UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA Escuela de...

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

Escuela de Ingenierías Industriales y Civiles

PROYECTO FINAL DE CARRERA

MEMORIA DESCRIPTIVA

PETICIONARIO: ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Y

CIVILES DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

AUTOR: SANJANA HARESH SADHWANI

FECHA: SEPTIEMBRE 2011

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO

COMBUSTIBLE EN VEHÍCULOS DE TRANSPORTE PÚBLICO

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE EN VEHÍCULOS DE TRANSPORTE PÚBLICO

FIRMAS

FIRMAS

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA - ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE EN VEHÍCULOS DE TRANSPORTE

PÚBLICO

Firma alumno

Sanjana Haresh Sadhwani

Estudio de viabilidad técnica-económica de la implantación del gas natural como combustible en vehículos de transporte público Memoria Descriptiva

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1. MEMORIA DESCRIPTIVA

Contenido

1.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 6

1.1.1. Contaminación atmosférica ....................................................................................... 6

1.1.2. Dependencia del petróleo en España .................................................................... 7

1.1.3. El gas natural como alternativa en el sector del transporte ......................... 9

1.2. OBJETIVO DEL PROYECTO ...........................................................................................10

1.2.1. Objetivo académico ....................................................................................................10

1.2.2. Objetivo justificativo ..................................................................................................10

1.3. PETICIONARIO ..................................................................................................................10

1.4. NORMATIVA DE APLICACIÓN PARA TODO EL PROYECTO .............................11

1.5. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE HIDROCARBUROS .........................16

1.5.1. Generalidades ...............................................................................................................16

1.5.2. Clases de hidrocarburos ...........................................................................................16

1.6. INDUSTRIA DEL GAS NATURAL .................................................................................18

1.6.1. Definición de gas natural ..........................................................................................18

1.6.2. Parámetros que definen la calidad del gas natural ........................................19

1.6.2.1. Poder Calorífico Superior (PCS) ....................................................................19

1.6.2.2. Poder Calorífico Inferior (PCI) .......................................................................19

1.6.2.3. Densidad (ρ) ..........................................................................................................20

1.6.2.4. Índice de Woobe (W) .........................................................................................20

1.6.2.5. Composición ..........................................................................................................21

1.6.3. Cadena del gas natural ..............................................................................................23

1.6.3.1. Reservas de Gas Natural ...................................................................................24

1.6.3.2. Proceso de extracción y refinado del gas natural ...................................25

1.6.3.3. Licuefacción y almacenamiento de gas natural .......................................26

1.6.3.4. Transporte del Gas Natural .............................................................................27

1.6.3.5. Regasificación .......................................................................................................31

1.6.3.6. Principales aplicaciones del gas natural ....................................................31

1.6.4. Estados del Gas Natural (GN) .................................................................................32

1.6.4.1. Gas natural comprimido (GNC) .....................................................................32

1.6.4.2. Gas natural licuado (GNL) ................................................................................32


2

1.6.4.3. Almacenamiento de GNL versus GNC ..........................................................33

1.6.4.4. Línea de investigación actual: Tecnología de adsorción ......................39

1.7. INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL .........................................40

1.7.1. Gas Natural Vehicular (GNV) ..................................................................................40

1.7.2. GNV en el mundo .........................................................................................................40

1.7.2.1. Estados Unidos .....................................................................................................42

1.7.2.2. América del Sur: ...................................................................................................42

1.7.2.3. Asia-África: .............................................................................................................42

1.7.2.4. Europa .....................................................................................................................43

1.7.3. GNV en España .............................................................................................................45

1.7.3.1. Marco legal y fiscal español con respecto al gas natural ......................45

1.7.3.2. Instalaciones de Gas natural en España .....................................................46

1.7.3.3. Situación del GNV en España ..........................................................................49

1.7.3.4. Evolución del GNC como combustible en autobuses por ciudades españolas …………………………………………………………………………………………………50

1.7.3.5. Apoyos institucionales ......................................................................................54

1.8. INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GNC ..........................................................56

1.8.1. Tecnología de los vehículos de gas natural .......................................................56

1.8.1.1. Vehículos dedicados ...........................................................................................56

1.8.1.2. Vehículos bi-fuel ..................................................................................................57

1.8.1.3. Vehículos dual-fuel .............................................................................................57

1.8.1.4. Otros .........................................................................................................................58

1.8.2. Características de los diferentes tipos de vehículos ......................................59

1.8.3. Conversión de vehículos a gas natural ................................................................60

1.8.3.1. Conversión de vehículos diesel ......................................................................60

1.8.3.2. Conversión de vehículos de gasolina ...........................................................60

1.8.4. Comportamiento general en el motor .................................................................64

1.8.4.1. Comportamiento antidetonante. Número de octano ............................65

1.8.4.2. Potencia [57] .........................................................................................................65

1.8.4.3. Consumo de combustible .................................................................................69

1.8.4.4. Emisiones contaminantes ................................................................................70

1.8.4.5. Mantenimiento de vehículos ...........................................................................70

1.8.4.6. Resumen de comportamientos ......................................................................70


3

1.8.5. Tecnología desarrollada y disponible .................................................................71

1.8.6. Gas natural: alto nivel de seguridad como combustible vehicular ..........72

1.8.6.1. Normativa de seguridad para el gas natural en la automoción .........73

1.9. ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL .....................................................75

1.9.1. Estación de Servicio GNC (L) ..................................................................................75

1.9.1.1. Unidad de almacenamiento de GNL .............................................................75

1.9.1.2. Unidad de bombeo de GNL [37] ....................................................................77

1.9.1.3. Unidad de vaporización ....................................................................................82

1.9.1.4. Unidad de almacenamiento de GNC (llenado rápido) ...........................82

1.9.1.5. Unidad de suministro (surtidores) ...............................................................85

1.9.1.6. Unidad de control (panel de control) ..........................................................87

1.9.2. Estación de Servicio de GNC ....................................................................................88

1.9.2.1. Unidad de medición de gas ..............................................................................88

1.9.2.2. Unidad de compresión ......................................................................................88

1.10. ESTUDIO DE TIPOS DE LLENADO ..............................................................................92

1.10.1. Introducción ..................................................................................................................92

1.10.2. Tipo de producción .....................................................................................................92

1.10.2.1. Producción instantánea ....................................................................................92

1.10.2.2. Producción con acumulación ..........................................................................92

1.10.2.3. Producción instantánea vs producción con acumulación ................ 106

1.10.3. Estado del gas natural de origen ........................................................................ 109

1.10.3.1. Gas natural licuado (GNL) ............................................................................. 109

1.10.3.2. Gas natural procedente de gaseoductos .................................................. 113

1.10.4. Conclusión ................................................................................................................... 116

1.11. INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE ............................................................................. 117

1.11.1. Contaminación atmosférica .................................................................................. 117

1.11.1.1. Legislación sobre la calidad del aire en España y en Europa .......... 119

1.11.2. Contaminantes generados por la combustión de motores vehiculares ...... …………………………………………………………………………………………………………………..122

1.11.2.1. Óxidos de nitrógeno, NOx .............................................................................. 122

1.11.2.2. Óxidos de azufre, SO2 ...................................................................................... 123

1.11.2.3. Monóxido y dióxido de carbono, CO y CO2 ............................................. 123

1.11.2.4. Ozono, O3 ............................................................................................................. 123


4

1.11.2.5. Material particulado (PM10 y PM2,5) ...................................................... 124

1.11.2.6. Metales pesados: Plomo ................................................................................ 124

1.11.3. Evolución de emisiones en el sector el transporte ...................................... 124

1.11.4. Norma europea sobre emisiones (EURO) ....................................................... 125

1.11.4.1. Normas sobre emisiones para vehículos pesados ............................... 126

1.11.4.2. Situación del Gas Natural y Diesel ante las normas Euro V y Euro VI (vehículos pesados)............................................................................................................... 128

1.11.5. El GNC, combustible ecológico ............................................................................ 129

1.11.5.1. Efectos del GNC sobre la contaminación ................................................. 131

1.11.6. El GNV frente a otros combustibles alternativos. Medio ambiente, economía y tecnología .............................................................................................................. 133

1.11.6.1. Biodiésel .............................................................................................................. 133

1.11.6.2. Metanol ................................................................................................................. 135

1.11.6.3. Bioetanol .............................................................................................................. 136

1.11.6.4. Hidrógeno ............................................................................................................ 137

1.11.6.5. Biogás .................................................................................................................... 139

1.11.6.6. GLP ......................................................................................................................... 139

1.12. IMPACTO AMBIENTAL: REDUCCIÓN DE LAS EMISIONES DE DIÓXIDO DE CARBONO PRODUCIDAS CON GAS NATURAL CON RESPECTO AL DIESEL ............. 141

1.12.1. Combustión teórica ................................................................................................. 141

1.12.2. Comparativa de emisiones de CO2 para una flota de autobuses y turismos a GNC/Diesel ............................................................................................................. 142

1.13. MARCO LEGAL ................................................................................................................ 145

1.13.1. Especificaciones del Gas Natural como combustible de automoción .. 145

1.13.2. Marco legal para vehículos a Gas Natural ....................................................... 147

1.13.2.1. Reglamento nº110 de las Naciones Unidas. Anexo 109: Componentes y vehículos GNC ......................................................................................... 147

1.13.2.2. Reglamento Nº 115 de las Naciones Unidas .......................................... 153

1.13.2.3. Reglamento de Reformas de Importancia .............................................. 154

1.13.3. Temas complementarios ....................................................................................... 158

1.13.3.1. Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos (RD 919/2006) .................................................................................................... 158

1.13.3.2. ITC-ICG 05. Estaciones de servicio para vehículos a gas................... 161

1.13.3.3. NORMA UNE 60631-1 .................................................................................... 163


5

1.13.3.4. REAL DECRETO 283/2001, de 16 de marzo .......................................... 164

1.13.3.5. Normativa europea .......................................................................................... 166

1.13.3.6. Otras normativas .............................................................................................. 167

1.14. MITOS Y REALIDADES DEL GNC ............................................................................. 169

1.15. ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA ............................ 175

1.15.1. Introducción: El gas natural como fuente de energía en Canarias ........ 175

1.15.2. Situación actual en Las Palmas de Gran Canaria .......................................... 175

1.15.3. Consumos .................................................................................................................... 176

1.15.4. Explotación ................................................................................................................. 176

1.15.5. Solución adoptada .................................................................................................... 177

1.15.5.1. Recepción de gas natural ............................................................................... 177

1.15.5.2. Producción de GNC .......................................................................................... 178

1.15.5.3. Almacenamiento de GNC ............................................................................... 180

1.15.5.4. Colector de GNC y posición de válvulas ................................................... 180

1.15.5.5. Sectores de llenado .......................................................................................... 180

1.15.5.6. Drenajes y venteos ........................................................................................... 180

1.15.5.7. Panel de control de la estación.................................................................... 180

1.15.6. Funcionamiento de la estación ........................................................................... 181

1.15.6.1. Funcionamiento ordinario ............................................................................ 181

1.15.6.2. Funcionamiento extraordinario ................................................................. 182

1.15.7. Actividades a desarrollar por la explotación ................................................. 182

1.15.8. Mantenimiento .......................................................................................................... 182

1.15.9. Seguridad ..................................................................................................................... 183

1.15.10. Obra civil ...................................................................................................................... 183

1.16. CONCLUSIÓN ................................................................................................................... 184

1.17. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 185

1.18. GLOSARIO ............................................................................................................................... 190


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1.1. INTRODUCCIÓN

1.1.1. Contaminación atmosférica

En la actualidad, la contaminación atmosférica1 continúa siendo un motivo de seria preocupación en España y en el resto de Europa por sus efectos nocivos

sobre la salud humana y el medio ambiente.

Las evaluaciones llevadas a cabo tanto a escala de la Unión Europea como las llevadas a cabo en España por parte de las Comunidades Autónomas, de acuerdo con la normativa en vigor, ponen en manifiesto que, a pesar de las medidas puestas en marcha en el pasado, aún existen niveles de contaminación

con efectos adversos muy significativos.

Numerosos estudios realizados en Europa [20] indican que importantes sectores de la población se encuentran expuestos a contaminantes atmosféricos. Los resultados obtenidos hasta ahora indican que existe una asociación significativa entre los indicadores de contaminación atmosférica y salud. Los efectos que se han relacionado con su exposición son diversos y de distinta severidad, entre los que destacan problemas sobre el sistema respiratorio y el cardiovascular. Estos estudios son concluyentes en cuanto a que la contaminación atmosférica continúa siendo un riesgo para la salud de los ciudadanos de Europa.

Las zonas donde se pueden encontrar mayores niveles de contaminación son áreas industriales concretas y, en especial, las grandes ciudades, donde las emisiones del tráfico de vehículos son las principales responsables [20]. Estos

utilizan en su mayoría combustibles tradicionales (derivados del petróleo).

En general, en las dos últimas décadas, los niveles de contaminantes han mejorado de forma sustancial. Estas reducciones son el resultado de las mejoras tecnológicas y unas directivas europeas cada vez más estrictas en cuanto a emisiones permisibles. Gracias a ellas, se ha conseguido reducir de manera considerable contaminantes como el dióxido de azufre; no obstante, persisten elevadas concentraciones de otros, como son el dióxido de nitrógeno y las partículas en suspensión.

En concreto, en el caso de España, las evaluaciones de la calidad del aire demuestran que nuestros principales problemas son similares a otros países europeos, aunque en algunos casos agravados por nuestras especiales condiciones meteorológicas (mayor radiación solar que favorece la contaminación fotoquímica y, por tanto, la formación de ozono, la resuspensión de partículas por escasez de lluvia, etc.) y geográficas (episodios de intrusiones de partículas de origen sahariano).


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Estas circunstancias dificultan conseguir una buena calidad del aire acorde con la legislación, aunque actualmente se permite descontar las superaciones del

valor límite debidas a causas naturales (p.e. aire sahariano).

Figura 1.1.1. Contaminación en la ciudad de Madrid

Por todo ello, aunque se hayan logrado grandes mejoras en comparación con hace tan sólo unos años, los niveles de contaminantes siguen siendo importantes, por lo que es importante seguir realizando esfuerzos y apostando por nuevas tecnologías que disminuyan las emisiones y permitan, por tanto, disfrutar de un aire que no sea perjudicial para la salud humana y del medio que nos rodea.

1.1.2. Dependencia del petróleo en España

El petróleo y sus derivados contribuyen la mayor parte de la energía primaria consumida en España.

Figura 1.1.2. Energía primaria consumida en España [22]

Este crudo se destina a satisfacer aproximadamente la mitad de las necesidades energéticas y la mayoría de la demanda energética en transporte, demanda que no ha hecho más que aumentar a lo largo de los años.


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Participación del Transporte en la Demanda del Petróleo (OCDE) 1971 35 % 1997 54% 2010 59% 2020 62% El crecimiento del parque de vehículos en España se encuentra en torno al 4% anual

Tabla. 1.1.1. Participación del transporte en la demanda del petróleo. [59]

Aunque en nuestro país existen yacimientos de petróleo, su producción es mínima, lo que hace que la práctica totalidad del crudo tenga que ser importado. Por tanto, España padece una alta dependencia del petróleo y su importación (más que la mayoría de sus socios europeos y aliados transatlánticos). [23] [24]

Los principales suministradores en 2010 fueron: Rusia, México, Libia, Irán,

Arabia Saudí y Nigeria.

Figura 1.1.3.Importaciones de crudo 2010 [23]

Como se puede observar, España importa más de la mitad de su petróleo total de países miembros de la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo), que son países que no están consolidados democráticamente o que tienen regímenes que no son estables o predecibles. Países como Noruega, México y Rusia, proveedores más estables, difícilmente pueden aumentar la proporción

debido a que presentan producciones limitadas.

La inestabilidad de los suministradores de crudo afecta directamente a su precio. En los últimos años, el precio del petróleo ha sufrido grandes fluctuaciones, llegando a triplicar su valor con respecto a hace tan solo unos años. Esto hace que España, debido a su dependencia, sea especialmente vulnerable a estas variaciones.

Las perspectivas para el futuro sugieren que el escenario energético se complicará más a medio y largo plazo. Por eso, España debe considerar el reto de diversificar su mezcla energética y de reducir su dependencia del petróleo como

una prioridad nacional. [24]

En el sector energético (producción de la electricidad) se debe seguir apostando por energías alternativas. Asimismo, en el sector del transporte, el cual


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depende en su mayoría de los derivados del petróleo, se debería promover un tipo de combustible alternativo no procedente del crudo para poder sustituirlo a medio y largo plazo, puesto que se espera que en los próximos años la demanda del

transporte aumente.

1.1.3. El gas natural como alternativa en el sector del transporte

Como se ha visto en los apartados anteriores, dos importantes problemas a los que se enfrenta la sociedad actual son la contaminación atmosférica y la dependencia del petróleo. En el primer caso, nos encontramos frente a una legislación cada vez más restrictiva con el fin de obtener un aire limpio, sin riesgos para la salud y el medio ambiente, mientras que en el segundo caso, se hace hincapié en la necesidad de disminuir el uso del petróleo por su inestabilidad y precios cada vez más elevados.

El sector del transporte es uno de los que se ve más afectado en estos dos aspectos. Ello ha provocado la búsqueda y empleo de combustibles más económicos y respetuosos con el medio ambiente; es decir, combustibles

alternativos a los derivados del petróleo.

El gas natural se presenta como una opción muy interesante a corto y medio plazo, puesto que existe en abundancia, es el menos contaminante de los combustibles fósiles, al no ser un derivado del petróleo, se disminuye su dependencia y presenta un precio mucho más económico que estos. Además, actualmente se trata de una tecnología plenamente desarrollada. Por todo lo anterior, la implantación del gas natural en el transporte urbano ha ido cobrando un mayor protagonismo y actualmente, ya son muchos los países que incorporan

grandes flotas que trabajan con este combustible.


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1.2. OBJETIVO DEL PROYECTO

1.2.1. Objetivo académico

El objetivo académico que se persigue mediante este proyecto es la obtención del título de Ingeniera Química, especialidad Procesos, una vez aprobadas todas las asignaturas que comprenden la misma y definido el mismo por los tutores y aprobado si así lo estima oportuno el tribunal competente nombrado a tal efecto.

1.2.2. Objetivo justificativo

El objetivo justificativo de este proyecto es realizar un estudio de viabilidad técnica-económica de la implantación del gas natural comprimido (GNC) como combustible en vehículos de transporte público. Asimismo, se realizará el diseño de una estación de servicio de dicho combustible, el cual suministrará a una flota de autobuses en la ciudad de Las Palmas de Gran Canaria.

1.3. PETICIONARIO Actúa como peticionario del presente proyecto la Escuela de Ingenierías

Industriales y Civiles (E.I.I.C) de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, con domicilio en:

Edificio de Ingenierías Campus Universitario de Tafira

35017 Las Palmas de Gran Canaria


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1.4. NORMATIVA DE APLICACIÓN PARA TODO EL PROYECTO

• Real Decreto 102/2011 de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire.

• Real Decreto 2822/1998, de 23 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento General de Vehículos.

• Real Decreto 1434/2002 de 27 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de gas natural.

• Real Decreto 736/1988 de 8 de julio, por el que se regula la tramitación de las reformas de importancia de los vehículos de carretera.

• Real Decreto 283/2001, de 16 de marzo, por el que se modifican determinados artículos del Reglamento de Impuesto sobre Sociedades en materia de deducción por inversiones destinadas a la protección del medio ambiente.

• Real Decreto 1435/1992, de 27 de noviembre, por el que se dictan las disposiciones de aplicación de la Directiva 89/392/CEE, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre máquinas.

• Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión.

• Real Decreto 769/1999 que traspone la Directiva 97/23/CEE sobre equipos a presión, en lo referente a su diseño, fabricación y conformidad de los equipos y Real Decreto 1244/1979 Reglamento de aparatos a presión en lo no contemplado por el anterior.

• Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias.

• Reglamento de Instalaciones Petrolíferas, aprobado por el Real Decreto 2085/1994, de 20 de octubre.

• Reglamento Técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos (RD 919/2006).


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• Reglamento de Reformas de Importancia: Orden CTE 3191/2002, de 5 de diciembre.

• Reglamento CEPE/ONU 110 R00 sobre equipos para vehículos que utilizan GNC. Anexo 109: Componentes y vehículos GNC.

• Reglamento CEPE/ONU, 115 R00 sobre sistemas de adaptación instalados en vehículos a motor para el uso de GNC o GLP en su sistema de propulsión.

• Reglamento 443/2009/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de abril de 2009, por el que se establecen normas de comportamiento en materia de emisiones de los turismos nuevos como parte del enfoque integrado de la Comunidad para reducir las emisiones de CO2 de los vehículos ligeros.

• Directiva del Consejo de 3 de diciembre de 1987 relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre las medidas que deben adoptarse contra la emisión de gases y partículas contaminantes procedentes de motores diesel destinados a la propulsión de vehículos (88/77/CEE).

• Directiva 1999/96/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 13 de diciembre de 1999 relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre las medidas que deben adoptarse contra la emisión de gases y partículas contaminantes procedentes de motores diesel destinados a la propulsión de vehículos y contra la emisión de gases contaminantes procedentes de motores de encendido por chispa alimentados con gas natural o gas licuado del petróleo destinado a la propulsión de vehículos y por la que se modifica la Directiva 88/77/CEE del Consejo.

• Directiva 70/220/EEC del consejo, de 20 de marzo de 1970, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre medidas contra la contaminación atmosférica causada por los gases de escape de los vehículos de motor y posteriores hasta 2003/76/EC.

• Directiva 2003/76/CE del Comisión, de 11 de agosto de 2003, por la que se modifica la Directiva 70/220/CEE del Consejo relativa a las medidas que deben adoptarse contra la contaminación atmosférica causada por las emisiones de los vehículos a motor.

• Directiva 2005/78/CE de la Comisión, de 14 de noviembre de 2005, por la que se aplica la Directiva 2005/55/CEE del Parlamento Europeo y del


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Consejo relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre las medidas que deben adoptarse contra la emisión de gases y partículas contaminantes procedentes de motores de encendido por compresión destinados a la propulsión de vehículos, y contra la emisión de gases contaminantes procedentes de motores de encendido por chispa alimentados con gas natural o gas licuado del petróleo destinado a la propulsión de vehículos, y se modifican sus anexos I, II, III, IV y VI.

• Directiva 595/2009/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 18 de junio de 2009, que regula la homologación de los vehículos de motor y los motores en lo concerniente a las emisiones de los vehículos pesados (Euro VI) y al acceso a la información sobre reparación y mantenimiento de vehículos.

• Directiva 2006/42/EC del Parlamento Europeo y del Consejo, de 17 de mayo de 2006, relativa a las máquinas y por la que se modifica la Directiva 95/17/CE.

• Directiva 94/9/EC del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de marzo de 1994, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas.

• Directiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 21 de mayo de 2008, relativa a la calidad del aire ambiente y a una atmósfera más limpia en Europa.

• Norma UNE 60002:1995. Clasificación de los combustibles gaseosos en familias.

• Norma UNE-EN-437:2003 A1. Gases de ensayo. Presiones de ensayo. Categorías de los aparatos.

• Norma UNE 60620-6:2005. Instalaciones receptoras de gas natural suministradas a presiones superiores a 5 bar. 6 criterios técnicos básicos para el control periódico de las instalaciones receptoras en servicio.

• Norma UNE 60670-6. Instalaciones de gas en locales destinados a usos domésticos, colectivos o comerciales.

• Norma UNE 60631-1:2008. Estaciones de servicio de GNC para vehículos a motor. Parte 1: Estaciones de capacidad de suministro superior a 20 m3/h.


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• ITC-ICG 05. Estaciones de servicio para vehículos a gas.

• ITC-ICG 07 Instalaciones receptoras de combustibles gaseosos.

• ITC-BT-29 – Prescripciones particulares para las instalaciones eléctricas de los locales con riesgo de incendio o explosión.

• ITC EP-6 - Recipientes a presión transportables, incluido en el Real Decreto 2060/2008 de 12 de diciembre.

• Libro Verde. Hacia una Estrategia Europea de Seguridad de Suministro Energético, COM (2000)769.

• Comunicación de la Comisión del Plan de acción para la eficiencia energética, COM (2006)545.

• Comunicación de la Comisión al Parlamento Europeo, al Consejo, al Comité Económico y Social y al Comité de las Regiones, relativa a los combustibles alternativos para el transporte por carretera y a un conjunto de medidas para promover el uso de biocarburantes, COM(2001)547.

• Comunicación de la Comisión al Consejo y al Parlamento Europeo. Informe sobre los progresos realizados respecto de la utilización de biocarburantes y otros combustibles renovables en los Estados miembros de la Unión Europea, COM (2006) 845.

• Consejo Europeo de Bruselas, 8 y 9 de marzo de 2007.

• Orden Ministerial del Ministerio de Economía y Hacienda de 2 de julio de 2004.

• Proyecto de ley de 11 de febrero de 2005, por el que se incorporan al ordenamiento jurídico español diversas directivas comunitarias en materia de fiscalidad de productos energéticos.

• Planificación de los sectores de electricidad y gas natural 2008-2016.

• Estrategia E4 de Ahorro y Eficiencia del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.


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• Orden de 23 de diciembre de 2010, por la que se efectúa convocatoria, para el año 2010 para la concesión de subvenciones en el marco de la estrategia de ahorro y eficiencia energética en España.

• Ley de Presupuestos del Gobierno de Canarias para 2011.

• Ley 34/2007 de 15 de noviembre sobre la calidad del aire y protección de la atmósfera.

• Libro Verde de adaptación al cambio climático en Europa.


16

1.5. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE HIDROCARBUROS

1.5.1. Generalidades

Los hidrocarburos son compuestos químicos formados principalmente por hidrógeno y carbono (pueden contener elementos minoritarios como azufre, nitrógeno, metales,…). El más simple es el metano, cuyas moléculas están compuestas por cuatro átomos de hidrógeno y uno de carbono. Existen otros más complejos cuyas moléculas están constituidas por centenares de átomos de estos

elementos.

Algunos son gases a temperatura y presión ambiente, como el metano, que es el que nos ocupa; otros líquidos como el benceno y otros, incluso sólidos, como

el betún21 [25].

Los hidrocarburos pueden encontrarse en:

• Capas “aprisionadas” en el subsuelo (a veces muy profundamente), llegando a formar en muchos casos verdaderos lagos subterráneos.

• Determinados tipos de rocas: esquistos bituminosos, bancos de arena,

arenas asfálticas,…

El gas natural, el petróleo y sus productos derivados [3] (gasolina, queroseno, gasóleo,…) proceden de mezclas de hidrocarburos. Tanto uno como otro, no se utiliza tal y como brota de la tierra sino que es refinado previamente. Esta operación se efectúa en las refinerías y consta de varias fases, siendo las más

importantes la destilación y el cracking (descomposición por calor)[25] [14].

1.5.2. Clases de hidrocarburos

Según el “Reglamento de Instalaciones Petrolíferas“, aprobado por el “REAL DECRETO 2085/1994, de 20 de octubre”, los productos petrolíferos se clasifican de la siguiente manera [28]:

• Clase A: Hidrocarburos licuados cuya presión absoluta de vapor a 15ºC sea superior a 98 kPa (1kg/cm2, manométrica), tales como el butano, propano y otros hidrocarburos licuables. Estos hidrocarburos se

dividen en dos subclases:

Subclase A1: Hidrocarburos de la clase A que se almacenan licuados a una temperatura inferior a 0ºC.

Subclase A2: Hidrocarburos de la clase A que se almacenan en otras

condiciones. En esta subclase se encuentra el propano.


17

• Clase B: Hidrocarburos cuyo punto de inflamación es inferior a 55ºC y no están comprendidos en la clase A, como son la gasolina, naftas, etc. Según su

punto de inflamación, se dividen a su vez en otras dos subclases:

Subclase B1: Hidrocarburos de la clase B cuyo punto de inflamación es

inferior a 38ºC.

Subclase B2: Hidrocarburos de la clase B cuyo punto de inflamación es

igual o superior a 38ºC.

• Clase C: Hidrocarburos cuyo punto de inflamación esté comprendido entre 55ºC

y 100ºC, tales como el gas-oil, fuel-oil, diesel-oil, etc.

• Clase D: Hidrocarburos cuyo punto de inflamación sea superior a 100ºC, como

asfaltos, vaselinas, parafinas y lubricantes.


18

1.6. INDUSTRIA DEL GAS NATURAL

1.6.1. Definición de gas natural

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos ligeros cuyo componente principal es el metano. Los otros componentes que lo acompañan son hidrocarburos saturados como etano, butano, propano, pentano y pequeñas proporciones de otros gases como nitrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, helio y argón, entre otros [4].

En su estado natural, es un producto incoloro e inodoro, no tóxico y más ligero que el aire.

Debido a su alto contenido en metano, es considerado un gas combustible y, por tanto, fuente de energía (no renovable), puesto que es capaz de reaccionar con el oxígeno del aire de forma rápida y con desprendimiento de energía térmica (proceso de combustión):

�� + 2�� → �� + 2�� + ��

Se encuentra en la naturaleza normalmente en reservorios; es decir, “bolsas de gas” bajo tierra y cubiertas por capas impermeables que impiden su salida al exterior. Se puede presentar como “gas natural asociado” cuando está junto al crudo en pozos petrolíferos, o bien, como “gas natural no asociado” cuando son yacimientos exclusivos de gas natural. Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano (hielo con gas metano encerrado en su interior, formado a alta presión y baja temperatura) que, según estimaciones, pueden suponer una reserva enérgica muy superior a las actuales de gas natural.

Aunque no se conoce con exactitud su proceso de formación, se puede

afirmar que es análogo al del petróleo.

Figura 1.6.1. Yacimiento de gas natural asociado [29]


19

1.6.2. Parámetros que definen la calidad del gas natural

Los principales parámetros que definen la calidad del gas natural son:

• Poder Calorífico Superior (PCS)

• Poder Calorífico Inferior (PCI)

• Densidad (ρ)

• Índice de Woobe (W)

• Composición

1.6.2.1. Poder Calorífico Superior (PCS) Es la cantidad total de calor producido en la combustión de 1 m3 de gas,

contabilizando el calor latente del agua debido a su condensación.

Algunos ejemplos de PCS de gases combustibles son:

Combustible PCS (kcal/ Nm3) (MJ/Nm3)*

Hidrógeno 3.060 12,81 Metano 9.530 39,90 Propano 24.350 101,95 n-Butano 32.060 134,23 Gas ciudad 3 4.200 17,58 Gas natural (valor medio)

10.200 42,70

Tabla 1.6.1. PCS de gases combustibles. Fuente: Sedigas [29]

*1 kcal =4,1868 ·10-3 MJ

1.6.2.2. Poder Calorífico Inferior (PCI) Es la cantidad de calor producido en la combustión completa de 1 m3 de gas

sin contabilizar el calor latente del vapor de agua, ya que no se produce cambio de

fase.

La tabla siguiente muestra los valores de PCI de algunos combustibles

gaseosos:

Combustible PCI (kcal/ Nm3) (MJ/Nm3)

Hidrógeno 2.750 11,51 Metano 8.570 35,88 Propano 22.380 93,70 n-Butano 29.560 123,76 Gas ciudad 3.710 15,53 Gas natural (valor medio)

9.200 38,52

Tabla 1.6.2. PCI de gases combustibles. Fuente: Sedigas [29]


20

1.6.2.3. Densidad (ρ) Densidad absoluta:

Es la relación entre una masa de gas y el volumen que ocupa en unas

condiciones de presión y temperatura dadas.

Densidad relativa:

Es la relación entre el peso específico del gas y el del aire expresados en las mismas condiciones de presión y temperatura.

Las densidades de algunos combustibles gaseosos son:

Combustible Densidad (kg/Nm3) Densidad relativa Gas manufacturado 0,685 0,53 Aire propanado 1,450 1,12 Gas natural 0,744 – 0,802 0,576 – 0,621 Butano 2,62 2,03 Propano 2,09 1,62

Tabla 1.6.3. Densidades de gases combustibles. Fuente: Sedigas [29]

1.6.2.4. Índice de Woobe (W) Determina el grado de intercambiabilidad entre gases combustibles; es

decir, determina cuándo dos gases pueden quemarse en el mismo quemador bajo las mismas condiciones. Se define como el cociente entre el poder calorífico

superior y la raíz cuadrada de la densidad relativa del gas respecto del aire:

= ��√� �� = ��

�!�"

(Ec. 1.6.1.)

La Norma española UNE 60002:1995 clasifica los combustibles gaseosos en familias en función de su Índice que Woobe:

Familia Índice de Woobe (MJ/Nm3) Ejemplos

Primera

19,13 - 27,64 Gas de coquería

Mezclas hidrocarburo-aire de bajo índice de Woobe

Segunda

39,1 – 54,7

Gases naturales Mezclas hidrocarburo-aire de

alto índice de Woobe

Tercera 72,9 – 87,3

GLP Propano Butano…

Tabla 1.6.4. Clasificación de los combustibles gaseosos según su Índice de Woobe [30]

Según esta clasificación, el gas natural se encuentra en la segunda familia. Su Índice de Woobe varía considerablemente (entre este rango) según su

procedencia.


21

1.6.2.5. Composición El gas natural está formado por varias sustancias cuya composición,

normalmente oscila entre los siguientes rangos:

Componentes Rango (% molar) Metano 66 – 99,6 Etano 0 – 20

Propano 0 – 11 Butano 0 – 10,5

Pentano 0 – 1,0 Anhídrido carbónico

0 – 9,6

Nitrógeno 0 – 14,5

Tabla 1.6.5. Composición del gas natural

Gas Natural según su lugar de origen La composición del gas difiere considerablemente según su lugar de origen.

A continuación, se muestran unas tablas con las mismas según su lugar de origen:

Libia Francia Holanda Gran Bretaña

Italia Argelia

% Marsa el Brega

Lacq St. Faust Meillon

Groningen Leman Bank

Cortemaggiore Arzew

CH4 66,2 69,2 77,8 81,5 92,0 95,9 82,1 C2H6 19,8 3,3 3,6 2,7 3,5 1,4 12,4 C3H8 10,6 1,0 1,2 0,5 0,7 0,4 3,7 C4H10 2,3 0,6 0,9 0,1 0,3 0,3 1,4 CnHm 0,2 0,5 1,7 0,3 N2 0,9 0,6 0,4 14,5 2,9 1,8 0,2 CO2 9,6 8,5 0,7 0,3 0,2 SH2 15,2 5,9

Tabla 1.6.6. Composición del gas natural según su procedencia I [31]

Alemania Occ Venezuela U.S.A N. Zelanda

U.R.S.S

% Emsmündung Maracaibo Gulf Coast

Kapuni Dachava Kouibychev

CH4 81,8 78,1 93,5 44,2 98,0 74,6 C2H6 2,8 9,9 3,8 6,1 0,7 C3H8 0,4 5,5 1,2 3,4 10,0 C4H10 0,2 2,8 0,6 1,6 10,5 CnHm 2,1 0,4 N2 14,2 1,2 0,1 1,2 3,1 CO2 0,8 0,4 0,5 44,2 0,1 0,2 SH2 1,6

Tabla 1.6.7. Composición del gas natural según su procedencia II [31]


22

Características del gas natural distribuido en España La composición volumétrica media del gas natural suministrado en España

es:

Componente Composición (% volumen) Metano 86,15 Etano 12,68

Propano 0,40 Butano 0,09

Nitrógeno 0,68 Tabla 1.6.8. Composición del gas natural comercializado en España [32]

Las características de combustión de dicho gas serán:

Parámetro Dato Contenido en azufre del odorizante * (mg/Nm3) 6,6 Densidad (kg/Nm3) 0,808 Peso molecular (g/mol) 18,05 Densidad relativa al aire 0,625 PCS a 0ºC (MJ/Nm3) 43,85 PCI a 0ºC (MJ/Nm3) 41,57 PCS a 15ºC (MJ/Nm3) 39,56 PCI a 15ºC (MJ/Nm3) 37,51 Índice de Wobbe (MJ/Nm3) 55,47 Volumen de aire teórico para la combustión 4 (m3 aire/m3 gas)

10,47

Concentración máxima de CO2 en humos secos 8(%) 12,08 Volumen de humos secos 6 (m3 /m3 de gas) 9,39 Volumen de humos húmedos 7 (m3 /m3 de gas) 12,44 Límite inferior de inflamabilidad en el aire 5 (%) 4,8 Límite superior de inflamabilidad en el aire 5 (%) 13,5

Tabla 1.6.9. Características de combustión del gas natural en España [31]

*En España, el gas natural (inodoro en su estado puro) tiene que estar odorizado para la detección de posibles fugas. Esto es necesario por seguridad (evitar que se inflame), por legislación (apartado 1.13.1) y por economía (los escapes no detectados suponen elevados costes para las compañías gasistas). El compuesto más utilizado es el THT (tetrahidrotiofeno).


23

1.6.3. Cadena del gas natural

El gas natural, para poder llevarlos a los puntos de consumo, es sometido a

varios procesos:

1. Exploración, producción y recolección del gas natural de los yacimientos. 2. Tratamiento y extracción: Separación del gas natural de otros

hidrocarburos y compuestos, los cuales se aprovecharán para obtener, mediante un proceso de fraccionamiento, el denominado gas licuado del petróleo (GLP).

3. Una vez obtenido el gas natural existen dos alternativas: 3.1. Transporte y distribución hasta los puntos de consumo mediante

tuberías. 3.2. Licuefacción del gas natural obteniendo GNL (gas natural licuado), el

cual se transporta mediante buques metaneros hasta lugares lejanos o es almacenado para su uso durante altos periodos de demandas.

4. El GNL, una vez alcanzado el destino, es almacenado y regasificado para

poder transportarlo y distribuirlo mediante tuberías (gaseoductos) o transportado en estado líquido hasta el punto de consumo.

Figura 1.6.2. Cadena del gas natural [33]


24

1.6.3.1. Reservas de Gas Natural La localización de las reservas mundiales de gas natural se inicia con una

serie de exploraciones que consisten en efectuar perforaciones en aquellas zonas donde se presupone su existencia. Posteriormente, cuando el yacimiento de gas natural es encontrado, se analiza para determinar la calidad y la cantidad de gas natural que alberga y su duración. Una vez concluidos estos estudios, el gas natural de ese yacimiento pasa a denominarse reserva probada.

Constantemente se realizan perforaciones para localizar yacimientos, aunque luego no sean analizados debido al alto coste que ello conlleva. De esta

manera, no todos los yacimientos llegan a ser reservas probadas.

Las principales reservas probadas de gas natural están localizadas en Oriente Medio (39,6%), y en Europa Oriental (30,2%), mientras que Europa

Occidental sólo posee el 3,1% de las reservas mundiales. [33]

Con los datos disponibles a día de hoy, las reservas son suficientes para abastecer al mundo, con un consumo como el de 2007, durante más de 65 años.

Reservas mundiales probadas de gas natural. Evolución por países (billones de m3) 2006 2007 2008 2009 2010 América del Norte 7,4 7,6 8,4 9,2 9,5 América Central y Sur 7,2 8,0 7,7 7,9 7,9 Europa Occidental 5,8 5,6 6,2 6,1 6,0 Europa Oriental y CEI 57,8 57,9 53,9 54,2 58,9 África 14,2 14,5 14,6 14,8 14,8 Oriente Medio 72,4 73,0 73,9 75,2 77,1 Asia-Oceanía 14,4 15,1 15,5 16,4 20,5 TOTAL MUNDIAL 179,6 181,8 180,0 183,7 194,7

Tabla 1.6.10. Reservas mundiales de gas natural. Fuente: Enagas [33]


25

Figura 1.6.3. Distribución de reservas, producción y consumo mundial de gas natural (%). Fuente: Enagas [33]

La figura anterior muestra cómo la mayoría de las reservas se encuentran lejos del mercado, en países que no necesitan grandes cantidades de energía adicional, lo que va a resaltar la importancia del transporte del mismo, del cual se

hablará en el apartado 1.6.3.4.

1.6.3.2. Proceso de extracción y refinado del gas natural La extracción del gas natural se realiza a profundidades que van desde los

500 m hasta los 3.500 m. El equipamiento utilizado varía dependiendo de la napa del gas (capa de gas pesado que se extiende por el suelo) y de la naturaleza de la roca. En caso de una perforación poco profunda se puede utilizar perforación de cable, y para prospecciones a mayor profundidad se utilizan plataformas de

perforación rotativa (las más utilizadas en la actualidad) [3].

Normalmente el gas natural está bajo presión y sale de un pozo sin intervención externa; sin embargo, a veces es necesario utilizar bomba u otros

métodos más complicados para obtener el gas de la tierra.

Por otro lado, como ya se mencionó con anterioridad, el gas natural es una mezcla formada por varios compuestos. Algunos de los gases que forman parte del mismo se separan de la mezcla debido a que carecen de capacidad energética (nitrógeno o CO2) o porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a su alto punto de ebullición.

Estudio de viabilidad técnica-económica de la implantación del gas natural como combustible en vehículos de transporte público

Por otro lado, el propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas natural son extraídos, ya que su presencia puede causar accidentes durante la combustión del gas natural. Estos son transportados

mediante poliductos22 hasta una planta de

El vapor de agua también debe eliminarse, ya que además de causar accidentes en la combustión, a temperatura ambiente y presiones elevadas forma hidratos de metano, los cuales obstruyen los gasoductos.

Los compuestos de azufre se reducenproblemas de corrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones de compuestos causantes de la lluvia ácida.

Tras la extracción de los todos los compuestos anteriores, el gas natural seco (metano y etano) se envía a través de gasoductos hasta los centros de consumo o se somete a un proceso de licuefacción para poder transportarlo con

mayor facilidad a destinos lejanos

Figura 1.6.4. Composición típica del gas natur

1.6.3.3. Licuefacción y almacenamiento de La finalidad de una unidad de licuación es transformar el gas natural

tratado en gas natural licuado (GNL) a su temperatura de ebullición a la presión atmosférica, con el fin de permitir su almacenaje y transpoenfría mediante el uso de refrigerantesGNL en dos etapas, que en general se denominan de prelicuación.

Cabe mencionar querefinado del gas natural (puesto que compuestos como el agua, dióxido de carbono y compuestos de azufre,

entre otros, solidifican al enfriar cau

La licuefacción, además de realizarse para poder transportar el GNL a lugares lejanos, también supone la oportunidad de almacenar

conómica de la implantación del gas natural como combustible en vehículos de transporte público Memoria Descriptiva

otro lado, el propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas natural son extraídos, ya que su presencia puede causar accidentes durante la combustión del gas natural. Estos son transportados

hasta una planta de fraccionamiento.

El vapor de agua también debe eliminarse, ya que además de causar accidentes en la combustión, a temperatura ambiente y presiones elevadas forma hidratos de metano, los cuales obstruyen los gasoductos.

Los compuestos de azufre se reducen hasta valores muy bajos para evitar problemas de corrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones de compuestos causantes de la lluvia ácida.

Tras la extracción de los todos los compuestos anteriores, el gas natural etano) se envía a través de gasoductos hasta los centros de

consumo o se somete a un proceso de licuefacción para poder transportarlo con

mayor facilidad a destinos lejanos [10].

. Composición típica del gas natural antes y después del refinado

y almacenamiento de gas natural La finalidad de una unidad de licuación es transformar el gas natural

tratado en gas natural licuado (GNL) a su temperatura de ebullición a la presión atmosférica, con el fin de permitir su almacenaje y transporte. El gas natural se

mediante el uso de refrigerantes desde la temperatura ambiente hasta la del GNL en dos etapas, que en general se denominan de pre-enfriamiento y de

Cabe mencionar que para llevar a cabo este proceso, es importante que el refinado del gas natural (apartado 1.6.3.2.) se haya llevado a cabo adecuadamente, puesto que compuestos como el agua, dióxido de carbono y compuestos de azufre,

entre otros, solidifican al enfriar causando obstrucciones.

La licuefacción, además de realizarse para poder transportar el GNL a lugares lejanos, también supone la oportunidad de almacenar el gas natural para

Memoria Descriptiva

26

otro lado, el propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas natural son extraídos, ya que su presencia puede causar accidentes durante la combustión del gas natural. Estos son transportados

El vapor de agua también debe eliminarse, ya que además de causar accidentes en la combustión, a temperatura ambiente y presiones elevadas forma

hasta valores muy bajos para evitar problemas de corrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones

Tras la extracción de los todos los compuestos anteriores, el gas natural etano) se envía a través de gasoductos hasta los centros de

consumo o se somete a un proceso de licuefacción para poder transportarlo con

al antes y después del refinado

La finalidad de una unidad de licuación es transformar el gas natural tratado en gas natural licuado (GNL) a su temperatura de ebullición a la presión

rte. El gas natural se desde la temperatura ambiente hasta la del

enfriamiento y de

para llevar a cabo este proceso, es importante que el .3.2.) se haya llevado a cabo adecuadamente,

puesto que compuestos como el agua, dióxido de carbono y compuestos de azufre,

La licuefacción, además de realizarse para poder transportar el GNL a el gas natural para


27

uso durante altos periodos de demanda en áreas donde las condiciones geológicas

no son recomendables para desarrollar servicios de almacenamiento subterráneos.

El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presión atmosférica. Como se observa en la figura 1.6.5, el tanque de almacenaje es en realidad un tanque dentro de otro tanque. el espacio anular entre las dos paredes del tanque está relleno de material aislante. El tanque interno, en contacto con el GNL, está fabricado con materiales preparados para trabajar en condiciones criogénicas y la carga estructural proporcionada por el GNL. Esto materiales incluyen un acero con un 9% de níquel, aluminio y hormigón pretensado. El exterior está fabricado

generalmente con acero al carbono y hormigón pretensado.

Figura 1.6.5. Tanque de almacenamiento de GNL

1.6.3.4. Transporte del Gas Natural El mercado mundial de gas natural se caracteriza por la falta de

coincidencia geográfica entre la oferta y la demanda, lo que obliga a transportar el

gas natural desde los países productores a las zonas de consumo.

El transporte de gas natural se puede realizar mediante dos formas:

• Canalizaciones de gas (gaseoductos)

• Transporte y almacenamiento en estado líquido

La forma más habitual de transportar el gas hasta su destino es mediante gaseoductos. Por lo general, esta forma es la más económica para distancias inferiores a 4000 km. Por el contrario, cuando las distancias a atravesar son muy largas o se precisa transportar el gas a través del mar y no es posible o inviable construir gaseoductos submarinos, el transporte del gas natural se realiza en estado líquido (GNL) mediante buques metaneros hasta su punto de destino, donde, o bien se transporta en estado líquido, o es regasificado y distribuido por la

red de tuberías.


28

Figura 1.6.6. Transporte del gas natural. Fuente: CNE [55]

Transporte en estado gaseoso El gas en estado gaseoso (GN) se distribuye por tuberías a diferentes

presiones. Según este parámetro, se hace la siguiente clasificación:

Distribución a alta presión

B Las presiones son superiores a 16 bar. Se usa como red de transporte desde la planta productora y generalmente se denominan gaseoductos.

A Las presiones se encuentran entre 16 y 4 bar y se usa como red de distribución y suministro a industrias.

Distribución a media presión

B Las presiones de servicio se encuentran entre 4 y 0,4 bar. Se usa como red de distribución y suministro para consumos domésticos, comerciales e industriales.

A Las presiones se sitúan entre 0,4 y 0,05 bar. Se usa como red de distribución y suministro para consumos domésticos, comerciales e industriales.

Distribución a baja presión

La presión de servicio es inferior a 0,05 bar. Se usa como suministro para consumos domésticos y comerciales.

Tabla 1.6.11. Transporte de gas natural en estado gaseoso. Fuente CNE [55]

Transporte en estado líquido El gas natural, una vez licuado, se puede transportar como si se tratara de

cualquier líquido, aunque se requieren buques especialmente adaptados para

soportar las condiciones criogénicas (apartado 1.6.4.2.).

Los buques metaneros presentan grandes dimensiones y capacidades que oscilan entre 40.000 – 200.000 m3. Suelen ser caros y sofisticados. Debido a las características especiales del gas natural y a las tan bajas temperaturas de transporte, su diseño se realiza con materiales de alta calidad y muy resistentes que garanticen la máxima seguridad durante el transporte y las operaciones de carga y descarga. Algunos ejemplos son el aluminio o aceros mezclados con un 9% de Níquel en tanques, acero inoxidable en tubería, bombas criogénicas y sistemas


29

de frío, sofisticados tratamientos de pintura para proteger sus tanques de lastre,

etc.

Todo ello hace que los buques metaneros sean muy seguros y tengan una vida operativa muy larga, pudiendo superar los 40 años, ya que además, el gas no

corroe los tanques de carga y permite que se conserven en perfecto estado.

Asimismo, por razones estructurales y de seguridad, todos los buques metaneros están diseñados con doble casco, lo que permite aprovechar estos

espacios como tanques de agua de lastre.

En el interior de los tanques de carga y de forma natural, El GNL se evapora en pequeños porcentajes, lo que se conoce como boíl-off 31. Este proceso puede controlarse (por medio de los compresores de carga) y permite aprovechar el gas para alimentar las calderas.

El desarrollo en los sistemas de contención de carga ha permitido reducir los niveles de evaporación del GNL hasta 0,12% - 0,15% del volumen de carga a

bordo por día, frente al 0,25% - 0,30% de los buques más antiguos.

Otra de las innovaciones en los nuevos buques es la implantación de un

sistema de radar para medir los niveles de los depósitos.

Un viaje completo de un metanero incluye:

• Escala en el puerto de carga

• Viaje en carga

• Escala en el puerto de descarga

• Viaje en lastre

En cuanto a los procesos de carga y descarga, estas operaciones se realizan mediante unos brazos que existen en las terminales de licuefacción y de regasificación. Los buques contienen una red de tuberías criogénicas que permite la conexión con dichos brazos. Además, los buques metaneros cuentan con su propio sistema de bombas criogénicas sumergidas, para descargar el GNL una vez llegado al destino (haciendo uso de la red de tuberías y brazo) a unos tanques de almacenamiento.

Una característica importante de los buques metaneros es el tipo de sistema de contención o depósito en el que se almacena el GNL. Entre las técnicas de diseño

más importantes se encuentran las de membrana y los esféricos.

Depósitos de membrana

Son depósitos formados por una pared delgada estanca (membrana) y protegida a través de un aislamiento por la estructura del barco (ver figura 1.6.7.). La membrana permite absorber las dilataciones y contracciones térmicas. Además,


30

actúa como una barrera primaria que se completa con otra secundaria que retiene

el GNL en caso de rotura por accidente.

Existen dos tipos de membrana, la de Gaz transport, cuya barrera primaria es e acero invar (30% Níquel), y la de Tecnigaz, cuya barrera primaria es de acero

inoxidable nervada con configuración octogonal.

Figura 1.6.7. Depósitos de membrana [59]

Depósitos esféricos autosostenidos

Son depósitos esféricos que no forman parte de la estructura del barco y no contribuyen a su resistencia. La barrera primaria es de una aleación de Aluminio o acero al 9% de Níquel. Bajo el depósito hay una barrera secundaria incompleta formada también por una aleación de Aluminio. Como aislamiento se utiliza PVC, poliuretano y fibra de vidrio. El tipo más importante es Moss Rosengerg.

Se caracterizan por tener un sistema de contención de carga muy particular, que incluye cuatro o más grandes tanques esféricos, cuyas semiesferas destacan sobre la cubierta principal. La figura 1.6.8. señala los principales elementos explicados anteriormente.

Este tipo de depósitos, debido a la infraestructura que deben crear los astilleros para construirlos, han perdido mercado hoy en día con respecto a los de membrana.


31

Figura 1.6.8. Depósitos esféricos autosostenidos [20]

1.6.3.5. Regasificación La regasificación es el proceso por el cual el gas natural licuado se

transforma a su estado gaseoso original y se introduce en la red de gaseoductos.

El buque metanero, una vez que llega al puerto de destino, bombea el GNL hasta los tanques de almacenamiento de doble pared (a presión atmosférica) similares a los utilizados en la planta de licuefacción, mediante un proceso de descarga de 12 horas. Después, el GNL es bombeado (presurizado) desde los tanques y calentado mediante vaporizadores (por calderas, agua de mar o agua) hasta las condiciones de entrega especificadas (incluyendo la odorización) por las empresas de gaseoductos y usuarios finales. Posteriormente, el gas obtenido es

distribuido mediante gaseoductos convencionales.

Existe otra alternativa de distribución que consiste en transportar el GNL, mediante camiones cisternas, desde las plantas regasificadoras hasta los clientes,

los cuales almacenan y regasifican el gas natural para su uso.

1.6.3.6. Principales aplicaciones del gas natural El uso del gas natural como combustible se generalizó a partir del siglo XIX.

Antes de esta fecha apenas se utilizaba debido a que abundaban los combustibles

sólidos y líquidos y a la dificultad que presentaba su transporte y almacenamiento.

Con los avances tecnológicos, se convirtió en un combustible líder en varios

sectores, sustituyendo a otros utilizados hasta entonces.

Actualmente tiene múltiples aplicaciones, tales como:

• Generación eléctrica

• Calefacción

• Industria de la cerámica, cemento y fabricación del vidrio

• Metalurgia


32

• Materia prima en la industria petroquímica

• Producción de amoniaco

• Transporte vehicular

El presente proyecto se centrará en el último punto; es decir, en la

aplicación del gas natural como combustible en el sector del transporte vehicular.

1.6.4. Estados del Gas Natural (GN) Podemos encontrar el gas natural fundamentalmente en dos formas; como

gas natural comprimido (GNC) o como gas natural licuado (GNL).

1.6.4.1. Gas natural comprimido (GNC) Se denomina GNC al gas natural comprimido a altas presiones y almacenado

en depósitos. Esta compresión se realiza para poder almacenar una cantidad de

energía considerable en un volumen limitado.

El único inconveniente que conlleva es que cuanta mayor sea la energía almacenada en el tanque, mayor serán los efectos negativos en caso de un

accidente que afecte al sistema de almacenamiento.

Sin embargo, cabe mencionar que el GNC es menos peligroso que otros combustibles debido a que presenta una elevada temperatura de ignición (700ºC) y un rango de inflamabilidad muy bajo (suele oscilar entre 5-15% de la mezcla

aire/gas a presión atmosférica).

Se utiliza como combustible para uso vehicular ya que es económico y ambientalmente limpio (se justificará en apartados posteriores), por lo que es considerado una alternativa para la sustitución de combustibles líquidos. La utilización de elevadas presiones permite almacenar una cantidad de energía considerable para proveer la máxima autonomía posible al vehículo.

El gas natural se suele comprimir a 250 bar y se almacena en el vehículo en cilindros instalados en la parte trasera, el chasis, o en el techo, a una presión de

200 bar.

1.6.4.2. Gas natural licuado (GNL) Se denomina GNL al gas natural en estado líquido (obtenido mediante un

proceso de licuefacción) almacenado a temperaturas criogénicas del orden de -161ºC y presión atmosférica. En estas condiciones, la densidad es de 437 kg/m3, lo que equivale a un valor aproximadamente 600 veces mayor que en las condiciones base de 1 bar y 15ºC.

La principal ventaja del GNL es que se puede almacenar una cantidad de energía por unidad de volumen 600 veces superior a las condiciones base, por lo que el transporte entre continentes (mediante buques metaneros) será mucho más económico en este estado que mediante tuberías tradicionales, pudiendo ser estas


33

últimas incluso inviables técnica o políticamente. Gracias a la tecnología del GNL,

es posible disponer de gas natural a través del mundo.

La licuefacción proporciona la oportunidad de almacenar gas natural para uso durante periodos de elevada demanda en áreas donde las condiciones geológicas no son recomendables para desarrollar servicios de almacenamiento subterráneos. También, es beneficioso para regiones donde la capacidad de gasoductos desde las áreas de suministros es muy costosa y el uso es sumamente

estacional.

No obstante, presenta un inconveniente importante, puesto que se requiere un aislamiento de calidad muy elevada para poder mantener el tanque a las temperaturas criogénicas. Para ello, se suelen utilizar materiales como la fibra de vidrio o incluso se practica el vacío. La finalidad de dicho aislamiento es evitar el calentamiento del tanque, que además de elevar la temperatura, también elevará la presión produciendo el cambio de fase y elevando la presión del gas hasta

producirse la rotura del tanque.

Puesto que los aislamientos térmicos no son perfectos, se deberá considerar un sistema de válvula de seguridad del tanque que alivie la presión si ésta se elevara excesivamente, descargando cantidades de gas a la atmósfera o reinyectándolo a la estación de licuefacción o a un intercambiador de calor (según

el caso) manteniendo de esta manera la presión en el interior del tanque.

1.6.4.3. Almacenamiento de GNL versus GNC Un requisito indispensable para utilizar el gas natural en vehículos es que

esté comprimido a presiones elevadas o licuado. De esta manera se consigue almacenar una cantidad aceptable de gas en los cilindros que actúan como depósitos, y así lograr una cierta autonomía del vehículo.

El GNL presenta varias ventajas frente al GNC:

• El peso y volumen de un depósito de GNL es menor que uno de GNC puesto que las elevadas presiones del segundo conlleva a utilizar paredes más gruesas y resistentes.

• La utilización de GNL aporta una mayor autonomía al vehículo que el GNC y puede ser más empleado en vehículos pesados que realizan transportes interurbanos, mientras que el GNC está restringido a transportes urbanos.

• Los costes y tiempos de repostaje de los vehículos a GNL son más bajos que los de GNC.

Sin embargo, presenta las siguientes desventajas:


34

• Posibles fugas de gas al ambiente, puesto que no es posible lograr un aislamiento térmico perfecto. Esto produce emisiones contaminantes e impide estacionar el vehículo en lugares cerrados por el riesgo de explosión que esto conlleva.

• Los depósitos del GNL son más complejos y costosos ya que son de doble pared, con un aislante intermedio.

• Los vehículos que trabajan con GNL, deben tener una utilización regular, ya que después de unos días sin usarlos, puede producirse una vaporización que obligaría a despresurizar y emitir a la atmósfera pequeñas cantidades de combustible cada vez que se sobrepase una presión determinada.

Aunque en los años 60 y 70 el uso del GNL en la automoción creció de forma notable, debido a todo lo anterior, la tecnología actualmente más utilizada por la industria es la del GNC. Pese a que la autonomía de este último es mucho menor en comparación con el GNL, ésta tecnología es más segura. Además, aunque los depósitos sean más pesados, es precisamente el grosor y la resistencia de las paredes las que garantizan una total estanqueidad del depósito, lo que se traduce en la imposibilidad de fugas al ambiente.

Recientemente, se han desarrollado cilindros nuevos que reducen el espesor del acero a la vez que se refuerza exteriormente con fibra de vidrio continua impregnada de resinas de poliéster. De esta forma, se consiguen reducciones de peso del 40%, aunque su precio aumenta casi proporcionalmente a la reducción de peso.

En los apartados siguientes se va a comparar la cantidad de energía de gas natural almacenable por unidad de volumen del depósito según la modalidad de GNC o GNL, según unas condiciones de partida; así como también la evolución de dicha cantidad de energía según la presión del tanque. Por otro lado, se cuantificará y comparará, la autonomía de un vehículo trabajando con ambas modalidades, donde se apreciará la elevada autonomía del GNL con respecto al GNC.

Energía almacenable en cilindros de GNC y GNL A continuación, se calculará la energía almacenable en los cilindros según el

estado del gas natural.


35

Cálculo de la energía almacenable en cilindros de GNC

Para el presente estudio se tomarán como datos de partida:

• Volumen del depósito: 100 litros

• Temperatura del gas: 15ºC

• Presión inicial: 1 bar

• PCI del gas natural= 48,9 MJ/kg

Comenzando por la presión inicial, 1 bar, se calculará la evolución de la energía almacenada a medida que aumenta la presión en el interior del depósito (hasta llegar a 250 bar). Los resultados obtenidos (cálculos especificados en el

apartado 2.1.1.1. de la memoria justificativa) son los siguientes:

Presión tanque

Densidad E. por unidad de volumen

Bar kg/m3 GJ/m3

1 0,765 0,037

50 42,403 2,074

100 90,909 4,445

150 142,857 6,986

200 188,324 9,209

250 224,719 10,989 Tabla 1.6.12. Evolución de propiedades con la presión en un depósito de GNC

Por tanto, la energía almacenada por unidad de volumen en función de la presión en un depósito de GNC es:

Figura 1.6.9. Evolución de la energía almacenada con la presión en un depósito de GNC

Los datos anteriores se ajustan a la ecuación de la recta siguiente (con un

valor R2 = 0,9977):

# = 0,0451) − 0,0222

y = 0,045x - 0,022

R² = 0,997

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250

En

erg

ía p

or

un

ida

d d

e v

olu

me

n

(GJ/

m3)

Presión (bar)


36

Como se puede observar, mientras mayor sea la presión en el depósito del vehículo, mayor será la energía almacenada en él. De la ecuación anterior se deduce que se produce un incremento de 0,451 GJ/m3 por cada bar de presión

aumentada.

Cálculo de la energía almacenable en cilindros de GNL

Análogamente al apartado anterior, se va a estudiar la variación de la energía almacenable por unidad de volumen, pero en este caso para el gas natural

licuado (GNL).

• Volumen del depósito: 100 litros

• Presión inicial: 1 bar

• PCI del gas natural= 48,9 MJ/kg

Este estudio se va a realizar para diferentes valores de presión; en concreto:

1, 2, 3, 10 y 20 bares.

Los resultados obtenidos (cálculos detallados en el apartado 2.1.1.3. de la

memoria justificativa) se resumen en la siguiente tabla:

P tanque

T licuefacción

V específico

Densidad E. por unidad de volumen

Bar ºC m3/kg kg/m3 GJ/m3

1 -161,5 0,002367 422,476 20,659

2 -152,3 0,002446 408,831 19,992

3 -138,3 0,002592 385,802 18,866

10 -124,8 0,002769 361,141 17,660

20 -108,5 0,003086 324,044 15,846 Tabla 1.6.13. Evolución de propiedades con la presión en un depósito de GNL

La energía por unidad de volumen almacenada en un depósito de GNL varía con la presión según:


37

Figura 1.6.10. Evolución de la energía almacenada con la presión en un depósito de GNL

Observando la tabla y gráfica anteriores, se observa que la temperatura de licuefacción desciende a medida que aumenta la presión del tanque, lo que conlleva a una disminución de la densidad y, por tanto, de la energía almacenada por unidad de volumen.

En este caso, la ecuación a la que se ajustan los datos es (con un valor de R2=0,9636):

# = −0,2425) + 20,447

Lo que se traduce en que hay una disminución de 0,2425 GJ/m3 por cada

bar de presión que aumenta.

Por lo tanto, es más interesante almacenar el GNL a presión atmosférica, ya que todos los líquidos, por definición, son incompresibles y cualquier incremento de presión de dicho líquido se verá “compensado” por una disminución de su densidad, y lógicamente ello implica menor cantidad de energía contenida por

unidad de volumen.

Conclusión:

Si se compara la energía almacenada en el depósito de un vehículo con GNC y GNL, se observa claramente que es posible almacenar una mayor cantidad de

energía en forma de GNL.

Comparación de las autonomías de vehículos trabajando con GNC y GNL Entre los vehículos que trabajan con gas natural, los que consumen GNL

presentan una mayor autonomía que los de GNC, debido a que la energía almacenable por unidad de volumen es mucho mayor en el primer caso.

y = -0,242x + 20,44

R² = 0,963

15

16

17

18

19

20

21

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

En

erg

ía p

or

un

ida

d d

e v

olu

me

n (

GJ/

m3)

Presión (bar)


38

Tal y como se demostrará a continuación, para las mismas condiciones de potencia nominal, factor de utilización, volumen del depósito y velocidad media (según el tipo de vehículo), la autonomía de un vehículo a GNL es aproximadamente 3 veces la del GNC.

En este apartado se va a comparar un autobús y un turismo que trabajan con GNC y GNL. Para ello, se tomarán los siguientes datos de partida:

Parámetro Vehículo Unidades GNC GNL

Volumen total de los depósitos autobús

1.140 1.140 Litros

Volumen depósito turismo 120 120 Litros Presión del tanque 200 1 Bar Temperatura del tanque 15 -161 ºC Potencia nominal autobús 240 240 Kw Potencia nominal turismo 69 69 kW Factor de utilización 14% 14% Ciclo urbano de la U.E. Velocidad media autobús 14 14 Km/h Velocidad media turismo 18 18 Km/h

Tabla 1.6.14. Datos de partida para la determinación de la autonomía

Los resultados de los cálculos se muestran en la siguiente tabla (cálculos

detallados el apartado 2.1.2. de la memoria justificativa):

Energía alm. (MJ) Autonomía (km) GNC Turismo 896 142,376

Autobús 8.516 278,938 GNL Turismo 2.837 450,804

Autobús 26.952 882,802 Tabla 1.6.15. Energía almacenable y autonomía de GNC y GNL

Relación entre autonomías GNL/GNC:

, = -./��0í 234-./��0í 23�

(Ec. 1.6.2.)

,!��ú� = 882,802278,938 = 3,16

,:�"�� = 450,804 142,376 = 3,16

Como se puede observar, la relación de autonomías entre GNL y GNC a idénticas condiciones de partida, es aproximadamente de 3, por tanto, el hecho de usar GNL hace triplicar la autonomía.


Figura

1.6.4.4. Línea de investigación actualActualmente, se está investigando una nueva tecnología de almacenamiento

intermedia entre el GNC y el GNL. Ésta se basa en el fenómeno físico de de gases sobre superficies sólidas natural a menores presiones que el GNC (60

capacidad de almacenamiento a las presiones tradicionales (200 bar).

La mayor capacidad de almacenamiento de un material ocupando el mismo volumen aparentemente contradice las leyes físicas y la Ecuación de Estado, pero se explica porque la adsorción de gases sobre la incipiente condensación en microgotas del gas. Al haber un cambio parcial de estado físico, se comprende que pueda disponerse de mayor cantidad de masa en el mismo volumen.

La adsorción es la adhesión de moléculas de líquidos, disueltas a la superficie de un sólido. La capacidad de adsorción de un sólido depende de su conformación química y su estructura física, resultando determinante la disponibilidad de la mayor superficie de contacto y la naturaleza del sólido que favorezca la adsorción. Un ejemplo típico en este caso resulta el carbón activado, el cual presenta una gran superficie específica de contacto por su naturaleza porosa.

En un depósito convencional de GNC, mientras mayor sea la presión, mayor será la cantidad de masa almacenada en su interior, resultando el factor limitante las características físicas del tanque y la válvula de cierre. La adición de un material microporoso como carbón activado en el interior del depósito permitirá almacenar mayor masa de gas a la misma presión, o almacenar la misma masa de gas a menor presión.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Au

ton

om

ía (

km

)


Figura 1.6.11. Comparación de autonomías

Línea de investigación actual: Tecnología de adsorciónActualmente, se está investigando una nueva tecnología de almacenamiento

rmedia entre el GNC y el GNL. Ésta se basa en el fenómeno físico de de gases sobre superficies sólidas y permite almacenar la misma cantidad de gas natural a menores presiones que el GNC (60-80 bar) o prácticamente triplicar la

almacenamiento a las presiones tradicionales (200 bar).

La mayor capacidad de almacenamiento de un material ocupando el mismo volumen aparentemente contradice las leyes físicas y la Ecuación de Estado, pero se explica porque la adsorción de gases sobre la superficie sólida provoca la incipiente condensación en microgotas del gas. Al haber un cambio parcial de estado físico, se comprende que pueda disponerse de mayor cantidad de masa en

es la adhesión de moléculas de líquidos, gases y sustancias disueltas a la superficie de un sólido. La capacidad de adsorción de un sólido depende de su conformación química y su estructura física, resultando determinante la disponibilidad de la mayor superficie de contacto y la naturaleza

lido que favorezca la adsorción. Un ejemplo típico en este caso resulta el carbón activado, el cual presenta una gran superficie específica de contacto por su

En un depósito convencional de GNC, mientras mayor sea la presión, mayor la cantidad de masa almacenada en su interior, resultando el factor limitante

las características físicas del tanque y la válvula de cierre. La adición de un material microporoso como carbón activado en el interior del depósito permitirá

masa de gas a la misma presión, o almacenar la misma masa de

Turismo Autobús

Tipo de vehículo

Memoria Descriptiva

39

: Tecnología de adsorción Actualmente, se está investigando una nueva tecnología de almacenamiento

rmedia entre el GNC y el GNL. Ésta se basa en el fenómeno físico de adsorción y permite almacenar la misma cantidad de gas

80 bar) o prácticamente triplicar la

almacenamiento a las presiones tradicionales (200 bar).

La mayor capacidad de almacenamiento de un material ocupando el mismo volumen aparentemente contradice las leyes físicas y la Ecuación de Estado, pero

superficie sólida provoca la incipiente condensación en microgotas del gas. Al haber un cambio parcial de estado físico, se comprende que pueda disponerse de mayor cantidad de masa en

gases y sustancias disueltas a la superficie de un sólido. La capacidad de adsorción de un sólido depende de su conformación química y su estructura física, resultando determinante la disponibilidad de la mayor superficie de contacto y la naturaleza

lido que favorezca la adsorción. Un ejemplo típico en este caso resulta el carbón activado, el cual presenta una gran superficie específica de contacto por su

En un depósito convencional de GNC, mientras mayor sea la presión, mayor la cantidad de masa almacenada en su interior, resultando el factor limitante

las características físicas del tanque y la válvula de cierre. La adición de un material microporoso como carbón activado en el interior del depósito permitirá

masa de gas a la misma presión, o almacenar la misma masa de

GNC

GNL


40

Esta posibilidad podría representar las siguientes ventajas:

• Disminuir los costos de depósitos de almacenamiento, aumentar de la disponibilidad de espacio y/o aumentar la autonomía de vehículos a GNV.

• Incorporar vehículos pequeños (motos, triciclos,…) al mercado del GNV al aligerar el peso y disminuir los costos de conversión.

• Igualar o mejorar la capacidad de almacenamiento para transporte de GNL, al utilizar camiones más livianos que los criogénicos, permitiendo

mayor aprovechamiento del límite de peso en carreteras para carga útil.

Esta tecnología ya se está comenzando a implantar en Asia y EEUU, resultando muy probable que se incorpore próximamente en países latinoamericanos. [53]

1.7. INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL Aunque el primer vehículo de combustión interna trabajó en el siglo XIX con

gas natural, pronto la gasolina y el gasóleo fueron los combustibles utilizados para los automóviles. Esto fue debido a las dificultades que se daban para disponer de gas natural y para su transporte. Actualmente, el gas natural vehicular (GNV) constituye una alternativa rentable y ecológica, que cuenta con gran aceptación entre fabricantes y usuarios.

1.7.1. Gas Natural Vehicular (GNV)

Se denomina gas natural vehicular (GNV) al gas natural utilizado como combustible en vehículos. Con frecuencia, se usa el término gas natural vehicular como sinónimo de gas natural comprimido (GNC). Sin embargo, el GNV puede ser también gas natural licuado (GNL), puesto que también se aplica con esta finalidad,

aunque en muchísima menor medida.

1.7.2. GNV en el mundo

A pesar de la histórica hegemonía de la gasolina y el gasóleo como combustibles principales de los vehículos, el gas natural vehicular se ha ido consolidando como un serio competidor de los combustibles líquidos. Cada vez son más los vehículos fabricados para GNV, localizados una gran parte en países de Latinoamérica (alcanza casi el 50% del total) y Oriente medio. Países como Argentina, Brasil, Pakistán, India o China disponen de grandes flotas con este combustible. El avance no ha sido homogéneo en el mundo, siendo Italia, EEUU y Argentina los líderes en el desarrollo de esta tecnología.


41

La evolución del número de vehículos a gas natural en los últimos años se

muestra en la siguiente gráfica:

Figura 1.7.1. Evolución del número de vehículos a GNV [34]

El desarrollo en algunos países representativos es como se muestra en la

tabla:

País Vehículos Estaciones de carga 2009 1997 2009 1997

España 2.940 24 44 2

Líderes en el desarrollo tecnológico del GNV

Italia 676.850 300.000 770 280 EE.UU 100.000 40.000 816 1.102 Argentina 1.826.845 385.500 1.858 504

Otros país desarrollados y de la UE

Alemania 85.000 2.415 863 55 Japón 38.861 798 342 37 Francia 12.450 896 125 9 Suecia 23.125 287 134 5

Otros países significativos del mundo

Brasil 1.639.705 14.000 1.782 39 Pakistán 2.500.100 2.600 3.300 12 Colombia 304.823 - 601 - China 500.000 2.500 1.339 10

Total mundial 11.744.434 17.806 Tabla 1.7.1. Número de vehículos y estaciones de carga GNV de algunos países representativos [22]

Como se observa en la tabla anterior, hoy en día ya se superan los 11 millones de vehículos accionados a gas natural, A continuación, se explicará

brevemente la situación actual de algunos de estos países o regiones destacadas:


42

1.7.2.1. Estados Unidos En EEUU, los organismos encargados de aprobar el uso de los vehículos transformados a gas natural son la EPA (US Environmental Protection Agency) y CARB (California Air Resources Board). Los vehículos pueden ser dedicados, bi-fuel o dual-fuel. También están autorizados para certificar vehículos de HCNG

(apartado 1.8.1).

Los diferentes estados han ido adoptando uno u otra normativa, siendo la

CARB más exigente que la EPA.

Los vehículos ligeros pueden proceder directamente de los fabricantes o transformarse, pero siempre con el certificado de aprobación de EPA o CARB para

circular.

Existe exención de impuestos para comprar vehículos a GNC. En California, existen grandes flotas en el transporte público y existen numerosas estaciones de llenado. A pesar de que los precios del gas natural están subiendo, es entre un 30% y 60% más barato que la gasolina. La utilización del GNC por particulares aún está poco extendida, pero con los incentivos actuales y fiscales así como el aumento de estaciones de llenado, se está experimentando un gran crecimiento.

1.7.2.2. América del Sur: Argentina y Brasil son los dos países con mayor número de flotas de

vehículos a GNC. La evolución en estos países se ha visto facilitada por tres factores principales:

• Una sustancial diferencia de precios con los combustibles líquidos

• Equipos de transformación fabricados a nivel local

• Una creciente infraestructura de suministro de GNC

Argentina tiene 1.826.845 vehículos a gas, que supone más del 15% del total del parque de vehículos y 1.858 estaciones de llenado. En Brasil hay 1.639.705 vehículos, lo que supone el 5% de su flota de vehículos ligeros, con 1.782 estaciones de llenado. Colombia tiene 304.823 vehículos, con 601 estaciones de llenado. Destacan otros países como Bolivia y Perú, los cuales se han desarrollado exponencialmente en los últimos años.

En todos estos países, la práctica más habitual consiste en transformar los

vehículos de gasolina en talleres especializados (bi-fuel).

1.7.2.3. Asia-África: En algunos países asiáticos el GNC se ha extendido como una de las

principales fuentes de combustible utilizadas por los automóviles, especialmente en Irán, Pakistán, Bangladesh e India, al igual que en Egipto (África).


43

1.7.2.4. Europa

Hasta el año 1995, la única manera de tener un vehículo accionado por GNC era haciendo la transformación mediante un kit de postventa, destacando compañías como Landi Renzo, Tartarini Auto, BiGass… Sin embargo, a partir de este año algunos fabricantes comenzaron a comercializar vehículos bi-fuel (gasolina/GNC). Actualmente, compañías como Fiat, Opel, Renault y Volvo, entre otros, comercializan varios modelos de coches y furgonetas bi-fuel, empleando componentes de los fabricantes de kits.

Entre los países europeos más desarrollados en esta tecnología, destacan Italia, Alemania y Francia. [22]

• Italia con cerca de 700.000 vehículos, 770 estaciones y más de 50 años de experiencia es el pionero en Europa y el sexto país en el mundo por número de vehículos en circulación. Actualmente conviven vehículos de serie y transformados.

• Alemania ha su mercado de GNV en los últimos años gracias a la creación del Consorcio ERDGAS MOBIL en 2001 (Administraciones, sector del gas, fabricantes de vehículos y petroleras), cuyo objetivo fue la instalación de 1.000 estaciones de servicio de GNC en el medio plazo. Dicho crecimiento está apoyado en la fabricación de nuevos vehículos de serie a GNC. Se espera un incremento de los vehículos a GNC de dos millones de unidades antes del año 2020.

• Francia pactó un acuerdo similar al alemán (entre Gaz de France, Total, Carrefour y Renault) cuyo objetivo es la creación de 300 estaciones de carga de GNC y 100.000 vehículos a medio plazo.

Además de los ejemplos anteriores, actualmente el GNV se está desarrollando en otros países europeos como Finlandia (700 vehículos y 13 estaciones), Grecia (520 vehículos y 2 estaciones), Portugal (407 vehículos y 5 estaciones), etc. [34]


44

Política de la Unión Europea frente al gas natural vehicular (GNV) La Unión Europea se ha planteado una serie de objetivos medioambientales,

los cuales consisten básicamente en:

Objetivo Acuerdo Reducir para el año 2020 un 20% la demanda de energía (con respecto a 2006)

Comunicación de la Comisión del Plan de acción para la eficiencia energética, COM (2006)545

Sustituir por combustibles alternativos para el año 2020, hasta el 20% del carburante consumido por el sector del transporte por carretera

Libro Verde (Hacia una Estrategia Europea de Seguridad de Suministro Energético), COM (2000)769

Reducir las emisiones de GEI en un 20% con respecto a los niveles de 1990

Consejo Europeo de marzo de 2007

Tabla 1.7.2. Objetivos y Acuerdos de la Unión Europea

Posteriormente, la Comisión Europea en su Comunicación sobre combustibles alternativos, COM(2001)547, propuso modificar la proporción de los carburantes utilizados, identificando tres combustibles principales: biocombustibles, gas natural e hidrógeno.

% de sustitución Año Biocombustible Gas Natural Hidrógeno Total

2005 2 - - 2 2010 6 2 - 8 2015 7 5 2 14 2020 10 (*) 10 5 25

(*) Objetivo ampliado en la COM (2006) 845 Tabla 1.7.3. % de sustitución de combustibles alternativos. Fuente: Comisión Europea

Como consecuencia de los objetivos impulsados por la UE en el año 2020, el 25% del combustible utilizado en los vehículos deberá ser ecológico, (un 10% de gas natural) dejando de usarse los derivados del petróleo.

Asimismo, la Comisión creó un grupo con la misión de analizar y proponer las bases técnicas y económicas para alcanzar los objetivos planteados. Dicho

grupo elaboró un informe que establece lo siguiente respecto al gas natural [59]:

• El gas natural podría alcanzar una amplia cuota de mercado si estuviera apoyado por impuestos reducidos u otras ventajas fiscales.

• Es necesaria la implementación de una infraestructura de estaciones de carga y de flotas cautivas a partir de programas adecuados.

• El apoyo institucional sería necesario hasta alcanzar el objetivo del 10% en el año 2020.


45

1.7.3. GNV en España

En España, el desarrollo del gas natural vehicular ha sido relativamente

escaso en comparación con otros países debido, fundamentalmente, a dos factores:

• Marco legal y fiscal en el que se ha desenvuelto la aplicación de dicha sustancia como carburante.

• Distancia geográfica de España respecto a los yacimientos y escasa producción nacional.

1.7.3.1. Marco legal y fiscal español con respecto al gas natural La evolución del marco legal-fiscal en España con respecto al gas natural es

la siguiente:

• Ley de Impuestos Especiales (Ley 38/1992 de 28 de diciembre): Regula las sustancias que pueden ser utilizadas como carburante y la tarifa del impuesto que tiene que ser aplicada. Ésta excluye al gas natural como carburante y obliga a la petición específica al Ministerio de Economía y Hacienda de autorización para su uso como tal (artículo 54 de dicha ley).

• Orden de 25 de marzo de 1994 del Ministerio de Economía y Hacienda comunicada a Gas Natural SDG: Autoriza a dicha empresa a destinar el gas natural como carburante equiparándolo al tratamiento que tienen los gases licuados del petróleo (GLP) a todos los efectos.

Como consecuencia, se aplicarán los siguientes tipos impositivos:

� Impuesto reducido: 0,4186 c€/kWh para su uso en el servicio

público de ámbito local (radio de acción menor a 100 km), carretillas elevadoras en locales privados y motores en banco de pruebas.

� Impuesto general: 5,8107 c€/kWh, para el resto de usos.

• Real Decreto 736 de 8 de julio de 1988 de Reformas de Importancia sobre Homologación de Vehículos: Establecía en sus anexos que el GLP sólo se podía utilizar como carburante en vehículos de servicio público.

• Real Decreto de Reformas de Importancia, de 17 de diciembre de 2002: Elimina la limitación de utilizar el GLP como carburante únicamente en vehículos de servicio público.


46

• Ley de 30 de diciembre de 2002, de Medidas Fiscales, Administrativos y de Orden Social: Fija el impuesto para el GLP (y por equiparación para el gas natural) de uso general en 0,9134 c€/kWh.

• Orden de 2 de julio de 2004, del Ministerio de Economía y Hacienda: Autoriza el uso del gas natural como carburante, aplicando el impuesto correspondiente al metano, 6,0582 c€/kWh.

• Proyecto de ley de 11 de febrero de 2005, por el que se incorporan al ordenamiento jurídico español diversas directivas comunitarias en materia de fiscalidad de productos energéticos: Establece un impuesto para el gas natural en su uso como carburante de 0,4140

c€/kWh.

Este nuevo marco legal-fiscal permite un desarrollo razonable del gas

natural como carburante en todo tipo de vehículos.

1.7.3.2. Instalaciones de Gas natural en España España se caracteriza por encontrarse geográficamente alejada de los

principales productores de gas natural y por tener una escasa producción de gas nacional. Debido a la lejanía de estos yacimientos ha habido un gran desarrollo en

la tecnología del GNL.

Las principales fuentes de entrada de gas al sistema son los gasoductos y las plantas de regasificación.

[47] La primera planta de regasificación se construyó en Barcelona a finales de la década de los sesenta abasteciéndose con GNL procedente de Libia y Argelia. Entre los años 1985 y 1993 los aprovisionamientos por GNL (a través de la planta de Barcelona y de dos nuevas plantas de regasificación construidas en Huelva y Cartagena) se complementaban con la limitada producción de gas natural de los yacimientos de Serrablo y Gaviota (hoy convertidos en instalaciones de almacenamiento subterráneo). En 1993 se realizó la primera conexión internacional del sistema gasista español en Larrau (sur de Francia), a través de la cual se importa gas procedente de Noruega. Posteriormente, en 1996 se completó el gasoducto del Magreb, el cual conecta la Península Ibérica con los yacimientos

de gas argelinos, atravesando Marruecos y el estrecho de Gibraltar.

En la actualidad, los aprovisionamientos de gas natural, tanto a través de gaseoductos como a través de plantas de regasificación, provienen de orígenes muy diversificados geográficamente: Argelia, Libia, Noruega, Trinidad y Tobago,

Nigeria y Países del Golfo Pérsico.


47

El sistema gasista español difiere de los demás sistemas europeos en su alta dependencia de las importaciones y la presencia de varias plantas de

regasificación.

Actualmente las infraestructuras de gas natural en España están compuestas por seis plantas de regasificación de gas natural licuado, más de 71.000 km de gasoductos de transporte y distribución, dos almacenamientos subterráneos, tres yacimientos y cinco conexiones internacionales (uno con Marruecos, dos con Francia y dos con Portugal), además de otras instalaciones auxiliares, estaciones de compresión y plantas satélites.

Desarrollo de las infraestructuras en los próximos años:

La última revisión del plan de infraestructuras del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio (“Planificación de los sectores de electricidad y gas natural 2008-2016”) fijó como objetivos en materia del desarrollo de las infraestructuras en el sistema gasista español en los próximos años la ampliación de la capacidad de las actuales plantas de regasificación y la puesta en marcha de tres nuevas plantas de regasificación (El Musel, en Asturias y Tenerife y Gran Canaria, en Canarias), la puesta en marcha del gasoducto submarino Medgaz, que unirá directamente Argelia y la península, con conexión en Algeciras, la ampliación de la capacidad de interconexión con Francia a través del incremento de la capacidad de uno de los gasoductos y ampliar la red de instalaciones de almacenamiento subterráneo [38].

En la actualidad, se está revisando la planificación anterior para tener en cuenta los efectos de la crisis económica de 2008-2010 y el descenso en las previsiones de evolución del consumo de gas natural en los próximos años.

La figura 1.7.2. muestra un mapa de España donde vienen representadas todas las infraestructuras actuales así como las propuestas para los próximos años.


48

Figura 1.7.2. Instalaciones de la red básica de gas natural en España [55]


49

1.7.3.3. Situación del GNV en España La siguiente figura muestra la evolución de los combustibles utilizados a lo

largo de los años. Como se observa en la misma, la utilización del gas natural como combustible de vehículos no comenzó hasta 1994. Destaca la hegemonía del gasoil durante más de 80 años y la aparición “reciente” de varias alternativas:

Figura 1.7.3. Evolución de la energía de tracción en España [45]

A pesar de las restricciones legales y fiscales ha habido un desarrollo razonable en los sectores de servicio público, siendo las ciudades más grandes las que cuentan con un número elevado de vehículos. La expansión del GNV en el territorio español está principalmente enfocada a los vehículos pesados:

• Autobuses urbanos: Se han desarrollado flotas de autobuses urbanos en diversas ciudades españolas como Madrid, Barcelona, Valencia, Burgos, Sevilla, y Salamanca gracias a la participación de los Ayuntamientos.

• Camiones de Recogida de Residuos: Componen las flotas más numerosas en España, siendo la empresa líder FCC aunque también CESPA y URBASER ya están ofreciendo la alternativa a GN.

• Carretillas elevadoras: Algunos fabricantes como Linde, Toyota y Euroyen muestran un gran interés en este sector.

En 2007, entró en servicio en Valencia la primera estación de abastecimiento de gas natural de uso público gracias a un acuerdo entre Gas Natural y la Cooperativa Valenciana de Taxistas (TAXCO). En 2009 ya se disponían de 2.940 vehículos y 44 estaciones de llenado.


Por su carácter menos contaminante, en los últimos años se viene dando al gas natural un fuerte impulso desde las Administraciones y desde diversas empresas privadas, por lo que hace prever vehículos en los próximos años, no sólo en los sectores anteriores sino también entre vehículos ligeros [4]

1.7.3.4. Evolución del GNC como combustible en autobuses españolas

Barcelona El interés por el gas natural c

1995 cuando, un convenio entre un grupo de empresas formado por Transportes de Barcelona, Mercedes Benz, Gas natural y el Institut Catalá dÉnergía puso en marcha un proyecto que consistió en hacer circular dos aufinalidad de demostrar la viabilidad de este combustible en vehículos de transporte público. Los resultados demostraronperfectamente el servicio, que se reducían las emisiones contaminantes y el nivel

de ruido y que había una gran acept

A partir de entonces,

años, tal y como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 1.7.4. Evolución del nº de autobuses

Figura 1.7.4

0

50

100

150

200

250

300

2001

Nº

de

ve

híc

ulo

s


Por su carácter menos contaminante, en los últimos años se viene dando al gas natural un fuerte impulso desde las Administraciones y desde diversas empresas privadas, por lo que hace prever una fuerte expansión de este tipo de vehículos en los próximos años, no sólo en los sectores anteriores sino también

[4].

Evolución del GNC como combustible en autobuses

El interés por el gas natural como combustible en autobuses comenzó ya en 1995 cuando, un convenio entre un grupo de empresas formado por Transportes de Barcelona, Mercedes Benz, Gas natural y el Institut Catalá dÉnergía puso en marcha un proyecto que consistió en hacer circular dos autobuses a GNC con la finalidad de demostrar la viabilidad de este combustible en vehículos de

Los resultados demostraron que se podía realizar perfectamente el servicio, que se reducían las emisiones contaminantes y el nivel

que había una gran aceptación por parte de los usuarios [35

A partir de entonces, su uso no hizo más que aumentar en los siguientes

años, tal y como se muestra en la siguiente tabla:

Barcelona Año Nº de autobuses

2001 35 2002 70 2005 161

2006/07 251 2009 296

. Evolución del nº de autobuses GNC en Barcelona [58

4. Evolución del nº de autobuses GNC en Barcelona

2001 2002 2005 2006/07 2009

Año

Memoria Descriptiva

50

Por su carácter menos contaminante, en los últimos años se viene dando al gas natural un fuerte impulso desde las Administraciones y desde diversas

fuerte expansión de este tipo de vehículos en los próximos años, no sólo en los sectores anteriores sino también

Evolución del GNC como combustible en autobuses por ciudades

omo combustible en autobuses comenzó ya en 1995 cuando, un convenio entre un grupo de empresas formado por Transportes de Barcelona, Mercedes Benz, Gas natural y el Institut Catalá dÉnergía puso en

tobuses a GNC con la finalidad de demostrar la viabilidad de este combustible en vehículos de

que se podía realizar perfectamente el servicio, que se reducían las emisiones contaminantes y el nivel

[35].

su uso no hizo más que aumentar en los siguientes

[58]


Madrid La EMT (Empresa Municipal de Transportes)

participó en el proyecto ECOBUS, auspiciado por la Unión Europea y al amparo del programa THERMIE 92 de la DGXVIIun autobús propulsado por GNC.IVECO-PEGASO, GAS NATURAL SDGTRANSPORTES [45].

Gracias al excelente resultado del proyecto, a partir de este año, se considera el gas natural como una alternativa a los combustibles tradicionales en el transporte público, sustituyendo cada vez en mayor medida a los autobuses que

funcionaban con diesel:

Tabla 1.7.5. Evolución del nº de autobuses GNC en Madrid

Figura 1.7

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Nº

de

ve

híc

ulo

s


(Empresa Municipal de Transportes) de Madrid, también en 1995, participó en el proyecto ECOBUS, auspiciado por la Unión Europea y al amparo del

THERMIE 92 de la DGXVII, consistente en hacer operar durante un añoun autobús propulsado por GNC. En dicho proyecto participaron además

GAS NATURAL SDG, OCIGAS, SERMASA y CONSORCIO DE

Gracias al excelente resultado del proyecto, a partir de este año, se considera el gas natural como una alternativa a los combustibles tradicionales en

público, sustituyendo cada vez en mayor medida a los autobuses que

Madrid Año Nº de autobuses

1994 1 1995 15 1996 29 1997 32 1998 50 2001 70 2002 110 2003 125 2004 155 2005 165 2006 201 2007 351 2008 381 2009 393

. Evolución del nº de autobuses GNC en Madrid [45]

7.5. Evolución del nº de autobuses GNC en Madrid

Año

Memoria Descriptiva

51

de Madrid, también en 1995, participó en el proyecto ECOBUS, auspiciado por la Unión Europea y al amparo del

, consistente en hacer operar durante un año, En dicho proyecto participaron además de EMT:

CONSORCIO DE

Gracias al excelente resultado del proyecto, a partir de este año, se considera el gas natural como una alternativa a los combustibles tradicionales en

público, sustituyendo cada vez en mayor medida a los autobuses que

]


Sevilla Una de las propuestas de

incorporar a su actividad productiva las novedades minimizar el impacto ambiental. Entre las medidas, se encuentra incorporar una flota de vehículos a GNC, las cuales han ido incorporándose de manera progresiva gracias a las numerosas ventajas que proporciona este combustible ysubvenciones por parte de la administración autonómica para la compra de autobuses y la construcción de una estación de carga.

Tabla 1.7.6. Evolución del nº de autobuses

Figura 1.7

Valencia La EMT de Valencia se ha propuesto una serie de retos entre los que

destacan la disminución de la contaminación y la diversificación de las fuentes de

energía.

Para ello, una de las medidas que han adoptado es la sustitución de la flota de autobuses por otros vehículos menos contaminantes, destacando entre las alternativas, el GNC. Los resultados fueron un éxito, lo cual se comprueba por el

continuo aumento del número

0

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140

160

180

2005

Nº

de

ve

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ulo

s


Una de las propuestas de TUSSAM, Transportes Urbanos de Sevilla, incorporar a su actividad productiva las novedades tecnológicas que colaboren a minimizar el impacto ambiental. Entre las medidas, se encuentra incorporar una

a de vehículos a GNC, las cuales han ido incorporándose de manera progresiva gracias a las numerosas ventajas que proporciona este combustible ysubvenciones por parte de la administración autonómica para la compra de autobuses y la construcción de una estación de carga.

Sevilla Año Nº de autobuses

2005 18 2006 36 2007 86 2008 136 2009 168

. Evolución del nº de autobuses GNC en Sevilla [61]

1.7.6. Evolución del nº de autobuses GNC en Sevilla

La EMT de Valencia se ha propuesto una serie de retos entre los que destacan la disminución de la contaminación y la diversificación de las fuentes de

ello, una de las medidas que han adoptado es la sustitución de la flota de autobuses por otros vehículos menos contaminantes, destacando entre las

Los resultados fueron un éxito, lo cual se comprueba por el

continuo aumento del número de autobuses incorporados cada año:

2005 2006 2007 2008 2009

Año

Memoria Descriptiva

52

Urbanos de Sevilla, es tecnológicas que colaboren a

minimizar el impacto ambiental. Entre las medidas, se encuentra incorporar una a de vehículos a GNC, las cuales han ido incorporándose de manera progresiva

gracias a las numerosas ventajas que proporciona este combustible y a las subvenciones por parte de la administración autonómica para la compra de

La EMT de Valencia se ha propuesto una serie de retos entre los que destacan la disminución de la contaminación y la diversificación de las fuentes de

ello, una de las medidas que han adoptado es la sustitución de la flota de autobuses por otros vehículos menos contaminantes, destacando entre las

Los resultados fueron un éxito, lo cual se comprueba por el

:


Tabla 1.7.7. Evolución del nº de autobuses GNC en Valencia [

Figura 1.7.7

Los casos anteriores sólo son unteniendo el gas natural en nuestro paísanteriores, actualmente hay varias que, poco a poco han ido incorporando GNC como las mencionadasllevando a cabo como es el caso de autobuses a GNC y prevé aumentar

Resultados En estos momentos, las flotas de autobuses son conscientes del ahorro que

están obteniendo en costes de combustible y en contaminación, por ello todas presentan proyectos de incorporación de nuevos vehículos a gas natural.

Como se detallará en apartados pmedioambiental que se está observando es la reducción de los NOcontaminación urbana. La reducción de emisiones de COinvernadero se calculó entre el 10 y 20% frente al diesel.

0

10

20

30

40

50

60

70

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2003

Nº

e v

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ícu

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Valencia Año Nº de autobuses

2003 1 2004 15 2005 15 2006 30 2007 70 2009 72

. Evolución del nº de autobuses GNC en Valencia [46]

.7. Evolución del nº de autobuses GNC en Valencia

casos anteriores sólo son una muestra de la gran evolución que está teniendo el gas natural en nuestro país como combustible. Además de las ciudades anteriores, actualmente hay varias que, poco a poco han ido incorporando GNC como las mencionadas en el apartado anterior y proyectos que se están

s el caso de Palma de Mallorca, la cual tiene actualmentey prevé aumentar su flota próximamente a 58. [36]

En estos momentos, las flotas de autobuses son conscientes del ahorro que están obteniendo en costes de combustible y en contaminación, por ello todas presentan proyectos de incorporación de nuevos vehículos a gas natural.

Como se detallará en apartados posteriores, la mayor contribución que se está observando de la sustitución de diesel por gas natural

es la reducción de los NOX y las emisiones de partículas, causantes de la contaminación urbana. La reducción de emisiones de CO2, responsables del efecto

entre el 10 y 20% frente al diesel.

2004 2005 2006 2007 2009

Año

Memoria Descriptiva

53

]

de la gran evolución que está Además de las ciudades

anteriores, actualmente hay varias que, poco a poco han ido incorporando flotas de en el apartado anterior y proyectos que se están

tiene actualmente 12 ].

En estos momentos, las flotas de autobuses son conscientes del ahorro que están obteniendo en costes de combustible y en contaminación, por ello todas presentan proyectos de incorporación de nuevos vehículos a gas natural.

a mayor contribución diesel por gas natural

y las emisiones de partículas, causantes de la , responsables del efecto

2009


54

1.7.3.5. Apoyos institucionales Para poder cumplir los objetivos de sustitución de los combustibles

tradicionales planteados en la Unión Europea, las ayudas que se están dando desde

la Administración Central a este tipo de combustible son las siguientes:

• Reducción de impuestos de hidrocarburos: Según el “Proyecto de ley de 11 de febrero de 2005”, al gas natural le es aplicable un tipo de impuesto reducido, de 0,4140 c€/kWh (1,15 €/GJ) [38].

• Ayudas para la adquisición de vehículos nuevos: Dentro de la Estrategia E4 de Ahorro y Eficiencia del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, se han previsto ayudas para la adquisición de vehículos de gas natural de hasta 2.000 € por vehículo ligero y hasta 12.000 € por vehículo pesado [56].

• Ayudas para la instalación de estaciones de suministro: También dentro de la Estrategia E4, para las estaciones de repostaje de vehículos están admitidas ayudas de hasta 30.000 € para las instalaciones individuales y hasta 60.000 € para las colectivas [56].

• Ayudas por comunidades autónomas: Algunas comunidades autónomas como Andalucía y la Comunidad Valenciana disponen o tienen previsto ayudas adicionales a las anteriores. Actualmente, Canarias no tiene apoyos complementarios a los nombrados anteriormente en relación al gas natural, puesto que no se ha implantado pero sí tiene una reducción del I.G.I.C del 5% al 2% para vehículos eléctricos e híbridos [39] y [41]. Por tanto, en caso de implantar el gas natural se podría plantear una reducción similar.

Además de las ayudas anteriores, también sería aplicable el siguiente incentivo fiscal:

• Impuesto de matriculación reducido o exento en función de las emisiones de CO2 (Canarias) según el artículo 70 de la ley 34/2007 de 15 de noviembre sobre la calidad del aire y protección de la atmósfera [40]:

Vehículos ligeros: � <120 gCO2/km: 0% � 120 – 160 gCO2/km: 3,75% � 160 – 200 gCO2/km: 8,75%

� >200 gCO2/km: 13,75%


55

NOTA: Los vehículos pesados (incluyendo los autobuses) tienen exento

el impuesto de matriculación.

Asimismo, se podrían plantear otros posibles incentivos:

• Promulgación de los planes de mejora de la calidad del aire a través de las diferentes CCAA con rango de obligado cumplimiento.

• Ventajas en el acceso/estacionamiento en las zonas urbanas restringidas.

• Prioridad para los taxis GNV en la recogida de clientes en estaciones de ferrocarril, aeropuertos y paradas.

• Prioridad para aparcamientos en zonas habilitadas para la carga y descarga de mercancías, así como en los espacios reservados al carril bus o de semejantes características.

• Extensión del uso del GN a otras flotas de servicios municipales (parques y jardines, ambulancias, grúas,…).

• Modificación de los PGOU (Planes Generales de Ordenación Urbana) en lo relativo a los espacios habilitados para el repostaje de combustible incluyendo normativa que permita el suministro de gas natural.

• Habilitación de espacios y zonas en los municipios donde poder establecer puntos de repostaje, tales como centros logísticos de distribución de mercancías y servicios, suelo de titularidad municipal, silos de maquinaria, etc.

• Incorporación de cláusulas a los pliegos y concursos de renovación de las flotas de servicio público municipales, que favorezcan la adquisición de vehículos GNC frente a los que utilizan combustibles tradicionales.


56

1.8. INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GNC

1.8.1. Tecnología de los vehículos de gas natural

En los últimos años, la tecnología del gas natural ha ido evolucionando paralela y conjuntamente con la de los combustibles líquidos. Se trata de una opción actualmente implantada en muchos países, tal y como se comentó anteriormente.

El uso del gas natural como combustible en motores alternativos tiene diversas ventajas. No obstante, su mejor uso depende de la adaptación del motor para este combustible, que puede ir desde una simple sustitución de combustible hasta el diseño completo del motor optimizado para el uso del gas natural, en cuyo caso se igualan y hasta mejoran las prestaciones que proporcionan los otros combustibles líquidos, puesto que se pueden aprovechar al máximo sus

propiedades.

Normalmente, el gas natural se utiliza en motores de encendido provocado9 (MEP) mediante ciclo Otto24. Sin embargo, también se puede utilizar en motores de encendido por compresión10 (MEC) mediante ciclo Diesel. En estos casos suelen ser motores diesel transformados y lo habitual es que se emplee una cierta

cantidad de gasóleo para provocar la ignición.

En función del tipo de motor y de la relación del gas natural con otros combustibles, los vehículos se clasifican principalmente en:

• Vehículos dedicados

• Vehículos bi-fuel

• Vehículos dual-fuel

1.8.1.1. Vehículos dedicados Se utiliza el gas natural como único combustible. Son motores de encendido

provocado (MEP) optimizados para trabajar con gas natural.

Este tipo de vehículos presenta las siguientes ventajas:

• Es posible optimizar la potencia, las emisiones y el rendimiento del motor

• Menores niveles de ruido y vibraciones

No obstante, este tipo de vehículos presenta costes más elevados, lo cual

supone una desventaja importante.

Como ya se ha visto en apartados anteriores, el gas natural puede utilizarse

en estado comprimido (GNC) o licuado (GNL).


57

La utilización de GNC se ha desarrollado y se aplica fundamentalmente en vehículos ligeros (turismos) y pesados con autonomías en torno a 350 km

(camiones, autobuses urbanos,…).

Los vehículos dedicados con GNL se utilizan para mejorar la autonomía (hasta 1.000 km). Se centran en el transporte de mercancías de largo recorrido y en el transporte interurbano de pasajeros. No obstante, presentan potencias limitadas (hasta 300 CV).

1.8.1.2. Vehículos bi-fuel Operan indistintamente con gas natural o con gasolina. Son motores MEP

que tienen dos depósitos diferenciados, con dos sistemas diferentes de

alimentación y un botón que permite seleccionar uno u otro carburante.

En este caso, los vehículos son reversibles: siempre existe la posibilidad de retirar el sistema de alimentación de GNC y que el vehículo recupere su estado inicial. La principal ventaja de estos vehículos es que, al poder trabajar con los dos combustibles, se mantiene la elevada autonomía y flexibilidad de uso.

Esta tecnología se utiliza principalmente en vehículos ligeros (turismos).

1.8.1.3. Vehículos dual-fuel Disponen de motores de encendido por compresión (MEC) que utilizan una

mezcla de gas natural y gasóleo. El gasóleo, que actúa como iniciador del proceso de combustión, se inyecta directamente a la cámara de combustión, mientras que el gas natural se introduce en el aire de admisión mediante un carburador o un sistema de inyección. Cuando el vehículo está al ralentí19, funciona con 100% gasóleo, mientras que a regímenes de giro más elevados, la proporción de gasóleo puede estar comprendida entre el 5% y el 20%. En promedio, este tipo de motores puede consumir del orden de 60-70% de gas natural y 30-40% de gasóleo aunque ya existen tecnologías que alcanzan hasta el 95% de gas natural.

Algunas de las tecnologías que se están llevando a cabo son [42]:

• Cummins Westport: Consigue un grado de sustitución del 95% pero se trata de una tecnología muy costosa debido a que tiene un sistema de bombeo del GNL a alta presión que le permite obtener presiones de inyección muy elevadas. El gas natural se introduce en el cilindro a través de inyectores dobles. El gasóleo se introduce en cantidades pequeñas, siendo éste el responsable de que se produzca la combustión. [42] Entre las principales ventajas, destacan:

� Elevado grado de sustitución

� Resultado optimizado en emisión de partículas


58

Las desventajas que conlleva esta tecnología son:

� Elevado coste de transformación del motor � No puede funcionar sólo con diesel

• Clean Air Power y Hardstaff: Se consigue una sustitución de gasóleo de entre el 60 y 80%. El gas natural se incorpora mediante inyectores al flujo de aire en el colector de admisión, mientras que los inyectores de diesel permiten hacer el efecto bujía. Las principales ventajas son:

� Menor coste de desarrollo de motores

� Puede funcionar como diesel

Entre las desventajas, se encuentran:

� Resultado no optimizado en emisión de partículas � Coste más alto si se utiliza mucho gasoil

Este tipo de modificación se aplica en los motores de los vehículos en forma de GNC y GNL aunque normalmente se aplica a vehículos pesados que requieran potencias superiores a 300 CV y autonomías elevadas, por lo que el gas natural se

encuentra licuado (GNL).

1.8.1.4. Otros A pesar de que los sistemas anteriores son los más desarrollados, existen

otros usados en menor medida o en fase experimental muy interesantes:

Vehículos tri-fuel

Se trata de vehículos flexibles con motores MEP desarrollados en Brasil que

pueden utilizar gasolina, etanol, mezclas de ambos o gas natural.

Vehículos HCNG o H2CNG

Consiste en utilizar una mezcla de gas natural y un 4-9% de hidrógeno en motores de combustión interna. Ya existen estaciones de servicio con este combustible en Noruega y Canadá.

Esta alternativa presenta las siguientes ventajas:

• No se requiere ningún tipo de precaución especial para evitar la fragilidad de los materiales en contacto con la mezcla

• Se reducen las emisiones


59

• Comportamiento similar al GNC en cuanto a riesgos de pérdidas e

inflamabilidad

1.8.2. Características de los diferentes tipos de vehículos

Generalmente, los vehículos de gas natural dedicados presentan grandes

ventajas con respecto a vehículos bi-fuel:

• Mejores valores de rendimiento y emisiones más bajos, puesto que el motor está optimizado para trabajar con este combustible.

• Mayor potencia obtenida debido a que el gas natural presenta un mayor índice de octano en comparación con la gasolina, lo que le permite utilizar una relación de compresión superior (apartado 1.8.4.1).

• Posibilidad de adaptar el funcionamiento del catalizador para reducir las emisiones (la oxidación del metano requiere temperaturas más elevadas que otros hidrocarburos).

• No se necesita llevar dos combustibles diferentes, por lo que se reduce el peso del vehículo.

Por todo lo anterior, desde el punto de vista medioambiental, la tecnología más efectiva es la que emplean los vehículos dedicados con un catalizador específico. Esto permite optimizar tanto el consumo de combustible como las

emisiones.

Dentro de estos, se pueden encontrar las siguientes tecnologías:

• Tecnología de combustión estequiométrica11: permite el nivel más bajo de emisiones.

• Tecnología de combustión pobre12: permite el consumo mínimo de combustible. En este caso, el fabricante tendrá que garantizar unas bajas emisiones de NOx y un catalizador de oxidación efectivo para

reducir sustancialmente las emisiones de hidrocarburos

En el campo de los vehículos ligeros, a pesar de las múltiples ventajas de los vehículos dedicados en comparación con los bi-fuel, hasta hace tan sólo unos años, por motivos de seguridad en el aprovisionamiento de combustible, la mayoría de los vehículos ligeros de GNC disponibles en Europa eran del segundo tipo. No obstante, gracias al aumento reciente del número de estaciones de servicio disponibles, cada vez son más los vehículos ligeros dedicados. Algunos ejemplos de fabricantes que comercializan con estos vehículos son: Fiat, Opel, Ford, Toyota,…


60

No obstante, en el campo de los vehículos pesados, el gas natural siempre se ha empleado en motores dedicados (las empresas suelen contar con una estación de servicio privada para abastecer sus flotas). Algunos fabricantes destacados son:

Iveco, Mercedes, Man, Renault y Volvo.

En el caso de los sistemas dual-fuel, el comportamiento del vehículo y las emisiones dependerán de las condiciones de operación y del sistema de control empleado:

La tecnología utilizada inicialmente se basaba en “dispersar” el gas natural en el colector de entrada de aire al motor. Los desarrollos más recientes, además de utilizar un sistema de control electrónico, inyectan el gas natural directamente en la cámara de combustión (Westport), lo que permite mejorar los rendimientos y

emisiones.

No obstante, estos sistemas todavía están limitados a un número reducido

de motores y fabricantes, generalmente de vehículos pesados.

1.8.3. Conversión de vehículos a gas natural

1.8.3.1. Conversión de vehículos diesel En la conversión de vehículos diesel a gas natural hay dos opciones:

• Conversión a vehículo dedicado

• Conversión a vehículo dual-fuel

El primer caso se trata de un proceso complejo, puesto que se debe transformar el motor de ciclo Diesel a Otto. Para ello, es necesario añadir elementos como bujías y modificar otros como pistones y levas. Actualmente, se están llevando a cabo diversos proyectos con este fin pero no se han desarrollado a

escala comercial.

El segundo caso precisa de la incorporación de determinados elementos para la alimentación de gas natural. Aunque hoy en día está desarrollado a pequeña escala (apartado 1.8.1.3), se prevé un mayor crecimiento en un futuro

próximo.

1.8.3.2. Conversión de vehículos de gasolina La conversión de un motor a gasolina para operar con GNC no involucra

ninguna modificación del motor o remoción e algún componente, sino sólo la incorporación de ciertos elementos adicionales. De esta manera se convierte en bi-fuel.

El funcionamiento de estos vehículos es el siguiente:

El gas natural se comprime hasta una presión de 250 bares y entra en al vehículo a través de la válvula de carga de gas natural (A) y se almacena en unos


61

cilindros de alta presión (B) instalados en la parte trasera, chasis o techo del vehículo a 200-220 bares. En el momento en que el motor requiere combustible, éste sale de los cilindros, pasa a través de una válvula de bloqueo manual (C) y es conducida a través de una tubería de alta presión (D) hasta llegar al regulador de combustible (E) ubicado en el compartimento del motor, donde se reduce la presión hasta la requerida por el sistema de inyección (normalmente a presión atmosférica). Luego, el gas fluye a través de la válvula solenoide (F), la cual le permitirá pasar hasta un mezclador especialmente diseñado o a los inyectores. El gas natural fluye al motor a través del mezclador o los inyectores (G), donde se mezcla con el aire y entra en la cámara de combustión del motor donde, al inflamarse produce la potencia necesaria para mover el motor. Cabe mencionar que hay válvulas especiales operadas por solenoide que impiden que el gas entre al motor cuando éste está apagado y que todo este proceso está regulado por un sistema de control.

Figura 1.8.1. Funcionamiento de vehículos GNC

Los elementos adicionales son los que se muestran en la siguiente figura:

Figura 1.8.2. Elementos adicionales para GNC [43]


62

Válvula de carga o llenado:

Es una válvula que permite el paso del combustible del surtidor a los cilindros en el momento del llenado.

Regulador o reductor de presión:

El regulador cumple básicamente dos funciones:

• Disminuir en varias etapas la presión del gas desde la presión de almacenamiento en los cilindros hasta la presión requerida para introducirla en el motor (cercana a la atmosférica).

• Regular el flujo de gas en la última etapa

Debido a lo anterior, es muy importante la selección del regulador.

Mezclador:

Es el dispositivo que permite la mezcla aire-gas adecuada, en todos los rangos de demanda del motor.

La selección del mezclador es un elemento clave en el desempeño del vehículo con GNV, ya que aprovecha el flujo de aire que ingresa al motor para suministrar gas natural y crear la mezcla aire-combustible para la operación del

motor.

Sistema de control:

Para que el sistema pueda trabajar correctamente, debe apoyarse en los

siguientes elementos:

• Manómetro: Debe estar situado en el sistema de alta presión y medir permanentemente la presión del gas y su disminución. Este manómetro envía una señal para que el conductor sepa cuánto gas tiene disponible.

• Selector de combustible: Dispositivo que permite elegir el combustible a utilizar por medio de un control sobre unas electroválvulas para gas y gasolina. Éste permite mostrar el nivel de presión de gasolina y activar o desactivar otros componentes del sistema según el combustible que se esté utilizando.

• Electroválvula de gas: Dispositivo situado en el sistema de alta presión que abre o cierra el flujo de gas según el combustible seleccionado.


63

• Electroválvula de gasolina: Dispositivo que abre o cierra el flujo de

gasolina según el combustible seleccionado.

Cilindros contenedores de GNC:

Generalmente, se trata de un recipiente de acero sin costura en la que se almacena el gas a una presión de 200 bar y capacidad máxima de 150 litros (volumétricos).

Además del propio depósito de almacenamiento de gas natural, son imprescindibles una serie de elementos que se describen brevemente a continuación:

• Válvulas de cilindros: Están colocadas directamente en el cilindro y tienen como función aislar independientemente cada cilindro del sistema. Adicionalmente, deben contar con elementos de seguridad como cierre manual, control de exceso de flujo y exceso de temperatura.

• Válvula de alivio por sobrepresión: Es una válvula que evita que la presión en el interior del cilindro aumente excesivamente. Se instala debajo de las válvulas de cierre de los cilindros. El venteo de esta válvula se realiza mediante una canalización a los cuatro vientos y verticalmente hacia arriba del módulo contenedor, sin obstáculos.

• Medidores y reguladores de presión: Permiten controlar la presión en el interior de los depósitos.

• Tuberías y accesorios: Entre el recipiente de almacenamiento y el regulador de presión habrá una serie de tuberías y accesorios, los cuales deberán ser compatibles con las condiciones de trabajo, cumpliendo con la normativa vigente.

Cabe mencionar que todos los elementos deben estar diseñados y fabricados según el Real Decreto 769/1999 sobre aparatos a presión donde se especifican las presiones máximas admisibles y de diseño que deben soportar cada uno de los elementos así como los materiales a utilizar, los cuales deben ser totalmente compatibles con el gas almacenado.

Asimismo, se debe cumplir con lo establecido en la ITC EP-6 - Recipientes a presión transportables, incluido en el Real Decreto 2060/2008 de 12 de diciembre, donde se especifican los colores de identificación de los recipientes, condiciones de utilización (manipulación, almacenamiento y utilización de recipientes), e inspecciones periódicas que se deben cumplir.


64

Características de los recipientes vehiculares y accesorios del recipiente vehicular

Los recipientes de almacenamiento de gas natural deben construirse en acero, aluminio, composites o combinación de estos materiales. Tanto los recipientes como los elementos que lo acompañan se pueden ubicar dentro o debajo de los compartimentos del conductor o de los pasajeros. Se debe tener la precaución de que todas las conexiones del recipiente sean externas o selladas y venteadas al exterior de dichos compartimentos.

Los recipientes deben situarse donde se evite su daño, protegiéndose por parachoques si se ubican en la parte trasera o mediante un material aislante que lo proteja del calentamiento si se encuentra cerca del motor.

1.8.4. Comportamiento general en el motor

La aplicación del gas natural a la automoción parte de varias ventajas tecnológicas asociadas a la propia naturaleza del combustible en comparación con los convencionales.

En la siguiente tabla se presentan las principales características como carburante del gas natural comprimido (GNC) comparadas con las de sus

competidores más directos en los vehículos actuales (gasolina, gasóleo y GLP).

GASOLINA GASÓLEO GLP GNC Densidad (kg/l) 0,74 0,83 0,54 0,15 PCI (MJ/kg) 43,7 43,2 45,9 49,4 PCI (MJ/l) 32,3 35,8 24,8 7,6 Consumo (l/100km) 11 7 12 40 Vol. Depósito (500 km) (l) 35 30 45 150 Dosado estequiom. 1/14,9 1/14,5 1/15,5 1/17 Nº de octano RON 95-98 - 110 125

Tabla 1.8.1. Propiedades de la gasolina, gasóleo, GLP y GNC

Destaca la baja densidad energética del GNC con respecto a la gasolina, gasóleo y GLP. Esto obliga a proveer al vehículo con depósitos más voluminosos y pesados (por estar sometidos a elevadas presiones), lo cual supone una de las desventajas principales.

La autonomía es generalmente más baja debido al menor poder calorífico del gas por litro de combustible (aunque el PCI por unidad de masa es superior).

Otra diferencia importante es el octanaje del combustible. Debido a la estabilidad química de la molécula de metano, la capacidad antidetonante de octano es más elevada para el caso del GNC que para la gasolina e incluso el GLP. Gracias a ello, en los vehículos dedicados exclusivamente a GNC se podrá elevar la relación de compresión y obtener así mayores rendimientos del motor. En los vehículos bi-fuel, donde el motor debe estar preparado para trabajar


65

indistintamente con uno u otro combustible, no será posible esta variación en la

relación de compresión debido a que pueden generarse problemas de detonación.

El volumen del depósito es más elevado en el caso del GNC, debido fundamentalmente porque éste se encuentra en estado gaseoso, mientras que los

otros, en líquido.

Con respecto a la relación estequiométrica de la combustión (kg de combustible/kg de aire) no existen grandes diferencias. Como se verá más

adelante, las potencias desarrolladas por un mismo motor van a ser similares.

1.8.4.1. Comportamiento antidetonante. Número de octano Para medir el número de octano de un combustible gaseoso se pueden

utilizar los métodos RON y MON definidos para combustibles líquidos, pero técnicamente no son correctos. El gas natural tiene un comportamiento detonante tan bueno que no puede ser determinado por los métodos clásicos ya que

sobrepasa el límite máximo de la escala ASTM (120,34).

Para medir su resistencia a la detonación se ha definido el número de metano (MN). En esta escala, los combustibles de referencia son mezclas de metano e hidrógeno, de modo que el metano puro tiene un MN de 100, mientras que el hidrógeno puro tendrá un valor MN de 0. Existen expresiones que correlacionan el número de metano con el índice de octano motor. La resistencia antidetonante del gas natural es máxima con el metano puro y decrece a medida que se incremente la proporción de otros hidrocarburos.

Debido a su elevada resistencia detonante, en los motores diseñados específicamente para gas natural se puede incrementar la relación de compresión con respecto a la gasolina pudiendo alcanzarse relaciones entre 10:1 (motores

grandes-vehículos pesados) y 13:1 (motores pequeños-vehículos ligeros).

1.8.4.2. Potencia [57] Para aumentar la potencia, un motor debe quemar más combustible, por

tanto, debe bombearse más aire dentro de los cilindros. La cantidad de aire depende de la resistencia al flujo a través del sistema de admisión, del cilindro y del sistema de escape. La capacidad de un motor para bombear aire es llamada

eficiencia volumétrica. [17]

Para comparar la potencia obtenida con un combustible frente a la gasolina,

se deben tener en cuenta varios factores:

• Poder Calorífico (según la naturaleza del combustible)

• Dosado estequiométrico (según la naturaleza del combustible)

• Volumen ocupado por el combustible dentro del cilindro

• Calor latente de vaporización


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Volumen ocupado por el combustible dentro del cilindro

Inyección indirecta17:

Cuando un combustible líquido se atomiza, generalmente ocupa una cantidad de espacio muy pequeña en el sistema de admisión del motor, por tanto, no afecta a la eficiencia volumétrica significativamente. Sin embargo, los combustibles gaseosos pueden requerir de 4 a 15% del volumen del conducto de admisión. El espacio ocupado por el combustible reduce la cantidad de aire que

ingresa al motor y por tanto, la potencia de salida del motor se reduce.

Inyección directa16:

En este caso, el combustible se inyecta directamente a los cilindros, por lo

que no afecta a la cantidad de aire que ingresa al motor.

Calor latente de vaporización

Combustibles líquidos:

Los combustibles líquidos vaporizados se mezclan con aire en el conducto de admisión del motor y luego ingresa a los cilindros. Esta vaporización absorbe energía y enfría la mezcla aire-combustible, aumentando su densidad y por tanto la

eficiencia volumétrica del motor [15] [19].

Combustibles gaseosos:

Los combustibles gaseosos ya están en forma de vapor y no proveen ningún enfriamiento a la mezcla aire-combustible, lo cual constituye una pérdida de

potencia adicional para motores alimentados con combustibles gaseosos.

En función del tipo de motor y el estado del combustible se van a

distyeinguir tres supuestos:

1. Inyección directa16 y multipunto 15

En este caso, el volumen ocupado por el combustible no influye sobre la

cantidad de aire que entra en la cámara de combustión [19].

La potencia desarrollada por un motor viene dada por la siguiente expresión:

� = 0; · �= · > = 0! · ? · �= · > = @: · �2 · ��! · >A · ? · �= · >

(Ec. 1.8.1.)


67

Donde:

• mf= Masa del combustible introducido por unidad de tiempo, kg/s

• ma= Masa de aire introducido por unidad de tiempo, kg/s

• VT= Volumen de llenado en el interior del cilindro, m3

• n= Régimen de giro del motor, s-1

• ρia= Densidad del aire a presión y temperatura ambientales, kg/m3

• µv = Rendimiento volumétrico del motor

• F = Dosado estequiométrico23, kg combustible/kg aire

• HC = Poder calorífico del combustible, kJ/kg

• µe = Rendimiento efectivo del motor

Si sólo varía el combustible, permaneciendo igual el resto de condiciones de

funcionamiento del motor, la potencia será directamente proporcional a F·HC:

� = B · (? · �=) (Ec. 1.8.2.)

La potencia obtenida con cada combustible será:

Gasolina: F = 1/14,9

HC = 43.700 kJ/kg P = 2933 · K

Metano: F = 1/17

HC = 49.400 kJ/kg P = 2905 · K

Se observa que la potencia del vehículo con gas natural puro (metano)

disminuye sólo un 1% con respecto a la gasolina.

2. Inyección indirecta17 y monopunto de GNL 14

Cuando se sustituye una inyección monopunto de gasolina por una inyección monopunto de GNL, haciendo la hipótesis de que el combustible llega siempre al cilindro en estado de vapor, hay que considerar dos nuevos factores [19].

Por un lado, el volumen ocupado por el combustible gasificado. Para ello, habrá que considerar la relación entre la presión parcial del aire y la presión de la mezcla. Éste es un factor que normalmente se desprecia a la hora de calcular el rendimiento volumétrico de combustibles líquidos pero que se debe tener en cuenta en los combustibles gaseosos debido a su mayor volumen.

Incluyendo este factor, el flujo de aire que entra al motor por unidad de

tiempo será:


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0! = @: · �2 · ��! · >A · �

(Ec. 1.8.3.)

Donde C es un factor de corrección que viene dado por:

� = �!��

= �!��

=0!29

0!29 + 0E18 + ? · 0!F;

=1

291

29 + ℎ18 + ?

F;

(Ec. 1.8.4.)

Siendo:

• h = humedad del aire ambiente

• Peso molecular del agua =18 g/mol

• Peso molecular del aire = 29 g/mol

• Peso molecular del combustible = Mf

Sustituyendo en la expresión de potencia se obtiene:

� = @: · �2 · ��! · >A · ? · �= · > · �

(Ec. 1.8.5.)

Despreciando la humedad ambiental, puesto que influye muy poco y su influencia es similar en todos los combustibles, los factores de corrección, C y la potencia de los combustibles considerados son:

Gasolina: F = 1/14,9 C = 0,9805

Mf = 98 P = 2876 · K

Metano: F = 1/17 C = 0,9037

Mf = 16 P = 2625 · K

En este caso, la potencia con gas natural (metano) experimenta una

importante disminución (del 9%) con respecto a la gasolina.

El otro factor que se debe de tener en cuenta es el calor latente de vaporización. No obstante, los calores de vaporización de estos combustibles son similares y la influencia de este efecto es mínima.

3. Inyección indirecta (monopunto) de GNC

Cuando al aire de admisión se aporta directamente el combustible en forma de gas (GNC), no se tiene el efecto beneficioso del calor latente de vaporización sobre el rendimiento volumétrico, que sí se tiene en la gasolina. En este caso


69

tendremos una importante pérdida de rendimiento volumétrico con respecto a la

gasolina, que viene dada por la expresión:

>`A>A

= (I! − ∆I!)I!

= 0,925

(Ec. 1.8.6.)

Donde:

∆I! = 0; · ��;0! · �K!

= ? · ��;�K!

= 295 B

(Ec. 1.8.7.)

Siendo:

• Ta = Temperatura del aire de admisión, K

• ΔTa = Disminución de la temperatura debida al efecto de vaporización, K

• Clf = Calor latente de vaporización de la gasolina y equivalente a 330 kJ/kg

• Cpa = Calor específico a presión constante, equivalente a 1 kJ/kg·K

Debido a este efecto se tendría una disminución del rendimiento volumétrico del 7,5% con respecto a la gasolina y una disminución equivalente en

potencia.

En este caso se suman los efectos correspondientes al mayor volumen ocupado por el gas en la mezcla y a la disminución del rendimiento volumétrico respecto a la gasolina. Teniendo en cuenta que puede existir una pequeña mejora en el rendimiento de la combustión, las pérdidas de potencia serán siempre en torno al 8-15 %, siendo más reducidas en los vehículos más grandes. Por ello, en vehículos dedicados, esta pérdida de potencia se puede compensar mediante el incremento de la relación de compresión o el empleo de sobrealimentación, (comprimir el aire para aumentar la densidad y forzar más cantidad, aumentando

el rendimiento volumétrico).

1.8.4.3. Consumo de combustible El GNC, por el hecho de ser gas a temperatura ambiente, forma con el aire

una mezcla mucho más homogénea que la gasolina, lo que hace que presente un mejor rendimiento térmico, especialmente en frío, y por tanto menor consumo en unidades de energía (kJ/km). Gracias a lo anterior, presentará un funcionamiento más fácil con mezclas pobres en comparación con los combustibles tradicionales. El consumo expresado en kilogramos o litros de combustible es superior, debido a su menor densidad energética.


70

1.8.4.4. Emisiones contaminantes En general, los motores que trabajan con gas natural emiten baja cantidad

de CO y de compuestos orgánicos volátiles (VOC) y prácticamente no emiten partículas. También emiten menos CO2, por tener menor cantidad de carbono por unidad de energía. Las emisiones en el arranque en frío también se ven reducidas, dado que no es necesario enriquecer la mezcla, lo que reduce aún más las emisiones de CO y NMHC.

En los apartados posteriores se estudiarán en detalle las emisiones contaminantes del gas natural frente a otros combustibles.

Asimismo, cabe mencionar que la emisión de ruidos también se reduce

debido a que se produce una combustión más suave y homogénea

1.8.4.5. Mantenimiento de vehículos Los motores de GNC tienen encendido por chispa y por tanto, requieren

mantenimiento periódico del sistema de encendido (bujías, cables,…). Los motores de diesel no usan bujías así que este tipo de mantenimiento les es innecesario.

Sin embargo, como resultado del proceso más limpio de combustión que tiene el GNC, la contaminación del aceite lubricante del motor se reduce considerablemente en comparación con el diesel, por lo que se duplica el intervalo recomendado para efectuar cambios de aceite. Esto conlleva a ahorros a granel del aceite, filtros, disposición final de desechos peligrosos y mano de obra. Esta operación interna más limpia produce menor desgaste del motor y la limpieza requerida en el taller, compartimentos del motor y lugares donde se estacionan

también es menor debido a que no se producen depósitos de partículas.

Por tanto, la vida del vehículo suele ser entre dos y tres años mayor que en los vehículos de gasóleo o gasolina equivalentes.

1.8.4.6. Resumen de comportamientos Ventajas del GNC frente a los combustibles tradicionales:

• Disminución del consumo energético (mayor rendimiento de los motores).

• Vehículos más seguros que los de gasolina, por ser un combustible más ligero que el aire y volatilizarse hacia arriba. (apartado 1.8.6)

• Combustión “más suave” y reducción del ruido (mezcla más homogénea y mejor repartición de la carga entre cilindros).

• Ahorro en el mantenimiento del vehículo.


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• Vehículos dedicados: mejor rendimiento y emisiones.

• Funcionamiento más fácil en mezclas pobres (mayor rendimiento).

• Disminución de emisiones contaminantes: CO2, NOx, partículas, CO y HC.

Desventajas del GNC:

• Requisitos especiales para el depósito y revisiones de seguridad. Depósito de combustible adicional en vehículos bi-fuel y dual-fuel. Mayor peso arrastrado.

• Menor autonomía del vehículo.

• Escasez de puntos de abastecimiento.

• Necesidad de medidas de seguridad adicionales en los puntos de abastecimiento y en talleres de reparación (apartado 1.8.6.1.)

• Pérdidas de prestaciones en algún caso (hasta 8-15%).

1.8.5. Tecnología desarrollada y disponible

Como ya se explicó en los apartados anteriores, la tecnología de los automóviles que funcionan a gas natural está plenamente desarrollada.

Actualmente, existen más de 40 empresas fabricantes de vehículos en el mundo que comercializan vehículos a GNC construidos en sus factorías. La mayor parte de ellos son vehículos bi-fuel o vehículos dedicados. Hoy día, la mayor parte de estos vehículos son diseñados y fabricados por el fabricante en su totalidad y, como tales, están sometidos a las mismas normativas de calidad que los vehículos de gasolina o diesel. Estos están totalmente garantizados en cuanto a mantenimiento y reparación, ante cualquier tipo de avería, al igual que el resto de vehículos de la misma marca. Algunos ejemplos de fabricantes son, para el caso de vehículos ligeros, BMW, Citroën, Chrysler, Fiat, Ford, Honda y Volvo… y, para el caso de vehículos pesados, Caterpillar, Cummings, DAF, Ford, Iveco, Man,

Mercedes-Benz y Volvo

En otros casos, algunos fabricantes tienen contratos con empresas ajenas, quienes realizan la transformación a gas natural, con una calidad equivalente a la de salida de fábrica y los vehículos son comercializados como tales. De igual modo, estos vehículos se consideran igual que los procedentes de las líneas de montaje y están totalmente garantizados mientras se cumplan las pautas establecidas por el

fabricante.


72

No obstante, una gran parte de los vehículos a GNC actualmente en circulación han sido transformados por empresas independientes una vez comprado el vehículo. En estos casos, el vehículo debe cumplir todas las normativas (nacionales e internacionales) establecidas al respecto. Esto garantiza al propietario del vehículo la protección necesaria ante cualquier “mala práctica” por parte de las compañías transformadoras. Esto es común para el caso de vehículos ligeros, puesto que los vehículos pesados suelen ser casi siempre dedicados.

1.8.6. Gas natural: alto nivel de seguridad como combustible vehicular

La seguridad es una de las principales cuestiones en el desarrollo del GNV. De hecho, según los expertos, y tal como demuestran las estadísticas, el gas natural se considera un combustible más seguro que la gasolina y tan o más seguro que el

diesel. Las razones principales por las que se puede hacer dicha afirmación son:

• Por su naturaleza es más ligero que el aire por lo que no tiende a acumularse en el maletero u otros huecos de los vehículos o locales. Esto hace que disminuya el riesgo de incendio y explosión.

• Requiere temperaturas más altas para su ignición.

• Presenta un estrecho rango de mezcla explosiva. Esto unido a su rápida dispersión en el aire hace prácticamente imposible que se pueda producir un accidente debido a una fuga fortuita.

• El alto nivel de exigencia de las normas aplicables a los componentes para esta utilización así como las rigurosas pruebas a las que están sometidas (apartado 1.8.6.1.), hacen su almacenamiento totalmente hermético y mucho más resistente y seguro que el de los líquidos, especialmente ante impactos o fuego exterior.

• A pesar de que el gas esté almacenado a alta presión, el diseño de los depósitos impediría una explosión, ya que en el peor de los casos los sistemas de seguridad permitirían un alivio de presión mediante una liberación de gas.

• Únicamente los locales cerrados de mantenimiento han de tener detectores de metano y suficiente ventilación además de utilizar mecanismos diseñados para atmósferas explosivas (apartado 1.8.6.1.).


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1.8.6.1. Normativa de seguridad para el gas natural en la automoción

Seguridad en el manejo del gas natural Debido a que el gas natural se encuentra presurizado con riesgo de

inflamación, los vehículos que utilizan este combustible deben cumplir con exigentes normativas de calidad y seguridad. En Europa está vigente el Reglamento ECE 110, que define las condiciones que debe cumplir la instalación de GNC de un vehículo, incluidos los depósitos de carburante. En España, además hay que tener en cuenta el Reglamento Técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos (RD 919/2006).

Entre las medidas de seguridad que se deben realizar, destacan las

siguientes:

• Inspección periódica de los cilindros, de acuerdo a lo indicado en el R110.

• Verificar que las conexiones eléctricas no estén expuestas para evitar cortocircuitos y que las mangueras y cables estén bien sujetos.

• No liberar el gas a la atmósfera, en caso de ser necesario vaciar los depósitos.

• Puede ser conveniente despresurizar todo el sistema de combustible antes de empezar los trabajos de mantenimiento del motor.

• No está permitida la utilización en los motores de gas natural de hierro fundido, plástico, aluminio galvanizado ni aleaciones de cobre que excedan el 70% de este metal.

• Observar un buen mantenimiento del compresor y filtros de la estación

de repostaje, para evitar el arrastre de aceite lubricante del compresor.

En el caso de GNL, existen riesgos de quemaduras criogénicas por contacto

con los elementos más fríos del sistema

Seguridad en garajes o locales cerrados de mantenimiento Un aspecto a tener en cuenta con el GNC es el caso de producirse fugas de

gas en el vehículo en espacios cerrados.

Un parámetro importante es el rango de inflamabilidad, el cual es menor en el gas natural (5–15%) que en la gasolina (1-16%). Esto hace que queden fuera de este rango las mezclas de bajas proporciones (1-5%), que sí serían explosivas con gasolina. Por tanto, ante una fuga de gas natural, la difusión hasta los valores que


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quedan fuera del límite de inflamabilidad es mucho más rápida que en el caso de la

gasolina.

Por otro lado, los garajes deben estar bien ventilados, ya sea por ventilación natural o forzada para evitar que se acumule el CO. En estos casos, los riesgos son

iguales o inferiores que en el caso de una fuga de gasolina.

En caso de que se produzca una pequeña pérdida en un espacio abierto o en un garaje ventilado, el peligro no va más allá de unos centímetros de distancia del

vehículo y no se produce acumulación del gas en ningún punto del garaje.

No obstante, ante una fuga muy grande, se da un corto periodo de tiempo (dependiendo del tipo de fuga y ventilación pueden ser unos segundo o varios minutos) donde hay riesgo de inflamabilidad. El gas se difundirá por todo el espacio abierto y será eliminado por los sistemas de ventilación.

Cabe la posibilidad de un mayor riesgo de accidentes cuando el garaje carezca de ventilación, cuando ésta no sea en la parte más alta del garaje o cuando la ventilación se realiza sólo en función de la señal recibida de un sensor de CO

[18].

Seguridad en caso de accidentes Se han realizado numerosos estudios estadísticos sobre la seguridad de los

vehículos a GNC en caso de accidentes y en todos ellos los vehículos han resultado

ser más seguros que en el caso de los vehículos de gasolina.

Hay varias razones que conducen a esta conclusión, la mayor parte de ellas basadas en las medidas de seguridad adicionales que se aplican a la utilización del

gas natural, mucho más exigentes que en el caso de la gasolina:

• Las bombonas de GNC son mucho más resistentes a un impacto que los depósitos de gasolina.

• En la inspección periódica obligatoria de las bombonas se controla su deterioro, lo que muchas veces no ocurre en el caso de los depósitos de gasolina.

• Las bombonas disponen de elementos de seguridad adicionales que evitan la explosión en caso de incendio, como válvulas limitadoras de presión, válvulas de corte en caso de rotura o de parada del motor, discos de ruptura, elementos fusibles que funden a elevadas temperaturas,…

• Los depósitos, conducciones y equipos de GNC están siempre sellados para evitar fugas.


75

• El gas natural lleva incorporado un elemento odorizante que permite detectar su presencia en concentraciones a partir del 0,3%.

• Como se comentó anteriormente, el gas natural presente un rango de inflamabilidad menor que la gasolina y mayor temperatura de autoinflamación (300ºC para la gasolina y más de 500ºC para el gas natural).

1.9. ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL Se define estación de servicio de gas natural como una instalación cuya

función principal es suministrar gas natural comprimido a los vehículos

automotores propulsados por dicho combustible.

Se pueden distinguir principalmente 2 tipos de estaciones de servicio en

función del estado del gas natural de origen:

• Estación de servicio GNC (L): El gas natural inicialmente se encuentra licuado.

• Estación de servicio GNC: El gas natural inicial proviene de gasoductos.

1.9.1. Estación de Servicio GNC (L)

Los principales componentes de una estación de servicio de GNC (L) son los

siguientes:

• Unidad de almacenamiento de GNL

• Unidad de bombeo de GNL

• Unidad de vaporización

• Unidad de almacenamiento de GNC (llenado rápido)

• Unidad de suministro (surtidores)

• Unidad de control

1.9.1.1. Unidad de almacenamiento de GNL El objeto de esta unidad es almacenar GNL en depósitos criogénicos

estándar homologados y suministrarlo a la estación de servicio según la demanda de gas. Estos depósitos suelen llenarse mediante camiones cisterna o directamente

en una planta de producción.

Están constituidos por un doble recipiente y sus elementos auxiliares. El grado de llenado máximo es del 95%, lo que significa que la fase gas mínima con el depósito lleno es del 5%.

Ambos recipientes son de acero inoxidable u otro material compatible, siendo el interior el que contiene el GNL. En el espacio comprendido entre los dos


76

recipientes se practicará el vacío con el objeto de reducir al mínimo la transmisión de calor y evitar la formación de escarcha. El exterior tiene como función servir de apoyo al recipiente interior y asegurar la permanencia del aislamiento al vacío. Por otro lado, habrá que tener en cuenta que se producirá el “boíl off18”, el cual puede

variar entre 0,13 – 0,32% diario en volumen de líquido.

Todos los elementos de mando y maniobra estarán fabricados con materiales compatibles con el GNL.

En la parte inferior del depósito se instalará un serpentín formado por un tubo con aletas de aluminio que sirve para regular la presión en el interior del tanque (apartado 1.9.1.2.).

Como ya se explicó, el tanque almacenará el GNL a -161ºC y a una presión ligeramente superior a la atmosférica.

Existen principalmente dos tipos de tanques criogénicos: convencional y termosifón, siendo el segundo el más novedoso y utilizado en la actualidad. Ambos

se explicarán en el apartado 1.9.1.2..

Elementos auxiliares:

El depósito estará dotado de los siguientes elementos auxiliares (ilustrados en la figura 1.9.1.):

• Válvulas de llenado por la parte inferior

• Válvulas de seguridad

• Válvula de seguridad del recipiente interior

• Indicador de presión

• Indicador de nivel

• Válvulas de corte

• Válvulas ecualizadoras

• Filtro

• Válvula de salida de GNL hacia la bomba

• Válvula para el retorno de la bomba

• Regasificador

• Etc…


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Figura 1.9.1. Depósito GNL [48]

1.9.1.2. Unidad de bombeo de GNL [37] Tiene como objeto bombear y generar la presión del gas natural licuado.

Existe una gran diversidad de bombas. No obstante, las más utilizadas para

bombear GNL son del tipo de desplazamiento positivo o volumétrico [7]:

Su principio de funcionamiento consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen en una cámara, generando un aumento de presión del mismo. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera un volumen dado. En caso de poder variar el volumen máximo se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces son

bombas de volumen fijo.

Características:

• Hay una cámara que aumenta y disminuye su volumen (succión e impulsión de la bomba).

• El intercambio de energía se realiza siempre en forma de presión.

• Permiten obtener presiones muy elevadas.

Dentro de las bombas de desplazamiento positivo, se utilizan las de tipo

émbolo alternativo que consisten en lo siguiente:

Existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable por la acción de un émbolo o pistón que actúa con movimiento vaivén dentro de un cilindro. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos


78

de carga y descarga se realizan por las válvulas que abren y cierran

alternativamente.

Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga permanece cerrada. De esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga.

Figura 1.9.2. Proceso de admisión e impulsión de un pistón

Además de lo anterior, se debe considerar que el GNL se encuentra en condiciones criogénicas, por lo que la bomba a utilizar debe de estar preparada y fabricada con materiales compatibles con estas condiciones de trabajo.

Instalación Tanque GNL – Bomba criogénica Para que una bomba trabaje de manera segura, es importante que se diseñe,

instale, opere y mantenga correctamente.

El bombeo de fluidos criogénicos viene acompañado de ciertos riesgos:

• Líquidos a presión

• Temperaturas criogénicas

• Aumento del volumen y presión debido a la vaporización

Para la instalación se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Debe haber una línea de succión que alimente a la bomba y una de retorno que devuelva el producto calentado al tanque.

• Se debe diseñar el tanque, la bomba y las tuberías como un sistema integrado.

• Las tuberías se instalan inclinadas para facilitar la circulación del fluido.


79

• Las tuberías deben ser lo más cortas posible.

La instalación se puede realizar de dos maneras diferentes, según el tipo de

tanque utilizado.

Tanque convencional

Los tanques convencionales se caracterizan por tener la línea de succión de la bomba en la parte inferior y la de retorno (producto calentado) en la parte

superior.

La succión puede de realizarse mediante una tubería específica para este

cometido o mediante la utilizada para el llenado del tanque u otros procesos.

La desventaja de esta disposición de tuberías es que una vez que el nivel del

tanque cae por debajo de un cierto nivel, éstas se convierten en trampas de gas.

Asimismo, si la bomba se para aunque sea durante un corto periodo de tiempo, el líquido en la tubería de succión alcanza rápidamente su punto de

ebullición y la tubería se llena de gas.

Para poner en marcha de nuevo la bomba, se debe descargar del producto o instalar un separador de líquido-vapor en la línea de retorno. Cabe mencionar que estos separadores pueden descargar el vapor pero no pueden re-establecer el líquido en su estado sub-enfriado. Además, los separadores también aumentan el riesgo de derrame.

Figura 1.9.3. Instalación mediante tanque convencional [49]


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Instalación termosifón

En un tanque termosifón, el recipiente exterior presenta una extensión desde debajo del recipiente interior (contenedor de GNL) hasta prácticamente el nivel del suelo. Este espacio aislado por vacío contiene las tuberías de succión y

retorno.

La línea de succión desciende desde el centro del recipiente interior hasta un punto bajo mínimo. Después asciende y sale de la extensión del recipiente

exterior, de forma continua hasta llegar a la bomba.

La línea de retorno de la bomba entra en la extensión y se conecta al recipiente interior por su parte inferior. Normalmente, esta línea se extiende un poco en el interior de este recipiente para asegurar que el “producto calentado” se expanda y no llegue a la boquilla de succión.

Por otro lado, el calor que absorben las tuberías exteriores reduce la densidad del líquido criogénico lo suficiente como para generar una circulación termosifón20 del líquido desde la línea de succión a la de retorno incluso cuando la

bomba está parada.

Características:

• Las líneas de succión y retorno presentan una inclinación del 5% y 10%. Estos ángulos son importantes para garantizar el efecto termosifón.

• El aislamiento por vacío de las tuberías evita el intercambio de calor y la formación de gas en las líneas.


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Figura 1.9.4. Instalación mediante tanque termosifón [49]

Ventajas de la instalación termosifón con respecto al convencional:

• Pérdidas muy pequeñas de gas

• Puesta en marcha en menos de 2 minutos

• Menores costos de mantenimiento

• Muy adecuado para operaciones automatizadas o sin vigilancia

• No se requiere una línea de escape de gas

Requisitos de la línea de succión:

Para la adecuada operación de una bomba criogénica, el líquido succionado debe estar libre de vapores. Para obtenerlo en esta condición, la línea de succión debe ser:

• Lo más corta posible y aislada

• La caída de presión en la línea debe ser lo más pequeña posible

• Evitar curvas cerradas y trampas de gas

• Dimensionar la línea de succión para una velocidad de líquido óptima


82

• El diámetro de la tubería debe seleccionarse y diseñarse para un flujo con una velocidad media de aproximadamente 1 m/s

• Las válvulas deben estar lo más cerca posible de la línea principal

1.9.1.3. Unidad de vaporización Un vaporizador atmosférico es un tipo de intercambiador de calor que se

utiliza para la gasificación de líquidos criogénicos.

Está constituido por un conjunto tubos fabricados de una aleación de aluminio de alta calidad. Dichos tubos presentan un diámetro constante en toda su longitud, con aletas en el exterior y en el interior del mismo. El conjunto de tubos constituyen una única fila de tubos verticales paralelos unidos entre sí por codos a 180

grados.

El GNL llega a través de un colector repartiéndose a cada una de los haces de tubos y circula por el interior de los tubos calentándose a su paso y evaporándose. El gas ya en estado gaseoso es recogido por un colector y conducido al exterior del equipo. Fig. 1.9.5. Vaporizador

Estos vaporizadores están diseñados para funcionar a una presión de 250 bar, que es la presión a la que viene el GNL procedente de las bombas.

La ventaja del vaporizador atmosférico consiste en su funcionamiento autónomo ya que no requiere la conexión a los servicios de agua ni de electricidad. La gasificación del producto criogénico (GN) se realiza debido al intercambio

térmico con el aire atmosférico y no requiere de ningún gasto energético adicional.

1.9.1.4. Unidad de almacenamiento de GNC (llenado rápido) En las estaciones de servicio de GNC para llenado rápido, es indispensable la

unidad de almacenamiento del gas y, de esta manera, abastecer rápidamente el

combustible a los vehículos.

La unidad de almacenamiento está constituida por los siguientes elementos:

• Cilindros o baterías de cilindros

• Dispositivos de alivio de presión (incluyendo válvulas de alivio)

• Dispositivos de relevo de presión

• Manómetros

• Tuberías, filtros y accesorios

Cilindros de abastecimiento: Los recipientes para el almacenamiento de GNC son cilíndricos y fabricados con materiales especiales que los hacen más livianos. No se admite que tengan costuras y sólo deben tener un orificio, el cual se


83

utiliza para la entrada y salida. Esto es así precisamente para evitar puntos de posible falla. Un cilindro, antes de ser utilizado, es radiografiado completamente para detectar posibles fallas en su estructura. Si las tiene, el cilindro es

directamente descartado.

Figura 1.9.6. Cilindros almacenamiento GNC

Baterías de almacenamiento: Son cilindros de acero dispuestos de manera horizontal o vertical cuya función es almacenar el gas a alta presión que posteriormente pasa al surtidor. Generalmente, los cilindros están dispuestos en grupos o bancos de 10 ó 20 unidades, firmemente asegurados a un soporte en una estructura metálica. Dicha disposición se conoce como cascada de almacenamiento. Las capacidades de cada uno de los cilindros empleados en las cascadas varían según los requerimientos de suministro de la estación, pero los

más usuales son de 100 a 125 litros.

Figura 1.9.7. Batería de almacenamiento [54]

Dispositivos de alivio de presión: Son aquellos que descargan a la atmósfera cuando la presión supera la presión de disparo. Cada cilindro debe estar equipado con uno más dispositivos de alivio de presión que cumplan con la normativa vigente. Además, estos dispositivos deben instalarse de tal manera que la temperatura a la cual sean sometidos sea representativa de la temperatura a la cual opera el cilindro.

Cualquier ajuste necesario en un dispositivo de alivio de presión debe ser realizado por el fabricante u otra compañía que disponga del personal competente y en instalaciones adecuadas para la reparación, ajuste y prueba de tales


84

dispositivos. Además se debe anexar una etiqueta con la presión de disparo para la

cual fue ajustado, su capacidad y la fecha.

Por otro lado, la unidad de almacenamiento para su protección debe contar como

mínimo con las siguientes válvulas:

• Válvula manual de corte que el operador de la estación de servicio puede activar en el momento de una emergencia.

• Válvula de bloqueo, que se activa automáticamente por la caída brusca de presión.

Dispositivos de relevo de presión: tiene como objetivo mantener la presión constante en la línea. Al descargar presión, este elemento debe cumplir los

siguientes requisitos:

• Ventear al exterior a través de un tubo flexible y cuyo diámetro no debe ser menor al diámetro nominal del orificio del dispositivo de relevo de presión. Este tubo debe estar sujeto cada 30 cm cuando el tubo exceda de 60 cm y siempre estar asegurado en el extremo.

• La salida del venteo no debe obstruirse y verse afectada por tierra, lodo,

nieve (hielo),…

Manómetros: son instrumentos para medir a presión. Deben ser capaces de leer al menos 1,2 veces la presión del sistema. Por ejemplo, si la presión de descarga es 250 bar, el manómetro instalado debe tener una escala para medir hasta 300 bar.

Tuberías, filtros y accesorios: Todos los elementos auxiliares deben ser compatibles con el combustible bajo las condiciones de servicio.

Las tuberías, los accesorios y otros componentes de la tubería deben tener capacidad para soportar una prueba hidrostática de por lo menos cuatro veces la presión nominal sin presentar fallas estructurales además de otras condiciones

que puedan especificarse en la normativa.

Por otro lado, todos estos componentes deben etiquetarse con:

• Nombre o símbolo del fabricante

• Designación del modelo

• Presión de servicio

• Dirección del flujo de combustible donde sea necesario

• Capacidad o clasificación eléctrica


85

1.9.1.5. Unidad de suministro (surtidores) Los surtidores de una estación de servicio son elementos que tienen como

finalidad proporcionar el combustible a los vehículos. Constan de elementos para

abastecimiento, medición, control y registro del GNC.

Estos suelen estar separados de la unidad de compresión y almacenamiento, situándose sobre unas islas, las cuales deben construirse en hormigón o mampostería con una superficie para el apoyo del surtidor que tenga unas dimensiones como mínimo iguales a la base del surtidor y una separación mínima entre islas de 5 metros, entre otros requisitos.

Se diferencian de los surtidores de gasolina en que tienen un elemento medidor que funciona bajo el principio de la medición de la aceleración de Coriolis, de un flujo que circula en un tubo en U. dependiendo del sistema de alimentación existen surtidores alimentados por una, dos o tres vías. Mientras más líneas de alimentación tengan, mayor será su capacidad de carga. También pueden tener una o varias mangueras y uno o varios visores o tableros de lectura. Además, se diferencian en el tipo de filtro de gas, en el sistema de corte (solenoide o actuador

electroneumático) y el tipo de medidor másico [9].

Componentes de un surtidor:

El surtidor está compuesto por los siguientes elementos:

• Unidad dispensadora medidora: Son medidores (de volumen o de masa) que indican la cantidad de gas en metros cúbicos que son despachados, el coste total de la venta y el precio por metro cúbico. Se ha incrementado el uso de los medidores de masa en los surtidores debido a que garantizan errores en la medición que están por debajo del 1%.

• Mangueras de llenado: Los surtidores suelen contar con mangueras de 5 metros de longitud máxima. Están equipadas con un sistema de seguridad “break away” que permite una desconexión y cierre rápido en caso de que el vehículo arranque antes de quitar la manguera. También cuentan con dispositivos de corte rápido por desprendimiento de la manguera, los cuales deben estar dispuestos en la manguera entre el compartimento del surtidor y la boquilla. Cuando las mangueras estén fijadas a un mecanismo retráctil que recoge la manguera, el dispositivo de corte rápido por desprendimiento debe de estar instalado entre el punto de fijación de la manguera al mecanismo retráctil y la boquilla, a menos que la fuerza para separar la manguera del mecanismo retráctil sea mayor que la de accionamiento del dispositivo de corte rápido por desprendimiento y se afecte la


86

característica de interrupción de flujo en la manguera y se provoque daño al compartimento del surtidor.

• Boquillas de llenado: En el mercado existen diversos diseños diferentes para boquillas de llenado, pero debido a las dificultades para hacerlas compatibles entre sí, se han diseñado las boquillas NGV I y NGV II. Estas boquillas son específicas para operar con GNC y proporcionan grandes ventajas en cuanto a seguridad (impedimento de llenado a una presión mayor que la de trabajo y eliminación del escape de gas que se produce en el momento de la desconexión).

• Válvula de alivio del surtidor: Es una válvula que evita que se produzca una sobrepresurización en los cilindros del vehículo. En los surtidores se pueden encontrar válvulas de corte manuales, eléctricas o neumáticas.

• Venteo: El surtidor debe de estar equipado con mecanismos de venteo para la liberación de gas, buscando su conducción hasta una localización segura.

• Filtros: Deben ser de un tamaño y construcción adecuadas a la aplicación particular y ubicado en un lugar accesible para su inspección, limpieza y reemplazo de manera que no interrumpa la línea de conducción de gas o dispositivo de llenado.

• Tuberías y accesorios: Las tuberías, rígida y flexible así como sus accesorios deben ser adecuados par su uso con gas natural y aptos operar dentro del rango de temperaturas de trabajo del surtidor.

• Protección por sobre-llenado: Cada manguera del sistema de llenado debe disponer de un método de compensación por temperatura para limitar la máxima presión de llenado (200 bar) en los cilindros del vehículo.

• Dispositivos indicadores de presión: El surtidor debe estar equipado con un dispositivo que indique la presión de suministro y apropiado para la presión y rango de temperatura del GNC. El manómetro debe tener una carátula que registre al menos 1,2 veces la presión más alta del sistema.


87

Figura 1.9.8. Surtidor de GNC. [52]

Seguridad:

Los surtidores trabajan con líneas de gas a alta presión (250 bar) y tensiones de alimentación que implican riesgos para la vida humana. La instalación o reparación de sus partes sólo debe ser llevada a cabo por personal técnico

cualificado y autorizado para tal fin.

1.9.1.6. Unidad de control (panel de control) La maniobra y control de la estación está centralizada en un cuadro. Dicho

cuadro se conecta con el resto de subcuadros eléctricos y será el responsable del funcionamiento automático y seguro de la estación, permitiendo modificar diversos parámetros a fin de ajustar el funcionamiento a las necesidades de la explotación. Dicho panel centraliza además todos los sistemas de seguridad,

emergencia y aviso.

Algunos de los parámetros controlados son (según el tipo de estación):

• Indicador de presión de los depósitos

• Indicador de nivel del depósito de GNL

• Temperatura del GNL

• Presión de línea

• Funcionamiento de los surtidores

• Etc


88

1.9.2. Estación de Servicio de GNC

En este caso, los componentes de la estación de servicio serán:

• Unidad de medición de gas

• Unidad de compresión

• Unidad de almacenamiento de GNC (llenado rápido)

• Unidad de suministro (surtidores)

• Unidad de control

NOTA: Las unidades de almacenamiento de GNC, de suministro y de control

son análogas a los explicados en los apartados anteriores.

1.9.2.1. Unidad de medición de gas El gas procedente de las canalizaciones se llevará hasta la Estación de

Regulación y medida (ERM), cuyo diseño será acorde a las indicaciones de la compañía suministradora. Dicha instalación permitirá regular la presión (en caso necesario) y medir el gas consumido para determinar el cobro del mismo.

Consta de los siguientes elementos:

• Filtro

• Medidor

• Válvula cheque

• Válvula automática y/o manual de corte

Este sistema de medición está ubicado entre la red del gas y la entrada a la unidad de compresión en un sitio de fácil acceso y maniobra. Además, debe estar homologado y de acuerdo con la reglamentación vigente, incorporando en la línea común y las líneas de derivación los elementos reglamentarios y aquellos que

permiten el control de la estación [13].

1.9.2.2. Unidad de compresión La unidad de compresión es la encargada de tomar el gas de la red principal

domiciliaria y someterlo al proceso de compresión, elevando la presión a 250 bar,

para posteriormente almacenarlo (en caso de llenado rápido) o suministrarlo.

Está formada por:

• Sistema de filtrado

• Pulmón de succión

• Compresor para GNC

Sistema de filtrado: Es un sistema de protección para el compresor debido a que las impurezas pueden ocasionar daños graves. El filtro es un elemento de tipo seco que se instala a la entrada del compresor y su objetivo es retener el 99% de las impurezas del gas cuyo tamaño es igual o superior a 5 µm.


89

Pulmón de succión: Es un elemento fundamental que permite amortiguar

los cambios de flujo y se utiliza principalmente en las siguientes situaciones:

• En la puesta en marcha se encarga de mantener una reserva de gas que facilita la succión del compresor en el momento del arranque, evitando que se genere una caída de presión en la línea de succión.

• Evita que se produzca el venteo de gas cuando el equipo de detiene.

Compresor de GNC: Un compresor es una máquina dinámica destinada al movimiento del flujo de gases. Dependiendo de la energía que utilice para su movimiento puede ser eléctrico (más utilizado), térmico (gas, gasolina y diesel) o hidráulico.

El compresor de GNC es de tipo:

• De presión positiva: Genera una presión por encima de la atmosférica en su funcionamiento.

• Reciprocante o alternativo: El elemento de compresión es un pistón que sigue un movimiento alternativo dentro de un cilindro. Se introduce un volumen de gas dentro del cilindro y se aumenta su presión reduciendo su espacio, lo cual se consigue mediante el movimiento del pistón dentro del cilindro.

Componentes de un compresor Un compresor está compuesto por:

• Motor, encargado de generar el movimiento

• Carcasa, en el que están montados los cilindros y el conjunto móvil del compresor (pistones, bielas y cigüeñal).

• Equipos auxiliares (intercambiador de calor, tubería de interconexión de gas, válvulas de seguridad, etc).

Los compresores elevan la presión utilizando una o varias etapas (hasta 6) dependiendo de la presión final que se requiera. En la compresión del GNC, en cada etapa la relación de compresión debe ser menor de 5:1 para evitar la posibilidad

de ignición del lubricante o el gas comprimido.

En cuanto al sistema de enfriamiento puede ser con agua o con aire. Si además el compresor es de multietapas, se requerirán intercambiadores adicionales para disipar la temperatura que se genera en la compresión del gas reduciéndola hasta aproximadamente la temperatura de entrada. Este enfriamiento reduce el volumen del gas que va a los cilindros de las siguientes


90

etapas de compresión además de disminuir la temperatura generada por la fricción del conjunto móvil del compresor manteniéndola dentro de los límites

seguros de operación.

Funcionamiento de un compresor recíproco Al empezar la etapa de admisión se abre la válvula de admisión y el cilindro

empieza a llenarse en el punto 1 (no el punto 1a debido a que dentro del cilindro queda algo de gas del ciclo anterior); en esta etapa el cilindro se mueve hasta la posición 2. En este punto se considera que el cilindro se ha llenado completamente y la válvula de admisión se cierra. A continuación, tiene lugar el proceso de compresión, donde habrá una disminución de volumen debido al movimiento del émbolo provocando el aumento de presión (del punto 2 al 3) hasta la presión de descarga. Una vez comprimido, se abre la válvula de descarga y se expulsa el gas a la presión elevada (de 3 a 4). Por último, habrá una expansión del gas remanente en el cilindro debido a que el pistón retrocede. Tras esto se vuelve a abrir la válvula

de admisión repitiendo el ciclo.

Figura 1.9.9. Compresor recíproco

El rendimiento de un compresor recíproco para grandes presiones oscila entre el 75% y el 80% y el de los motores eléctricos que lo accionan, entre el 86% y

92%.

Los compresores para GNC son recíprocos formados por 3, 4 ó 5 etapas según la presión del gas suministrado. A mayor diferencia entre la presión de succión y la presión de descarga, mayor será el número de etapas requerido.

La razón fundamental de lo anterior es que al comprimir el gas su temperatura se eleva y, mientras mayor sea la temperatura mayor será la energía requerida para la compresión. Además, si no se retira el calor, el compresor se recalentaría y su operación se volvería inmanejable. Para evitar esto, el compresor tiene un intercambiador – enfriador y un separador de líquidos después de cada


91

etapa de compresión para retirar el calor del gas y lo líquidos condensables antes

de entrar a la siguiente etapa.

En consecuencia, los equipos de compresión para el manejo del gas natural deben diseñarse para resistir las presiones y temperaturas a las cuales se verán sometidos bajo las condiciones normales de operación y ciertas condiciones de emergencia previstas. Cada etapa de compresión debe tener válvula de alivio de presión para proteger el equipo de aumentos excesivos.

Las válvulas de alivio descargan a un sistema de venteo. En caso de falla de la válvula de alivio y si la presión de descarga continúa aumentando, el compresor está equipado con un sistema de paro automático por alta presión de descarga. Igualmente, es importante el control de temperatura de la descarga de la última etapa, para lo cual el compresor debe estar equipado con un sistema de pare

automático por alta temperatura.

También se cuenta con un interruptor de vibración que detecta las posibles vibraciones del equipo, si las vibraciones no están dentro del margen tolerado, el instrumento hace que se detenga la máquina activando una alarma visible en el tablero de control. Por otro lado, también es importante la lubricación del compresor, puesto que se encarga de disminuir la fricción del conjunto móvil y

disipar la temperatura del compresor.

En cuanto a la capacidad de compresión, a día de hoy existen compresores con rangos muy variables; desde 10 Nm3/h a 1.000 Nm3/h.


92

1.10. ESTUDIO DE TIPOS DE LLENADO

1.10.1. Introducción

En este apartado se estudiarán las diferentes opciones de suministro de

GNC para autobuses destinados al transporte público.

El diseño de una estación de servicio para el abastecimiento de vehículos a GNC dependerá fundamentalmente de dos parámetros:

• Tipo de producción

• Estado del gas natural de origen

Dentro de cada uno de estos parámetros se cuenta con las siguientes

posibilidades:

1.10.2. Tipo de producción

1.10.2.1. Producción instantánea Consiste en producir el gas natural comprimido (GNC) en el instante en que

se demanda, por lo que una vez producido pasa directamente a los puntos de

llenado (surtidores) para suministrarlo a los depósitos de los vehículos.

El repostado de los depósitos de los vehículos se realiza desde el equipo encargado de producir el GNC (compresor o bomba + vaporizador) y el caudal suministrado corresponde con la capacidad de dichos equipos.

1.10.2.2. Producción con acumulación En este caso, el GNC producido se almacena en unos depósitos desde donde

se lleva a los surtidores para abastecer a los tanques de los vehículos.

El repostaje consiste en el flujo de GNC desde el sistema de almacenamiento a los depósitos del vehículo. Dicho proceso tiene lugar gracias a la diferencia de presión existente entre ambos.

Durante el inicio de la fase de llenado esta diferencia de presión es elevada puesto que la presión en los depósitos del vehículo será considerablemente

Tipo de producción:

• Producción instantánea

• Producción con acumulación

Estado del gas natural de origen:

• Gas natural licuado (GNL) almacenado en depósitos

• Gas natural gaseoso procedente de gaseoductos


93

pequeña en comparación con la de los depósitos de almacenamiento; por tanto, también lo será el flujo másico de gas y la velocidad de carga. Sin embargo, a medida que el depósito se va llenando, la presión en el interior del mismo irá aumentando. Al mismo tiempo, la presión del tanque de almacenamiento de GNC descenderá progresivamente. Esto dará lugar a una disminución en la variación de presión y, consecuentemente, un menor flujo de masa y velocidad de carga. Si se continuara el proceso llegaría un momento en que las presiones entre ambos depósitos serían prácticamente iguales (ecualización de presiones). Llegados a este punto, el flujo de masa y velocidad de carga serán nulos o despreciables. En la práctica, el repostaje tendrá lugar hasta que la diferencia de presión alcance un

valor mínimo (límite fijado).

A partir de lo descrito anteriormente, se puede deducir que no se puede disponer de la totalidad del volumen de GNC almacenado sino de una fracción del mismo. A este volumen se le denomina volumen útil o disponible y a la fracción,

porcentaje de aprovechamiento.

Tipos de sistemas de almacenamiento El almacenamiento del GNC producido en la instalación puede llevarse a

cabo de dos maneras diferentes:

• Sistema de almacenamiento mediante un tanque único a elevada presión (250 bar)

• Sistema de almacenamiento en cascada (250 bar)

Sistema de almacenamiento mediante un tanque único a elevada presión

Consiste en almacenar el GNC en un único tanque. Como ya se explicó anteriormente, habrá una diferencia de presión entre dicho tanque y el depósito del vehículo, la cual permitirá el flujo de gas de uno a otro. A medida que dicha

diferencia se reduce durante el proceso de llenado, la tasa de flujo disminuye.


94

De forma gráfica, el proceso se puede representar de la siguiente manera:

Figura 1.10.1. Llenado mediante un tanque de almacenamiento

Sistema de almacenamiento en cascada

El sistema más común consiste en dividir el almacenamiento en cilindros de tres niveles: alta, media y baja presión. Mientras que cada depósito es llenado a la misma presión de trabajo, los términos alto, medio y bajo se refieren al nivel al que

la presión será reducida en el momento que comience el llenado.

Esto significa que una vez llenos todos los depósitos a una presión máxima (250 bar) comienza el repostaje. Durante el inicio de este proceso, se cogerá el GNC del primer cilindro (baja presión). Cuanto la presión en dicho cilindro alcance su valor límite (mínimo), se cerrará la válvula y se pasará al segundo (presión media). Al igual que el primer caso, al caer la presión hasta un nuevo mínimo (más alto que el anterior), se cerrará la válvula y se alimentará mediante el tercero (presión alta). Una vez que se alcance el mínimo (superior al segundo) en este último nivel de presión, se cerrará la válvula y no se podrá seguir alimentando a los vehículos hasta que se produzca un llenado completo de todos los tanques.

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10

Pre

sió

n (

ba

r)

Tiempo (min)Tanques de

almacenamientoDepósitos autobús


95

Gráficamente, el proceso consiste en:

Figura 1.10.2. Llenado mediante almacenamiento en cascada

Cabe mencionar que algunos sistemas utilizan sólo dos niveles de presión

diferentes.

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10

Pre

sió

n (

ba

r)

Tiempo (min)Tanques de

almacenamiento

Depósitos autobús


96

Estudio comparativo entre sistemas de almacenamiento mediante tanque único y tanques en cascada

Para la realización de este estudio se partirá de las siguientes condiciones:

La comparación entre ambos sistemas de almacenamiento se realizará principalmente en función de dos parámetros: masa útil y velocidad de llenado o carga. Asimismo, se equipararán ambos sistemas desde el punto de vista termodinámico.

Cálculo de la masa útil

En este apartado se determina la masa útil para los dos casos de almacenamiento descritos anteriormente, mediante unas ecuaciones de equilibrio. Cabe mencionar que, aunque en la realidad haya un equilibrio de presiones pero no de temperaturas (explicado con mayor detalle en el análisis termodinámico), se ha estimado un proceso isotérmico.

Considerando que el GNC presenta un comportamiento de gas ideal, se cumplirá:

0 = � · @, · I · �0LLLLL

(Ec. 1.10.1.)

CASO 1: Sistema de almacenamiento mediante

tanque único

• Presión inicial (tanque lleno): 250 bar

• Volumen del tanque de almacenamiento = 1000 litros

• Presión de los depósitos del vehículo (lleno): 200 bar

• Presión de los depósitos del vehículo vacío = 10 bar

CASO 2: Sistema de almacenamiento en cascada (3 niveles de presión)

• Presión inicial (cilindros llenos): 250 bar

• El sistema de almacenamiento contará con 3 etapas donde cada uno estará formado por el siguiente número de cilindros: � Primera etapa: 5 � Segunda etapa: 3 � Tercera etapa: 2

• Todos los cilindros tendrán la misma capacidad

• Volumen total de almacenamiento (todos los cilindros) = 1000 litros

• Presión de los depósitos del vehículo (lleno): 200 bar

• Presión de los depósitos del

vehículo vacío = 10 bar


97

La temperatura (T), el peso molecular (Pm) y la constante universal de los gases (R) permanecerán constantes, por lo que la expresión anterior se simplifica

quedando:

0 = � · @ · � (Ec. 1.10.2.)

Ésta será la ecuación utilizada para calcular este apartado.

El procedimiento de cálculo se basa en calcular las masas iniciales y finales (equilibrio) tanto en los depósitos de almacenamiento como en los del autobús y mediante la diferencia entre ambas, la masa transferida. Conocida ésta, se puede expresar el factor de aprovechamiento como el cociente entre la masa transferida y

la masa inicial.

Resultados:

Los resultados obtenidos de factor de aprovechamiento para ambos sistemas de almacenamiento son:

F. aprovecham. (%) Sistema tanque único 16 Sistema en cascada 31,03

Tabla 1.10.1. Factor de aprovechamiento de los sistemas de almacenamiento

Como se puede observar, el porcentaje de aprovechamiento es mayor (prácticamente el doble) en el caso del sistema de almacenamiento en cascada. Por lo tanto, queda demostrado que, desde el punto de vista de la masa útil, el

almacenamiento en cascada supone una mejor opción.

Cálculo de la velocidad de llenado

La velocidad de llenado del tanque del autobús viene dada por la siguiente

ecuación:

M = N · - · O · √∆� (Ec. 1.10.3.)

Donde:

• v es la velocidad de llenado • k es una constante • φ: ángulo de apertura de la tubería • A: sección de la tubería • ΔP: caída de presión

A su vez, la velocidad se puede expresar mediante:


98

M = 0P-

(Ec. 1.10.4.)

Como el área de la sección permanecerá siempre constante, la velocidad será directamente proporcional al flujo de masa. En el presente estudio, se trabajará con esta última variable y, combinando ambas ecuaciones queda:

0P = B · √∆� (Ec. 1.10.5.)

La ecuación anterior se aplica a ambos sistemas de almacenamiento,

obteniendo un valor de flujo medio para cada uno de ellos.

Resultados:

Los resultados obtenidos para cada uno de los sistemas se resumen en la

siguiente tabla:

Flujo medio/K (m3/s) Sistema tanque único 9,327 Sistema en cascada 7,328

Tabla 1.10.2. Flujo medio de los sistemas de almacenamiento

Se puede observar que el flujo de transferencia será mayor en el sistema de tanque único que en el de cascada. Por lo tanto, desde este punto de vista será más ventajoso el primer caso.

Análisis termodinámico

Durante el proceso de repostaje tienen lugar dos hechos simultáneos: vaciado de los depósitos de almacenamiento de GNC y llenado de los depósitos del vehículo. Desde el punto de vista termodinámico, durante el primer hecho ocurre un proceso de expansión, mientras que en el segundo se produce una compresión.

Ambos procesos pueden tener lugar de diferente manera [6]:

• Proceso isotérmico

• Proceso adiabático

• Proceso politrópico

Proceso isotérmico:

Se define un proceso isotérmico como aquél donde el sistema puede intercambiar energía con su medio y el proceso se realiza tan lentamente que el sistema tiene tiempo de entrar en equilibrio térmico con el medio circundante, por

lo que la temperatura permanecerá constante durante todo el proceso.

Se cumplirá la siguiente expresión:


99

� · M = Q��R/�/� (Ec. 1.10.6.)

Suponiendo un depósito de almacenamiento inicialmente a P= 250 bar y T =

15ªC. Si éste tuviera un comportamiento isotérmico ocurriría lo siguiente:

Proceso isotérmico

P (bar) v ·103(l/g) T (ºC) 250 5,233 15 230 5,688 15 200 6,541 15 170 7,696 15 140 9,345 15 110 11,893 15

80 16,353 15 50 26,165 15 20 65,413 15 10 130,825 15

Tabla 1.10.3. Evolución de un proceso isotérmico

Representación de la presión con respecto al volumen específico:

Figura 1.10.3. Evolución de un proceso isotérmico. Presión versus volumen específico.

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120 140

P (

ba

r)

v ·103 (l/g)

Expansión

Compresión


Representación de la temperatura con respecto a la presión:

Figura 1.10.4. Evolución de un proceso isotérmico. Temperatura versus presión.

Proceso adiabático:

Por otro lado, se denomina proceso adiabático si sobre un sistema se realiza un proceso termodinámico de modo tal que no haya intecon el medio circundante. Se puede considerar este tipo de proceso si el sistema está perfectamente aislado térmicamente o bien si se realiza lo suficientemente rápido como para que no haya tiempo para que se produzca un intercam

calor con el medio circundante

La ecuación matemática por la que se rige este proceso es la siguiente:

� · MS =

Donde Cp es el calor específico molar a específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal

para un gas diatómico, γ=1,4.

Suponiendo un depósito de almacenamiento a las mismas condiciones de presión y temperatura que el apartado anterior tuviera un comportamiento adiabático ocurrirá según se detalla a continuación:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

T (

ºC)



. Evolución de un proceso isotérmico. Temperatura versus presión.

Por otro lado, se denomina proceso adiabático si sobre un sistema se realiza un proceso termodinámico de modo tal que no haya intercambio de calor (energía) con el medio circundante. Se puede considerar este tipo de proceso si el sistema está perfectamente aislado térmicamente o bien si se realiza lo suficientemente rápido como para que no haya tiempo para que se produzca un intercam

calor con el medio circundante [6].


= Q��R/�/� T ��U

�M

Donde Cp es el calor específico molar a presión constante y Cv el calor específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal

γ=1,4.

uponiendo un depósito de almacenamiento a las mismas condiciones de presión y temperatura que el apartado anterior (P=250 bar y T=15ºC), si éste tuviera un comportamiento adiabático ocurrirá según se detalla a continuación:

50 100 150 200 250

P (bar)

Temperatura - Presión

Compresión

Expansión

Memoria Descriptiva

100

. Evolución de un proceso isotérmico. Temperatura versus presión.

Por otro lado, se denomina proceso adiabático si sobre un sistema se realiza rcambio de calor (energía)

con el medio circundante. Se puede considerar este tipo de proceso si el sistema está perfectamente aislado térmicamente o bien si se realiza lo suficientemente rápido como para que no haya tiempo para que se produzca un intercambio de


(Ec. 1.10.7.)

presión constante y Cv el calor específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal γ = 5/3 y

uponiendo un depósito de almacenamiento a las mismas condiciones de (P=250 bar y T=15ºC), si éste

tuviera un comportamiento adiabático ocurrirá según se detalla a continuación:

250


101

Proceso adiabático (n=1,4)

P (bar) v·103(l/g) T (ºC) 250 5,233 15 230 5,554 8 200 6,137 -3 170 6,893 -15 140 7,918 -29 110 9,406 -45

80 11,809 -65 50 16,520 -91 20 31,788 -133 10 52,153 -158

Tabla 1.10.4. Evolución de un proceso adiabático


Figura 1.10.5. Evolución de un proceso adiabático. Presión versus volumen específico.

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60

P (

ba

r)

v · 103 (l/g)

Expansión

Compresión


102


Figura 1.10.6. Evolución de un proceso adiabático. Temperatura versus presión.

Proceso politrópico:

Cuando el proceso es intermedio entre estos dos extremos (adiabático e isotérmico) el proceso se denomina politrópico. En este tipo de procesos con gas ideal, el producto de la presión por el volumen específico elevado a un índice permanece constante [6].

� · MV = Q��R/�/� (Ec. 1.10.8.)

� = í��WQ� U�W/�óUWQ� (��/��0W�QWó� �)U��W0��/)

El valor del índice politrópico, n equivale a:

� =ln [�\��]ln [M�M\]

(Ec. 1.10.9.)

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 50 100 150 200 250T

(ºC

)

P (bar)

Expansión

Compresión


103

Al igual que en los casos anteriores (P=250 bar y T = 15ºC), para un

comportamiento politrópico se obtendrá:

Proceso politrópico (n=1,2)

P (bar) v·103(l/g) T (ºC) 250 5,233 15 230 5,610 11 200 6,302 4 170 7,217 -3 140 8,484 -12 110 10,372 -22

80 13,525 -35 50 20,009 -53 20 42,938 -84 10 76,507 -105

Tabla 1.10.5. Evolución de un proceso politrópico


Figura 1.10.7. Evolución de un proceso politrópico. Presión versus volumen específico.

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60 70 80

P (

ba

r)

v · 103 (l/g)

Expansión

Compresión


104


Figura 1.10.8. Evolución de un proceso politrópico. Temperatura versus presión.

Comparación entre procesos:

Si representamos los tres casos expuestos anteriores sobre la misma

gráfica, se obtendrá lo siguiente:


Figura 1.10.9. Comparación de procesos. Presión versus volumen específico.

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 50 100 150 200 250

T (

ºC)

P (bar)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

P (

ba

r)

v · 103(l/g)Proceso isotérmico

Proceso adiabático

Proceso politrópico

Expansión

Compresión

Expansión

Compresión


105

En la gráfica anterior, se puede observar que la pendiente de la curva será mayor para un comportamiento isotérmico que para uno adiabático, mientras que

la de la politrópica se encuentra intermedia entre los dos anteriores.


Figura 1.10.10. Comparación de procesos. Temperatura versus presión.

Al representar T-P, se observarán las variaciones de temperatura que tendrán lugar según se considere un tipo u otro de proceso. En la gráfica se aprecia que el comportamiento isotérmico presenta una línea recta (constante), mientras que el politrópico y adiabático son curvas. Entre los últimos, es el comportamiento adiabático el que presenta cambios más drásticos de temperatura.

El proceso real de expansión/compresión que tiene lugar durante el repostaje se produce de forma politrópica. No obstante, con objeto de simplificar,

se va a intentar aproximarlo a un proceso isotérmico o adiabático.

Por definición, en una expansión/compresión isotérmica la temperatura no sufrirá ninguna variación. Por el contrario, en una expansión adiabática la temperatura disminuirá de forma drástica, mientras que en una compresión de

estas características, la temperatura aumentará del mismo modo.

Lo ideal sería que el proceso ocurriera isotérmicamente, puesto que los cambios bruscos de temperatura complicarían el proceso en cuanto a flujo transferido, presión,…

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 50 100 150 200 250

T (

ºC)

P (bar)

Proceso isotérmico

Proceso adiabático

Proceso politrópico

Expansión

Compresión


106

La variable principal que se debe tener en cuenta es la superficie exterior. Ésta será mayor en el caso del sistema de almacenamiento por cascada, que en el sistema de tanque único, puesto que el primero estará formado por varios cilindros (menor tamaño) mientras que el segundo por uno. El que haya una mayor superficie exterior, implica que hay una mayor absorción/cesión de calor, lo que se traduce en la posibilidad de mantener la temperatura en el interior lo más “constante” posible.

Por tanto, el sistema de almacenamiento por cascada permite un mayor control de los cambios de temperatura que el sistema de tanque único.

Conclusión

El sistema de almacenamiento mediante cascada presenta ventajas considerables desde el punto de vista de masa útil y termodinámicamente. No obstante, en cuanto a la velocidad de llenado, ésta es menor que en el caso del

sistema de almacenamiento mediante tanque único.

El factor de la masa útil va a ser la determinante para que la amplia mayoría de los fabricantes e ingenieros se inclinen a favor del sistema de almacenamiento por cascada. Asimismo, el hecho de requerir una capacidad de almacenamiento prácticamente del doble en el caso del sistema de tanque único repercutirá

directamente en el coste del mismo.

1.10.2.3. Producción instantánea vs producción con acumulación La diferencia fundamental entre ambos tipos de producción es el

almacenamiento que se realiza en el segundo caso.

Llenado rápido y llenado lento Para estudiar la conveniencia de utilizar un tipo u otro de producción, se

deberá tener en cuenta un factor: el tiempo de llenado o suministro. Éste se define como el tiempo requerido para cargar por completo el/los depósito/s de

almacenamiento de un vehículo.

En función de este factor, se puede hablar de dos tipos de llenado:

• Llenado rápido: El tiempo de llenado es relativamente bajo (3-8 minutos); es equiparable al de una estación de repostaje convencional de gasolina o diesel.

• Llenado lento: El tiempo de llenado es elevado (desde varios minutos a incluso horas).


107

Comparación entre llenado rápido y llenado lento A continuación, se exponen las ventajas e inconvenientes que conlleva

utilizar un tipo u otro de llenado.

Para una producción de tipo instantánea se tendrán las ventajas y

desventajas detalladas anteriormente según se trabaje con llenado lento o rápido.

LLENADO RÁPIDO

Ventajas:

• Ahorro de tiempo

• Menor espacio de carga requerido

• Apto para estaciones públicas donde se requiere un repostaje rápido y

se debe conocer la cantidad exacta abastecida para el pago en metálico

Desventajas:

• Mayor tamaño (potencia) y coste del compresor/bomba

• Mayor consumo de energía eléctrica

• Mayor complejidad de la instalación

LLENADO LENTO

Ventajas:

• Menor tamaño (potencia) y coste del compresor/bomba

• Menor consumo de energía eléctrica.

• El llenado de los depósitos puede realizarse a todos los vehículos a la vez mientras están en las cocheras

• Mayor sencillez de la instalación

Desventajas:

• Elevado tiempo de repostaje (se suele realizar por la noche, durante los tiempos muertos)

• Sólo es apto para estaciones privadas donde el tiempo no es un factor importante ni sea necesario conocer la cantidad exacta de combustible abastecido

• El espacio de carga requerido es mayor


108

Si por el contrario se utiliza la producción con acumulación, además de los

aspectos anteriores, se debe tener en cuenta lo siguiente:

En el cuadro anterior se puede observar que no se obtiene ninguna ventaja adicional mediante la producción con acumulación y sistema de llenado lento; por

lo tanto, esta opción se descarta totalmente.

Conclusión Para una producción instantánea es posible trabajar tanto con llenado

rápido como lento. La elección de un tipo u otro de llenado dependerá de los requisitos específicos que deba reunir la estación, considerando siempre las

ventajas y desventajas que conlleva el utilizar un sistema u otro.

Por el contrario, cuando se trabaja con producción con acumulación, la

única opción posible es la de llenado rápido.

LLENADO RÁPIDO

Ventajas:

• Se obtiene un mayor caudal que la máxima capacidad del compresor/bomba debido a la diferencia de presión entre los depósitos de almacenamiento y los del vehículo.

Desventajas:

• Mayor coste de inversión y operación debido a los depósitos de almacenamiento

• Se requiere gran capacidad de almacenamiento

• El almacenamiento requiere de más espacio físico

• Mayor complejidad en el sistema de regulación (válvulas) para dirigir el flujo de un depósito u otro

LLENADO LENTO

Desventajas:

• Mayor coste de inversión y operación

• Mayor espacio físico requerido para almacenar

• Se requiere gran capacidad de almacenamiento


109

1.10.3. Estado del gas natural de origen

1.10.3.1. Gas natural licuado (GNL) Utilizar GNL parte de ciertas ventajas con respecto al gas natural gaseoso:

• La densidad del GNL es aproximadamente 600 veces superior a la del GN (medidos a temperatura ambiente y presión atmosférica).

• El comprimir GNL en lugar de GNC reduce drásticamente la potencia de compresión requerida.

• Las estaciones que se abastecen de GNL pueden instalarse en lugares donde no haya redes de tuberías de gas.

Para este caso, las opciones son las siguientes:

• Opción I: GNL y producción instantánea

• Opción II: GNL y producción con acumulación

Opción I: GNL y producción instantánea El diseño de la instalación se puede realizar de dos maneras distintas. A

continuación se va a estudiar detalladamente cada uno de los casos.

Diseño mediante la utilización de una bomba

Para la primera opción, la instalación cuenta con los siguientes equipos:

• Tanque de almacenamiento de GNL

• Bomba para el aumento de presión del GNL

• Vaporizador atmosférico para el cambio de estado de líquido a gas

• Surtidores

NOTA: Se debe tener en cuenta que el GNL se encuentra en condiciones

criogénicas, por lo que se deberán tomar medidas adicionales.


110

Figura 1.10.11. Estación GNL con bomba y producción instantánea

Funcionamiento:

El GNL almacenado en el tanque en condiciones criogénicas (T=-161ºC y P=4-5 bar) pasa a través de una bomba donde su presión aumentará hasta alcanzar 250 bar y se impulsará hacia el vaporizador, donde se producirá el cambio de estado de líquido a gas. A la salida del vaporizador el gas natural se encontrará en las condiciones necesarias para ser suministrado al vehículo por lo que éste

pasará directamente a los surtidores.

Esta instalación es válida tanto para llenado rápido como para llenado lento. La diferencia radicará en la capacidad (potencia) de la bomba, la cual deberá ser

mayor en el primer caso que en segundo.

Diseño mediante la utilización de un compresor

Existe una segunda opción de instalación partiendo de GNL y con

producción instantánea. Esta instalación comprende los siguientes equipos:


• Vaporizador para el cambio de estado de líquido a gas

• Compresor para aumentar la presión hasta 250 bar

• Surtidores


111

Figura 1.10.12. Estación GNL con compresor y producción instantánea

Funcionamiento:

En este caso, el gas natural licuado almacenado pasa en primer lugar a través del vaporizador, donde pasa de estado líquido a gas. Posteriormente pasa por un compresor donde aumenta su presión desde 4-5 bar hasta 250 bar. Tras esto, va directamente a los surtidores.

Comparación entre el diseño mediante una bomba y un compresor

La diferencia entre las opciones anteriores es la bomba utilizada en el primer caso y el compresor en el segundo. En el primero, se bombea el gas natural en estado licuado (GNL) mientras que en el segundo, el compresor comprime el gas

natural que entra en condiciones normales.

La equivalencia volumétrica entre los dos estados anteriores es la siguiente:

1 0^234 ≈ 600 30^ `R �/.�

Esto quiere decir que la masa contenida por unidad de volumen del GNL es mucho más elevada que la del gas natural en condiciones normales. Por tanto, para una determinada demanda, el tamaño de la bomba será considerablemente menor que el del compresor.

El tamaño del equipo es un factor directamente proporcional al coste, a la complejidad de manejo y mantenimiento del mismo, puesto que mientras más grande sea, mayores serán los requerimientos para su correcto funcionamiento.

Por todo ello, se descarta la opción de utilizar un compresor para aumentar la presión cuando el gas natural de origen está en forma de GNL.


112

Opción II: GNL y producción con acumulación La instalación contará con los siguientes equipos:


• Bomba para el aumento de presión del GNL

• Vaporizador atmosférico para el cambio de estado de líquido a gas

• Depósitos de almacenamiento de GNC

• Surtidores

Figura 1.10.13. Estación GNL con bomba y producción con acumulación

Funcionamiento:

El GNL almacenado en tanques pasa por la bomba para aumentar su presión hasta 250 bar y, seguidamente se lleva al vaporizador, donde tendrá lugar el cambio de estado (líquido-gas). Tras esto, el gas comprimido se llevará a la batería

de almacenamiento (en cascada), desde donde se abastecerá a los surtidores.

Según se explicó en apartados anteriores, esta instalación sólo será válida para un llenado de tipo rápido.

Comparación entre llenado rápido con y sin acumulación La diferencia principal radica en los depósitos de almacenamiento

requeridos en la producción con acumulación. Esto conlleva a que el proceso de llenado se lleve a cabo de manera diferente (en el caso de producción instantánea se realiza directamente mediante el GNC a la salida del vaporizador mientras que

en la producción con acumulación, por diferencia de presión entre los depósitos).

Otra diferencia sería el tamaño de la bomba y vaporizador. Para una producción instantánea se requerirá un tamaño mayor que para una producción con acumulación. Esto es debido al proceso de repostado del segundo caso, ya que, como se explicó anteriormente, la utilización del almacenamiento permite obtener un mayor caudal que la capacidad de la bomba y vaporizador.


113

En términos de operación, una producción instantánea es más ventajosa debido a una mayor simplicidad del proceso. El caso de acumulación requiere de

un sistema de regulación y válvulas mucho más complejo.

Desde el punto de vista económico, a pesar de que en el llenado instantáneo el coste de la bomba y vaporizador sean mayores (mayor tamaño), en la producción con acumulación, habrá que tener en cuenta el coste de los depósitos de almacenamiento, así como los mayores requerimientos de regulación, además

del espacio requerido.

Por todo ello, el diseño óptimo para una estación de llenado rápido cuando el gas natural de origen se encuentra en fase líquida es mediante producción

instantánea.

1.10.3.2. Gas natural procedente de gaseoductos Para el caso en que la fuente de gas natural sea de gaseoductos, las opciones

son las siguientes:

• Opción I: GN de gaseoductos y producción instantánea

• Opción II: GN de gaseoductos y producción con acumulación

Opción I: GN de gaseoductos y producción instantánea El diseño se puede realizar de dos maneras diferentes, las cuales se explican

a continuación.

Diseño mediante un solo compresor

La instalación estará provista de los siguientes equipos:

• Compresor para el aumento de la presión del gas de gaseoductos

• Surtidores

Figura 1.10.14. Estación GNC con un compresor y producción instantánea


114

Funcionamiento:

El gas procedente de los gaseoductos pasa directamente al compresor, donde se comprime hasta una presión de 250 bar para luego pasar directamente a

los surtidores.

Diseño mediante varios compresores

En este caso, se contará con los siguientes equipos:

• Surtidores

• Tantos compresores como surtidores haya

Figura 1.10.15. Estación GNC con varios compresores y producción instantánea

Funcionamiento:

El proceso es el mismo que el anterior con la diferencia de que se colocan

varios compresores, uno por surtidor.

Comparación

La diferencia entre los casos anteriores es que en el primero de ellos se utiliza un sólo compresor para abastecer a varios surtidores mientras que en el segundo, se utilizan varios de ellos, uno por cada surtidor.

Lógicamente, el compresor de la primera opción será mucho más grande que los compresores utilizados en la segunda. Este hecho conlleva una serie de

inconvenientes:

• Mayores requerimientos de mantenimiento

• Necesidad de contar con un regulador de caudal para el caso de que se quiera suministrar a un menor número de autobuses


115

• Mayor coste del compresor debido a la elevada capacidad requerida (en comparación con la capacidad del segundo caso)

• Interrupción del suministro de GNC en caso de avería del compresor

No obstante, el hecho de requerir tantos compresores (uno por surtidor) implicará un coste total de los compresores mucho más elevado, a pesar de que el coste unitario sea menor. Asimismo, se requerirá de gran espacio físico.

Por tanto, no existe una única solución posible, sino que se adoptará la instalación más conveniente teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes de

las dos alternativas anteriores.

En cuanto a la velocidad de llenado, teniendo en cuenta las ventajas y desventajas del llenado rápido y lento, esta opción es más adecuada para un llenado lento y no recomendada para llenado rápido debido al elevado tamaño (potencia) del compresor requerido en el segundo caso y los inconvenientes que esto conlleva.

Opción II: GN de gaseoductos y producción con acumulación La instalación estará compuesta por:

• Compresor

• Batería de almacenamiento (250 bar)

• Surtidores

Figura 1.10.16. Estación GNC con producción con acumulación

Funcionamiento:

El gas natural procedente de la red domiciliaria principal se comprime hasta 250 bar para luego pasar al sistema de almacenamiento en cascada a alta presión. En el momento en que comienza el proceso de repostado, el combustible gaseoso es conducido desde la batería de almacenamiento hasta los surtidores a través de


116

unas tuberías de alta presión (proceso explicado detalladamente en apartados

anteriores).

Esta opción será válida sólo para llenado rápido, puesto que, como ya se ha explicado, no es eficiente utilizar el sistema de almacenamiento para un llenado

lento.

1.10.4. Conclusión

Resumiendo, las opciones válidas de diseño de una estación de llenado según el estado del gas natural de origen y del tipo de producción, teniendo en

cuenta la velocidad de llenado, son las siguientes:

Estado del Gas Natural de origen GNL GN gaseoductos

Tipo de llenado

Llenado lento Producción instantánea

Producción instantánea

Llenado rápido Producción instantánea

Producción con acumulación

Tabla 1.10.6. Tipos de llenado según el estado del gas natural y la velocidad de llenado


117

1.11. INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE

1.11.1. Contaminación atmosférica

En la actualidad, el cambio climático es uno de los problemas más importantes a los que se enfrenta la sociedad. La causa principal que se le atribuye es la contaminación producida por emisiones gaseosas a la atmósfera, las cuales provienen en la mayoría de los casos de derivados del petróleo.

Los focos de origen de estas emisiones son varias, agrupándose en los

siguientes sectores, según el Protocolo de Kioto [60]:

• Energía

• Procesos industriales

• Utilización de disolventes y otros productos

• Agricultura

• Desechos

Dentro del sector energético se encuentra el transporte, uno de los más contaminantes a nivel mundial. Además, su demanda no ha hecho más que aumentar.

Si nos centramos en Europa, las emisiones atribuidas al transporte son las siguientes:

Figura 1.11.1. Emisiones atribuidas al transporte en Europa [59]

Dentro de este grupo, los vehículos terrestres son los que mayores aportaciones de gases realizan debido a su masiva utilización en la sociedad actual.

Como consecuencia, surgen una serie de problemas cada vez más habituales, los cuales se acentúan en los centros urbanos (gran densidad de vehículos) y que afectan directamente a la salud de las personas y animales

además de producir el deterioro de ecosistemas:

Por un lado, el “smog fotoquímico” es un fenómeno de contaminación frecuente en muchas ciudades. Consiste en una mezcla de contaminantes primarios (NOx y compuestos orgánicos volátiles, COVs) y secundarios (ozono, peroxiacilo, radicales hidroxilo, etc). Estos últimos se forman por reacciones producidas al


118

incidir la luz sobre los primarios. Esta mezcla tiñe la atmósfera de un color pardo rojizo y la carga de componentes dañinos para los seres vivos y diversos

materiales.

Aunque prácticamente todas las ciudades del mundo tienen problemas con este tipo de contaminación, se acentúa en lugares con climas secos, cálidos y soleados, además de una gran densidad de vehículos. Debido a estas características, el verano es la estación donde más se agrava este efecto, que a menudo se une a fenómenos climatológicos como las inversiones térmicas, las cuales dificultan la renovación de aire y eliminación de contaminantes.

En la situación habitual de la atmósfera la temperatura desciende con la altitud, lo que favorece que suba el aire más caliente, puesto que es menos denso, y

arrastra los contaminantes hacia arriba.

La lluvia ácida es otro de los grandes problemas que se da en la actualidad. Este fenómeno se produce debido a que algunos contaminantes (principalmente NOx y SOx) que se emiten a la atmósfera son ácidos o se convierten en ellos cuando entran en contacto con el agua de lluvia. Como consecuencia, en zonas industriales y con mucho tráfico de vehículos se registran lluvias con una mayor acidez de lo normal así como depósitos de partículas secas ácidas sobre la superficie, plantas y

edificios.

El efecto invernadero es el proceso por el que ciertos gases de la atmósfera retienen gran parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra y la reemiten de nuevo a la superficie terrestre calentando la misma. Los principales

gases de efecto invernadero (GEI) son:

• Vapor de agua (H2O)

• Dióxido de carbono (CO2)

• Metano (CH4)

• Óxidos de nitrógeno (NOx)

• Ozono (O3)

• Clorofluorocarbonos (CFCl3)

Debido a las actividades humanas, la cantidad de GEI (destacando el CO2) ha aumentado de manera exponencial hasta alcanzar valores nunca antes registrados. Este fenómeno es, según la mayoría de la comunidad científica, la

causa del cambio climático del planeta.


119

Figura 1.11.2. Influencia de la actividad humana en el efecto invernadero. Fuente Eurogas [55]

En el diagrama anterior se observa que la contribución de CO2 es la más importante (68%), seguida del metano con una quinta parte. Este último es aún más potente que el CO2, pero sus moléculas tienen un periodo de vida en la

atmósfera más corto.

Mediante el Acuerdo del Protocolo de Kioto, la comunidad europea se fija el objetivo de reducir las emisiones de una serie de gases de efecto invernadero en un 8% sobre los niveles de 1990 para el periodo 2008-2012 [60].

El protocolo de Kioto ha sido ratificado por la UE, además el Plan Nacional Español fue aprobado en el Consejo de Ministros y enviado a las Cortes para su ratificación el 1 de Febrero de 2002. Más tarde, se redactó el Libro Verde de adaptación al cambio climático en Europa donde se acordó reducir las emisiones de GEI en al menos un 20% para 2020 y, en caso de acuerdo global, un 30%. Además, hicieron un llamamiento para conseguir una reducción de hasta el

50% para 2050 [66].

1.11.1.1. Legislación sobre la calidad del aire en España y en Europa La normativa actual vigente que regula la calidad del aire es el Real

Decreto 101/2011 de 28 de enero, relativo a la mejora de calidad del aire [26], basada en la Directiva Europea 2008/50 de 21 de mayo de 2008 [27].

Entre los objetivos de este real decreto se encuentra definir y establecer los valores objeto y límite, así como los umbrales de alerta de las concentraciones de dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, partículas, plomo, benceno, monóxido de carbono, ozono, arsénico, cadmio, níquel y benzo(a)pireno en el aire ambiente. Dichos valores están basados en estudios llevados a cabo por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y diversos estudios europeos sobre efectos de la contaminación atmosférica en vegetación y ecosistemas.


120

Compuesto Valor objetivo / Valor límite/ Umbral de alerta

Concentración Año de aplicación

SO2 V.L media diaria V.L media horaria Umbral de alerta (3 horas consecutivas en área representativa de 100 km o zona o aglomeración entera)

125 µg/m3, que no podrá superarse en más de 3 ocasiones por año civil 350 µg/m3, que no podrá superarse en más de 24 ocasiones por año civil

500 µg/m3

En vigor desde el 1 de enero de 2005 En vigor desde el 1 de enero de 2005

NO2 V.L media anual V.L media horaria Umbral de alerta (3 horas consecutivas en área representativa de 100 km o zona o aglomeración entera)

40 µg/m3 200 µg/m3, que no podrá superarse en más de 18 ocasiones por año civil 400 µg/m3

Debe alcanzarse el 1 de enero de 2010 Debe alcanzarse el 1 de enero de 2010

PM10 V.L media anual V.L media diaria

40 µg/m3 50 µg/m3, que no podrá superarse en más de 35 ocasiones por año

En vigor desde el 1 de enero de 2005 En vigor desde el 1 de enero de 2005

PM2,5 V.O anual V.L anual (fase I) V.L anual (fase II)

25 µg/m3

25 µg/m3

20 µg/m3

En vigor desde el 1 de enero de 2010 1 de enero de 2015 1 de enero de 2020

Pb V.L anual 0,5 µg/m3 En vigor desde el 1 de enero de 2005, en general. En inmediaciones de fuentes industriales específicas, el 1 de enero de 2010

C6H6 V.L anual 5 µg/m3 Debe alcanzarse el 1 de enero de 2010

CO V.L media octogenaria 10 µg/m3 En vigor desde el 1 de enero de 2005


121

Compuesto Valor objetivo / Valor límite/ Umbral de alerta


O3 V.O media octogenaria V.O media octogenaria Umbral de información (media horaria) Umbral de alerta (media horaria)

120 µg/m3, que no debe superarse más de 25 días por año civil de promedio en un periodo de 3 años. 120 µg/m3 180 µg/m3

240 µg/m3

1 de enero de 2010 Largo plazo

As V.O (Niveles en aire ambiente en la fracción PM10 como promedio durante un año natural)

6 ng/m3 1 de enero de 2013

Cd V.O (Niveles en aire ambiente en la fracción PM10 como promedio durante un año natural)


Ni V.0 (Niveles en aire ambiente en la fracción PM10 como promedio durante un año natural)


Benzo(a) pireno

V.O (Niveles en aire ambiente en la fracción PM10 como promedio durante un año natural)


Tabla 1.11.1. Valores límite y objetivo de calidad del aire. Protección de la salud. Fuente: RD 101/2011 de 28 de enero [26]


122

Compuesto Valor objetivo / Valor límite


SO2 Media anual o invernal 20 µg/m3 En vigor desde el 11 de junio de 2008

NO2 Media anual 30 µg/m3 En vigor desde el 11 de junio de 2008

O3 AOT40* (valores horarios de mayo a julio) AOT40* (valores horarios de mayo a julio) *AOT40 (Accumulated Ozone Exposure over a threshold of 40 Parts Per Billion)

18000 µg/m3 x h de promedio en un periodo de 5 años 6000 µg/m3 x h

1 de enero de 2010 Objetivo a largo plazo

Tabla 1.11.2. Valores límite y objetivo de calidad del aire. Protección de la vegetación o ecosistemas. Fuente: RD 101/2011 de 28 de enero [26]

Si se estudia la calidad del aire para el caso particular de Gran Canaria, se observará que, a pesar de cumplir de manera general con la normativa anterior, las concentraciones de contaminantes como partículas en suspensión y óxidos de nitrógeno son superiores en puntos urbanos, donde el tráfico debido a los vehículos de transporte tienen una gran influencia. [21] (Datos presentados en el

Anexo I)

1.11.2. Contaminantes generados por la combustión de motores vehiculares

Durante la combustión en los motores vehiculares se generan una serie de sustancias contaminantes; principalmente los óxidos de nitrógeno y azufre, monóxido de carbono, ozono y material particulado.

1.11.2.1. Óxidos de nitrógeno, NOx Los óxidos de nitrógeno, NOx, se producen generalmente por la combustión

de combustibles fósiles en motores a explosión, plantas eléctricas y otros procesos industriales. Estos compuestos favorecen la formación de ozono, siendo éste el mayor componente del smog fotoquímico. Asimismo, parte de los óxidos de nitrógeno se transforma en nitratos y en ácido nítrico, lo que contribuye a la lluvia ácida.

En cuanto a los efectos en la salud, altas concentraciones provocan bronco-constricción, irritación ocular y aumento en la secreción lagrimal, generando dificultades de visión. En casos de concentraciones muy elevadas puede producir edema y fibrosis pulmonar.


123

1.11.2.2. Óxidos de azufre, SO2 Los óxidos de azufre se generan por combustión de combustibles fósiles en

motores, plantas generadoras de electricidad y procesos industriales. La combustión de los derivados del petróleo pesados (fuel, gasoil,…) producen el 75% de las emisiones de esta sustancia, el cual tiene una gran capacidad para reaccionar con otros contaminantes e incluso generar nieblas sulfurosas.

Estos óxidos acaban precipitando y pasando a la tierra y océanos. Si la atmósfera es muy húmeda forma ácidos que atacan a tejidos, piedra, mármol,…

Sobre sus efectos sobre la salud, provoca principalmente bronco-constricción, aumentando este efecto según varios factores como la hiperventilación, obstrucción nasal, aire frío, etc.

1.11.2.3. Monóxido y dióxido de carbono, CO y CO2 Los monóxidos de carbono se producen por la combustión incompleta de

los combustibles en motores de explosión (el 90% es de producción automotriz). Según diversos análisis, este compuesto se concentra en cruces de avenidas, túneles, estacionamientos subterráneos y calles o carreteras bloqueadas por el tránsito. La concentración de CO en las áreas urbanas está directamente relacionada con la densidad de tráfico y las condiciones atmosféricas.

Desde el punto de vista ambiental, el aumento de la concentración de CO es la principal responsable del efecto invernadero y, por tanto, del calentamiento

global de la atmósfera.

En cuanto a los efectos sobre la salud, el CO inhibe la capacidad de la sangre de absorber oxígeno, impidiendo la oxigenación de las células. Esto afecta al funcionamiento del cerebro y el corazón, produciendo fatiga, dolores de cabeza, sueño, disminución de la agudeza visual y agravamientos de enfermedades cardiovasculares, entre otros.

Por otro lado, el CO2 es un gas que se produce por la quema de combustibles fósiles. Como ya se ha mencionado en apartados anteriores, se trata del principal gas de efecto invernadero, por lo que afecta al cambio climático del planeta.

1.11.2.4. Ozono, O3 Los óxidos de nitrógeno son especies iniciadoras de la cadena de reacciones

químicas troposféricas. En las zonas bajas de la atmósfera, el NO2 se fotoliza para dar átomos de oxígeno y NO. Los átomos de oxígeno reaccionan con oxígeno molecular para formar ozono, que en el caso de una atmósfera no contaminada reaccionaría con NO produciendo nuevamente NO2. Sin embargo, la presencia de hidrocarburos, procedentes fundamentalmente del transporte, altera el equilibrio


124

rompiendo el ciclo y generando productos orgánicos oxidantes (contaminantes

secundarios) además de ozono. [21]

Este ozono oxidante muy nocivo para los seres vivos. Provoca irritación en los ojos, nariz, garganta, mayores riesgos para asmáticos, niños y personas que

practiquen ejercicios pesados.

Este ozono también ejerce impactos negativos sobre el clima, la vegetación y los materiales.

1.11.2.5. Material particulado (PM10 y PM2,5) En la combustión de carburantes fósiles sólidos y líquidos se emite una

importante cantidad de partículas sólidas. También se produce por desgaste de los frenos y los neumáticos o por erosión del suelo en las vías de circulación. No tiene una composición química definida pero está compuesta principalmente por: polvo, hollín, plomo, sulfatos e hidrocarburos. Son generados principalmente por los vehículos, procesos industriales y calefacción de residencias.

Aproximadamente un 40% del material particulado está compuesto por PM10 (partículas de diámetro aerodinámico inferior a 10 µm) y el 70% de éste es emitido por los motores diesel. Desde el punto de vista de la salud, estas partículas son las más perjudiciales.

1.11.2.6. Metales pesados: Plomo La emisión de este tipo de contaminante se debe a la presencia en algunos

tipos de gasolina de tetraetilo de plomo, aditivo que se añade para aumentar su índice de octano. No obstante, cada vez son menos las emisiones debido a la

decadencia de este tipo de gasolina.

Desde el punto de vista ambiental, cuando este metal alcanza niveles tóxicos, provoca la disminución de la fotosíntesis, inhibe el crecimiento de las plantas e interfiere en el metabolismo del nitrógeno.

En cuanto a los efectos sobre la salud, una intoxicación aguda de plomo produce diversos problemas como alteraciones digestivas, renales, fatiga, cefalea,…

1.11.3. Evolución de emisiones en el sector el transporte

En los últimos años, impulsados por las directivas europeas y mejoras tecnológicas, las emisiones de contaminantes en el sector del transporte por

carretera han evolucionado de la siguiente manera [21]:

• Reducción de emisiones de monóxido de carbono y plomo, debido a la mejora experimentada por los vehículos.


125

• Fuerte crecimiento del parque de vehículos, contrarrestando en parte el descenso de emisiones individuales.

• Reducción de emisiones precursores de ozono en sus valores medios anuales.

• Aumento en las emisiones de partículas debido a un aumento de turismos a gasóleo en ciertos países como España.

• Reducción en las emisiones por vehículo de óxidos de nitrógeno, NOx. Sin embargo, éstas siguen siendo importantes debido a que en nuestro país hay un gran porcentaje de vehículos diesel, lo cuales generan cantidades considerables de este contaminante.

Por tanto, aunque cabe destacar los esfuerzos y resultados logrados a lo largo de las últimas décadas, las emisiones son todavía considerables, destacando las partículas y los óxidos de nitrógeno.

1.11.4. Norma europea sobre emisiones (EURO)

La norma europea sobre emisiones es un programa de medidas reglamentarias de la UE por el que se establecen los requisitos para la homologación de los vehículos de motor en lo que se refiere a emisiones de gases de combustión. El nivel de exigencia de las normativas se incrementa con el tiempo.

Actualmente, las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), material particulado (PM) e hidrocarburos inquemados (HC) están reguladas para la mayoría de los tipos de vehículos, incluyendo automóviles, camiones, autobuses, trenes, tractores,… pero excluyendo barcos de navegación marítima y aviones. Para cada tipo de vehículo se aplican normas diferentes y el cumplimiento se determina controlando el funcionamiento del motor en un ciclo de ensayos normalizado. Los vehículos nuevos que no cumplan la norma no pueden venderse en la UE, pero las normas nuevas no son aplicables a los vehículos que ya están en circulación. Cabe mencionar que aunque estas normas no obligan a usar una tecnología en concreto para limitar las emisiones de contaminantes, sí considera las técnicas disponibles a la hora de establecer las

normas.

Las normativas se denominan Euro I, Euro II, Euro III, Euro IV, Euro V y Euro VI.

En cuanto a los límites de emisiones de CO2 generadas por los vehículos, hasta 2008 estaban sujetos a un acuerdo voluntario entre la UE y los fabricantes de automóviles con el objetivo de llegar a un promedio de emisiones de CO2 de 120


126

g/km para todos los nuevos vehículos de turismo para el año 2012 y de 80 g/km para el 2020. Sin embargo, como se vio que este acuerdo no se cumpliría, los legisladores comenzaron a considerar una nueva reglamentación mientras que la Asociación de Fabricantes Europeos de Automóviles (ACEA) pidió una ampliación del plazo y el desarrollo de políticas que incentiven la demanda de vehículos con

reducidas emisiones de CO2.

Recientemente, al ver que los fabricantes no han reducido voluntariamente las emisiones, la comisión europea, mediante la regulación 443/2009, obliga una reducción progresiva con penalizaciones en caso de incumplimiento, con el objetivo de alcanzar el valor de 95 g/km para 2020. Se prevé que en los próximos años se especifiquen las reducciones para el resto de tipo de vehículos así como las

medidas para alcanzar el objetivo fijado.

1.11.4.1. Normas sobre emisiones para vehículos pesados La categoría de vehículos pesados de motores diesel incluye generalmente a

camiones y autobuses. La regulación de las emisiones de este tipo de vehículos se introdujo por primera vez con la Directiva 88/77/CEE. Esta legislación se modificó unas cuantas veces hasta definirse los nuevos límites en la Directiva 1999/96/CE. Por último, la norma Euro VI, la más nueva, se define en la Directiva 595/2009/CE.

Los límites de las normas Euro I y Euro II se establecían mediante un ciclo de prueba de estado estacionario de 13 modos (ECE-R49). Éste se reemplazó por dos pruebas en Euro III: un ciclo de prueba estacionario (ESC) y un ciclo de prueba transitorio (ETC), que evalúan los hidrocarburos no metálicos (NMHC) en lugar de todos los HC. La prueba ETC también evalúa las emisiones de metano; sin embargo, solo está regulada para vehículos con motor de gas. Para la aprobación del Euro III basta con utilizar una de las pruebas. Sin embargo, a partir de la Euro IV, se requieren ambas. Además de la regulación de CO, HC, NOx y partículas, con Euro III se introdujo la regulación de humo, que se evalúa al utilizar el ciclo de prueba de respuesta bajo carga (ELR).

Las normas se definen según la potencia del motor en g/kWh. En la siguiente tabla se resumen las normas sobre emisiones y sus fechas de aprobación

(la fecha de aplicación será un año después de que su aprobación).


127

Valores límite según la prueba ESC y ELR Norma Fecha de

aprobación CO g/kWh

HC g/kWh

NOx

g/kWh PM g/kWh

Humo m-1

Euro I 1 Oct. 1993, ≤85 kW

4,5 1,1 8,0 0,6121/0,362*** -

Euro II 1 Oct. 1996 4,0 1,1 7,0 0,15 - Euro III 1 Oct. 2000 2,1 0,66 5,0 0,10/0,13** 0,8 Euro IV 1 Oct. 2005 1,5 0,46 3,5 0,02 0,5 Euro V 1 Oct. 2008 1,5 0,46 2,0 0,02 0,5 (EEV)* - 1,5 0,25 2,0 0,02 0,15

*EEV (vehículo ecológico avanzado) **Para motores de cilindrada <75 dm3 y régimen de potencia >3000 min-1

*** Para potencias >85 kW Tabla 1.11.3. Límites de emisiones en camiones y autobuses según prueba ESC y ELR. Fuentes: Directivas 88/77/CEE y 1999/96/CE [64] [65]

Valores límite según la prueba ETC Norma Fecha de

aprobación CO g/kWh

NMHC g/kWh

CH4 g/kWh

NOx

g/kWh PM g/kWh

Euro I 1 Oct. 1993 - - - - - Euro II 1 Oct. 1996 - - - - - Euro III 1 Oct. 2000 5,45 0,78 1,6 5,0 0,16/0,21** Euro IV 1 Oct. 2005 4,0 0,55 1,1 3,5 0,03 Euro V 1 Oct. 2008 4,0 0,55 1,1 2,0 0,03 (EEV)* - 3,0 0,40 0,65 2,0 0,02

*EEV (vehículo ecológico avanzado) **Para motores de cilindrada <75 dm3 y régimen de potencia >3000 min-1

Tabla 1.11.4. Límites de emisiones en camiones y autobuses según prueba ETC. Fuente: Directiva 1999/96/CE [64] [65]

Desde el 1 de Octubre de 2009, los automóviles en venta deben cumplir con una normativa más restrictiva en cuanto a emisión de gases contaminantes, denominada EURO V. Los coches en stock que no cumplan esta normativa no podrán ser vendidos. Este límite, con escasas variaciones, durará hasta 2014, fecha en que se implantará la norma EURO VI. Para entonces también se regulará la emisión de CO2. Sólo una revolución en la tecnología, tanto de los motores como de

los combustibles posibilitará una reducción drástica de este gas.

Valores límite de Euro VI CO

g/kWh HCT (g/kWh)

NMHC g/kWh

CH4 g/kWh

NOx

g/kWh NH3 ppm

PM g/kWh

Ciclo ESC (Eco*) 1,5 0,13 0,4 10 0,01 Ciclo ETC (Eco*) 4,0 0,16 0,4 10 0,01 Ciclo ETC (Ech**) 4,0 0,16 0,5 0,4 10 0,01

*Encendido por compresión **Encendido por chispa

Tabla 1.11.5. Límites de emisiones Euro VI. Fuente: Directiva 595/2009/CE [63]


1.11.4.2. Situación del Gas Natural y Diesel ante la(vehículos pesados)

La siguiente figuraasí como los límites impuestos por el E

propuestos para vehículos ecológicos avanzados (EEV).

Figura 1.11.3. Comparación de

La comparación de los niveles de exigencia con el desempeño de los vehículos de gas naturaluso comercial ya muestran el cumplimiento con la tecnología actual de

Se observa, como la previsión de de 2013 reducen incluso más las emisiones

En cambio, para que la tecnologíaEuro VI se deberán incorporar elementos que:

• Incrementarán su consumo de combustibpartículas y la recirculación de gases puede incrementar entre el 6 y 8 % el consumo).

• Encarecerán el coste del combustible por la necesidad de reducir el contenido de azufre, que reduce la vida

• Al combustible también habrá que añadirle disolución de urea que permite reducir las emisiones para que cumplan con la norma Euro vigente.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

CO NMHC

Va

lore

s d

e e

mis

ion

es

g/k

Wh


Situación del Gas Natural y Diesel ante las normas Euro(vehículos pesados)

La siguiente figura muestra las emisiones de un autobús trabajando a GNC así como los límites impuestos por el Euro III, Euro IV, Euro V, Euro VI

propuestos para vehículos ecológicos avanzados (EEV).

Comparación de emisiones según norma Euro V, VI, EEV y emisiones estimadas de GNC

La comparación de los niveles de exigencia de la norma Eurocon el desempeño de los vehículos de gas natural, en el segmento de pesados y de

muestran el cumplimiento con la tecnología actual de

Se observa, como la previsión de de 2013 reducen incluso más las emisiones

En cambio, para que la tecnología diesel alcance los niveles de emisionesse deberán incorporar elementos que:

Incrementarán su consumo de combustible (se estima que los filtros de partículas y la recirculación de gases puede incrementar entre el 6 y 8 % el consumo).

Encarecerán el coste del combustible por la necesidad de reducir el contenido de azufre, que reduce la vida de los catalizadores.

Al combustible también habrá que añadirle AdBlue. Se trata de una disolución de urea que permite reducir las emisiones para que cumplan con la norma Euro vigente.

NMHC CH4 NOX PM

Contaminantes

Memoria Descriptiva

128

uro V y Euro VI

muestra las emisiones de un autobús trabajando a GNC , Euro VI y los

V y emisiones estimadas de

uro V y Euro VI, en el segmento de pesados y de

muestran el cumplimiento con la tecnología actual de gas natural.

Se observa, como la previsión de de 2013 reducen incluso más las emisiones (NOx).

niveles de emisiones del

se estima que los filtros de partículas y la recirculación de gases puede incrementar entre el 6 y 8

Encarecerán el coste del combustible por la necesidad de reducir el de los catalizadores.

. Se trata de una disolución de urea que permite reducir las emisiones para que cumplan

Euro III

Euro IV

Euro V

Euro VI

EEV

GN (2008)

GN (2013)


129

• Imposibilitará el uso de los biocombustibles por su incompatibilidad con los catalizadores.

• Encarecerá el precio del vehículo por incorporación de los diversos mecanismos para estas funciones.

1.11.5. El GNC, combustible ecológico

Actualmente, el sector del transporte trabaja en su mayoría con derivados del petróleo como combustible. El alto contenido en carbono de estos resulta en la emisión de grandes cantidades de CO2 a la atmósfera, lo que aumenta el efecto invernadero y, por tanto, acelera el cambio climático. Asimismo, debido a la composición de estos combustibles, se emiten óxidos de nitrógeno y azufre.

El gas natural, en cambio, es principalmente metano, el cual tiene un alto índice de hidrógeno por carbono (4), produce menos CO2 por unidad de energía entregada en comparación con los hidrocarburos convencionales (con más átomos de carbono y un menor ratio H/C). Debido a ello, se trata del combustible fósil

menos contaminante.

Fig. 1.11.4. Emisiones de CO2 por combustión de distintos combustibles fósiles. Fuente Eurogas [55]

Gracias a que el metano presenta una cadena carbonada más corta, se permite una oxidación más completa que la gasolina y el gasóleo, lo que reduce las

emisiones de CO, hidrocarburos y partículas sólidas carbonadas.

Las emisiones de hidrocarburos también disminuyen debido al estado gaseoso del carburante y comburente, lo que permite una mezcla más homogénea y una combustión más completa. Además, un alto porcentaje de los hidrocarburos

están compuestos por metano, sustancia considerada como no tóxica.

0

20

40

60

80

100

120

Lignito Antracita Fuel-oil Gasóleo Gas natural

kg

CO

2/G

J

Combustible


130

Por la propia naturaleza del gas natural, los gases emitidos estarán exentos

de plomo y compuestos sulfurosos.

Las excelentes prestaciones en el caso de combustión con mezcla pobre

permiten su utilización para reducir emisiones, en particular el NOx.

A continuación, se presenta una tabla donde se comparan las emisiones para el gas natural con respecto a otros combustibles. En ella, se podrán apreciar disminuciones considerables:

Promedio de Emisiones Contaminantes (*) GEI Contaminantes CO2

(g/km) CO

(g/km) NOx

(g/km) NMHC5 (g/km)

Partículas (g/km)

SO2 (g/km)

Vehículos pesados

Gas Natural 1074 2,11 3,46 0,35 0,05 0 Gasóleo 1291 2,82 12,87 0,95 0,57 1,46 Vehículos ligeros

Gas Natural 148 0,60 0,24 0,03 0,01 0 Gasóleo 157 0,80 0,77 0,56 0,11 0,23 Gasolina 217 1,94 0,29 0,58 0,01 0,14 (*) Referencias:

1994 Rijkeboer (IANGV 1997) 2000 IANGV Emission Report 31/03/2000 1996 Nylund (IANGV 1997) 2000 Peter Boisen (Volvo car Corporation)

1997 Fundació Bosch i Gimpera 2001 Certificación Dir 1999/96/EC (EEV) 1999 Engine Fuel and Emissions Engineering Inc 2002 Comisión Europea

1999 International Energy Agency DTMA grupo Gas Natural

Tabla 1.11.6. Emisiones contaminantes de la gasolina, gasóleo y gas natural

La mayor contribución medioambiental de la sustitución del diesel por gas natural es la reducción de los NOx y las emisiones de partículas, principales contaminantes urbanos. La reducción de las emisiones de CO2, responsables del efecto invernadero, está entre el 10 y el 20% frente al diesel.

Además de las emisiones anteriores, existen otros parámetros que, a diferencia de los anteriores no están siendo regulados actualmente y, sin embargo, son contaminantes cancerígenos.


Figura

1.11.5.1. Efectos del GNC sobre la contaminación

Efecto sobre la contaminación localLos gases de escape del GNC

pesados, compuestos de azufre y partículas.

Además, el gas natural permite una combustión más combustibles como la gasolina y el gasóleo debido a su composición química, la cual está formada por una cadena de carbono más corta, lo que se traduce en una reducción de emisiones de CO, hidrocarburos y partículas sólidas carbonadas.reducción es mayor cuanto más frío trabaje el motor.

Las emisiones de hidrocarburos son menores debido al estado gaseoso del carburante y comburente ya que el arranque con motor frío se efectúa sin enriquecimiento de combustible. Además, entre un 85%hidrocarburos están compuestos por metano, sustancia considerada como no tóxica.

Las excelentes prestaciones en el caso de combustión con mezcla pobre permiten su utilización para la reducción de efluentes, en particular, el NO

Sobre las emisiones de compuestos altamente nocivos como aldehídos, BTX (benceno, tolueno y xileno) e hidrocarburos aromáticos, el gas natural tiene un comportamiento mucho mejor que el diesel o la gasolina ya que en su composición sólo se encuentran trazas de este

Asimismo, la combustión con GNC no da lugar a evaporaciones ni fugas debido a sus características de sellado y presurización.

0

20

40

60

80

100

Formaldehidos

Em

isio

ne

s (%

)


Figura 1.11.5. Gases potencialmente nocivos [59]

Efectos del GNC sobre la contaminación

Efecto sobre la contaminación local Los gases de escape del GNC no contienen plomo, trazas de metales

compuestos de azufre y partículas.

Además, el gas natural permite una combustión más completa que otros combustibles como la gasolina y el gasóleo debido a su composición química, la cual está formada por una cadena de carbono más corta, lo que se traduce en una reducción de emisiones de CO, hidrocarburos y partículas sólidas carbonadas.reducción es mayor cuanto más frío trabaje el motor.

Las emisiones de hidrocarburos son menores debido al estado gaseoso del carburante y comburente ya que el arranque con motor frío se efectúa sin enriquecimiento de combustible. Además, entre un 85% y 95% de los hidrocarburos están compuestos por metano, sustancia considerada como no

Las excelentes prestaciones en el caso de combustión con mezcla pobre permiten su utilización para la reducción de efluentes, en particular, el NO

emisiones de compuestos altamente nocivos como aldehídos, BTX (benceno, tolueno y xileno) e hidrocarburos aromáticos, el gas natural tiene un comportamiento mucho mejor que el diesel o la gasolina ya que en su composición sólo se encuentran trazas de este tipo de compuestos.

Asimismo, la combustión con GNC no da lugar a evaporaciones ni fugas debido a sus características de sellado y presurización.

Formaldehidos 1,3 Butadieno GLP Metano

Contaminantes

Memoria Descriptiva

131

trazas de metales

completa que otros combustibles como la gasolina y el gasóleo debido a su composición química, la cual está formada por una cadena de carbono más corta, lo que se traduce en una reducción de emisiones de CO, hidrocarburos y partículas sólidas carbonadas. Esta

Las emisiones de hidrocarburos son menores debido al estado gaseoso del carburante y comburente ya que el arranque con motor frío se efectúa sin

y 95% de los hidrocarburos están compuestos por metano, sustancia considerada como no

Las excelentes prestaciones en el caso de combustión con mezcla pobre permiten su utilización para la reducción de efluentes, en particular, el NOx.

emisiones de compuestos altamente nocivos como aldehídos, BTX (benceno, tolueno y xileno) e hidrocarburos aromáticos, el gas natural tiene un comportamiento mucho mejor que el diesel o la gasolina ya que en su composición

Asimismo, la combustión con GNC no da lugar a evaporaciones ni fugas

Gasolina

Gasóleo

GLP

Metano


132

Efecto sobre la contaminación regional En cuanto a la contaminación regional, el gas natural es el combustible que

menos ozono urbano produce, el cual se forma por reacción fotoquímica entre los óxidos de nitrógeno, NOx y los compuestos orgánicos volátiles, VOC. Esto es debido a la gran estabilidad química y baja densidad del metano con respecto al aire.

Efecto sobre la contaminación interregional El gas natural presenta emisiones insignificantes de partículas y nula

emisión de SO2, el principal contaminante que propicia la lluvia ácida.

Efectos sobre la contaminación planetaria La emisión de dióxido de carbono, CO2, por parte del gas natural es del 25%

menos que el del gasóleo. Sobre la contribución del metano, CH4, al efecto invernadero, cabe mencionar que una unidad de peso de CH4 tiene mayor impacto que una unidad de peso equivalente de CO2. No obstante, la contribución global de la combustión del gas natural, considerando el CO2 y los hidrocarburos es del 85% respecto a los producidos por combustión de derivados de petróleo.

Contaminación acústica En vehículos con motor de gas natural, todo el sistema de escape, fuente

importante de ruido, está completamente aislado. El silencioso está sobredimensionado en volumen y la atenuación de ruido resulta muy importante.

Los motores que trabajan con gas natural generan concretamente, 10 dB menos que con gasóleo. Además, el nivel de vibraciones también es considerablemente inferior.

Por consiguiente, el gas natural es un combustible más ecológico que la

gasolina, diesel o GLP:

Figura 1.11.6. Análisis comparativo de riesgos entre el GNC y otros combustibles vehiculares [59]


133

1.11.6. El GNV frente a otros combustibles alternativos. Medio ambiente, economía y tecnología

Como ya se ha mencionado, actualmente se está intentando dar un fuerte impulso a los combustibles alternativos para sustituir a los convencionales, encontrándose el Gas natural entre ellos. A continuación, se va a explicar brevemente algunos de los combustibles ecológicos que deberán coexisitir con él.

1.11.6.1. Biodiésel El biodiesel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos

naturales como aceites vegetales (procedentes de colza, soja, girasol, palma,

jatropha,…) o grasas animales, con o sin uso previo [12].

Se debe tener en cuenta que no todos los biodiesel son iguales en cuanto a calidad, sino que dependen de la planta de origen. Por otro lado, al ser la fuente un alimento, su generalización puede no ser sostenible, provocando tensiones en los precios de alimentos básicos en determinadas regiones, y deforestación en países en desarrollo para la implantación de este tipo de cultivos.

En cuanto a aspectos medioambientales, el biodiesel mejora las emisiones de CO2, pero no en el proceso de combustión en el motor. Esta reducción se produce debido a que las plantas absorben el CO2 del aire produciendo éster metílico. Por ello, el biodiesel supone una ventaja a nivel planetario (efecto

invernadero) pero no a nivel local, punto donde se produce la emisión.

Con respecto a las emisiones de NOx no se produce ninguna mejora, e incluso, empeoran afectando a la calidad del aire urbano (problema de salud

humana).

Actualmente, la UE acepta una mezcla del 5% de biodiesel en el gasóleo normal. Este 5% es el límite técnico aceptado por todos los fabricantes de motores, puesto que algunos componentes del sistema pueden presentar problemas a

medio o largo plazo utilizando mayores porcentajes.

España consumo del orden de 20 millones de toneladas de gasóleo al año. La mezcla recomendada y promovida por la UE de biodiesel al 5% supondría disponer de 1 millón de toneladas de biodiesel frente a la producción española

actual de unas 150.000 toneladas.

No cabe duda de que la utilización del biodiesel al 5% sería el modo más racional y efectivo de colaborar con la reducción global de los gases de efecto invernadero y en la disminución de la dependencia de la UE del petróleo, sin ningún inconveniente técnico en los motores de los vehículos.


134

Sin embargo, hay que tener en cuenta que no presenta ningún ahorro económico respecto al gasóleo, pudiendo ser más costoso en momentos puntuales,

además de aumentar el consumo frente al mismo.

Se podría trabajar con porcentajes superiores pero teniendo en cuenta que:

• Los cambios de aceite se deben realizar con doble frecuencia.

• Actualmente hay una falta de experiencia sobre el funcionamiento con mezclas altas y largos kilometrajes, para comprobar los resultados en los motores y otros elementos del vehículo.

• Las emisiones de los motores con biodiesel son semejantes a las de los mismos motores con gasóleo puro.

• Empeoran las emisiones de CO con respecto al gasóleo puro.

Como ya se menciono en el apartado 1.11.4, los vehículos con motores diesel están regulados, en lo que a contaminación se refiere, por los de niveles europeos de contaminación Euro. Así, cada motor debe cumplir con los niveles correspondientes con que fue homologado.

Por tanto, la utilización de concentraciones de éster metílico superiores al 5%, supone un empeoramiento de las emisiones de algunos contaminantes y, en consecuencia, el incumplimiento de los niveles de emisión homologados de los motores en servicio, especialmente en lo que respecta al NOx por ser un contaminante crítico en los motores diesel sobrealimentados. Esto no favorece el objetivo de la UE de disponer de vehículos limpios, es decir, aquellos que cumplen los niveles de la normativa V.E.M. (Vehículo Ecológicamente Mejorado o también E.V.V).

Conclusiones:

• El biodiesel es un combustible renovable que favorece globalmente la reducción de CO2.

• Su uso a concentraciones de bio-éster hasta el 5% no presenta limitaciones técnicas ni legales.

• Su uso a concentraciones mayores del 5% presenta diversos problemas técnicos.

• Los vehículos en servicio han sido homologados como gasóleo como combustible de referencia.


135

• Los motores en servicio que funcionan con biodiesel a concentraciones mayores del 5% pueden no cumplir con los niveles de contaminación establecidos.

• Para obtener una reducción muy significativa de contaminación y emisiones de CO2 se deben utilizar alternativas como vehículos eléctricos, de pila de combustible o propulsados por gas natural.

1.11.6.2. Metanol El metanol (alcohol metílico), CH5OH, se obtiene a partir del metano

(principal componente del gas natural) así como por la pirólisis de diversos materiales orgánicos como el carbón, (excesivas emisiones de CO2 en el proceso), residuos del refino del petróleo o residuos orgánicos (en este caso se considera

renovable). [12]

Se trata de un combustible líquido con excelentes características de octanaje que se suele mezclar con gasolina. Algunos ejemplos de su uso son el combustible M85 (85 partes de metanol y 15 de gasolina) o el M15, donde le

metanol actúa mejorando el índice de octano en gasolinas sin plomo.

Entre las principales ventajas del metanol se encuentran las siguientes:

• La distribución y el almacenamiento se realizan en forma líquida.

• Su mezcla con gasolina hace posible utilizar sin grandes costes de transformaciones.

• Actúa reduciendo significativamente los niveles de emisión.

• Puesto que se trata de un alcohol (contiene una mayor proporción de oxígeno en su composición), se permite prescindir del plomotetraetilo

en las gasolinas.

No obstante, este compuesto presenta varios inconvenientes:

• La pirólisis (proceso de obtención) solamente es económicamente viable a escala industrial, además de requerir temperaturas muy elevadas que conllevan a un cierto riesgo de incendio.

• El metanol es una sustancia altamente tóxica, por lo que se debe tener especial cuidado en los derrames sobre la piel, ingestas accidentales o inhalación de humos.


136

• Es necesario añadir un catalizador en el escape para reducir las emisiones de CO y HC. Éste suele de un metal raro como el platino, paladio y rodio, todos muy costosos.

• El PCI del metanol es un 45% que el de la gasolina y un 75% del etanol.

• Al ser químicamente un disolvente, es agresivo a muchos materiales utilizados en los automóviles.

• Provoca problemas de corrosión.

• Es una sustancia muy volátil, por lo que aumenta el riesgo de incendios o explosiones y de emisiones por evaporación.

• Al tratarse de de un alcohol en caso de arder, la llama es invisible, dando lugar a situaciones peligrosas.

• La mezcla metanol y gasolina tiende a estratificar (gasolina encima y metanol debajo).

Actualmente, este combustible se utiliza a en casos puntuales pero su uso a gran escala no está recomendado debido a la gran cantidad de inconvenientes que presenta. Sería necesario estudiar en mayor profundad la tecnología para que no suponga riesgos tanto técnicos como para la salud.

1.11.6.3. Bioetanol El bioetanol (alcohol etílico), CH3-CH2OH, se obtiene a partir del

procesamiento de materia biológica, como el maíz o el azúcar. Su uso como combustible se ha extendido para reemplazar el consumo de derivados del petróleo. Se puede utilizar solo o mezclado con gasolina en cantidades variadas, denominándose las mezclas gasohol. Dos mezclas comunes son E10 y E85, con

contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente [12].

Se puede considerar que el etanol no contribuye por sí mismo a la producción neta de CO2, aunque sí lo hace la gasolina que se quema conjuntamente.

Las principales ventajas son:

• Mejora las emisiones de CO2 (incluyendo todo el ciclo de vida de las plantas).

• Mejora las emisiones de NOx, pero empeora las emisiones de CO e hidrocarburos (emisiones que impactan en la calidad del aire urbano).


137

• No es tóxico al contacto y es menos peligros en caso de incendio que el metanol.

Sin embargo, presenta diversas desventajas: • Supone un sobrecoste respecto al gasoil, debido al mayor consumo

(hasta un 38% más consumo que la gasolina) y al mayor precio del combustible.

• Problemas técnicos: baja lubricidad, problemas de arranque en frío, separación en mezclas en presencia de agua,...

• Los motores actuales no son compatibles con mezclas de casi el 100% de alcohol. Son necesarios cambios en la culata, pistones, equipo de inyección,…

• Aparecen nuevos gases de escape (aldehídos).

• Los vehículos que utilizan este combustible presentan una menor autonomía.

• Los métodos actuales de producción de bioetanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producid

• No soluciona la “dieselización” ya que se emplea en motores de gasolina.

Conclusión:

Es posible utilizarlo pero no es interesante como combustible (sí como

aditivo oxigenado para las gasolinas).

1.11.6.4. Hidrógeno El Hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica y uno de los

principales constituyentes del agua y la materia orgánica. Se trata del elemento químico más abundante en la Tierra y la atmósfera, por lo que es una fuente inagotable. También se caracteriza por ser un elemento difícil de obtener ya que no existe en la naturaleza en estado puro. A pesar de este hecho, es una opción

prometedora como combustible alternativo.

El principal inconveniente del uso de Hidrógeno como combustible alternativo es su obtención. Al no ser un recurso, sino un portador de energía, el Hidrógeno ha de producirse a partir de una materia prima como puede ser el agua o los recursos fósiles, y por tanto ha de consumirse una fuente primaria de energía antes de obtenerlo. Por ello, la generación de este elemento supone una inversión

económica y técnica de gran envergadura.

Puede obtenerse a partir de diversas fuentes, ya sea nuclear, fósil o bien de

tipo renovable, mediante los siguientes procesos:


138

• Electrólisis a partir del agua: es un proceso que disocia la molécula del agua en sus componentes y de esta manera obtener hidrógeno y oxígeno. Es un proceso que requiere gran cantidad de energía.

• Gasificación de la biomasa

• A partir de hidrocarburos como el gas natural o naftas, y alcoholes como el metanol y etanol mediante los siguientes procesos: � Oxidación Parcial � Steam Reforming

� Autothermal reforming

La producción del Hidrógeno se puede realizar de tres maneras:

1. Producción centralizada en grandes plantas (“off site”) 2. Producción descentralizada o distribuida (“on site”)

3. Producción a bordo de los vehículos (“on board”)

Por tanto, la logística dependerá de la manera de producir este elemento. Con la primera opción el transporte se lleva a cabo por red o carretera de forma licuada o comprimida. La producción distribuida utiliza la red de gas natural y oleoductos existentes actualmente. Por último, la producción a bordo supone disponer de un reformador en el propio vehículo.

Pila de combustible El concepto fundamental es la sustitución del motor térmico por la pila de

combustible. Ésta genera electricidad por medios electroquímicos. Puesto que el combustible utilizado es el Hidrógeno, la generación de electricidad se lleva acabo

con 0 emisiones (sólo vapor de agua).

Entre las ventajas, destacan las siguientes:

• La fuente de obtención es inagotable (agua, gas natural, carbón,…).

• Permite una gran diversificación de las fuentes de energía, en particular, la sustitución de las energías fósiles por energías renovables.

• Eliminación de las emisiones de CO2, CO, SO2, HC y partículas.

• Altos rendimientos de la pila.


139

Conclusión:

En la actualidad, a pesar de que se han realizado varios estudios y pequeñas plantas de producción de Hidrógeno, su uso como combustible no es una alternativa real. Se debe realizar un desarrollo tecnológico para hacer viable tanto

su producción como su utilización. Las mejores previsiones apuntan al 2020.

1.11.6.5. Biogás Se denomina biogás a la mezcla de gases obtenida por descomposición de

residuos orgánicos (estiércol animal, basuras, aguas residuales, desechos vegetales,…) en un ambiente anaerobio. Este proceso es realizado por bacterias, las cuales liberan una mezcla de gases cuyos componentes son: metano (más

abundante), dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y ácido sulfhídrico.

Se trata de un combustible económico y renovable. Tras un tratamiento para eliminar componentes corrosivos (azufre) y otros no deseados, el gas queda

listo para usarse en motores pesados de encendido provocado.

En España existen varias instalaciones que aprovechan el biogás de

vertedero como Valle de la Zareda en Asturias o Bilbao.

Obviamente, es una alternativa interesante a pequeña escala. Sin embargo,

de momento no es posible su aplicación en el sector de la automoción.

1.11.6.6. GLP El gas licuado del petróleo (GLP) es una mezcla de gases condensables

presentes en el gas natural o disueltos en el petróleo cuyos constituyentes principales son el propano y butano. Cabe destacar que sólo el 40% del GLP comercializado en el mundo es obtenido por destilación del petróleo en refinería, mientras que el 60% proviene directamente de yacimientos de gas natural, por lo que el uso del GLP contribuye a una diversificación energética y la seguridad en el

abastecimiento, reduciendo así la dependencia del petróleo.

La composición y características de la mezcla butano-propano del GLP para usos como carburante en automoción se encuentran reguladas por la Norma UNE-EN 589. Las proporciones pueden variar en función del uso del GLP. En España, el Real Decreto de 1700/2003 de 15 de Diciembre, por el que se fijan las especificaciones del GLP establece que el contenido mínimo de propano ha de ser

un 20% y el contenido máximo de butano de un 80%.

El GLP es el carburante alternativo más utilizado en el mundo, ya que es el

único que puede implantarse de manera inmediata y efectiva en el gran público.

El mercado del GLP comenzó a desarrollarse en la década de los 70 por razones fundamentalmente económicas, de diversificación energética y medioambiental. En Europa existen más de 3 millones de vehículos alimentados


140

con GLP y 14.000 estaciones de servicio. Además, se utiliza en más de 1.500

autobuses urbanos distribuidos en 25 ciudades europeas.

El GLP en automoción es almacenado, transportado y distribuido en fase líquida. Su comercialización se realiza a través de una Red de Estaciones de Servicio donde se permite un repostado de manera rápida y sencilla. Asimismo, en el caso de flotas de autobuses, también existe la posibilidad de disponer de una instalación propia de almacenamiento y suministro.

En el sector de la automoción, este combustible se aplica a los siguientes tipos de vehículos: turismos, autobuses urbanos, camiones de basura, carretillas elevadoras,… Cabe mencionar que la tecnología necesaria es diferente según si se

trata de vehículos ligeros o pesados.

La tecnología está plenamente desarrollada y comercializada, con

prestaciones y fiabilidad equiparables a las de los vehículos de gasolina o diesel.

Las principales ventajas que presenta son:

• Elevado poder calorífico.

• Mezcla homogénea, controlada y bien distribuida en los cilindros con el

aire comburente, obteniendo una combustión más limpia y completa.

• Elevada vida media del motor con menor desgaste del mismo.

• Mantenimiento económico gracias al menor número de averías y a los largos periodos de cambios de aceite.

• Bajas emisiones, muy similares a las del Gas Natural.

Sin embargo, es importante tener en cuenta los siguientes inconvenientes:

• No ofrece ningún ahorro económico frente a los combustibles tradicionales dado el alto precio al que se suministra en las EESS

públicas.

• No hay prácticamente vehículos de serie a GLP, por lo que se debe recurrir a talleres de transformación, con los consiguientes problemas

de garantías.

Debido a lo anterior, a pesar de ser un sector muy desarrollado, la tendencia de los fabricantes en los últimos años es apostar por el Gas Natural como combustible. Un ejemplo de lo anterior es la casa Fiat, la cual, a pesar de haber trabajado en la producción de vehículos a GLP, ha abandonado esta tecnología para centrarse en el GNV como combustible alternativo gaseoso.


141

1.12. IMPACTO AMBIENTAL: REDUCCIÓN DE LAS EMISIONES DE DIÓXIDO DE CARBONO PRODUCIDAS CON GAS NATURAL CON RESPECTO AL DIESEL

1.12.1. Combustión teórica

Si se compara la composición química del gasóleo con el del gas natural, se observará que el contenido de carbono del primero es del orden de 12,7 veces superior al del segundo. Ésta es la principal causa de que en la combustión teórica

se emita más CO2 con gasóleo que con gas natural.

La comparativa realizada se hará con respecto al gasóleo puesto que la gasolina no es un combustible utilizado en el transporte público debido a su

elevado coste.

Las propiedades que se supondrán para la realización de este apartado son

las siguientes:

Fórmula empírica aproximada

PM (g/mol)

Densidad (kg/m3)

Estado físico

PCI (MJ/kg)

RAC* (kgA/kgC)

Emisiones (gCO2/MJ)

Gasóleo/Diésel C14,3H26,2 198,36 832 Liq, 15ºC 42,96 14,54 75,85 Gasolina super C7,36H11,19O0,015 100 751 Liq, 15ºC 40,98 14,05 79,04 Gas natural C1,3H4,25N0,014 18,05 0,81 g, 0ºC,

0,013MPa 48,9 16,80 56,33

Tabla 1.12.1. Propiedades de los combustibles

*RAC: Relación aire - combustible

Las reacciones de combustión teórica del gasóleo y gas natural con aire que

se supondrán son:

Reacción de combustión del gasóleo:

�\�,^��a,� + 20,85 (�� + 3,78 3�) → 14,3 �� + 13,1 �� + 78,813 3�

Reacción de combustión del gas natural:

�\,\^��,�b3c,c\� + 2,1925 (�� + 3,78 3�) → 1,13 �� + 2,125 �� + 8,294 3� Por tanto, en la combustión teórica del gasóleo se emiten 14,3 moles de CO2

por mol de combustible frente a los 1,13 que se emiten por mol de gas natural, comprobándose que, efectivamente, las emisiones por mol de combustible son 12,7 veces superiores con gasóleo que con gas natural.

Las reacciones de combustión teóricas de los hidrocarburos constituyentes del gas natural son las siguientes:


142

Metano: �� + 2(�� + 3,78 3�) → �� + 2 �� + 7,56 3�

Etano: ��a + 3,5(�� + 3,78 3�) → 2 �� + 3 �� + 13,23 3�

Propano: �^�d + 5(�� + 3,78 3�) → 3 �� + 4 �� + 18,9 3�

Butano: ��\c + 6,5(�� + 3,78 3�) → 4 �� + 5 �� + 24,57 3�

A partir de las reacciones de combustión teóricas del diesel y del gas natural (a partir de sus constituyentes) anteriores, las emisiones totales de CO2 son:

Emisiones de CO2 Unidad de volumen Unidad de energía Gas natural 2.220,67 (gCO2/Nm3 GN)

56,06 (gCO2/MJ GN)

Diesel 2.639,11 (gCO2/l diesel) 73,84 (gCO2/MJ diesel) Reducción de emisiones con GN

24%

Tabla 1.12.2. Emisiones teóricas del gas natural con respecto al diesel

Por tanto, se puede observar que la disminución de emisiones por utilizar

gas natural representa un 24% respecto a las emisiones con gasóleo por unidad de energía del combustible.

1.12.2. Comparativa de emisiones de CO2 para una flota de autobuses y turismos a GNC/Diesel

Datos de partida:

TURISMO AUTOBUSES UNIDADES Nº de vehículos 50 50 Vehículos Potencia nominal 69 240 kW Factor Utilización 14 14 % (ciclo urbano UE) Ce GN 260 240 g_GN/kWhmec Ce Diesel 250 265 g_diesel/kWhmec Tiempo servicio 10 16 Horas/día Tiempo anual 220 220 Días/año Volumen depósito rígido GNC

120 1.140

Litros

Volumen depósito rígido Diesel

58 280 Litros

Velocidad media 18 14 Km/h Tabla 1.12.3. Datos de partida para el cálculo de emisiones de CO2

Partiendo de los datos anteriores, a continuación se calcularán las emisiones anuales de dos flotas de autobuses y taxis a GNC o diesel, para ver de


143

qué orden es el ahorro anual de emisiones usando gas natural respecto a si se

usara diesel.

Cálculo de emisiones de CO2 por kWhmec:

Para determinar las emisiones de CO2 por kWhmec se aplicará la siguiente expresión:

e0WRW��R ��(`/N ℎ� �) = g h` ��Fi j · 1

>��"· 3,6 Fi

N ℎ

(Ec. 1.12.1.)

El valor de X será para el gas natural y el diesel, 56,07 y 73,84 g CO2/MJ,

respectivamente.

Aplicando la ecuación de emisiones resulta:

FLOTA DE TURISMOS FLOTA DE AUTOBUSES Gas Natural Diesel Gas Natural Diesel

713,258 791,143 657,498 838,561 g CO2/kWhmec Tabla 1.12.4. Emisiones de CO2 por kWhmec

Cálculo de emisiones de CO2 por km:

Las emisiones de CO2 por km se calculan mediante la siguiente ecuación:

e0WRW��R �� (`/N0) = g h` ��Fi j · 3,6 Fi

N ℎ · e��`í 0. �� UóRW/� (N ℎ)-./��0í (N0)

(Ec. 1.12.2.)

Los resultados obtenidos son:


382,780 424,580 1.577,990 2.012,554 g CO2/km Tabla 1.12.5. Emisiones de CO2 por km

Cálculo de las emisiones de CO2 anuales de la flota:

Se calculará de la siguiente manera:

e. �.�R = e. �� · @�. 0�� · I. R��M. �W�W� · I. R��M. �. · �º M�ℎ.· 1 /010a`

(Ec. 1.12.3.)

Con las siguientes unidades:

• Emisiones de CO2: g/km

• Velocidad media: km/h

• Tiempo servicio diario: h/día

• Tiempo servicio anual: días/año


144

Sustituyendo los datos en la ecuación anterior se obtienen los siguientes

resultados:

Emisiones anuales de la flota (tm CO2/año·flota)

Taxi Autobús Gas Natural 757,904 3.888,167 Diesel 840,668 4.958,933

Tabla 1.12.6. Emisiones anuales de la flota

Cálculo del ahorro anual de la flota:

Se halla mediante una simple diferencia:

-ℎ�� . = e0WRW��R 23 − e0WRW��R mW�R� (Ec.1.12.4.)

Ahorro anual (tm CO2/año·flota)

Taxi Autobús 82,764 1.070,766

Tabla 1.12.7. Ahorro anual de CO2

Cálculo del ahorro anual de la flota en tanto por ciento %:

% ℎ�� . = -ℎ�� .e0WRW��R mW�R� · 100

(Ec. 1.12.5)

% ℎ�� .:!o� = 9,8 %

% ℎ�� .p��ú� = 21,6 %

Resumen:

A continuación se muestra una tabla con todos los resultados:


713,258 791,143 657,498 838,561 g CO2/kWhmec 382,780 424,580 1.577,990 2.012,554 g CO2/km 757,904 840,668 3.888,167 4.958,933 tmCO2/año·flota

9,8 21,6 % Ahorro anual 82,764 1.070,766 Ahorro anual

tmCO2/año·flota Tabla 1.12.8. Resultados de consumos y ahorros de CO2 para una flota de autobuses y turismos


145

1.13. MARCO LEGAL

1.13.1. Especificaciones del Gas Natural como combustible de automoción

La homologación en cuanto a emisiones de los vehículos y motores alimentados de gas natural se realiza con diversos tipos de gases normalizados (GR, G23, G25, G20), para asegurarse de que el comportamiento del vehículo se mantiene dentro del rango de calidades del gas natural en Europa. Estos gases normalizados cubren rangos desde 86% hasta el 100% de metano, con diferentes proporciones de etano y N2.

Debido a que en España no existe una normativa específica que indique las características exigidas al gas natural de automoción, éstas deberán ajustarse a las

propiedades exigidas en el suministro de gas natural para otros usos.

La calidad del suministro del gas natural está regulada por el RD 1434/2002 de 27 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de gas natural y, en particular, en el Capítulo X del

Título III, sobre el suministro.

Los límites de calidad del gas natural en relación a su composición, poderes caloríficos y demás características de la calidad del producto, corresponden a los aplicables al gas del grupo H, segunda familia, de acuerdo con la clasificación de gases de la norma UNE-EN-437, y deberán cumplir los indicados en las normas de

Gestión Técnica del Sistema (NGTS).

Características del gas natural suministrado en España (UNE-EN-437)

Componente Unidad Valor límite Índice de Wobbe MJ/Nm3 45,7-54,7 Poder Calorífico Superior MJ/Nm3 35,4-42,4 Metano % vol 79-97 Etano (C2H6) % vol 0,1-11,4 Hidrocarburos superiores (Propano, butano, pentano, hexano)

% vol 0,12-5,0

Nitrógeno (N2) %vol 0,5-6,5 Dióxido de Carbono (CO2) %vol 0-1,5

Tabla 1.13.1. Características del gas natural suministrado en España

Además, el gas natural debe ser odorizado, de forma que cualquier fuga pueda ser detectada con facilidad por el olfato humano normal cuando exista una mezcla cuya concentración volumétrica sea un quinto de la correspondiente al

límite inferior de inflamabilidad.


146

En Europa, la Asociación europea para la Simplificación del Intercambio de Energía (EASEE) ha establecido unas normas más restringidas para la calidad del gas natural pero sólo hace referencia a la operabilidad general del gas

intercambiado y no a su aplicación en motores o turbinas:

Especificaciones de la EASEE para el gas natural

Componente Unidad Valor límite Índice de Wobbe MJ/Nm3 47 – 54 Densidad relativa m3/m3 0,555 – 0,70 Azufre total mg/Nm3 30 (máx) H2S + CO2+ RSH mg/Nm3 5 (máx) O2 % vol 0,01 (máx) CO2 % vol 2,5 (máx) Tª condensación agua ºC a 70 bar A -8 Tª condensación hidrocarburos

ºC a 70 bar A -2

Hidrógeno Insignificante Tabla 1.13.2. Especificaciones de la EASEE para el gas natural [67]

En otros países existen normativas más estrictas que van encaminadas a establecer una uniformidad de composición y evitar variaciones importantes en la emisión de contaminantes por causa de la naturaleza del combustible. Algunos ejemplos son la Norma Sueca SS 15 54 38 y la establecida en Usa por el California

air Resources Board.

La norma sueca establece dos tipos de gases en función del tipo de motores a los que se aplican: Tipo A para motores que no van equipados con el control por sonda Lambda y Tipo B para motores que sí van equipados con el control por

sonda Lambda.

Especificaciones de la Norma Sueca SS15 54 38

Componente Unidad Valor límite A Valor límite B Índice de Wobbe MJ/Nm3 44,7 – 46,4 43,9 – 47,3 Metano % vol 97 ± 1 97 ± 2 MON - > 130 (ISO 15403) > 130 (ISO 15403) Contenido en agua mg/Nm3 32 (máx) 32 (máx) Azufre mg/Nm3 23 (máx) 23 (máx) O2 % vol 1 (máx) 1 (máx) CO2 + O2 + N2 % vol 4 (máx) 5 (máx) NH3 mg/Nm3 20 (máx) 20 (máx)

Tabla 1.13.3. Especificaciones de la Norma Sueca SS15 54 38 [68]


147

Especificaciones impuestas por California Air Resources Board para el GNC de Automoción

Componente Proporción (% molar) Metano 88.0 (mín) Etano 6.0 (máx) C3 y superiores 3.0 (máx) C5 y superiores 0.2 (máx) Hidrógeno 0.1 (máx) Monóxido de carbono 0.1 (máx) Oxígeno 1.0 (máx) Gases inertes (CO2 + N2) 1.5 – 4.5

Tabla 1.13.4. Especificaciones del California Air Resources Board para el GNC de automoción [69]

Con el objeto de establecer una composición uniforme del gas natural a nivel mundial, para que pueda ser utilizado con plenas garantías por cualquier vehículo, se ha creado el Comité Técnico ISO TC193, que está desarrollando una normativa específica.

1.13.2. Marco legal para vehículos a Gas Natural

En primer lugar, se deben considerar los siguientes aspectos:

• Marco legal para la legalización de vehículos nuevos (antes de matriculación) y que utilicen GN como carburante.

• Marco legal para la legalización de vehículos usados y matriculados a los que se transforme para que trabajen a GN.

� Reglamento de Reformas de Importancia en Vehículos.

Para los dos casos es imprescindible el cumplimiento del Reglamento nº 110 y el Reglamento nº 115 de las Naciones Unidas y, que por consiguiente, se va a

explicar brevemente a continuación.

1.13.2.1. Reglamento nº110 de las Naciones Unidas. Anexo 109: Componentes y vehículos GNC

Este Reglamento de las Naciones Unidas, cuya fecha de entrada en vigor es el 29 de diciembre de 2000, hace referencia a las pruebas de todos los componentes que están en contacto con el gas: depósito de gas natural y tuberías.

Ámbito de aplicación El presente Reglamento se aplica:

• Parte I: A la homologación de los equipos especiales para la alimentación del motor de los vehículos con gas natural comprimido (GNC).


148

• Parte II: A la homologación de los vehículos en los que concierne a la instalación de un equipo especial de un tipo homologado para la

alimentación del motor con gas natural comprimido (GNC).

Definición y clasificación de componentes:

Los componentes del equipo para GNC destinados a ser utilizados en vehículos, deben estar clasificados en función de su presión máxima de

funcionamiento:

• Clase 0: Componentes de alta presión, incluidas las tuberías y racores que contienen el GNC a una presión superior a 3 MPa e inferior o igual a 26 MPa (30-260 bar).

• Clase 1: Componentes de media presión, incluidas las tuberías y racores que contienen el GNC a una presión superior a 450 kPa e inferior o igual a 3000 kPa (4,5-30 bar).

• Clase 2: Componentes de baja presión, incluidas las tuberías y racores que contienen el GNC a una presión superior a 20 kPa e inferior o igual a 450 kPa (0,2-4,5 bar).

• Clase 3: Componentes de media presión tales como las válvulas de seguridad o los elementos protegidos por una válvula de seguridad, incluidas las tuberías y los racores que contienen el GNC a una presión superior a 450 kPa e inferior o igual a 3000 kPa (4,5 – 30 bar).

• Clase 4: Componentes en contacto con el gas sometidos a una presión inferior a 20 kPa.

Un componente puede estar compuesto de varios elementos, cada uno de ellos clasificado individualmente desde el punto de vista de su presión máxima de

funcionamiento y de su función.

Homologación del equipo especial para la alimentación del motor de los vehículos con GNC Inscriptores:

Todos los componentes presentados a la homologación deberán llevar la marca de fábrica o comercial del fabricante así como la indicación del tipo y además para los más flexibles, el mes y año de fabricación; este marcado debe ser

bien legible e indeleble.

Asimismo, cada depósito debe llevar una placa de características, sobre la

que se incluirán de manera bien legible e indeleble las siguientes indicaciones:


149

• Número de serie

• Contenido en litros

• Marca “GNC”

• Presión de funcionamiento de ensayo en MPa

• Peso en kg

• Año y mes de la homologación

• Marca de homologación

Homologación:

Se atribuirá un número de homologación a cada tipo de componente o a cada tipo de componente multifuncional homologado. Las dos primeras cifras (actualmente 00 para el Reglamento en su forma original) indican la serie de enmiendas que corresponden a las más recientes modificaciones técnicas importantes aportadas al Reglamento en la fecha en la que se concede la

homologación.

Recipientes de alta presión para el almacenamiento a bordo de gas natural utilizado como carburante para los vehículos automóviles (anexo 3 del Reglamento) Ámbito de aplicación:

En este anexo se definen las prescripciones mínimas de los recipientes para gas recargables ligeros, que tengan una capacidad de agua superior a 20 l pero que no excedan de los 1000 l. Los recipientes pueden fabricarse en cualquier tipo de acero, de aluminio o de material no metálico, de cualquier tipo de concepción o método de fabricación apropiado a las condiciones de utilización especificadas. Los

recipientes cubiertos en este anexo están clasificados en la Clase 0.

Estos recipientes se designan de la siguiente manera:

• CNG-1: Recipiente metálico

• CNG-2: Liner metálico reforzado por un flamenco continuo impregnado de resina (bobinado sobre la parte cilíndrica).

• CNG-3: Liner metálico reforzado por un filamento continuo impregnado de resina (enteramente bobinado).

• CNG-4: Filamento continuo impregnado de resina con liner metálico

(todo composite).

El presente anexo toma como base una presión de servicio de 20 MPa (200 bar) a 15ºC para el gas natural utilizado como carburante, con una presión máxima


150

de llenado de 26 MPa (260 bar). Podrán utilizarse otras presiones de servicio,

multiplicando la presión por el factor (coeficiente) apropiado.

La duración de vida en servicio de los recipientes debe ser determinada por el fabricante y puede variar en función de las aplicaciones. El cálculo de la duración de vida en servicio de un recipiente está basado en 1000 llenados por año del recipiente y en al menos 15000 llenados. La duración de vida máxima en servicio debe de ser de 20 años.

Condiciones de utilización:

• Duración de vida en servicio: La duración de vida en servicio en la que los recipientes pueden ser utilizados con toda seguridad debe ser especificada por el diseñador del recipiente tomando como base las condiciones de utilización. La duración de vida en servicio máxima debe ser de 20 años.

• Recalificación periódica: El fabricante del recipiente debe suministrar recomendaciones para la recalificación periódica por inspección visual o ensayo durante la vida en servicio. Cada recipiente debe ser controlado visualmente como mínimo cada 36 meses y en cada nueva instalación, para verificar la ausencia de daños o el deterioro incluso de sus soportes.

• Recipientes implicados en colisiones: Los recipientes que hayan estado implicados en una colisión de vehículos deben ser sometidos a un nuevo control para un organismo autorizado por el fabricante, salvo indicación contraria por parte de la autoridad competente.

• Recipientes implicados en incendios: Los recipientes que hayan estado implicados en un incendio deben ser sometidos a un nuevo control por el organismo autorizado por el fabricante o rechazados y retirados del servicio.

• Presiones máximas: La presión del recipiente debe estar limitada a: � 20 MPa a una temperatura de 15ºC. � 26 MPa (260 bar) inmediatamente después del llenado, cualquiera

que sea la temperatura. � La presión máxima desarrollada no debería exceder de 26 MPa (260

bar). En consecuencia, en los lugares en los que la temperatura ambiente exceda de 30ºC durante el 10% de los días de un año, la presión de llenado deberá establecerse de manera que la presión desarrollada no exceda de 26 MPa a 65ºC (es decir, que convendrá limitar a 18 MPa la presión establecida a -40ºC).


151

• Número máximo de ciclos de llenado: Los recipientes estarán concebidos de manera que sean llenados a una presión estabilizada de 20 MPa (200 bar), a una temperatura estabilizada del gas de 15ºC, hasta 1000 veces por año, durante toda la duración de vida en servicio.

• Margen de temperaturas: � Temperatura del gas: La temperatura establecida del gas en los

recipientes podrá variar entre un mínimo de -40ºC a un máximo de 65ºC.

� Temperatura en los recipientes: La temperatura de os materiales que componen el recipiente podrán variar entre un mínimo de -40ºC a un máximo de +82ºC. Es posible que se alcance una temperatura localizada o de corta duración superior a 65ºC y que la temperatura del gas en el recipiente no exceda nunca de +64ºC, salvo en condiciones transitorias.

� Temperaturas transitorias: Las temperaturas desarrolladas por el gas durante el llenado y la descarga pueden exceder los límites de -40ºC hasta +65ºC.

• Superficies exteriores: Los recipientes no están concebidos para una exposición continua a los ataques mecánicos y químicos, por ejemplo desplazamientos de la carga que pueda transportarse en los vehículos o graves daños debidos a la abrasión a causa de las condiciones de la carretera y deben ser conformes a las normas de instalación definidas.

• Infiltración o fuga de gas: Los recipientes pueden situarse en lugares cerrados durante largos periodos de tiempo. La fuga de gas a través de la pared del recipiente (permeabilidad) o las fugas entre las ojivas de conexión y el liner deberán ser tomadas en consideración durante el diseño.

Prescripciones aplicables a todos los tipos de recipientes:

Los materiales deben corresponder a las condiciones especificadas en el apartado 5.3.2 de la normativa. El diseño no deberá poner en contacto materiales

incompatibles.

• Acero: Los aceros deben estar calmados al aluminio y/o al silicio y producidos predominantemente por un método que derive en una estructura de grano fino. La composición química de todos los aceros deberá declararse y estará definida como mínimo para: � Su contenido en carbono, magnesio, aluminio y silicio, en todos los

casos


152

� Su contenido en níquel, cromo, molibdeno, boro, vanadio y cualquier otro elemento de aleación que se agregue intencionadamente.

No se deberán sobrepasar los límites siguientes en el análisis de la colada:

Resistencia a la tracción < 950 MPa ≥ 950 MPa Azufre 0,020% 0,010% Fósforo 0,020% 0,020% Azufre y fósforo 0,030% 0,025%

Tabla 1.13.5. Condiciones de los recipientes

• Aluminio: Las aleaciones de aluminio deben ser definidas de acuerdo con los métodos de la Asociación del Aluminio para un sistema de aleación dado. El contenido máximo de impurezas de plomo y bismuto no debe exceder de 0,003% en todas las aleaciones de aluminio.

• Fibras: Los materiales de los filamentos que refuerzan la estructura deberán ser de fibra de vidrio, fibra de aramida o fibra de carbono.

Marcado:

En cada recipiente, el fabricante debe efectuar un marcado

permanentemente legible y debe incluir:

• Menciones obligatorias: 1. “CNG SOLO” en letras de 25 mm de altura como mínimo.

2. “NO UTILIZAR DESPUÉS DE XX/XXXX” en letras de 25 mm de altura

como mínimo indicando el mes y el año de expiración.

3. Identificación de la fabricación.

4. Identificación del recipiente (número de referencia aplicable y número de serie única para cada recipiente).

5. Presión de servicio y temperatura.

6. Número del Reglamento CEE, así como el tipo de recipiente y el

número de registro de certificación.

7. Las disposiciones y/o válvulas de protección contra las sobrepresiones que están cualificados para la utilización con el recipiente, o los medios que permitan obtener las informaciones relativas a los sistemas cualificados de protección contra el incendio.


153

8. En caso de utilización de etiquetas, todos los recipientes deben llevar un número de identificación única punzonado sobre una superficie metálica visible, a fin de permitir la identificación en caso de destrucción de la etiqueta.

• Menciones facultativas: Las informaciones facultativas siguientes podrán estar indicadas en una o varias etiquetas separadas:

1. Gama de temperaturas del gas, por ejemplo de -40ºC a 65ºC.

2. Capacidad nominal de agua del recipiente con dos palabras

significativas (por ejemplo; 120 litros).

3. Fecha del primer ensayo de presión (mes y año).

Los marcados deberán estar situados en el orden indicado pero su posición específica puede variar de acuerdo al espacio disponible de la etiqueta.

Prescripciones relativas a la marca “GNC” para vehículos de transporte público:

Figura 1.13.1. Marca “GNC”

Esta marca se presenta en la forma de una etiqueta en material resistente a la intemperie. Su función es la de informar el tipo de combustible que lleva el vehículo en cuestión.

Temperaturas de funcionamiento:

Compartimento motor

A bordo

Moderado -20ºC / +120ºC -20ºC / +85ºC Frío -40ºC / +120ºC -40ºC / +85ºC

Tabla 1.13.6. Temperaturas de funcionamiento

1.13.2.2. Reglamento Nº 115 de las Naciones Unidas Este reglamento, de fecha de entrada en vigor del 30 de octubre de 2003,

hace referencia a la integración de todos los componentes de GNC y GLP y a su

aplicación en un vehículo concreto.


154

Ámbito de aplicación Este Reglamento se aplica a:

• Parte I: Sistemas específicos de GLP de alimentación del motor, para ser instalados en los vehículos para el uso del GLP en su sistema de propulsión.

• Parte II: Sistemas específicos de GNC de alimentación del motor, para ser instalados en los vehículos para el uso del GNC en su sistema de propulsión.

Especificaciones de los sistemas de alimentación para GNC (apartado 6.2. del Reglamento)

Hace referencia a los requisitos técnicos y ecológicos (emisiones) para la instalación de equipos específicos para el uso del GNC en el sistema de propulsión

del vehículo.

En el citado apartado se hace mención a unos ratios de potencia y emisiones de CO2 del vehículo usando GNC respecto a los mismos valores usando gasóleo u otro derivado del petróleo. Dichos ratios han de figurar en un informe de características del tipo de sistema de alimentación a GNC, en el que además han de

figurar:

• Marca y modelo del equipo

• Tipo de motor

• Potencia

• Categoría del vehículo

Además, se presenta una tabla comparativa de la potencia y emisiones de CO2 del mismo vehículo usando GNC y gasóleo u otro derivado petrolífero. Este informe se encuentra en el ANEXO 1B del presente Reglamento.

En el ANEXO 2B se especifican los requisitos de formato de la marca de aprobación del sistema de alimentación a GNC y en ANEXO 3B se detalla una completa lista de todas las informaciones específicas necesarias, tales como números de identificación, tipos y características específicas; informaciones que han de poder ser facilitadas en caso de que se quiera instalar un sistema para la alimentación a GNC.

1.13.2.3. Reglamento de Reformas de Importancia La Orden CTE 3191/2002, de 5 de diciembre, tipifica nuevas reformas de

importancia y modifica los Anexos I y II del Real Decreto 736/1988 de 8 de julio, por el que se regula la tramitación de las reformas de importancia de los vehículos de carretera.


155

Por ello, las autoridades competentes de las comunidades autónomas, como responsables de la aplicación de esta disposición de alcance nacional, han estimado conveniente la elaboración de un Manual de Reformas homogéneo y de común aceptación, que sirva para informar al técnico encargado de revisar y/o tramitar la reforma de los criterios, procedimientos y requisitos que deben cumplirse para la

resolución positiva de la reforma.

Dicho manual está compuesto por 46 fichas, que se corresponden con cada

una de las 46 reformas tipificadas.

Todo lo que se detalla a continuación concierte al MANUAL DE REFORMAS DE IMPORTANCIA, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Revisión 2ª 16/06/2004. Por tanto, se detallarán aquellas reformas que afecten a un vehículo

matriculado Diesel o Gasolina que se transforme a GNC o GNL.

Reforma Nº4 Definición y descripción de la reforma:

• Definición: Modificación del sistema de alimentación de carburante que permita sustituir el que normalmente se emplea en el vehículo por otro de diferentes características o utilizar uno u otro indistintamente.

• Descripción: Incluye la transformación del tipo de combustible por otro líquido o gaseoso.

En este apartado hay que considerar lo que se entiende por tipo de motor y

si este cambio implica nuevo tipo de vehículo.

Definición de tipo de motor: los motores que no difieran entre sí en al

menos los siguientes aspectos esenciales:

• Principio de funcionamiento del motor (de explosión, encendido por compresión, eléctrico, mixto,…).

• Ciclo (2 ó 4 tiempos), cilindrada total, diámetro y carrera.

• Número y disposiciones de cilindros y número de válvulas.

• Presencia o no de un sistema sobrealimentador y tipo de éste si existe y refrigeración de la admisión.


156

Campo de aplicación:

Según las Directivas 70/156/CEE, 74/150/CEE y 92/61/CEE o en el Real Decreto 2140/198; los vehículos de carretera se clasifican en una serie de categorías en función de su uso, masa máxima autorizada (M.M.A.), número

máximo de pasajeros y características físicas.

Para el caso de taxis y autobuses, las categorías serán M1 y M3, respectivamente.

• M1: Vehículos destinados al transporte de personas que tengan 8 plazas como máximo sin incluir al conductor.

• M2: Vehículos destinados al transporte de personas que tengan más de 8 plazas sin incluir al conductor y cuya masa máxima autorizada exceda de 5 toneladas.

CATEGORÍAS

REFORMAS R-4 R-4 + R-44

N/M2/M3 X M1/N1 DERIVADO X

Tabla 1.13.7. Reformas de importancia

Reglamentación aplicable:

Para los vehículos M y N, en cuanto a las reformas para GNC (anexo XXX):

• Depósito de carburante (cilindros para GNC)

• Sistema de alimentación de carburante (sistemas de alimentación para GNC)

• Ruidos

• Emisiones ligeros

• Emisiones pesados

Documentación exigible:

1. Informe favorable del fabricante o de su representante debidamente acreditado o del Laboratorio oficial acreditado en España.

Se incluirán los siguientes datos:

• Características del gasificador

• Características de la unidad electrónica de control

• Ubicación del depósito

• Características del depósito

• Canalizaciones

• Válvulas


157

• Certificado del taller

2. Certificado del taller que hace la Reforma

Acompañado por el de un instalador autorizado específicamente para

cada uno de los combustibles alternativos.

3. Proyecto técnico y Certificado de ejecución de obra

• Ventilación y sello del espacio donde se ubica el depósito.

• Anclajes del depósito. Altura libre en el caso de depósitos situados en los bajos.

• Indicaciones sobre la eventual regulación del encendido y su efecto en la emisión de gases al operar con uno u otro combustible.

• Plano de montaje de la línea de alimentación según la Normativa.

• Seguridad. Cumplimiento con la reglamentación aplicable (Reglamento 110-GNC).

Inspección específica. Puntos a verificar:

• Soportes

• Conexiones del sistema de alimentación

• Línea de alimentación

• Ubicación de canalizaciones

• Ventilación

• Fugas

• Características del depósito

• Caducidad del depósito

• Características del gasificador

Normalización de la anotación de la Reforma en la Tarjeta ITV:

Figura 1.13.2. Normalización de la anotación en la Tarjeta ITV


158

Restitución (volver a las características originales del vehículo antes de la Reforma en cuestión):

Se considerará como una Reforma Nº4

Observaciones:

Queda prohibido el empleo de recipientes que contentan mezclas comerciales de butano-propano para uso industrial o doméstico.

Conviene tener en cuenta que no existen restricciones para la utilización de

distintos de los destinados al servicio público.

1.13.3. Temas complementarios

1.13.3.1. Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos (RD 919/2006)

Las instalaciones que posibilitan la distribución de los gases combustibles desde las redes de transporte, en el caso de los canalizados, o desde los centros de producción o almacenamiento, en los demás casos, hasta los locales y equipos o aparatos de consumo, se encuentran sometidas a un conjunto reglamentario

disperso en el tiempo, en la forma y en la técnica.

La Constitución Española, así como el Acta de Adhesión a la Comunidad Económica Europea (hoy Unión Europea) establecieron los dos grandes marcos legales básicos que sustentan el posterior desarrollo normativo en nuestro país, dentro del cual, como no podría ser de otra forma, se encuentra la actividad económica y, en particular, la reglamentación relativa a la seguridad de

instalaciones y productos.

Así, la Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria, estableció el nuevo marco jurídico en el que se desenvuelve la reglamentación sobre seguridad industrial. El apartado 5 de su artículo 12 señala que «los reglamentos de seguridad industrial de ámbito estatal se aprobarán por el Gobierno de la Nación, sin perjuicio de que las Comunidades Autónomas, con competencia legislativa sobre industria, puedan introducir requisitos adicionales sobre las mismas materias cuando se trate de instalaciones radicadas en su territorio».

Por otra parte, la Ley 34/1998, de 7 de octubre, del sector de hidrocarburos, modificada por la Ley 24/2005, de 18 de noviembre, de reformas para el impulso de la productividad, no sólo se ocupa de la regulación económica, con criterios liberalizadores, de dicho sector, sino que también realiza continuas referencias a las condiciones de seguridad que deben reunir las instalaciones y, en particular, asigna a los distribuidores la responsabilidad de realizar la inspección de las instalaciones receptoras de gases combustibles por canalización. Asimismo, mediante su disposición transitoria segunda, mantiene en vigor las disposiciones


159

reglamentarias aplicables en materias que constituyen su objeto, en tanto no se dicten las disposiciones de desarrollo de la propia Ley, lo que afecta, entre otros, al Reglamento de servicio público de gases combustibles y al Reglamento de la actividad de distribución de gases licuados del petróleo, los cuales establecieron el régimen de revisiones e inspecciones de las instalaciones receptoras, que es

preciso revisar.

La normalización del sector que, de manera difícilmente explicable, se encontraba muy poco desarrollada, ha avanzado considerablemente en los últimos años, lo que permite disponer de instrumentos técnicos, con un alto grado de consenso previo, incluso a escala internacional y, en particular, al nivel europeo –plasmado en las normas europeas EN de las que son fiel transposición numerosas normas UNE españolas– y, por lo tanto, en sintonía con lo aplicado en los países

más avanzados.

El reglamento aprovecha dichas normas como referencia, en la medida que se trate de prescripciones o recomendaciones de carácter eminentemente técnico y, especialmente cuando tratan de características de los materiales.

No constituyen por ello unos documentos obligatorios, pero sí forman parte de un conjunto homogéneo redactado para dar un marco de referencia en los aspectos de seguridad, además de facilitar la ejecución sistematizada de las instalaciones y los intercambios comerciales y permitir la puesta al día de manera

continua.

En efecto, a fin de facilitar su puesta al día, en el texto de las denominadas instrucciones técnicas complementarias (ITCs) únicamente se citan dichas normas por sus números de referencia, sin el año de edición. En una instrucción a tal propósito se recoge toda la lista de las normas, esta vez con el año de edición, a fin de que, cuando aparezcan nuevas versiones se puedan hacer los respectivos cambios en dicha lista, quedando automáticamente actualizadas en el texto dispositivo, sin necesidad de otra intervención. En ese momento también se pueden establecer los plazos para la transición entre las versiones, de tal manera que los fabricantes y distribuidores de equipos y materiales puedan dar salida en un tiempo razonable a los productos fabricados de acuerdo con la versión de la

norma anulada.

En línea con la reglamentación europea, se considera que las prescripciones establecidas por el propio reglamento alcanzan los objetivos mínimos de seguridad exigibles en cada momento, de acuerdo con el estado de la técnica, pero también se admiten otras ejecuciones cuya equivalencia con dichos niveles de seguridad se

demuestre por el diseñador de la instalación.

Asimismo, el reglamento que ahora se aprueba permite que se puedan conceder excepciones a sus prescripciones en los casos en que se justifique


160

debidamente su imposibilidad material y se aporten medidas compensatorias, lo

que evitará que se produzcan situaciones sin salida.

Las figuras de instaladores y empresas instaladoras no varían sustancialmente en relación con las ya existentes, si bien la realización de tareas específicas, de especial sensibilidad, han hecho aconsejable la determinación

especial de las características de las personas que deben ejecutarlas.

Para la ejecución y puesta en servicio de las instalaciones se requiere en todos los casos la elaboración de una documentación técnica, en forma de proyecto o memoria, según las características de aquéllas, y su comunicación a la Administración.

Se exige la entrega al titular de una instalación de una documentación donde se reflejen sus características fundamentales, trazado, instrucciones y precauciones de uso, etc. Carecía de sentido no proceder de esta manera con la instalación de un inmueble, mientras se proporciona sistemáticamente un libro de instrucciones con cualquier aparato.

Se establece un cuadro de inspecciones, a realizar de acuerdo con lo prescrito por la Ley 34/1998, de 7 de octubre, que se complementa con revisiones, en las instalaciones donde dicha Ley no confía esa misión al distribuidor, sin obviar que los titulares de las mismas deben mantenerlas en buen estado, mediante adecuado mantenimiento y controles periódicos.

Finalmente, se encarga al órgano directivo competente en materia de seguridad industrial del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio la elaboración de una Guía, como ayuda a los distintos agentes afectados para la

mejor comprensión de las prescripciones reglamentarias.

Todo ello se concreta en una estructura reglamentaria en forma de reglamento básico, que contiene las reglas generales de tipo fundamentalmente administrativo, y 11 instrucciones técnicas complementarias (abreviadamente «ITCs»), una por cada una de las parcelas reglamentarias anteriores que ahora se sustituyen, más una ITC destinada a la lista de normas de referencia, relativas a los aspectos más técnicos y de desarrollo de las previsiones establecidas en el reglamento, de tal manera que el conjunto evidencia coherencia normativa y, al tiempo, facilita su puesta al día.

Este real decreto ha sido comunicado en su fase de proyecto a la Comisión Europea y a los demás Estados miembros en cumplimiento de lo prescrito por el Real Decreto 1337/1999, de 31 de julio, por el que se regula la remisión de información en materia de normas y reglamentaciones técnicas y reglamentos relativos a los servicios de la sociedad de la información, de aplicación de la

Directiva del Consejo 98/34/CE.


161

El presente Reglamento, que se enmarca en los ámbitos establecidos por la Ley 34/1998 de 7 de octubre, del sector de hidrocarburos, y por la Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria, tiene por objeto establecer las condiciones de combustibles gaseosos y aparatos de gas, con la finalidad de preservar la seguridad

de las personas y los bienes.

Las Prescripciones de este reglamento se aplicarán con carácter general a todas las instalaciones incluidas en su campo de aplicación, y con carácter específico las contenidas en las respectivas Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC), para cada tipo de instalaciones.

1.13.3.2. ITC-ICG 05. Estaciones de servicio para vehículos a gas

Objeto La presente Instrucción Técnica Complementaria tiene por objeto fijar los

requisitos técnicos esenciales y las medidas de seguridad mínimas que deben observarse al proyectar, construir y explotar las instalaciones de almacenamiento y suministro de gas licuado del petróleo (GLP) a granel o de gas natural

comprimido (GNC) para su utilización como carburante para vehículos a motor.

Campo de aplicación Las disposiciones de la presente ITC se aplicarán a las estaciones de servicio

de nueva construcción, así como a las ampliaciones de las existentes tanto para las de acceso libre como las de acceso restringido.

Se entiende por estación de servicio de acceso restringido aquellas a las que sólo tienen acceso un número limitado de personas y que han recibido formación específica bajo la responsabilidad del titular de la estación. Todas las demás serán

de acceso libre.

Diseño y ejecución de la instalación El diseño, construcción, montaje y explotación de las estaciones de servicio

de GNC cumplirá con lo establecido en la norma UNE 60631-1.

Documentación y puesta en servicio Autorización administrativa:

No se requiere Autorización Administrativa previa.

Documentación técnica:

La construcción de la estación de servicio precisará de proyecto, elaborado

por técnico facultativo competente que incluirá, como mínimo, lo siguiente:

• Objeto del proyecto. • Ubicación y propiedad. • Autor del proyecto.


162

• Titular de la instalación • Reglamentación que se aplica. • Descripción, planos y cálculos justificativos de la instalación. • Planos de detalle. • Diagramas de flujo, de conexión y del circuito eléctrico. • Pruebas y ensayos a efectuar. • Funcionamiento de la instalación. • Explotación de la instalación. • Mantenimiento y revisión de la instalación. • Documentación relativa a la seguridad y planes de emergencia. • Presupuesto general.

Ejecución:

La construcción de la instalación de gas de la estación de servicio deberá ser realizada por una empresa instaladora de gas. El resto de la instalación se realizará bajo la responsabilidad del titular de la estación de servicio.

Pruebas previas:

Finalizadas las obras y el montaje de la instalación, y previa a su puesta en servicio, la empresa instaladora que la ha ejecutado, bajo la supervisión del director de obra, realizará las pruebas previstas en la norma UNE 60631-1.

Certificados:

Una vez finalizada la instalación y realizadas, en su caso, las pruebas e inspecciones previas a la puesta en servicio con resultado favorable, deberán emitirse los siguientes documentos o certificados:

• La Empresa responsable de la ejecución, emitirá un Certificado de Instalación, en el que se hará constar que la misma se realizado de conformidad con lo establecido en el Reglamento y sus ITC y de acuerdo con la documentación técnica.

• El Director de Obra emitirán el correspondiente Certificado de Dirección de obra en las instalaciones que requieran proyecto. En él se hará constar que la misma se ha realizado siguiendo el Proyecto inicial.

• Cuando la ITC correspondiente lo requiera, el Organismo de Control que realice la inspección emitirá un Certificado de inspección.

Puesta en Servicio:

Una vez expedido el certificado de inspección, la instalación se considerará en disposición de servicio, momento en que el titular de la misma podrá ponerse


163

en contacto con el comercializador o el distribuidor para solicitar el primer

suministro a la instalación.

Comunicación a la Administración:

En un plazo de 15 días hábiles desde la puesta en servicio de la instalación, el titular deberá entregar por duplicado ante el órgano competente de la

Comunidad Autónoma la siguiente documentación:

• Certificado de instalación,

• Fecha en que el distribuidor ha realizado el primer suministro.

• Certificado de inspección.

• Proyecto constructivo de la instalación.

• Certificado de dirección de obra.

• Plan de Mantenimiento, bien sea a través de contrato externo o por medios propios.

Mantenimiento y revisiones periódicas El mantenimiento y las revisiones periódicas de las estaciones de servicio se

realizarán de acuerdo con las disposiciones de la norma UNE 60631-1.

El titular de la estación de servicio es el responsable de que las instalaciones incluidas en la misma se encuentren en todo momento en perfectas condiciones de funcionamiento y conservación, para lo cual deberá efectuar periódicamente y por medio del personal de explotación las comprobaciones y verificaciones necesarias para conocer en todo momento el estado de la instalación. El titular de la estación de servicio será responsable de solicitar cada cinco años la realización de la revisión periódica de la instalación a un organismo de control, que emitirá el

correspondiente certificado de revisión.

Deberán sustituirse todas las mangueras de suministro de carburante a los vehículos al menos cada cinco años. En cada estación de servicio existirá un Libro de Mantenimiento o un archivo documental con las actas de todas las operaciones realizadas, que deberá poder ser consultado por el órgano administrativo competente cuando éste lo considere conveniente, que estará en poder del titular de la estación. Todas las intervenciones sobre las instalaciones deberán registrarse en el Libro de Mantenimiento de la instalación o archivo documental. Éste indicará la fecha, persona e intervención realizada. Cada intervención deberá ser firmada

por la persona que la realice y por el titular de la instalación.

1.13.3.3. NORMA UNE 60631-1 La Norma UNE 60631-1 especifica los requisitos que se deben cumplir en

una Estación de Servicio de GNC.

En él se especifican tanto los requisitos de diseño y construcción así como

las condiciones y distancias de seguridad del emplazamiento.


164

También, la clasificación de zonas a efectos de protección en atmósferas potencialmente explosivas y las limitaciones y medidas de seguridad en dichas

zonas se regirá según esta norma.

Asimismo, se especifican las medidas de protección contra incendios, las pruebas y puesta en servicio, así como la explotación y el mantenimiento y pruebas

periódicas.

1.13.3.4. REAL DECRETO 283/2001, de 16 de marzo El presente Real Decreto modifica determinados artículos del Reglamento

del Impuesto sobre Sociedades en materia de deducción por inversiones destinadas a la protección del medio ambiente.

Artículo 40 Los sujetos podrán deducir de la cuota íntegra el 10% del importe de las

inversiones realizadas en elementos destinados a la protección del medio ambiente consistente en instalaciones que tengan por objeto alguna de las siguientes finalidades:

• Evitar o reducir la contaminación atmosférica procedente de las instalaciones industriales.

• Evitar o reducir la carga contaminante que se vierta a las aguas superficiales, subterráneas y marinas.

• Favorecer la reducción, recuperación o tratamientos correctos desde el punto de vista medioambiental de residuos industriales.

Artículo 41 Ámbito de aplicación: vehículos industriales o comerciales de transporte

por carretera.

La deducción anterior se aplicará también para vehículos industriales o comerciales de transporte por carretera nuevos y que, tratándose de vehículos con motor diesel o con motor de encendido por chispa alimentado con gas natural o licuado cumplan con los requisitos de emisiones establecidos por la Directiva

88/77/CEE.

A estos efectos, se considerarán vehículos industriales o comerciales:

• Aquellos vehículos que en el anexo II del Real Decreto 2822/1998, de 23 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento General de Vehículos, define como camiones, furgones y furgonetas; autobuses o autocares, articulados o no, incluidos los de dos pisos; vehículos acondicionados y mixtos adaptables, así como tractocamiones.


165

• Las inversiones en tractocamiones que se lleven a cabo conjuntamente con su correspondiente semirremolque, ya sea simultáneamente o a lo largo del mismo periodo impositivo, tendrán la consideración en su conjunto de vehículos industriales a los efectos de aplicar la deducción a que se refiere este título.

• Los turismos destinados al servicio público de viajeros provistos de taxímetro.

• Los automóviles acondicionados para el transporte de personas enfermas o accidentadas.

Artículo 44 Base de deducción por adquisición de vehículos industriales o comerciales

de transporte por carretera.

En los supuestos contemplados en el artículo 41 de este Reglamento, la base de cálculo de la deducción será el resultado de aplicar al precio de adquisición del

vehículo el porcentaje que, de entre los siguientes corresponda:

• El 45% para camiones, vehículos acondicionados y mixtos adaptables y tractocamiones.

• El 40% para tractocamiones, así como su correspondiente semirremolque cuando se adquiera conjuntamente con aquél o dentro del mismo periodo impositivo.

• El 34% para autobuses y el resto de vehículos de transporte por carretera.

Dichos porcentajes se incrementarán en 45 puntos porcentuales cuando se trate de vehículos que cumplan, como mínimos, los valores límite de emisiones

siguientes:

• Los que se establezcan en la fila A de las tablas del apartado 6.2.1 del anexo I de la directiva 88/77/CEE, modificada por la Directiva 99/96/CEE, de 13 de diciembre de 1999, cuando se trate de vehículos adquiridos antes del 1 de octubre de 1001.

• Los que se establecen en la fila B1 de dichas tablas, cuando se trate de vehículos adquiridos a partir e 1 de octubre de 1001 y antes de 1 de octubre de 2006.


166

• Los que se establecen en la fila B2 de dichas tablas, cuando se trate de vehículos adquiridos a partir de 1 de octubre de 2006 y antes de 1 de

octubre de 2009.

1.13.3.5. Normativa europea La normativa aplicable en Europa para el empleo del gas natural en

vehículos ha sido establecida a través de diversas directivas elaboradas por la Comisión, además de otras normas desarrolladas o en fase de desarrollo por parte del CEN (Comité europeo de Normalización) y por la ISO (Organización

Internacional de Normalización).

En cuanto a las Directivas Comunitarias es necesario tener en cuenta todas las relativas a emisiones de vehículos ligeros (70/220/EEC y posteriores) y vehículos pesados (88/77/EEC y posteriores), potencia del motor, consumo de combustible y emisiones de CO2, además de las relativas a los equipamientos de los

vehículos de GNC (ECE R110) y a las transformaciones de vehículos (ECE R115).

Para que el mercado del gas natural en vehículos se desarrolle adecuadamente en Europa es preciso que los vehículos puedan ser usados sin limitaciones en todo el continente. Esto incluye una manera cómoda y segura de llenar el depósito del vehículo en cualquier lugar y momento. Para ello, es necesaria la instalación de una amplia red de estaciones de servicio. Los fundamentos técnicos para esta red están siendo establecidos por el Comité Técnico 326 del CEN. De hecho, ya se han desarrollado unas normas (EN 13683 y EN 13945) relativas a las estaciones de servicio y sus instalaciones están siendo

ampliamente aplicadas a nivel mundial.

Las normativas desarrolladas deberán ser compatibles con otras directivas europeas, como la 97/23/EC (Aparatos a presión), la 2006/42/EC (Directiva de

Máquinas) y la 94/9/EC (Protección contra explosiones).

Los objetivos principales de la CEN en este campo son:

• Elaborar las normas para el suministro de gas natural comprimido a los vehículos, como pueden ser las estaciones de servicio, los equipos de llenado del depósito y las condiciones de operación.

• Coordinar e integrar dentro de CEN e ISO otros proyectos de normalización.

• Evaluar las nuevas tecnologías de uso de gas natural en los vehículos e integración en el programa de trabajo.

La normalización a nivel mundial del uso de gas natural en vehículos está dividida en diferentes comités CEN e ISO. Cada uno de los comités está haciendo su


167

contribución particular al desarrollo del nuevo sector. Además, se está llevando a

cabo una coordinación entre ambas entidades para no duplicar los trabajos.

La CEN está desarrollando los aspectos relacionados con la infraestructura (instalaciones de repostaje) mientras que el grupo ISO/TC 22/SC 25 está relacionado con las tecnologías de vehículos. El modelo europeo de estaciones de servicio tiene una posición líder a nivel mundial mientras que en el caso de los componentes de los vehículos la tecnología está más dispersa a nivel mundial.

El Comité Técnico 326 del CEN se encarga de desarrollar las normas relativas a las instalaciones de GNC para vehículos en la UE. Incluye diferentes grupos de trabajo (WG) que desarrollan las normativas europeas siguientes:

• WG1: Requisitos de seguridad en las instalaciones de repostaje.

• WG2: Sistemas de alimentación de gas natural en el vehículo.

• WG3: Requisitos de seguridad en las operaciones con gas natural.

Por otro lado, el Comité Técnico 282 del CEN desarrolla las normas para los

sistemas de almacenamiento del GNL a pequeña escala.

En cuanto a las normas ISO, existen tres grupos destacados:

• ISO TC22/SC25: Tecnologías de los vehículos.

• ISO TC58/SC3: Depósitos de gas en el vehículo.

• ISO TC193: Composición del gas natural.

Y entre las normas ya publicadas:

• ISO/DIS 11439: Cilindros a alta presión para el almacenaje a bordo de gas natural como combustible para vehículos.

• ISO/TR 15403: Calidad del gas natural para uso como carburante.

• ISO 15500: Componentes del sistema de alimentación de GNC.

• ISO/DIS 15501: Requisitos de seguridad y métodos de ensayo para los sistemas de alimentación de GNC.

• ISO 14469: Sistemas de conexión para el llenado de depósitos de GNC.

• ISO/DIS 19078: Inspección de depósitos de GNC en el vehículo.

1.13.3.6. Otras normativas Además de las normativas anteriores, se deberán tener en cuenta las

siguientes:

• Como instalación con equipos a presión (recipientes a presión, extintores,…), RD 769/1999 que traspone la Directiva 97/23/CEE sobre equipos a presión, en lo referente a su diseño, fabricación y conformidad de los equipos y RD 1244/1979 Reglamento de aparatos a presión en lo no contemplado por el anterior.


168

• Como instalación con aparatos eléctricos en baja tensión en atmósferas potencialmente explosivas, Reglamento de baja tensión (RD 842/2002) e ITC-BT-29.

• Como instalación con compresores, RD 1435/1992 que traspone la Directiva 89/392/CEE sobre máquinas.

• Para la parte de la instalación de gas a presión menor de 16 bar (RD 919/2006): � ITC-ICG 07 Instalaciones receptoras de combustibles gaseosos

� UNE 60620 y/o UNE 60670


169

1.14. MITOS Y REALIDADES DEL GNC Mito 1: Existen menos reservas de gas natural que de petróleo

Realidad 1: Según la Agencia Internacional de la Energía, las reservas de gas natural se estiman en 60 años, mientras que las del petróleo, en 40 años.

Los descubrimientos recientes indican que el gas natural es mucho más abundante que lo que se estimaba hace una década. De hecho, sobrepasan los

incrementos de consumo. Las reservas son revisadas continuamente al alza.

El gas natural es el único combustible fósil a base de hidrocarburos que puede llevar la delantera tanto en el proceso de descarbonización como en la reducción de los impactos adversos que el uso de los combustibles fósiles tiene en

el medio ambiente y en la salud humana.

Por tanto, no es desmesurado considerar el gas natural como la energía del siglo XXI, tanto por su bajo contenido en carbono, por el ser el más limpio y menos contaminante de todas las energías basadas en el carbono y por su alta eficiencia

de conversión.

Mito 2: Los autobuses de GNC emiten la misma cantidad de partículas que los autobuses de diesel

Realidad 2: Los autobuses de GNC no emiten partículas u hollín negro visible del tubo de escape. En pruebas con el dinamómetro realizadas por la Universidad de West Virginia, se demostró que los autobuses de GNC emiten

considerablemente menos partículas que los autobuses de diesel.

Por ejemplo, en pruebas realizadas con autobuses comerciales en Colorado, se demostró una reducción del 97% en partículas y una reducción del 58% en óxido de nitrógeno en autobuses circulando a base de GNC en vez de diesel. Nótese que la cantidad traza de partículas asociada con el GNC generalmente se atribuye a

consumo de aceite lubricante en el cárter del motor, no al combustible.

Mito 3: Los autobuses de GNC emiten más partículas ultra-finas que los autobuses diesel

Realidad 3: A pesar de que los autobuses de GNC emiten más del 90% menos de masa de partículas que los convencionales de diesel, las partículas que se emiten pueden ser de menor tamaño. Sin embargo, los primeros estudios que han comparado el GNC con las partículas de diesel han arrojado conclusiones contradictorias. Se están desarrollando técnicas para medir mejor la distribución de los tamaños de partículas y comprender cómo afectan los procedimientos de pruebas a esa distribución.


170

Mito 4: Los autobuses urbanos de GNC producen más gases de invernadero que los autobuses de diesel porque emiten más metano, que es un gas de invernadero 20 veces más fuerte que el dióxido de carbono

Realidad 4: El gas natural de por sí tiene menores emisiones de dióxido de carbono que el diesel. Considerando el ciclo de vida total de combustible de ambos, diesel y GNC, incluyendo las emisiones producidas durante la producción, el transporte, distribución y consumo de combustible, los autobuses de GNC parecen tener el total de emisiones de gas invernadero muy semejantes, si no ligeramente mejores que las de los autobuses de diesel, a pesar de emitir niveles más altos de

metano.

Mito 5: Los autobuses de GNC son mucho más costosos que los autobuses de diesel

Realidad 5: Los autobuses de GNC cuestan aproximadamente un 25% más que un autobús convencional diesel (dependiendo del modelo y cualquier equipo especial que pudiera ordenarse), pero el combustible GNC cuesta menos que el combustible diesel. Mayores ahorros en el costo del combustible podrían brindar retribuciones aún más pronto.

Mito 6: La tecnología avanzada para el control de emisiones de los motores diesel hará que los autobuses de GNC sean innecesarios

Realidad 6: Las emisiones de los motores diesel de los autobuses nuevos han mejorado muy significativamente en los últimos 10 años, siendo la mayoría de la ganancia producto del diseño mejorado del motor. En el futuro, es casi seguro que los motores diesel tendrán que depender de dispositivos para control de emisiones con el fin de reducir aún más las emisiones. Sin embargo, la durabilidad de estos dispositivos para controlar emisiones que se usen en autobuses de diesel e híbridos de diesel depende en gran parte de la calidad del combustible que se está utilizando. En caso de que estos dispositivos se degraden al envejecer y acumular kilómetros, las emisiones futuras serán mucho mayores… similares a las de las antiguas flotas de gasolina que todavía rondan nuestras carreteras hoy en

día.

Asimismo, los autobuses de diesel emiten sustancias tóxicas (como el benceno y el 1,3 butadieno) y los autobuses de GNC no. En base en las pruebas disponibles actualmente, parece que los autobuses de GNC siempre tendrán ventajas en cuanto a partículas y emisiones tóxicas en comparación con los autobuses de diesel porque la combustión de gas natural de por sí produce niveles más bajos de estas

emisiones.


171

Mito 7: La disponibilidad de sistemas de autobuses de combustible diesel ultra bajo en azufre y diesel híbrido-eléctrico anulará las ventajas de las emisiones de los autobuses de GNC

Realidad 7: Las pruebas de autobuses híbridos prototipo utilizando tecnologías avanzadas de control de emisiones y combustible diesel experimental ultra bajo en azufre han mostrado niveles de emisiones de partículas parecidos a los motores de gas natural, que necesitan solamente una cantidad mínima de control de emisiones del escape. Sin embargo, las emisiones de NOx de esto autobuses eran más altas que las de los autobuses de GNC. Además, el combustible de diesel especial requerido, si estos sistemas de control de emisiones han de funcionar adecuadamente en motores diesel, presumiblemente no estará disponible comercialmente en todo el país hasta dentro de cinco años o más (y para entonces costará más que el combustible diesel convencional). Además, con el uso de combustible diesel ultra bajo en azufre, los dispositivos de control de emisiones del gas natural muy probablemente serán más económicos y duradero que los diseñados para motores diesel simplemente porque de por sí hay menos NOx y partículas que controlar con el gas natural y también debido a que el gas natural tiene menos contaminantes que degraden estos dispositivos.

Mito 8: Los tanques del combustible de los autobuses de GNC tienden a explotar

Realidad 8: La tecnología para fabricar tanques de GNC es muy conocida y madura. En caso de una colisión vehicular, los tanques de combustible de GNC son mucho más fuertes y seguros que los de diesel o gasolina debido a que se fabrican y prueban de acuerdo con normas muy estrictas. En los pocos casos en que hubo fallos en tanques de GNC se estudiaron cuidadosamente los problemas, mayormente relacionados con el fallo del cinturón de soporte o abrasión del tanque durante la operación normal y ya se han remediado.

Mito 9: Los autobuses de GNC no son seguros

Realidad 9: Los autobuses de GNC presentan inquietudes de seguridad diferentes a los autobuses de combustible diesel, pero en términos generales, no hay pruebas de que los autobuses de GNC presenten un riesgo mayor de incendio o explosión que los autobuses de diesel. Los autobuses de gas natural tienen detectores de gas en el interior, y otros equipos de seguridad diseñados

especialmente para garantizar una operación segura.

Mito 10: El GNV daña las culatas

Realidad 10: Antiguamente se utilizaban repuestos no preparados para su utilización con el gas natural, como válvulas y asientos sin ningún tipo de aleación y tratamiento térmico para soportar altas temperaturas. Sin embargo, actualmente se utilizan válvulas de escape originales o de sodio y asientos con alto contenido en


172

níquel por su buena capacidad de disipación de calor, alta resistencia al molibdeno y por su buena resistencia al desgaste. Gracias a ello, los vehículos ya no presentan

este tipo de problemas.

Mito 11: Los talleres de mantenimiento de autobuses de GNC y los lugares de reabastecimiento de combustible son más peligrosos que los lugares de diesel

Realidad 11: No hay pruebas que apoyen esta afirmación. Tanto el gas natural como el diesel son combustibles inflamables, por eso sirven como combustible. Cada uno exige que quienes lo manipulen utilicen equipos de seguridad y protección contraincendios diseñados específicamente para el tipo de

combustible en particular.

Sin embargo, las instalaciones de autobuses diesel normalmente almacenan cantidades mucho mayores de combustible que las instalaciones de GNC (por lo general, 378 mil litros o más en grandes tanques subterráneos mientras que de GNC tan sólo 1.900 litros).

La contaminación de la tierra por tanques de diesel con fugas es otra inquietud que no enfrentan las instalaciones de GNC.

Mito 12: Los vapores del gas natural son tóxicos si se respiran

Realidad 12: Los vapores de gas natural (que podrían escapar en caso de una fuga) carecen de olor y no son tóxicos si se respiran. El olor del gas natural que conocemos en realidad es un odorante añadido al gas como medida de seguridad. Sin embargo, los vapores de la gasolina y el diesel sí contienen tóxicos que son peligrosos si se ingieren o respiran. Cualquier vapor de combustible que se acumule en un espacio cerrado puede ocasionar la asfixia.

Mito 13: El GNL puede arder fácilmente

Realidad 13: Para que el GNL arda, deben producirse simultáneamente tres condiciones: que se vaporice, que se mezcle con el aire en una proporción

determinada y que se encuentre próxima una fuente de ignición.

Además, los vapores de gas natural no arden rápidamente como la gasolina, sino que forman una llama que arde de forma suave y lenta desde la fuente de

vapor de gas natural.

En cuanto a su temperatura de autoignición, es del orden de 904 ºC, lo cual es un valor muy elevado si se compara con otros combustibles como el etanol (693

ºC), metanol (767ºC) o la gasolina (395 ºC).


173

Mito 14: La tecnología de híbridos enviará a los autobuses de GNC a la obsolescencia

Realidad 14: Los autobuses de GNC hoy proporcionan mayores beneficios de emisiones que los autobuses de diesel híbridos utilizando combustible ultra bajo en azufre, a un costo mucho menor (como resultado del menor costo incremental del autobús y el menor precio del gas natural). Los motores de GNC pueden usarse en aplicaciones híbridas, así como motores diesel, con reducciones

semejantes en consumo de combustible y aún menores emisiones.

Mito 15: Los motores de GNC serán demasiado costosos para usarlos en autobuses híbridos

Realidad 15: A pesar de que los tanques para GNC son más costosos que los tanques de combustible diesel, se necesitan menos en una aplicación híbrida. Además, los controles de emisiones necesarios para cumplir con futuras normas de emisiones probablemente costarán menos para los motores de GNC que los de diesel. Más aún, el GNC es más económico que el combustible de diesel ultra bajo en azufre necesario para los dispositivos avanzados de control de emisiones para motores de diesel. Si analizamos los costos basados en su ciclo de vida, es probable que los autobuses híbridos de GNC resulten competitivos en costos con los

autobuses híbridos de diesel.

Mito 16: Es más sencillo el mantenimiento de autobuses diesel que de GNC y el personal de mantenimiento no requiere capacitación especial

Realidad 16: Los mecánicos deben tener muchas habilidades para dar mantenimiento a los dos tipos de autobuses. Deben estar familiarizados con las propiedades de cada tipo de combustible y deben recibir la capacitación correspondiente a cada sistema (de la misma manera que los mecánicos de diesel deben tener capacitación distinta a la de quienes trabajan solamente con vehículos de gasolina). Los sistemas de tecnología avanzada de propulsión por diesel, como los sistemas híbridos-eléctricos de diesel y los sistemas de control de emisiones del escape, necesarios para lograr reducciones significativas en las emisiones de motores diesel, son mucho más complejos que los trenes estándar accionados por diesel Estos sistemas de tecnología avanzada requerirán capacitación especial, herramientas y equipos de pruebas muy superiores a los que se requiere de los mecánicos de autobuses regulares de diesel o GNC.

Mito 17: Los costos de mantenimiento son mucho más elevados en los vehículos de GNC que los convencionales de diesel o los autobuses híbridos eléctricos de diesel

Realidad 17: Los motores de GNC tienen encendido por chispa y por lo tanto, requieren mantenimiento periódico del sistema de encendido (bujías, cables, etc). Los motores de diesel no usan bujías, así que este tipo de mantenimiento les


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es innecesario. Como resultado del proceso más limpio de combustión que tiene el GNC, la contaminación del aceite lubricante del motor se reduce considerablemente en comparación con el diesel. En consecuencia, algunos fabricantes de motores básicamente han duplicado el intervalo recomendado para efectuar cambios de aceite en motores de GNC. Los propietarios de auto transportes públicos que contratan terceros para analizar la calidad de su aceite avalan este rendimiento. Al tener menos cambios de aceite se logran ahorros en el costo a granel del aceite, los filtros, disposición final de desechos peligrosos y mano de obra. Esta operación interna más limpia produce menor desgaste del motor. La limpieza en el taller, el compartimento del motor y los lugares donde se estacionan los autobuses también es menor porque el GNC no produce muchos depósitos de partículas.

Mito 18: Los autobuses de GNC son tan pesados comparados con los de diesel o los autobuses híbridos-eléctricos de diesel que las llantas, frenos y ostros sistemas se desgastan mucho más rápidamente

Realidad 18: Los autobuses de GNC sí pesan más que los autobuses convencionales de diesel, pero menos que los autobuses híbridos-eléctricos de diesel. Ello se debe al peso adicional de los tanques del combustible GNC. Sin embargo, los tanques de GNC fabricados con materiales compuestos de fibra de carbono son equipo estándar en muchos autobuses hoy en día y son considerablemente más ligeros que los tanques metálicos que se utilizaban en los primeros autobuses. El peso adicional de los autobuses híbridos-eléctricos de diesel se debe a las pesadas baterías de acumuladores (principalmente de plomo-ácido en esta época). Sin embargo, el desgaste adicional para cualquiera de estos sistemas en autobuses más pesados no se ha determinado en la práctica real. Las llantas, sistemas de frenos y demás equipos están diseñados y dimensionados para cumplir con la clasificación de carga total del autobús y los pasajeros. Los autobuses asignados a rutas de caminos en condiciones difíciles, pronunciada inclinación y conductores con costumbre de frenado agresivo manifiestan los patrones de mayor desgaste, independientemente de su tipo de combustible.


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1.15. ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

1.15.1. Introducción: El gas natural como fuente de energía en Canarias

Actualmente, el gas natural no es un combustible utilizado en Canarias aunque sí de forma masiva en muchos lugares del mundo, como ya se ha visto en apartados anteriores.

Como ya se explicó anteriormente, el transporte de gas natural se puede realizar en estado gaseoso o líquido. El primer caso (gaseoductos) es recomendable para distancias inferiores a 4.000 km. No obstante, debido a la característica de insularidad y la gran profundidad existente en las aguas que rodean a las Islas Canarias, se hace inviable esta alternativa, por lo que es

necesario realizar el transporte del gas natural en estado líquido.

Este GNL se transportaría a las Islas Canarias a través de buques metaneros cuya capacidad es muy variable y que suele oscilar entre 40.000 y 200.000 m3.

Debido a las grandes ventajas que presenta el gas natural, se están llevando a cabo proyectos de grandes dimensiones para instalar plantas de regasificación

tanto en la isla de Gran Canaria como en Tenerife [51].

En cuanto a su aplicación como combustible, dentro de los distintos tipos de vehículos existentes, es en el autobús urbano donde se ponen de manifiesto las mayores ventajas, por varias razones fundamentales:

• Se trata de vehículos grandes, que consumen una gran cantidad de combustible, por lo que su periodo de retorno es bastante reducido.

• Se mueven por las ciudades más congestionadas, por lo que sus emisiones afectan a una gran cantidad de personas.

• Los continuos arranques y paradas incrementan las emisiones contaminantes de los vehículos, por lo que el efecto de reducción de

emisiones al cambiar a GNC es mayor.

1.15.2. Situación actual en Las Palmas de Gran Canaria

La empresa encargada el transporte público en autobús en la ciudad de Las Palmas de Gran Canaria es “Guaguas Municipales”. A día de hoy, cuenta con una

flota de 230 vehículos distribuida de la siguiente manera [50]:

• 31 vehículos pequeños (7/10 metros)

• 164 autobuses estándar (12 metros)

• 35 autobuses articulados (18 metros)


176

Se trata de una empresa que trabaja por evolucionar, tanto en confort y seguridad como en nuevas tecnologías. Su servicio es utilizado a diario por una

gran parte de la población.

Figura 1.15.1. Autobús [50]

En base a lo anterior, se ha decidido diseñar una estación de llenado que satisfará las necesidades de 50 autobuses urbanos que sustituirán a los autobuses antiguos que constituyen la flota actual.

1.15.3. Consumos

Según diversos estudios y experiencias en ciudades españolas que ya cuentan con flotas de autobuses a GNC, como la EMT de Palma de Mallorca y Valencia, el consumo de un autobús en servicio urbano está comprendido entre 120 y 130 Nm3/día.

En el presente proyecto se considerará un consumo de 130 Nm^/día debido a que la orografía del terreno de algunas rutas de los autobuses es bastante

“rugosa”. También se ha escogido por seguridad.

Por tanto, si se ha de suministrar dicha cantidad por autobús diariamente, el

consumo total será de 6500 Nm3/día.

1.15.4. Explotación

La explotación de la cochera es muy similar a las existentes en otras ciudades. Regreso del vehículo a la cochera sobre las 22.00 h. Paso por lavado, llenado y estacionamiento, con posible entrada al taller. Salida de los vehículos a partir de las 6.00 h. Por tanto, se considerará que los autobuses permanecerán en cochera durante 8 horas.

En la explotación, se considerará que mientras una parte de la flota procede a su lavado interior/exterior, otra parte se encontrará en los puntos de repostado, llenando sus depósitos. Una vez llenos, se intercambiarán con los otros de manera

que todos queden listos para su uso.


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1.15.5. Solución adoptada

En el caso particular del presente proyecto, el tiempo disponible para el repostado es de 8 horas, periodo de tiempo más que suficiente para abastecer una flota de constituida por 50 autobuses. Por tanto, bastará con una instalación de

tipo llenado lento.

Como se estudió anteriormente, para el llenado lento hay dos opciones

disponibles:

Estado del Gas Natural de origen GNL GN gaseoductos

Tipo de llenado

Llenado lento Producción instantánea

Producción instantánea

Tabla 1.15.1. Tipos de llenado

De la tabla anterior, se observa que, independientemente del estado del gas

natural de origen, la producción será de tipo instantánea.

Por tanto, en los apartados siguientes se diseñará la estación para ambos casos, aplicándose uno u otro caso según estado del gas natural disponible en ese momento.

1.15.5.1. Recepción de gas natural

Estación GNC(L) Unidad de almacenamiento de GNL

El cálculo de la capacidad de almacenamiento de GNL de la estación se ha realizado partiendo de la demanda diaria, la cual se estima en 6.500 Nm3/día. Aplicando el factor de conversión de GN en condiciones normales a GNL, se

obtienen unos consumos medios de GNL de 10,83 m3/día.

Entrando en catálogos comerciales de depósitos de almacenamiento para estaciones, se puede observar que las capacidades (útiles) suelen oscilar entre 5 y 60 m3.

Asimismo, se debe considerar que este volumen se deberá transportar desde los buques metaneros hasta la estación en camiones cisternas, los cuales suelen tener una capacidad media de 45 m3 de GNL.

Una alternativa viable sería instalar un depósito de almacenamiento en la estación de servicio que la dote de una autonomía de 4 días. Por tanto, se requerirá una capacidad de almacenamiento teórica mínima de 43,32 m3. Con esta instalación tan sólo se requerirá un camión cisterna cada 4 días, lo cual supondrá una operación más sencilla y práctica.


178

Asimismo, se debe tener en cuenta que un depósito se llenará hasta el 90-

95% de su capacidad total y que diariamente se evaporará entre 0,13% y 0,20%.

Debido a todos estos factores y buscando entre varios catálogos de fabricantes, se ha escogido el modelo RVT63 de Cryolor. Se trata de un depósito termosifón de aproximadamente 60 m3 de capacidad útil y cuyas características se

especifican detalladamente en el apartado de fichas técnicas (Anexo II).

Estación GNC Acometida de gas

Se procederá a la contratación de un suministro de gas, dimensionado de acuerdo al funcionamiento simultáneo de la estación, si bien la contratación del gas obedecerá a los consumos previstos en cada momento en función del número de vehículos disponibles.

Acometida interior, ERM y módulo de aspiración

En el interior de la parcela se procederá a la canalización del gas hasta la Estación de Regulación y Medida (ERM), cuyo diseño será acorde a las indicaciones de la compañía suministradora. En este punto se procederá a la regulación de la

presión (sólo en caso necesario) y a la medida del gas consumido.

Desde este punto se canalizará el gas hasta los compresores, incorporando en la línea común y las líneas de derivación los elementos reglamentarios y aquellos que permiten el control de la estación.

1.15.5.2. Producción de GNC

Estación GNC (L) Unidad de bombeo de GNL

En primer lugar, se debe calcular la capacidad requerida de la bomba. Para

ello, se parte de la demanda de gas, la cual se estima en 10,83 Nm3/día.

Como el volumen anterior se debe abastecer en un tiempo de 8 horas, el

caudal requerido, expresado en litros/min es 22,57 l/min.

Se debe considerar que la bomba requerida deberá ser apta para trabajar en

condiciones criogénicas.

El modelo escogido es el P2K30 del fabricante ACD CRYO, cuyas

características de detallan en el Anexo II.

Unidad de vaporización


179

El vaporizador atmosférico se utiliza para transformar el GNL a 250 bar de presión procedente de la bomba, a GNC. Por tanto, el caudal requerido será el

mismo que el de la bomba y el tiempo de trabajo diario será de 8 horas.

El equipo escogido pertenece al fabricante Cryostar y sus características

técnicas se detallan en el Anexo II.

Estación GNC Unidad de compresión

Conociendo el consumo de gas diario (6.500 Nm3/día) y el número de horas

de trabajo diario (8h), se obtiene una capacidad de compresión de 812,5 Nm3/h.

Para satisfacer la capacidad de compresión anterior existen dos opciones:

• Instalar un compresor que abastezca la totalidad de la demanda

• Instalar 2 compresores, cada uno de la mitad de la capacidad total de compresión

La elección de uno o dos compresores depende de una serie de factores que se han de tener en cuenta. Por un lado, la instalación de un solo compresor presenta el riesgo de que en caso de avería o, durante labores de mantenimiento, la estación quedará totalmente inoperativa, lo cual es un gran inconveniente. Por el contrario, al instalar 2 compresores, en caso de avería o imprevisto, la estación garantizará el suministro de la mitad de la demanda. Además, cada uno de los compresores será de menor tamaño, lo cual permitirá una mayor sencillez en el

manejo.

No obstante, la instalación de 2 compresores en lugar de uno, implica una mayor superficie requerida y un coste total superior, a pesar de que el coste unitario sea menor.

En el caso del presente proyecto, será un factor decisivo la necesidad de garantizar el suministro, por lo que la opción más adecuada es instalar 2 compresores. Por tanto, cada uno tendrá una capacidad de 406,25 Nm3/h.

Por tanto, se requerirá un modelo de compresor que suministre una

capacidad igual o superior a la calculada.

Tras consultar varios catálogos de compresores, se ha escogido el modelo Gazpack 42 del fabricante Compair, con el que se obtiene un caudal de 413 Nm3/h para una presión de aspiración de 4,5 bar y una potencia eléctrica de 90 kW

(Anexo II).


180

1.15.5.3. Almacenamiento de GNC El funcionamiento normal de ambos tipos de estación no incluye el

almacenamiento de GNC (apartado 15.5). Esto presenta un inconveniente. En caso de que se requiera llenar el depósito de un autobús rápidamente para sustituir

otro averiado, no será posible.

Por ello, para el caso de la estación de GNC se va a instalar un sistema de almacenamiento rápido con capacidad de abastecer 2 autobuses con un tiempo de

llenado de 10 min/autobús.

Tal y como se especifica en el apartado 2.4.2.2., se requerirá un sistema de almacenamiento constituido por 65 cilindros, repartidos de la siguiente manera:

• Primera etapa: 33 cilindros

• Segunda etapa: 19 cilindros

• Tercera etapa: 13 cilindros

1.15.5.4. Colector de GNC y posición de válvulas El gas comprimido hasta 250 bar a la salida del vaporizador o los

compresores, según el caso, es conducido hasta la posición de válvulas. En este punto se deriva a cada uno de los bloques de llenado. Dicha posición estará

integrada en las proximidades del vaporizador o de la cabina de compresión.

1.15.5.5. Sectores de llenado La instalación contará con 20 posiciones de llenado. Para facilitar la

operación, se divide la zona de llenado en 2 sectores, cada una para 10 vehículos,

de modo que el repostado tenga lugar de 10 en 10 vehículos.

De este modo, desde la posición de válvulas se procederá al tendido de una línea hasta su sector correspondiente, derivando a cada una de las 10 posiciones

de llenado.

Adicionalmente, se contará con una posición de llenado para el caso de llenado a partir del GNC almacenado.

1.15.5.6. Drenajes y venteos Se requerirá la construcción de colectores de drenajes y venteos para

centralizar en un único punto las descargas de gas a la atmósfera procedentes de disparos de válvulas de seguridad u operaciones de vaciado motivadas por

necesidades de mantenimiento.

1.15.5.7. Panel de control de la estación La maniobra y control de la estación quedará totalmente centralizada en un

cuadro. Dicho cuadro quedará conectado con el resto de subcuadros eléctricos y será el responsable del funcionamiento automático y seguro de la estación, permitiendo modificar diversos parámetros a fin de ajustar el funcionamiento a las


181

necesidades de la explotación. Dicho panel centraliza además todos los sistemas de

seguridad, emergencia y aviso.

Instalación eléctrica Para el funcionamiento de los compresores/bomba así como el panel de

control de la estación, se requerirá suministro de electricidad. Una instalación de

este tipo contará con los siguientes elementos:

Acometida

Se procederá a la contratación de un suministro eléctrico a entregar en las proximidades de la estación de compresión/bombeo, dimensionado de acuerdo a la totalidad de la potencia instalada pero contratado de acuerdo al consumo

previsto en cada momento.

En el caso del presente proyecto, bastará con una contratación en Baja

Tensión con una potencia contratada de 250 kW.

Acometida interior

Se procederá a la canalización en baja tensión desde la salida del cuadro de protección en BT hasta el cuadro de distribución de la estación, emplazado en las

proximidades del módulo de compresión/bombeo.

Cuadro de distribución de la estación

Se procederá a la construcción de un cuadro de distribución desde donde derivan líneas hacia cada uno de los receptores eléctricos que forman parte de la estación. Dicho cuadro quedará ubicado en las proximidades de la zona de compresión/bombeo.

1.15.6. Funcionamiento de la estación

1.15.6.1. Funcionamiento ordinario La estación dispondrá de un funcionamiento totalmente automático para

facilitar su utilización por parte de la explotación.

Durante el día, la instalación se encontrará desactivada (fuera de servicio). Una vez que lleguen los vehículos a la cochera, se estacionarán y conectarán a los puntos de llenado. Además, considerando que a partir de las 22.00 se dispone de tarifa valle en lo referente al consumo eléctrico, se activará la estación, para lo cual

tan sólo será preciso pulsar un botón en el panel de control general de la estación.

Automáticamente se iniciará el flujo de gas hacia uno de los dos sectores de llenado, mediante la descarga del colector, disminuyendo la presión y desencadenando automáticamente el arranque de los compresores.


182

La presión se incrementará paulatinamente y a la vez en todos los vehículos conectados en el primer sector (10 puntos de llenado por sector). Cuando se alcanza la presión máxima de llenado, 200 bar, automáticamente la estación desvía el flujo de gas hacia el segundo sector, constituido de otros 10 surtidores. A partir de este momento, se procederá a la desconexión de los primero vehículos, los cuales serán sustituidos por otros 10 que requieran ser llenados. Cuando se alcance la presión de 200 bar en el segundo sector, se volverá a desviar el gas hacia el primero y se sustituirán los autobuses por otros vacíos; así sucesivamente hasta el llenado de los 50 autobuses que constituyen la flota. Finalizado el repostado, se

detiene la instalación quedando desactivada hasta la siguiente operación.

1.15.6.2. Funcionamiento extraordinario Cabe mencionar que en cualquier momento, si se desea, se podrá cargar un

vehículo que no ha podido cargarse con el resto. Tras conectar el vehículo en cualquiera de las posiciones de llenado y activar la estación, automáticamente todo el flujo de gas se dirigirá hacia dicho vehículo, situación que permitirá cargar el mismo en aproximadamente 18,8 minutos si se utiliza un solo compresor o en 9,4

minutos en caso de utilizar los dos a la vez (capacidad máxima de la estación).

1.15.7. Actividades a desarrollar por la explotación

El funcionamiento previsto de la estación reduce al máximo las

intervenciones sobre la misma por parte del usuario.

Además de las labores de conexión y desconexión de los vehículos (operación muy sencilla que pueden llevar a cabo los propios conductores), se recomienda que, por parte de la explotación, se efectúen las operaciones de mantenimiento sobre la estación. Dichas operaciones se realizarán semanalmente y consisten en comprobar y reponer en caso necesario el aceite lubricante y agua

de refrigeración.

Asimismo, el personal de la explotación deberá recibir la formación adecuada para poder interpretar los diferentes avisos de anomalía que pudieran darse en la estación y actuar en consecuencia, ya sea rearmando la instalación, revisando niveles o bien llamando al servicio de atención telefónica que durante 24

horas se encuentra disponible para atender cualquier demanda.

1.15.8. Mantenimiento

La instalación deberá someterse a operaciones de mantenimiento (efectuadas por la explotación) y a intervenciones de mantenimiento predictivo y

preventivo.

El mantenimiento puede realizarse en diversas modalidades, desde un mantenimiento integral (a todo riesgo) hasta la prestación de un servicio de asistencia en caso de llamada. En esta línea es aconsejable disponer de un servicio


183

de mantenimiento básico que incluye tanto las operaciones de mantenimiento preventivo, servicio de asistencia telefónica, disponibilidad de retén y operaciones de mantenimiento correctivo, libres de coste de mano de obra. Mediante la contratación de dicho servicio, la instalación estará permanentemente atendida y

por tanto, se puede asegurar la continuidad de operación.

1.15.9. Seguridad

La instalación se suministrará con los equipos de lucha contraincendios reglamentarios (básicamente extintores), equipos de detección de gas en zonas de

riesgo, dispositivos de emergencia y dispositivos de aviso.

Todo ello complementado con la señalización reglamentaria.

1.15.10. Obra civil

Para la construcción de la estación de servicio se requerirá una cimentación para posicionar los equipos necesarios según el tipo de estación y las zanjas, arquetas y galerías para permitir el paso de conducciones de gas (estación GNC) y

eléctricas.

Asimismo, se deberá construir una sala para el posicionamiento de los

cuadros eléctricos y de control.


184

1.16. CONCLUSIÓN Tras haber finalizado el trabajo, en el cual se han estudiado todas las

ventajas y desventajas que ofrece el GNV, se puede decir que el uso del GNC en transporte público urbano es a día de hoy la tecnología alternativa más fiable, segura y con ventajas medioambientales y económicas para el transporte público

urbano.

En primer lugar, porque no contamina tanto como otros combustibles y esto nos debería importar, ya que el tema de la contaminación afecta a todos y a medida que pase el tiempo, nos perjudicará aún más. Como ya se vio en el apartado correspondiente, la disminución de emisiones es considerable en comparación con los combustibles tradicionales. Gracias a ello, podría ser una alternativa factible

incluso en cascos históricos con zonas peatonalizadas.

Desde el punto de vista económico, como ya se vio en su apartado correspondiente, su viabilidad depende del estado del gas natural suministrado, siendo totalmente viable en el caso de ser suministrado a través de gaseoductos a pesar de requerir una elevada inversión inicial (compra de autobuses e instalación de la estación de repostaje), puesto que el gas natural es el combustible más económico. Gracias a ello, se recuperará el capital invertido.

Desde el punto de vista de seguridad, se vio que el gas natural es considerado un combustible muy seguro y con una tecnología plenamente

desarrollada en el sector del automóvil.

Por tanto por razones ambientales, económicas y de seguridad, se

recomienda el uso del gas natural vehicular.


185

1.17. BIBLIOGRAFÍA [1] Balance de materia y energía. G.V. Reklaitis. Editorial Interamericana.

[2] Introducción al análisis de ingeniería química. Russen y Denn. Editorial Limusa.

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[26] Real Decreto 101/2011 de 28 de enero, relativo a la mejora de calidad del aire

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[32] Tecnología Energética y Medio ambiente I. Varios autores. Ediciones UPC.

2006.

[33]Enagas: www. enagas.es

[34] International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV): http://www.iangv.org/tools-resources/statistics.html

[35] Institut Catalá d´Energía: http://cv.uoc.edu/~jmora/modelos/pdf/51-es.pdf

[36]EMT de Palma de Mallorca:

http://www.emtpalma.es/EMTPalma/Front/imgdb/187016.pdf


187

[37] Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. Segunda Edición. Claudio Mataix.

Editorial Oxford.

[38] Proyecto de ley de 11 de febrero de 2005:

http://servicios.mpr.es/seacyp/Busca_asp.aspx?BD=PROLEX8&BUSCA=T8L-042A

[39] Orden de 23 de diciembre de 2010, por la que se efectúa convocatoria, para el año 2010 para la concesión de subvenciones en el marco de la estrategia de ahorro y eficiencia energética en España.

[40] Ley 34/2007 de 15 de noviembre, de calidad del aire y protección del medio

ambiente.

[41] Ley de Presupuestos del Gobierno de Canarias para 2011.

[42] Westport Innovations (Canadá): http://www.westport.com/

[43] Gas natural vehicular. Universidad de Aquino. Bolivia.

[44] Perry. Manual del Ingeniero Químico. Sexta Edición. Mc Graw Hill

[45] EMT de Madrid: http://www.feriavalladolid.com/vehiculoalternativo/descargas/0611-EXEJ-1215%20EMT-La%20experiencia.pdf

http://www.fundaciongasnatural.org/SiteCollectionDocuments/Actividades/Seminarios/Madrid%20171006/Jose%20Ignacio%20Iturbe.pdf

[46]EMT de Valencia: http://www.transyt.upm.es/files/difusion/cursos_y_seminarios/jornada_tecnica_

5_valencia/emtvalencia.pdf

[47] Comisión Nacional de Energía (CNE), Sedigas

http://www.energiaysociedad.es/detalle_material_didactico.asp?id=44&secc=12

[48]Cryolor: www.cryolor.com

[49] European Industrial Gases Association: www.eiga.eu

[50] Guaguas municipales: http://www.guaguas.com/index.php?option=com_content&view=article&id=45&Itemid=59&lang=es

[51] Gascan: http://www.gascan.es/gascan/home-es

[52] Codácer industrias: http://www.codacer.com.ar/es/equipment.php

[53] Energtec, empresa lider en tecnología de la adsorción de gas natural:

http://www.combustionindustrial.com/img/Tecnologia_adsorcion_GNV.pdf


188

[54] Bauer Kompressoren: http://www.bauer-kompressoren.de/index01.php

[55] Comisión Nacional de Energía: http://www.cne.es/cne/doc/jornadas/cursomadrid/PDF51.pdf

http://www.cne.es/cne/doc/publicaciones/informe_sectores/1999/gas/chap2.pdf

http://www.cne.es/cne/contenido.jsp?id_nodo=50&&&keyword=&auditoria=F

[56] Estrategia E4 de Ahorro y Eficiencia del Ministerio de Industria, Turismo y

Cultura

[57] Tesis doctoral: Estudio de factores que inciden en el desempeño de motores de encendido provocado convertidos a gas natural de Diego Alberto Castaño. Universidad de Antioquía. 25 de julio de 2003: http://tesis.udea.edu.co/dspace/bitstream/10495/64/1/EstudioFactoresQueInci

denDesempe%C3%B1oMotoresEncendidoProvocadoConvertidosGasNatural.pdf

[58] Transports Metropolitans de Barcelona (TMB): http://www.udg.edu/LinkClick.aspx?fileticket=n5ep1WPNryY%3D&tabid=8702&language=ca-ES

[59]Grupo Gas Natural SDG: http://www.fundacionmovilidad.es:8080/_archivos/_upload/_archivos/Garcia_Poggio.pdf

http://www.gasnatural.com/servlet/BlobServer?blobcol=urlarchivo&blobtable=D

ossier&blobkey=id&blobwhere=1095169979386&blobheader=application%2Fpdf

[60] Protocolo de Kioto

[61]Transportes Urbanos de Sevilla (TUSSAM): http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/agenciadelaenergia/portal/com/bin/contenidos/proyectos/areas/cooperacionInternacional/semana_ponencias_transporte/1235038148259_tussam_semana_europea_energxa_sostenible_febrero_2009.

pdf

[62]Grupo Endesa: http://www.endesaonline.es/ES/hogares/teguia/asesoramientotarifas/tarifas_electricas/tarifas/index.asp

[63] Directiva 595/2009/CE

[64] Directiva 1999/96/EC

[65] Directiva 88/77/EEC

[66] Libro Verde de adaptación al cambio climático en Europa


189

[67]Norma EASSE, especificaciones del gas natural

[68] Norma sueca acerca del gas natural: http://www.biogaspartner.de/index.php?id=11514&L=1

[69] California Air Resources on Board: http://www.arb.ca.gov/homepage.htm


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1.18. GLOSARIO 1) Contaminación atmosférica: Cualquier condición atmosférica en la que ciertas sustancias alcanzan concentraciones lo suficientemente elevadas sobre su nivel ambiental normal como para producir un efecto medible en el hombre, los

animales, la vegetación o los materiales.

2) Diámetro aerodinámico: Diámetro de una partícula esférica de densidad igual a una que tiene en el aire la misma velocidad de sedimentación que la partícula

considerada.

3) Gas ciudad: El gas ciudad se elabora a partir de de naftas de petróleo mediante un proceso denominado “cracking” y la composición del gas obtenido es

principalmente hidrógeno y una mezcla de hidrocarburos.

4) Aire teórico: Cantidad de aire necesaria y suficiente para asegurar la combustión completa de 1 m3 de gas natural. Se mide en Nm3 de aire/Nm3 de gas natural.

5) Límites de inflamabilidad: Límites de la composición volumétrica de la mezcla aire-gas para que la combustión pueda iniciarse y propagarse. Dichos límites son los porcentajes molares o en volumen del gas natural en la mezcla aire-gas. Por encima del límite superior o por debajo del límite inferior, la mezcla no es

inflamable por ser excesiva en combustible o en comburente, respectivamente.

6) Volumen de humos secos: Es el volumen de humos secos normal o estándar producidos por la combustión estequiométrica de un m3 normal o estándar de gas combustible. No se tiene en cuenta el agua producida; se expresa en m3 normales o estándar de humos secos/m3 normal o estándar de gas.

7) Volumen de humos húmedos: Es el volumen total de humos normal o estándar producido por la combustión de un m3 normal o estándar de gas combustible; se expresa en m3 normales o estándar de humos húmedos/m3 normal o estándar de gas.

8) Concentración máxima de CO2: Es la relación entre el volumen de CO2 y el volumen de humos secos en porcentaje; en condiciones de combustión estequiométrica este valor es máximo.

9) Motores de encendido provocado (MEP): Este tipo de motores requieren de un mecanismo que caliente la mezcla y se produzcan los gases que accionan el movimiento del pistón. Esto se consigue gracias a una bujía, una pieza que se coloca en la parte superior del cilindro y produce una chispa eléctrica, lo que causa la ignición.

10) Motores de encendido por compresión (MEC): Este tipo de motores presentan una compresión tan elevada que no es necesario ningún tipo de


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mecanismo, ya que la combustión se produce al estar la mezcla a tanta presión. Este tipo de motores llevan unos precalentadores para garantizar el arranque del

motor, necesarios sobre todo en días fríos.

11) Motor con combustión estequiométrica: Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos, debido a que éste se ha empleado íntegramente en la reacción.

12) Motor de mezcla pobre: Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de

combustión.

La razón por la que se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar

completamente el combustible disponible en el proceso.

13) Motor de mezcla rica: (no usada)

Es aquél cuya reacción de combustión se produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. En este tipo de reacción es característica la presencia de

sustancias combustibles en los gases o humos de reacción.

14) Inyección monopunto: Consiste en utilizar un solo inyector para todos los cilindros con el consiguiente ahorro de costes.

15) Inyección multipunto: Consiste en utilizar un inyector por cada cilindro.

16) Inyección directa: Se denomina inyección directa cuando se pulveriza el combustible directamente en la cámara de combustión (cilindro).

17) Inyección indirecta: Se denomina inyección indirecta si se pulveriza el combustible en el colector de admisión en lugar de dentro de la cámara de

combustión, o sea, en el cilindro.

18) Boil-off: El GNL, al ser un gas licuado criogénico, presenta “boil-off”, lo que significa que el aumento de temperatura hace que se produzca la ebullición del líquido aumentando el contenido de gas para mantener el equilibrio de fases,

aunque si la presión supera cierto límite, se debe liberar.

19) Motor a ralentí: Número de revoluciones por minuto a que debe funcionar el

motor para mantenerse en funcionamiento.

20) Efecto termosifón: Consiste en que un líquido al calentarse sufre un desplazamiento vertical y hacia arriba basado en la disminución de su densidad con el aumento de temperatura. Esto provoca que el fluido contenido en un


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depósito se encuentre estratificado, ocupando las posiciones más altas, las de

mayor energía o temperatura.

21) Betún: Mezcla viscosa natural constituida principalmente por hidrocarburos

muy pesados (> 15 átomos de carbono).

22) Poliducto: Red de tuberías destinada al transporte de hidrocarburos.

23) Dosado estequiométrico: Cociente entre la masa de combustible y la masa de aire para producir una combustión estequiométrica.

24) Ciclo Otto:

Se trata de un ciclo termodinámico ideal que se aplica a los motores de combustión interna. Se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante.

Consta de seis procesos, dos de los cuales se anulan mutuamente:

• Admisión isobárica

• Compresión isoentrópica

• Combustión, aporte de calor a volumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil.

• Expansión isoentrópica (se entrega trabajo)

• Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante

• Escape, vaciado de la cámara a presión constante

Los motores que trabajan con este ciclo, pueden trabajar a dos o cuatro tiempos. Los últimos se utilizan más en los automóviles ya que tienen un buen rendimiento

y contaminan menos.

El ciclo de cuatro tiempos consta de los siguientes pasos:

1. El pistón se desplaza hasta el PMI (punto muerto inferior) y la válvula de admisión permanece abierta permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro.

2. Se cierran las válvulas y el pistón se desplaza hacia el PMS (punto muerto superior), comprimiendo la mezcla combustible y aire. Al alcanzar el pistón dicho punto se activa la bujía y enciende la mezcla.

3. Se produce la combustión de la mezcla liberando energía, que provoca la expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. La energía química contenida en el combustible se transforma en energía mecánica


193

que se transmite al pistón. El pistón la transmite a la biela y ésta al cigüeñal, que es el elemento del cual se toma la energía para su utilización.

4. Se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS, expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para un

nuevo ciclo.

Es fundamental que haya un buen llenado del cilindro. Para ello, se suele recurrir a

sistemas de sobrealimentación mediante turbocompresores.

En cuanto a la eficiencia de este tipo de motores, se ve limitada por la pérdida de energía por fricción y refrigeración. El parámetro fundamental del que depende es la relación de compresión (relación entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión), la cual suele ser de 8:1 o 10:1 en la mayoría de motores Otto modernos. Esta proporción puede aumentarse incrementando la eficiencia;

sin embargo, para ello se requiere un combustible con mayor índice de octanos.

Un motor que trabaja con ciclo Otto24 suele tener una eficiencia media de 25-30%, el cual es inferior al obtenido con motores diesel (30-45%). El rango de presiones en el que trabajan oscila entre 5 y 10 bares y el exceso de aire (factor lambda) toma valores de 0,9-1,1.

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