UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRESUNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRESFACULTAD TFACULTAD TÉÉCNICACNICA
MECMECÁÁNICA AUTOMOTRIZNICA AUTOMOTRIZ
““ANANÁÁLISIS COMPARATIVO DE USO DELISIS COMPARATIVO DE USO DECOMBUSTIBLE DIESEL COMBUSTIBLE DIESEL -- BIODIESEL EN BIODIESEL EN MOTORES DE COMBUSTIMOTORES DE COMBUSTIÓÓN INTERNAN INTERNA””
Msc. Ing. Ricardo Paz Zeballos
22
ASPECTOS GENERALESASPECTOS GENERALESConstantemente se vienen buscando nuevas fuentes de energConstantemente se vienen buscando nuevas fuentes de energíía para a para
lograr sustituir al petrlograr sustituir al petróóleo, el cual es un energleo, el cual es un energéético de cartico de caráácter no cter no
renovable.renovable.
Esta bEsta búúsqueda viene direccionada por dos aspectos fundamentales los squeda viene direccionada por dos aspectos fundamentales los
cuales son:cuales son:
•• La disminuciLa disminucióón de recursos energn de recursos energééticos no renovables y el incremento ticos no renovables y el incremento
contincontinúúo en el costo de los mismos. o en el costo de los mismos.
•• El daEl dañño que ocasiona a la capa de ozono y al medio ambiente el o que ocasiona a la capa de ozono y al medio ambiente el
creciente incremento de los distintos gases contaminantes emitidcreciente incremento de los distintos gases contaminantes emitidos por os por
los motores de combustilos motores de combustióón interna los cuales utilizan combustibles n interna los cuales utilizan combustibles
convencionales.convencionales.
33
ASPECTOS GENERALESASPECTOS GENERALES
El intentar sustituir la gasolina y el diesel, ha llevado al deEl intentar sustituir la gasolina y el diesel, ha llevado al desarrollo de sarrollo de
motores que suplanten a estos combustibles, entre ellos se puedemotores que suplanten a estos combustibles, entre ellos se puede
citar:citar:
oo Motores a gasolina transformados a Motores a gasolina transformados a GasGas Natural Comprimido.Natural Comprimido.
oo VehVehíículos elculos elééctricos en base a la transformacictricos en base a la transformacióón de la energn de la energíía solar.a solar.
oo VehVehíículos hculos hííbridos los cuales son la unibridos los cuales son la unióón de motores eln de motores elééctricos y ctricos y
motor de combustimotor de combustióón interna.n interna.
oo VehVehíículos a hidrculos a hidróógeno.geno.
oo Otros.Otros.
44
ASPECTOS GENERALESASPECTOS GENERALESEL USO DEL BIODIESEL ES UNA ALTERNATIVA REAL QUE EL USO DEL BIODIESEL ES UNA ALTERNATIVA REAL QUE
REMPLAZA AL COMBUSTIBLE DIESEL CON LAS VENTAJAS REMPLAZA AL COMBUSTIBLE DIESEL CON LAS VENTAJAS
SIGUIENTES:SIGUIENTES:
•• ES UN COMBUSTIBLE ALTERNATIVO ELABORADO CON ES UN COMBUSTIBLE ALTERNATIVO ELABORADO CON
MATERIA PRIMA RENOVABLE.MATERIA PRIMA RENOVABLE.
•• TIENE PROPIEDADES SIMILARES AL DIESEL, SE PUEDEN TIENE PROPIEDADES SIMILARES AL DIESEL, SE PUEDEN
MEZCLAR AMBOS EN DIFERENTES PROPORCIONES PARA SU MEZCLAR AMBOS EN DIFERENTES PROPORCIONES PARA SU
UTILIZACION.UTILIZACION.
•• SE TIENE MENORES EMISIONES DE GASES CONTAMINANTES SE TIENE MENORES EMISIONES DE GASES CONTAMINANTES
HACIA EL MEDIO AMBIENTE.HACIA EL MEDIO AMBIENTE.
55
OBJETIVOOBJETIVO
EVALUAR EL COMPORTAMIENTO DE UN MOTOR DE EVALUAR EL COMPORTAMIENTO DE UN MOTOR DE
COMBUSTION INTERNA DIESEL CUANDO EL MISMO COMBUSTION INTERNA DIESEL CUANDO EL MISMO
TRABAJA CON UN COMBUSTIBLE ALTERNATIVO COMO ES TRABAJA CON UN COMBUSTIBLE ALTERNATIVO COMO ES
EL BIODIESEL. GENERANDO INFORMACION EN CUANTO A EL BIODIESEL. GENERANDO INFORMACION EN CUANTO A
SUS PRESTACIONES DE POTENCIA, MOMENTO TORSOR, SUS PRESTACIONES DE POTENCIA, MOMENTO TORSOR,
CONSUMO DE COMBUSTIBLE Y EMISION DE GASES CONSUMO DE COMBUSTIBLE Y EMISION DE GASES
CONTAMINANTES.CONTAMINANTES.
66
OBJETIVOS COMPLEMENTARIOSOBJETIVOS COMPLEMENTARIOS
DAR A CONOCER EL USO DEL BIODIESEL COMO UNA DAR A CONOCER EL USO DEL BIODIESEL COMO UNA
ALTERNATIVA PARA SER UTILIZADO EN VEHALTERNATIVA PARA SER UTILIZADO EN VEHÍÍCULOS CULOS
QUE FUNCIONAN CON MOTORES DIESEL.QUE FUNCIONAN CON MOTORES DIESEL.
OBTENER DATOS COMPARATIVOS DE POTENCIA, OBTENER DATOS COMPARATIVOS DE POTENCIA,
MOMENTO TORSOR Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE, MOMENTO TORSOR Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE,
UTILIZANDO DIFERENTES MEZCLAS DE DIESEL Y UTILIZANDO DIFERENTES MEZCLAS DE DIESEL Y
BIODIESEL.BIODIESEL.
77
BIODIESELBIODIESEL
EL BIODIESEL ES UN COMBUSTIBLE EL BIODIESEL ES UN COMBUSTIBLE
OBTENIDO A PARTIR DE ACEITES OBTENIDO A PARTIR DE ACEITES
VEGETALES O GRASAS ANIMALES.VEGETALES O GRASAS ANIMALES.
88
PROPIEDADES DEL BIODIESELPROPIEDADES DEL BIODIESEL
EL BIODIESEL ES EL ÚNICO COMBUSTIBLE ALTERNATIVO ELABORADO CON MATERIA PRIMA RENOVABLE, QUE PUEDE USARSE DIRECTAMENTE EN CUALQUIER MOTOR DIESEL, SIN SER NECESARIO NINGÚN TIPO DE MODIFICACIÓN EN EL MISMO.
COMO SUS PROPIEDADES SON SIMILARES AL COMBUSTIBLE DIESEL, SE PUEDEN MEZCLAR AMBOS EN DIFERENTES PROPORCIONES.
LAS EMISIONES DEL BIODIESEL HACEN DE EL UN COMBUSTIBLE IDEAL PARA EL USO EN AREAS URBANAS COMO SER LAS GRANDES CIUDADES.
99
ATRIBUTOS DEL BIODIESELATRIBUTOS DEL BIODIESEL
SE PUEDEN REALIZAR MEZCLAS EN SE PUEDEN REALIZAR MEZCLAS EN
DISTINTOS PORCENTAJES, SIENDO LOS MAS DISTINTOS PORCENTAJES, SIENDO LOS MAS
USUALES EL BUSUALES EL B--20 Y B20 Y B--50.50.
1010
EMISIONESEMISIONES
LA UTILIZACILA UTILIZACIÓÓN DEL BN DEL B--20 REDUCE LA CANTIDAD DE 20 REDUCE LA CANTIDAD DE PARTPARTÍÍCULAS EN EL ESCAPE, EL HUMO VISIBLE, LOS CULAS EN EL ESCAPE, EL HUMO VISIBLE, LOS HIDROCARBUROS NO QUEMADOS Y EL MONHIDROCARBUROS NO QUEMADOS Y EL MONÓÓXIDO DE XIDO DE CARBONOCARBONO
DIESEL B-20
Número de Cetano 40/48 48/52
Azufre (% en peso) 0,3/0,05 0,02/0,03
Oxígeno (% en peso) 0 2/2,5
Poder calorífico (BTU/LB) 18.500 17.900
Densidad (G/ML) 0,84/0,865 0,85/0,86
Viscosidad 2/3,2 3/3,5
FUENTE: Southwest Research Institute
1111
VENTAJASVENTAJAS
• Competitivo frente a otras tecnologías que reducen la contaminación
• Complementa todas las nuevas tecnologías de diesel para reducción
de gases contaminantes
• Rendimiento similar al del combustible diesel
• No requiere nueva infraestructura ni adiestramiento
• No es necesario cambiar o convertir motores
• No altera el equipo de mantenimiento
• No altera el tiempo de recarga de combustibles
• No altera el torque
• No altera el consumo
1212
VENTAJASVENTAJAS
• Mejora notablemente la lubricación en el circuito y en la bomba
de inyección
• Mejora las condiciones de funcionamiento invernal
• Mejora las condiciones anti-explosión e incendio
• La mezcla se puede hacer en el momento de carga o previamente
• La mezcla es estable y no se separa en fases
• Los esteres de soja se guardan en tanques similares a los de diesel, no son tóxicos y no forman mezclas explosivas con el aire.
EN LA COMBUSTIÓN SE REDUCE:
80% de anhídrido carbónico.100% de dióxido de azufre.90% de hidrocarburos totales no quemados.
75 – 90% de hidrocarburos aromáticos.
1313
LIMITACIONESLIMITACIONES
SU COMBUSTISU COMBUSTIÓÓN PUEDE ACARREAR UN CIERTO N PUEDE ACARREAR UN CIERTO INCREMENTO DE INCREMENTO DE ÓÓXIDOS DE NITRXIDOS DE NITRÓÓGENO.GENO.
PRESENTA PROBLEMAS EN SU ALMACENAMIENTO EN PRESENTA PROBLEMAS EN SU ALMACENAMIENTO EN PERIODOS SUPERIORES A LOS 6 MESES.PERIODOS SUPERIORES A LOS 6 MESES.
SU PODER SOLVENTE ES MUY SUPERIOR A LA DEL SU PODER SOLVENTE ES MUY SUPERIOR A LA DEL DIESEL.DIESEL.
1414
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DEL BIODIESEL (BSTICAS DEL BIODIESEL (B--50) EN 50) EN COMPARACICOMPARACIÓÓN CON EL DIESELN CON EL DIESEL
BIODIESELB-50
DIESEL
Punto de ignición 65 52Azufre % máximo 0,02 0,05Número de Cetano 50 42
Aromáticos Mucho menor
Oxígeno Mucho mayor
Punto Nube (ºC) - 13.33 - 14.44Punto de
Fluidificación (ºC)- 17.77 - 20.55
Biodegradabilidad (%) 38 26Lubricidad (BOCLE,
gramos)5.000 4.000
1515
DURACIDURACIÓÓN DEL MOTOR CON BIODIESELN DEL MOTOR CON BIODIESEL
PRUEBAS REALIZADAS POR VOLKSWAGEN BRASILPRUEBAS REALIZADAS POR VOLKSWAGEN BRASIL
VEHVEHÍÍCULO PASSAT CON 1.6 CC. INYECCICULO PASSAT CON 1.6 CC. INYECCIÓÓN INDIRECTAN INDIRECTA
TIEMPO DE PRUEBA 1300 HORAS.TIEMPO DE PRUEBA 1300 HORAS.
100 Hrs. A M100 Hrs. A MÁÁXIMA POTENCIA.XIMA POTENCIA.
300 Hrs. A M300 Hrs. A MÁÁXIMO TORQUE.XIMO TORQUE.
1616
DESARROLLODESARROLLO
OBTENCION DEL BIODIESEL.OBTENCION DEL BIODIESEL.
OBTENCION DEL MOTOROBTENCION DEL MOTOR
MONTAJE DEL MOTOR EN UNMONTAJE DEL MOTOR EN UN
DINAMDINAMÓÓMETROMETRO
OBTENCION DE LA POTENCIA, PAROBTENCION DE LA POTENCIA, PAR
TORSOR Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE.TORSOR Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE.
COMPARACION CUALITATIVA DE LACOMPARACION CUALITATIVA DE LA
EMISIEMISIÓÓN DE GASESN DE GASES
1717
DESARROLLO EXPERIMENTALDESARROLLO EXPERIMENTAL
ANANÁÁLISIS DELLISIS DELCOMBUSTIBLECOMBUSTIBLEOBTENIDOOBTENIDO
1818
DATOS OBTENIDOS DEL ANDATOS OBTENIDOS DEL ANÁÁLISISLISIS
BIODIESEL OBTENIDO Vs. BIODIESEL REQUERIDO BIODIESEL OBTENIDO Vs. BIODIESEL REQUERIDO EN MOTOEN MOTORES CATRES CAT
DENSIDAD A 15 °C 0.8766 g/cm3
TEMPERATURA DE INFLAMACIÓN 158 °C
VISCOSIDAD A 40 VISCOSIDAD A 40 °°CC 4.46 4.46 cStcSt..
DENSIDAD A 15oC 0.86 - 0.90 g/cm3
TEMPERATURA DE INFLAMACIÓN 100°C Mínimo
VISCOSIDAD A 40°C 4.0 – 6.0 cSt
2020
TABLERO DE CONTROL DEL DINAMTABLERO DE CONTROL DEL DINAMÓÓMETROMETRO
MEDIDOR DE REVOLUCIONES
PRESIÓN DE ACEITE MEDIDOR DEL PAR
REGULACIÓN DEL MOTOR
TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE
TEMPERATURA DEL ACEITE
REGULACIÓN DE CARGA
2121
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS TSTICAS TÉÉCNICAS DEL CNICAS DEL MOTOR UTILIZADO EN EL ENSAYOMOTOR UTILIZADO EN EL ENSAYO
MARCA TOYOTA
MODELOS DE VEHICULOS HILUX, CARAVAN, DINA
MODELO DE MOTOR 3L
N° DE CILINDROS 4 CILINDROS EN LINEA
CILINDRADA 3000 C.C.
CAMARA DE COMBUSTIÓN PRE CAMARA DE COMBUSTIÓN
REVOLUCIONES DEL MOTOR 750 – 6800 r.p.m.
POTENCIA Hp (r.p.m) 75 (6800)
TIPO DE BOMBA DISTRIBUIDOR
ASPIRACIÓN DEL MOTOR SIMPLE
2222
CONDICIONES DE ENSAYO CON EL MOTORCONDICIONES DE ENSAYO CON EL MOTORUTILIZANDO COMBUSTIBLE DIESELUTILIZANDO COMBUSTIBLE DIESEL
TEMPERATURA AMBIENTE DE TEMPERATURA AMBIENTE DE 15 A 17 15 A 17 °°CC..
TEMPERATURA DEL LTEMPERATURA DEL LÍÍQUIDO REFRIGERANTE DEL MOTORQUIDO REFRIGERANTE DEL MOTORDE DE 78 A 82 78 A 82 °°CC..
MEDIDA DE COMBUSTIBLE UTILIZANDO UNA PROBETA MEDIDA DE COMBUSTIBLE UTILIZANDO UNA PROBETA DE 500 DE 500 mlml..
2323
RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO CON EL MOTOR UTILIZANDO DIESELCON EL MOTOR UTILIZANDO DIESEL
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
PAR MOTOR Nm
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
ml/min
25 16 27
50 47 50
75 67 50
100 67 50
2424
ENSAYO CON EL MOTOR UTILIZANDO ENSAYO CON EL MOTOR UTILIZANDO BIODIESEL 100% COMO COMBUSTIBLEBIODIESEL 100% COMO COMBUSTIBLE
CONDICIONES DE TRABAJO SIMILARES AL DEL ENSAYO CONDICIONES DE TRABAJO SIMILARES AL DEL ENSAYO ANTERIORANTERIOR
2525
RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO UTILIZANDO BIODIESEL COMO COMBUSTIBLEUTILIZANDO BIODIESEL COMO COMBUSTIBLE
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
PAR MOTOR Nm
CONSUMO DE COMBUSTIBLE ml/min
25 15 26
50 47 50
75 68 50
100 68 49
2626
DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO UTILIZANDODATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO UTILIZANDOCOMBUSTIBLES AL 50%COMBUSTIBLES AL 50%
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
PAR MOTOR Nm
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
ml/min
25 16 26
50 46 50
75 67 50
100 68 50
2727
COMPARACICOMPARACIÓÓN DE DATOS OBTENIDOS CON N DE DATOS OBTENIDOS CON DIESEL, BIODIESEL Y MEZCLAS AL 50%DIESEL, BIODIESEL Y MEZCLAS AL 50%
COMPARACICOMPARACIÓÓN DEL PAR MOTORN DEL PAR MOTOR
DIESEL BIODIESEL 50% - 50%
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
PAR MOTOR Nm
PAR MOTOR Nm
PAR MOTOR Nm
25 16 15 16
50 47 47 46
75 67 68 67
100 67 68 68
2828
COMPARACICOMPARACIÓÓN DE CURVAS DEL PAR N DE CURVAS DEL PAR MOTORMOTOR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100 120
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
PAR
TO
RSO
R N
m
PAR TORSOR DIESEL PAR TORSOR BIODIESEL
PAR TORSOR AL 50%
2929
COMPARACICOMPARACIÓÓN DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLEN DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
DIESEL BIODIESEL 50% - 50%
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
CONSUMO DE COMBUSTIBLE (ml/min)
25 27 26 26
50 50 50 50
75 50 50 50
100 50 49 50
3030
COMPARACICOMPARACIÓÓN DE CURVAS DEL CONSUMO DEN DE CURVAS DEL CONSUMO DECOMBUSTIBLECOMBUSTIBLE
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
CO
NSU
MO
DE
CO
MB
UST
IBLE
ml/m
in.
CONSUMO DE COMBUSTIBLE DIESELCONSUMO DE COMBUSTIBLE BIODIESELCONSUMO DE COMBUSTIBLE AL 50%
3131
POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLE DIESEL.POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLE DIESEL.
VELOCIDAD POTENCIA DEL MOTOR EN Hp
2500 r.p.m - 25% aceleración 5.12
3750 r.p.m. - 50% aceleración 25.09
5250 r.p.m. - 75% aceleración 50.09
6800 r.p.m. - 100% aceleración 64.88
POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLE BIODIESEL.POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLE BIODIESEL.
VELOCIDAD POTENCIA DEL MOTOR EN Hp
2500 r.p.m - 25% aceleración 4.80
3750 r.p.m. - 50% aceleración 25.09
5250 r.p.m. - 75% aceleración 50.83
6800 r.p.m. - 100% aceleración 65.84
3232
POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLES AL 50%.POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLES AL 50%.
VELOCIDAD POTENCIA DEL MOTOR EN Hp
2500 r.p.m - 25% aceleración 5.12
3750 r.p.m. - 50% aceleración 24.56
5250 r.p.m. - 75% aceleración 50.09
6800 r.p.m. - 100% aceleración 65.84
3333
PRODUCCIPRODUCCIÓÓN DE BIODIESEL EN BOLIVIA N DE BIODIESEL EN BOLIVIA (SEG(SEGÚÚN N GRUTASOL)GRUTASOL)..
PRODUCCIÓN AÑOBBL
PRODUCCIÓN MESBBL
PRODUCCIÓN DÍABBL
754,777 62,898 2,029
PRECIO ESTIMADO DEL BIODIESEL PARA EL PRECIO ESTIMADO DEL BIODIESEL PARA EL CONSUMO CONSUMO (SEG(SEGÚÚN GRUTASOL NOVIEMBRE 2003)N GRUTASOL NOVIEMBRE 2003)..
3.12 Bs./Litro
3434
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
• Como se demostró en los ensayos realizados, los valores
obtenidos de par torsor, potencia y consumo de
combustible utilizando ambos tipos de combustible, no
presentan variaciones significativas, por lo cual queda
comprobado las ventajas en cuanto a prestaciones del
motor que ofrece el uso de biodiesel.
3535
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
• Realizando una comparación subjetiva de los gases
emitidos por el motor utilizando biodiesel, se pudo
observar la disminución de los mismos, basándose en color
de los gases de combustión tipo de referencia utilizada en
muchos ensayos realizados fuera del país.
• Otro aspecto positivo que se pudo demostrar es el
hecho de que no se requiere realizar ningún trabajo de
reingeniería, en los componentes del sistema de
alimentación de combustible del motor, aspecto que es
preponderante para la vialidad del consumo de este tipo
de combustible.
3636
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
El costo de venta del biodiesel según GRUTASOL, será similar
que el combustible Diesel, pero en este caso con tendencia a
disminuir, aspecto positivo para lograr su consumo con
mayor facilidad.
3737
TRABAJOS FUTUROSTRABAJOS FUTUROS
REALIZAR ENSAYOS EN DIVERSOS MOTORES.REALIZAR ENSAYOS EN DIVERSOS MOTORES.
REALIZAR PRUEBAS DE DESGASTES EN MOTORES, REALIZAR PRUEBAS DE DESGASTES EN MOTORES,
CON KILCON KILÓÓMETROS DE RECORRIDO UTILIZANDO EL METROS DE RECORRIDO UTILIZANDO EL
COMBUSTIBLE BIODIESEL.COMBUSTIBLE BIODIESEL.