Principales consideraciones para introducir vehículos a Gas Natural en un sistema de BRT

Uriel González MacíasNoviembre, 2012

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IntroducciónCaracterísticas de “Bus Rapid Transit”:

Alto rendimientoCarriles segregadosPrioridad en semáforosCobro centralizadoAccesos a nivelCarriles centrales

Sistema de alta capacidadBuses grandesFrecuencia controlada

Transportación con calidadAccesibilidad, GPS, información, alarmas

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Introducción.

Características del gas natural:

Primordialmente metano CH₄Mas ligero que el aire

(0.6≤ρr≥0.8)Rango de inflamación 5%

al15%Temperatura de ignición 600 °CNo tóxicoGNC, GNL

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Medioambientales.

Menores emisiones de bióxido de carbonoBajo contenido de azufre

Externalidades:Reducción de procesos de

refinaciónTransporte por ductoDuración de aceites lubricantes

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Energéticas.

Alternativa al Diesel, gasolina Países en vías de desarrolloDiversificación energéticaTransición a combustibles renovables

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Económicas.

Atractivo para el usuario finalGN está localmente disponibleCondicionado a política de precios

favorableRápida amortización

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Sustituto de Gasolina.Menores emisiones de monóxido de carbonoMenor reactividad de HCMayor durabilidad de sistemas (EGO, C.C.)Estaciones de recarga equiparablesMenores costos de mantenimientoVentajas adicionales en vehículos optimizados

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Sustituto del Diesel.

Menores emisiones de material particulado (<<)Menores emisiones de óxidos de nitrógenoNiveles de emisión EURO VI/EPA 2010 (2008)Sencillez para control de emisiones

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Sustituto del Diesel, Tecnología GNC

Recirculación de gases de escape enfriadosCombustión estequiométricaIgnición por chispaConvertidor catalítico de tres vías

oxidación de CO y HCreducción de NOx

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

DIESEL GNCDIESEL 2010

GNC 2010ESTEQUIOMETRICO

J .Heywood (1988)Cummins-Westport  (2012)

GNCGNC 2010LEAN BURN

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PRINCIPALES MOTIVACIONES PARA EL GNC:

Lexen, (2001)

Motores mezcla pobre:• Bajas emisiones sin postratamiento• Menor carga térmica• EPA 2007/EURO V• NOx: no para EPA 2010/EURO VI• La energía para el encendido de la chispa alta• Durabilidad de las bujías es un reto actual• Muy sensibles a cambios en la composición del gas (close loop?)

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PRINCIPALES LIMITACIONES DEL GNC:

Autonomía vehicularAltas presiones Espacio disponible Costos de inversiónBien de consumo

inferior

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PRINCIPALES LIMITACIONES DEL GNC:

Sustituto de Gasolina.

Reducción espacio disponibleReducción de autonomíaAfectación potencia Aumento del peso vehicular

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PRINCIPALES LIMITACIONES DEL GNC:

Sustituto del Diesel.Menor eficiencia energética del ciclo OttoMayores costos operativos

J .Heywood (1988)

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PORQUE BUSES A GAS NATURAL?

Grandes consumidores de combustibleTecnología Diesel actual compleja y menos fiableDiesel de ultra bajo azufre (ULSD)ULSD = Procesos de refinación adicionalesULSD no disponible en países emergentesSon un escaparate naturalGrandes recorridos urbanos

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USO DE GNC EN LATINOAMÉRICA Y EL MUNDO.

PAISES/REGIÓN PARTICIPACIÓN LDV

PARTICIPACIÓN HD

MOTIVOS

LATINOAMÉRICA 32%(4,450,000) 0% ECONOMÍA

BRASIL+ARGENTINA 27% 0% ECONOMÍA

CHINA*+INDIA+COREA

10%(1,440,000)

63%(202,780) AMBIENTE

EUA 1%(96,500)

4%(13,000)

DIVERSIFICACION ENERGÉTICA

NGVA Europe, 2012

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CONSIDERACIONES DE POLÍTICA Y REGULACIÓN

• Políticas de precio estables en el mediano plazo.• Códigos y reglamentos con énfasis en la seguridad.• Mensajes claros de apoyo gubernamental.• Generar certidumbre en el inversionista.• Estructuras tarifarias con diferencial de precio.• Precio del GNC respecto al Diesel.• Incentivos fiscales para importación.• Evitar incentivos a otros combustibles.

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CONSIDERACIONES DE POLÍTICA Y REGULACIÓN

1. GNC en programas nuevos (BRT).2. GNC sustitución de unidades a Diesel.3. Conversión de flotillas.

Niveles de emisiónSeguridad en la instalaciónEficiencia energéticaExigencia de garantías al proveedor

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ASPECTOS DE SEGURIDAD.

– Cumplimiento de códigos locales y estándares internacionales (NFPA 52, “Vehicular Gaseous Fuel Systems Code, 2010 Edition”).

Adicionalmente en autobuses:– Flujos de calor mayores que motores a Diesel. (Tubo

de escape y turbocompresor).– Sistemas de alerta y extinción por fuego en motor.– Sistemas de aislamiento de cilindros de GNC.– Cilindros en el techo de la unidad (piso bajo).– Cilindros tipo 3 y 4 (composite fibras lineales).– Selección escrupulosa punto de descarga de los PRD.

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ASPECTOS DE SEGURIDAD.

Adicionalmente en autobuses: cont..

– Durabilidad de cilindros de 20 años en vez de 15– Sistema de carga a 3,600 psi– Provisiones por fuga de aceite hidráulico– Sobredimensionamiento de sistema de refrigeración

y a prueba de fallos.

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ASPECTOS DE SEGURIDAD.

Adicionalmente en estaciones de abasto:

– Componentes análogos (termopares y transductores)– Lote de repuestos (fusibles, instrumentación, etc.)– Mangueras de suministro con sistema de retracción– Volumen muerto de la boquilla de transferencia– Sistema de carga con compensación de temperatura– Uso de filtros coalescentes

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NORMATIVAS MEDIOAMBIENTALES.Ciclo de Prueba

Estándar de

Emisión

CO(mg/kW*hr)

HCNM(mg/kW*hr)

CH4(mg/kW*hr)

NOx(mg/kW*hr)

NH3(mg/kW*hr)

PM(mg/kW*hr) Vida útil

FTP Heavy Duty

Transient Test (HDTT)

EPA 2010 20,800 190 270 13 700,000 km ó 10

años

European Transient

Cycle (ETC)

Euro VI 4,000 160 500 400 10 10 700,000 km ó 7

años

World Harmonized

Transient Cycle

(WHTC)

Euro VI 4,000 160 500 460 10 10 700,000 km ó 7

años

Ciclo de Prueba

Estándar de

EmisiónCO HCNM CH4 NOx NH3 PM Vida

útil

HDTT/ETC/WHTC

EPA 2010/

EURO VI1.3 1.4 1.4 1.1 1.0 1.05 700,00

0 km

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CONSIDERACIONES ADICIONALES.

Uso de sistemas de diagnóstico a bordo (OBD II).Alerta en tableroMantenimientoDiagnóstico de fallosExcedenciasAcceso irrestricto y estandarizado

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CONSIDERACIONES ADICIONALES.

Capacitación (operadores y autoridades):Aspectos de seguridad

Procedimientos en emergenciaSistema de alarmasLlenado y vaciado de cilindrosInspección de cilindros

Sistemas OBD IIInterrogación, análisis de

excedencias, violación.

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CONSIDERACIONES ADICIONALES.

Proximidad a la red.Presión de suministro en el ramalFiltros y deshumidificadoresSistemas de respaldo eléctricoSobredimensionamientoIsla de suministro a automóviles

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POR QUE BRT CON GNC?

Gran capacidad Vehículos de alto recorridoVehículos con alto costoEmpresas modernasSistemas de monitoreo Favorece imagen de modernidadSeñal de compromiso gubernamental

27VOLVO (2012)

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