Medición de gas natural comprimido en aplicaciones automotrices

MEDICIÓN DE GAS NATURAL COMPRIMIDO EN APLICACIONES AUTOMOTRICES: UN ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS MÉTODOS DE MEDICIÓN MÁSICA FRENTE A LOS VOLUMÉTRICOS

Institución:

• UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA: FACULTAD DE INGENIERÍA

23-1

Lima - Perú

Resumen

Los combustibles alternativos no son novedosos, pero los sistemas utilizados en su medición se ha vuelto complejos para controlar el flujo de varios productos como el gas natural comprimido (GNC), el gas natural licuado (GNL), el gas licuado de petróleo (GLP), el hidrógeno, el metanol y otros. La difusión del uso de combustibles y vehículos alternativos se ha propagado por todo el mundo en la actualidad puesto que reducen las emisiones y la dependencia de suministros extranjeros de petróleo/energía.

Actualmente existen dos formas de medir el gas natural dependiendo de la situación. Si se suministra a un surtidor gasolina se utiliza un método volumétrico y cuando el gas se carga en los vehículos se utiliza un método de masa. Estos diferentes métodos causan desajustes entre los sistemas de medición provocando así problemas.

En este informe se desarrolla una comparación entre ambos métodos de medición.

Abstract

Alternative fuels are not new, but the systems used in their measurement have become complex to control the flow of various products such as compressed natural gas (CNG), liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG) , hydrogen, methanol and others. The diffusion of the use of alternative fuels and vehicles has spread throughout the world today as they reduce emissions and the dependence on foreign oil/energy supplies.

There are currently two ways to measure natural gas depending on the situation. If gasoline is supplied to a pump, a volumetric method is used and when the gas is loaded into vehicles, a mass method is used. These different methods cause mismatches between measurement systems thus causing problems.

This report develops a comparison between both measurement methods.

Palabras Clave (Keywords): Gas natural, Flujo másico, Coriolis, Caudalímetro volumétrico

Introducción

El gas natural es una mezcla de componentes donde se encuentra el metano, principalmente, y otros hidrocarburos. Este gas resulta ser un combustible muy económico debido a que, al estar en estado molecular, sus componentes reaccionan de forma completa con las moléculas de oxígeno. Además, se produce una combustión más eficiente por lo que se requiere menos exceso de aire. Esto debido a que los quemadores de gas natural no requieren de vapor, a diferencia de los combustibles líquidos, evitando el costo de demanda de vapor o electricidad para comprimir el aire. Además, resulta ventajoso para el cumplimiento de las normas que afectan a las emisiones de gases invernadero puesto que se encuentra bajo el límite propuesto por estas normas, incluso si éstas se compliquen.

El gas natural al no contar con la presencia de compuestos de azufre altamente corrosivo provoca que existan menores paradas y costos de mantenimientos por ductos corroídos o por su limpieza. También, al no requerir almacenamiento, todo el gas se entrega de manera segura por sistemas de tuberías donde se evitan derrames de tanque, líneas y calentador.

En general, el gas natural es un combustible muy eficaz en las industrias que emplean hornos y calderas para sus procesos productivos puesto que son capaces de reemplazar otros combustibles. Por ejemplo, en la industria del vidrio el gas natural produce un producto mucho más limpio en el proceso de transmisión de energía calórica a la masa de cristal. Además, en la industria de alimentos es muy eficiente el proceso del cocimiento y secado. Finalmente, en la fundición de metales el gas natural se puede usar en el calentamiento de metales en el proceso de fusión y también en el recalentamiento, sin la necesidad de una preparación previa para su utilización, como calentarlo o pulverizar en caso del carbón, lo cual lo hace más eficiente, limpio y económico para las calderas de vapor, secadores, hornos y calentadores. En estos ejemplos la utilización de gas natural ofrece varias ventajas. La primera de estas es la cogeneración que es una producción de energía eléctrica y calorífica aprovechable. Esta cogeneración permite cubrir necesidades energéticas no solo de la planta de producción si del resto de las instalaciones. Otra ventaja es que al no requerir de almacenamiento, disminuye los riesgos que este trae.

El gas natural al ser una fuente de energía limpia y segura, se deben tener muy en cuenta las normas de seguridad en la manipulación del gas, así como el mantenimiento del equipo.

El uso del gas natural como combustible para vehiculos presenta las siguientes ventajas:

• Número  de  octano  alrededor  de  120,  que  lo  hace buen  combustible  para  motores  de  ignición  por chispa, sumado a esto una alta velocidad de llama.
• Presenta bajas emisiones.
• Presenta un menor índice de emisión de contaminantes por unidad de masa de combustible para el CO2 y CO en comparación con la gasolina.
• Es abundante en el mundo

Y como desventajas presenta:

• Baja eficiencia volumétrica debido a que es gaseoso.
• Necesidad de grandes tanques de almacenamiento con presurización
• El proceso de llenado es lento

El uso de gas natural en aplicaciones de automoción presenta un problema metrológica debido a que el gas natural se mide mediante un método volumétrico cuando se suministra a un surtidor de gasolina, mientras que el GNC se mide mediante un método de masa (Coriolis) cuando el gas se carga en los vehículos. Estos diferentes enfoques de medición pueden ocasionar desajustes entre los dos sistemas de medición, dando como resultado discusiones y disputas.

En este informe se lleva a cabo una comparación metrológica entre los dos enfoques alternativos de medición de GNC (volumen vs caudal másico). Se presentan los resultados de las pruebas de campo (estudio de caso) realizadas a propósito, con el fin de subrayar la diferencia entre las mediciones volumétricas compensadas (medición indirecta de la masa, expresada en S y la medición directa de la masa expresada en kg).[pic 1]

Materiales y Métodos

Medición de Caudal Volumétrico de Gas Natural

Convencionalmente, cuando se alimenta una bomba de gasolina, el gas natural se mide mediante un método volumétrico, el cual se expresa en “metros cúbicos estándar” (Sm3), este sistema se refiere a un volumen de gas medido a condiciones estándar (T=15°C, p= 1.01325 bar). Sin embargo, este método posee un principal problema, el cual es la variabilidad de las condiciones de transacción del gas natural lo que ocasiona un cambio en el volumen del gas ya que este es función de parámetros termodinámicos (presión y temperatura, en particular).

...