¿Qué son los biocombustibles?

¿De dónde provienen?

¿Cuáles son sus usos más importantes?

DEFINICIÓN:El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas.

El etanol es utilizado en mezclas con gasolina en concentraciones de 5%(E5) o el 10% (E10).

Los cereales son la principal fuente de producción de bioetanol.

Este proceso se puede dividir en cuatro partes:› La preparación de materias primas› La obtención del azúcar › Fermentación › Destilación.

Wet Milling (proceso molido húmedo): Proceso complejo debido al pretratamiento del maíz y a su separación en sus diferentes componentes.

Dry Milling (proceso molido en seco): Limpiar y moler los granos de cereal hasta reducirlos a partículas muy finas por medio de un proceso mecánico.

Proceso químico cuya finalidad es dividir a la molécula de celulosa por la acción de la molécula de agua.

Tipos:› H. con ácidos concentrados.› H. con ácidos diluidos.› H. enzimática.

Consiste en la fermentación por levaduras de la glucosa liberada a partir de la celulosa. Enzima : Invertasa.

La fructosa y la glucosa reaccionan con otra enzima (Zimasa), también presente en la levadura para producir etanol y dióxido de carbono.

Es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla.

El alcohol producido por fermentación contiene una parte considerable de agua, que debe ser eliminada para su uso como combustible.

El bioetanol es una fuente de combustible renovable y doméstico.

Reduce dependencia del petróleo del extranjero.

Es una fuente más limpia de combustible (40-80% menos de gases invernaderos).

Aumenta el octano del combustible con un coste pequeño.

Virtualmente utilizable en todos los vehículos.

Fácil de producir y almacenar.

Para poder utilizar el bioetanol como combustible puro (E100) se necesita llevar a cabo varias modificaciones dentro del motor, de manera tal no alterar significativamente el consumo.› Aumentar la relación de compresión.› Variar la mezcla de Combustible / aire.› Bujías resistentes a mayores temperaturas y

presiones.› Conductos resistentes al ataque de alcoholes.› Se debe agregar un mecanismo que facilite el

arranque en frío.

DEFINICIÓN Es un biocombustible

sintético que se presenta en estado líquido y se obtiene a partir de recursos renovables: aceites vegetales, grasas animales, algas y microalgas.

Se basa en la transesterificación de grasas y aceites, corresponde al método más empleado, debido a que es la mas económica, con conversión cercana al 98% y es una reacción directa a ester metílico.

Preparación del metóxido Reesterificación. División de la emulsión. Destilación.

Tanto en un proceso tipo batch como en uno continuo, encontramos los procesos comunes:

Considerando la producción de una tonelada de biodiesel a partir de la semilla de soja.

Producción de 1 ton de aceite.

Para la producción de 1 ton de biodiesel.

Es biodegradable. No posee azufre. Menos necesidad de medidas de

seguridad debido a su punto de inflamación más alto.

Único combustible alternativo al gasóleo.

Mayor rendimiento del motor. Reutilización de grasas y aceites.

A bajas temperaturas puede solidificarse produciendo obstrucciones en conductos.

Menor poder calorífico lo que produce un mayor consumo.

Es incompatible con algunos materiales, puede dañar caucho y algunas pinturas.

Ciclo Otto Ciclo Diesel

Consiste en cuatro carreras de un pistón:› Admisión: la mezcla aire-combustible es

tomada dentro del cilindro.› Compresión: la mezcla combustible-aire es

comprimida y ocurre la combustión a volumen constante.

› Combustión o Expansión: Los productos de combustión se expanden, produciendo trabajo de frontera.

› Escape: se abre la válvula de escape y el pistón empuja los gases de combustión fuera del cilindro.

Termodinámicamente podemos graficar este ciclo en un diagrama Presión-volumen.

El efecto de aumentar la relación de compresión, definida como la relación de los volúmenes al inicio y al final de la carrera de compresión es incrementar la eficiencia del motor, es decir, aumentar el trabajo producido por unidad de cantidad de combustible.

Entre el ciclo ideal y el ciclo teórico correspondiente existen diferencias sustanciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de temperaturas y presiones.

Diferencias:› En el ciclo teórico las pérdidas de calor son

nulas, sin embargo en el ciclo real hay pérdidas de calor.

› En el ciclo teórico la combustión se realiza a volumen constante, es por tanto instantánea; en el ciclo real la combustión dura un cierto tiempo.

Supone un rendimiento mayor al del Ciclo de Otto, teniendo relaciones de compresión entre 14 y 17.

Se compone de dos transformaciones adiabáticas (1-2) y (3-4), una isobara (2-3) y una isocora (4-1).

Existe tiempo entre apertura y cierre de la válvula de admisión y escape.

Hay pérdidas de calor en el ciclo real.

Existen pérdidas de carga en el ciclo real, ya que hay roce en el bombeo.

En la realidad la combustión no es instantánea.

Consumo y producción de energético en la producción de bioetanol

Indicadores:› Energía producida: 567.900 kcal/t de caña.› Energía utilizada: 50.702 kcal/t de caña.

› Energía producida/energía utilizada = 11.2

Consumo y producción de energía a partir de la quema de bioetanol.

Una planta de 300 klitros/dia resulta en:› Generación total : 16.414 kW.› Consumos propios: 6.414 kW.› Exportación a la red: 10.000 kW.

Consumo y producción de energía a partir de la quema de bioetanol.

Producción de 1 kg de aceite.

Producción de 1 kg de biodiesel.

Consumo energía por kg de biodiesel generado (MJ/kg) : 21,082.

Energía generada por kg de biodiesel generado (MJ/kg) : 47,310.

Energía generada / Energía Consumida: 2,244.

Proceso de fotosíntesis:12 CO2 + 11 H2O C12H22O11 + H2O

Proceso de fermentación:C12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4CO2

Reacciones en el motor Otto:4 C2H5OH +3O2 8CO2 + 12H2O

Fernández Diez, Pedro, “Termodinámica Técnica”, Universidad de Cantabria, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética.

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