MEJORAMIENTO DE COMBUSTIBLES EN EL ECUADOR

OBJETIVOS:

ANÁLISIS TÉCNICO.-EMISIONES Y RENDIMIENTO VEHICULAR

USANDO DIFERENTES TIPOS DE GASOLINA Y DIESEL

¿CUÁL ERA EL PROBLEMA?

GASOLINAS EN AMÉRICA LATINA Y CARIBE

PARAMETRO/NORMA INEN ACTUAL INEN 2014 EURO 5 RDPNUMERO DE OCTANO Min 90 Min 95 Min 95 Min 95AZUFRE (ppm) Máx 1000 Máx 10 Máx 10 Máx 10PRESION DE VAPOR (kPa) Máx 56 Máx 56 Min 50-Máx 60 Máx 55,1CANTIDAD DE AROMATICOS (% VOL) Máx 35 Máx 35 Máx 30 Máx 30

GASOLINA SUPER

PARAMETRO/NORMA INEN ACTUAL INEN 2014 EURO 5 RDPNUMERO DE OCTANO Min 81 Min 91 Min 95 Min 95AZUFRE (ppm) Máx 750 Máx 10 Máx 10 Máx 10PRESION DE VAPOR (kPa) Máx 56 Máx 56 Min 50-Máx 60 Máx 55,1CANTIDAD DE AROMATICOS (% VOL) Máx 30 Máx 35 Máx 30

GASOLINA EXTRAGASOLINAS EN ECUADOR

DIESEL EN AMÉRICA LATINA Y CARIBE

DIESEL EN ECUADOR

PARÁMETRO/NORMAINEN ACTUAL INEN 2014

EURO 5 RDPDIESEL 2

DIESEL PREM DIESEL OIL

ÍNDICE DE CETANO Min 45 Mín 45 Mín 52 Mín 51 Mín 51AZUFRE (ppm) Máx 7000 Máx 500 Máx 10 Máx 10 Máx 10

PARAMETROINDICE DE CETANO 45 45 46 46 45 45 48 48CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 7000 500 350 50 500 15 7000 500COSTO US$/Galón 1,03 1,03 3,01 3,01 3,14 3,14 6,69 8,39

ECUADOR COLOMBIA PERU CHILE

505,08

484004,73

COSTA R.MEXICO50

URUGUAYEL SALV.

5004,20

4550004,05

45

EMISIONES VEHICULARES, Informe anual, Calidad del Aire 2011

Investigación:  La investigación fue de tipo experimental-

longitudinal, se manipuló las variables octanaje en la gasolina y azufre en el diesel, para comprobar los efectos de esta intervención en las emisiones gaseosas y rendimiento vehicular.

Hipótesis:El incremento de octanaje en las gasolinas

reduce las emisiones de contaminantes primarios y mejora el rendimiento del vehículo.

La reducción del contenido de azufre del diesel reduce las emisiones de contaminantes primarios.

EQUIPOS Y MATERIALES:

Vehículo a gasolina: Marca Hyundai, Tucson, 2010, cilindraje 2000 cm3

Vehículo a diesel: Marca Chevrolet, modelo NKR II, año 2009, cilindraje 2800 cm3

Analizador de gases MGT 5 para vehículos a gasolina y dieselMONTANA(Medición por infrarrojo no dispersivo para la determinación de CO, HC y CO2; sensores electroquímicos para la determinación de O2 y NOx; láser para determinación de material particulado. Con margen de medición: inferior a ± 0,6% del valor)

DinamómetroBanco de potencia para autos, camiones, modelo LPS 3000 - MAHA

Gasolinas de prueba (4 TIPOS) (Resultados laboratorio Refinería Shushufindi acreditado OAE)

Diesel de prueba (3 TIPOS) (Resultados laboratorio Refinería Shushufindi acreditado OAE)

1 2 3 4NÚMERO DE OCTANO RESEARCH (ron) 81.50 85.30 87.20 92.40CONTENIDO DE AROMÁTICOS (%VOL) 22.10 23.20 26.00 30.00CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 300.00 380.00 420.00 450.00

PARÁMETROS PRINCIPALES GASOLINAS

1 2 3CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 3510.00 530.00 95.00ÍNDICE DE CETANO, CALCULADO 50.60 50.40 50.10

PARÁMETROS PRINCIPALES DIESEL

PROCEDIMIENTO:1.-Preparación de las gasolinas y

dieselMATERIA PRIMA PRODUCTO

NAFTA ISOMERIZADANAFTA PESADANAFTA LIVIANA

NAFTA REFORMADANAFTA TRATADA

NAFTA IMPORTADA

MATERIA PRIMA PRODUCTOGASOLINA BASE

NAFTA IMPORTADA

GASOLINAS

REFINERÍA ESMERALDAS

REFINERÍA LA LIBERTAD/SHUSHUFINDI TERMINAL BEATERIO/PASCUALES

GASOLINAS

ISOMERIZADA PESADA LIVIANA REFORMADA TRATADA IMPORTADA

NUMERO DE OCTANO RESEARCH 80.00 54.00 72.00 75.00 92.00 93.00

RESEARCH BLENDING NUMBER (rbn) 57.50 50.60 55.00 55.90 63.30 63.90

CONTENIDO DE AROMATIOS (%) 0.00 6.98 0.77 32.00 35.00 27.00

CONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 0.00 350.00 80.00 13.00 1100.00 10.00

VOLUMEN PARCIAL NAFTAS (GALONES) 0.00 4.00 4.00 7.00 5.00 5.00

COMPARACIÓN CON NORMA

NUMERO DE OCTANO RESEARCH

RESEARCH BLENDING NUMBER (rbn)

CONTENIDO DE AROMATIOS (%)

CONTENIDO DE AZUFRE (ppm)

VOLUMEN TOTAL DE MEZCLA (GALONES)

INDIVIDUAL

MEZCLA

NAFTAS

ESPECIFICACIONES MEZCLA NTE INEN 935:2012. GASOLINA EXTRA

25.00

81.2057.9922.60

294.44

MÍN. 87.00MÍN. 57.90MÁX. 30.00MÁX. 650

GASOLINA 1

DIESEL 2 (REE)

DIESEL PREMIUM (REE)

DIESEL 2IMPORTADO

DIESEL PREMIUM

IMPORTADOCONTENIDO DE AZUFRE (ppm) 4300.00 148.00 4300.00 75.00

INDICE DE CETANO, CALCULADO 50.46 51.14 50.46 50.00

VOLUMEN PARCIAL NAFTAS (GALONES) 18.00 3.00 2.00 2.00

COMPARACIÓN CON NORMA

CONTENIDO DE AZUFRE (ppm)

INDICE DE CETANO, CALCULADO

VOLUMEN TOTAL DE MEZCLA (GALONES)

DIESEL 1

MEZCLA

ESPECIFICACIONES MEZCLA NTE INEN 1489:2011. DIESEL 2

DIESEL

INDIVIDUAL

3500.00 MÁX. 7000

50.50 MÍN. 45

25.00

PREPARACIÓN DE DIESEL 1: AZUFRE 3.500 ppm – CETANO 50

PREPARACIÓN DE GASOLINA 1: RON 81 – RBN 57,9

2.-Obtención Certificado de Calidad

3.-Cargue del combustible en los vehículos de prueba

4.-Medición de emisiones y MP en ruta real

2800

2850

2900

2950

3000

3050

ALT

UR

A D

E Q

UIT

O (m

)

RECORRIDO RUTA REAL

CENTRO RTV GUAMANÍ

5.-Medición de emisiones y MP en ruta IM240

6.-Medición de la potencia y torque

RESULTADOS GASOLINAS:

1 2 3 4P-Normal kW 102.48 110.56 110.56 110.76M-Normal Nm 191.28 205.28 205.60 204.90

GASOLINA UNIDADPARÁMETRO

1 2 3 4

REAL 356.92 263.44 147.15 69.25

IM240 313.82 224.28 113.36 50.57

REAL 38.85 41.17 45.71 47.85

IM240 37.47 40.61 42.45 46.15

REAL 0.84 0.43 0.15 0.11

IM240 0.54 0.33 0.15 0.08REAL 13.09 11.69 11.03 10.09

IM240 13.32 12.85 12.55 11.45REAL 6.65 6.20 5.84 5.47

IM240 4.38 3.85 3.42 2.93

HC (ppm)

PARÁMETRO RUTA

NOx (ppm)

CO (%)

GASOLINA

CO2 (%)

O2 (%)

Emisiones:

Potencia y Torque:

RESULTADOS GASOLINAS:Emisiones:

0

50

100

150

200

250

300

350

400

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92

EMIS

ION

ES N

Ox

OCTANAJE

NOx (ppm)

30

33

36

39

42

45

48

80 82 84 86 88 90 92 94

EMIS

ION

ES H

C

OCTANAJE

HC (ppm)

10

11

12

13

14

80 82 84 86 88 90 92 94

EMIS

ION

ES C

O2

OCTANAJE

CO2 (%)

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90

80 82 84 86 88 90 92 94

EMIS

ION

ESCO

OCTANAJE

CO (%)

RESULTADOS GASOLINAS:Potencia y Torque:

102.00

103.50

105.00

106.50

108.00

109.50

111.00

1 2 3 4

TIPO DE GASOLINA

POTENCIA (kW)

POTENCIA (kW)

98.00

100.00

102.00

104.00

106.00

108.00

110.00

112.00

1 2 3 4

TIPO DE GASOLINA

POTENCIA (kW)

POTENCIA (kW)

180.00

185.00

190.00

195.00

200.00

205.00

210.00

1 2 3 4

TIPO DE GASOLINA

TORQUE (N.m)

TORQUE (N.m)

180.00

185.00

190.00

195.00

200.00

205.00

210.00

1 2 3 4

TIPO DE GASOLINA

TORQUE (N.m)

TORQUE (N.m)

CONCLUSIONES:

Con gasolinas de 81 a 92 octanos, las emisiones de:NOx se reducen 82% CO se reducen 86%CO2 se reducen 18% HC se incrementan 23%

Las emisiones de HC incrementan debido a que el oxigeno se convierte en el limitante en la reacción, quedando una cantidad de gasolina no combustionada. Al sobrepasar el valor de octanaje de 85-87 octanos no se aprecia un incremento significativo en la potencia del vehículo, lo que significa que a la altura de Quito, a pesar de incrementar el octanaje del combustible no se logra incrementar su rendimiento.  

GASOLINAS:

RESULTADOS DIESEL:

Emisiones:

RUTA REAL

PARÁMETRO 1 2 3

NOx (ppm) 301.33 269.29 222.65

HC (ppm) 55.70 30.63 24.70

CO (%) 0.0655 0.0539 0.0446

CO2 (%) 5.9257 5.2906 4.7624

O2 (%) 17.587 16.541 15.661

PM10 (mg/m3) 9.292 4.455 3.125

DIESEL

RESULTADOS DIESEL:Emisiones:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

DIESEL

CO2 (%)

O2 (%)

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3

DIESEL

NOx (ppm)

HC (ppm)

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

0.07

0.07

0 1 2 3

DIESEL

CO (%)

9.292

4.455

3.125

0.351 0.053 0.0100.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

1 2 3

DIESEL

EMISIÓN DE MATERIAL PARTICULADO PM10 (mg/m3)

CONTENIDO DE AZUFRE EN EL COMBUSTIBLE Azufre (%)

CONCLUSIONES:

Con diesel de 3500 a 100 ppm de azufre, las emisiones de:

NOx se reducen 26% HC se reducen 56%CO se reducen 32%CO2 se reducen 20%PM10 se reducen 66%

La reducción del contenido de azufre en el diesel libera oxígeno para reaccionar con los otros componentes del combustible, logrando una mejor combustión, reduciendo por tanto las emisiones de contaminantes primarios.

DIESEL:

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE DATOS

Se usó el teorema del límite central con un intervalo de confianza del 95%, es importante en el análisis de los resultados de este estudio, en particular los gráficos producidos. Dado que la muestra de los datos tomados aproximadamente forma una distribución normal, 95.45% de los valores de la muestra se encontrará dentro de las dos desviaciones estándar de la media.

CONCEPTO SÍMBOLO VALORHipótesis nula H0 μ1 ≥ μ2

Hipótesis alternativa H1 μ1 < μ2Nivel de significancia α 0.01Tamaño de la muestra 1 n1 54

Tamaño de la muestra 2 n2 106

Media muestra 1 COMB. ACTUAL X1 359

Media muestra 2 COMB. NUEVO X2 69.25

Desviación población 1 σ1 66.89

Desviación población 2 σ2 18.17

Valor de referencia Zc1 -2.33

Valor de referencia Zc2

Prueba Z Z 31.25

CONCLUSIÓN:ACEPTO LA HIPOTESIS NULA : EL NIVEL DE EMISIONES DEL COMBUSTIBLE ACTUAL ES MAYOR AL NUEVO

DOS MUESTRASPRUEBA Z CON σ CONOCIDA

CONCLUSIÓN

LA GERENTE DE OPERACIONES DE UNA EMPRESA PETROLERAinvestiga la posibilidad de modificar el octanaje de combustible.Ella determina mejorar el octanaje si existe evidencia de que lasemisiones de (NOX) disminuyen con respecto a las generadas con elactual combustible. La desviación estándar poblacional de lasemisiones de (NOX) del actual combustible son de 66.89 ppm. ypara el nuevo combustible es de 18.17 ppm. Una muestra de 54registros con el actual combustible indica que la media muestral esde 359 ppm. y una muestra similiar de 106 registros del nuevocombustible indica una media muestral de 62,25 ppm. Usando unnivel de significancia de 0,01, ¿existe evidencia de que la gerentedeba modificar el octanaje de combustible?

31.25-2.33

PRUEBA DE HIPÓTESIS:

OCTANAJESi un combustible no posee el índice de octano

suficiente se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor. A este fenómeno también se le conoce como pistoneo o cascabeleo.

En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero.

CAMBIOS EN LA CALIDAD DE LAS GASOLINAS

EMISIONES VEHICULARES, Informe anual, Calidad del Aire 2011

RESULTADOS GASOLINAS:Emisiones:

356.92

263.44

147.15

69.25

38.85

41.17

45.71

47.85

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

1 2 3 4

EMIS

IÓN

GASOLINAS

EMISIÓN DE CONTAMINANTES PRIMARIOS POR TIPO DE GASOLINA

HC (ppm)

NOx (ppm)

0.84 0.43 0.15 0.11

13.0911.69

11.0310.09

6.65

6.205.84

5.47

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

1 2 3 4

EMIS

IÓN

GASOLINAS

EMISIÓN DE CONTAMINANTES PRIMARIOS POR TIPO DE GASOLINA

O2 (%)

CO2 (%)

CO (%)

RESULTADOS DIESEL:Emisiones:

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

1 2 3

DIESEL

NOx (ppm)

HC (ppm)

0.0000

0.0100

0.0200

0.0300

0.0400

0.0500

0.0600

0.0700

1 2 3

DIESEL

CO (%)

0.0000

2.0000

4.0000

6.0000

8.0000

10.0000

12.0000

14.0000

16.0000

18.0000

20.0000

1 2 3

DIESEL

CO2 (%)

O2 (%)

9.292

4.455

3.125

0.351 0.053 0.0100.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

1 2 3

DIESEL

EMISIÓN DE MATERIAL PARTICULADO PM10 (mg/m3)

CONTENIDO DE AZUFRE EN EL COMBUSTIBLE Azufre (%)

ANÁLISIS ECONÓMICO:

DENOMINACIÓN DEL CASO

OCTANAJE DE LA GASOLINA 1

OCTANAJE DE LA GASOLINA 2

CASO BASE 81 90CASO 85-90 85 90CASO 87-90 87 90CASO 81-92 81 92CASO 85-92 85 92CASO 87-92 87 92

CASOS ANALIZADOS GASOLINAS:

ANÁLISIS ECONÓMICO:CASO* NAFTAS

VOLUMEN**(BLS)

COSTOS** (USD/BARRIL)

COSTO TOTAL (USD)

DIFERENCIA DE COSTO CON EL CASO BASE

(USD/AÑO)

NAFTAS BAJO OCTANO 8 214 320.31 109.59 900 207 362.59NAFTAS ALTO OCTANO 15 545 365.69 143.91 2 237 133 576.88TOTAL 23 759 686.00 - 3 137 340 939.47NAFTAS BAJO OCTANO 5 738 822.54 109.59 628 917 562.39NAFTAS ALTO OCTANO 18 020 863.46 143.91 2 593 382 460.41TOTAL 23 759 686.00 - 3 222 300 022.81NAFTAS BAJO OCTANO 4 597 635.63 109.59 503 854 888.54NAFTAS ALTO OCTANO 19 162 050.37 143.91 2 757 610 669.14TOTAL 23 759 686.00 - 3 261 465 557.68NAFTAS BAJO OCTANO 7 746 141.06 109.59 848 899 598.96NAFTAS ALTO OCTANO 16 013 544.94 143.91 2 304 509 252.26TOTAL 23 759 686.00 - 3 153 408 851.21NAFTAS BAJO OCTANO 5 270 643.30 109.59 577 609 798.76NAFTAS ALTO OCTANO 18 489 042.71 143.91 2 660 758 135.79TOTAL 23 759 686.00 - 3 238 367 934.55NAFTAS BAJO OCTANO 3 989 002.61 109.59 437 154 795.82NAFTAS ALTO OCTANO 19 770 683.39 143.91 2 845 199 047.12TOTAL 23 759 686.00 - 3 282 353 842.94

AÑO 2012

CASO BASE 81-90 0.00

CASO 85-90 84 959 083.34

CASO 87-90 124 124 618.21

CASO 81-92 16 067 911.74

CASO 85-92 101 026 995.08

CASO 87-92 145 012 903.47

*SE REFIERE AL OCTANO DE CADA TIPOS DE GASOLINA COMERCIALIZADA EN EL PAÍS.

**DATOS DE PRODUCCIÓN Y PRECIOS DEL INFORME OFICIAL DE LA COORDINACIÓN DE PLANIFICACIÓN DE EPPETROECUADOR.

ANÁLISIS ECONÓMICO:

CASOS ANALIZADOS DIESEL:DENOMINACIÓN

DEL CASO

CONTENIDO DE AZUFRE EN EL DIESEL

(ppm)

CASO BASE 7 000CASO 1 3 510CASO 2 530CASO 3 95

ANÁLISIS ECONÓMICO:

DIESEL VOLUMEN REAL(BLS)

VOLUMEN RESTADOEL INCREMENTO DE LA

DEMANDA (BLS)***

COSTOS** (USD/BARRIL)

COSTO TOTAL (USD)

DIFERENCIA DE COSTO CON EL CASO BASE

(USD/AÑO)

DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm) 23 651 285 - 135.45 3 203 566 565DIESEL PREMIUM (500 ppm) 4 146 401 - 136.41 565 610 544 -

DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm DE S) 10 334 503 9 891 178 135.45 1 339 760 111DIESEL AUTOMOTRIZ (3 500 ppm DE S) 18 709 081 17 906 508 135.97 2 434 747 838

DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm DE S) 10 334 503 9 891 178 135.45 1 339 760 111DIESEL AUTOMOTRIZ (500 ppm DE S) 18 709 081 17 906 508 136.41 2 442 626 701

DIESEL 2 (HASTA 7 000 ppm DE S) 10 334 503 9 891 178 135.45 1 339 760 111DIESEL AUTOMOTRIZ (100 ppm DE S) 18 709 081 17 906 508 136.47 2 443 701 091

***PARA EFECTOS DE COMPARACIÓN CON EL AÑO 2011 NO SE DEBE TOMAR EN CUENTA EL INCREMENTO DE LA DEMANDA EN 4.29% RESPECTO AL 2011

*SE REFIERE AL CONTENIDO DE AZUFRE DE CADA TIPO DE DIESEL

**EL COSTO DE DIFERENTES TIPOS DE DIESEL SE OBTUVIERON INTERPOLANDO LOS PRECIOS DE DIESEL DE HASTA 7000 ppm Y 500 ppm DE AZUFRE

CÁLCULOS CON PRECIOS 2012

CASO*

CASO BASE(2011)

2012

CASO 1 5 330 839

CASO 2 13 209 702

CASO 3 14 284 093

CONCLUSIONES:

En cuestión de las gasolinas, el caso más costoso es el caso 87-92, debido a que las Gasolinas Extra y Super incrementan el valor del octanaje al valor máximo planteado en esta investigación, sin embargo este valor es el mínimo utilizado a nivel de Latinoamérica para las gasolinas. En cuestión del diesel, no se tiene una diferencia significativa de costos entre el caso 2 y 3, sin embargo, debido a limitaciones físicas inicialmente es conveniente optar por el caso 2.

COSTOS:

DIFERENCIA ENTRE T Y PT = F x b (brazo de palanca)

P = W/t = F x d / t W = F x d