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• Alvin David Ochoa Sandoval

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ENSAYO COMPARATIVO “Combustibles alternativos vs. Combustibles tradicionales basados en petróleo” Por: Alvin D. Ochoa S. CIP: 6-716-250. Facilitador: Ing. Carlos Cedeño. Grupo: 7IE-131.

Hoy en día, el tema de la energía es tan importante como la vida misma. Ya que todos nuestros sistemas como computadoras, electrodomésticos, aparatos y dispositivos en la industria y en todo lo que conocemos, necesitan de energía eléctrica para funcionar de tal manera que vuelvan nuestra vida más simple y cómoda. Pero por otra parte, es de vital importancia tener en cuenta que actualmente muchas de las industrias, así como motores que mueven desde grandes maquinarias hasta pequeños automóviles necesitan y dependen de una fuente de combustible que pueda encender estos dispositivos y hacerlos funcionar. Aunque, el porvenir nos advierte de que estas fuentes de energía y a su vez de combustibles, serán remplazadas por otras fuentes de energía más limpias y renovables.

Ahora bien, como ya sabemos que en nuestros días se depende mucho de combustibles como una de las principales fuentes de energía (puesto que son utilizadas en la mayoría de los búnkeres alrededor del mundo para producir electricidad y también son utilizadas en casi todos los automóviles y maquinarias a nivel mundial), nos percatamos entonces de la importancia que esta fuente de energía posee.

Entonces, visto la importancia que tienen los combustibles actualmente, se tiene que analizar a cabalidad para entender cómo éstos funcionan y por qué unos son mejores que otros así como las ventajas y desventajas que ofrecen unos con respecto a otros, y para ello hay que definir qué es combustible y qué son los combustibles alternativos y los combustibles tradicionales.

Los combustibles. Combustible alternativo y combustible tradicional. Según el libro de Termodinámica, de Yunus A. Çengel y Michael A. Boles, se afirma que: “Cualquier material que pueda quemarse para liberar energía recibe el nombre de combustible”. Este mismo libro nos dice que muchos de los combustibles que se conocen en el mundo se componen principalmente por hidrógeno y carbono, y éstos reciben el nombre de combustibles hidrocarburos y se denotan por la fórmula

. Éstos existen en todas las fases, y algunos de

ellos son el carbón, la gasolina y el gas natural.

Entonces, un combustible alternativo no es más que un combustible que no depende exclusivamente de los combustibles derivados del petróleo, como la gasolina y el diesel, y que por ende, se trata de un combustible de quema más limpia y amigable con el ambiente, es decir, de un combustible que libera menos emisiones de CO2 lo que lo hace menos contaminante.

Ejemplos son: gases naturales (ya sea licuado o comprimido, tales como: metano, etano, propano y butano), alcoholes (metanol y etanol), gas licuado de petróleo (GLP) e hidrógeno. En contraposición con un combustible tradicional, el cual es un combustible hidrocarburo que se obtiene del petróleo crudo por destilación y que es mucho más contaminante que los combustibles alternativos. Ejemplos de combustibles tradicionales son la gasolina, el diesel o gasóleo ligero y pesado, el queroseno, nafta, entre otros.

Imagen que describe los componentes del petróleo crudo al cual se destila e hierve en una refinería.

De todo lo anterior, se puede desprender que los combustibles alternativos siempre serán más limpios o menos contaminantes que los combustibles tradicionales como la gasolina y el diesel.

Análisis comparativo entre combustibles alternativos y combustibles tradicionales. Es de suma importancia reconocer qué tipo de combustible es más limpio, menos costoso y que posea más contenido energético, etc. ya que de esta manera podemos llegar a una conclusión de que combustible sería el más ideal a utilizar porque sería el más eficiente.

Mi análisis estará enfocado a la industria del transporte. Veamos a continuación una tabla que muestra una comparación de algunos combustibles alternativos contra los combustibles tradicionales basados en petróleo usados en la industria del transporte.

Tabla obtenida del libro de Termodinámica, de Yunus A. Çengel y Michael A. Boles. Pág. 769.

Analizando dicha tabla podemos destacar que: el contenido energético por unidad de volumen de la gasolina o diesel es más alto que el de los combustibles alternativos. Y por consiguiente, la distancia máxima que un automóvil pudiera recorrer al gastar un tanque lleno será mayor cuando se opere con gasolina o diesel.

Ahora, por otra parte, hablando de dinero, es decir, de costos, observando las siguientes tablas:

Imagen obtenida de la página web de ACODECO Panamá actualizada hasta hace una semana. http://www.autoridaddelconsumidor.gob.pa/

Y… tomando en cuenta precios realistas del costo de combustibles alternativos vemos que: Combustible Alternativo Costo. ($/L) Costo. ($/GAL) Metanol* 1.20 4.54 Etanol** 1.04 3.94 *Información sobre el metanol tomada del libro de Termodinámica, Yunus A. Çengel y Michael A. Boles. **Información sobre el etanol tomada de página web del periódico abc color de Paraguay en sección Mundo de la edición del 26 de noviembre de 2012. http://www.abc.com.py/internacionales/panama-producira-etanol-para-bajar-costo-de-combustibles232540.html

Analizando lo anterior de las anteriores tablas, nótese que los precios en dólares por galón de los combustibles tradicionales (gasolina, diesel) son más baratos que los combustibles alternativos (metanol y etanol), a pesar de que el más barato de los combustibles actualmente en Panamá es el gas licuado de petróleo (GLP) y se trata de un combustible alternativo. Aunque a simple vista nos puede parecer más barato, hay que tomar en cuenta que por ejemplo por cada 10000 kJ que demande una máquina a precios vistos anteriormente, saldrá apenas caro el GLP ($0.32) que si se utiliza gasolina regular 91 octanos ($0.30).

Para finalizar nuestro análisis podemos hacer un estudio de cuanto trabajo puede producir un combustible tradicional contra un combustible alternativo, si nuestro escenario de análisis está condicionado y se idealiza para hacer el mismo, de manera más sencilla y no volver complejos los cálculos a realizar, si sometemos esto a un análisis de sistemas reactivos con base a la primera ley.

Tomemos para nuestro análisis un caso hipotético. En una cámara de combustión de un automóvil, se mezcla combustible (en el que para un caso será gas licuado de petróleo o propano y para el otro caso será gasolina u octano) con aire y se quema con 50% de exceso de aire que entran a la cámara de combustión. Si éstos se encuentran inicialmente a temperatura ambiente (25ºC) y a 1 atm. Y considerando que todo el hidrógeno en el combustible se convierte en vapor de agua (H2O), el carbono se quema en 90% CO2 y en 10% CO, con cierta liberación de O2 y N2. Y si se toma en cuenta la temperatura de salida de los gases de combustión a 47ºC, se hallará la cantidad de calor transferida desde el sistema por el combustible para cada caso.

1. Resolución para el propano (

) – GAS LICUADO DE PETRÓLEO

El propano líquido se quema de manera estacionaria con exceso de aire. Si establecemos la ecuación química de la combustión tratándose de una reacción estequiométrica: C(n)H(2n+2) + (1.5n+.5)O2 → (n)CO2 + (n+1)H2O Como es propano n = 3. Entonces,

Sabiendo que se debe permanecer los 50% de exceso de aire es decir 5 + 5·0.5 = 7.5 y que se forman 90% de CO2 y 10% de CO, con cierta liberación de O2. Entonces la ecuación balanceada para el proceso de combustión real con 50% de exceso de aire

se convierte en:

Aplicando la primera ley para sistemas de flujo estacionario en sistemas reactivos, tenemos que: ∑

̅̅̅

̅

̅̅̅

∑

̅̅̅

̅

̅̅̅

Suponiendo que el aire y los productos de la combustión son gases ideales. Para Tr = 25ºC = 298 K y Tp = 47ºC = 320 K; y Np = número de kmol de los productos y Nr = número de kmol de los reactivos. Se tiene que: ̅̅̅ (kJ/kmol)

Sustancia

̅ @Tp (kJ/kmol)

̅ @Tr (kJ/kmol)

̅̅̅ (kJ/kmol)

-118910 0 9325 8682 8682 0 9306 8669 8669 -393520 10186 9364 9364 -241820 10639 9904 9904 (g) -110530 9306 8669 8669 CO Ver páginas 932 a 944 del libro de texto, Termodinámica, de Yunus A. Çengel y Michael A. Boles.

(l)

[

]

[ ]

2. Resolución para el octano (

) - GASOLINA

El octano líquido se quema de manera estacionaria con exceso de aire. Si establecemos la ecuación química de la combustión tratándose de una reacción estequiométrica: C(n)H(2n+2) + (1.5n+.5)O2 → (n)CO2 + (n+1)H2O Como es octano n = 8. Entonces,

Sabiendo que se debe permanecer los 50% de exceso de aire es decir 12.5 + 12.5·0.5 = 18.75 y que se forman 90% de CO2 y 10% de CO. Entonces la ecuación balanceada para el proceso de combustión real con 50% de exceso de aire

se convierte en:

Aplicando la primera ley para sistemas de flujo estacionario en sistemas reactivos, tenemos que: ∑

̅̅̅

̅

̅̅̅

∑

̅̅̅

̅

̅̅̅

Suponiendo que el aire y los productos de la combustión son gases ideales. Para To = 25ºC = 298 K y Tf = 47ºC = 320 K; y Np = número de kmol de los productos y Nr = número de kmol de los reactivos. Se tiene que: ̅̅̅ (kJ/kmol)

Sustancia

̅ @Tp (kJ/kmol)

̅ @Tr (kJ/kmol)

̅̅̅ (kJ/kmol)

-249950 0 9325 8682 8682 0 9306 8669 8669 -393520 10186 9364 9364 -241820 10639 9904 9904 (g) CO -110530 9306 8669 8669 Ver páginas 932 a 944 del libro de texto, Termodinámica, de Yunus A. Çengel y Michael A. Boles. (l)

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Haciendo una observación al previo análisis sobre sistemas reactivos con base en la primera ley sobre un sistema de flujo estacionario realizados tanto para dos tipos de combustible se puede señalar que para la gasolina, es decir, para el octano ya que se puede tratar como tal para evitar complejidades, tiene una entalpía de combustión, o una capacidad de desprender o transferir calor o energía, mayor que la del gas licuado de petróleo, en la que por simplicidad y por facilidad es mejor tratarlo por su componente principal, el propano.

Conclusiones Concluyendo con este análisis comparativo entre combustibles alternativos y combustible tradicionales se puede destacar que:  Los combustibles alternativos son ciertamente más eco-amigables con el ambiente que aquellos combustibles tradicionales, ya que éstos últimos emiten mucho más gases de CO2 lo que contribuye a la contaminación de nuestro medio que los combustibles alternativos.  Los combustibles tradicionales poseen más contenido energético por unidad de volumen que los alternativos. Que no es sorpresa puesto que en el análisis matemático se vio fundamentado, en el caso hipotético.  Los combustibles tradicionales actualmente en Panamá están mas baratos que los alternativos, a pesar de que uno de ellos, el gas licuado de petróleo (GLP) es el más barato de todos a $2.79, según la ACODECO.  Finalmente, se puede decir sin vacilar que los combustibles tradicionales liberan más cantidad de energía en una combustión que los alternativos, como se vio previamente.