combustibles

Tipos de Combustibles Asignatura: MEE421 Industria Elctrica I

Equipo 1: Rodrigo Saez, Silvana Hidalgo, Manuel Alvarez, Hctor Castillo, Henry Grino y Sebastian Amaro.

Introduccin

Combustible es cualquier material capaz de liberar energa cuando se cambia o transforma su estructura qumica. Supone la liberacin de una energa de su forma potencial a una forma utilizable (por ser una reaccin qumica, se conoce como energa qumica). En general se trata de sustancias susceptibles de quemarse y de entrar en combustin, pero hay excepciones que se explican a continuacin.

La principal caracterstica de un combustible es su poder calorfico, que es el calor desprendido por la combustin completa de una unidad de masa (kilogramo) de combustible. Este calor o poder calorfico, tambin llamado capacidad calorfica, se mide en Joule o, calora o BTU, dependiendo del sistema de unidades.

La mayora de los combustibles usuales son compuestos de carbono e hidrgeno, que al arder se combinan con el oxgeno formando dixido de carbono (CO2) y agua (H2O) respectivamente.

Los combustibles se clasifican en slidos, lquidos y gaseosos. Entre los combustibles slidos se incluyen el carbn, la madera y la turba. Los combustibles lquidos son el diesel, el querosn o la gasolina (nafta, bencina) y los gaseosos, como el gas natural, metano, etano, propano, butano, pentano, hexano, heptano, octano o los gases licuados de petrleo (GLP) que corresponde a mezcla de propano y butano.

Se llaman tambin combustibles las sustancias empleadas para producir la reaccin nuclear en el proceso de fisin, cuando este proceso no es propiamente una combustin.

El hidrogeno es otra fuente de combustible, pero que actualmente no se usa en forma masiva por sus costos elevados en la produccin.

Tambin, estn los biocombustibles que recibe el nombre de cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa. Son de origen biolgico y orgnico. Entre los ms usados se destacan el bioetanol, biometanol y el biodiesel.

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Caractersticas de los combustibles slidos

Para efectos de este trabajo nos centraremos en aquellos combustibles que tienen un uso industrial y comercial.

Carbn

Existen diferentes tipos de carbones minerales en funcin del grado de carbonificacin que haya experimentado la materia vegetal que origin el carbn. El tipo, depende de la edad del carbn, la profundidad y condiciones de presin, temperatura, entorno, etc., en las que la materia vegetal evolucion hasta formar el carbn mineral.

Se origina por descomposicin de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los destruira. Comienza una lenta transformacin por la accin de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxgeno. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depsitos arcillosos, lo que contribuir al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que contine el proceso de carbonificacin

Tipos de Carbones

Existen diferentes tipos de carbones minerales en funcin del grado de carbonificacin que haya experimentado la materia vegetal que origin el carbn. Estos van desde la turba, que es el menos evolucionado y en que la materia vegetal muestra poca alteracin, hasta la antracita que es el carbn mineral con una mayor evolucin. Esta evolucin depende de la edad del carbn, as como de la profundidad y condiciones de presin, temperatura, entorno, etc., en las que la materia vegetal evolucion hasta formar el carbn mineral.


Antracita, es el carbn mineral de ms alto rango y el que presenta mayor contenido de carbono, entre un 86% y un 98%. Su densidad oscila entre 1,2 y 1,8 gr/cm3. Tiene ignicin

dificultosa debido al bajo contenido de material voltil y su poder calorfico oscila entre los 23 y 34,7 MJ/Kg.

Carbones bituminosos, este tipo de carbn es relativamente duro y es de una calidad inferior al Antracita. Tambin, se sub-clasifican en bajo, medio y alto en contenido de voltiles. Contiene entre un 60 a 80% de carbono, el resto es agua, azufre, hidrogeno y aire. El poder calorfico es de 24 a 35 Mj/Kg.

Lignito, este tipo de carbn se forma por la compresin de la turba y su contenido de carbono vara entre un 60 y 75%, el resto hidrogeno, oxgeno, nitrgeno y un 40% de material voltil. El poder calorfico es relativamente bajo 10 a 20 Mj/Kg

Turba, constituye la primera etapa del proceso donde la vegetacin se transforma en carbn mineral, producto de la putrefaccin y carbonificacin parcial de la vegetacin en el agua cida de pantanos y humedales. Contiene un 59% de carbono y cerca de un 50% de materia voltil.

Hulla, es una roca sedimentaria, dura y quebradiza, que se form mediante la compresin del lignito. Es un carbn del tipo Bituminoso con contenido medio a alto de voltiles. Contiene entre un 45% y un 85% de carbono. El poder calorfico es 17 Mj/Kg.


Precios del Carbn

Los valores de la tonelada mtrica de carbn, dependen principalmente de las caractersticas propias del carbn y la fluctuacin por tipo de industria que lo utiliza. Generalmente, los carbones bituminosos de mayor valor tienen un grado mnimo de plasticidad, volatilidad y bajo contenido en ceniza, especialmente con bajo contenido en carbonatos, fsforo y azufre.

Los carbones bajos en ceniza, azufre y carbonatos son apreciados para la generacin de energa porque no producen demasiada escoria y no exigen demasiado esfuerzo para eliminar las partculas en suspensin de los gases de combustin. Los carbonatos son dainos pues tienden a adherirse a la caldera. El contenido sulfuroso tambin es daino en cierta medida por ser emitido a la atmsfera y contribuir a la formacin de smog y lluvia cida. De nuevo, pueden eliminarse de los gases de combustin filtrando stos.

Como se aprecia en la Fig.: 2, los precios del carbn estn experimentando un alza sin distincin de la contra-estacin que representa el mercado de Amrica del norte. Para el mercado chileno los precios de la tonelada mtrica de carbn estn por los US$180/Ton.

Fig.: 1 Precios del carbn para generacin

CARBON TERMICO EQ. 7.000 KCAL/KG INDICE US$/TON feb-08 158,11

mar-08 151,93 abr-08 180,69

may-08 180,16

Fuente: CNE

Fig: 2 Precios internacionales del Carbn (FOB)

The following average spot coal prices appear in the graphic below, for the previous and most recent weeks: (Dollars per Short Ton) Week Ended Central

Appalachia 12,500 Btu,

1.2 SO2

Northern Appalachia 13,000 Btu,


Fig: 3 Histrico de Precios del Carbn (FOB)

Average Weekly Coal Commodity Spot Prices Business Week Ended June 20, 2008

20-June-

08

$117.60 $118.00 $65.00 $13.25 $54.00

Fuente: Energy Information Administration, Official Energy Statistic from US Government


Caractersticas de los Combustibles Lquidos

Petrleo

Es un aceite natural existente a diferentes profundidades, y en muchas localidades de la tierra. Es una mezcla de hidrocarburos cada uno de los cuales posee propiedades qumicas y fsicas caractersticas adems de su frmula molecular.

El petrleo est formado por hidrocarburos, que son compuestos de hidrgeno y carbono, en su mayora parafinas, naftenos y aromticos. Junto con cantidades variables de derivados hidrocarbonados de azufre, oxgeno y nitrgeno.

Los hidrocarburos varan desde los muy ligeros tal como el CH4, el cual destila rpidamente a temperaturas normales, hasta compuestos densos, tal como el C62H126 el cual es muy viscoso a temperatura ambiente.

Todos los hidrocarburos tienen un punto de ebullicin distinto, las primitivas refineras estaban equipadas con evaporadores y nicamente se condensaba aquella fraccin que tena la temperatura de destilacin deseada. La destilacin fraccionada fue el primer mtodo de refinacin de petrleo, sin embargo en la actualidad existen otros procesos, por ejemplo el Cracking Cataltico.

Clasificacin del Petrleo

La industria petrolera clasifica el petrleo crudo segn su lugar de origen (p.e. "West Texas Intermediate" o "Brent") y tambin relacionndolo con su gravedad API American Petroleum Institute)("ligero", "medio", "pesado", "extrapesado"); los refinadores tambin lo clasifican como "dulce", que significa que contiene relativamente poco azufre, o "cido", que contiene mayores cantidades de azufre y, por lo tanto, se necesitarn ms operaciones de refinamiento para cumplir las especificaciones actuales de los productos refinados.

Relacionndolo con su grado API el American Petroleum Institute) clasifica el petrleo en "liviano", "mediano", "pesado" y "extrapesado".

Crudo liviano o ligero, es definido como el que tiene grado API mayores a 31,1 API

Crudo medio o mediano es aquel que tiene grado API entre 22,3 y 31,1 API. Crudo pesado es definido como aquel que tiene grado API entre 10 y 22,3 API. Crudo extrapesado es aquel que tiene grado API menores a 10 API. A estos

crudos tambin se les denomina bitmenes.

Los principales petrleos industriales son el Fuel Ol N6 (petrleo pesado), Fuel Ol N5 (petrleo mediano), Fuel ol N2 (petrleo liviano) o Diesel y Kerosene, ordenados de acuerdo a su densidad, en donde el Kerosene sera el ms liviano de los mencionados.

Los residuales son los ms baratos, y al mismo tiempo son los ms viscosos a temperatura ambiente, deben ser precalentados para ser impulsados por bombas a travs


de caeras. Segn su viscosidad ser necesario proveer a los estanques de serpentines de vapor, ejemplo de esto es el Fuel Ol N6. Adems del almacenaje y transporte, la viscosidad tambin influye en el proceso de pulverizacin, obviamente, lo anterior tiene clara repercusin en los costos de operacin del combustible.

Por otra parte, el kerosene es un destilado de petrleo obtenido a temperaturas comprendidas entre 204 y 288 C, siendo un producto menos voltil que la gasolina y de baja viscosidad.

En la tabla Fig. 5, se presenta un anlisis elemental de los combustibles Kerosene, Fuel Ol N2, Fuel II N5, Fuel Ol N6.

Fig.:4 Composicin de los principales combustibles

Combustibles Carbono Hidrgeno Oxgeno Nitrgeno Azufre Cenizas F.O.2 86,3 13,1 0,0 0,0 0,60 0,03 F.O.5 86,1 12,0 0,1 0,10 1,70 0,04 F.O.6 86,6 10,6 0,4 0,10 2,00 0,06 Kerosene 85,9 13,6 0,0 0,0 0,20 0,0

Precios del Petrleo

El ndice de precio para Petrleo Diesel (Grado B) se determina como el precio de paridad semanal determinado por la CNE (de Acuerdo a la ley 20.063), incluyendo el efecto del fondo de estabilizacin.

El ndice de precio para Petrleo Combustible n 6 se determina como el precio de paridad semanal determinado por la CNE (de acuerdo a la ley 19.030), incluyendo el efecto del fondo de estabilizacin.

Fig.:5 Precios del petrleo 2008 US$/m3

PETROLEO DIESEL PETROLEO CRUDO BRENT GRADO B o N2 COMBUSTIBLE N 6 DTD INDICE US$/M3 US$/M3 US$/BBL ene-08 725,57 493,21 90,87 feb-08 713,63 456,22 95,04

mar-08 752,98 480,29 103,47 abr-08 791,61 502,83 108,97

may-08 868,98 541,57 123,05

Fuente: CNE


Fig.: 6 Precios Spot para distintos crudos de referencia US$/bls

Product by Area 06/17/08 06/18/08 06/19/08 06/20/08 06/23/08 06/24/08

Crude Oil

WTI - Cushing, Oklahoma 133.99 136.54 131.88 134.78 135.98 136.49

Brent - Europe 131.27 129.12 131.84 134.28 134.54 135.37

No. 2 Heating Oil

New York Harbor 380.16 383.2 369.98 375.37 379.87 380.85

U.S. Gulf Coast 377.16 380.05 366.73 371.99 378.97 379.58

Low-Sulfur No. 2 Diesel Fuel

New York Harbor 386.66 389.55 375.23 380.49 384.62 385.35

U.S. Gulf Coast 382.16 384.55 371.23 375.74 379.87 380.6

Los Angeles 384.63 389.72 374.23 374.74 373.37 374.1

Residual Fuel Oil N5, N6

New York Harbor 247.93 250.9 244.36 247.55 249.93 250.31

U.S. Gulf Coast 250.07 252.69 246.5 249.12 252.69 253.5

Los Angeles 268.55 262.9 271.38 271.38 265.72 267.61

Amsterdam-Rotterdam-Antwerp (ARA) 253.09 253.09 257.78 260.78 259.47 265.47 Singapore

238.98 239.25 244.02 242.55 243.77 245.72

Nota: Petroleo US$/barril, c/US$/Producto

Fuente: Energy Information Administration, Official Energy Statistic from US Government


Caractersticas de los Combustibles Gaseosos

Los combustibles gaseosos se clasifican, segn normas internacionales, en familias de acuerdo con la propiedad caracterstica denominada ndice de Wobbe, que se define por:

Siendo Hs el poder calorfico superior, y d la densidad relativa al aire. Alternativamente, puede definirse un valor de Wi tomando el poder calorfico inferior, Hi, en lugar de Hs.

La primera familia comprende los gases manufacturados y se subdivide en tres grupos; la segunda familia incluye a los gases naturales, y tambin se subdivide en dos subgrupos; finalmente, la tercera familia comprende a los gases licuados del petrleo (GLP), es decir, propano, butano y sus mezclas.

Fig.:7 Tabla Valores ndice de Wobbe para distintos gases

Gas Natural

El gas natural se encuentra en depsitos subterrneos, separados o mezclados con petrleo crudo. El mercado de produccin anual se encuentra por debajo de los 200 billones de pi cbico, incluyendo el metano licuado, que se importa en buques tanques. El principal componente del gas natural es el metano (CH4), otros componentes son los hidrocarburos parafnicos ms pesados, como etano, propano y los butanos. La mayor parte de los gases naturales contiene 5 a 20% de nitrgeno. Puede obtenerse tambin con procesos de descomposicin de restos orgnicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de alpechines, etc.). El gas obtenido as se llama biogs.

Los gases naturales se pueden dividir por orden de importancia en los siguientes:

Gases encerrados en el subsuelo en conexin con yacimientos petrolferos. Gases liberados en la destilacin del petrleo.

Familia Denominacin Valor de W

Primera

Grupo (a) Grupo (b) Grupo (c)

Gases manufacturados

Gas ciudad Gas de coquera Hidrocarburos - aire

23,8 - 31,4

23,8 - 28,1 25,9 - 31,4 23,8 - 27,2

Segunda

Grupo (H) Grupo (L)

Gases naturales

de alto ndice de Wobbe de bajo ndice de Wobbe

41,2 - 58,0

48,1 - 58,0 41,2 - 47,3

Tercera Gases licuados del petrleo 77,4 - 92,4


Gases ocluidos en algunas minas de carbn. Gases de los pantanos.

El gas natural que se obtiene debe ser procesado para su uso comercial o domstico. Algunos de los gases que forman parte del gas natural extrado se separan de la mezcla porque no tienen capacidad energtica (nitrgeno o CO2) o porque pueden depositarse en las tuberas usadas para su distribucin debido a su alto punto de ebullicin. Si el gas fuera criognicamente licuado para su almacenamiento, el dixido de carbono (CO2) solidificara interfiriendo con el proceso criognico. El CO2 puede ser determinado por los procedimientos ASTM D 1137 o ASTM D 1945.

El propano, butano e hidrocarburos ms pesados en comparacin con el gas natural son extrados, puesto que su presencia puede causar accidentes durante la combustin del gas natural. El vapor de agua tambin se elimina por estos motivos y porque a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de metano que pueden obstruir los gasoductos.

Los compuestos de azufre son eliminados hasta niveles muy bajos para evitar corrosin y olores perniciosos, as como para reducir las emisiones de compuestos causantes de lluvia cida. La deteccin y la medicin de H2S, se puede realizar con los mtodos ASTM D2385 o ASTM D 2725. Para uso domstico, al igual que al butano, se le aade unas trazas de metilmercaptano

Fig.:7 Gases de la composicin volumtrica del gas natural en base seca

Metano 68 a 96 % Etano 3 a 30 %

El gas natural es un combustible prcticamente ideal pues est exento de gases no combustibles o residuos slidos. es generalmente inodoro e incoloro y altamente explosivo, cuando se mezcla con aire en proporciones correctas su poder calorfico superior es de: 8900 - 11600 [kcal/kg.

Fig.:8 Tabla Composicin elemental del gas natural

Elemento % msico Carbono 76,0 Hidrgeno 23,2 Oxgeno 0,0 Nitrgeno 0,80 Azufre 0,02 Cenizas 0,00


Precios del Gas Natural

El ndice de precio para gas natural henry hub spot se determina a partir del precio promedio mensual de las transacciones spot diarias de henry hub (usa) publicado en "Daily Gas Price Index" por NGI Intelligence

El ndice de precio para gas natural importado argentina se determina a partir de los registros de importacin del servicio nacional de aduanas, como promedio ponderado de los precios CIF unitarios de internacin declarados en las aduanas de la segunda regin (norte), metropolitana (centro) y octava (sur), para aquellas declaraciones presentadas dentro del mes correspondiente.

Fig.:9 Precios del Gas Natural 2008 US$MMBTU

HENRY HUB SPOT NORTE CENTRO SUR DTD

INDICE US$/MMBTU US$/MMBTU US$/MMBTU US$/MMBTU US$/BBL dic-07 7,14 5,05 5,68 2,18 91,26

ene-08 7,98 5,05 6,19 2,26 90,87 feb-08 8,55 5,05 6,10 2,26 95,04

mar-08 9,44 5,05 6,69 2,26 103,47 abr-08 10,13 9,98 10,50 2,26 108,97

may-08 11,21 9,98 10,37 9,79 123,05 jun-08 12,69 132,44

Fuente: CNE


Gas Natural Licuado (GNL)

El gas natural licuado (GNL) es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma lquida. Es la mejor alternativa para monetizar reservas en sitios apartados, donde no es econmico llevar el gas al mercado directamente ya sea por gasoducto o por generacin de electricidad. El gas natural es transportado como lquido a presin atmosfrica y a -161 C donde la licuefaccin reduce en 600 veces el volumen de gas transportado.

Es un lquido criognico: Como el proceso de licuefaccin consiste en el enfriamiento del gas purificado mediante el uso de refrigerantes, el GNL es un lquido criognico. El trmino criognico significa baja temperatura, generalmente por debajo de -73C. El GNL es un lquido puro, con una densidad de alrededor del 45% de la densidad del agua. Los contaminantes que se encuentran presentes se extraen para evitar que se congelen y daen el equipo cuando el gas es enfriado a la temperatura del GNL y para cumplir con las especificaciones tcnicas del gasoducto en el punto de entrega. Como resultado, el GNL est compuesto en su mayora de metano.

El GNL tiene el menor impacto ambiental de todos los combustibles por su alto contenido de hidrgeno. Los derrames de GNL se disipan en el aire y no contaminan el suelo ni el agua. Como combustible vehicular, reduce las emisiones de xidos de nitrgeno (NOx ) en un 70%, y no produce compuestos de azufre ni partculas. Para la generacin elctrica las emisiones de dixido de azufre, SO2 prcticamente quedan eliminadas, y las emisiones de CO2 se reducen en un 40%.

Todos los sistemas de produccin y transporte, as como la planta de proceso, estn diseados para evitar fugas y prevenir incendios; es el caso de los sistemas de transferencia de GNL de y hacia los barcos, envo o revaporizacin (o regasificacin) de GNL. Hay algunas diferencias de diseo respecto a las plantas de gas, pero las consideraciones ambientales, de seguridad y de salud son las mismas o ms estrictas. Los principales riesgos son su baja temperatura (riesgo criognico) y su combustibilidad.

Precios del Gas Natural Licuado (GNL)

?


Gas de Ciudad

Es el resultado de gases obtenidos a partir del carbn, biogas y otros, de ah que su composicin sea relativamente variable. A nivel nacional sus caractersticas son:

Densidad relativa 0,65 Poder calorfico inferior 4070 [Kcal/m3]

Composicin volumtrica % CO 20,1 H2 41 CH4 9,6 C2H4 1,2 CO2 7,2 O2 0,7 N2 14,7 C3 3,2 C3H8 0,4 C4 0,6 NC4 0,8 Vapor de agua 0,3

Fig.:10 Tabla Composicin elemental del gas de ciudad

Elemento [% msico] Carbono 29,5 Hidrgeno 8,6 Oxgeno 46,8 Nitrgeno 15,10 Azufre 0,00 Cenizas 0,00

Gas licuado de petrleo:

Es una mezcla de hidrocarburos, que contiene generalmente propano, butano, isobutano y cantidades menores propileno y butileno. Los productos ms comerciales son el propano y el butano o mezclas de los dos. El propano y el butano se extraen, a partir del gas natural o del petrleo crudo. El propileno y los butilenos son resultados de la desintegracin de otros hidrocarburos, durante la destilacin del petrleo y son dos materias primas importantes en la industria qumica. El gas industriale se entrega directamente a los consumidores por empresas de gas y se vende mucho para uso domstico.


Fig.:11 Tabla Composicin elemental del gas licuado de petrleo

Elemento % msico Carbono 81,0 Hidrgeno 19,0 Oxgeno 0,0 Nitrgeno 0,0 Azufre 0,01 Cenizas 0,00

Algunas propiedades de los gases licuados se muestran en la siguiente tabla:

Fig.:12 Tabla propiedades del gas licuado de petrleo

Propiedad Propano comercial

40% propano-60% butano

Butano comercial

Pto de ebullicin en C a presin atmosfrica

-41,7 -4 -6,2

Presin de vapor [Kg/cm2] a 15C 7,2 3,99 1,52 Volumen especfico a 15C y 760 [mmHg]

0,534 0,461 0,406

Densidad referida al aire, 15C 1,52 1,8 2,01 Temperatura autoencendido en el aire

492 - 550 - 480 - 540

Lmites inflamabilidad en el aire % de gas en mezcla aire-gas.

2,0 - 9,5 - 2,0 - 8,5

Temperatura mxima de la llama en el aire C

1930 - 1870

Poder calorfico superior [Kcal/m3]

Poder calorfico superior [Kcal/Kg]

22456

11978

26173

11842

29036

11763


Proyeccin de Precios de los Combustibles

Tabla de poderes calorficos de combustibles que son utilizados en la generacin elctrica

Todas las proyecciones son referenciales por tratarse de un trabajo acadmico. La informacin para realizar estas proyecciones referenciales se han obtenido de las siguientes fuentes:

NYMEX Energy Information Administration Platts Argus Media Group

Proyeccin Escenario Actual

Valores de compra de combustibles

Proyeccin valores de compra de Combustibles

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2008 2009 2010 2011 2012

U$

Brent Barril

Gas Natural MM BTU

Carbn Ton

2008 2009 2010 2011 2012Brent 115 130 135 130 125 U$/barrilGas natural 11,8 12,5 11,5 11,5 11,7 U$/MMBtuCarbn 170 190 189 189 189 U$/Ton

Combustible MJ/kg kcal/kgCrudo 42,7 10800Gas natural 53,6 9500 (m3)Carbn 34,7 6300Diesel 40,2 10400


Proyeccin Valores de Energa por Combustible

Proyeccin de Valores de Energa por Combustible

0

5

10

15

20

25

2008 2009 2010 2011 2012

U$/

MM

BTU

Brent

Gas natural

Carbn

Diesel

Proyeccin Escenario Sobreoferta de Gas Natural


0

5

10

15

20

25

2008 2009 2010 2011 2012

U$/ M

M B

TU BrentGas naturalCarbnDiesel

2008 2009 2010 2011 2012Brent 15 17 18 17 17 U$/MMBtuGas natural 11,8 12,5 11,5 11,5 11,7 U$/MMBtuCarbn 6,8 7,6 7,56 7,56 7,56 U$/MMBtuDiesel 20 20 19 17 15 U$/MMBtu

2008 2009 2010 2011 2012Brent 15 17 18 17 17 U$/MMBtuGas natural 10,62 10 8,05 6,9 7,02 U$/MMBtuCarbn 6,8 7,6 7,56 7,56 7,56 U$/MMBtuDiesel 20 20 19 17 15 U$/MMBtu


Proyeccin Escenario Sobreoferta de Diesel y baja de Oferta del Gas Natural


0

5

10

15

20

25

30

35

40

2008 2009 2010 2011 2012

U$/ M

M B

TU BrentGas naturalCarbnDiesel

Proyeccin de Escenario Sobredemanda de Diesel


0

2

4

6

8

10

12

14

2008 2009 2010 2011 2012

U$/

MM

BTU Brent

Gas natural

Carbn

Diesel

2008 2009 2010 2011 2012Brent 27 27 27 27 27 U$/MMBtuGas natural 10,62 10 8,05 6,9 7,02 U$/MMBtuCarbn 6,8 7,6 7,56 7,56 7,56 U$/MMBtuDiesel 35 31 28 26 24 U$/MMBtu

2008 2009 2010 2011 2012Brent 8 8 8 8 8 U$/MMBtuGas natural 11,8 12,5 11,5 11,5 11,7 U$/MMBtuCarbn 6,8 7,6 7,56 7,56 7,56 U$/MMBtuDiesel 10 9 8 8 7 U$/MMBtu


Proyecciones Internacionales sobre los Combustibles

En el caso de la referencia IEO2008, el cual refleja un escenario con las polticas actuales sin cambios, se proyecta un consume de energa con un crecimiento del 50% desde el 2005 al 2030.

El uso total de energa en el mundo sube de 462 cuatrillones de BTU en el ao 2005, a 563 cuatrillones de BTU en el 2015 y 695 cuatrillones de BTU para el 2030. En otras palabras la demanda de energa global crece a pesar de los altos precios del petrleo y que persisten en el largo plazo.

Figura 1. World Marketed Energy Consumption, 2005-2030

Figura 2. World Marketed Energy Use by Fuel Type, 1980-2030

Fuente: 2005: Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2005 (June-October 2007), web site www.eia.doe.gov/iea. Projections: EIA, World Energy Projections Plus (2008).


En el caso de la referencia IEO2008, que considera precios en declinacin se basa en la anticipacin de nuevas producciones tanto convencionales como no convencionales. En esta proyeccin el precio de barril es de US$70 para el 2030. Para el escenario de precios altos, se proyecta un precio de US$ 180 el barril y un consumo diario de 99,3 millones de barriles por da, lo cual muestra una cada en el consumo de 13 millones de barriles diarios con respecto al caso base

Figura 3. World Oil Prices in Two Cases, 1980-2030

Fuente: Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2005 (June-October 2007), web site www.eia.doe.gov/iea. Projections: Annual Energy Outlook 2008, DOE/EIA-0383(2008) (Washington, DC, June 2008), web site www.eia.doe.gov/oiaf/aeo.


Figura 4.1 World Crude Oil Production by Selected Country (Million Barrels per Day)


Figura 5. World Natural Gas Production, 2005-2030

Figura 6. World Electricity Generation by Fuel, 2005-2030

Fuente: Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2005 (June-October 2007), web site www.eia.doe.gov/iea. Projections: EIA, System for the Analysis of Global Energy Markets/Global Electricity Module (2008).


Anexo A1: Aplicaciones Del Carbn

El carbn suministra el 25% de la energa primaria consumida en el mundo, slo por detrs del petrleo. Adems es de las primeras fuentes de energa elctrica, con 40% de la produccin mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbn son:

Generacin de energa elctrica. Las centrales trmicas de carbn pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energa elctrica. En los ltimos aos se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presin. Otra tecnologa en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de sntesis obtenido mediante la gasificacin del carbn.

El coque es el producto de la pirlisis del carbn en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbn, consumiendo en ello 12% de la produccin mundial de carbn (cifras de 2003).

Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbn se obtiene una aleacin en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:

o Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono o Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono o Fundicin: ms del 1,2% de carbono

Industrias varias. Se utiliza en las fbricas que necesitan mucha energa en sus procesos, como las fbricas de cemento y de ladrillos.

Uso domstico. Histricamente el primer uso del carbn fue como combustible domstico. Aun hoy sigue siendo usado para calefaccin, principalmente en los pases en vas de desarrollo, mientras que en los pases desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes ms limpias de calor (gas natural, propano, butano, energa elctrica) para rebajar el ndice de contaminacin.

La Carboqumica, es practicada principalmente en frica del Sur y China. Mediante el proceso de gasificacin se obtiene del carbn un gas llamado gas de sntesis, compuesto principalmente de hidrgeno y monxido de carbono. El gas de sntesis es una materia prima bsica que puede transformarse en numerosos productos qumicos de inters como, por ejemplo:


o Amoniaco o Metanol o Gasolina y gasleo de automocin a travs del proceso Fischer-

Tropsch (proceso qumico para la produccin de hidrocarburos lquidos a partir de gas de sntesis, CO y H2)

Petrleo sinttico. Mediante el proceso de licuefaccin directa, el carbn puede ser transformado en un crudo similar al petrleo. La licuefaccin directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.

Estas dos ltimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energa, desperdiciando as un tercio del balance energtico global. Debido a la crisis del petrleo se han vuelto a utilizar.


Anexo A2: Composicin del Carbn

Carbono Fijo: Es el residuo slido remanente luego que al combustible se la han extrado los materiales voltiles, en realidad los residuos slidos son el carbono fijo y las cenizas, por ello para saber la cantidad de carbono fijo se produce la combustin y se pesan las cenizas, entonces por diferencia se conoce el peso del carbono fijo. Sin embargo, esto no representa el carbono total comprendido en el carbn ya que una parte considerable del carbono se desprende en materiales voltiles combinados con oxgenos como xidos y con hidrgenos como hidrocarburos.

Humedad: La humedad es la prdida de peso resultante del secado del carbn a temperaturas comprendida entre 104 C y 110 C en condiciones especificas. El calentamiento posterior a temperaturas ms elevadas puede eliminar ms agua, pero ste se considera como parte del carbn. La humedad de los combustibles recin extrados vara mucho (80% a 95% turba, 2% antracitas). Los combustibles a la intemperie pueden absorber o perder humedad, en general hay que considerar dos tipos de humedad:

Humedad intrnseca: Es la que queda fuertemente retenida en los poros del material, no puede disminuirse sin que el combustible pierda sus caractersticas de tal, para expulsarla es necesario calentar el combustible hasta 105 C durante 1 hora o ms.

Humedad superficial: Se desprende libremente al dejar secar el combustible al aire, tambin se conoce con el nombre de Humedad bruta, proviene del agua utilizada para lavar el carbn y el agua que se acumula en las canchas de almacenamiento en producto de las lluvias. La humedad total de un combustible es la suma de la intrnseca ms la superficial.

Materias minerales (Mm): Contenido en los carbones extrados de los yacimientos son de dos clases : Mm Fijos y Mm libres. Los Mm fijos provienen de las materias vegetales originarias del carbn y no pueden separarse por ningn procedimiento industrial. Los Mm libres provienen de materiales que circundan las vetas y que al extraer el carbn se mezclan con ste, se pueden eliminar en su mayora por lavado, zarandeado o en forma manual. La tabla N 2.2, muestra los compuestos ms habituales de los Mm.

Durante la combustin algunos de estos materiales sufren descomposiciones y los nuevos productos que se forman pueden reaccionar entre s o con otros compuestos. Las cenizas difieren de los Mm que acompaan al carbn como impurezas. Se admite que el contenido de Mm de un carbn es aproximadamente en peso 10% superior que las cenizas residuales, luego de la combustin completa.

Se acostumbra utilizar la siguiente frmula para calcular los Mm:


Mm = 1,08 cenizas + 0,55 azufre

Por razones obvias es conveniente que el porcentaje de Mm sea bajo pues disminuye el poder calorfico y representa un peso muerto en el transporte y almacenaje.

Cenizas: La ceniza es el residuo inorgnico que queda despus de quemar el carbn en un horno de mufla, cuya temperatura final est comprendida entre 700 C y 750 C. Est compuesta en su mayora de slice, almina, calcio y hierro, junto con pequeas cantidades de magnesio, titanio, sodio y potasio. Aunque los constituyentes son xidos se presentan sobre todo como una mezcla de silicatos, xidos y sulfatos, con pequeas cantidades de otros compuestos.

La composicin qumica de las cenizas es importante en la eleccin de los refractantes del hogar. Por ejemplo, si las cenizas son de reaccin cida, no se deben emplear ladrillos muy bsicos y viceversa, de lo contrario el ataque es pronunciado y en las reacciones se producen combinaciones que son fcilmente fusibles. Los buenos carbones no dan ms de 4 a 6 % de cenizas, los regulares de 6 a 12 % y los malos de 12 a 30 %. Carbones con ms de 30% de cenizas no tienen valor comercial.

Existen dos formas de extraer cenizas:

a) Extraccin en fase slida.

b) Extraccin en fase lquida.

La ms usual es la primera y en la segunda es importante conocer la viscosidad de las cenizas o escorias (m = 0.8 [kg-seg/m] un goteo, m =0.35 escurrimiento o flujo). La forma de extraccin depender de la temperatura de fusin de las cenizas.

Material voltil: La materia voltil es la prdida de peso, menos la humedad obtenida por calentamiento del carbn durante 7 minutos, en un recipiente cubierto alrededor de una temperatura de 950 C, en condiciones especficas. La materia voltil se produce por la descomposicin del combustible al ser calentado.

Esta constituida principalmente de los gases combustibles hidrgeno, monxido de carbono, metano, otros hidrocarburos, componentes sulfuroso voltiles y algunos gases incombustibles. La cantidad de materia voltil puede variar con la velocidad de calentamiento, 5 a 40% en los carbones.

Dependiendo de la cantidad de materia voltil es la caracterstica de la llama, la presencia de hidrocarburos pesados produce llamas largas. en general segn el contenido del materia voltil se tiene:


Azufre: El azufre raramente se presenta como sustancia pura, sino en tres formas distintas:

1. Azufre Pirtico, en el cual se encuentra combinado con el humo. 2. Azufre Orgnico, azufre combinado con carbn. 3. Azufre Sulfato, o sea, azufre combinado con hierro o calco junto con

oxgeno en forma de sulfato de hierro o de sulfato de calcio.

El contenido de azufre es el responsable eventualmente de la corrosin de baja temperatura.

Se entiende por azufre de combustin aquel que reacciona al quemar a 775 25 C.

El porcentaje de azufre vara de 0.3% a 5,5% en los carbones.


Anexo B1 Propiedades del Petrleo

Con respecto a las propiedades del petrleo, se puede sealar que a medida que ste aumenta su densidad va disminuyendo su potencia calorfica por kilogramo de combustible, lo anterior se observa claramente en la Figura 2.8.

En cuanto al almacenamiento, punto importante es la cantidad de agua y sedimentos, stos determinan la vida del combustible durante el almacenamiento. Un mezclado no satisfactorio o la presencia de componentes inestables y oxidables, produce a lo largo del tiempo la separacin de lodos, emulsiones y sedimentos que producen obstrucciones en filtros y boquillas y corroen los estanques de almacenamiento y las tuberas. A veces se aaden antioxidantes y anticorrosivos para reducir estos inconvenientes.

Respecto a los parmetros caractersticos de la combustin para los diferentes combustibles dependen slo de la composicin elemental de stos. En la tabla 2.18, se resume los valores para los combustibles indicados. Esta tabla se obtiene a partir de composiciones elementales anteriormente entregadas y utilizando las "Ecuaciones para determinar los valores propios de los combustibles".

Combustible Ae(a) [m3(N)/kg

Ger(b) [m3(N)/kg

CO2me (c) %

P.C.I. (d) [kcal/kg

H2O (e) [m3 (N)/kg

F.O.2 11,1 14,1 15,5 10200 1,47 F.O.5 10,9 14,8 15,7 9900 1,34 F.O.6 10,5 14,8 16,2 9550 1,19 Kerosene 11,2 14,2 15,3 10300 1,52


Anexo C1 Etapas del Proceso de Licuefaccin

El proceso de licuefaccin en una planta puede resumirse de la siguiente manera:

1. Etapa de extraccin de CO2: Se realiza la purificacin del gas por adsorcin del

dixido de carbono (CO2) y el agua existentes en el mismo, por medio de la aplicacin de

una corriente inversa de solucin de momo-etanol-amina (MEA).

2. Etapa de deshidratacin y filtrado: Se le extrae la humedad al gas hasta lograr valores menores a 1 ppm. Luego se realiza un filtrado para extraer trazas de mercurio y partculas slidas, y adems se produce la separacin de los hidrocarburos pesados por condensacin parcial. 3. Etapa de licuefaccin y almacenamiento: Se produce el enfriamiento necesario para su licuefaccin. El GNL producido se enva al tanque de almacenamiento, el cual lo mantiene a su temperatura de licuefaccin, operando a una presin de 20 a 70 mbar. El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presin atmosfrica, que ms bien es un tanque dentro de otro. El espacio anular entre las dos paredes del tanque est cubierto con un aislante. El tanque interno en contacto con el GNL, est fabricado de materiales especializados para el servicio criognico y la carga estructural creada por el GNL. Estos materiales incluyen 9% de acero, nquel, aluminio y concreto pretensado. El tanque exterior est fabricado generalmente de acero al carbono y concreto pretensado.


Anexo D1 Tabla de Poderes Calorficos de Sustancias Combustibles

Combustible MJ/kg Carbono Densidad gr/cm3

Gas natural 53,6

Acetileno 48,55

Propano Gasolina Butano

46,0

Disel 42,7

Fueloil 40,2

Antracita 34,7 95%

Bituminosos 35 60-80% 1,2-1,8

Coque 32,6 Gas de alumbrado 29,3

Alcohol de 95 28,2

Lignito 20,0

Turba 19,7

Hulla 16,7

combustibles

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