Analizador De Gases

UNIVERSIDAD NACIONAL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA ACADÉMICA DEL

GAS NATURAL Y ENERGÍA

CÁTEDRA : GAS NATURAL I

CATEDRÁTICO : DOC. ABRAHAM PALACIOS VELASQUEZ

INTEGRANTES : RAMIREZ HUINCHO, Gabriel

SEMESTRE : VIII

HUANCAYO - PERU

INTRODUCCION

Los equipos energéticos que más aceptación han tenido son los motores de combustión interna, a ellos corresponde más de un 80 % de la totalidad de la energía producida en el mundo. El impacto ambiental del Motor de combustión interna está estrechamente relacionado con un problema social surgido por la utilización creciente del mismo: la reducción de los niveles de emisión de sustancias tóxicas y de los llamados "gases de invernadero", y la reducción de los niveles de ruido. En el contexto de las actividades de gestión ambiental en el país, se publicó en el año 2001 el D.S. Nº 074-2001-PCM: Reglamento de Estándares Nacionales de Calidad Ambiental de Aire, el cual tiene por objetivo principal proteger la salud de la población, a través de estrategias para alcanzar los estándares progresivamente. Este reglamento tiene por finalidad evaluar de manera integral la calidad del aire en una zona y sus impactos sobre la salud y el ambiente, a través de estudios específicos como el monitoreo de la calidad del aire, inventario de emisiones y estudios epidemiológicos, siendo así la base para la toma de decisiones correspondientes a la elaboración de los Planes de Acción y manejo de la calidad del aire a nivel local. Un indicador de la calidad del aire lo constituye el consumo de energéticos empleados en los sectores productivos y el transporte, y también en el sector comercial y de servicios, ya que en su mayoría los contaminantes emitidos a la atmósfera son el resultado de la combustión de diferentes tipos de combustibles fósiles. En ese sentido, la identificación de las fuentes que emiten contaminantes a la atmósfera se vuelve una actividad importante y a la vez compleja, que demanda la instrumentación y aplicación de métodos que permitan estimar el tipo y la cantidad de los contaminantes emitidos. Un instrumento importante en esta tarea lo constituye el analizador portátil de sistema integrado de emisiones de gases de combustión industriales, mediante el cual es posible identificar tanto en las fuentes emisoras, el tipo y cantidad de contaminantes generados como resultado de la realización de procesos industriales y otras actividades específicas. En este trabajo se realizan una investigación de un sector del parque automotor de la ciudad de Huancayo, en la región Junín (a nivel local) elaborado mediante la aplicación y ejecución de un equipo analizador de gases de combustión E8500 de la empresa E instruments, el informe incorpora las emisiones procedentes de fuentes móviles referidas a la cuenca atmosférica de la localidad, según lo establece. Es importante indicar que la elaboración de inventarios de emisiones constituye un proceso complejo y de constante actualización, por lo tanto es “dinámico”. Los resultados que forman parte del presente documento reflejan la situación existente del 12 de julio del 2014.

CONTENIDO

I. OBJETIVOS 4

1.1. objetivo general 4

1.2. objetivo en específico 4

II. DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA Y POBLACIÓN 5

III. MARCO TEÓRICO 6

3.1. GASES DE COMBUSTIÓN 6

3.1.0. gases de combustión como contaminante 6

3.1.1. unidades de medición 6

3.1.2. componentes de los gases de escape 7

3.2. ANALIZADOR E8500 11

3.2.0. Versión del analizador 11

3.2.1. Sensores del analizador 12

3.2.2. Fundamentación 12

3.2.3. Relación Lambda: 12

3.2.4. Sistemas para reducir las emisiones contaminantes de los gases de escape 13

IV. METODOLOGIA 15

4.1. UTILIZACION DEL EQUIPO- TOMA DE MUESTRAS 15

4.2. DATOS: 15

V. TRATAMIENTO DE DATOS 17

5.1 VEHÍCULOS CON GLP 17

5.2 VEHÍCULOS CON GASOLINA OIL 2 18

5.3 VEHICULOS QUE UTILIZAN COMO COMBUSTIBLE EL PETROLEO AL ENCENDIDO DEL VEHICULO 19

VI. CONCLUSIÓN 20

VII. BIBLIOGRAFÍA 21

VIII. ANEXOS 22

I. OBJETIVOS

1.1. objetivo general

• Analizar las emisiones de gases de combustión de motores de combustión interna de automóviles de distrito de jauja provincia de Huancayo, mediante el analizador portátil de sistema integrado de analizador de gases de combustión industriales.

1.2. objetivo en específico

• Realizar un inventario de las emisiones de gases de combustión de motores de combustión interna de automóviles de jauja, mediante el analizador portátil de sistema integrado de analizador de gases de combustión industriales.

• Maniobrar el analizador de gases de combustión E-8500 para el adiestramiento en su manejo.

• Comparar los resultados obtenidos con los límites permisibles de emisiones obtenidos con el DECRETO SUPREMO Nº 047-2001-MTC.

II. DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA Y POBLACIÓN

Un elemento importante en la planeación de un inventario de emisiones, es definir los límites geográficos del área que éste cubrirá. Esta área por lo general se define con base en los problemas de contaminación atmosférica que se presentan en una localidad.

Debido a la configuración geográfica del distrito de jauja, la toma de muestra se realizará alrededor de la Altitud de capital del distrito: 3,229.10 m.s.n.m. en la Estación.

III. MARCO TEÓRICO

3.1. GASES DE COMBUSTIÓN

Son gases producidos como resultado de la combustión de gasolina, petróleo, diésel o carbón. Se descarga a la atmósfera a través de una tubería o chimenea.

Aunque gran parte es el relativamente inofensivo dióxido de carbono, otra parte la componen sustancias nocivas o tóxicas como el monóxido de carbono (CO), hidrocarburos, óxidos de nitrógeno (NOx), y aerosoles. Los gases de combustión del diésel tienen un olor característico.

3.1.0. gases de combustión como contaminante

El incremento de todo tipo de combustión es un agente contaminante del ambiente con concentraciones mayores. La formación de humos, la lluvia ácida y el aumento del número de alergias son consecuencias directas de este desarrollo. La solución para una producción de energía que no perjudique el medio ambiente debe suponer una reducción de las emisiones contaminantes.

Los contaminantes en los gases de combustión sólo pueden reducirse eficazmente si las plantas y/o equipos de combustión existentes operan con el máximo rendimiento posible. El análisis de los gases de combustión ofrece un medio para determinar las concentraciones de contaminantes y para ajustar al máximo rendimiento las instalaciones de calor.

3.1.1. unidades de medición

La presencia de contaminantes en los gases de combustión puede detectarse a partir de la concentración de los compuestos del gas. Generalmente, se utilizan las unidades siguientes:

a) ppm (partes por millón)

“el tanto por ciento (%)" ppm describe una proporción. Por ciento significa "un número x de partes de cada cien", mientras que ppm significa "un número x de partes en cada millón". La unidad ppm es independiente de la presión y la temperatura, y se utiliza en concentraciones bajas. Si la concentración presente es elevada, se expresa en porcentaje (%).

3.1.2. componentes de los gases de escape

El aire está compuesto básicamente por dos gases: nitrógeno (N2) y oxígeno (02). En un volumen determinado de aire se encuentra una proporción de nitrógeno (N2) del 79 % mientras que el contenido de oxígeno es aproximadamente de un 21 %..

El nitrógeno durante la combustión, en principio, no se combina con nada y tal como entra en el cilindro es expulsado al exterior sin modificación alguna, excepto en pequeñas cantidades, para formar óxidos de nitrógeno (NOx). El oxígeno es el elemento indispensable para producir la combustión de la mezcla.

Cuando se habla de la composición de los gases de escape de un vehículo se utilizan siempre los mismos términos: monóxido de carbono, óxido nítrico, partículas de hollín o hidrocarburos. Decir que estas sustancias representan una fracción muy pequeña del total de los gases de escape. Debido a ello, antes de describir las diferentes sustancias que integran los gases de escape, le mostramos a continuación la composición aproximada de los gases que despiden los motores diesel y de gasolina.

Figura 3.1. Composición típica de los gases de combustión vehicular

3.1.3. descripción de las sustancias que integran los gases de escape

El motor de combustión interna, por su forma de funcionar, no es capaz de quemar de forma total el combustible en los cilindros. Pero si esta combustión incompleta no es regulada, mayor será la cantidad de sustancias nocivas expulsadas en los gases de escape hacia la atmósfera. Dentro de los gases generados en la combustión, hay unos que son nocivos para la salud y otros no.

Figura 3.2. Composición nociva y toxica de los gases de combustión

a) Nitrógeno (N2)

Es un gas no combustible, incoloro e inodoro, se trata de un componente esencial del aire que respiramos (78 % nitrógeno, 21 % oxígeno, 1 % otros gases) y alimenta el proceso de la combustión conjuntamente con el aire de admisión. La mayor parte del nitrógeno aspirado vuelve a salir puro en los gases de escape; sólo una pequeña parte se combina con el oxígeno O2 (óxidos nítricos NOx).

b) Oxígeno (O2)

Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el componente más importante del aire que respiramos (21 %). Es imprescindible para el proceso de combustión, con una mezcla ideal el consumo de combustible debería ser total, pero en el caso de la combustión incompleta, el oxigeno restante es expulsado por el sistema de escape.

c) Agua (H2O)

Es aspirada en parte por el motor (humedad del aire) o se produce con motivo de la combustión “fría“(fase de calentamiento del motor). Es un subproducto de la combustión y es expulsado por el sistema de escape del vehículo, se lo puede visualizar sobre todo en los días más fríos, como un humo blanco que sale por el escape, o en el caso de condensarse a lo largo del tubo, se produce un goteo. Es un componente inofensivo de los gases de escape.

d) Dióxido de carbono (CO2)

Se produce al ser quemados los combustibles que contienen carbono (p. ej. gasolina, gasoil). El carbono se combina durante esa operación con el oxígeno aspirado. Es un gas incoloro, no combustible.

El dióxido de carbono CO2 a pesar de ser un gas no tóxico, reduce el estrato de la atmósfera terrestre que suele servir de protección contra la penetración de los rayos UV (la tierra se calienta). Las discusiones generales en torno a las alteraciones climatológicas (efecto “invernadero“), el tema de las emisiones de CO2 se ha hecho consciente en la opinión pública.

e) Monóxido de carbono (CO)

Se produce con motivo de la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Bloquea el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración en el aire que respiramos. En una concentración normal en el aire ambiental se oxida al corto tiempo, formando dióxido de carbono CO2.

f) Óxidos nítricos (NOx)

Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2 (p. ej. NO, NO2, N2O,...). Los óxidos de nitrógeno se producen al existir una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. El monóxido de nitrógeno (NO), es un gas incoloro, inodoro e insípido. Al combinarse con el oxigeno del aire, es transformado en dióxido de nitrógeno (NO2), de color pardo rojizo y de olor muy penetrante, provoca una fuerte irritación de los órganos respiratorios.

Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen conducir lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos nítricos en los gases de escape, porque una combustión más eficaz produce temperaturas más altas. Estas altas temperaturas generan a su vez una mayor emisión de óxidos nítricos.

g) Dióxido de azufre (SO2)

El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso propicia las enfermedades de las vías respiratorias, pero interviene sólo en una medida muy reducida en los gases de escape. Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible. Si se reduce el contenido de azufre en el combustible es posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre.

h) Plomo (Pb)

Ha desaparecido por completo en los gases de escape de los vehículos. En 1985 se emitían todavía a la atmósfera 3.000 t, debidas a la combustión de combustibles con plomo.

El plomo en el combustible impedía la combustión detonante debida al auto ignición y actuaba como una sustancia amortiguadora en los asientos de las válvulas. Con el empleo de aditivos ecológicos en el combustible sin plomo se han podido mantener casi idénticas las características antidetonantes.

i) HC – Hidrocarburos

Son restos no quemados del combustible, que surgen en los gases de escape después de una combustión incompleta. La mala combustión puede ser debido a la falta de oxígeno durante la combustión (mezcla rica) o también por una baja velocidad de inflamación (mezcla pobre), por lo que es conveniente ajustar la riqueza de la mezcla.

Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones (p. ej. C6H6, C8H18) y actúan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los órganos sensoriales, mientras que otros son cancerígenos (p. ej. el benceno).

j) Las partículas de hollín MP (masa de partículas; inglés: paticulate matter)

Son generadas en su mayor parte por los motores diesel, se presentan en forma de hollín o cenizas. Los efectos que ejercen sobre el organismo humano todavía no están aclarados por completo.

3.2. ANALIZADOR E8500

Analiza la química de estos gases y nos dice en que proporciones se encuentran los mismos.

3.2.0. Versión del analizador

E INSTRUMENOS MODELO 8500, es un sistema de medición de emisiones extremadamente versátil que cumple prácticamente todos los requisitos de emisiones.

• Configuración del analizador con un máximo de 9 sensores de gases:

O2, CO, NO, NO2, SO2, H2S (Sensores Electroquímicos)

• CO2, CxHy, CO alto (absorción de infrarrojos NDIR)

• Capaz de medir rangos de NOx bajos (<400ppm) y de NOx Total (NO + NO2)

• Enfriadera termoeléctrica incorporada (Built-in) con la capacidad para la eliminación automática de vapor condensado

• Impresora con remoto inalámbrico

• Medición de tiro de chimenea y de la presión diferencial

• Bloque Termoeléctrico de Condensación y drenaje automático (Built-in)

• Software para indicar. almacenar y para visualizar numéricamente y de una manera grafica las mediciones de una manera continua (Real-Time)

• Comunicación inalámbrica con computadores e instrumentaos que utilizan Windows

• Rango Automático de Mediación de CO hasta 50,000 ppm con NDIR o dilución

• Capacidad de programar el analizador para mediciones de larga duraciones, con memoria de almacenamiento interna

• Mediciones de la velocidad de gases con un tubo pitot

• Cálculos para la eficiencia de combustión, el exceso de aire, y CO2

• Pantalla de display rototativa Ligero, duradero, y fácil de transportar

3.2.1. Sensores del analizador

• El dióxido de nitrógeno (NO2) Sensor: 5. Series sensor electroquímico.

• El dióxido de azufre (SO2) sensor: 5- series sensor electroquímico.

• El sulfuro de hidrogeno (H2S) sensor: 4- series sensor electroquímico.

• El dióxido de carbono (CO2): rayos infrarrojos (NDIR) sensor no dispersivo.

• hidrocarburos (CxHy o HC): rayos infrarrojos (NDIR) sensor no dispersivo.

• Alto monóxido de carbono (CO): rayos infrarrojos(NDIR) sensor no dispersivo

3.2.2. Fundamentación

Combustión de un hidrocarburo en un motor de combustión interna

AIRE + COMBUSTIBLE  CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + NOx

Una combustión completa, donde el combustible y el oxígeno se queman por completo solo produce CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua).

3.2.3. Relación Lambda:

Se define a la relación Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14.7

Siendo:

• R.Real la relación en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento.

• La relación ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta.

Ejemplo:

Supongamos que el motor está funcionando con una mezcla un poco rica, por ejemplo con una relación 13.8:1, entonces la relación lambda será R. Lambda= 13.8/14.7

Vemos que este valor sera 0.9.

• En resumen una relación lambda menor que 1, significa que la mezcla aire combustible se está produciendo en una condición de riqueza.

• Una relación lambda mayor que 1, significa que la relación aire combustible se esta efectuando en una condición de pobreza.

• Una relacion lambda=1 , significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporción exacta, lo que no implica que el motor después queme bien esos productos; esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa mezcla.

3.2.4. Sistemas para reducir las emisiones contaminantes de los gases de escape

Los sistemas de control de emisiones de escape han sido desarrollados para reducir los elementos contaminantes generados por el automóvil en el proceso de combustión.

Dentro de los sistemas de control de emisiones destacan los siguientes:

• Control de la combustión (sonda Lambda).

• Sistema de ventilación positiva del Cárter (PCV).

• Sistema cerrado de control evaporativo (Canister).

• Sistema de recirculación de gases de escape (EGR).

• Sistema de inyección adicional de aire en el escape.

• Convertidor catalítico y Filtro de partículas

IV. METODOLOGIA

4.1. UTILIZACION DEL EQUIPO- TOMA DE MUESTRAS

• Encender el analizador, luego del encendido y la aparición de logo tipo E INSTRUMENTOS pulsar aceptar para ejecutar el ciclo auto cero, la calibración (Si se desea configurar los parámetro pulsar SETUP)

• Al final de la calibración en el medio en el que se encuentra, todos los sensores indican cero, la temperatura es del ambiente.

• Se selecciona el tipo de combustible que decíamos analizar.

• Colocarla sonda del analizador en el tubo de escape del motor

Luego imprimir, colocando la tecla print.

4.2. DATOS:

• Toma de muestra:

• Lugar: distrito de jauja, huancayo

• Numero de muestra: 31 automoviles

TABLA. 1 DATOS DELA COMBUSTIÓN DE LOS AUTOMÓVILES.

PLACA Tipo De Combustible AÑO MARCA O2% CO(PPM) CO2% CxHy PPM NO

PPM NO2

PPM NOx

ASV-263 propano 2006 Suzuki 13.5 3917 7.1 3910 453 O 453

13.7 5746 8.3 5560 1043 0 1043

SP-3554 GLP 1993 Nissan 2.6 5.76 12.4 0 34 0 34

0.3 6.46 12 15060 66 0 66

CJY-654 Petróleo 2006 Toyota 20.9 14 0 170 3 2 5

11.5 700 3.2 190 284 86 370

WZV-431 Gasolina 2014 Toyota 1.4 66 1.8 280 18 0 18

20.5 14 0.3 290 2 0 2

W3G-697 Propano 2011 Kia 14.9 3112 5.1 1650 39 0 39

15.6 3278 0,2 3810 507 0 507

C6C-644 GLP 2002 Toyota 19.4 107 4.7 1520 36 5 41

10.0 910 15.1 0 137 16 153

AJY-620 Petróleo 2000 Toyota 19 9669 1 10850 234 0 234

16.1 6339 2.6 3940 218 2 220

WIF-553 gasolina 2008 Sentra 16.8 869 8.4 860 21 0 21

3.3 430 13 880 85 0 85

WSA-722 Diesel 2012 Toyota 19.5 577 1.2 16460 441 50 491

19.9 334 1.2 16530 257 51 308

5108-IW Gasolina 2012 strong 209 166 0 14270 0 0 0

20.9 146 0 14240 0 0 0

Z15-535 GLP 2005 Toyota 13.9 7306 7 2970 9 0 9

1.11 1.78 18.4 3650 279 0 279

YQ-969 Diesel 2012 Toyota 18.6 893 1.5 16530 480 133 613

19.9 1062 6.4 16370 458 233 691

WJP-133 Propano 1993 Toyota 19.9 13091 0.2 12240 3 0 3

17.1 2275 2.7 9670 918 0 918

B4-7722 Gasolina 80 2011 Zumo 16.4 1.99 1.6 0 25 0 25

18.6 1.36 0.8 27280 83 0 83

WIV-538 GLP 2008 Toyota 14.4 1.36 3.6 12660 128 0 0

2.2 1678 12.1 9620 1444 0 1444

WJB-152 GLP 2006 toyota 15.5 8.83 8.9 5680 145 0 145

9.7 1.39 8.6 7830 117 0 177

A76-737 Diesel 2010 Toota 199.2 471 1.4 16540 543 85 628

17.5 365 0,6 16620 551 78 629

A1 Petróleo 1998 Toyota 17.2 7742 3.4 240 364 66 420

16.6 577 3.7 250 311 67 378

GLP 2006 Fielder 15.2 2069 2.3 1550 73 0 73

4.6 151 15.5 2290 243 0 243

GLP 1989 Toyota 14.4 198 4.6 6000 548 2 550

13.8 214 6.1 3650 331 3 334

UO-5486 GLP 2006 Toyota 5.5 104 12.4 2780 585 0 585

5.9 132 5.2 4470 629 0 629

V. TRATAMIENTO DE DATOS

5.1 VEHÍCULOS CON GLP

A. encedido el vehiculo

Grafica. 5.1 comparación de co %

Fuente: elaboración propia.

B. pisando el acelerador a fondo

Grafica. 5.2 comparación de HC(ppm).

Fuente: elaboración propia.

5.2 VEHÍCULOS CON GASOLINA OIL 2

A. encedido el vehiculo

Grafica. 5.3 comparación de CO%

Fuente: elaboración propia.

B. pisando a fondo el acelerador

Grafica. 5.4 comparación de HC(ppm).

Fuente: elaboración propia.

5.3 VEHICULOS QUE UTILIZAN COMO COMBUSTIBLE EL PETROLEO AL ENCENDIDO DEL VEHICULO

C. encedido el vehiculo

Grafica. 5.5 comparación de CO%

Fuente: elaboración propia.

D. pisando a fondo el acelerador

Grafica. 5.6 comparación de CO%

Fuente: elaboración propia.

VI. CONCLUSIÓN

• De las gráficas presentadas en el archivo Excel se deduce que los carros que tiene como alimentación de combustible GLP emiten en menor proporción gases de contaminación.

• Los carros que tienen como alimentación de DIESEL emiten en mayor proporción los gases de contaminación ambiental.

• La variación de las distintas emisiones puede estar afectada por distintos factores como ya sea, el mantenimiento de los carros o los años de vigencia en el mercado de los mismos y el sistema de combustión con el que cuentas cada uno.

• De todos los vehículos, comparando con los límites permisibles según el decreto supremo; deducimos que el petroleo o diesel sobrepasa en limite depermisible de emisiones.

VII. BIBLIOGRAFÍA

• Araya C., Arie David. 2008. Metodología de cálculo de emisiones vehiculares basada en modos de conducción y potencia específica vehicular.

• Henríquez S., Pilar. 2007. Estudio comparativo de actividad vehicular y modelación de emisiones.

• Conama Metropolitana de Santiago. 2008. Plan de Prevención y de Descontaminación Atmosférica.

VIII. ANEXOS

A. Equipo analizador de gases de combustión

Figura.

...