UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN

DEL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

COMPARACION DE LOS COSTOS DE PRODUCCION Y GRADO DE

CONTAMINACION POR EMISIONES EN EL SECTOR INDUSTRIAL DEL

ECUADOR USANDO COMO COMBUSTIBLE GAS NATURAL MEDIANTE

LA SIMULACION DE PROCESOS

AUTOR:

LOPEZ DIAZ GABRIEL JUNIOR

TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

ING. SANDRA PEÑA MURILLO, MSC

GUAYAQUIL – ECUADOR

15 de Junio del 2020


FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

UNIDAD DE TITULACIÓN

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: COMPARACION DE LOS COSTOS DE PRODUCCION Y GRADO DE CONTAMINACION POR

EMISIONES EN EL SECTOR INDUSTRIAL DEL ECUADOR USANDO COMO COMBUSTIBLE

GAS NATURAL MEDIANTE LA SIMULACION DE PROCESOS

AUTOR(ES)

(apellidos/nombres):

Lopez Diaz Gabriel Junior

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(apellidos/nombres):

Luis Eduardo Romero Hidalgo

Sandra Emperatriz Peña Murillo

INSTITUCIÓN: Universidad De Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ingeniería Química

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO: Título de Ingeniero Químico

FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS: 64

ÁREAS TEMÁTICAS: Petróleo y gases naturales

PALABRAS CLAVES/

KEYWORDS:

Gas Natural, Contaminación de combustibles fósiles, Simulación de procesos , Costos

de producción

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): En la presente investigación se realizó la comparación

de los costos industriales y el grado de contaminación por emisiones que se genera

utilizando los combustibles tradicionales en especial el diésel el cual es el más usado en la

industria ecuatoriana frente al gas natural por medio de un programa de Ingeniería

química de código abierto denominado DWSIM para la simulación de las reacciones

químicas de combustión del diésel y el gas natural como generadores de energía en los

procesos productivos de las Industrias , en el cual se evidencio que llegando a obtener la

misma cantidad de energía se pueden reducir hasta en un 22,46% de emisiones de dióxido

de carbono al ambiente utilizando gas natural , también se determinó una variación de los

costos de producción , el cual está en función de los costos indirectos de fabricación ya

que en este elemento de los costos totales de producción se encuentran los combustibles

teniendo así un ahorro de un 3,9296% al mes usado gas natural como combustible

generador de energía frente al diésel como combustible tradicional

ADJUNTO PDF: X SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono:

López Díaz Gabriel Junior

E-mail:

[email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: Universidad de Guayaquil – Facultad de Ingeniería Química

Teléfono: 04-229-2949

E-mail: http://www.fiq.ug.edu.ec/




Guayaquil, 15 de junio de 2020.

Sr. Ing. Bonilla Abarca Luis Alberto, MSC.

DIRECTOR (A) DE LA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA



Ciudad. -

De mis consideraciones:

Envío a Ud. el Informe correspondiente a la tutoría realizada al Trabajo de Titulación denominado: “Comparación de los

costos de producción y grado de contaminación por emisiones en el sector industrial del ecuador usando como

combustible gas natural mediante la simulación de procesos” del estudiante López Díaz Gabriel Junior, indicando que se ha

cumplido con todos los parámetros establecidos en la normativa vigente:

• El trabajo es el resultado de una investigación.

• El estudiante demuestra conocimiento profesional integral.

• El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento.

• El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.

Adicionalmente, se adjunta el certificado de porcentaje de similitud y la valoración del trabajo de titulación con la

respectiva calificación.

Dando por concluida esta tutoría de trabajo de titulación, CERTIFICO, para los fines pertinentes, que el estudiante está

apto para continuar con el proceso de revisión final.

Atentamente,

______________________________________

TUTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN

Ing. Sandra Peña Murillo

C.I. 0917228801




CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

Habiendo sido nombrado Sandra Peña Murillo, tutor del trabajo de titulación certifico que el presente trabajo de titulación

ha sido elaborado por López Diaz Gabriel Junior con C.I. 1311394462, con mi respectiva supervisión como requerimiento

parcial para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO.

Se informa que el trabajo de titulación: “Comparación de los costos de producción y grado de contaminación por emisiones

en el sector industrial del Ecuador usando como combustible gas natural mediante la simulación de procesos” ha sido

orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa anti-plagio (URKUND) quedando el ________0______%

de coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/62921187-864150-986681#/

_____________________________________

TUTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN

Ing. Sandra Peña Murillo, MSC

C.I. 0917228801

https://secure.urkund.com/view/62921187-864150-986681#/

INFORME DEL DOCENTE REVISOR

Guayaquil,

Sr./Sra.

Luis Alberto Bonilla Abarca

DIRECTOR (A) DE LA CARRERA DE INGENIERÍA

QUÍMICA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


Guayaquil.-

De mis consideraciones:

Envío a Ud. el Informe correspondiente a la REVISIÓN FINAL del Trabajo de

Titulación Comparación de los costos de producción y grado de contaminación

por emisiones en el sector industrial del ecuador usando como combustible gas

natural mediante la simulación de procesos ( del o de los estudiantes: Gabriel

Junior Lopez Diaz .

Las gestiones realizadas me permiten indicar que el trabajo fue revisado

considerando todos los parámetros establecidos en las normativas vigentes, en el

cumplimento de los siguientes aspectos:

Cumplimiento de requisitos de forma:

El título tiene un máximo de 20 palabras.

La memoria escrita se ajusta a la estructura establecida.

El documento se ajusta a las normas de escritura científica seleccionadas por la

Facultad. La investigación es pertinente con la línea y sublíneas de investigación

de la carrera.

Los soportes teóricos son de máximo 5

años. La propuesta presentada es

pertinente.

Cumplimiento con el Reglamento de Régimen Académico:

El trabajo es el resultado de una investigación.

El estudiante demuestra conocimiento profesional integral.

El trabajo presenta una propuesta en el área de conocimiento.

El nivel de argumentación es coherente con el campo de conocimiento.

Adicionalmente, se indica que fue revisado, el certificado de porcentaje de similitud,

la valoración del tutor, así como de las páginas preliminares solicitadas, lo cual indica

el que el trabajo de investigación cumple con los requisitos exigidos.

Una vez concluida esta revisión, considero que el estudiante Gabriel Junior Lopez

Diaz está apto para continuar el proceso de titulación. Particular que comunicamos a

usted para los fines pertinentes.

Atentamente

LUIS EDUARDO ROMERO

HIDALGO DOCENTE TUTOR

REVISOR

C.I. 0921954368




Guayaquil, 15 de junio 2020

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR

Habiendo sido nombrado Sandra Emperatriz Peña Murillo, tutor del trabajo de titulación

“Comparación de los costos de producción y grado de contaminación por emisiones en el

sector industrial del Ecuador usando como combustible gas natural mediante la simulación

de procesos”, certifico que el presente trabajo de titulación, elaborado por Lopez Diaz

Gabriel Junior con C.I. 1311394462, con mi respectiva supervisión como requerimiento

parcial para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO, en la Carrera de Ingeniería

Química, Facultad de Ingeniería Química, ha sido REVISADO Y APROBADO en todas sus

partes, encontrándose apto para su sustentación.

_______________________________

DOCENTE TUTOR REVISOR

Ing. Luis Eduardo Romero Hidalgo

C.I. 0921954368




LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO

NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Yo, Lopez Diaz Gabriel Junior con C.I. 1311394462, certifico que los contenidos desarrollados

en este trabajo de titulación, cuyo título es “Comparación de los costos de producción y grado de

contaminación por emisiones en el sector industrial del ecuador usando como combustible gas

natural mediante la simulación de procesos”, es de mi absoluta propiedad y responsabilidad Y

SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS

CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia gratuita

intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la presente obra con fines no

académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera

pertinente.

__________________________

Lopez Diaz Gabriel Junior

C.I. 1311394462

*CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899 - Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares de derechos de

obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos.- En el caso de las

obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos superiores

técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios superiores, e institutos públicos

de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales como trabajos

de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin

perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales

corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita,

intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de investigación a todas aquellas personas que hicieron posible que este

proyecto sea una realidad

López Díaz Gabriel Junior

AGRADECIMIENTO

Agradezco a las personas que me apoyaron en el transcurso de mi carrera y en sentido académico

y como persona, en especial a mi familia y los docentes que estuvieron apoyándome en el

desarrollo de mis conocimientos académicos

Lopez Díaz Gabriel Junior

INDICE

ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................... 12

ÍNDICE DE TABLAS......................................................................................... 14

RESUMEN ......................................................................................................... 1

ABSTRACT ........................................................................................................ 1

CAPITULO I MARCO LOGICO .......................................................................... 2

TITULO DEL PROYECTO .................................................................................. 2

1. ANTECEDENTES ....................................................................................... 2

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 3

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA .............................................................. 4

1.3 LIMITACION DEL ESTUDIO ........................................................................ 4

1.4 ALCANCE DEL TRABAJO ........................................................................... 5

1.5 OBJETIVOS ................................................................................................. 5

1.5.1 Objetivo general ........................................................................................ 5

1.5.2 Objetivos específicos ................................................................................. 5

1.6 JUSTIFICACION .......................................................................................... 6

1.7 HIPOTESIS .................................................................................................. 7

1.8 VARIABLES ................................................................................................. 7

1.8.1 Variables independientes .......................................................................... 7

1.8.2 Variable dependientes ............................................................................... 7

1.8.3 Operacionalización de las variables .......................................................... 8

CAPITULO II MARCO TEORICO ....................................................................... 9

2. FUNDAMENTO TEORICO .......................................................................... 9

2.1 Principales combustibles usados en el S.I del Ecuador ............................ 9

2.2 Composición del Gas Natural ................................................................. 12

2.3 Producción Gas Natural .......................................................................... 12

2.4 Costos del Gas Natural ........................................................................... 14

2.5 Simulador de Procesos DWSIM.............................................................. 14

2.6 Características del Simulador DWSIM .................................................... 15

2.7 Modelos termodinámicos en la simulación de procesos ......................... 16

2.8 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................. 17

2.8.1 Contaminación de combustibles fósiles ............................................... 17

2.8.2 Composición Química del Diesel ......................................................... 18

2.8.3 Composición Química Gas Natural ...................................................... 20

2.8.4 Energía de Combustión ....................................................................... 20

2.8.5 Costos de Producción: ......................................................................... 21

2.9 MARCO CONTEXTUAL ............................................................................. 21

CAPITULO III MARCO METODOLOGICO ....................................................... 23

3. METODOLOGIA........................................................................................ 23

3.1 TECNICA............................................................................................. 23

3.2 METODOLOGIA PRACTICA .................................................................. 24

3.2.3 SIMULACION DE LA COMBUSTION DIESEL .................................... 24

3.2.4 Ingreso de los componentes al simulador ........................................ 24

3.2.5 Igualación de las Reacciones Estequiométricas .............................. 26

3.2.6 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación . 27

3.2.7 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador ............... 28

3.3 SIMULACION DEL COMBUSTIBLE GAS NATURAL ............................. 32

3.3.1 Ingreso de los componentes al simulador ........................................ 32

3.3.2 Igualación de las Reacciones Estequiométricas .............................. 33

3.3.3 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación . 34

3.3.4 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador ............... 35

CAPITULO IV ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS ........................... 39

4. RESULTADOS .......................................................................................... 39

4.1 Resultados de la Simulación del combustible Diesel (240gal/mes)..... 39

4.2 Resultados de la Simulación del combustible Gas Natural (1m3/h)........ 40

4.3 Comparación de los Costos de Producción del Diesel y gas Natural ..... 42

4.4 Costo monetario del combustible Diesel en función de su volumen ....... 42

4.5 Costo monetario del combustible gas natural en función de su energía

43

4.6 Grado de Contaminación de los combustibles utilizados en el proceso de

generación de energía (40043 BTU/h).......................................................... 44

4.7 Análisis de resultados................................................................................. 45

5. CONCLUSIONES...................................................................................... 46

6. RECOMENDACIONES ............................................................................. 46

7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................... 47

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Producción Nacional de Combustibles en Barriles/día ............................... 11

Figura 2. Mapa del ecuador referente a los campos petroleros .................................. 13

Figura 3. Simulador de procesos químicos DWSIM ................................................... 15

Figura 4. Simulación de una destilación Azeotropica ................................................. 16

Figura 5. Distribución del número de carbonos y porcentaje masivo para el Diesel ... 19

Figura 6. Consumo de gas Natural en el mundo ........................................................ 21

Figura 7. Campo Amistad 196km2 Vista 3D ............................................................... 22

Figura 8. Ilustración 8. Ingreso de los componentes principales al simulador ............ 25

Figura 9. Selección del modelo termodinámico en el simulador ................................. 25

Figura 10. Selección del tipo de reacción química en el simulador ............................ 26

Figura 11. Igualación de la reacción de combustión del diésel en el simulador .......... 26

Figura 12. Ingreso de las Operaciones Unitarias al Simulador ................................... 27

Figura 13. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de

combustión del diésel ............................................................................................... 27

Figura 14. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador de procesos .......... 28

Figura 15. Ingreso de la fracción molar correspondiente al diésel en el simulador ..... 28

Figura 16. Ingreso del flujo molar del oxígeno en el simulador ................................... 30

Figura 17. Selección del proceso termodinámico para la reacción de combustión ..... 30

Figura 18. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador 31

Figura 19. Inicio de la simulación de combustión del diésel ....................................... 31

Figura 20. Ingreso de los componentes principales para la reacción de combustión del

gas natural ................................................................................................................. 32

Figura 21. Selección del modelo termodinámico para la reacción del gas natural ..... 32

Figura 22. Selección del tipo de reacción química para la combustión del gas natural 33

Figura 23. Igualación de la reacción química de combustión del gas natural ............. 33

Figura 24. Ingreso de las Operaciones Unitarias y líneas de flujo en el simulador ..... 34

Figura 25. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de

combustión del Gas Natural ...................................................................................... 34

Figura 26. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador para la reacción de

combustión del gas natural ...................................................................................... 35

Figura 27. Ingreso de la fracción molar del gas natural en el simulador .................... 35

file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341969file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341970file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341971file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341972file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341974file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341976file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341977file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341978file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341982file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341983file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341983file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341984file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341985file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341986file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341987file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341988file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341989file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341993file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341994file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341995file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341995file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341996file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341996file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341997

Figura 28. Ingreso del flujo masico de oxígeno en el simulador para la reacción del gas

natural ........................................................................................................................ 37

Figura 29. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador

para la reacción del gas natural ................................................................................. 37

Figura 30. Selección del proceso termodinámico para la reacción del gas natural ..... 38

Figura 31. Inicio de la simulación de la reacción del gas natural ............................... 38

file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341998file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341998file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341999file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34341999file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34342000file:///C:/Users/user/Desktop/tesis%201%20gabriel%20lopez%20diaz.docx%23_Toc34342001

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES .......................................... 8

TABLA 2. COMPOSICION QUIMICA DEL DIESEL ................................................... 19

TABLA 3. COMPOSICION QUIMICA DEL GAS NATURAL ....................................... 20

TABLA 4. RESULTADOS DE LA COMBUSTIÓN DEL DIÉSEL EN EL SIMULADOR

DWSIM ...................................................................................................................... 39

TABLA 5. RESULTADOS DE LA COMBUSTIÓN GAS NATURAL EN EL SIMULADOR

DWSIM PARA UN FLUJO VOLUMÉTRICO DE 1M3/H ............................................. 40

TABLA 6. RESULTADOS DE LA COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL PARA UN

FLUJO VOLUMÉTRICO DE 1,2852 M3/H EN EL SIMULADOR DWSIM .................... 41

pág. 1

RESUMEN

En la presente investigación se realizó la comparación de los costos

industriales y el grado de contaminación por emisiones que se genera

utilizando los combustibles tradicionales en especial el diésel el cual es

el más usado en la industria ecuatoriana frente al gas natural por medio

de un programa de Ingeniería química de código abierto denominado

DWSIM para la simulación de las reacciones químicas de combustión

del diésel y el gas natural como generadores de energía en los procesos

productivos de las Industrias, en el cual se demostró que llegando a

obtener la misma cantidad de energía se pueden reducir hasta en un

22,46% de emisiones de dióxido de carbono al ambiente utilizando gas

natural , también se determinó una variación de los costos de producción

, el cual está en función de los costos indirectos de fabricación ya que en

este elemento de los costos totales de producción se encuentran los

combustibles teniendo así un ahorro de un 3,9296% al mes usado gas

natural como combustible generador de energía frente al diésel como

combustible tradicional

ABSTRACT In this investigation, the comparison of industrial costs and the degree of

pollution due to emissions generated using traditional fuels, especially

diesel, which is the most used in the Ecuadorian industry against natural

gas through a program of Open source chemical engineering called

DWSIM for the simulation of the chemical combustion reactions of diesel

and natural gas as energy generators in the production processes of the

Industries, in which it was evidenced that getting the same amount of

energy can be obtained reduce up to 22.46% of carbon dioxide

emissions to the environment using natural gas, a variation in production

costs was also determined, which is a function of indirect manufacturing

costs since in this element of costs Total production of fuels is found thus

saving 3.9296% per month used natural gas as a fuel generator against

diesel as traditional fuel

pág. 2

CAPITULO I MARCO LOGICO

TITULO DEL PROYECTO

Comparación de los costos Industriales y grado de contaminación por

emisiones en el sector Industrial del Ecuador usando como combustible

gas natural mediante la simulación de procesos

1. ANTECEDENTES

La industrialización del gas natural ha sido un tema que se está tomando

en cuenta en estos últimos años debido a la contaminación ambiental y

el aprovechamiento de recursos naturales que puedan ser sostenibles y

rentables para el crecimiento de un país. El desarrollo de la Industria

Canadiense usando gas natural ha sido muy provechosa para el país

generando ingresos elevados no solo por lo que el país exporta el

combustible a otras zonas sino principalmente por la utilización del gas

natural en las industrias y formación de empresas tecnológicas que

utilizan esta materia prima siendo su crecimiento per cápita del PIB de $

26764 siendo este valor el doble del decenio anterior el cual fue de

$14000 por ciudadano (OLADE, 2013)

Según estudios realizados de la organización latinoamericana de

energía el gas natural es unas de los recursos más producidos con un

20% desde el 2011 ocupando el segundo lugar y teniendo un

crecimiento del 4,68%. Un ejemplo claro de este desarrollo industrial del

gas natural en Latinoamérica es la República democrática del Perú

debido a sus reservas probadas y además cuenta con gran potencialidad

debido a que en los últimos 5 años el país tiene una excelente tasa de

crecimiento y baja tasa de inflación lo que genera atractivo para las

inversiones que se puedan dar en el país , y que en la actualidad existen

4 grandes proyectos para industrializar el país usando gas natural los

cuales son : producción de amoniaco y urea, amoniaco y nitratos, nitrato

de amonio y etileno y polietileno (OLADE, 2013)

pág. 3

De igual manera Bolivia es un país que propone la industrialización del

gas natural, aunque con una metodología distinta, el cual el único

inversionista es el estado para establecer los planes o proyectos y que

actualmente cuenta con dos proyectos los cuales son: plantas de

amoniaco y urea y producción de etileno y polietileno (OLADE, 2013)

En el Ecuador no existe actualmente una propuesta para la

industrialización del gas natural como en los otros países, aunque

cuenta con una planta de licuefacción de gas natural (campo amistad)

ubicada en la provincia de El Oro y otra que está en proyecto en el

sector Bajo Alto ubicada también en la misa provincia (ARCH, 2019)

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La energía hoy en día se ha convertido en un factor importante en el

desarrollo del sector industrial , el cual a su vez promueve el crecimiento

económico y sostenible de una nación generando plazas de trabajo y

competitividad, pero los combustibles que son usados para generar

dichas energías en su gran mayoría están relacionadas con efectos

dañinos al medio ambiente por la descarga de gases de efecto

invernadero que contaminan la capa de Ozono (Portilla & Rangel, 2016).

En la actualidad la disminución de emisiones dañinas al medio ambiente

es un desafío que tienen que afrontar los países desarrollados

industrialmente y los que están en vías de desarrollo por el cual se han

suscrito diversos acuerdos ambientales como lo es el protocolo de

Kioto, la convención de las Naciones Unidas entre otros tratados con la

finalidad de controlar las emisiones de gases de efecto invernadero en

los cuales se encuentran el dióxido de carbono los compuestos

nitrogenados entre otros (Ambiente, 2016)

Según un estudio realizado por el consejo para la defensa de recursos

naturales en América Latina se liberan grandes cantidades de gases de

efecto invernadero siendo el Carbono negro uno de los principales

contaminantes después del dióxido de carbono, esto debido al sector

productivo y transportación que funcionan con un motor a diésel, lo que

pág. 4

genera efectos a la salud pública, alimentaria y al medio ambiente

(NRDC, 2014)

Actualmente en el Ecuador en su matriz productiva y energética el 82%

de la energía que se genera proviene de combustibles como el diésel,

bunker o fuel oíl, y especialmente en la ciudad de Guayaquil el

combustible con mayor demanda es el diésel, no solo es un gran

contaminante ambiental sino que genera un gasto muy considerable a la

economía del Ecuador debido a que se encuentra subsidiado

(REDIBEC, 2018)

Es por este motivo que es necesario la pronta utilización de energías

más limpias para el desarrollo industrial de un país, teniendo en cuenta

los costos generados por la extracción producción y la contaminación

que se genera al utilizarlas

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Cómo influye el uso del gas natural en las industrias del Ecuador con

respecto a los costos de producción y contaminación ambiental en

relación con los combustibles tradicionales?

1.3 LIMITACION DEL ESTUDIO

El presente proyecto abarca la influencia del gas natural en las industrias

del Ecuador y los costos de producción que se generan mediante el uso

del gas natural y de los combustibles tradicionales, y se lo realizara

mediante la simulación de procesos utilizando un programa de ingeniería

química el cual nos permite realizar las reacciones pertinentes de

combustión y determinar por medio de los resultados de la simulación la

mejor opción para las industrias en relación de los costos y medio

ambiente. Para la ejecución del proyecto se utilizara los modelos

termodinámicos que son para compuestos hidrocarburifero con una

buena señal de respuesta y datos confiables, pero si se quiere tener una

mayor precisión sería apropiado utilizar un modelo termodinámico

específico para los compuestos presentes en la reacción, además es

importante usar el modelo termodinámico solo en los límites permitidos

de cada modelo termodinámico sean estos presión, temperatura, entre

pág. 5

otras variables las cuales influirán en el resultado final y no se podrán

obtener datos confiables

1.4 ALCANCE DEL TRABAJO

El trabajo de investigación a desarrollar es la influencia que tiene el gas

natural en relación con los costos y grado de contaminación en las

industrias del Ecuador con la metodología de la simulación de procesos.

La empresa en el cual se centra la investigación es Promarisco S.A

ubicada en el cantón Duran Km 6 ½ vía Duran-Tambo

1.5 OBJETIVOS

1.5.1 Objetivo general

• Comparar los costos de producción y grado de contaminación por

emisiones en las industrias del Ecuador usando como combustible gas

natural mediante la simulación de procesos

1.5.2 Objetivos específicos

• Definir los principales combustibles usados en las industrias del Ecuador

y el grado de contaminación

• Determinar la energía y emisiones generadas por los combustibles

Industriales usando el simulador de procesos químicos de código abierto

DWSIM

• Evaluar los Costos de producción de los combustibles y del gas natural

en función de su energía de combustión

• Identificar el combustible más eficiente en el proceso industrial y de

menor contaminación al medio ambiente

pág. 6

1.6 JUSTIFICACION

Hoy en día las industrias del Ecuador no se implementa el gas natural en

la producción salvo ciertas industrias de cerámicas, según un estudio

realizado de la Red Iberoamericana de Ecología el Ecuador en su matriz

energética aproximadamente el 82% de esa energía generada es de

hidrocarburos tales como el diésel, bunker, fuel oíl que no solo generan

gran contaminación ambiental, sino que además se encuentran

subsidiados lo que provoca un gasto enorme en la Economía del

Ecuador, siendo el diésel el combustible con mayor demanda .

(REDIBEC, 2018).

Pero en esta investigación se va a enfocar en los costos indirectos de

fabricación específicamente en los suministros de los cuales está el

combustible utilizado para la transformación de la materia prima en el

sector industrial y que afecta directamente con la eficiencia energética

como es el caso de la industria textil que se llega a ahorrar un 20 a 30

por ciento ya que utiliza la transferencia de calor por conducción

contrario a los combustibles líquidos o fluidos medios que generan

residuos en las tuberías de acceso, de ahí la necesidad de evaluar los

costos de producción y las emisiones generadas en la combustión del

gas natural frente a los costos de los combustibles tradicionales (Portilla

& Rangel, 2016)

Actualmente el Estado Ecuatoriano derogó el decreto ejecutivo 883 que

consistía en la eliminación de los subsidios en los combustibles fósiles

tales como la gasolina extra, gasolina extra con etanol y el diésel, los

cuales estaban al precio internacional del mercado teniendo en cuenta la

variación del comportamiento del barril de crudo WTI que es el valor

referencial (Moreno, 2019).

Teniendo en cuenta que el Ecuador se encuentra comprometido,

ratificado y aceptado en un acuerdo de la convención de Naciones

Unidas sobre el cambio climático que se desarrolló en Paris Francia que

tiene por nombre el acuerdo de Paris que consiste en la reducción de

emisiones gases de efecto invernadero para que no ocurra un

incremento de la temperatura en aproximadamente 2 grados Celsius

pág. 7

hasta el final de este siglo (ONU, 2016)

Es por esta razón que se propone el uso de energías más limpias en el

país en el sector productivo, ya que si bien el uso de combustibles tales

como el diésel que es aquel que tiene un mayor subsidio era el más

económico en el país, genera altas emisiones de dióxido de carbono en

contraste con el uso del gas natural que gracias a su estructura

molecular lo hace muy ideal y como se verá en esta investigación y el

análisis de la energía generada del gas natural con los demás

combustibles, dando una mejor alternativa en el sector Industrial y al

país cumpliendo así no solo con el acuerdo de Paris, sino también se

reduciría la cantidad de dióxido de carbono que se genera que es

aproximadamente 1,9 Toneladas métricas, lo que representa a nivel

mundial el 0,1% (MAE, 2013)

1.7 HIPOTESIS

¿Es posible remplazar los combustibles tradicionales en la industria

ecuatoriana por el gas natural para mejorar los costos de producción y

reducción de emisiones al ambiente?

1.8 VARIABLES

1.8.1 Variables independientes

Simulación de Procesos

1.8.2 Variable dependientes

Costos de Producción

Grado de Contaminación

pág. 8

1.8.3 Operacionalización de las variables

Tabla 1 Operacionalización de las variables (Lopez, 2020)

Variable Definición Tipo Indicador Unidad Técnicas e

Instrumentació

n

Costos de

Producción

Son los costos de operación que se necesitan en la transformación de materia prima y mantenimiento del

proyecto

Dependiente Ingresos obtenidos

Dólares/MMBTU Formula de Costos de Producción

Grado de

contaminación

Ingreso de elementos o sustancias físicas en un medio el cual provoca

que no sea seguro

Dependiente Niveles de Contaminación

Co2

Kg/h Medidor de

Partículas

Gas natural Es un hidrocarburo que se compone de una mezcla de gases ligeros de

origen natural

Dependiente Composición del

gas natural

m3 Estudios

geofísicos

Simulación de

procesos

Herramienta de Ingeniería que se utiliza para la representación de un proceso valiéndose de otro proceso

que lo hace simple

Independiente Calor de

Combustión

Kcal- BTU Simulador

DWSIM

pág. 9

CAPITULO II MARCO TEORICO

2. FUNDAMENTO TEORICO

En la actualidad alrededor del mundo se está buscando la necesidad de

realizar cambios a la matriz energética y productiva debido a la gran

contaminación que se produce por el uso de combustibles fósiles

líquidos que son de alto peso molecular y que ocasionan grandes

emisiones de CO2 principalmente, el cual es considerado como

portadores de gases de efecto invernadero lo que provoca el

calentamiento global y deterioro de la atmosfera. El estado ecuatoriano

en los últimos años ha desarrollado proyectos en favor a la disminución

de emisiones de carbono y de los gases de efecto invernadero como la

construcción de hidroeléctricas que favorecen a cubrir la demanda de

energía eléctrica del país y al medio ambiente. Según datos de la

Agencia de regulación y control de electricidad para el mes de

Septiembre del 2019 el país en su producción total de energía e

importaciones el 79% de la energía que produce proviene de fuentes

renovables como energías hidráulica, eólica, fotovoltaica entre otras y

apenas con 24,39% se genera energía de fuentes no renovables como

lo son los motores de combustión interna (MCI) que son impulsados por

medio de combustibles fósiles , sean esto diésel , fuel oíl entre otros, lo

que deja un balance positivo en el sector energético del país, sin

embargo existen otros sectores productivos del país en los cuales se

deben realizar cambios en matriz productiva para disminuir la

contaminación ambiental y los efectos negativos que genera la

utilización de combustibles fósiles (ARCE, 2019)

2.1 Principales combustibles usados en el S.I del Ecuador

El sector industrial del Ecuador es el más importante en el desarrollo del

país, siendo la Industria de manufactura la que genera mayores ingresos

al país el cual es de 13,6% del producto interno bruto seguidos de los

pág. 10

sectores agrícolas y de comercio (EKOS, 2019)

Aproximadamente el 90% de industrias en el país utilizan combustibles

fósiles para la generación de energías siendo el diésel tipo 2 el más

usado en sus líneas de producción lo que genera grandes pérdidas al

estado ecuatoriano. Aproximadamente el país produce un total de

3.728.565 barriles de este combustible entre los meses de enero a

octubre de este año, siendo un 29% menor al del año pasado según

información de la empresa pública Petroecuador lo que genera un déficit

y se promueve a la importación de estos combustibles

(PETROECUADOR, 2019)

Son 337 millones de dólares anuales que el estado gasta en el subsidio

de los combustibles y se ve en la necesidad de importar este tipo de

combustible porque la demanda interna no abastece a estos sectores.

Según el Instituto Ecuatoriano de Normalización la norma NTE

INEN1489 en su séptima revisión menciona los tipos de

combustible(diésel) que se encuentra y comercializan en el país

empezando con el diésel tipo 1 el cual se lo utiliza en maquinarias de

combustión externa industriales con un contenido máximo de azufre de

3000ppm, seguido del diésel tipo 2 que es el más usado industrialmente

en el Ecuador el cual se lo puede utilizar en ámbitos pesquero naviero

excepto para sector automotriz y con un contenido de azufre máximo de

7000ppm, y por último el diésel Premium que es aquel combustible que

es usado en el sector automotriz con un contenido máximo de azufre de

500ppm (INEN, 2013)

Existen también combustibles que en estos últimos años la demanda

nacional ha ido en aumento como es el caso del fuel oíl, el cual este tipo

de combustible es utilizado para la generación de energía eléctrica así

también para las embarcaciones navieras en el cual este combustible se

importa y también se exporta dependiendo del tipo de fuel oíl que se

utiliza. En el último informe estadístico de Petroecuador al mes de

octubre del 2019, el Ecuador se vio en la necesidad de importar 21.1

MMBLS (millones de barriles) de Naftas y de Cutter stock un 12% mayor

que el año pasado los cuales se ingresan como insumos en las

refinerías para la producción de gasolinas y de fuel oíl, también se

pág. 11

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Gasolinas Diesel Fuel Oil Gas Natural Otros

Pro

du

ccio

n B

arr

iles/D

ia

PRODUCCION NACIONAL DE COMBUSTIBLES EN EL MES DE OCTUBRE 2019

Combustibles

Figura 1. Producción Nacional de Combustibles en Barriles/día (PETROECUADOR, 2019) (ARCH, 2019)

menciona que los excedentes del fuel oíl tipo 6 y tipo 4 se exporto unos

13.3 MMBLS siendo esta exportación un 0,6% menor con relación al año

anterior. (PETROECUADOR, 2019). Como es notable el aumento de la

demanda de los combustibles sigue creciendo principalmente en el

sector industrial que demanda los combustibles como el diésel o el fuel

oíl, promoviendo un mayor número de importaciones, generando mayor

gasto y contaminación en el país.

En contraste el gas natural, aunque es un combustible fósil, es

considerado una de las fuentes de energía con mayor utilidad debido a

su eficiencia y a su composición molecular el cual es principalmente

metano y que al encontrarse en un estado de gas se previenen una gran

cantidad de derrames que general mente suceden en los combustibles

líquidos (Raul, 2014)

A continuación se presenta un cuadro estadístico en forma de resumen

de los combustibles que se producen a nivel nacional en el mes de

Octubre del año 2019 incluyendo el gas natural, teniendo en cuenta que

las unidades de la producción de gas natural es de Miles de pies cúbicos

por día se procedió a realizar la conversión en barriles por día siendo el

factor de conversión 1ft3=0,18barriles de crudo (ARCH, 2019)

pág. 12

2.2 Composición del Gas Natural

El gas natural libre o que no tiene componentes mayoritariamente

asociados se lo encuentra en gran facilidad en los gasíferos, y que de su

composición principalmente se encuentra el metano (CH4), esta

estructura molecular del metano es la más simple de los hidrocarburos,

seguido también de compuestos como etano y propano en una menor

proporción que se pueden remover mediante una variedad de procesos,

esto permite el mejoramiento de la calidad del combustible, aunque

también puede contener trazas de agua, sulfuro de hidrogeno entre otros

componentes los cuales son contaminantes que no permiten el buen

desempeño del gas natural (Mendez, 2006)

2.3 Producción Gas Natural

El gas natural siendo el combustible más limpio de los derivados del

petróleo es una fuente de energía que puede llegar a reemplazar a los

combustibles que generalmente se utiliza como es el fuel oíl, el diésel o

la gasolina, para ello se debe tener en cuenta la producción de este

combustible y la cantidad que existe para su explotación (International

Energy, 2010)

En el Ecuador la producción de gas natural está ubicada principalmente

en el bloque 6 del campo Amistad que se localiza fuera del casco central

en el Golfo de Guayaquil a una distancia de 65 Km de la ciudad de

Machala , cuenta con una superficie de 3497 Km2 y con una profundidad

que puede alcanzar los 65 metros que empezó a funcionar desde el año

1996 y producir desde Octubre del 2002 cuyo uso es netamente para la

generación de energía y en la actualidad está a cargo de la empresa

Petro Amazonas con futuros planes de inversión en exploración de gas ,

y que en la actualidad 4 campos están en actividad productiva de los 14

pozos que se han perforado con una producción aproximada de 38

millones de pies cúbicos por día (PetroAmazonas, 2018). Las reservas

que se encuentran operando desde el 2009 con un total de cinco mil

millones de metros cúbicos de gas natural se planea cubrir la demanda

pág. 13

Figura 2. Mapa del ecuador referente a los campos petroleros (Jimenez, 2010)

de energía eléctrica y promover su consumo hasta el año 2030 como

fuente de energía termoeléctrica, para ello se pretende invertir un

aproximado de 200 millones de dólares y aumentar la producción de 35

de millones de pies cúbicos por día a unos 80 millones de pies cúbicos

por día. Según estudios realizados se tiene que aproximadamente 67100

MPCD (miles de pies cúbicos al día) no se aprovechan debido a que se

combustionan en las teas, de esta manera se ve la necesidad de

aprovechar este combustible para la generación de energías, con las

ventajas de que sus costos de operación son menores y además de las

disminución de impactos ambientales (NANDA, 2010). A continuación,

se da a conocer una imagen de los campos petroleros del Ecuador:

pág. 14

2.4 Costos del Gas Natural

El valor económico del gas natural puede variar lo cual depende de

donde se encuentre ubicado y el lugar de la explotación, el precio más

elevado que tuvo el gas natural fue de $10,31/MMBTU proviene de

Japón Cif y en comparación el precio más económico fue del gas natural

fue de $2,01/MMBTU de Canadá (Bp-Group, 2016). Para el cálculo del

costo de producción del gas natural hay que tener en cuenta diversos

factores los cuales son el costo del gas natural en el yacimiento, de lo

cual se le suma los costos de transporte y de distribución que en la

actualidad es de $2.00 por millón de BTU despachado por tubería del

campo Amistad según lo estipulado en el decreto 724 dispuesto por el

presidente de la republica (Moreno L. , 2019). Una de las ventajas es

que en el Ecuador el gas extraído es perteneciente al estado ecuatoriano

y se prevé un costo de producción del gas natural que facilite una mejor

tarifa de comercio en el mercado interno que inferior a los combustibles

actuales tales como (diésel, fuel oíl, y gasolina) lo que permitiría

recuperar inversiones en generación de energía cambiando parcialmente

el diésel a un combustible más limpio como el gas natural. Teniendo en

cuenta que la inflación del Ecuador está 1,58% de lo cual se estima que

el precio del gas natural crecerá un aproximado del 2% cada año

(BancoCentral, 2016)

2.5 Simulador de Procesos DWSIM

La simulación de procesos químicos es aquella que representa las

diversas operaciones y procesos unitarios que se realizan en una

industria en virtud de los balances de energía, balances de masa y

aquellos datos que son establecidos por medio de los distintos equipos

de proceso.

Un simulador de procesos es una herramienta muy versátil que permite

al usuario poder observar los diferentes procesos que se llevan a cabo

en la transformación de un proceso dado de una manera más técnica y

didáctica. Esta herramienta de la Simulación se puede dividir en dos

criterios distintos como son el proceso batch o continuo y si se toma en

pág. 15

Figura 3. Simulador de procesos químicos DWSIM (Fossebetter, 2017)

cuenta el tiempo un proceso estacionario o conocido como dinámico

(Ramirez, 2016).

Existen diversos simuladores comerciales como lo son Aspen Hysis,

Pro2, los cuales son muy eficientes al momento de simular los procesos,

pero con una desventaja el cual es el presupuesto que es muy grande

para pequeñas empresas y Universidades por lo cual no se lo puede

adquirir fácilmente. DWSIM en una herramienta tecnológica que permite

simular procesos de manera libre por medio de código abierto, lo cual

significa que lo pueden obtener cualquier persona puede tener acceso al

código fuente del programa y su descarga es totalmente gratuita.

2.6 Características del Simulador DWSIM

El programa DWSIM posee una interfaz muy eficiente y fácil de utilizar

con diversas funciones que se encuentran normalmente en otros

simuladores, posee modelos termodinámicos avanzados, paleta de las

distintas operaciones unitarias y herramientas para la caracterización de

derivados del petróleo.

Entre las operaciones unitarias que incluye el programa están:

mezcladores, bombas, reactores, columnas de destilación,

intercambiadores de calor, válvulas, expansores entre otros. También

entre los modelos termodinámicos que trae el programa están: modelos

NTRL, ley de Raoult, Peng Robinson, Soave-Redlich-Kwong entre otros.

Unas de las ventajas más importantes del programa es que cumple con

los estándares de ingeniería de procesos lo cual permite la

interoperabilidad para la simulación. Las compañías con grandes firmas

tecnológicas y poderosos simuladores comerciales como los son Aspen

Plus y por ser el primer programa de código abierto recibió

reconocimientos (Scodelaro, 2017)

pág. 16

Figura 4. Simulación de una destilación Azeotropica (Dwsim, 2017)

2.7 Modelos termodinámicos en la simulación de procesos

Los modelos termodinámicos principalmente nos sirven para calcular

equilibrios de fase, también para resolver balances de masa y de

energía en equipos como calderas para la generación de energía que se

utilizaran en la simulación. Los principales métodos termodinámicos son

las EOS (ecuaciones de estado), LACM (los modelos de coeficientes de

actividad), y las correlaciones especiales para sistemas en específico.

Para el modelado de mezclas apolares como es el caso de los

hidrocarburos, resulta más fácil la elección del método termodinámico ya

que solamente influirán las fuerzas de atracción y repulsión entre las

moléculas, por lo que las ecuaciones de estado son las más apropiadas

(Perales, 2010).

Se denominan ecuaciones de estado a cualquier ecuación que relaciona

presión, temperatura y volumen molar de un fluido, validas generalmente

tanto para la fase de vapor como liquida. En este grupo se encuentran

las ecuaciones cubicas de estado cuya expresión matemática es una

función polinomial de tercer grado, entre las más destacadas están: las

ecuaciones de Vander Waals, Soave-Redlich-Kwong, Peng Robinson.

(Delgado, 2017)

pág. 17

En los procesos de combustión de hidrocarburos podríamos escoger

cualquiera de los modelos termodinámicos, pero se escogerá el modelo

termodinámico Peng Robinson debido a que esta esta ecuación que se

desarrolló en 1976 es para mejorar los datos de equilibrio de las fases

liquido vapor, además que se incluye un parámetro más que las

ecuaciones anteriores como lo es el factor acéntrico, lo cual permite una

mejor precisión en los resultados (Reyes, 2015)

2.8 MARCO CONCEPTUAL

2.8.1 Contaminación de combustibles fósiles

Se denominan combustibles fósiles porque sus reservas se encontraron

en depósitos de seres fósiles que en algún tiempo estuvieron con vida,

este proceso dura miles de siglos para su formación. Entre los

combustibles fósiles encontramos el carbón que es un combustible

sólido que es abundante en las minas, muchos países son dependientes

de este recurso con lo es China e India que son los mayores

consumidores.

El crudo de petróleo es en cambio a nivel mundial el más usado consiste

en diversos compuestos orgánicos con distintos subproductos y del cual

se extrae mediante plataformas, algo interesante es que el crudo del

petróleo no se lo puede encontrar en todas las partes de la tierra lo que

ocasiona guerras por causa del petróleo.

El gas natural es cambio un combustible fósil que tiene diversas ventajas

como por ejemplo es que es abundante, versátil y uno de los puntos más

importantes de este combustible es que es más limpio que los otros

combustibles fósiles antes mencionados y sus reservas están mejor

distribuidas alrededor del planeta que el petróleo.

La contaminación ambiental generada por el uso de los combustibles

fósiles son grandes problemas que desde a principios de este siglo se ha

visto en la necesidad de regular su uso y el control de emisiones de

estos combustibles lo que provoca acumulación de gases de efecto

pág. 18

invernadero, la acidificación en el aire. Se tiene que un 30% de la

contaminación existente en el planeta es debido a la quema de los

combustibles fósiles que principalmente desprende de la combustión

dióxido de carbono, además de los desastres naturales que pueden

ocasionar los combustibles líquidos como el crudo que puede ser vertido

en recursos hídricos ocasionando grandes desastres naturales

(Lenntech, 2015).

En investigaciones realizadas en España se han evaluado los factores

de emisiones de dióxido de carbono generados por cada Giga joule de

energía producida de distintos combustibles entre ellos el gas natural y

el diésel que son el punto central de la investigación , en el cual

corresponde a 74,1 Kg/GJ de gasóleo y 56,4 kg/GJ de gas natural

teniendo una variación porcentual del 23,88% (Andalucia, 2020)

2.8.2 Composición Química del Diesel

El diésel o también llamado gasóleo tiene una composición que varía

según el sitio donde se extraiga y se refine, aproximadamente es de

carbono de 84%, Hidrogeno 10% y Azufre 2% y su fórmula molecular

que puede ir desde C12H23 hasta C16H34 , el cual depende de que en

algunos lugares se incluyen pequeñas cantidades de compuestos

derivados del petróleo (Gonzalez, 2014). En el Ecuador también se han

realizado estudios acerca de cuál es la composición y formula molecular

más aproximada del diésel , uno de ellos el realizado por Alexandra

Hidalgo de la Universidad Central del Ecuador en el cual tomo muestras

del combustible que se consumía en el distrito metropolitano de Quito y

mediante los datos obtenidos ella estableció que la composición del

diésel quedo de la siguiente manera: Carbono 85.5%, Hidrogeno

11.12%, y Azufre 0.51%, también obtuvo una formula química

representativa del diésel mediante el peso molecular obtenido el cual fue

de 226,55 g/mol de un tratamiento estadístico por parte de las muestras

obtenidas del laboratorio , teniendo así una formula química molecular

de la siguiente manera: C16.142 H25.193 S0.036 (Hidalgo, 2014)

pág. 19

Figura 5. Distribución del número de carbonos y porcentaje masivo para el Diesel (Chevron, 2017)

Tabla 2. Composición química del diésel Ecuador (Hidalgo, 2014)

Ahora bien para la simulación el diésel se consideró como principal

componente a la molécula n- hexadecano C16H34 como la más

representativa al encontrarse en una mayor proporción (Chevron, 2017)

(Perez & Sanchez, 2015) y con un peso molecular de 226 g/mol ,

esencialmente el mismo obtenido estudio realizado por Alexandra

Hidalgo (Hidalgo, 2014), y ya que en la simulación se quiere determinar

la energía que entrega el combustible en la combustión la molécula de

azufre al estar en pequeñas proporciones se lo desprecia.

Componente %Peso

Carbono 85,5

Hidrogeno 11,12

Azufre 0,51

pág. 20

Tabla 3. Composición del gas natural (PetroAmazonas, 2015)

2.8.3 Composición Química Gas Natural

En el Ecuador la composición química del gas Natural está distribuido

de la siguiente manera: un 99.5% de metano seguido de compuestos

como etano con un 0.19 %, y otros componentes como nitrógeno 0,12%

que se obtuvieron del análisis cromatografico de gases (PetroAmazonas,

2015).

En la siguiente tabla apreciamos la composición del gas natural y sus

constantes Fisicoquímicas

2.8.4 Energía de Combustión

La energía desprendida en la Combustión de un producto

hidrocarburifero son conjunto de procesos físicos y químicos, que se

manifiesta en forma de calor siendo este el punto principal de la

combustión. Se trata de una reacción de oxidación que tiene por

componentes un hidrocarburo(combustible) y un agente oxidante que es

el aire(comburente), es decir que el calor que se desprende cuando el

combustible es quemado o está ardiendo será la energía de combustión

expresada en unidades como KJ, BTU, Kcal entre otros (Cientificos,

2006)

COMPONENTE FRACCION MOLAR (%) GPM TEORICO

Nitrógeno 0.12

Oxigeno 0.00

Dióxido de carbono 0.02

Metano 99.53

Etano 0.19

Propano 0.06 0.016

Isobutano 0.02 0.007

Normal Butano 0.00 0.000

Isopentano 0.00 0.000

Normal Pentano 0.00 0.000

Normal Hexano 0.06 0.025

TOTAL 100.00 0.048

pág. 21

Figura 6. Consumo de gas Natural en el mundo (OLADE, 2010)

2.8.5 Costos de Producción:

Son los costos de operación necesarios para el mantenimiento de un

proyecto o para la transformación de una materia prima en producto final

en los cuales está la mano de obra directa , los materiales directos y los

costos indirectos de fabricación siendo este último el punto principal de

investigación debido a que se encuentran los costos de los

combustibles, esto influirá en el futuro económico de la Industria ya que

depende los ingresos que se obtuvo de los productos vendidos frente a

los costos de producción de ese producto (FAO, 2015)

2.9 MARCO CONTEXTUAL

La producción de gas natural en el mundo se encuentra distribuido en su

mayor parte en Norteamérica ocupando un 25% seguido de la ex Unión

Soviética lo que actualmente es Rusia con un 23%, y por último el medio

Oriente con un 13%, y para la región latinoamericana se produce tan

solo el 8% de la producción mundial de gas natural (OLADE, 2010)

pág. 22

Figura 7. Campo Amistad 196km2 Vista 3D (PetroAmazonas, 2018)

La producción de gas natural en el Ecuador fue de 29, 533,65 MPCD

(miles de pies cúbicos por día) de PetroAmazonas del bloque 6 que

corresponde al campo Amistad según el último reporte de la Agencia de

control de hidrocarburos del Ecuador para el mes de octubre 2019, y

está ubicado a 65 Km de la ciudad de Machala con una profundidad que

puede alcanzar los 65 metros. (ARCH, 2019)

pág. 23

CAPITULO III MARCO METODOLOGICO

3. METODOLOGIA

La metodología investigativa son procedimientos para el desarrollo de un

estudio en los cuales se dispone la información recabada para el análisis

y resolución de un problema (Edison & Diego, 2018). El tipo de

metodología que se va a realizar en la investigación es experimental ya

que se recurre a la manipulación y observación de las variables sean

estas dependientes e independientes las cuales tendrán un efecto en el

caso u objeto de estudio. Se incluye un Software de Ingeniería Química

denominado DWSIM (Simulador de procesos químicos de código

abierto) para la simulación de reacciones químicas como es el caso de

la combustión de los diferentes hidrocarburos utilizados en el sector

industrial del ecuador incluyendo el gas natural para la resolución de la

investigación (Alicante, 2018).

En especial se van a evaluar los calores de combustión y las emisiones

generadas de los distintos hidrocarburos usados en los calderos

industriales para la generación de energía mediante la simulación de

procesos con el software DWSIM y posterior a la simulación realizar el

análisis y comparación de los costos de producción y las emisiones

generadas producto de la combustión frente al gas natural y conocer

cuál es la mejor solución energética y ambiental para las Industrias

(Nestor, 2018)

3.1 TECNICA

Determinación de la energía de calorífica de los combustibles y

emisiones por el método DWSIM como Simulador de Procesos químicos

para la comparación de los Costos de Producción y el grado de

contaminación de las emisiones generadas. A continuación, se

describen las etapas y mecanismos que se emplearan en la

investigación

pág. 24

• Recopilar las características fisicoquímicas de los combustibles usados

en el sector Industrial y del gas natural.

• Ingresar los componentes o los combustibles en el programa DWSIM

junto con el modelo termodinámico que se utilizara en la simulación,

teniendo en cuenta sus propiedades y características.

• Realizar las reacciones de combustión correspondientes y la igualación

de sus coeficientes estequiométricos.

• Se Ingresan las distintas operaciones unitarias en la ventana de

simulación como el reactor, mezclador, líneas de flujo según

corresponda el proceso.

• Realizar las conexiones correspondientes de las distintas operaciones

Unitarias e ingresar las variables de estado de cada uno de los

reactivos, teniendo en cuenta que el flujo volumétrico del diésel es de

240galones/mes.

• Iniciar la simulación del proceso, y verificar los datos de salida

• Realizar la comparación de los costos de producción y emisiones

generadas en función de la simulación de procesos

3.2 METODOLOGIA PRACTICA

3.2.3 SIMULACION DE LA COMBUSTION DIESEL

3.2.4 Ingreso de los componentes al simulador El primer paso para empezar la simulación es el ingreso de los

componentes, tanto de los reactivos como de productos. En el proceso

de combustión se ingresan el n hexadecano (diésel), oxígeno y

nitrógeno(aire) y los productos resultantes agua y dióxido de carbono

pág. 25

Figura 8. Ingreso de los componentes principales al simulador (Lopez, 2020)

Luego escogemos el modelo termodinámico que vamos a usar en la

reacción, como nuestro proceso es de hidrocarburos y de compuestos

no polares escogemos el modelo de Peng Robinson, siendo este el que

mejor se ajusta a nuestro proceso

Figura 9. Selección del modelo termodinámico en el simulador (Lopez, 2020)

pág. 26

3.2.5 Igualación de las Reacciones Estequiométricas Antes de colocar la reacción estequiométrica en el simulador es

necesario que escojamos el tipo de reacción que vamos a usar, en

nuestro escogemos la reacción de conversión para nuestro proceso

Figura 10. Selección del tipo de reacción química en el simulador (Lopez, 2020)

Ahora se procede a formular la reacción de combustión en el simulador,

y su igualación de sus coeficientes estequiométricos teniendo en cuenta

que el signo negativo significa que el compuesto es un reactivo, además

escogemos el componente base y porcentaje de conversión que será del

100%

Figura 11. Igualación de la reacción de combustión del diésel en el simulador (Lopez, 2020)

pág. 27

Figura 12. Ingreso de las Operaciones Unitarias al Simulador (Lopez, 2020)

Figura 13. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de combustión del diésel (Lopez, 2020)

3.2.6 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación

Ahora procedemos a ingresar las operaciones unitarias tales como el

reactor, mezclador y líneas de flujo en la ventana de simulación.

Luego empezamos a poner los nombres correspondientes a cada línea

de flujo

pág. 28

Figura 14. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador de procesos (Lopez, 2020)

Figura 15. Ingreso de la fracción molar correspondiente al diésel en el simulador (Lopez, 2020)

3.2.7 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador Para ingresar las variables en el simulador nos posicionamos en la línea

de flujo del diésel y le damos clic dos veces para editar e ingresar la

información correspondiente

Ahora en el apartado de la composición de cada compuesto, ponemos

las fracciones molares correspondientes, como estamos en el

compuesto del diésel, la fracción molar será de 1

pág. 29

Ahora para ingresar los valores correspondientes en el aire, debemos

realizar un pequeño balance de materia partiendo como dato principal el

flujo volumétrico del combustible de 240galones/mes

240𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

𝑚𝑒𝑠∗

1𝑚𝑒𝑠

30𝑑𝑖𝑎𝑠∗

1𝑑𝑖𝑎

24ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠= 0.33

𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

ℎ𝑜𝑟𝑎𝐶16 𝐻34

= 0.00117867𝑚𝑜𝑙

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝐶16𝐻34 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟)

Con el flujo molar que obtuvimos en el simulador y de la ecuación de

combustión vamos a calcular cuantos moles de oxígeno teórico

necesitamos para la combustión

2𝐶16𝐻34 + 49𝑂2 → 34𝐻2𝑂 + 32𝐶𝑂2

𝑂2𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.00117867𝑚𝑜𝑙 𝐶16𝐻34

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗

49𝑚𝑜𝑙 𝑂22𝑚𝑜𝑙 𝐶16𝐻34

= 0.02888𝑚𝑜𝑙𝑂2

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜

Luego como sabemos que en nuestro proceso el flujo de aire

corresponde a un 21% de oxígeno debido a que el 79% corresponde a

nitrógeno realizamos el cambio a moles de aire teóricos

𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.02888𝑚𝑜𝑙𝑂2


100𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑖𝑟𝑒

21𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2= 0.13752

𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒


Por último, debemos tener en cuenta que para una combustión completa

necesitamos un porcentaje de aire en exceso, el cual está determinado

en función del combustible a utilizar como en nuestro caso es diésel, se

escoge un 20% de aire en exceso para la combustión

(Engineeringtoolbox, 2003)

𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0.13752𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗ 1.20 = 𝟎. 𝟏𝟔𝟓

𝒎𝒐𝒍 𝑨𝒊𝒓𝒆

𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐

pág. 30

Figura 16. Ingreso del flujo molar del oxígeno en el simulador (Lopez, 2020)

Figura 17. Selección del proceso termodinámico para la reacción de combustión (Lopez, 2020)

Ahora ingresamos el valor de 0.165 moles de Oxígeno en la ventana de

simulación y automáticamente se nos generan valores de flujo másico y

volumétrico

Ahora nos ubicamos en el reactor y escogemos el tipo de proceso que

va a ocurrir en el reactor, el cual es un proceso adiabático ya que no

existe transferencia de calor con los alrededores

Luego en el apartado de las composiciones ponemos las fracciones

molares correspondientes al aire

pág. 31

Figura 18. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador (Lopez, 2020)

Figura 19. Inicio de la simulación de combustión del diésel (Lopez, 2020)

Por último, nos ubicamos en la parte superior en la barra de tareas y le

damos a resolver el diagrama de flujo para que empiece la simulación de

nuestro proceso y observar los resultados en la línea de gases de

combustión

pág. 32

3.3 SIMULACION DEL COMBUSTIBLE GAS NATURAL

3.3.1 Ingreso de los componentes al simulador Realizamos el mismo procedimiento que en la simulación anterior se

ingresan componentes, tanto de los reactivos como de productos. En el

proceso de combustión del gas natural se ingresan el metano, el oxígeno

y nitrógeno(aire) así como los productos agua y dióxido de carbono

Figura 20. Ingreso de los componentes principales para la reacción de combustión del gas natural (Lopez, 2020)

Luego escogemos el modelo termodinámico que vamos a usar en la

reacción, como nuestro proceso es de hidrocarburos y de compuestos

no polares escogemos el modelo de Peng Robinson, siendo este el que

mejor se ajusta a nuestro proceso

Figura 21. Selección del modelo termodinámico para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)

pág. 33

Figura 23. Igualación de la reacción química de combustión del gas natural (Lopez, 2020)

3.3.2 Igualación de las Reacciones Estequiométricas Antes de colocar la reacción estequiométrica en el simulador es

necesario que escojamos el tipo de reacción que vamos a usar, en

nuestro escogemos la reacción de conversión para nuestro proceso

Figura 22. Selección del tipo de reacción química para la combustión del gas natural (Lopez, 2020)

Ahora se procede a formular la reacción de combustión en el simulador,

y su igualación de sus coeficientes estequiométricos teniendo en cuenta

que el signo negativo significa que el compuesto es un reactivo, además

escogemos el componente base que será el metano con una conversión

del 100% y en fase de vapor

pág. 34

Figura 24. Ingreso de las Operaciones Unitarias y líneas de flujo en el simulador (Lopez, 2020)

Figura 25. Rotulación de las Operaciones Unitarias y Líneas de Flujo en el proceso de combustión del Gas Natural (Lopez, 2020)

3.3.3 Ingreso de las Operaciones Unitarias en la ventana de Simulación

Ahora procedemos a ingresar las operaciones unitarias necesarias en la

simulación como el reactor, el mezclador y las líneas de flujo.

Luego empezamos a poner los nombres correspondientes a cada línea

de flujo

pág. 35

Figura 26. Ingreso de las variables termodinámicas al simulador para la reacción de combustión del gas natural (Lopez, 2020)

Figura 27. Ingreso de la fracción molar del gas natural en el simulador (Lopez, 2020)

3.3.4 Ingreso de las variables termodinámicas en el Simulador Para ingresar las variables en el simulador nos posicionamos en la línea

de flujo del gas natural y le damos clic dos veces para editar e

ingresamos el flujo volumétrico el cual será de 1m3/h para estimar la

cantidad de energía que genera el proceso

Ahora en el apartado de la composición de cada compuesto, ponemos

las fracciones molares correspondientes, colocamos la fracción molar del

gas natural el cual será de 1

pág. 36

Ahora para ingresar los valores correspondientes en el aire, debemos

realizar un pequeño balance de materia partiendo como dato principal el

flujo volumétrico del combustible de 1m3/h

1𝑚3

ℎ𝐶𝐻4 = 0.0113781

𝑚𝑜𝑙

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝐶𝐻4(𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟)

Con el flujo molar que obtuvimos en el simulador y de la ecuación de

combustión vamos a calcular cuantos moles de oxígeno teórico

necesitamos para la combustión

1𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 2𝐻2𝑂 + 1𝐶𝑂2

𝑂2𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.0113781𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜

∗2𝑚𝑜𝑙 𝑂2

1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4= 0.0227562

𝑚𝑜𝑙𝑂2𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜

Luego como sabemos que en nuestro proceso el flujo de aire

corresponde a un 21% de oxígeno debido a que el 79% corresponde a

nitrógeno realizamos el cambio a moles de aire teóricos

𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 0.0227562𝑚𝑜𝑙𝑂2


100𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑖𝑟𝑒

21𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2= 0.108362

𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒


Por último, debemos tener en cuenta que para una combustión completa

necesitamos un porcentaje de aire en exceso, el cual está determinado

en función del combustible a utilizar como en nuestro caso es gas

natural, se escoge un 10% de aire en exceso para la combustión

(Engineeringtoolbox, 2003)

𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0.13752𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜∗ 1.10 = 𝟎. 𝟏𝟏𝟗𝟐

𝒎𝒐𝒍 𝑨𝒊𝒓𝒆

𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐

pág. 37

Figura 28. Ingreso del flujo masico de oxígeno en el simulador para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)

Figura 29. Ingreso de las fracciones molares del oxígeno y nitrógeno en el simulador para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)

Ahora ingresamos el valor de 0.11922 moles de Oxígeno en la ventana

de simulación y automáticamente se nos generan valores de flujo masico

y volumétrico

Luego en el apartado de las composiciones ponemos las fracciones

molares correspondientes al aire

pág. 38

Figura 30. Selección del proceso termodinámico para la reacción del gas natural (Lopez, 2020)

Figura 31. Inicio de la simulación de la reacción del gas natural (Lopez, 2020)

Ahora nos ubicamos en el reactor y escogemos el tipo de proceso que

va a ocurrir en el reactor, el cual es un proceso adiabático ya que no

existe transferencia de calor con los alrededores

Por último, nos ubicamos en la parte superior en la barra de tareas y le

damos a resolver el diagrama de flujo para que empiece la simulación de

nuestro proceso y posterior a eso observamos los resultados en la línea

de flujo de gases de combustión

pág. 39

Tabla 4. Resultados de la combustión del diésel para un flujo de 240 gal/mes en el simulador DWSIM (Lopez, 2020)

CAPITULO IV ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS 4. RESULTADOS

4.1 Resultados de la Simulación del combustible Diesel

(240gal/mes)

Objeto Gases de combustión

Residuos Unidad

Temperatura 1856,5 1856,5 C

Presión 101325 101325 Pa

Flujo Masico 18,0979 -4,02E-15 kg/h

Flujo Molar 0,175019 0 mol/s

Fracción Molar (Mezcla) / Agua 0,114487 0

Fracción Másica (Mezcla) / Agua 0,0718049 0

Flujo Masico (Mezcla) / Agua 1,29952 0 kg/h

Fracción Molar (Mezcla) / Dióxido

Carbono

0,107752 0

Fracción Másica (Mezcla) / Dióxido

Carbono

0,165094 0

Flujo Masico (Mezcla) / Dióxido

Carbono

2,98785 0 kg/h

Fracción Molar (Mezcla) / Oxigeno 0,0329834 0

Fracción Másica (Mezcla) / Oxigeno 0,036744 0

Flujo Masico (Mezcla) / Oxigeno 0,664991 0 kg/h

Fracción Molar (Mezcla) / N-

hexadecano

0 0

Fracción Másica (Mezcla) / N-

hexadecano

0 0

Flujo Masico (Mezcla) / N-

hexadecano

0 0 kg/h

Flujo de Energía 40043,2 0 BTU/h

pág. 40

Tabla 5. Resultados de la combustión del gas natural en el simulador DWSIM para un flujo volumétrico de 1m3/h (Lopez, 2020)

4.2 Resultados de la Simulación del combustible Gas Natural

(1m3/h)


Residuos Unidad


Presión 101325 101325 Pa

Flujo Masico 13,0374 0 kg/h



Carbono

0,0871365 0


Carbono

0,13827 0


Carbono

1,80268 0 kg/h

Fracción Molar (Mezcla) / Metano 0 0

Fracción Másica (Mezcla) / Metano 0 0

Flujo Masico (Mezcla) / Metano 0 0 kg/h


Fracción Másica (Mezcla) Oxigeno 0,0201082 0






pág. 41

Ahora bien, luego de que hemos obtenido los resultados energéticos del

gas natural y del diésel, podemos realizar un pequeño calculo para saber

cuántos metros cúbicos de gas natural se necesitara para generar la

misma cantidad de energía del combustible Diesel

𝑥 = 1

𝑚3ℎ ∗ 40043,2

𝐵𝑡𝑢ℎ

31156,6𝐵𝑡𝑢

ℎ

𝒙 = 𝟏, 𝟐𝟖𝟓𝟐 𝒎𝟑/𝒉

Con el resultado que acabamos de obtener lo ingresamos nuevamente

en el simulador y repetimos el mismo proceso que se realizó con un flujo

de 1m3/h y observamos que el flujo energético llego a ser el mismo del

diésel

Tabla 6. Resultados de la combustión del gas natural para un flujo volumétrico de 1,2852 m3/h en el simulador DWSIM (Lopez, 2020)


Residuos Unidad


Presión 101325 101325 Pa

Flujo Masico 16,7555 -3,72E-15 kg/h



Carbono

0,0871369 0


Carbono

0,138271 0


Carbono

2,31681 0 kg/h

Fracción Molar (Mezcla) / Metano 0 0

Fracción Másica (Mezcla) / Metano 0 0

Flujo Masico (Mezcla) / Metano 0 0 kg/h

pág. 42

4.3 Comparación de los Costos de Producción del Diesel y gas

Natural

Luego de haber obtenido la cantidad de energía generada por parte de

los combustibles empleados en la simulación, es necesario realizar una

comparación de los costos de producción. Para ello tenemos que

realizar un análisis individual del costo monetario de cada combustible,

teniendo en cuenta los precios oficiales de los combustibles establecido

por la Agencia de regulación y control hidrocarburifero (ARCH, 2020)

4.4 Costo monetario del combustible Diesel en función de su

volumen

Para el cálculo del costo monetario del diésel vamos a realizar un

pequeño cálculo de los galones utilizados en el proceso que es de 240

galones/mes con relación al precio oficial que es de $ 2.03758 por cada

galón de diésel ,este valor está en relación al diésel tipo 2 el cual es

utilizado industrialmente para los procesos de generación de energía

(ARCH, 2020)

𝑥 = 240

𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠𝑚𝑒𝑠 ∗ 2,03758 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

1 𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛

𝒙 = 𝟒𝟖𝟗, 𝟎𝟏𝟗𝟐 𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔

𝒎𝒆𝒔


Fracción Másica (Mezcla) / Oxigeno 0,0201071 0






pág. 43

4.5 Costo monetario del combustible gas natural en función de su

energía

Para el caso del gas natural se realiza un cálculo en base a la energía

que se generó en la simulación, con relación al precio oficial del

combustible que está a $2,00 por cada millón de BTU (ARCH, 2020)

𝑥 = 40042,3

𝐵𝑇𝑈ℎ𝑜𝑟𝑎 ∗ 2,00 𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

1000000 𝐵𝑇𝑈

𝒙 = 𝟎, 𝟎𝟖 𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔

𝒉𝒐𝒓𝒂= 𝟓𝟕, 𝟔𝟔

𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔

𝒎𝒆𝒔

Luego de haber realizado los cálculos correspondientes del costo

monetario de los combustibles utilizados se procede a estimar el ahorro

mensual que se obtendría en el proceso de combustión

𝑥 = 489,0192𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

𝑚𝑒𝑠 − 57,66

𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

𝑚𝑒𝑠

𝒙 = 𝟒𝟑𝟏, 𝟑𝟓𝟗𝟐𝒅𝒐𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔

𝒎𝒆𝒔

En términos porcentuales seria de la siguiente manera

𝑥 =431,3592

𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠𝑚𝑒𝑠

489,0192𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

𝑚𝑒𝑠

∗ 100% = 88,21%

𝑥 = 100% − 88,21% = 𝟏𝟏, 𝟕𝟗%

Ahora procedemos a calcular cómo influye los costos de los

combustibles en los costos de producción, teniendo en cuenta que los

costos de producción constan de 3 elementos importantes que son: los

materiales directos, la mano de obra directa y los costos indirectos de

pág. 44

fabricación, siendo el último elemento del costo de producción el punto

central de la investigación (CEUPE, 2019)

Costos Producción = M.O.D + M. D+ C.I.F

Para poder representar como afectaría un cambio de combustibles en

los costos indirectos de fabricación, se tiene en cuenta que este

elemento del costo de producción total equivale a un 33,33% y mediante

el ahorro porcentual que se obtuvo, se procede a realizar el siguiente

calculo

𝑥 = 33,33% ∗ 11,79%

100%

𝒙 = 𝟑, 𝟗𝟐𝟗𝟔%

4.6 Grado de Contaminación de los combustibles utilizados en el

proceso de generación de energía (40043 BTU/h)

Como en todo proceso de combusti�

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...

Documents

Transcript of UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...