UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS
Efecto de la sustitución de petróleo por gas natural en la calidad del aire, generado en la empresa Cantarana,
Chimbote, Perú, 2018 – 2020
TESIS
PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE
DOCTOR EN CIENCIAS AMBIENTALES
Autor: Ms. Guillen Ferro, Luis Alberto Asesor: Dr. Robles Castillo, Heber Max
Trujillo - Perú 2022
N° de Registro: ………
ii JURADO EVALUADOR
_____________________________________
Dr. JOSE MOSTACERO LEON PRESIDENTE
.
______________________________________________
Dr. ANTHONY JORDAN DE LA CRUZ CASTILLO SECRETARIO
_____________________________________
Dr. HEBER MAX ROBLES CASTILLO ASESOR
iii DEDICATORIA
A mis padres
VICTOR Y PETRONILA
Por ser pilares fundamentales en mi formación profesional y académica al brindarme sus consejos, confianza y apoyo en el logro de los objetivos trazados.
A mis hijos:
LUIS ALBERTO Y MARIA FERNANDA Quienes me estimularon para culminar mis estudios de doctorado, con sus opiniones para ser perseverante en su culminación.
iv AGRADECIMIENTOS
A Dios por ser mi guía y acompañarme en el transcurso de mi vida, brindándome paciencia y sabiduría para culminar con éxito mis metas trazadas.
A la gerencia y ingenieros de planta de la empresa CANTARANA S.A.C., por el apoyo prestado al desarrollo de esta investigación.
A la Escuela de Postgrado de la UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO y sus docentes, que con sus aportes contribuyeron en mi formación académica.
En memoria al Dr. José Luis Silva Villanueva, por el asesoramiento brindado en la realización de este estudio.
Al Dr. Heber Max Robles Castillo, por sus consejos y orientación otorgado en la ejecución de mi tesis doctoral.
A la mamá de mis hijos Katherine Leonor, por su apoyo incondicional.
v INDICE
JURADO EVALUADOR ... ii
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTOS ... iv
INDICE ... v
INDICE DE TABLAS ... vii
INDICE DE FIGURAS ... viii
RESUMEN ... ix
ABSTRACT ... x
I. INTRODUCCION ... 1
II. MATERIALES Y METODOS ... 10
2.1 Material de estudio ... 10
2.2 Instrumentos para la recolección y procesamiento de datos ... 10
2.3 Métodos ... 10
2.3.1 Determinación de sulfuro de hidrogeno (H2S) y su relación de emisión del petróleo con respecto al gas natural ... 10
2.3.2 Determinación del material particulado (PM) y su relación de emisión del petróleo con respecto al gas natural ... 11
2.3.3 Cálculo de la Energía calorífica suministrada por petróleo residual 500 .... 12
2.3.4 Energía calorífica en relación con el petróleo R500 y gas natural ... 13
2.3.5 Costo unitario de petróleo y gas natural ... 14
III. RESULTADOS ... 15
3.1 Concentraciones de partículas de H2S y PM2.5, según monitoreo de Calidad de aire ... 15
3.2 Consumo de petróleo R500 en relación al sulfuro de hidrogeno (H2S) y material particulado (PM2.5) durante el monitoreo de la Calidad del Aire ... 16
3.3 Correlaciones proyectadas de la matriz energética con petróleo y su Equivalente en gas natural con respecto a sulfuro de hidrogeno (H2S) y material particulado (PM)... 18
3.4 Energía calorífica suministrada por matriz energética según temporadas 2018-2020 ... 21
3.5 Evaluación de costos por consumo de petróleo R500 y gas natural sustituido ... 23
3.6 Indicadores de desempeño energético según producción 2018–2020... 25
vi
IV. DISCUSION ... 27
4.1 Concentraciones de partículas de H2S y PM2.5, según monitoreo de Calidad de aire ... 27
4.2 Consumo de petróleo R500 en relación al sulfuro de hidrogeno (H2S) y material particulado (PM) durante el monitoreo de la Calidad del Aire ... 28
4.3 Correlaciones proyectadas de la matriz energética con gas natural vs parámetros sulfuro de hidrogeno (H2S) y material particulado (PM) ... 29
4.4 Costos por consumo de petróleo R500 y gas natural sustituido ... 30
V. CONCLUSIONES ... 31
VI. PROPUESTA ... 32
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ... 33
ANEXOS ... 38
vii INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1 Concentraciones de partículas de H2S y PM2.5, según monitoreo de
la Calidad de aire ... 15 Tabla 2 Sulfuro de hidrogeno (H2S) según consumo de petróleo R500 y su equivalente
en gas natural ... 18 Tabla 3 Material Particulado (PM2.5) según consumo de petróleo R500 y su
equivalente en gas natural de la estación CA-03 ... 19 Tabla 4 Material Particulado (PM2.5) según consumo de petróleo R500 y su
equivalente en gas natural de la estación CA-04 ... 20 Tabla 5 Energía calorífica suministrada por la matriz energética con PR 500
según temporadas de producción... 22 Tabla 6 Energía calorífica suministrada por la matriz energética de petróleo
R500 y su equivalencia con el consumo gas natural según
temporadas de producción ... 22 Tabla 7 Facturación por consumo de petróleo residual 500 en temporadas del 2018 – 2020 ... 23 Tabla 8 Facturación por consumo de gas natural en temporadas del
2018 – 2020 ... 24 Tabla 9 Reducción de costos en consumo de combustible por efecto de sustitución de PR 500 por gas natural en matriz energética en temporadas de producción ... 25
Tabla 10 Indicadores de costo y desempeño energético según matriz energética y temporada de producción de harina de pescado
del 2018 – 2020 ... 26
viii INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Correlación entre consumo de petróleo R500 y la concentración de H2S en las estaciones CA-03 y CA-04 ...16 Figura 2. Correlación entre consumo de petróleo R500 y la concentración de PM2.5 en la estación
CA-03 ...17 Figura 3. Correlación entre consumo de petróleo R500 y la concentración de PM2.5 en la estación
CA-04 ...17 Figura 4. Sulfuro de hidrogeno (H2S) teórico proyectado según consumo de gas natural en las
estaciones CA-03 Y CA-04 ...19 Figura 5. Correlación entre consumo de gas natural y la concentración de PM2.5 en la estación CA-
03 ...20 Figura 6. Correlación entre consumo de gas natural y la concentración de PM2.5 en la estación CA-
04 ...21
ix RESUMEN
Se determinó el efecto de la sustitución de petróleo por gas natural en la calidad del aire, generado en la empresa Cantarana de Chimbote del 2018-2020. Tanto el material particulado (PM2.5) y sulfuro de hidrógeno (H2S), mediante captadores de aire de alto volumen, gravimetria, medidor de caudal y fluorescência se cuantificaron las concentraciones (µg/m³), luego proyectados con equivalencias de energia calorifica, consumo de combustible y tarifas del mercado. Los resultados mostraron que el H2S y PM2.5 , crecieron conforme aumentó el consumo de petróleo residual 500 (gal/día) de 1.3 a 7.0 y de 2.61 a 44.97 µg/m³ respectivamente a velocidades de 0.0017 y 0.0091 µg/m³ por galón consumido de petróleo por día. Con gas natural, el H2S y PM2.5 mostraron reducción de 0.0270 a 0.1452 y de 0.0415 a 0.7136 µg/m³, correspondiendo al 97.2% y 98.41% respectivamente, asimismo, se redujo el 15.49% del costo total con desempeño energético del 15.83%. Del estudio se desprende que la sustitución del petróleo R500 por gas natural proyecta efecto ambiental y económico positivo permanente.
Palabras clave: Sustitución; gas natural, petróleo R500; calidad de aire; reducción de costos.
x ABSTRACT
The effect of the substitution of oil for natural gas on air quality, generated in the company Cantarana de Chimbote from 2018-2020 was determined. Both particulate matter (PM2.5) and hydrogen sulfide (H2S), using high volume air collectors, gravimeter, flow meter and fluorescence concentrations (μg/m³) were quantified, then projected with equivalences of calorifica energy, fuel consumption and market rates. The results showed that H₂S and PM2.5
grew as residual oil consumption increased 500 (gal/day) from 1.3 to 7.0 and from 2.61 to 44.97 μg/m³ respectively at speeds of 0.0017 and 0.0091 μg/m³ per gallon consumed of oil per day. With natural gas, H2S and PM2.5 showed a reduction from 0.0270 to 0.1452 and from 0.0415 to 0.7136 μg/m³, corresponding to 97.2% and 98.41% respectively, and 15.49%
of the total cost was reduced with energy performance of 15.83%. The study shows that the replacement of R500 oil by natural gas projects a permanent positive environmental and economic effect.
Keywords: Substitution; natural gas; R500 oil; air quality; costs reduction
1 I. INTRODUCCIÓN
En el mundo, como resultado del crecimiento económico y globalización, se presentan múltiples beneficios directos hacia la población, sin embargo, simultáneamente se ha provocado nuevos riesgos (Vargas, 2005).
Por otro lado, las diferentes políticas que se aplican en los países, se orientan a la reactivación socioeconómica a través del desarrollo industrial, sin embargo, pueden provocar fuertes modificaciones que ocasionan contaminación y desequilibrio ambiental que van a repercutir en la generación de problemas sociales (Suarez y Molina, 2014).
Al respecto, en el mundo, conforme la economía prospera, basado en el desarrollo industrial, en las últimas décadas, la demanda de energía aumenta significativamente, principalmente, la energía fósil, como carbón y petróleo, caracterizados por el alto contenido de carbono, que por combustión generan gases que causan efecto invernadero (Yuan, et al., 2018).
En la actualidad, vivir en equilibrio y cuidado del medio ambiente, son requisitos indispensables para la salud humana y el desarrollo sostenible, por consiguiente, en la
“Agenda 21” de las Naciones Unidas, se reitera que “los seres humanos constituyen el centro de las preocupaciones para un desarrollo sostenible, por ello, tienen derecho a una vida saludable y productiva, en armonía con la naturaleza” (Suarez y Molina, 2014). Sin duda, una energía asequible y no contaminante, es objetivo clave del Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030, por ser la energía factor influyente al cambio climático, y representa alrededor del 60% de todas las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (Naciones Unidas, 2020). Por ello, como objetivo al 2030, es duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética, por consiguiente, implica aumentar la cooperación internacional a fin de facilitar el acceso a la investigación y tecnología relativa a la energía limpia, incluidas las fuentes de energía renovables, la eficiencia energética y las tecnologías
2 avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, así como, promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias (Naciones Unidas, 2018).
Dentro de un marco político, el campo energético, mundialmente están encaminadas a la sustitución de combustibles líquidos derivados del petróleo por fuentes renovables de energía (recursos hídricos, energía solar fotovoltaica, eólica, etc.) combinadas con otras fuentes disponibles como los biocombustibles y el gas natural (Ferreira, et al., 2015).
Hoy en día, los gobiernos buscan incentivar el uso de combustibles con menor impacto en las emisiones que descargan a la atmosfera, en este orden de ideas, la utilización de gas natural, representa un avance en materia ambiental, ya que en sectores como el de transporte e industrial, sustituye principalmente combustibles fósiles con un alto nivel de emisiones (Rangel y Portilla, 2016).
GNLQuintero (2020) afirma, que el gas natural es reconocido mundialmente como una de las fuentes de energía más amigables con el medio ambiente debido a su alto poder calorífico y bajas emisiones de contaminantes atmosféricos cuando se combustiona, asimismo, resalta que el gas natural llega a los consumidores mediante tuberías o redes de ductos, por ser ésta la vía más segura y económica para transportar el hidrocarburo a mercados con una demanda continua, en altas y bajas presiones, en la industria de la harina y aceite de pescado se utiliza para la generación de vapor en las calderas pirotubulares.
Desde el punto de vista ambiental, el aire es esencial para la existencia de los seres vivos, y los humanos exigimos, además, mejores condiciones que le garanticen la higiene del mismo y un confort adicional. Aguilo (2012), menciona en el ámbito de la planificación física, la Calidad del Aire se entiende como el grado de excelencia del aire, para no ser alterado o destruido, de otra manera, en mérito para que su esencia, su estructura actual se conserve.
La contaminación del aire es una alteración de sus niveles de calidad y pureza, debido
3 a emisiones naturales o de sustancias químicas y biológicas (Academia Nacional de Medicina, 2015).
Por su parte, la empresa CANTARANA S.A.C. ubicada en la zona industrial del Gran Trapecio en Chimbote, Santa, Ancash, Perú, cuenta con una planta de harina de pescado de alto contenido proteico, la misma que opera con 9 calderas pirotubulares, cuya matriz energética es el petróleo residual 500, dicho combustible tiene un 3.5 % de azufre, que en el proceso de quemado, genera gran cantidad de humo mal oliente, con abundante concentración de material particulado, óxido de azufre, óxido de nitrógeno etc., que son emanados al aire a través de chimeneas alrededor del barrio el Trapecio, que causan problemas respiratorios y alergias (Torres, 2011). Situación favorecida, por la dirección del viento, para que dichos contaminantes afecten la Calidad del Aire de la población aledaña de la urbanización el Trapecio, ubicada aproximadamente a 1000 m de la planta de producción.
Por lo anteriormente expuesto, la empresa CANTARANA cuenta con un programa de monitoreo de Emisiones y Calidad de Aire aprobado por el Ministerio de la Producción (PRODUCE, 2012). Los parámetros para dicho monitoreo son sulfuro de hidrógeno y material particulado, según puntos de muestreo aprobados para su programa de monitoreo ambiental (Pacheco, 2018).
Complementario al proceso tradicional, en el sector industrial del distrito de Chimbote, a partir del 2018 cuenta con el abastecimiento del gas natural, en la cual CANTARANA S.A.C. dispone un volumen de 19,000 m³/mes a 900,000 m³/mes, según contrato de suministro (Gases del Pacifico, 2019).
En tanto, Roncal et al. (2005) y Roncal et. al. (2006), en inventarios de emisiones realizado en las cuencas atmosféricas de las ciudades de Chimbote e Ilo, con respecto al sulfuro de hidrogeno (H2S), afirman que el 100% de su emisión (104 y 22) t/año corresponde
4 exclusivamente a la combustión y procesamiento de pescado respectivamente, de la industria pesquera. En tal sentido, la innovación tecnológica limpia, se convierte en el principal instrumento de gestión ambiental de la empresa en estudio, el cual mejora su eficiencia energética y contribuye a la mejora ambiental de la Calidad del Aire, cumpliendo con la normatividad vigente de los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para aire (MINAM, 2017).
La eficiencia de combustión en calderas es referida a la capacidad de estas, para convertir la energía química en energía calorífica, el mismo, que es considerado como indicador de eficiencia del quemador (Tello, 2007).
En cuanto al aspecto económico, la Sociedad Nacional de Pesquería – SNP (2020), informó que el 1.5% del PBI del Perú, es generado por la extracción e industria pesquera, más aún si se agregan los efectos indirectos a través de las cadenas productivas, este se incrementa a 2.5% del PBI. Asimismo, señaló que el sector, contribuye con 700 mil puestos de empleo, siendo 112 mil empleos directos y que dicho sector genera US$ 3,300 millones en divisas, representando el 7% de las exportaciones totales del Perú, representados con 4.7%, por las exportaciones de harina y aceite de pescado.
Según el Balance Nacional de Energía, de 1985 al 2009, el consumo de energía final del sector pesquero en el Perú, creció en 1.4% anualmente, siendo en promedio, el petróleo industrial que tuvo mayor demanda y produjo 8833TJ, seguido el Diesel con 3966TJ y luego, el gas natural con menos demanda que desprendió 1033TJ, destacando, que desde el 2003, se viene empleando gas natural en el norte del país (MINEM, 2009). Asimismo, el Balance Nacional de Energía del 2019, reflejó que el sector pesca consumió 3 458 TJ., siendo el diésel y la electricidad con 52.8 y 30.6% respectivamente, las fuentes energéticas más consumidas (MINEM, 2019).
5 Por otro lado, en cuanto a la gestión de la eficiencia energética, el MINEM (2015), resalta que una empresa al implementar, puede lograr ciertos beneficios como evitar pérdidas de energía, mejoras en el proceso de producción, consumir menos recursos energéticos, cumplir con normas internacionales como las ISO 9000, 14000 y 50001, que va conllevar a disminuir la contaminación ambiental y mejora de la imagen de la empresa, manteniendo la producción y calidad del producto.
Tello (2007), define como combustible a todos aquellos cuerpos que arden y como resultado forman llama, desprendiendo calor, entre ellos, se tiene al Diesel, Residuales 4, 6 y 500, que son líquidos industriales, diferenciados en sus propiedades fisicoquímicas, de estos, el R500, en cuanto a gravedad específica, viscosidad, punto de inflamación, poder calorífico y contenido en azufre, tiene los valores más altos como 0.9785; 1028 Cst; 110°C;
151700 Btu/gal y 1.3% en peso, respectivamente. Por otro lado, afirma que existen combustibles gaseosos, que se caracterizan por ser limpios y fáciles de operar, como el gas natural, que se caracteriza por contener metano de 70 a 96%, etano de 1 a 14% y propano, butano, pentano, hexano, dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno en porcentaje menores.
Seamonds et al., (2009), manifiestan que la fuente principal y más importante de contaminación del aire originada por el hombre, es la quema de combustibles fósiles, asimismo, confirman que la mayor magnitud de contaminación que sufre el aire proviene de las calderas, utilizadas para calentar casas, apartamentos y edificios de oficinas.
Por su parte, Tello (2007), estima que el 90% de la industria nacional en sus calderas, hacen uso del petróleo residual, asimismo, resalta que la tendencia es cambiar por gas natural, cuyas ventajas además de lo económico y de ser un insumo más limpio, contribuye con la reducción de emisión de gases contaminantes, buen mantenimiento y conservación de los equipos de combustión.
6 La combustión de gas natural según Chamochumbi (2015), emite 53.6 kgCO2/GJ, mientras que el petróleo 79.3 kgCO2/GJ, es decir, aproximadamente un 32% menos. A esto, agrega que una caldera de 500BHP con gas natural, emite flujos (kg/h) de SO2; NOx;
Partículas y CO2 de 0; 0.9; 0.07; 1130, por debajo a lo producido por el petróleo residual que emite 12.2; 3.6; 0.91 y 1625 respectivamente.
En Chimbote, al 2005, la industria pesquera conformada por 63 empresas, para producir 17545 t/año de harina de pescado, consumieron 11 848 737 gal/año (99.10%) y 1484 t/año de enlatados, 108 208 gal/año (0.9%), de petróleo R500, siendo aplicado en el secado a fuego directo el 81% y en secado a vapor con tubos el 19% en harina de pescado;
con este consumo, el contaminante más abundante en peso fue el dióxido de azufre (SO2), seguido el monóxido de carbono (CO), luego las partículas en suspensión con 11393; 10413 y 10389 t/año respectivamente y por último, en cantidades menores el óxido de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles con 2584 y 1358 t/año, generados por fuentes puntuales y móviles, mientras que el sulfuro de hidrogeno (H2S) con 104 t/año, producido exclusivamente por las industrias de harina y enlatados de pescado (DIGESA, 2005).
Galarreta (2019), menciona que, en los días de pesca, en los distritos de Coishco, Chimbote y Nuevo Chimbote en el 2017, determinó en promedio la concentración de sulfuro de hidrogeno (H2S) y partículas en suspensión (PM10), siendo los valores máximos de 7.84 y 47.3 µg/m3 respectivamente, que, comparados con los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) se encontraron por debajo de los valores establecidos 150 y 100 µg/m3.
La sustitución de petróleo por gas natural en calderas industriales, acarrea importantes ventajas, como ahorro de costo de combustible, por la alta eficiencia en la combustión, permite prescindir de equipos, y así, reducir costos de mantenimiento y operación, asimismo, conlleva a tener controlado los niveles de emisiones toxicas, evitando el efecto invernadero y cumpliendo con el protocolo de Kioto (diciembre 11 de 1997), el
7 cual limita las emisiones de estos gases (Vásquez et al., 2016).
Seamonds, et al., (2009), afirman que, en calderas, el cambio de petróleo No. 6 al N
° 2 reduce las emisiones de PM2.5 en aproximadamente un 94%, SO2 en aproximadamente un 68% y los óxidos de nitrógeno (NOx) en aproximadamente un 65%, asimismo, si se cambia de petróleo No. 6 por gas natural reduce las emisiones de PM2.5 en aproximadamente un 96%, SO2 en más del 99% y NOx en aproximadamente 75%.
Por otro lado, en cuanto a los combustibles contaminantes y que causan calentamiento global, un cambio de petróleo No. 6 a petróleo No. 2 reduce las emisiones de CO2 que atrapan el calor en aproximadamente un 7%, y el gas natural reduce las emisiones de CO2 en aproximadamente un 30% en comparación con el petróleo No. 6.
Asimismo, Lau y Corro (2017), como resultado de la sustitución de petróleo industrial 6, por gas natural comprimido en una planta de harina de pescado en Chimbote, con dos (02) calderas de 1200 y otras dos (02) de 1500 y 1800 BHP y un secador, en promedio, estimaron una reducción de emisiones gaseosas al medio ambiente de 70.13m3 (- 32.37%) y 2.47m3 (-100%) por tonelada de harina de pescado para CO2 y el CO respectivamente, que significó reducir los costos de producción en 14.009 US$ por tonelada de harina.
Con respecto, a sustituciones de combustible de petróleo tradicional por gas natural en transporte vehicular, en China, un vehículo que trabaja con gas natural reduce las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida en comparación con un vehículo de combustible tradicional que van del 61% al 76% y del 12% al 29%
respectivamente, en el 2015, por el creciente uso de gas natural como combustible, el total de petróleo sustituido por gas natural fue de aproximadamente 23,8 millones de toneladas (Mt), el mismo que permitió reducir emisiones de efecto de gas invernadero (GEI) de 16,9 Mt de CO2 equivalente (Yuan, et al., 2018).
8 De igual manera, China, del 2010 al 2018, demuestra que las fuentes de energía limpia como el gas natural y la energía eléctrica han mantenido un rápido crecimiento, que proyectado al 2050, cuando el subsidio alcance el 30%, el consumo de gas natural será del 16,6%; es decir, un 5,5% más alto (Xiong et al., 2020).
Según Filkoski, Petrovski y Sekovanic (2002), mencionan que una buena alternativa es sustituir petróleo pesado por gas natural en calderas instaladas en áreas pobladas, primero que se incrementa la eficiencia energética y la confiabilidad operativa de la planta y segundo, se mejoran significativamente las condiciones ambientales, por ejemplo, la concentración de óxidos nítricos en los gases de combustión con gas natural es mucho menos que en el caso de cuando se emplea combustibles líquidos; las concentraciones de NOx con combustión de gas natural son de 150-200 mg/m3, y cuando la caldera combustiona con petróleo pesado de 300-600 mg/m3.
Los Estándares de Calidad Ambiental para el Aire (ECA) en el Perú, de manera obligatoria deben ser usados como referente para diseños y aplicación de los instrumentos de gestión ambiental, en actividades productivas, extractivas y de servicios, estos, caracterizan las emisiones según parámetro, periodo y valor, siendo para el Material Particulado con diámetro menor a 2,5 micras (PM2,5) y Sulfuro de Hidrógeno (H2S) en 24 horas de 50 y 150µg/m3 respectivamente (MINAM, 2017).
Como tal, en la presente investigación se plantearon los siguientes objetivos:
General
Determinar el efecto de la sustitución de petróleo por gas natural en la Calidad del Aire, generado en la empresa CANTARANA S.A.C. de Chimbote, del 2018 al 2020.
9 Específicos
Determinar las concentraciones sulfuro de hidrógeno y material particulado presentes en el aire, generadas por las matrices energéticas con petróleo R500 y gas natural, en la zona de influencia de la empresa CANTARANA S.A.C. del 2018 al 2020.
Cuantificar los costos de energía con matrices energéticas a petróleo R500 y con gas natural, en la empresa CANTARANA S.A.C. del 2018 al 2020.
Determinar los indicadores de desempeño energético en el proceso de harina de pescado producida con matrices energéticas de petróleo R500 y gas natural, en la empresa CANTARANA S.A.C. del 2018 al 2020.
10 II. MATERIALES Y METODOS
2.1 Material de estudio
El aire circundante por las instalaciones de la Planta de harina de pescado de la empresa CANTARANA S.A.C, que recibe de la matriz energética, consistente de 09 calderas pirotubulares, por combustión de petróleo residual 500, emisiones gaseosas conteniendo Material Particulado (PM2.5) y Sulfuro de Hidrogeno (H₂S).
2.2 Instrumentos para la recolección y procesamiento de datos
Formato de recolección de información del monitoreo de la Calidad del Aire a través de los parámetros Material Particulado y Sulfuro de Hidrogeno utilizando la matriz energética de petróleo.
Compilation of Air Pollution Emission Factors: AP- 42, citado por Rojas (2018).
Desarrollo y cálculo de calores de combustión a partir de ecuaciones químicas según Formulación Química (2020).
Factores de equivalencia entre Material Particulado (MP2.5) y sulfuro de hidrogeno (H2S) con petróleo R500 y gas natural.
Costos de combustibles según pliegos tarifarios de proveedores.
2.3 Métodos
2.3.1 Determinación de sulfuro de hidrogeno (H₂S) y su relación de emisión del petróleo con respecto al gas natural.
La determinación del sulfuro de hidrogeno (H2S) en la Calidad del Aire durante las temporadas del 2018-2020 de la planta de producción de harina de pescado de la empresa CANTARANA, fue realizado con el método
11 validado ISP-405.2014. Método del azul de metileno (temporada de producción I-2018), SAG 120126 Rev. 02. (validado). Referenciado en Norma COVENIN 3571:2000.2018 (temporada de producción I-2019), ALAB-LAB-07. Basado en Norma COVENIN 3571:2000. (validado) 2015 (temporadas de producción II-219, I-II 2020). Para los cálculos de los factores de emisión, se aplicó el AP 42, Fifth Edition Compilation of Air Pollutant Emission Factors, citado por Rojas (2018), el cual establece, que el factor de emisión de dióxido de azufre (SO₂) para el petróleo es de 0.000757 kg SO₂/kg petróleoy para el gas natural es de0.0000157 kg SO₂ /kg de gas natural. Por otro lado, según Formulación Química (2020), por cada 2 moléculas de H2S combustionadas se obtiene 2 moléculas de dióxido de azufre (SO2), conforme a las ecuaciones 1 y 2.
2H₂S + 3O₂ 2H₂O + 2SO₂ (1) H2S + 3/2O₂ SO₂ + H₂O (2)
En base a la relación de factores (0.000757/0.0000157= 48.21), el petróleo emite 48.21 veces más de SO2, que el gas natural, dicha relación fue aplicada en las proyecciones de las concentraciones de H2S utilizando la matriz con gas natural.
2.3.2 Determinación del material particulado (PM) y su relación de emisión del
petróleo con respecto al gas natural
La determinación del material particulado (PM), se realizó mediante los métodos CFR Title40, Appendix L to Part. 50.214, (temporada de
12 producción I-2018), EPA Compendium Method IO – 2.3 (temporada de producción I-2019), ALAB-LAB-01. Basado en EPA CFR40. Appendix J to Part 50 (validado) 2015 (temporadas II-2019, I-II 2020), para los cálculos de los factores de emisión, se aplicó lo descrito por Mardones et al. (2015), quienes argumentan que, en base al Inventario de Emisiones del 2008, estimaron el consumo de combustible genérico para cada fuente industrial.
Dicho método basado en gravimetría, consiste en determinar los pesos antes y después del monitoreo de los filtros de PM2.5. A partir de los pesos de los filtros registrados, se realizaron los cálculos inversos de emisiones, aplicando los factores de emisión, reportados por la Guía Metodológica para la Estimación de Emisiones Atmosféricas de Fuentes Fijas desarrollada por Ambiosis (2007), siendo el factor de emisión MP2.5 para el petróleo n°6 de 8.13 x 10-4 kg de MP2.5 /kg de petróleo y para el gas natural es de 1.29 x 10-
5 kg de MP2.5 /kg de gas natural.
A través de la relación de emisiones (0.000813/0.0000129=63.02), se conoce que, el petróleo emite e 63.02 veces más de material particulado (MP2.5) que el gas natural, dicha relación se aplicó en las proyecciones de las concentraciones de material particulado (MP2,5) utilizando la matriz con gas natural.
2.3.3 Cálculo de la Energía calorífica suministrada por petróleo residual 500 La determinación de energía calorífica suministrada (Qs) de la matriz energética por petróleo residual 500 se realizó en los días de monitoreo de la Calidad del Aire y en las temporadas de producción de harina de pescado
13 del 2018-2020, para esto, se consideró, que el Poder calorífico inferior del petróleo residual 500 (PCIPR500) es equivalente a 18524 BTU/Lb (Repsol, 2016).
Seguido, con la densidad del petróleo residual 500 = 3.675 kg/galón (Osinergmin, 2019), y las equivalencias de BTU en Mcal, Lb a Kg y Mcal a MJ y el poder calorífico inferior del petróleo residual 500 (PCIPR500) de 151279.33 BTU/galón igual a 38.122 Mcal/galón, la energía calorífica suministrada (Qs), fue calculada con la siguiente ecuación:
Qs (PR500) = PCIPR500 x mPR500 (3)
Dónde: mPR500 es el Flujo másico de petróleo residual 500/periodo de tiempo (día, mes)
2.3.4 Energía calorífica en relación con el petróleo R500 y gas natural
Se determinó a partir de la equivalencia de las energías suministradas (Qs) entre el petróleo residual 500 y el gas natural, en los días de monitoreo de Calidad del Aire y en las temporadas de producción de la planta de harina de pescado del 2018-2020, conforme a:
Qs(PR500) = Qs (GN) (4)
Por otro lado, fue considerado el poder calorífico del gas natural de un millón de BTU producido por 26.132 m³ (Osinergmin, 2009) y las equivalencias de 1 MMBTU (1´000000 BTU), 1 BTU (0.000252 Mcal), 1 Mcal (4.18 MJ) y la densidad del gas natural de 0.61 kg/m³. (Nedgia, 2020). Asimismo, se
14 empleó el Poder Calorífico Inferior del gas natural (PCIGN) equivalente a 38267.26 BTU/m³, que expresado en Mcal/m3 y MJ/m3 resultó 9.643 y 40.308 respectivamente.
Finalmente haciendo uso de la ecuación 5, se determinó el consumo de gas natural (mGN) en kg/día.
Qs (GN) = PCIGN x mGN (5)
Dónde: mGN = Flujo másico de gas natural/ período de tempo (día o mes)
2.3.5 Costo unitario de petróleo y gas natural
En relación al costo del petróleo residual 500, su precio unitario fue determinado, en función a los precios de venta promedio del proveedor, consignados en las facturaciones de dicho combustible de las temporadas de producción del 2018 – 2020, a excepto del precio de venta promedio S/.
6.9858/galón correspondiente a la primera temporada del 2020. Del cálculo se obtuvo que el precio unitario promedio total de petróleo residual 500 fue de S/.8.2993/galón (con IGV). Para el gas natural, su precio unitario en el periodo 2018-2020, fue determinado en relación con los pliegos tarifarios del proveedor y en función a los precios unitarios del Gas Natural Licuado (GNL), el Recargo de Inclusión Social Energético (FISE), costos de Transporte Virtual y el Margen de Contribución, siendo el precio unitario promedio total del gas natural de S/.1.77417/m³ (con IGV).
15 III. RESULTADOS
3.1 Concentración de partículas de H2S y PM2.5, según monitoreo de la Calidad del Aire De los informes de inspección, muestreo y ensayos de análisis de parte de la empresa INSPECTOTRATE SERVICE PERU S.A.C del 2018 , de la empresa CHEMICAL TECNOLOGY PERU E.I.R.L, del 2019, 2020 y 2021, según monitoreo de la Calidad del Aire de cada estación que utilizaron en su matriz energética petróleo residual 500, realizado en los días de temporada de producción, tales como: mayo I-2018, mayo I- 2019, noviembre II-2019, junio I-2020 y noviembre II-2020, se presenta en la Tabla 1, las concentraciones de partículas H₂S y PM2.5, las mismas, que comparado con los Estándares de Calidad Ambiental(ECA), proporcionado por el MINAM (2017), se encuentran por debajo, sin embargo se puede observar que el material particulado se aproxima más al estándar, llegando alcanzar la estación CA-03, con 44.97 µg/m3 en la temporada de noviembre del 2020 y la más baja, en la misma estación con 2.614 µg/m3 pero durante la temporada que correspondió al mes de mayo del 2018.
Tabla 1
Concentraciones de partículas de H2S y PM2.5, según monitoreo de Calidad del Aire
Periodo de muestreo
Estación de monitoreo
CA-03 CA-04
H2S (µg/m3)
PM2.5
(µg/m3)
H2S (µg/m3)
PM2.5
(µg/m3) Del 01/05/2018 al 02/05/2018 < 1.3 2.614 < 1.3 16.971 Del 29/05/2019 al 30/05/2019 < 2.361 -- < 2.361 -- Del 28/11/2019 al 29/11/2019 < 7.0 15.42 < 7.0 10.96 Del 17/06/2020 al 18/06/2020 < 7.0 24.1 < 7.0 < 5.0 Del 27/11/2020 al 28/11/2020 < 7.0 44.97 < 7.0 35.15
Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Aire D.S. N° 003-2017-MINAM
150 50 150 50
16 3.2 Consumo de petróleo R500 en relación al sulfuro de hidrogeno (H2S) y material
particulado (PM2.5) durante el monitoreo de la Calidad del Aire
Las Figuras 1, 2 y 3, muestran las correlaciones entre las concentraciones de partículas de sulfuro de hidrogeno (H₂S) y material particulado (PM2.5) en microgramos por metro cubico de aire (µg/m³), las cuales fueron integradas con respecto a la matriz energética con petróleo residual 500, en los días de monitoreo. Dichas correlaciones entre consumo de petróleo R500 y la concentración de H₂S y Material Particulado en las estaciones CA-03 y CA-04, reflejan que a medida que se incrementa el consumo de petróleo residual R500 durante la producción de harina de pescado, se generan mayor concentración de partículas de H₂S y PM2.5, en tanto, según la pendiente de las ecuaciones que reflejan dicho comportamiento, el PM2.5,con 0.0091µg/m³-gal/día de petróleo residual 500, se está produciendo con mayorvelocidad en la estación CA-03.
Figura 1. Correlación entre consumo de petróleo R500 y la concentración de H₂S en las estaciones CA-03 y CA-04.
y = 0.0017x - 4.2407 R² = 0.934
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
H₂S(µg/m³)
Consumo de petroleo R500 (gal/día)
17
Figura 2. Correlación entre consumo de petróleo R500 y la concentración de PM2.5 en la estación CA-03
Figura 3. Correlación entre consumo de petróleo R500 y la concentración de PM2.5 en la estación CA-04
y = 0.0091x - 31.016 R² = 0.900
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
PM2..5(µg/m³)
Consumo de petroleo R500 (gal/dia)
y = 0.0025x + 2.5841 R² = 0.113
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00 6000.00 7000.00 8000.00 PM2..5(µg/m³)
Consumo de petroleo R500 (gal/día)
18 3.3 Correlaciones proyectadas de la matriz energética con petróleo y su equivalente en gas natural con respecto a sulfuro de hidrogeno (H₂S) y material particulado (PM) La Tabla 2, muestra el consumo total de petróleo R500 (gal/día) y sus equivalencias con gas natural (kg/día), realizada por las estaciones conforme a la producción de harina de pescado en las temporadas monitoreadas, asimismo, se observa que con gas natural se puede reducir hasta un 97.92% la concentración de µg/m³H2S, del mismo modo, en las Tablas 3 y 4, se demuestra que se podría reducir hasta 98.41%, la concentración de PM2.5. De otro punto de vista, la relación entre consumo de ambos combustibles, indica que se estaría emitiendo 48.21 y 62.98 veces más de µg/m³ H2S y PM2.5, respectivamente, con petróleo residual 500 que con gas natural.
Tabla 2
Sulfuro de hidrogeno (H2S) según consumo de petróleo R500 y su equivalente en gas natural
Mes Temporada
Consumo Petróleo
R500 (gal/día)
Consumo Gas Natural (kg/día)
Matriz Petróleo R500
Matriz
Gas Natural Reducción H₂S
(µg/m³)
H₂S
(µg/m³) %
Mayo I-2018 3313.84 7991.4 1.3 0.0270 97.92
Mayo I-2019 4597.00 11085.8 2.361 0.0490 97.92
Noviembre II-2019 6215.00 14987.7 7.0 0.1452 97.92
Junio I-2020 6194.00 14937.0 7.0 0.1452 97.92
Noviembre II-2020 7470.00 18014.2 7.0 0.1452 97.92
Las Figuras 4, 5 y 6, muestran las correlaciones entre las concentraciones de partículas de sulfuro de hidrogeno (H₂S) y material particulado (PM2.5) en microgramos por metro cubico de aire (µg/m³), las cuales fueron integradas y proyectadas con respecto a la matriz energética con gas natural, en los días de monitoreo. Dichas correlaciones entre consumo de gas natural y la concentración de H₂S y Material Particulado en las estaciones CA-03 y CA-04, reflejan que a medida que se incrementa el consumo de gas natural durante la producción de harina de pescado, se generan mayor concentración de
19 partículas de H₂S y PM2.5, en tanto, según la pendiente de las ecuaciones que reflejan dicho comportamiento, el PM2.5,con 6 x 10-5 µg/m³-gal/día de gas natural, se está produciendo con mayor velocidad en la estación CA-03.
Figura 4. Sulfuro de hidrogeno (H₂S) teórico proyectado según consumo de gas natural en las estaciones CA-03 Y CA-04
Tabla 3
Material particulado (PM2.5) según consumo de petróleo R500 y su equivalente en gas natural de la estación CA-03
Mes Temporada
Consumo Petróleo
R500 (gal/día)
Consumo Gas Natural (kg/día)
Matriz Petróleo R500
Matriz
Gas Natural Reducción PM₂.5
(µg/m³)
PM₂.5
(µg/m³) %
Mayo I-2018 3313.84 7991.4 2.614 0.0415 98.41
Mayo I-2019 4597.00 11085.8
Noviembre II-2019 6215.00 14987.7 15.42 0.2447 98.41
Junio I-2020 6194.00 14937.0 24.10 0.3824 98.41
Noviembre II-2020 7470.00 18014.2 44.97 0.7136 98.41 y = 1E-05x - 0.0879
R² = 0.8724
0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0.1600 0.1800
0.0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0
H₂S (µg/m³)
Consumo de gas natural (kg/día)
20 Figura 5. Correlación entre consumo de gas natural y la concentración de PM2.5
en la estación CA-03
Tabla 4
Material particulado (PM2.5) según consumo de petróleo R500 y su equivalente en gas natural de la estación CA-04
Mes Temporada
Consumo Petróleo
R500 (gal/día)
Consumo Gas Natural (kg/día)
Matriz Petróleo R500
Matriz
Gas Natural Reducción PM₂.5
(µg/m³)
PM₂.5
(µg/m³) %
Mayo I-2018 3313.84 7991.4 16.971 0.2693 98.41
Mayo I-2019 4597.00 11085.8
Nov. II-2019 6215.00 14987.7 10.96 0.1739 98.41
Junio I-2020 6194.00 14937.0 5.0 0.0793 98.41
Nov. II-2020 7470.00 18014.2 35.15 0.5578 98.41 y = 6E-05x - 0.4921
R² = 0.9000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0.0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0
PM2.5(µg/m³)
Consumo de gas natural (kg/día)
21
Figura 6. Correlación entre consumo de gas natural y la concentración de PM2.5 en la estación CA-04
3.4 Energía calorífica suministrada por matriz energética según temporadas 2018-2020
En la Tabla 5, se presenta el consumo de petróleo residual 500 en términos de galones por mes, por la planta en estudio según las temporadas de producción de harina de pescado, llegando a tener un consumo total de 583655.29 gal, el mismo que en términos energéticos produjo 22´250,106.97Mcal (93005447.13MJ). En tanto, en la Tabla 6, el consumo total de gas natural equivalente a la energía calorífica suministrada por la matriz energética con petróleo residual 500 de las temporadas de producción en estudio, fue de 2’307,369.43 m3, el mismo que equivale a la generación de 93´005,447.13MJ.
y = 2E-05x + 0.041 R² = 0.113
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0
PM2.5(µg/m³)
Consumo de gas natural (kg/dia)
22 Tabla 5
Energía calorífica suministrada por la matriz energética con PR 500 según temporadas de producción
Año Mes
Flujo másico de Petróleo R500
(gal)
Energía Calorífica Suministrada mensual
(Mcal)
Energía Calorífica Suministrada mensual
(MJ)
2018
Abril 113072.903 4310565.21 18018162.58
Mayo 71900.892 2741005.80 11457404.24
Junio 7218.680 275190.52 1150296.37
Noviembre 24670.025 940470.69 3931167.48
Diciembre 25578.790 975114.63 4075979.15
2019
Mayo 16378.000 624362.12 2609833.66
Junio 3678.000 140212.72 586089.17
Noviembre 24316.000 926974.55 3874753.62
Diciembre 2188.000 83410.94 348657.73
2020
Junio 68061.000 2594621.44 10845517.62
Noviembre 25288.000 964029.14 4029641.81
Diciembre 145545.000 5548466.49 23192589.93
Enero 2021 55760.000 2125682.72 8885353.77
Total 583655.290 22250106.97 93005447.13
Tabla 6
Energía calorífica suministrada por la matriz energética de petróleo R500 y su equivalencia con el consumo gas natural según temporadas de producción
Año Mes
Energía Calorífica Suministrada
(MJ)
Flujo másico de Gas Natural
(m³)
2018
Abril 18018162.58 447012.07
Mayo 11457404.24 284246.41
Junio 1150296.37 28537.67
Noviembre 3931167.48 97528.22
Diciembre 4075979.15 101120.85
2019
Mayo 2609833.66 64747.29
Junio 586089.17 14540.27
Noviembre 3874753.62 96128.65
Diciembre 348657.73 8649.84
2020
Junio 10845517.62 269066.13
Noviembre 4029641.81 99971.27
Diciembre 23192589.93 575384.29
Enero 2021 8885353.77 220436.48
Total 93005447.13 2307369.43
23 3.5 Evaluación de costos por consumo de petróleo R500 y gas natural
En la Tabla 7 se presenta el costo que involucra el consumo de petróleo residual en los meses de las temporadas de producción de harina de pescado, 2018 -2020, los mismos que fueron proporcionados por la empresa proveedora, donde se observa que el costo total en el periodo indicado fue de S/. 4’843,930.35.
Tabla 7
Facturación por consumo de petróleo residual 500 en temporadas del 2018 - 2020
Año Mes Flujo másico de
Petróleo R500
(gal)
Facturación consumo PR500 (con IGV)
(S/.)
2018
Abril 113072.903 938425.94
Mayo 71900.892 596727.07
Junio 7218.680 59909.99
Noviembre 24670.025 204743.94
Diciembre 25578.790 212286.05
2019
Mayo 16378.000 135925.94
Junio 3678.000 30524.83
Noviembre 24316.000 201805.78
Diciembre 2188.000 18158.87
2020
Junio 68061.000 564858.66
Noviembre 25288.000 209872.70
Diciembre 145545.000 1207921.62
Enero 2021 55760.000 462768.97
Total 583655.290 4843930.35
La Tabla 8, por su parte, muestra el costo que involucra el consumo proyectado de gas natural en los meses de las temporadas de producción de harina de pescado, 2018 -2020, los mismos que fueron proporcionados por la empresa proveedora, donde se observa que el costo total en el periodo indicado fue de S/. 4’093,665.65.
24 Tabla 8
Facturación por consumo de gas natural en temporadas del 2018 – 2020
Año Mes Flujo másico de
Gas Natural
(m³) Facturación
consumo GN con IGV
(S/.)
2018
Abril 447012.07 793075.40
Mayo 284246.41 504301.45
Junio 28537.67 50630.68
Noviembre 97528.22 173031.64
Diciembre 101120.85 179405.58
2019
Mayo 64747.29 114872.70
Junio 14540.27 25796.91
Noviembre 96128.65 170548.57
Diciembre 8649.84 15346.29
2020
Junio 269066.13 477369.06
Noviembre 99971.27 177366.03
Diciembre 575384.29 1020829.55
Enero 2021 220436.48 391091.79
Total 2307369.44 4093665.65
La Tabla 9, muestra la comparación de los costos por consumo, tanto del petróleo residual 500 como del gas natural proyectado en los meses de las temporadas de producción de harina de pescado, 2018 -2020, en dicha tabla se observa que el mayor costo lo tiene el petróleo residual, es decir, que sí la matriz energética hiciera uso de gas natural, en dicho periodo se tendría un ahorro de S/. 750, 264.71, el mismo que representa una reducción del 15.49% del total de la facturación.
25 Tabla 9
Reducción de costos en consumo de combustible por efecto de sustitución de PR 500 por gas natural en matriz energética en temporadas de producción
Año Mes
Facturación
consumo PR500 (con IGV)
( S/.)
Facturación consumo GN
(con IGV) (S/.)
Reducción
de costos (con IGV)
(S/.)
2018
Abril 938425.94 793075.40 145350.54
Mayo 596727.07 504301.45 92425.62
Junio 59909.99 50630.68 9279.31
Noviembre 204743.94 173031.64 31712.30
Diciembre 212286.05 179405.58 32880.47
2019
Mayo 135925.94 114872.70 21053.24
Junio 30524.83 25796.91 4727.92
Noviembre 201805.78 170548.57 31257.21
Diciembre 18158.87 15346.29 2812.58
2020
Junio 564858.66 477369.06 87489.60
Noviembre 209872.70 177366.03 32506.67
Diciembre 1207921.62 1020829.55 187092.07
Enero 2021 462768.97 391091.79 71677.18
Total 4843930.36 4093665.65 750264.71
3.6 Indicadores de desempeño energético según producción 2018 – 2020
En función a los datos de producción de harina de pescado y consumo de petróleo residual 500, al precio unitario promedio total de petróleo residual 500 de S/8.2993/gal explicado en el acápite 2.3.5 y a la facturación proyectada por consumo de gas natural, se presenta en la Tabla 10, los valores de los indicadores del costo de energía por tonelada de harina de pescado producida con la matriz energética de petróleo residual 500, del costo de energía proyectado por tonelada de harina de pescado producida con la matriz sustituta gas natural, y del parámetro que mide la eficiencia energética relacionada a la diferencia de costos de energía por tonelada de harina de pescado producida entre ambas matrices, conocido según la norma ISO 50001 como indicador de desempeño energético. En promedio, se aprecia una reducción del costo de energía
26 de harina de pescado de S/79.14/t, que representa un indicador de desempeño energético proyectado en promedio de 15.83% con la sustitución de matriz energética de petróleo residual 500 por gas natural, en base a las temporadas de producción en estudio.
Tabla 10
Indicadores de costo y desempeño energético según matriz energética y temporada de producción de harina de pescado del 2018 - 2020
Año Mes Producción
mensual de harina de pescado
Indicador costo energía
h.p.
con PR-500
Indicador costo energía
h.p.
con GN
Indicador reducción
costo
energía por
sustitución matriz energética PR-500 x GN
Indicador desempeño energético por
sustitución matriz energética PR-500 x GN
(t) (S/,/t) (S/,/t) (S/./t) (%)
2018
Abril 2133.920 439.78 37165 68.13 15.49
Mayo 1266.396 471.23 398.22 73.01 15.49
Junio 115.976 516.55 436.56 79.99 15.49
Noviembre 399.455 512.56 433.17 79.39 15.49
Diciembre 411.978 515.30 435.47 79.83 15.49
2019
Mayo 295.937 484.81 388.17 96.64 19.93
Junio 68.211 447.50 378.19 69.31 15.49
Noviembre 494.914 407.74 344.60 63.14 15.49
Diciembre 26.370 688.59 581.96 106.63 15.49
2020
Junio 1386.846 407.33 344.21 63.12 15.50
Noviembre 348.541 602.15 508.88 93.27 15.49
Diciembre 2399.329 503.44 425.46 77.98 15.49
Enero 2021 914.028 506.26 427.88 78.38 15.48
Total 10261.901 6503.24 5474.42 1028.82 205.80
Promedio 789.377 500.25 421.11 79.14 15.83
27 IV. DISCUSIONES
4.1 Concentración de partículas de H2S y PM2.5, según monitoreo de la Calidad del Aire
Durante el monitoreo de la Calidad del Aire, mostrado en la figura 1, en las temporadas de producción en planta del 2018 -2020, con respecto al sulfuro de hidrogeno H2S (µg/m³), se observa un crecimiento ascendente en relación directa con el consumo de petróleo residual 500 (gal/día), a un ritmo de 0.0017 µg/m³ por cada galón consumido de petróleo por día. Sin embargo, estos resultados, según Roncal et al. (2006), no se debe a la combustión del petróleo R500, sino, propiamente al tipo de secado, realizado en la obtención de harina de pescado, tanto a fuego directo como a vapor, el cual, según Lewkowska et al. (2016) y Godoi et al. (2018) citado por Montoya y Escobar (2020), se debe a la degradación o descomposición de proteínas con contenido de S2-., el mismo, que es percibido por el olfato, debido a que la presencia de H2S, en forma de gas, refleja un olor semejante a huevo podrido y podría causar efecto tóxico para la salud (Montoya y Escobar, 2020), como tal, la contaminación del aire con H2S, se presenta en función indirecta, con el consumo de combustible y directa con el volumen de producción de harina de pescado. Con respecto al nivel de concentración de este gas, se encontró en el rango de 1.3 a 7.0 µg/m³, es decir, valores de H₂S inferiores al máximo valor (150 µg/m³) permitido por Estândares de Calidad Ambiental (ECA) para Aire (MINAM, 2017).
Con respecto a la concentración de PM2.5 (µg/m³) durante el monitoreo de la Calidad del Aire en las temporadas del 2018-2020, la figura 2, muestra que este contaminante, también aumenta de acuerdo al nivel de consumo de petróleo residual 500 (gal/día) durante la producción de harina de pescado; el cual su crecimiento se manifiesta a una velocidad de 0.0091 µg/m³ por cada galón consumido de petróleo por día. Resultados que demuestran que el rango de concentraciones de PM2.5 de 2.614 a 44.97, que presentó
28 el aire durante el monitoreo, fueron inferiores al máximo valor permitido por los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Aire, el cual permite en 24 horas hasta 50 µg/m³ (MINAM, 2017). A diferencia del H2S que se produce como resultado del secado de la harina de pescado, el material particulado respirable disperso en la atmosfera con diâmetro igual o menor a 2.5 microgramos (PM2.5), según Rivera (2012), tiene como fuentes la combustión en vehículos, generadores, quema de madera, procesos industriales, las mismas que pueden acumularse y causar daño al sistema respiratório y luego al torrente sanguíneo.
4.2 Consumo de petróleo R500 en relación al sulfuro de hidrogeno (H2S) y material particulado (PM) durante el monitoreo de la Calidad del Aire
En la tabla 2, se muestra la equivalencia entre los consumos de petróleo R500 (gal/día) y de gas natural (kg/día), calculado en base a la energía calorífica suministrada por el petróleo y gas natural, el mismo que refleja una relación de crecimiento proporcional durante las temporadas de monitoreo, es decir, que la energía suministrada por 3313,84 galones/día de petróleo consumido puede ser suministrada por 7991,4kg/día de gas natural. Asimismo, se presentan las concentraciones de sulfuro de hidrogeno (H2S) (µg/m³), tanto para la matriz energética con petróleo R500 como para gas natural, proyectadas teóricamente a partir de las relaciones matemáticas y químicas, el mismo que originaría una reducción constante del 97.2% de emisión de H2S, debida a la sustitución, caben señalar, que la empresa en estudio, CANTARANA, está realizando las operaciones para cambio de tecnología, el cual permitirá monitorear y comprobar estos resultados.
29 4.3 Correlaciones proyectadas de la matriz energética con gas natural vs parámetros
sulfuro de hidrogeno (H2S) y material particulado (PM)
A partir del ajuste lineal, en la figura 4, se aprecia que dicha relación proyectada directamente proporcional con tendencia ascendente entre las variables consumo de gas natural (kg/día) y las concentraciones de sulfuro de hidrogeno H2S (µg/m³), se emitirían a un ritmo de 0.00001µg/m³ por cada kilogramo de gas consumido, siendo los valores de H2S muy inferiores al máximo valor (150µg/m³), permitido por los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Aire (MINAM, 2017).
Asimismo, en la tabla 3, se aprecia las concentraciones de material particulado PM2.5
(µg/m³) de la matriz energética con petróleo residual 500 y las concentraciones de material particulado PM2.5 (µg/m³) teórica proyectada de la matriz energética con gas natural, tomando como referencia los valores obtenidos de dicho parámetro, en los días que se realizaron los monitoreos de la Calidad de Aire y la relación de emisiones 63.02 veces para el petróleo con respecto al gas natural relacionado a las emisiones de material particulado (PM2.5) entre ambos tipos de combustibles, relación fundamentada en el punto 2.3.2. En la misma tabla 3, se observa en base a las proyecciones teóricas una reducción del 98.41 % de las concentraciones de material particulado PM2.5 durante las temporadas que se realizó el monitoreo de la Calidad del Aire.
Similar al comportamiento del H2S, se muestra en la figura 5, para el material particulado (MP2,5), es decir, una emisión ascendente, a diferencia, que este contaminante, se emite con una rapidez (0.00006 µg/m3/kg gas natural) de 6 veces mayor que el H2S (0.00001 µg/m³/kg gas natural), encontrándose los valores de MP2,5, muy inferiores al máximo valor (50µg/m³), permitido por los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Aire (MINAM, 2017).
