UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
Facultad de Ingeniería
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES MECÁNICAS
Medición del Dióxido de Azufre (SO2)
en las Emisiones de Combustión
del Combustible Diesel Importado
La Paz, Octubre 2009
Univ. Juan Tito Chino C.Univ. Rodrigo HuaytaUniv. Marco A. Quispe T.Univ. Roberto Solares L.Univ. Juan Pablo Vega S.MSc Ing. José L. Hernández Q.
Asdi
RESUMEN
En Bolivia se consumen anualmente 1245 millones de litros de diesel, de los
cuales, YPFB produce 821 millones en las refinerías de Cochabamba y Santa
Cruz, por lo que se deben importar 424 millones de litros para evitar el
desabastecimiento de este carburante. Este déficit del 34 % ha inducido al
Estado boliviano a modificar la calidad del diesel en cuanto al contenido de
azufre, a través del DS 28026, que eleva el contenido máximo de azufre de 0.3
% a 0.5 % en peso, esto con el objeto de ampliar la oferta de diesel a pesar de
esta deficiencia.
El azufre contenido en el diesel, luego de pasar por el proceso de combustión,
genera óxidos de azufre y de manera particular el SO2 (dióxido de azufre). El
SO2 se transforma junto con el vapor de agua, en ácido sulfúrico y/o sulfuroso,
compuestos tóxicos, altamente nocivos para los seres vivos, el medio ambiente,
así como para los componentes de los motores que lo generan.
En el presente proyecto se utilizó un analizador de gases para medir la emisión
de SO2 de un motor usado, Isuzu modelo 4FD1, de 2189 cm3 de cilindrada y 60
HP de potencia nominal, operando alternativamente, con combustible diesel de
origen doméstico y diesel importado. El motor se sometió a cargas variables de
acuerdo al protocolo de la “Norma de Procedimientos de Pruebas de Emisiones
de Escape del Estado de California, EEUU, para motores diesel del año 1985 y
modelos subsecuentes” en un dinamómetro de banco. El proyecto se llevó a
cabo en los predios de la carrera de Ingeniería Mecánica y el Instituto de
Investigaciones Mecánicas en la ciudad de La Paz.
Los resultados obtenidos muestran que la emisión de SO2, cuando se usa
el diesel importado, se incrementa en un 95 % con relación al diesel
nacional. Las emisiones de SO2 aumentan a mayores cargas aplicadas al
motor. Estos resultados de carácter preliminar deben ser ampliados con
mayor rigurosidad científica ampliando el universo de datos y certificados
de origen de los combustibles usados.
El proyecto finalmente presenta un panorama del contenido de diesel en la
región y el mundo y emite razones y recomendaciones técnicas por las cuales
se deben bajar los niveles de contenido de azufre en el país.
ÍNDICE
PÁGINA
1. ANTECEDENTES GENERALES...................................................................1
2. DELIMITACION DEL TRABAJO DE INVESTIGACION...............................3
2.1 PROBLEMA...........................................................................................3
2.2 HIPOTESIS.............................................................................................3
2.3 OBEJTIVO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN..................................3
2.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..................................................................4
3. MARCO TEORICO........................................................................................5
3.1 REVISIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS CRÍTICAS EN LAS
EMISIONES DE COMBUSTIÓN DEL MOTOR DIESEL........................5
4. RECOPILACIÓN DE NORMAS SOBRE EMISIONES Y PROTOCOLOS
DE ENSAYO DE MOTORES DIESEL..........................................................7
4.1 NORMAS BOLIVIANAS.........................................................................7
4.2 NORMA DE PROCEDIMIENTOS DE PRUEBAS DE EMISIONES DE
ESCAPE DEL ESTADO DE CALIFORNIA, EEUU PARA MOTOTRES
DIESEL DEL AÑO 1985 Y MODELOS SUBSECUENTES ...................7
5. DESARROLLO DE LAS PRUEBAS EXPERIMENTALES Y TOMA DE
DATOS........................................................................................................10
5.1 EQUIPOS UTILIZADOS Y COMBUSTIBLES......................................10
5.1.1 MOTOR DIESEL............................................................................10
5.1.2 CHASIS Y ACOPLE DE POTENCIA CON TABLERO
INSTRUMENTAL DE CONTROL..................................................11
5.1.3 DINAMÓMETRO DE BANCO........................................................12
5.1.4 HARDAWARE Y SOFTWARE DE ADQUISICION DE DATOS....13
5.1.5 ANALIZADOR DE GASES DE 5 VÍAS DE FUENTES MÓVILES
Y FUENTES FIJAS........................................................................15
5.2 ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL DIESEL BOLIVIANO Y EL
DIESEL IMPORTADO..........................................................................15
5.3 CERTIFICACION DE ORIGEN DEL COMBUSTIBLE DIESEL...........17
5.4 CURVAS DE POTENCIA DEL MOTOR DE PRUEBA.........................18
5.5 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES ANGULARES
REQUERIDAS POR EL PROTOCOLO Y TABLAS
DE PROTOCOLO.................................................................................20
5.6 DETERMINACIÓN DEL FLUJO MÁSICO DE EMISIONES DEL
MOTOR A PARTIR DEL CONSUMO HORARIO DE
COMBUSTIBLE....................................................................................20
5.7 DEDUCCIÓN DE FÓRMULA PARA OBTENER UNIDADES DE
PROTOCOLO [GSO2/KW HR].............................................................21
5.8 RESULTADOS EXPERMENTALES DE NIVELES DE EMISIÓN DE
SO2 DEL DIESEL NACIONAL E IMPORTADO...................................21
5.9 COMPARACION DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES..................24
6. IMPACTO NEGATIVO DEL SO2.................................................................26
6.1 IMPACTO DEL SO2 EN LA SALUD.....................................................26
6.2 IMPACTO DEL SO2 EN LOS VEHICULOS..........................................28
6.3 IMPACTO DEL SO2 EN LA TECNOLOGIA DE LOS VEHICULOS.....28
6.4 IMPACTO DEL SO2 EN EL MEDIO AMBIENTE..................................28
7. LOS NIVELES DE EMISIÓN DE SO2 EN LA REGION Y EL MUNDO.......30
8. RECOMENDACIONES...............................................................................36
9. BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................37
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1.- Motor Diesel (fuente propia)...................................................................10
Fig. 2.- Chasis, acople de potencia ye instrumental de control (fuente propia)..11
Fig. 3.- Dinamómetro de Banco (fuente propia).................................................12
Fig. 4.- Corte Dinamómetro..............................................................................13
Fig. 5.- Diagrama de ubicación de los equipos utilizados..................................13
Fig. 6.- Entorno del software de Adquisición de Datos (fuente propia)..............14
Fig. 7.- Analizador de Gases de Combustión (fuente propia)............................15
Fig. 8.- Especificaciones introducidas en el Software de Adquisición
(fuente propia)....................................................................................................18
Fig. 9.- Curvas de Potencia de Motor Isuzu (fuente propia)...............................19
Fig. 10.- Flujo másico de emisiones a partir del consumo horario
(fuente propia)....................................................................................................21
Fig. 11.- Pruebas experimentales realizadas (fuente propia).............................22
Fig. 12.- RPM vs Niveles de Emisión para el Diesel Nacional (fuente propia)...23
Fig. 13.- RPM vs Niveles de Emisión para el Diesel Importado (fuente propia).24
Fig. 14.- Contenido de Azufre en el Diesel en el Mundo....................................35
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.- Procedimientos de Pruebas de emisiones de escape..........................8
Tabla 2.- Características del Motor Diesell........................................................10
Tabla 3.- Especificaciones del diesel nacional ..................................................16
Tabla 4.- Especificaciones del diesel importado................................................16
Tabla 5.- Datos de Potencia y Torque de Motor Isuzu.......................................19
Tabla 6.- Modalidad de Pruebas según Protocolo.............................................20
Tabla 7.- Resultados obtenidos con Diesel Nacional.........................................22
Tabla 8.- Resultados obtenidos con Diesel Importado.......................................23
Tabla 9.- Comparación de resultados................................................................25
Tabla 10.- Niveles de Azufre en el Combustible Diesel en Latinoamérica
y en el Caribe.....................................................................................................33
1. ANTECEDENTES GENERALES
La calidad del aire se ve afectada por las emisiones de contaminantes
atmosféricos, que provienen principalmente del parque automotor, de la
industria y del uso doméstico. Debido al alto grado de contaminación
atmosférica en muchos centros urbanos, resulta necesario implementar
acciones para mejorar la calidad del aire y proteger la salud de la población.
Más aun considerando que existen más de cien contaminantes atmosféricos
entre compuestos orgánicos e inorgánicos.
Sin embargo, los contaminantes de mayor abundancia y efecto para la salud de
la población y del medio ambiente son: óxidos, sulfuros, compuestos orgánicos,
material particulado, vapor de agua, esporas, asbestos, metales pesados,
aerosoles y microorganismos.
La prensa oral y escrita en el país a menudo refleja el malestar de las
poblaciones urbanas, sobre la emisión de los gases de los vehículos que
utilizan diesel como combustible, así como la queja de los conductores sobre la
mala calidad de este combustible que afecta al funcionamiento de sus
vehículos.
Swisscontact es una reconocida ONG dedicada a la mejora de calidad del aire
desde 1959 y en su portal electrónico dice: “Estudios realizados por la
Organización Mundial de la Salud (OMS) muestran que más de 100 millones de
personas en América Latina están expuestos a niveles elevados de
contaminación del aire. Peor aún, las tendencias de crecimiento del parque
vehicular y la falta de sistemas de control proyectan que esta situación sea
doblemente peligrosa en pocos años. Bolivia no es ajena a esta realidad que
vive el resto de América Latina y el mundo. El crecimiento acelerado en los
centros urbanos va de la mano con el aumento de la cantidad de vehículos que
transitan diariamente por las ciudades de Bolivia. Si bien se trata todavía de
1
flotas vehiculares de tamaño moderado, su contribución a la contaminación del
aire es importante. Este hecho se debe, principalmente, a: la falta de costumbre
de realizar mantenimiento preventivo de las movilidades; la antigüedad del
parque vehicular; la importación de vehículos usados; y la falta de una política
clara de transporte urbano sostenible”. 1
Se consume anualmente en el país 1245 millones de litros de diesel, de los
cuales YPFB produce 821 millones de litros en las refinerías de Cochabamba y
Santa Cruz, por lo que se debe importar 424 millones de litros para evitar el
desabastecimiento de este carburante. Este déficit del 34 % ha inducido al
Estado boliviano modificar la calidad del diesel en cuanto a los índices de
contenido de azufre, a través del DS 28026, que eleva el contenido máximo de
azufre de 0.3 % a 0.5 % en peso, esto con el objeto de reducir los costos de
subsidio del diesel importado ya que existe diesel de mejor calidad y menor
contenido de SO2, sin embargo, su costo es mayor.
Los efectos comprobados del SO2 en el deterioro del medio ambiente y sus
habitantes en otras latitudes son la razón principal que ha motivado la ejecución
del presente proyecto para determinar los niveles de emisión del SO2 del diesel
importado y del diesel de origen doméstico. Las pruebas experimentales se
llevan a cabo en la ciudad de La Paz con sus características geográficas y
topográficas propias de una ciudad del altiplano andino con una altitud de 3600
m.s.n.m. y con un parque automotor cuya vida útil ha fenecido en países
desarrollados.
La segunda motivación del proyecto, es el contribuir al equipamiento tan
anhelado del Instituto de Investigaciones Mecánicas a través de la consecución
de fondos de la cooperación sueca para la compra de los equipos que servirán
en proyectos posteriores y formarán parte de nuestros laboratorios.
1 http://www.swisscontact.bo/home.php
2
2. DELIMITACION DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
2.1 PROBLEMA
¿Qué niveles de emisiones de dióxido de azufre (SO2) se pueden identificar en
la combustión de diesel nacional y el diesel importado después de haberse
emitido el D.S. 28026 con relación a los niveles de calidad del diesel importado
y específicamente al contenido de azufre del mismo?
2.2 HIPÓTESIS
Con la promulgación del D.S. 28026, el cual permite la importación y
comercialización de diesel con un contenido de azufre hasta 0.5% en peso, los
niveles de emisión de un motor que consume diesel importado se incrementará
en un 100% con relación al consumo de diesel de origen nacional.
2.3 OBEJTIVO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN
El objetivo general del presente proyecto es investigar y hallar de forma
experimental los niveles de dióxido de azufre, emitido por un motor de
encendido por compresión haciendo uso del diesel de origen doméstico así
como el diesel importado en las condiciones geográficas del departamento de
La Paz.
Estos resultados permitirán efectuar conclusiones sobre la calidad del
combustible diesel nacional e importado utilizado en la ciudad de La Paz y su
grado de contaminación y afección al medio ambiente y a los motores que los
usan. Finalmente se efectuarán recomendaciones sobre la composición y
calidad del diesel en cuanto a su contenido de SO2 se refiere.
Para tal efecto se requiere de un motor diesel el cual debe ser sometido a
diferentes cargas en un banco dinamométrico capaz de medir potencias y
3
torques. En tales diferentes condiciones de carga, un analizador de gases
permitirá medir los niveles de emisión del SO2.
Se ha omitido la determinación de material particulado producto de la
combustión del diesel porque esta prueba sale de los límites del alcance del
presente proyecto y no tiene incidencia en los resultados obtenidos.
2.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Adquirir un motor diesel usado que refleje las condiciones y vida útil
del promedio de los vehículos en el parque automotor de la ciudad de
La Paz.
Comprar un dinamómetro de banco para medir la potencia y carga de
un motores diesel y gasolina hasta 300 HP.
Obtener normas y protocolos de procedimientos para medir niveles
de emisión de SO2 en motores sometidos a cargas de frenos y
variación de regimenes de velocidad angular
Medir las emisiones de SO2 con un analizador de gases calibrado
que asegure los resultados obtenidos.
Equipar al Instituto de Investigaciones Mecánicas con material que
permita la investigación y desarrollo en la operación, eficiencia y
mantenimiento de motores de combustión interna de una manera
sostenida.
4
3. MARCO TEÓRICO
3.1 REVISIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS CRÍTICAS EN LAS
EMISIONES DE COMBUSTIÓN DEL MOTOR DIESEL
El motor diesel convierte la energía química contenida en el combustible diesel
en energía mecánica con mayor eficiencia que otros tipos de motores de
combustión interna. El combustible diesel se inyecta al cilindro del motor con
una elevada presión donde se mezcla con un aire comprimido y caliente que
permite su combustión. El motor a diesel comparado con el motor a gasolina
tiene una mezcla aire/combustible más pobre lo que resulta en un ambiente de
combustión más frío con menores emisiones de monóxido de carbono e
hidrocarburos no quemados. Sin embargo, el diesel, produce relativamente
altos niveles de emisión de óxidos de nitrógeno (NOx) y material particulado de
diesel (DPM). El DPM es un complejo agregado de materiales que incluyen:
Partículas secas de carbón (hollín) y óxidos inorgánicos, principalmente
sulfatos.
Una fracción de materia soluble, orgánica que resulta de la combustión
incompleta del diesel y los lubricantes del motor que tienden a
adsorberse o condensarse en las partículas de carbón.
Un compuesto gaseoso de monóxido de carbono (CO), óxidos de
Nitrógeno (NOx) y dióxido de azufre (SO2).
El material particulado de diesel (DPM) tiende a ser muy fino, con un promedio
del tamaño de partículas de 0.04 a 1 micrón y es como un aerosol fácil de
aspirar por las personas, especialmente en ambientes cerrados, minas,
construcciones, túneles y depósitos.
Junto al DPM las emisiones también incluyen el monóxido de carbon (CO), los
óxidos nítricos (NOx), el dióxido de azufre (SO2), así como los hidrocarburos
5
aromáticos polinucleares (PAHs), los nitro-PAHs, aldehídos y otros
hidrocarburos así como sus derivados.
Estudios realizados por la agencia de protección al medio ambiente (EPA) de
los Estados Unidos, han comprobado que bajar el contenido de azufre en el
diesel disminuye también los niveles de NOx, HC y CO, de ahí que se puede
considerar al contenido de azufre como crítico.2
2 Fuels and Emissions: Lessons Learned in the U.S. http://www.bing.com/search?q=Fuels+and+Emissions%3A+Lessons&FORM=MSNH11&qs=n
6
4. RECOPILACIÓN DE NORMAS SOBRE EMISIONES Y PROTOCOLOS
DE ENSAYO DE MOTORES DIESEL
4.1 NORMAS BOLIVIANAS
Se han recopilado las siguientes normas:
- NB 62002:2006 Calidad del aire - Emisiones de fuentes móviles -
Generalidades, clasificación y límites máximos permisibles.
- NB 62004:2006 Procedimiento de medición y características de
los equipos de flujo parcial necesarios para evaluar las emisiones
de humo generadas por las fuentes móviles con sistema de
encendido por compresión (ciclo diesel) - Método de ac
Las normas previas se refieren a niveles de emisiones de gases para HC, CO,
CO2 y NOx, así como procedimientos de medición de la opacidad del diesel y
determinar contenido de material particulado y no son específicas para el
dióxido de azufre y tampoco mencionan cómo medirlo en un motor acoplado a
un dinamómetro
4.2 NORMA DE PROCEDIMIENTOS DE PRUEBAS DE EMISIONES
DE ESCAPE DEL ESTADO DE CALIFORNIA, EEUU PARA
MOTOTRES DIESEL DEL AÑO 1985 Y MODELOS
SUBSECUENTES 3
La prueba esta diseñada para determinar las emisiones específicas al freno.
Las pruebas se deben realizar después de alcanzar la temperatura de
operación, la cual debe mantenerse estable en ralentí. El protocolo requiere
considerar las condiciones de humedad del aire, temperatura y presión
barométrica. Las mediciones halladas deben expresarse en g/kW-hr. El paso de
una velocidad a otra no de be pasar de 20 seg.
3 http://www.arb.ca.gov/regact/sore03/rtp2005.doc
7
N° Modalidad N RPM +/-
(Velocidad Angular)
% de Carga
+/- 2%
Tiempo de Prueba
minutos
1 Relantí 0 4
2 A 100 2
3 B 50 2
4 B 75 2
5 A 50 2
6 A 75 2
7 A 25 2
8 B 100 2
9 B 25 2
10 C 100 2
11 C 25 2
12 C 75 2
13 C 50 2
Tabla 1.- Procedimientos de Pruebas de emisiones de escape
Donde:
Velocidad A = nlo + 0.25 x (nhi-nlo)
Velocidad B = nlo+ 0.50 x (nhi-nlo)
Velocidad C = nlo + 0.75 x (nhi-nlo)
Velocidad D = nhi
Velocidad E = nlo + 0.15 x (nhi-nlo)
Siendo: nhi = La RPM alcanzada a un 70% de la potencia máxima, nlo = Las
RPM alcanzadas al 50% de la máxima potencia.
La norma requiere también que se mida simultáneamente el flujo de
combustible instantáneo, así como la relación aire/combustible. El primer
8
parámetro se ha determinado en promedio de consumo y el segundo se ha
considerado una relación Aire/Combustible igual a 12.9 Kg de aire/Kg de
combustible, mezcla rica con un 20% de defecto de aire comparada con la
combustión estequiométrica. Lo cual es usual en motores diesel operando en la
altitud de La Paz.
9
5. DESARROLLO DE LAS PRUEBAS EXPERIMENTALES Y TOMA DE
DATOS
5.1 EQUIPOS UTILIZADOS Y COMBUSTIBLES
A continuación se efectúa una relación de todos los equipos utilizados para las
pruebas experimentales, así como las especificaciones del combustible
utilizado.
5.1.1 MOTOR DIESEL
Para las pruebas se utilizó un motor usado normalmente aspirado con las
siguientes características:
Tabla 2.-
Características del Motor Diesell
Fig. 1.- Motor Diesel (fuente propia)
Marca: Isuzu
Modelo: 4FD1
Cilindrada: 2189 CC
Potencia: 60HP @ 5000 RPM
Calibre: 88 mm
Carrera: 99 mm
Año: 1989
Inyección: Bomba rotatoria
10
Considerando que la vida útil de un vehículo es de 12 años podemos concluir
que este motor ha superado su vida útil y refleja el promedio de la edad de los
vehículos a diesel en el departamento de La Paz.
5.1.2 CHASIS Y ACOPLE DE POTENCIA CON
TABLERO INSTRUMENTAL DE CONTROL
Fig. 2.- Chasis, acople de potencia ye instrumental de control (fuente propia)
El grupo de trabajo compuesto por los universitarios investigadores: Juan Tito
Chino Cruz, Rodrigo Huayta, Juan Pablo Vega Salas y Marco Antonio Quispe
Ticona, estudiantes de la carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería
Electromecánica diseñaron y fabricaron tanto el chasis del motor, así como el
acople de potencia entre el motor y el dinamómetro en los talleres de la carrera
de Ingeniería Mecánica teniendo como referencia las fotografías del equipo
original.
Este trabajo realizado tuvo un aporte didáctico puesto que los estudiantes
aplicaron conocimientos de diseño y procesos de manufactura de manera
práctica.
El mayor logro es haber ahorrado un monto de $US 6.700.- al proyecto, por
cuanto este es el costo del chasis y el acople en fábrica del dinamómetro sin
incluir gastos de envío y desaduanización.
11
5.1.3 DINAMÓMETRO DE BANCO
El dinamómetro de banco es un
freno de absorción de agua que
se acopla al motor en prueba, el
cual impulsa una serie de rotores
con alabes toroidales internos, los
cuales son a su vez frenados por
agua a presión emergente de una
bomba externa de 1HP con una
presión dinámica de 5 PSIg y una
presión estática de 60 PSIg. El circuito de agua comprende un tanque de 300
Lt, las líneas que acoplan del dinamómetro a la bomba y una válvula de cierre y
apertura que regula la potencia de frenado del dinamómetro y causa una carga
al motor que opera a diferentes rangos de velocidades. La potencia absorbida
por el dinamómetro se convierte en calor que es disipado en el tanque de agua
por inercia térmica y transferencia de calor al medio ambiente.
La inercia y el arrastre del agua que continuamente está acelerando y
desacelerando provocan un par o momento en el eje del dinamómetro. El eje
tiene adosado una galga extensométrica que mide la acción torsora del par y
manda una señal a un microprocesador de adquisición de datos al cual también
llegan las revoluciones por minuto del motor acoplado al dinamómetro. Del
microprocesador o interfase se manda la información hacia una computadora
portátil que ayudado de un programa permite la visualización y manipuleo de los
datos obtenidos en tiempo real.
Capacidad: 300 HP
12
Fig. 3.- Dinamómetro de Banco (fuente propia)
Industria: AmericanaAbsorción: Agua requiere un mínimo de of 5 gpm @ 30+ psi por cada 100 HP continuos Hp.Ajustable para motores a diesel y gasolina
Fig. 5.- Diagrama de ubicación de los equipos utilizados
5.1.4 HARDAWARE Y SOFTWARE DE ADQUISICION
DE DATOS
13
Fig. 4.- Corte Dinamómetro
Fig. 6.- Entorno del software de Adquisición de Datos (fuente propia)
El dinamómetro presenta un sistema electrónico de adquisición de datos que
captura señales reales de torque y RPM, tomando hasta 1000 lecturas por
segundo por canal. El sistema tiene la capacidad de efectuar correcciones de
temperatura del aire, presión barométrica y humedad relativa de acuerdo a
normas SAE. El sistema permite conectar a través de la interfase a una PC
donde un software provisto por el fabricante permite registra datos y gráficas en
tiempo real o para análisis posteriores.
5.1.5 ANALIZADOR DE GASES DE 5 VÍAS DE FUENTES
MÓVILES Y FUENTES FIJAS
14
Fig. 7.- Analizador de Gases de Combustión (fuente propia)
Marca: Eurotron
Vías: O2, CO, O2, NOx, CO2 y SO2
Temperaturas: Exterior y de Humos de fuente
Calibración: Certificada
Presión diferencial
Rango de operación: 0 a 4000 ppm
Tolerancia: ± 5 ppm < 125 ppm, 2±4% hasta 4000 ppm para el SO2
Capacidad de almacenaje: 250 muestras
5.2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL DIESEL BOLIVIANO Y
EL DIESEL IMPORTADO
A continuación se presenta información sobre las especificaciones técnicas del
diesel boliviano y el diesel venezolano, se tomó éste último como el diesel de
importación más importante ya que actualmente se ha consolidado como único
proveedor a través del puerto de Arica.4
DIESEL NACIONAL:
Se presentan las especificaciones de los combustibles para apreciar las
diferencias implícitas de calidad y consecuente afección en las emisiones de
ambos.
Tabla 3.- ESPECIFICACIONES DEL DIESEL NACIONAL 5
PRUEBA ESPECIFICACIÓN MÉTODO
4 http://www.lostiempos.com/diario/actualidad/economia/20090827/bolivia-recibe-el-primer-envio-de-diesel-por-arica_32015_52422.html5 Decreto Supremo 26276 2001
15
UNIDAD
CORROSIÓN LAMINA DE CU. NO. 3 MÁXIMO ASTM D-130
AZUFRE TOTAL 0.30 MÁXIMO % PESOASTM D-
1266
PUNTO DE ESCURRIMIENTO 30 MÁXIMO OF ASTM D-97
PUNTO DE INFLACIÓN 100 MÍNIMO OF ASTM D-93
VISCOSIDAD CINEMÁTICA A 40
°CMIN. 1,7 CST. MÁX 4,1 ASTM D-445
INDICE DE CETANO 50 MÍNIMO ASTM D-976
RESIDUO CARBONOSO 0,35 MÁXIMO % PESO ASTM D-524
CENIZAS 0,01 MÁXIMO % PESO ASTM D-482
AGUA Y SEDIMENTOS 0,05 MÁXIMO % VOL.ASTM D-
1796
DESTILACIÓN 90% MIN. 540 OF MAX. 660 ASTM D-86
DIESEL IMPORTADO (VENEZOLANO):
Tabla 4.- ESPECIFICACIONES DEL DIESEL IMPORTADO6
Propiedad Diesel mediano Método de Ensayo
minimo maximo
Agua y sedimento - 0.10 COVENIN 422
Contenido de azufre % - 0.50 COVENIN 1133
Contenido de cenizas % - 0.01 COVENIN 2900
Corrosión lámina de Cu - 2 COVENIN 872
Destilación 90% vol rec - 360.00 COVENIN 850
Punto de Inflamación °C 60 - COVENIN 425
Residuo de Carbón % - 0.15 COVENIN 879
Viscosidad Cin. 40°C 1.60 5.20 COVENIN 424
Color - 2.5 COVENIN 890
6 Decreto Supremo 26276 2001
16
Punto de fluidez - 0.00 COVENIN 877
Gravedad específica - - COVENIN 1143
Número de Cetano 43.00 - COVENIN 1134
Es importante hacer notar que estudios de Swisscontact Bolivia indican lo
siguiente sobre el diesel nacional: “El diesel nacional, desde el punto de vista
ambiental es un excelente combustible: el Reglamento de Calidad de
Combustibles indica parámetros muy por debajo de los estándares de nuestro
combustible, por ejemplo se permite un índice mínimo de cetano de 45, cuando
nuestro combustible presenta un índice de 59; del mismo modo, se permite un
contenido máximo de azufre de hasta 0,2% (en masa) y el medido está entre
0,09 y 0,12%”7.
Así mismo, se debe tener en cuenta que el índice de cetano en el diesel es un
factor importante para las emisiones de HC, NOx y SO2, a menor índice de
cetano mayores niveles de emisión de gases contaminantes. Además, el diesel
de menor índice de cetano hace que los motores tarden en encender, sean más
ruidosos y funcionen de manera áspera. 8
5.3 CERTIFICACIÓN DE ORIGEN DEL COMBUSTIBLE DIESEL
No se pudieron obtener certificaciones de origen de las muestras de diesel
usadas en las pruebas, YPFB no provee dichas certificaciones.
La muestra del diesel boliviano se obtuvo de una estación de venta de
combustibles cercanos a la refinería Gualberto Vllarroel de Cochabamba. La
muestra de diesel importado se obtuvo en la ciudad de El Alto.
7 Semanas del Aire Limpio http://www.swisscontact.bo/sw_files/mdnmrykqlwv.pdf8 Effects of Cetane Number of Emissions From a Prototype 1998 Heavy-Duty Diesel Engine http://www.sae.org/technical/papers/950251
17
En pruebas posteriores se buscarán muestras que tengan certificaciones de
origen.
5.4 CURVAS DE POTENCIA DEL MOTOR DE PRUEBA
Efectuada la puesta en marcha del motor y alcanzando la temperatura de operación en relantí se procedió a efectuar las pruebas preliminares con el dinamómetro a 10% de carga y se obtuvieron los siguientes datos.
Fig. 8.- Especificaciones introducidas en el Software de Adquisición (fuente propia)
Tabla 5.- Datos de Potencia y Torque de Motor Isuzu
N RPMPotencia
HPPar Nm % Carga
1800 25,0 98,8 102000 28,8 102,5 102200 31,1 100,6 102400 34,7 103,0 102600 38,8 106,2 102800 40,6 103,2 103000 43,9 104,2 103200 46,8 104,1 103400 48,9 102,5 103600 50,6 100,1 103800 52,0 97,5 104000 54,9 97,7 104200 54,6 92,6 104400 53,1 86,0 104600 51,8 80,2 10
18
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
1800
2200
2600
3000
3400
3800
4200
4600
Potencia [HP]
Torque [Nm]
RPM
Curvas de Potencia y TorqueMotor Isuzu SO2
Fig. 9.- Curvas de Potencia de Motor Isuzu (fuente propia)
5.5 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES ANGULARES
REQUERIDAS POR EL PROTOCOLO Y TABLAS DE
PROTOCOLO
Los datos de la curvas de potencia y torque permitirán obtener las velocidades angulares, nlo y nhi de referencia de acuerdo al protocolo:
Las velocidades angulares mayor y menor son:
nhi = 2483 RPM, nlo = 1852.3 RPM, con esos datos se crean la tabla siguiente de pruebas
Tabla 6.- Modalidad de Pruebas según Protocolo
N° Modalidad
N RPM +/- (Velocidad Angular)
% de Carga+/- 2%
Tiempo de Pruebaminutos
1 (Relantí) 700 0 42 2010 100 23 2167.7 50 24 2167.7 75 25 2010 50 26 2010 75 2
19
7 2010 25 28 2167.7 100 29 2167.7 25 210 2325.3 100 211 2325.3 25 212 2325.3 75 213 2325.3 50 2
5.6 DETERMINACIÓN DEL FLUJO MÁSICO DE EMISIONES DEL
MOTOR A PARTIR DEL CONSUMO HORARIO DE
COMBUSTIBLE
Se ha determinado que el consumo promedio del motor de prueba es 2.5 Lt/hr, si la densidad del diesel es 0.85 Kg/Lt, entonces el consumo másico de diesel será de 2.125 Kg/hr y conociendo la relación A/F igual a 12.9 Kg de aire / Kg diesel, hallamos que el consumo de aire es de 27.42 Kg aire/hr. Efectuando un balance másico en la cámara de combustión del motor tenemos:
Fig. 10.- Flujo másico de emisiones a partir del consumo horario (fuente propia)
5.7 DEDUCCIÓN DE FÓRMULA PARA OBTENER UNIDADES DE
PROTOCOLO [gSO2/KW HR]
Las unidades del contenido de SO2 están en ppm lo cual significa: mg SO2 / Kg de productos de emisión, esta cantidad se debe dividir por la potencia instantánea desarrollada.
Ejemplo: sea la emisión de SO2 igual a 20 ppm y la potencia instantánea igual a 60 HP, hallar el contenido de SO2.
20
5.8 RESULTADOS EXPERMENTALES DE NIVELES DE EMISIÓN
DE SO2 DEL DIESEL NACIONAL E IMPORTADO
Se efectuaron las pruebas en trece condiciones de carga y velocidades en un
tiempo total de 40 minutos por tipo de combustible. La toma de datos de las
emisiones se efectuó a través de la sonda del analizador de gases directamente
acoplada al tubo de escape, el cual se mantuvo en el escape el tiempo
establecido. En el transcurso de la prueba se limpio el filtro de la sonda y se
constató una abundante presencia de material particulado, de ahí que esta
prueba debe ser complementada con la medición de la opacidad de acuerdo a
la norma NB 62004:2006.
La toma de datos de la temperatura se realizó a partir de una termocupla
permanente en el múltiple de escape.
Fig. 11.- Pruebas experimentales realizadas (fuente propia)
21
Tabla 7.- Resultados obtenidos con Diesel Nacional
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
700 2010 2167,7 2167,7 2010 2010 2010 2167,7 2167,7 2325,3 2325,3 2325,3 2325,3
RPM vs Niveles de Emisión para el Diesel Nacional
Fig. 12.- RPM vs Niveles de Emisión para el Diesel Nacional (fuente propia)
22
Tabla 8.- Resultados obtenidos con Diesel Importado
0
5
10
15
20
25
30
35
700 2010 2167,7 2167,7 2010 2010 2010 2167,7 2167 2325,3 2325,3 2325,3 2325,3
RPM vs Niveles de Emisión para el Diesel Importado
Fig. 13.- RPM vs Niveles de Emisión para el Diesel Importado (fuente propia)
Se efectuaron 5 intentos para completar los trece modos del protocolo. El manejo del dinamómetro y el ajuste tanto de la velocidad como de la carga requieren de mucha práctica y experiencia, la cual se irá adquiriendo realizando más pruebas.
23
5.9 COMPARACION DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos muestran claramente, que con el diesel importado,
las emisiones se incrementan en un 95% con relación a las emisiones con
el diesel de origen doméstico y la hipótesis planteada ha sido comprobada.
Así también se puede observar que las emisiones aumentan ligeramente con el
aumento de la carga.
No se pudo establecer una relación directa entre las temperaturas de operación
y los niveles de emisión.
La teoría plantea una relación lineal entre el contenido de azufre del diesel y las
emisiones de SO2 y los resultados obtenidos muestran igual tendencia.
Tabla 9.- Comparación de resultados
24
Un estudio de la Asociación de Salud Pública de Ontario, Canadá muestra una
fórmula que permite hacer las estimaciones de la cantidad másica de SO2 que
se genera en el consumo de combustible.
donde PM
es el peso molecular.
Si consideramos que 821000000 Lt se consumen de diesel boliviano, cuyo
contenido de azufre es de 1200 ppm o 0.12 % en peso entonces:
Procedemos de igual manera, con el cálculo para el diesel importado que
provee de 424000000 de Lt cuyo contenido de azufre es de 5000 ppm y usando
la fórmula se obtienen 3688800 Kg de SO2 causados por el diesel venezolano y
1714248 Kg de SO2 por el diesel nacional. Estos resultados convertidos a
toneladas evidencian que en Bolivia, se generan un total de 5403.04 Toneladas
de SO2 por año que se echan al medio ambiente en desmedro de seres vivos y
la biodiversidad, así como de los mismos motores diesel. Del total del SO2
generado en Bolivia el 68.3 % corresponde al diesel importado y su alto
contenido de azufre.
9 Improve Air Quality: Use Low Sulphur Diesel for Off-Road Vehicleshttp://www.opha.on.ca/media/briefingnotes/factsheet-offroad.pdf
25
6. IMPACTO NEGATIVO DEL SO2
6.1 IMPACTO DEL SO2 EN LA SALUD
Estudios epidemiológicos en Europa han encontrado relación con la
contaminación del aire debido al SO2 y material particulado. En muchos casos
existe relación entre la tos persistente con flema y el aumento del SO2 y el Nox.
Análisis estadísticos reportan también un aumento de bronquitis crónica,
enfermedades respiratorias y cáncer de los pulmones en poblaciones con altas
concentraciones de SO2 y el NOx. Los estudios y registros de seguros médicos
reflejan altos costos de tratamientos médicos por efectos adversos de la
contaminación ambiental en países con altos niveles de SO2 y material
particulado.
La situación empeora debido al material particulado que actúa conjuntamente
con el SO2, ya que el material particulado transporta el SO2 a las partes bajas
del sistema respiratorio. El SO2 sin material particulado sería absorbido por la
mucosa del tracto respiratorio. El material particulado y el SO2 reaccionan
formando ácido sulfúrico y bisulfatos de amonio conocidos como aerosoles
ácidos, los efectos de estos compuestos son letales para los asmáticos y
también causan bronquitis crónica ante exposiciones prolongadas. El SO2
precursor de los sulfatos particulados que irritan los ojos, el tracto respiratorio,
reducen la función de los pulmones, agravan los enfisemas y la bronquitis
crónica que puede llegar a ser mortal.
El material particulado (DPM) aspirado por los seres vivos conduce a la
irritación de los pulmones y afecciones respiratorias. Los efectos del DPM
varían considerablemente debido a la composición de diferentes sustancias que
lo coronen y varían en tamaño y en cantidad El MP puede ser potencialmente
cancerígeno y mutagénico. EL DPM de menor tamaño es el más dañino debido
a que llega a las partes bajas del sistema respiratorio causando enfermedades
cardiovasculares, bajando las defensas del sistema inmunológico a sustancias
extrañas, dañando el tejido pulmonar y causando cáncer de pulmón.
26
6.2 IMPACTO DEL SO2 EN LOS VEHICULOS
La reducción del azufre en los combustibles reduce el desgaste del motor10:
- Si disminuimos el contenido de azufre del diesel de 5000 ppm a
500 ppm, el desgaste del motor disminuye en un 33%
- Si disminuimos de 2500 ppm a 500 ppm el desgaste del motor
disminuye de un 10 a un 20%.
- El impacto sobre las propiedades fisicoquímicas de los lubricantes
del motor es proporcional al contenido de azufre en el diesel.
6.3 IMPACTO DEL SO2 EN LA TECNOLOGIA DE LOS VEHICULOS
Los motores de vehículos de reciente diseño están equipados con
catalizadores denominados trampas que disminuyen el contenido de
material particulado a un mínimo de 0.01 g/bhp-hr, para tal efecto, el diesel
debe ser del tipo ULSD (ultra low sulphur diesel), es decir con un contenido
de azufre menor a 15 ppm11.
Una importante fuente de obtención del ULSD es el proceso GTL (gas to
liquids) a partir del gas natural, sin embargo los costos de estos diesel son
mayores. La reducción de azufre permite una mejor operación de los catalizadores y
sensores de oxígeno.
10 Fuels and emissions lessons pdf11 Fuels and emissions lessons pdf
27
6.4 IMPACTO DEL SO2 EN EL MEDIO AMBIENTE
El humo del diesel o sus emisiones y el hollín o material particulado que
genera afecta a:
• Incrementar los niveles de Ozono
• Producir las lluvias ácidas,
• Al deterioro o muerte de las plantas y la biodiversidad
• Corroe edificaciones, monumentos, construcciones, metales y deteriora
pinturas
28
7. LOS NIVELES DE EMISIÓN DE SO2 EN LA REGIÓN Y EL MUNDO
A continuación se trascriben los antecedentes del Taller Regional sobre
Azufre en los Combustibles de Vehículos realizado en Quito organizado por
el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente PNUMA: “Los
países de América del Sur actualmente se encuentran en el proceso de
implementar numerosas medidas de gestión para controlar la calidad del
aire, incluyendo el mejoramiento en el monitoreo de la calidad del aire en las
zonas urbanas; las normas de control de emisión de gas de los vehículos
utilizando como base los estándares de Europa y Estados Unidos; y la
aplicación de normas más estrictas en la calidad de los combustibles. La
región de América del Sur ha enfrentado el uso de gasolina con plomo y,
países como Chile, Bolivia y Brasil están liderando la forma de disminuir los
niveles de azufre en combustibles de petróleo y diesel.
En Brasil están ganando terreno los vehículos y combustibles alternativos
con el apoyo gubernamental; y, los nuevos proyectos innovadores de la
transportación pública en Colombia son dos buenos ejemplos que testifican
los esfuerzos realizados con éxito para el mejoramiento de la calidad del aire
en las zonas urbanas. Chile y Ecuador también han puesto en marcha
proyectos de control de vehículos pesados a diesel retrofit, combinando la
tecnología de control de emisiones de gas con combustibles con bajo nivel
de azufre para los vehículos existentes. Se están revisando y volviéndose
más estrictas las normas de control de emisión de gas de los vehículos en
Perú, Argentina, Chile, y Brasil dónde las normas presentes y futuras son
similares a la Euro 2 a través de cuatro normas para vehículos que utilizan la
nueva gasolina ligera y vehículos a diesel.
29
Al momento en América del Sur hay suficiente espacio para el mejoramiento
de los estándares para vehículos y combustibles más limpios, y los países
pueden beneficiarse de la experiencia y conocimiento ganados por sus
países vecinos. Esto es especialmente verdad en lo relacionado a los
niveles de azufre en los combustibles para vehículos. Las altas
concentraciones de azufre en la gasolina y en el combustible a diesel
aumentan las emisiones de las fuentes móviles de contaminantes dañinos,
sobre todo de partícula de materia. Combinando los combustibles con un
alto nivel de azufre (particularmente el diesel) con la tecnología anterior de
los vehículos, se alcanza niveles de emisión inseguros de humo, hollín, y
partículas muy finas de materia que son extremadamente perjudiciales para
la salud humana.
Abordar la reducción del azufre en los combustibles y la tecnología de los
vehículos puede redundar en importantes resultados en el mejoramiento de
la calidad del aire, evitando los costos del cuidado de la salud humana,
además de otros beneficios medioambientales. En el Los niveles de azufre
de 500 ppm e inferiores permite el uso de ciertas tecnologías de control de
emisión que se encuentran actualmente vigentes en Europa, Asia, y Norte
América.
Por ejemplo, combustibles con 500 ppm o menor nivel de azufre permiten la
introducción de vehículos a diesel de última tecnología que están provistos
con catalizadores de oxidación de diesel. Esta calidad de combustible a
diesel también permite que ciertos vehículos pesados a diesel más antiguos,
puedan ser modificados con la tecnología de control de emisión; dichos
proyectos están en ejecución en Ecuador y Chile, y han tenido éxito en la
ciudad de México.
30
Con los niveles de 50 ppm de azufre o inferiores, son aún mayores las
reducciones en la emisión ya que los filtros de partícula de diesel y otras
tecnologías pueden utilizarse en los nuevos y en los vehículos ya existentes.
En América del Sur varían en los combustibles a diesel los niveles de azufre
desde 5.000 partes-por-millón (ppm) en Venezuela a 50 ppm, que ahora
está disponible en áreas metropolitanas de Chile. En comparación, Estados
Unidos y Europa actualmente están introduciendo el diesel de 10-15 ppm de
azufre. Países como Brasil, Perú y Argentina han implantado o están
planificando introducir en las ciudades o a nivel nacional para el 2009, diesel
al 50 de ppm. Otros países como Uruguay, Paraguay, y Venezuela todavía
tienen que reducir en sus combustibles significativamente los niveles de
azufre”.
Para tener un panorama de la situación mundial se muestra un mapa
diferenciado por colores que representan los conte idos de azufre en el
diesel. Los países desarrollados apuntan al uso del ULSD, es el caso de
Norte América y Europa.
31
Tabla 10.- Niveles de Azufre en el Combustible Diesel en Latinoamérica y en el Caribe
32
33
34
CONTENIDO DE AZUFRE EN EL DIESEL EN EL MUNDO
Fig. 14.- Contenido de Azufre en el Diesel en el Mundo
35
8. RECOMENDACIONES
El grupo de trabajo investigativo recomienda crear un nuevo D.S:
donde se instruya que el nivel de contenido de azufre sea de 500 ppm
como máximo.
Que el índice de cetano se establezca en 45 como mínimo.
Hacer todos los esfuerzos posibles para cambiar la matriz energética
al gas natural
Incentivar las investigaciones para producir el biodiesel con carácter
competitivo.
Producir más diesel nacional ampliando las refinerías de manera
inmediata,
Incentivar las investigaciones para la conversión masiva de motores
actuales a diesel a bicombustible diesel – gas natural
Incentivar la investigación para la industrialización del GN con el
proceso GTL ( gas to liquids) y obtener el diesel ULSD para consumo
interno y exportación.
36
9. BIBLIOGRAFÍA
¿Qué daño causa el Dióxido de Azufre al ser humano y al medio ambiente?Autor: Newtenberg http://www.sinia.cl/1292/fo-article-34242.pdf
International Diesel Rankings – Top 100 Low Sulphurhttp://www.acetech.com.my/Download/Information_Sharing/International%20Fule%20Quality%20Ranking.pdf
Frequently Asked Questions on Diesel Emissions and Diesel-Emission Control Technologieshttp://www.catalysts.basf.com/Main/download.axd/ed04227dc138459d86088715b99303ad.pdf?d=FAQ-Diesel-PTX.
Fuels and Emissions Lester Wyborny II U.S. Environmental Protection Agency Office of Transportation and Air Qualityhttp://www.adb.org/Documents/Events/2001/RETA5937/New_Delhi/documents/nd_04_wyborny.pdf
Caracterización de la combustión del biodiesel de aceite de palma en un motor dieselhttp://energiaycomputacion.univalle.edu.co/edicion27/27art5.pdf
DYNOmite Owner's Manualwww.land-and-sea.com
Manual Analizador de Gases Eurotronhttp://www.eurotron.com/eurotron/dettaglio_prodotto.aspx?ID=68&IdProdotto=62
Latin America and the Caribbean Sulphur Levels in Diesel Fuelshttp://unep.org/pcfv/PDF/MatrixLACSulphurJan09.pdf
Maintaining Diesel Engines for Emissions ControlSean McGinnMcGinn Integration Inc.www.deep.orgwww.www.dieselnet
Nonroad Diesel Emission StandardsStaff Technical Paperhttp://www.epa.gov/nonroad-diesel/r01052.pdf
37
Reglamento en Materia de Contaminación Atmosféricahttp://www.minagua.gov.bo/vbrfma/modules/leyes/archivos/RMCA.pdf
“Escenario actual del Diesel en Paraguay Escenario actual del Diesel en Paraguay”Lic. R Lic. Régis Sawitzkihttp://www.unep.org/pcfv/PDF/Paraguay-Seminario20080903.pdf
38
