Metodologías para el cálculo de la calidad de la combustión en motores Bazán

2. ABSTRACT
   
3. INTRODUCCIÓN
4. MATERIALES Y
   MÉTODOS
5. RESULTADOS Y
   DISCUSIÓN
6. CÁLCULO
   ECONÓMICO
7. CONCLUSIONES
8. BIBLIOGRAFÍA

RESUMEN

 La falta de una verdadera metodología destinada al cálculo de
los productos de
la combustión con el combustible fuel oil fue una de las
causas fundamentales que condujeron a la realización de
este trabajo
investigativo. La determinación de los gases de
escape en los motores Bazán Man B&W es de gran
importancia práctica debido a la zona donde está
enclavada la Centra Diesel Eléctrica de Cayo Coco, la cual
es una zona protegida y de un alto valor natural.
En este trabajo se determinan los productos residuales de la
combustión por medio de dos metodologías
teóricas de cálculo, y una vía de
determinación de los productos de la combustión por
medio del instrumento analizador de gases QUINTOX de reciente
puesta en funcionamiento en la empresa. Se
determinan los productos de la combustión mediante las
metodologías propuestas por Jóvaj 1987 y
Tecnum 2001, las cuales trabajan los cálculos de
los productos de la combustión por vías distintas.
Mediante estas metodologías se determinan las cantidades
de gases de escape que producen a la atmósfera estos
motores de alta potencia,
pudiéndose establecer un análisis estadístico con los
datos reales
obtenidos por medio del analizador de gases, para determinar el
coeficiente de variación y la fiabilidad de los
resultados, con el objetivo de
determinar si hay diferencias significativas entre los resultados
obtenidos para posteriormente analizar si las emisiones
están dentro de los rangos establecidos por las normas
internacionales para áreas turísticas y ecosistemas
protegidos.

ABSTRACT

The lack of a true methodology dedicated to the
calculation of the combustion products with combustible fuel oil
was one of the fundamental causes that took me to carry out this
investigative work. The determination of escape gases in the MAN
motors is of great practical importance due to the area where it
is located Cayo Coco Electric Diesel Centre, which that is a
protected zone and of a high natural value. In this work the
residual combustion products are determined by means of two
theoretical calculation methodologies, and a way to the
determination of the combustion products by means of the analyzer
gas
instrument QUINTOX, recently put in function in the
company. The combustion products are determined by means of
Jóvaj 1987 and Tecnum 2001 methodologies,
which has worked the combustion calculus products for a different
ways. By means of these methodologies the quantity of escape
gases that they produce in the astrosphere are determined these
motors of high power, being able to establish a statistical
analysis with the real data obtained with the gas analyzer for
they determine the variation coefficient and the reliability of
the results, with the objective of determining if there is
significant difference among the results it stops later on to
analyze if the emissions are inside the established ranges for
international norms for tourist areas and protected
ecosystems.

Palabras Claves: gases de escape, combustión,
metodologías de cálculo, analizador de
gases.

Keywords: escape gases, combustion, calculation
methodologies, gas analyzer.

INTRODUCCIÓN

Hace algunos años, puede que un trabajo como este
hubiese tenido que empezar explicando la importancia de preservar
el medio ambiente
y justificando las razones por las que seria necesario hacerlo.
Pero, la sociedad en
general ha experimentado un cambio
sorprendente y la conservación del medio se ha convertido
en una de las prioridades en los países. Aunque ya se ha
avanzado mucho, no se debe olvidar los retos que todavía
quedan pendientes, y esa es la idea que nos llevo a comenzar este
trabajo. Pensaba tratar algún tema relacionado con el
medio ambiente y la
ecología,
y uno de los más preocupantes en los últimos
años, a mi entender, es la
contaminación.

La combustión interna del combustible en los
motores se entiende como una combinación violenta, con
desprendimiento de calor
(reacción exotérmica) y radiación
luminosa, del oxígeno
del aire con el
carbono,
hidrógeno, azufre nitrógeno y otros
compuestos (proceso de
oxidación) que constituyen los elementos activos de los
combustibles sólidos, líquidos y gaseosos,
provocando la generación de luz u otra forma
de energía; además dicha combustión se
efectúa en proporciones de peso bien determinadas, y son
los únicos elementos que aportan calor.

Para una combustión perfecta del oxígeno
con el carbono, hidrógeno, azufre, nitrógeno y
demás compuestos del combustible se necesita por cada
átomo
de carbono dos átomos de oxígeno, formando el gas
anhídrido carbónico (CO2),
también se puede combinar un átomo de carbono con
uno de oxígeno formando el gas monóxido de carbono
(CO); este gas debe evitarse porque la combustión del
carbono en forma de CO propicia las emisión de los gases
de efecto
invernadero. El hidrógeno se combina siempre en
proporción de un átomo con dos de oxígeno
formando el H2O, el azufre se combina en
proporción de un átomo con dos de oxígeno
formando el gas anhídrido sulfuroso (SO2); este
gas es perjudicial porque al enfriarse los productos de la
combustión, el agua
precedente de la combustión del hidrógeno se
condensa y reacciona con el SO2 formando ácido
sulfúrico (H2SO4), el cual es
sumamente corrosivo. El nitrógeno necesita por cada
átomo dos átomos de oxígeno, formando el
dióxido de nitrógeno y otros compuestos
nitrogenados.

La combustión es el proceso térmico de
mayor interés
práctico por su escala de
utilización mundial, siendo a la vez muy fácil de
realizar y muy difícil de estudiar.

En este trabajo se describen los elementos fundamentales
del proceso de combustión (combustibles, comburentes y
productos de combustión), y se estudia el balance de
materia de las
reacciones
químicas de combustión (estequiometría).

Los combustibles residuales (Fuel Oil) son de reciente
explotación en la empresa, por
medio de la instalación de una novedosa planta de control
automático en el año 1999, capaz de combustionar
además del conocido combustible Diesel los ya mencionados
combustibles residuales, lo que hace que la instalación de
esta tecnología sea económicamente
rentable y factible, amortizando el consto de su inversión en un período corto de
tiempo,
repercutiendo significativamente en eso los bajísimos
precios de los
residuales con respecto al Diesel.

Para determinar la calidad de la combustión
partimos del análisis físico inmediato del
combustible que nos permite determinar la composición de
los elementos que lo componen (método de
laboratorio) y
nos puede dar una idea de su comportamiento
durante la combustión; pero se requiere calcular por
ejemplo el aire de la combustión necesario y otros
parámetros importantes para tener un punto de vista de los
requerimientos teóricos de los motores, sin embargo
ninguno de éstos análisis nos dirá en forma
segura el comportamiento del combustible durante la
combustión, es decir si el combustible tiene tendencia a
aglutinarse o a formar escorias, entonces se requiere un ensayo
directo del combustible.

La mayoría de los combustibles industriales son
mezclas de
numerosas substancias, formadas, en el caso de líquidos, y
particularmente en los sólidos, por moléculas
estructuralmente muy complejas. Para estos combustibles se conoce
sólo el análisis elemental, de manera que es
preferible desarrollar un procedimiento de
cálculo general, que sirva para cualquier combustible, ya
sea un gas tan simple como el metano, o un
material tan heterogéneo como el carbón. Por lo que
en el presente proyecto se
incluyen dos metodologías teóricas de calculo
aplicadas a la combustión del los motores Bazán Man
B&W las cuales tratan de suplir la falta de literatura en este aspecto.
Nuestro trabajo pretende poner en manos de nuestros
técnicos y profesionales estas armas, que le
simplifique el trabajo y
que les sirvan en la lucha por la optimización del uso de
los combustibles y control de su combustión; que es en fin
la lucha por el aprovechamiento de nuestros recursos
económicos y la lucha por el desarrollo del
país.

1. MATERIALES Y
   MÉTODOS

El presente proyecto investigativo fue desarrollado en
la Central Eléctrica de Cayo Coco, en el polo
turístico Jardines del Rey al norte de la provincia de
Ciego de Ávila (Cuba) donde
existen 3 motores Bazán Man B&W de fabricación
española a los cuales se les realizó un estudio
sobre la calidad de su combustión con el combustible fuel
oil derivado del petróleo cubano durante todo período
del 2003.

Tabla . Propiedades
principales de algunos petróleos residuales utilizados en
el mundo.

Tabla 2. Propiedades
medias principales de algunos petróleos crudos utilizados
en el mundo

Tabla: 3. Normas que se tienen en cuenta en el
análisis del combustible en la empresa

Los estándares de la norma Internacional ASTM,
formalmente reconocida como la Sociedad Americana para Prueba y
Materiales es
por la que se rigen los estados americanos y sirven como base
para más de 130 industrias
variadas, manufactura,
gestión
y actividades de regulación. ASTM International, provee
estándares que son aceptados y usados en investigación y desarrollo, prueba de
productos, sistemas de
calidad y transacciones comerciales alrededor del mundo.
(http://www.astm.org)

1. Datos técnicos del motor
   Bazán Man B&W

A continuación se expone las principales
características técnicas
del Motor Bazán, además una descripción del diseño
de los conjuntos y
grupos de
piezas. Se insertan también los diferentes
parámetros por los que se deben regir los
compañeros de explotación, a los que se debe
brindar especial atención para lograr un correcta
explotación del motor. Se da una panorámica de los
principales defectos que estos han presentado desde su puesta en
marcha en Agosto de 1999.

Datos técnicos del motor. [Ver
Anexos]

• Fabricante: Bazán Man B&W,
• País: España.
• Tipo: Diesel 6L 40/45 de cuatro tiempos,
  estacionario, turboalimentado, y con refrigeración del aire de
  sobrealimentación, inyección directa,
  émbolos buzos refrigerados por aceite,
  culatas y camisas refrigeradas por agua dulce, arranque por
  aire comprimido.
• • Peso total del motor: 61 toneladas.
  • Potencia mecánica continua, a máxima
    revoluciones: 3630 Kw.
  • Número de revoluciones: 600
    r.p.m
  • Presión media efectiva del embolo: 21,4
    bar. (2.14 MPa)
  • Presión de encendido: 145 bar. (14.5
    MPa)
  • Velocidad media del embolo: 9 m/s
  • Consumo de combustible:

A plena carga 184,5 ± 5 % g/kwh

A 85% de carga 181,5 ± 5 % g/kwh

A 75% de carga 182,5 ± 5 % g/kwh

A 50% de carga 191,3 ± 5 % g/kwh

• Número de cilindros: 6 en
  línea.
• Diámetro de los cilindros: 400 mm
• Carrera del embolo: 450 mm.
• Cilindrada de un cilindro: 56,55 dm
• Cilindrada total: 339,3 dm
• Relación de compresión: 12,5 bar.
  (12,75 kg/cm2)
• Orden de encendido: 1-3-5-6-4-2-1

Descripción sinóptica del
equipo

El motor es de ciclo de cuatro tiempos de simple efecto,
de émbolos sumergidos, con turbosobrealimentación
accionada por los gases del escape y refrigeración del
aire de sobrealimentación.

1. El cárter es de fundición gris,
   de una sola pieza caracterizándose por su gran rigidez,
   con grandes aberturas laterales permitiendo un fácil
   acceso al mecanismo de fuerza, las
   tapas de los cojinetes del cigüeñal están
   atornilladas por la parte inferior y arriostradas lateralmente
   con el cárter. La bandeja de aceite es de chapas de
   acero,
   sirviendo solamente como deposito colector desde el cual el
   aceite fluye hacia su propio depósito. La
   lubricación del motor es uno de los factores más
   importantes para lograr el buen funcionamiento y la mayor
   duración del mismo. La lubricación tiene como
   objetivo, formar una película de aceite lubricante entre
   las piezas móviles del motor, con el fin de reducir su
   rozamiento y su temperatura.
2. Los casquillos del cojinete del
   cigüeñal son de acero con una delgada capa de
   rodadura, y el de ajuste presenta anillos axiales de
   rodadura.
3. Las camisas de cilindros son de
   fundición de hierro
   especial, dándole a la pestañas de la misma una
   fortaleza relativamente alta, el taladrado se le realizo de
   forma especial permitiendo que el agua que procede de una
   estrecha cámara anular existente en el cárter
   refrigere intensamente la camisa en la zona de la cámara
   de combustión, además estas disponen de agujeros
   de engrase para lubricar el deslizamiento del pistón.
   Estas son colocadas en la parte superior del
   cárter.
4. Las culatas, de fundición de hierro,
   están unidas al cárter mediante 8 tornillos y
   tuercas. En cada una de ellas aparecen incorporadas dos
   válvulas de admisión, dos de
   escape, una de inyección del combustible, y una de
   arranque.
5. El cigüeñal es forjado, para
   conseguir una buena compensación de masas en las
   muñequillas, presenta seis muñones de biela y
   siete apoyos, además está provisto de los
   correspondientes contrapesos, la rueda dentada de accionamiento
   de la distribución.
6. El amortiguador de vibraciones está
   diseñado como amortiguador de manguitos elásticos
   y se encuentra montado en el cigüeñal al lado
   opuesto al acoplamiento.
7. La biela está compuesta por el
   vástago que se une a la cabeza por cuatro tornillos de
   dilatación, la cabeza compuesta por dos mitades y el
   pie.
8. El árbol de levas está montado
   en un lateral del cárter, al igual que el
   cigüeñal se apoya en casquillos de acero con capas
   de rodaduras. Es accionado por el cigüeñal mediante
   ruedas dentadas, accionando este las bombas de
   inyección por medio de los empujadores de rodillo y
   mediante varillas de empuje los balancines y estos las
   válvulas de admisión y escape.
9. Las válvulas de admisión
   están equipadas con giraválvulas rotocap. Los
   anillos del asiento están montados sobre la culata al
   igual que las guías.
10. Las válvulas de escape están
    equipadas con aspas rotativas, impulsadas por la corriente de
    los gases de escape. Estas son montadas en cajas de
    válvulas refrigeradas, permitiendo esto que cada una
    pueda se desmontada sin tener que sacar la culata. (Manual de
    instrucciones para motores diesel)

1. La reacción de combustión se resume
   de la siguiente manera: Combustible + Comburente =
   Productos de combustión.

   La combustión de los carburantes en el
   cilindro del motor es un proceso químico complejo.
   Analicemos las reacciones químicas finales de los
   elementos componentes del combustible con el oxígeno
   del aire.

   Cuando la combustión del combustible es
   completa los productos de la combustión están
   formados por anhídrido carbónico, vapor de
   agua, oxígeno sobrante respectivamente. En estos
   casos la oxidación del carbono y hidrógeno
   del combustible corresponden a las ecuaciones químicas {1} y
   {2}. (http://www.tecnun.es/asignaturas/termo/Temas/Tema11-Combustion.pdf)

   El balance de materia de las reacciones
   químicas se denomina
   estequiometría. Siempre se plantea en
   moles:

   Carbono:

   carbono +
   oxígeno ® dióxido de carbono +
   calor {1}

   1 kmol C + 1 kmol
   O2 ®
   2 kmol CO2

   Pesos moleculares:

   M (C) = 12 kg/kmol M
   (O2) = 32 kg/kmol M (CO2) = 44
   kg/kmol

   12 kg C + 32 kg
   O2 ® 44 kg
   CO2

   Hidrógeno:

   hidrógeno +
   oxígeno ®
   vapor de agua + calor {2}

   1 kmol H2 + 0,5 kmol
   O2 ®
   1 kmol H2O

   Pesos moleculares:

   M (H2) = 2 kg/kmol M
   (O2) = 32 kg/kmol M (H2O) = 18
   kg/kmol

   2 kg H2 + 16 kg
   O2 ® 18 kg H2O
   [15]

   La reacción de combustión de una
   molécula de combustible requiere de varias
   moléculas de oxígeno, en función del número de carbonos
   e hidrógenos de que esté compuesta. Como se
   puede observar en las anteriores expresiones por cada dos
   hidrógenos que haya en el combustible, requieren un
   átomo de oxígeno, para formar una
   molécula de agua; y cada carbono requiere dos
   átomos de oxígeno, para formar una
   molécula de dióxido de carbono. Con esa
   forma, se obtiene una combustión completa.
   (Gómez)

2. El proceso
   teórico de combustión

   Es la reacción de combustión total,
   pasando todo el C a CO2 y H a H2O. Es
   una característica del combustible,
   independiente del proceso de combustión
   posterior.

   C8H18 +
   a (O2 + 3,76 N2)
   ® b
   CO2 + c H2O + d
   N2

   El ajuste de la ecuación se realiza con
   balances individuales (C, H, O, N,…). De esta
   manera, se puede deducir la ecuación química
   estequiométrica:

   C8H18 +
   12,5 (O2 + 3,76 N2)
   ® 8 CO2
   + 9 H2O + 47 N2

3. Reacción
   teórica

   Los cálculos desarrollados en este
   epígrafe fueron realizados según la
   metodología propuesta por Jóvaj en sus
   libros
   Motores de Automóviles y Vsórov en su
   libro
   Manual de motores Diesel para tractores. La
   metodología Tecnum es propuesta por el Campus
   Tecnológico de la Universidad de Navarra y fue publicada en
   Internet
   en 2001, por lo que es una metodología muy reciente
   que la anterior; pero los resultados entre ellas no deben
   diferir en rangos significativos.

   Datos de los
   combustibles:

   Pesados:

   C = 85.03 %

   H = 11.28 %

   S = 2.81 %

   N = 0.58 %

   O = 0.30 %

   H2O (l) = 0.10 %

    

   Masa
   Molar:

   Aire = 28.97 kmol Agua = 18 kmol Dióxido de
   azufre = 64 kmol Combustible = 144 kmol

   Dioxigeno = 32 kmol Dióxido de carbono =
   44 kmol Dinitrógeno = 28 kmol

   Dióxido de nitrógeno = 46
   kmol Dihidrógeno = 2 kmol Monóxido de
   carbono = 28 kmol

   Masas
   atómicas

   Carbono = 12 Hidrógeno = 1 Azufre =
   32 Nitrógeno = 14 Oxígeno = 16

   Condiciones
   Normales:

   Temperatura = 0 ºC = 273 K
   Volumen
   = 22.4 l/mol Coeficiente de exceso de aire = 1.6
   Salida de los gases por la
   chimenea

   R Universal = 8314 Temperatura = 340
   ºC = 613 K

   Presión = 1 Atm = 103452.825
   Pa

4. Cálculos de los
   productos de la combustión
5. Cálculo de la
   composición de los productos de la combustión
   según Jóvaj y Vsórov.

La menor cantidad de oxigeno
que se necesita
suministrar desde el exterior al combustible para su completa
oxidación se denomina cantidad teórica de
oxígeno. Para la combustión de 1 kg de
combustible se necesita la siguiente cantidad de
oxígeno:

kg

Se llama aire teóricamente necesario a la
cantidad de aire que es suficiente para quemar por completo 1 kg de
combustible y que está calculada según proporciones
estequiométricas. En los motores de combustión
interna el oxígeno necesario para la combustión se
encuentra en el aire que se introduce el cilindro durante el
proceso de admisión. Considerando que el contenido en masa
de oxígeno en el aire es aproximadamente 23% y en volumen
21%, obtendremos respectivamente la cantidad teórica de
aire necesaria para la combustión de 1 kg de combustible,
en kg: (Jóvaj, Máslov 1987)

La cantidad de aire teóricamente necesaria
es: =
13.949 kg

Donde C, H, S, N y O son los contenidos en masa de estos
elementos en el combustible; 0.23 es el contenido en masa de
oxígeno en el aire. (Vsórov 1986)

En esta metodología se incluyen los
cálculos de la combustión del nitrógeno, la
formación de anhídrido nitroso y anhídrido
sulfuroso del combustible que en la metodología propuesta
por Jóvaj, Vsórov y Tecnum se
desprecian por el bajo contenido de nitrógeno,
anhídrido nitroso y anhídrido sulfuroso que
presenta 1 kg de combustible. En esta metodología
también se trabaja con 1 kg de combustible por comodidad;
pero en la empresa se queman diariamente de 400 a 500 kg de
combustible donde los contenidos de nitrógeno,
anhídrido nitroso y anhídrido sulfuroso son
significativos. Los valores
del nitrógeno, la formación de anhídrido
nitroso y anhídrido sulfuroso fueron determinados por
balanceo de ecuaciones químicas de las
reacciones.

La cantidad real de aire, que se introduce en el
cilindro para quemar 1 kg de combustible es: kg

La cantidad total de mezcla aire-combustible que
va a entrar al cilindro será:

Cantidad
de combustible en kg + aire real = kg

La combustión en los motores Diesel se opera con
exceso de aire, o sea a
> 1 en todos los regimenes de
trabajo. Partiendo de las reacciones de combustión de los
elementos que forman parte del combustible, la cantidad de gases
que se generan, se determinan según las fórmulas
que siguen, en kilogramos de gas por kilogramo de
combustible:

Cantidad de anhídrido carbónico
Cantidad de vapor de agua recalentado

kg kg

La cantidad de oxígeno que no reacciona
durante la combustión y que se encuentra en los gases de
escape es: kg

La cantidad de nitrógeno que hay en los
gases de escape es:

kg

En los motores Diesel con sobrealimentación
(Bazán Man B&W) en el cálculo del O2
y el N2 el coeficiente de exceso a se multiplica por el coeficiente de
barrido =
(1.03 – 1.04).

Cantidad de anhídrido nitroso Cantidad de
anhídrido sulfuroso

kg kg

La cantidad total de los productos de la
combustión es:

kg
(Vsórov 1986)

Determinación de la cantidad de mezcla
combustible y los productos de la combustión en
moles. Al hacer el cálculo térmico del
motor para determinar sus dimensiones principales es necesario
expresar la cantidad de mezcla combustible y de los productos de
la combustión en moléculas kilogramos (kmol). Para
poder hacer el
cálculo en kmol hay que dividir la masa de la mezcla
combustible y de cada uno de los gases que componen los productos
de la combustión por sus masas moleculares respectivas.
(Jóvaj, Máslov 1987)

Cantidad teórica de oxígeno:
kmol

La cantidad de aire teóricamente necesaria
es:

Al dividir por la masa molecular de aire =28.97, la cantidad teóricamente se
expresará en kilomoles de aire por 1 kg de
combustible:

kmol

La cantidad real de aire, que se introduce en el
cilindro para quemar 1 kg de combustible en kilomoles es:
kmol

Cantidad de mezcla aire-combustible en kilomoles
que va a entrar al cilindro. En el motor Diesel la mezcla
aire-combustible se forma en la cámara de
combustión durante la inyección del combustible al
final del proceso de compresión y en el transcurso del
proceso de combustión.

Cantidad
de kg combustible / masa molar del combustible + aire
real

kmol (Jóvaj, Máslov
1987)

Las fracciones de los productos de la
combustión en kilomoles serán:

La del anhídrido
carbónico La del vapor de agua
recalentado

kmol kmol

La del oxígeno La del
nitrógeno

kmol
kmol

La del anhídrido nitroso La del
anhídrido sulfuroso

kmol kmol (Vsórov 1986)

Cuando el combustible arde totalmente los productos de
la combustión están constituidos por
anhídrido carbónico, vapor de agua, oxígeno
sobrante, nitrógeno, azufre y demás compuestos que
se han formado como consecuencia de la reacción
química. La cantidad total de productos de la
combustión (en kmol), referida a 1 kg de
combustible es:

kmol

La cantidad total de productos de la
combustión:

Al quemar el carburante líquido el número
de moles (volumen) siempre sufre cierto incremento. Esto
significa que como consecuencia de la combustión del
carburante líquido adicionalmente aumenta la presión a
volumen constante o bien se cumple trabajo útil
suplementario a presión constante. La
variación o incremento de volumen de la cantidad de moles,
como resultado de la combustión será: kmol
(Jóvaj 1987)

La variación de volumen que se produce durante la
combustión se suele apreciar por la relación, en
kmol, de la cantidad de productos de la combustión
a la cantidad de
carga fresca .
Esta relación se designa por medio de y recibe el nombre de
coeficiente teórico variación molecular de la
mezcla fresca:

Ligero: (Manual del Operador KM9106 1997)

• Condiciones reales: Gases de escape en
  % m/m

Cantidad de anhídrido
carbónico Cantidad de vapor de agua
recalentado

% %

Cantidad de oxígeno Cantidad de
nitrógeno

% %

Cantidad de anhídrido sulfuroso Cantidad
de anhídrido nitroso

% %

La cantidad total de gases de escape producto de la
combustión es:

%
(Jóvaj 1987)

1. Cálculo de la
   composición de los productos de la combustión
   según Tecnum.

Esta metodología fue publicada en Internet por el
Campus Tecnológico de la Universidad de Navarra, la cual
nosotros incluimos en nuestro para comprobar los resultados de
los cálculos teóricos de la metodología
propuesta por lo libros consultados y esta metodología
puesto que esta realiza los cálculos por una vía
distinta a la propuesta por los libros y es de más
reciente publicación.

Base de cálculo: 1 kg de combustible.
Reacción teórica: (en kmol). Combustible Fuel Oil
pesado. Según [15]

Cálculo de a (oxígeno
teórico): balances individuales de las especies
atómicas:

C: 0.8503/12 = b = 0.071 kmol
CO2

S: 0.0281/32 = c = 0.001 kmol
SO2

H2: 0.1128/2 + 0.001/18 = d = 0.056
kmol H2O (l)

O2: (0,001/18) · (1/2) + a =
b + c + d/2 Þ a = 0.1 kmol
O2

N2: a · (79/21) = e =
0.376 kmol N2

Luego la reacción teórica es, en
kmol por 1 kg de combustible:

Reacción real:

Cálculo de f, g, h, i, j: balances
individuales de las especies atómicas:

C: 0.8528/12 = f + 264.99 f
Þ f =
0.0003 kmol CO

Þ 264.99
f = 0.071 CO2

S: 0.0275/32 = g = 0.001 kmol
SO2

H2: 0.1128/2 + 0.1/18 = h = 0.056
kmol H2O (g)

O2: (0.001/18) · (1/2) + (1.6)
· (1.04) · (0.1) = f /2 + 264.99 f +
g + h /2 + i

Þ i = 0.067 kmol
O2

N2: (1.6) · (1.04) · (0.1)
· (79/21) = j = 0.626 kmol N2

Luego la reacción real es, en kmol por 1 kg
de combustible:

(Gómez)

Cantidad de productos de la combustión de
la reacción teórica en kg:

Cantidad de Monóxido de
carbono

kg

Cantidad de anhídrido carbónico
Cantidad de vapor de agua recalentado

kg kg

Cantidad de oxígeno Cantidad de
nitrógeno

kg
kg

Cantidad de anhídrido
sulfuroso

kg

La cantidad total de los productos de la
combustión es:

kg

• Condiciones reales: Gases de escape en
  % m/m

Cantidad de anhídrido
carbónico

Cantidad de anhídrido
carbónico Cantidad de vapor de agua
recalentado

% %

Cantidad de oxígeno Cantidad de
nitrógeno

% %

Cantidad de anhídrido
sulfuroso

%

La cantidad total de gases de escape producto de
la combustión es:

%
(Jóvaj, Máslov 1987)

Estas dos metodologías de cálculo fueron
reproducidas en hojas de cálculos realizadas en Microsot
Excel las
cuales calculan los elementos de los gases de escape importantes
para determinar las emisiones de sustancias nocivas al medio
ambiente. Es importante destacar que en las metodologías
de cálculo consultadas no se determinan gases de escapes y
en las hojas de
cálculo propuestas si están detenidamente
calculados en las diferentes unidades internacionales de
medida.

La relación CO2/CO se determinó
en el análisis de los gases de escapes hecho en el motor
número 3, donde se determinó por el método
práctico las emisiones de los gases para compararlos con
los resudados teóricos.

1. Resultado de la combustión en kg y % m/m
   Productos de la combustión	Metodología 1 (Jóvaj)		Metodología 2 (Tecnum)		Metodología 3 (Analizador de Gases)
   	3.118 kg	12.88 m/m	3.106 kg	13.03 m/m	—	11.23 m/m
   	1.015 kg	4.19 m/m	1.016 kg	4.26 m/m	—	—
   	2.130 kg	8.80 m/m	2.129 kg	8.93 m/m	—	9.51 m/m
   	17.87 kg	73.82 m/m	17.52 kg	73.51 m/m	—	—
   	0.019 kg	0.079 m/m	—	—	—	—
   	0.056 kg	0.23 m/m	0.056 kg	0.24 m/m	—	—
   	24.21 kg	100	23.83 kg	99.97 m/m	—	20.74 m/m

   En la metodología 3 se determinaron varios
   parámetros del combustible pero CO2 y el
   O2 son los únicos comunes con las otras dos
   metodologías. Los restantes parámetros del
   combustible, comunes con las otras dos metodologías no
   se pudieron determinar por carencias de costosas sondas
   necesarias para la ello.

   Como se puede observar a simple vista no existen
   diferencias significativas entre los parámetros de las
   metodologías y eso lo demuestra el posterior
   análisis de varianza que realizamos. Para determinar
   si existían diferencias significativas se realizaron
   las pruebas de
   Duncan y Tukey en el SPSS para Windows
   dando como resultado diferencias no considerables.

2. RESULTADOS Y
   DISCUSIÓN
3. CÁLCULO
   ECONÓMICO

En la Central Diesel Eléctrica de Cayo Coco, se
está utilizando en la generación el combustible
fuel oil nacional, debido al bajo costo de
producción, transportación y la estabilidad de
su suministro, lo que se hace más competitivo que las
importaciones que
se pudieran realizar de un fuel oil de mejor calidad, sumando a
esto los costos del flete
y la inestabilidad de los proveedores
producto al bloqueo al que está sometido nuestro
país y a los elevados precios que ha alcanzado el
combustible por las crisis
internacionales producidas por la guerra de
Irak, lo que
ha hecho que el país no pueda adquirir este producto vital
para el desarrollo de la economía y el
bienestar de nuestro pueblo, de ahí la estrategia del
estado de
garantizar la generalidad de la generación de la electricidad con
crudo cubano.

Tabla 5. Precios del fuel oil pesado en el mercado
internacional y el interno de cuba

La Central Diesel Eléctrica de Cayo Coco presenta
un consumo
específico de combustible promedio de 9.28
toneladas/días. Teniendo en cuenta el ahorro por
toneladas equivalentes que se muestra en la
tabla anterior se llegó a la siguiente conclusión:
(Jiménez 2003)

Tabla 6. Ahorro de USD al utilizar fuel oil pesado
nacional en comparación con las
importaciones.

CONCLUSIONES

A lo largo del trabajo hemos desarrollado aspectos que
creemos son de suma importancia tanto para la
determinación de las cantidades de sustancias
tóxicas emitidas a la atmósfera como para la
valoración económica realizada, lo que nos ha
llevado a concluir diciendo:

1. Se pudo determinar los niveles de emisiones de gases
   tóxicos al ambiente.
2. Se estableció la comparación de los
   resultados de las tres metodologías y comprobamos que no
   existen diferencias significativas entre sus
   resultados.
3. La combustión del motor con el fuel oil
   nacional se encuentra en los parámetros correctos de
   emisiones de gases.
4. El medio ambiente circundante se encuentra fuera de
   peligro de contaminación.
5. Existen perdidas de combustible y dinero por
   concepto de
   disminución de la carga de trabajo de los
   motores.
6. Es más beneficioso para la empresa y para el
   país consumir combustibles nacionales porque abaratan
   los precios del mismo.

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Ing. Adrians Esquivel Romero

24 años

Facultad de Ingeniería.

Universidad de Ciego de Ávila. Carretera a
Morón Km 9½. Ciego de Avila.
Cuba

E-mail:

Especialidad: Ingeniero Mecanizador de la
Producción Agropecuaria.