudio es analizar y evaluar la factibilidad técnica
de la conversión de los Motores Diesel a GNC de la Región Cusco,
mediante el análisis termodinámico de los diferentes procesos en
los motores Diesel.
Objetivos Específicos.
•
•
Analizar los Métodos de conversión de motores Diesel a GNC. Y
definir el sistema de conversión que mejor se adecue a nuestra
realidad.
Determinar los parámetros termodinámicos de funcionamiento
del motor diesel, tales como la presión y temperatura, consumo
específico de combustible y composición de los productos de la
combustión haciendo uso de la teoría básica de motores de
combustión interna. Del motor Diesel VOLVO DH10A245.
• Determinar los parámetros termodinámicos de funcionamiento del
nuevo sistema implementado como presión y temperatura, consumo
específico de combustible y composición de los productos de la
combustión a través de un modelamiento matemático de un motor
de combustión interna. Del motor Diesel VOLVO DH10A245.
• Definir los dispositivos y accesorios de consumo de combustible
para los efectos de conversión de motores diesel a GNC.
• Estudiar la demanda del GNC en el parque automotor Diesel. A
través de la energía consumida de los motores de combustión
interna.
• Evaluar el impacto ambiental producto de la combustión. Para el
motor Volvo DH10A245.
• Realizar una evaluación económica del proyecto de conversión,
empleando indicadores de rentabilidad de la inversión.
ALCANCES Y LIMITACIONES
LIMITACIONES
ALCANCES
• Se mostrara un panorama
claro de la conversión de
motores Diesel a GNC.
• La
investigación
tiene
característica abierta, es decir
puede servir de referencia o
punto
de
partida
para
estudios e investigaciones
posteriores sobre los motores
de combustión interna y su
aplicación en la industria
automotriz.
•
La tesis se limitara al estudio
exclusivo de un modelo de
Motor VOLVO DH10A245 y
tendrá los siguientes aspectos:
* Análisis Teórico Térmico.
* Análisis Teórico Técnico.
* Análisis Medio Ambiental.
* Análisis Económico.
JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO
•
Se debe conocer técnicamente el comportamiento de los
motores térmicos en altura a fin de determinar sus reales
condiciones de operación económica.
•
Se requiere incorporar los motores térmicos en los futuros
mercados de gas que justifiquen un ducto hacia la Región
Cusco.
•
La incontenible alza del precio del barril de petróleo, impulsa
la búsqueda de nuevas alternativas energéticas que brinden
al menos el mismo servicio a más bajo costo.
•
•
Una variable importante viene a ser el costo del gas natural para el
departamento del Cusco que será de US$ 0.80 MMBTU en boca de
pozo. Hecho que favorece el uso intensivo de gas en nuestra zona.
La carrera profesional de Ing. Mecánica de la UNSAAC debe
liderar los estudios sobre uso y sustitución de combustibles
tradicionales por el gas natural.
HIPOTESIS
La conversión de motores Diesel a GNC es factible
técnica y económicamente bajo las condiciones propias
a la zona de estudio. Encontrando la mejor alternativa
técnica de conversión para el uso del combustible
alternativo.
CAPITULO II
FUNDAMENTO TEORICO
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL
MOTOR DIESEL VOLVO DH10A245
Potencia
180 Kw (245 Hp)
180kw (245 HP)
2000 rpm
Par maximo a 1450 rpm
1050 Nm
Numero de cilindros
6
Diámetro de los cilindros
120,65 mm
Curso de los émbolos
140 mm
Cilindrada
9,6 dm3
Relación de compresión
20:1
Orden de inyección
1-5-3-6-2-4
Sentido de rotación a la derecha
Horario
Rotación de marcha lenta (ralenti)
530±50 rpm
Rotación máxima en vacío
2200±50 rpm
Rotación de inicio de corte de
inyección
2085 rpm
Peso, motor con volante y motor de
arranque, aproximadamente
950±30 kg
Longitud
1460 mm
Anchura
1375 mm
Altura
590 mm
COMBUSTIBLES
• EL GAS NATURAL: Está constituido por el conjunto
de hidrocarburos que incluye el metano, y está
compuesto por moléculas de energía que contienen
muy pocas impurezas y son de combustión limpia.
• CARACTERISTICAS DEL GAS NATURAL:
Composición del Gas Natural de Camisea
Composición de los
Reservorios
Metano
89.37
Etano
8.57
Propano
0.65
Butano
0.3
Nitrógeno
1.06
Gas Carbónico
0.32
TOTAL
1.00
%
Fuente: PETROLEOS DEL PERÚ PROYECTO INTEGRAL DEL
DESARROLLO DEL GAS DE KAMISEA - AGOSTO 1990.
CARACTERÍSTICAS Y MEDIDA.
Características
Medida
• No tiene olor.
Hay dos unidades de medida
• No tiene color.
que tienen mayor importancia.
• Necesita odorizantes.
• Más ligero que el aire.
1. Unidad calorífica (BTU)
2. Volumen (pies3 ó m3)
• Menor precio que
combustibles alternativos.
consumidos
• Seguro.
determinado
• Reduce costos de
mantenimiento.
en
un
tiempo
CAPITULO III
EVALUACIÓN DE
VARIABLES DE LOS
DIFERENTES MÉTODOS DE
CONVERSIÓN A GNC
ASPECTOS DETERMINANTES QUE PERMITEN LA
ELECCIÓN ADECUADO DE LA CONVERSION
Existen parámetros que determinaran la viabilidad de la conversión y
permitirán decidir que alternativa es la que mejor se ajusta a este tipo de
motor.
El estudio de la posibilidad de conversión del motor diesel DH10A245
marca
Volvo,
al
Sistema
a
Gas
Natural
Dedicado.
Antes de realizar un estudio energético de la conversión es necesario
conocer las alternativas de utilización del gas natural en motores diesel y
todos aquellos parámetros que registren su funcionamiento. A
continuación realizaremos un estudio de estas posibilidades desde el
punto de vista técnico.
Efectos de las características del combustible
Debemos tener en cuenta sus características del GNC, como su numero
de octano (NO>120) y su numero de cetano (NC entre 3 - 10).
La dificultad de usar gas natural en un motor Diesel radica en que el gas
no se autoinflama como el caso del diesel pulverizado, sino que hay la
necesidad de una fuente de ignición.
Efecto de la relación de compresión
Debemos tener en cuenta que el gas natural cuenta con un número
de octano NO bastante elevado lo que favorece para que no se
produzca autodetonacion en la cámara de combustión pudiendo
soportar relaciones de compresión (ε) de 16 a 18. Esto favorece
para obtener una buena potencia efectiva del motor ya que la
potencia es proporcional a la relación de compresión tanto en
motores Otto como Diesel. Para el caso del motor para el estudio la
relación de compresión del motor es de 20 (esta fuera del rango de
tolerancia para el uso del gas natural), por lo que será necesario la
modificación estructural respecto al NO del combustible; en el caso
de conversión del motor diesel dedicado a GNC.
Golpeteo y Autoencendido en Motores con Gas Natural
El golpeteo ocurre cuando el combustible se auto - inflama antes de
alcanzar el PMS debido a la gran presión y temperatura dentro de la
cámara de combustión durante la carrera de compresión. Este
fenómeno debe ser evitado ya que podría causar fallas en el pistón
y daño a todo el bloque de cilindro en periodo corto tiempo.
La autoignicion puede producirse en el proceso de admisión y/o
compresión al tener una mezcla aire + Gas Natural y es sometido a
la temperatura de inflamación.
Efecto del Régimen de Funcionamiento
El motor Volvo DH10A245 tiene un régimen de operación para 2000
rpm de funcionamiento.
Cabe aclarar en este punto que con el aumento de la velocidad del
motor el tiempo para la combustión es mas corto.
Efecto del Exceso de Aire.
Cada combustible tiene un rango de funcionamiento para el
coeficiente de exceso de aire, el metano como principal
componente trabaja con α entre 0.65 y 1.5.
La variación de la mezcla aire/combustible es controlada por el flujo
de combustible, incluso en mezclas muy pobres (α>4) se mantiene
la ignición con la suficiente, bien distribuida y controlada.
Para un motor en ciclo Otto.
Para α = 0.9, la potencia producida es la máxima, pero un cierto
porcentaje de combustión incompleta aparece formando CO.
Para α = 1.1 – 1.15, la economía del consumo es máximo, el CO se
reduce casi a cero, pero se incrementan los óxidos de nitrógeno
formado.
Para α = 1.3, la mezcla empieza a perder la capacidad de ignición.
Efectos de las Características de la Cámara de
Combustión y la Cabeza del Pistón
Se debe tener en cuenta las características de la cámara de
combustión del motor original.
Para el caso de un motor trabajando en forma dedicada a gas
natural se debe tener en cuenta la relación de compresión que sea
apropiada así como, la forma de la cámara de combustión y la
superficie del pistón, estos aspectos mencionados sufren
modificaciones. La cámara de combustión del motor Diesel debe
cumplir un gran número de requisitos.
Efectos de las Características de la Carga Fresca
La carga fresca producirá una combustión eficiente en el que esta
se encuentre mezclada homogéneamente (aire + gas natural), lo
cual depende grandemente si es que la carga de gas natural se
realiza en forma interna o externa a la cámara de combustión.
FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DIESEL
CONVERTIDO A GNC
Encendido por chispa.
I.- Salta la chispa eléctrica.
II.- Periodo de suministro de
la mezcla Gas – aire.
1.- Mezclador de Gas - aire.
2.- Bujía de encendido
PRINCIPIOS DE UNA COMBUSTIÓN EFICIENTE
CRITERIOS DE DESARROLLO PARA LOS
MOTORES CONVERTIDOS A CICLO OTTO
La modificación y el rediseño tienen como premisa básica la de obtener
una cámara de combustión rápida, eficiente y que pueda trabajar con
gas natural. El vehiculo queda restringido a usar GNV exclusivamente.
Los principales cambios a realizar son:
• Suprimir la bomba de inyección y los inyectores.
• La reducción de la relación de compresión a un valor adecuado.
• Instalación de un sistema de ignición con bobina de ignición, bujías
y un suministro eléctrico.
• La forma de la cámara de combustión (culata y cabeza del cilindro)
deben ser estudiadas para ver si es necesario la modificación de
esta.
• Instalación de un sistema de inyección de gas natural en la cámara
de combustión.
Pistón y cámara de combustión
La forma de la cámara de combustión también juega un papel
importante, para un motor Otto se requiere una cámara de combustión
con una forma que facilite la propagación de la combustión y elevación
de presión de la mezcla homogénea de aire/gas natural.
Implementación de un sistema de encendido
El sistema de ignición del motor se hará a través de un control
electrónico en base a la determinación del estado del motor actual
gracias a sensores que nos indicaran el estado del motor, para
obtener una combustión optima.
Este sistema de ignición se hará respetando el orden de encendido
del motor original.
Sistema de control de mezcla aire - GNC
MODIFICACION DE LA CULATA PARA OPERAR
CON GNC
MODIFICACIONES EN LAS VALVULAS
MODIFICACIONES EN LA CAMISA DE MOTOR
VENTAJAS DEL USO DE GNC
• Prolonga la vida útil del motor en 35…40% debido a la ausencia de
carbonilla en las piezas del grupo cilindro – pistón.
• La combustión del GNC con exceso de aire es mas próxima a la
combustión completa reduciendo así los residuos de dióxido de
carbono en vapor de agua evitando la formación de residuo de
carbono en el motor lo que hace que aumente la vida útil y el
periodo entre mantenimientos.
• Su combustión reduce las emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI), cuya acumulación en la atmósfera contribuye al
cambio climático, tales como: CO2, CH4, NO2, O2, CFC y HCFC,
CO, etc.
• Ahorro en combustible: importante reducción de costos por menor
precio del m3 de GNC. Disminuye la contaminación sonora y
mejora la calidad de vida, la marcha suave y silenciosa es una de
las tantas características relevantes del motor a GNC.
• Menores gastos de mantenimiento: uno de los beneficios más
importantes de este motor es su mayor vida útil
• Mayor durabilidad del lubricante: El GNC no deja residuos
carbonosos dejando el motor mas limpio y sin barros, dando como
consecuencia que el aceite mantenga su viscosidad y demás
propiedades lubricantes por mucho mas tiempo alargando los
intervalos entre cambio y cambio.
DESVENTAJAS DEL GNC
• Las actividades de mantenimiento y reparación del vehiculo
aumentan en 7…8%.
• Aumenta el costo del vehiculo.
• La potencia del motor disminuye en 18…20%.
• El GNC se inflama en la cámara de combustión del motor a la
temperatura de 635 a 645 ºC, magnitud 2 veces mayor que la
temperatura del diesel. Esto dificulta el arranque del motor,
particularmente cuando la temperatura del medio ambiente es baja.
• La autonomía de los vehículos con GNC se reduce en 3 veces.
• La capacidad de superación de pendientes disminuye entre 30 40%.
• Empeoran las características de propulsión, dinámicas operacionales
del vehiculo:
• Tamaño y capacidad de los cilindros es limitada en los vehículos.
ASPECTOS DE SEGURIDAD
 Los propietarios de los vehículos convertidos a GNC deben
efectuar una verificación anual de sus equipos y otra de tres
años o cinco años dependiendo del material de los cilindros.
 Los cilindros de almacenamiento de GNC, están construidos
según normas de seguridad muy rigurosas. Se diseñan para
soportar altas presiones, realizando las pruebas de resistencia a
300 bar, cuando la presión máxima de carga es de 200 bar. El
mismo concepto de seguridad rige para las tuberías de alta
presión, válvulas y demás elementos que constituyen el equipo
de conversión.
 No realizar nunca ningún trabajo con conductos de gas
sometidos a presión.
 Los trabajos de soldadura y rectificado solamente pueden
realizarse por personal adiestrado sobre seguridad según
normas que establecen las compañías de seguros.
 Realizar un control de estanqueidad periódico en los conductos
de gas y reparar inmediatamente cualquier fuga que sea
detectada.
 No utilizar ningún producto de estanqueidad.
CAPITULO IV y V
ESTUDIO ENERGETICO
DEL MOTOR
COMPARACION DE LOS PRINCIPALES
PARAMETROS DE LAS OPCIONES DE
CONVERSION DE MOTORES DIESEL A GNC
Variación de los Coeficientes Politropicos de Compresión y
Expansión
"Coeficiente
Politropico de
Compresión - n1"
1.390
1.370
1.350
1.330
1.310
1.290
1.270
1.250
1.230
1.210
"Coeficiente
Politropico de
Expansión - n2 "
Diesel
Gas Natural
Bi-Combustible
COMPARACIÓN DE VALORES DE
COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE
COMPARACIÓN DE LOS VALORES DE LOS
COEFICIENTES DE LLENADO
VALORES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA AL FINAL
DE LA COMPRESIÓN
Comparación de las Presiones del Motor, en cada Punto
Termodinamico
Presión (MPa)
14
12
Diesel
10
Gas Natural Dedicado
Bi-Combustible
8
6
4
2
0
Pa
Pc
Pz
Pb
Punto de Presión
Pi
Pe
PRESIONES Y TEMPERATURAS MÁXIMAS EN EL
PROCESO DE COMBUSTIÓN
Comparación de Temperaturas en el Motor, en cada Punto
Termodinamico
Temperatura (ºC)
3000
2500
Diesel
Gas Natural Dedicado
2000
Bi-Combustible
1500
1000
500
0
Ta
Tc
Tz
Punto de Tem peratura
Tb
Tr
VALORES DE LAS EFICIENCIAS EFECTIVAS
200
50.0
45.0
160
40.0
35.0
120
30.0
25.0
20.0
80
Potencia Efectiva Mecanica
40
EficienciaTérmica
5.0
0.0
0
Diesel
Gas Natural
15.0
10.0
Bi-Combustible
Eficiencia (%)
Potencia Efectiva (KW)
Comparación de Potencia Efectiva y Eficiencia
Térmica
CAPITULO VI
DISPOSITIVOS Y
ACCESORIOS DE CONSUMO
DE COMBUSTIBLE PARA
EFECTOS DE LA
CONVERSION A GNC
CIRCUITO DE ALIMETACION DE GNC
DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DE
CADA COMPONENTE
REGULADOR DE PRESIÓN
El regulador de presión se
encuentra situado en el motor
y regula la presión del
depósito en dos etapas hasta
obtener una presión operativa
estable de 10 bares. La
alimentación
de
gas
al
regulador de presión es
regulada por la unidad de
mando, que a través de un
relé, abre la electroválvula
incorporada cuando el motor
de arranque actúa.
PICO DE CARGA INTERNO
El pico de carga interno es, como su
nombre lo indica, la pieza por donde se
ingresa el gas al sistema. Posee un
soporte específico y debe quedar
montado en forma segura, teniendo en
cuenta que es la parte del sistema
sometida a mayor maltrato.
Se localiza sobre uno de los laterales
del vano del motor lo mas alto posible
y debe ser totalmente accesible para
facilitar la operación de carga.
Se instala aun en los casos que el
vehiculo disponga de pico de carga
externo.
VALVULA DE CARGA
Es la válvula a través de la cual se
efectúa la carga del combustible.
Además tiene la función de interceptar,
en caso de necesidad, el fluir del
metano desde los cilindros de
almacenamiento al reductor (por
ejemplo en caso de mantenimientote
este ultimo) con una llave de operación
manual. Junto a la válvula manual,
tenemos el acople o pico de carga que
esta diseñado para recibir el conector
normalizado de cualquier surtidor de
gas natural comprimido.
VALVULA PARA CILINDROS DE GAS
Están montadas sobre el cilindro y
ubicada de modo que resulte de
fácil acceso en caso de maniobras,
es efectivamente una válvula que
intercepta, y como tal en caso de
necesidad tiene como fin aislar el
contenido
del
cilindro
de
combustible. Además lleva una
válvula incorporada de exceso de
flujo combinada con tapón fusible,
que permite contar con un doble
sistema de seguridad ante un corte
eventual de cañerías o aumento de
presión por temperatura.
MEZCLADOR DE GNC
El mezclador tiene por finalidad
preparar la mezcla aire - gas y
regular su suministro hacía los
cilindros del motor.
El mezclador se ubica delante del
compresor hay una tobera de
admisión para la mezcla de gas aire.
Esta tobera está provista de 4
válvulas de inyección que por
pulsaciones, una a una, abren un
canal de admisión para la inyección
de gases en el aire de admisión.
Durante dos vueltas de motor (720°)
se produce en total cuatro
inyecciones, una por válvula.
La unidad de mando se encargara
de regular mediante una serie de
sensores, el caudal de gas que se
inyecta en el motor.
CILINDROS DE GNV
Los
cilindros
para
almacenar
GNV,
son
mucho más resistentes
que los de Diesel. Están
sujetos a ensayos de
acuerdo
a
normativa
imitando “condiciones de
abuso severo”, tales como
extremos de calor y
presión, disparos de armas
de fuego, choques e
incendio.
UNIDAD DE MANDO
La unidad de mando recibe una
información
continua
sobre
las
condiciones de conducción actuales
desde los sensores de presión,
temperatura y posición situados
alrededor del motor.
La información acumulada determina el
caudal de gas (amplitud de pulsación)
que las válvulas de inyección deben
mezclar en el aire de admisión del
motor.
La regulación del caudal de gas, al
igual que la posición de encendido,
siguen patrones preprogramados en la
memoria de la unidad de mando y
cubren todas las condiciones de
conducción.
En el arranque en frío, la unidad de
mando aumenta el caudal de gases
durante la fase de calentamiento.
CAPITULO VII
ESTUDIO DE MERCADO
SECTOR CONSUMIDOR DE ENERGIA
Dentro del presente estudio, el sector que vamos a abarcar
exclusivamente es el parque automotor de la región Cusco; que
demandan energía como la gasolina y el diesel y un porcentaje
insignificativo, lo que es el GLP.
SECTOR AUTOMOTOR._Consumidor de energía básica y primaria
para su proceso.
Entre los siguientes de mayor significación tenemos:
– Automóviles.
– Camionetas.
– Microbuses.
– Omnibuses.
– Camiones.
– Otros.
EVOLUCION HISTORICA DEL USO DEL GNV
EN LATINO AMERICA Y RESTO DEL MUNDO
ANALISIS DEL PARQUE AUTOMOTOR
NACIONAL
Lima representa el 70% de todo el parque automotor nacional. El
parque vehicular de Lima metropolitana esta próximo al millón de
unidades. Y el 30% lo representan los departamentos restantes. La
Gasolina representa el 67.8% del total de combustibles. Los
vehículos gasolineros de Lima representan alrededor del 68% del
parque automotor de la capital.
% VEHICULAR POR DEPARTAMENTOS
ANCASH
AREQUIPA
CAJAMARCA
CUZCO
2%
2%
1%
3%
1% 2%
2%
HUANUCO
3%
6%
1%
1%2%
4%
ICA
3%
3%
JUNIN
LA LIBERTAD
LAMBAYEQUE
LIMA
MOQUEGUA
64%
PIURA
PUNO
TACNA
UCAYALI
OTROS
PARQUE AUTOMOTOR DEL DEPARTAMENTO
DEL CUSCO
La ciudad del Cusco posee un parque automotor que equivale el
3% del parque automotor nacional, notamos que es considerable.
En el caso del Sector Transporte se considera en primera instancia
dos tipos de transporte:
Pasajeros Y Carga
En el caso del transporte de pasajeros, esta puede ser del tipo
Público ó Particular.
A continuación se considera el ámbito de actividad o uso del
vehículo automotor, siendo estos:
Urbano e Interprovincial
Como tercer grupo se considera la clase de vehículos, siendo estos
los siguientes:
Automóviles
Taxis y taxis colectivos
Camionetas
Microbús
Ómnibus
Camiones
Los resultados de los estudios recientes realizado por el Ministerio de
Energía y Minas la estimación actual del parque automotor de la
Región Cusco se dan en 42.873 vehículos la cual se detalla en clase
de unidades vehiculares como se muestra a continuación en el
siguiente cuadro.
PARQUE AUTOMOTOR DEL DEPARTAMENTO CUSCO - 2005
PARQUE AUTOMOTOR DE LA REGION CUSCO - 2005
AUTOMOVILES
14080
33,84%
STATION WAGON
8073
18,83%
CMTA PICK UP
6370
14,86%
REMOLQUE
54
0,13%
SEMIREMOLQUE
90
0.21%
CMTA RURAL
4710
10,99%
CAMIONES
7669
17,89%
OMNIBUS
1351
3,15%
CMTA PANEL
476
1,11%
CRECIMIENTO DEL PARQUE AUTOMOTOR DE
LA REGION CUSCO CON UNA TASA
PROMEDIO ANUAL DE 3,5%
CONSUMOS ANUALES POR CLASE DE
VEHÍCULO Y TIPO DE COMBUSTIBLE (GALONES)
REGIÓN CUSCO – AÑO 2005
FUENTE: INFORME DE ESTUDIO RECIENTE DEL MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS CUSCO -2006
CALCULO DE CONSUMO TOTAL EN MMPCD
DEL PARQUE AUTOMOTOR EN LA REGION
CUSCO
FUENTE: ELABORACION PROPIA (2006).
CAPITULO VIII
ESTUDIO ECONOMICO
INTRODUCCIÓN: Después de las consideraciones técnicas y
conceptuales abordadas al respecto de la utilización del Gas Natural
en motores de combustión interna, se esta ante la oportunidad de
realizar un proyecto emprendedor, levantando las incertidumbres de la
viabilidad de esta iniciativa.
En que condiciones seria invertir el capital de renovación de una flota
de vehículos ya sea de transporte de pasajeros o transporte de carga a
GNC en vez de una flota Diesel .
CONSIDERACIONES ECONOMICAS DE LOS COMBUSTIBLES
 Se debe considerar las características de los precios del Diesel
y del Gas Natural.
 En conclusión el precio de Galón de combustible diesel en la
Región Cusco en los centros de abastecimiento; es 11.10
nuevos soles.
 Para Estaciones de Servicio de Gas Natural Vehicular es US$
0.80/MMBTU. Y el precio vigente al consumidor del metro
cúbico de gas natural vehicular es /S 1,38.
COSTOS PAR EFECTOS DE LA CONVERSION
DE UN MOTOR DIESEL VOLVO DH10A245
Los costos asociados representan el valor de los gastos a realizar
por el sistema debido a la ejecución de transporte de pasajeros. La
determinación de los parámetros relevantes sobre los costos de
operación, como son los consumos de combustible y lubricante.
Se dividen en:
 Costos de inversión de la conversión
 Costos de combustible
 Costos operacionales:
 Costos de lubricante
 Costos en neumatico
 Costos en mantenimiento y reparacion
Instalación KITS
El costo de inversión del kit de conversión del motor diesel
DH10A245, para el Sistema Dedicado exclusivamente a GNC, es
de US$ 18200; el cual incluye de: modulo del control del motor
completo y todos los accesorios del kit, además incluye los costos
asociados a la instalación y al sistema de almacenamiento como
son los cilindros, válvulas, etc.
El tipo de cambio de moneda: US$ 1 = S/ 3.14
Fuentes de datos
Para costos de kits de conversión:
– Empresa Argentina Galileo.
– Empresa argentina Argenchip.
– Empresa Argentina Inflex GNC.
– Empresa Volvo, y otros
Para motor Volvo DH10A245
Cotizaciones y especificaciones entregadas por la Empresa
VOLVO.
CALCULO DE LA INVERSIÓN DEL PROYECTO
La inversión del proyecto se calcula de acuerdo a los indicadores de
rentabilidad.
Los coeficientes más conocidos y empleados en la evaluación tanto
económica como financiera de un proyecto son:
 Valor Actual Neto (VAN).
 Tasa Interna de Retorno (TIR).
 Rentabilidad (R).
 Periodo de Recuperación de la inversión (PRÍ).
 Coeficiente Beneficio - Costo (B/C).
Todos estos coeficientes tienen en cuenta el valor del tiempo y del
dinero, por lo tanto consideran la actualización de dinero y
consideran la actualización del flujo neto de costos y beneficios de
todo el horizonte del proyecto
RESUMEN DE LOS INDICADORES DE EVALUACION
CAPITULO IX
ESTUDIO MEDIO
AMBIENTAL
INFLUENCIA DE LOS PRINCIPALES
CONTAMINANTES EN LA SALUD HUMANA
•
CO (Monóxido de Carbono)
•
OXIDOS DE NITRÓGENO
•
COVDM (Compuestos orgánicos Volátiles)
•
PM (Material Particulado)
•
SOx (Óxidos de Azufre)
•
CO2 (Dióxido de Carbono)
CONTAMINACIÓN PROVOCADA POR EL
TRANSPORTE MOTORIZADO
FUENTE: ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD Y 20 TH. WORLD GAS
CONFERENCE PROCEEDINGS, COPENHAGEN 1997.
EMISIONES A CUMPLIR SEGÚN EURO II MODIFICADA POR RES.
1237/2002 MOTORES NUEVOS
FUENTE:METROGAS - GASNOR ARGENTINA.
EMISIONES A CUMPLIR SI EL MOTOR CUMPLE CON EURO III
(DIRECTIVA 1999/96/CE) – MOTORES NUEVOS
FUENTE:METROGAS - GASNOR ARGENTINA.
EMISIONES DE VEHÍCULOS PESADOS
FUENTE:METROGAS - GASNOR ARGENTINA.
COMPARACION DE PRODUCTOS DE LA
COMBUSTION DEL ANALISIS
TERMODINAMICO MATEMATICO
PRODUCTOS DE LA COMBUSTION DEL
MOTOR DIESEL
PRODUCTOS DE LA COMBUSTION DE
CONVERSION A GNC
MN2, 75%
MCO2, 10%
MH2O, 18%
MH2O, 8% MO2, 8%MCO2, 9%
MO2, 0.4%
MN2, 71%
PRODUCTOS DE LA COMBUSTION
DEL SISTEMA BI-COMBUSTIBLE
MN2, 73%
MO2, 5%
MH2O, 14% MCO2, 8%
CONCLUSIONES
• Las restricciones de la posibilidad de conversión de un motor diesel
a Gas Natural viene dado por:
– Las características del gas natural (Numero de octano,
Temperatura de autoignicion, los limites de inflamabilidad y
mínima energía de reacción)
– Las características del motor (la relación de compresión, la
presencia del turbocompresor e interenfriador, la geometría de
la cámara de combustión y la cabeza del pistón.
• Para la conversión de un motor para el uso del Gas Natural como
combustible implica una renovación - actualización del motor
empleando sensores y un control electrónico.
• Al realizar la conversión del motor diesel a GNC, de acuerdo al
modelamiento matemático de los cálculos termodinámicos de la
teoría de motores de combustión interna la perdida de potencia es
18% para α = 0.98 y para α > 1 la perdida de potencia es de
aproximadamente del 35%.
• Al realizar la conversión del motor diesel a sistema Bi –
Combustible, la perdida de potencia es 2.7 % para α = 1.3, y es la
mejor alternativa de conversión de motores diesel que amerita otro
estudio minucioso a cerca de este tema; de acuerdo a los estudios
avanzados que se tienen este tipo de conversión tiene aplicatividad
adecuada para motores de grandes potencias.
• De acuerdo al modelamiento matemático de los cálculos
termodinámicos realizados en el proyecto, para el motor diesel
Volvo DH10A245, el consumo horario de combustible es Gc = 36.55
Kg/h; para el motor convertido a GNC dedicado, el consumo horario
de Gas Natural es Vi = 43.26 m3/h y para el motor cuando es
convertido con sistema bi-combustible el consumo horario de
combustible diesel es Gp = 7.3 Kg/h y el consumo horario de Gas
natural es Vi = 38.5 m3/h
• El consumo de energía de los motores diesel convertidos a GNC en
su totalidad del Departamento del Cusco es 2,511,931.06
MMBTU/año, lo cual nos arroja un consumo potencial de energía en
el caso de conversión de todo los motores diesel a GNC (6.9
MMPCD). Y el consumo susceptible del gas natural para el año
2009 es de 0,04 MMPCD.
• El gas natural tiene un precio menor que del diesel, el cual posee
un precio inestable, haciendo la diferencia de los costos de
operación el ahorro que se tiene anual mente es de S/ 30240.
• La inversión necesaria para la realización del proyecto de
conversión del motor diesel Volvo DH10A245 es 57,148 nuevos
soles. Para la evaluación se utilizaron ciertos parámetros como el
valor neto actual (VAN), la tasa interna de retorno (TIR) y tiempo
mínimo de retorno de la inversión (POT). Se obtuvieron los
siguientes resultados:
• El coeficiente de exceso de aire juega un papel muy importante en el
tema de la contaminación con valores por encima de lo
estequeometrico α>1, los contaminantes productos de la combustión
disminuyen, para nuestro calculo termodinámico hemos tomado α =
0.98 y nos arroja lo siguiente.
RECOMENDACIONES
• Promover una mayor difusión sobre las ventajas que ofrece el uso
del GNC en los motores de combustión interna y demás
aplicaciones dentro de la región Cusco. A través de distintos
medios y disminuir paulatinamente el consumo del diesel que es el
combustible altamente contaminante, el cual representa la matriz
energética del país.
• Implantar normas de carácter jurídico que protejan al medio
ambiente, obligando el uso del Gas natural vehicular en el parque
automotor para minimizar las emisiones de gases tóxicos y
preservar el medio ambiente, con estrategias de plantación.
• El estudio de factibilidad de los motores diesel amerita un estudio
particular y por lo que la conversión de todos los motores diesel
existentes en la región Cusco requieren de estudios por separado
para cada tipo de vehiculo.
• Deben tratar de usarse, en la medida posible, la mayor cantidad de
componentes originales del motor transformado.
• Disponer incentivos para las transformaciones, por parte del estado
peruano en todas las regiones, para ómnibus y camiones de carga,
conforme a los costos sociales evitados por utilizar GNC.
“Ningún país del mundo que aliente expectativas
de crecimiento de su economía, que cuente con
reservas de gas natural y que especialmente no
sea un país petrolero, puede dejar de lado el uso
intensivo
del
"GNC"
como
combustible
alternativo”.