EVALUACIÓN DE LA COMBUSTIÓN DE MEZCLAS DE BIODIESEL A PARTIR DEL ACEITE DE COCINA USADO, A CONDICIONES AMBIENTALES DE LA

CAPITAL DEL VALLE DEL CAUCA

EDUARDO JOSÉ OCHOA LOZANO

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA

PROGRAMA INGENIERÍA MECÁNICA SANTIAGO DE CALI

2011

EVALUACIÓN DE LA COMBUSTIÓN DE MEZCLAS DE BIODIESEL A PARTIR DEL ACEITE DE COCINA USADO, A CONDICIONES AMBIENTALES DE LA

CAPITAL DEL VALLE DEL CAUCA EDUARDO JOSÉ OCHOA LOZANO

Proyecto de Grado Optar el título de Ingeniero Mecánico

Director JOSÉ LUIS GERARDO RAMÍREZ DUQUE

Ingeniero mecánico Magister en Ingeniería Mecánica

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECÁNICA

SANTIAGO DE CALI 2011

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Nota de Aceptación Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecánico

ALFREDO ARAGÓN

Jurado

LUZ MARINA FLÓREZ

Jurado

Santiago de Cali, 5 de diciembre de 2011

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Este trabajo se lo dedico a mis padres, abuela y amigos que han hecho posible el desarrollo de este proyecto y que gracias a ellos y a su gran esfuerzo, paciencia y dedicación he logrado llevar a feliz término esta gran etapa de mi vida.

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mi director de proyecto de grado José Luis Ramírez, al personal de los laboratorios de ingeniería mecánica de la Universidad Autónoma de Occidente, profesores de facultad, al grupo de investigación GRUBIOC, a Cenicaña por suministrarme la información ambiental requerida y amigos por facilitarme los procesos necesarios para que este proyecto se llevara a cabo de manera satisfactoria. También gradezco a mi familia por su apoyo incondicional en todo este largo proceso de preparación y aprendizaje.

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CONTENIDO

Pág.

GLOSARIO 14 RESUMEN 16 INTRODUCCIÓN 17 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 21 1.1 ANTECEDENTES 21 1.2 FORMULACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 24 2. JUSTIFICACIÓN 26 3. OBJETIVOS 27 3.1 OBJETIVO GENERAL 27 3.2 OBJETIVOS ESPEÍFICOS 27 4. MARCO REFERENCIAL 28 4.1 MARCO TEÓRICO 28 4.1.1. Ciclo Diesel 28 4.1.2. Parámetros del motor Diesel 30 4.1.3. Proceso de admisión 32 4.1.4. Proceso de compresión 33 4.1.5. Proceso de combustión 34 4.1.6. Proceso de expansión 40 4.1.7. Proceso de escape o rechazo de calor 41

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4.2 EL COMBUSTIBLE 43 4.3 MARCO CONCEPTUAL 45 4.4 MARCO HISTÓRICO 46 4.5 MARCO LEGAL COLOMBIANO 48 5. METODOLOGÍA 52 5.1 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN 54 6. RESULTADOS 56 6.1 DISEÑO FACTORIAL 56 6.2 MEZCLAS GRUESAS 62 6.2.1 Concentraciones de NO en las tres jornadas 62 6.2.2 Concentraciones de NO2 en las tres jornadas 64 6.2.3 Concentraciones de NOx en las tres jornadas 66 6.2.4Concentraciones de SO2 en las tres jornadas 78 6.2.5Concentraciones de CO en las tres jornadas 71 6.2.6 Consumo en las tres jornadas 73 6.3 MEZCLAS FINAS 75 6.3.1 Concentraciones de NO en las tres jornadas 75 6.3.2 Concentraciones de NO2 en las tres jornadas 77 6.3.3Concentraciones de NOx en las tres jornadas 79 6.3.4Concentraciones de SO2 en las tres jornadas 81 6.3.5 Concentraciones de CO en las tres jornadas 83 6.3.6 Consumo en las tres jornadas 85

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6.4 COMBUSTIÓN TÉORICA DE LAS MEZCLAS 86 6.5 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS 89 7. CONCLUSIONES 90 BIBLIOGRAFÍA 92

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LISTA DE CUADROS

Pág.

Cuadro 1. Propiedades químicas del biodiesel – NTC 5444 51

Cuadro 2. Datos con Biodiesel 57

Cuadro 3. Datos con aceite de Higuerilla 57

Cuadro 4. Factores y niveles del diseño experimental 57

Cuadro 5. Factores del diseño experimental 58

Cuadro 6. Tabulación del experimento 60 Cuadro 7. Propiedades de las mezclas 89

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LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1. Diagrama P-V de un ciclo diesel ideal 29 Figura 2. Diagrama T-S de un ciclo diesel ideal 30 Figura 3. Diagrama motor diesel en función del ángulo de giro 37 Figura 4. Concentración de NO en la mañana 62 Figura 5. Concentración de NO en la tarde 62 Figura 6. Concentración de NO en la noche 63 Figura 7. Concentración de NO2 en la mañana 64 Figura 8. Concentración de NO2 en la tarde 64 Figura 9. Concentración de NO2 en la noche 65 Figura 10. Concentración de NOx en la mañana 66 Figura 11. Concentración de NOx en la tarde 66 Figura 12. Concentración de NOx en la noche 67 Figura 13. Concentración de SO2 en la mañana 68 Figura 14. Concentración de SO2 en la tarde 69 Figura 15. Concentración de SO2 en la noche 69 Figura 16. Concentración de CO en la mañana 71 Figura 17. Concentración de CO en la tarde 71 Figura 18. Concentración de CO en la noche 71 Figura 19. Consumo en la mañana 73 Figura 20. Consumo en la tarde 73

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Figura 21. Consumo en la noche 73 Figura 22. Concentración de NO en la mañana 75 Figura 23. Concentración de NO en la tarde 75 Figura 24. Concentración de NO en la noche 75 Figura 25. Concentración de NO2 en la mañana 77 Figura 26. Concentración de NO2 en la tarde 77 Figura 27. Concentración de NO2 en la noche 77 Figura 28. Concentración de NOx en la mañana 79 Figura 29. Concentración de NOx en la tarde 79 Figura 30. Concentración de NOx en la noche 79 Figura 31. Concentración de SO2 en la mañana 81 Figura 32. Concentración de SO2 en la tarde 81 Figura 33. Concentración de SO2 en la noche 81 Figura 34. Concentración de CO en la mañana 83 Figura 35. Concentración de CO en la tarde 83 Figura 36. Concentración de CO en la noche 83 Figura 37. Consumo en la mañana 85 Figura 38. Consumo en la tarde 85 Figura 39. Consumo en la noche 85

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LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Hoja de control 97 Anexo B. Tacómetro SHIMPO 99 Anexo C. Pistola infrarroja OAPTON INFRAPRO 5 99 Anexo D. Motor Diesel 4 cilindros en línea 4 tiempos 100 Anexo E. Propiedades físico-químicas del aceite usado en frituras 100 Anexo F. Freno Prony 101 Anexo G. Fluviómetro 101 Anexo H. Tipo de energías más utilizadas en Latinoamérica y el Caribe 102 Anexo I. Incidencia de la altura en los motores 102 Anexo J. Países potencia en producción de biodiesel, 2005 103 Anexo K. Analizador de gases TESTO 350 103 Anexo L. Especificaciones del motor 104 Anexo M. Contaminantes y sus efectos 105 Anexo N. Variables medidas para B0 106 Anexo O. Variables medidas para B3 107 Anexo P. Variables medidas para B6 108 Anexo Q. Variables medidas para B9 109 Anexo R. Variables medidas para B12 110 Anexo S. Variables medidas para B15 111 Anexo T. Variables medidas para B20 112

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Anexo U. Variables medidas para B40 113 Anexo V. Variables medidas para B60 114 Anexo W. Variables medidas para B80 115 Anexo X. Variables medidas para B100 116 Anexo Y. Diseño Experimental 117 Anexo Z. Cálculos de combustión 121

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GLOSARIO

BIODIESEL: es un combustible líquido que puede ser obtenido a partir de aceites vegetales o grasas animales. CIGÜEÑAL: es un eje acodado que transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme. COMBUSTIBLES FÓSILES: son recursos no renovables que se formaron hace millones de años con restos orgánicos de animales y plantas que junto con las reacciones químicas de la descomposición dieron origen a recursos como el carbón, el petróleo y el gas natural. CRAQUEO: es un proceso químico con el que se rompen moléculas de algún compuesto para obtenerlos de manera más simple implementando altas temperaturas y presión. ESTEQUIOMETRÍA: en una reacción química, es la ciencia que mide las proporciones de relaciones de masa de los elementos químicos que están implicados. PETRÓLEO: es un recurso natural no renovable y la principal fuente de energía en casi todo el mundo. PIRÓLISIS: es el proceso de descomposición química de la materia orgánica y cualquier tipo de materiales, mediante el calentamiento sin presencia de dioxígeno, exceptuando metales y vidrios. PMS: punto muerto superior, es la posición máxima que alcanza el pistón en una carrera en sentido ascendente PMI: punto muerto inferior, es la posición máxima que alcanza el pistón en una carrera con sentido descendente

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PROCESO ISENTRÓPICO: es aquel en el que la entropía del fluido que forma el sistema permanece constante. PROCESO POLITRÓPICO: son aquellos procesos termodinámicos para gases ideales que cumplen con la ecuación: PVa = cte. TRANSTERIFICACIÓN: es un proceso mediante el cual se cambia un grupo alcoxi de un éster, es decir, un grupo alquilo unido a un átomo de oxígeno, por algún otro alcohol implementando una base o un ácido.

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RESUMEN

En el presente proyecto de grado encontrará una caracterización del aceite de cocina usado donde se tuvieron en cuenta los factores medio ambientales como temperatura ambiente y porcentaje de humedad relativa, como posibles variables que pudieron afectar la combustión del motor diesel. Para realizar la parte experimental se usaron equipos de medición de gases, de temperatura, de potencia y de rpm. Para poder identificar cambios según las condiciones ambientales, la toma de datos se realizó en las jornadas de la mañana, tarde y noche. También se realizó un diseño experimental factorial donde se compararon algunos datos de gases del biodiesel de aceite de cocina usado con resultados obtenidos en otra investigación de la Universidad Autónoma de Occidente, donde se utilizó el aceite de higuerilla, con el fin de determinar la viabilidad del uso del combustible de esta investigación. El fin de esta investigación fue encontrar como se comportaba el motor diesel al usar este combustible en diferentes mezclas y a horarios del día para ver la incidencia del ambiente, además de encontrar la mezcla más óptima que se puede utilizar en la ciudad de Santiago de Cali. Es importante generar conocimiento respecto a las nuevas formas de combustible debido a problemáticas ambientales como el calentamiento global y el declive en la producción petrolera, además del aumento desmedido en los precios de este. Esto se ha convertido en un gran reto para la comunidad internacional ya que se hace necesaria la búsqueda de recursos que sean renovables, más amigables con el ambiente y con un costo mucho menor.

PALABRAS CLAVE: Combustión, poder calorífico, gases de combustión, biodiesel, contaminación.

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INTRODUCCIÓN

El petróleo es quizá uno de los mayores generadores de desarrollo a nivel mundial desde el siglo XX, pues gracias a este se desarrolló en gran medida la agricultura, la industria y los medios de transporte que permitieron potencializar las zonas productivas de todo el mundo incrementando la producción y el comercio en todos los rincones del planeta. Sin embargo, por sus grandes avances y propiedades, la gente y la sociedad empezaron a generar un nivel de dependencia muy alto de la energía y de los productos que provienen del petróleo que ahora, puede decirse que subsisten gracias a él. Actividades como el transporte, la ganadería, la minería, la industria, la producción eléctrica, entre muchas otras, son casi que estrictamente dependientes del petróleo, pues fue gracias a éste que se facilitó la mecanización de la agricultura y la extensión de los regadíos al ser utilizado como energía y así mismo puede emplearse en la fabricación de insecticidas, abonos y conservantes alimenticios.1 Puede decirse que en el modelo de producción y distribución actual, por cada caloría de alimento que llega al consumidor final, se necesita un promedio de ocho calorías de petróleo. El petróleo forma parte de la cotidianidad de los seres humanos pues está presente desde cosméticos, lubricantes, pvc, detergentes, asfaltos, medicamentos, hasta para el mantenimiento de servicios básicos urbanos como el suministro de agua. Por esta razón y por la dependencia tan grande que la sociedad tiene de este combustible es que cualquier variación en el precio del mismo, afecta absolutamente todos los sectores económicos.2 En las últimas décadas ha tomado gran importancia la temática de la contaminación ambiental que conlleva al uso de combustibles fósiles, dado el gran efecto que produce sobre la capa de ozono del planeta, además de los problemas de salud que pueden llegar a provocar en la población. A raíz de éste inconveniente, fue surgiendo la búsqueda de fuentes de energía que fueran más amigables con el medio ambiente con el fin de minimizar el impacto que produce el material particulado, las emisiones de gases y todo tipo de contaminante que interviene en la aceleración de procesos de efecto invernadero en el planeta. De ahí nace el tratado de Kyoto, que no es más que un compromiso

1 El mundo ante el Cenit del Petróleo [en línea]: Informe sobre la Cúspide de la producción mundial de petróleo. Caixa de Catalunya: Asociación para el Estudio de los Recursos Energéticos AEREN, 2006 [Consultado en Julio 4 de 2011]. Disponible en Internet: http://www.crisisenergetica.org/ficheros/El_mundo_ante_el_cenit_del_petroleo.pdf 2 Ibid., Disponible en Internet:

http://www.crisisenergetica.org/ficheros/El_mundo_ante_el_cenit_del_petroleo.pdf

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adoptado por los países industrializados para reducir las emisiones de gases en un porcentaje aproximado de un 5%, ya que se ha demostrado que la mayoría de contaminantes arrojados a la atmósfera son provenientes de los vehículos automotores, por lo que se convierte en una necesidad inmediata el mejorar los niveles de calidad del combustible.3 El constante aumento en el precio de los combustibles, fue otra de las razones que motivaron la búsqueda de otras fuentes de energía más económicas. En el caso de Colombia, por ejemplo, el precio del galón al público era de $3,101.72 con un subsidio de $2.412.31 el cual fue reducido a $1.486.41 en el año 2004 y el precio del galón aumentó a $5.514.03 más impuestos gubernamentales4, el precio actual del Diesel, según el Ministerio de Minas y Energía es $ 7.949.05. El tema de la producción sostenible de energía se convierte en un reto para la región. Existen múltiples obstáculos para el continente americano en el sector energético que se ven mayormente afectado por la crisis económica mundial. Los combustibles fósiles siguen siendo la principal fuente de energía de toda la región, el petróleo y el gas representan el 71% de suministro energético; “las previsiones sugieren que para los próximos 25 años el gas y el petróleo seguirán dominando el suministro de energía de la región. Comparativamente, las previsiones en energía renovable siguen siendo relativamente pequeñas”5 (ver anexo H). El biodiesel es un combustible líquido que puede ser obtenido a partir de aceites vegetales o grasas animales. Su uso se conoce desde la invención del motor diesel por parte de Rudolf Diesel. Desde el siglo XXI se empezó a desarrollar para el uso en automóviles como una opción distinta a los combustibles derivados del petróleo; “entre los años 2000 y 2007 la producción de biodiesel pasó de 1000 millones de litros a casi 11000 millones, lo cual indica que el biocombustible

3 Protocolo de Kyoto de la convención Marco de las Naciones Unidas sobre el cambio climático [en

línea]. Nueva York: United Nations Framework Convention on Climate Change, 1998. [Consultado el 12 Mayo de 2011]. Disponible en Internet: http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpspan.pdf 4 Estudio sobre la factibilidad técnica y económica de la producción en Colombia de los derivados

del aceite crudo de palma como carburantes para motores de ciclo Diesel [en línea]. Bogotá: Arturo Infante Villareal y Ecología y Entropía LTDA. [Consultado 12 de Junio de 2011]. Disponible en Internet: http://www.fincaparaventa.com/pdf/Biodiesel.pdf. 5

Seguridad Energética para el Desarrollo Sostenible de las Américas [en línea]. Ciudad de Panamá: Organización de los Estados Americanos OEA, Secretaría Ejecutiva para el Desarrollo Integral, 2007 [Consultado el 22 de Junio de 2011]. Disponible en Internet: http://www.oas.org/dsd/spanish/Documentos/EnergySecurity_SPA.pdf

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líquido supone el 1,8% de la porción total del combustible utilizado en el transporte del mundo”6. Según un informe de la Corporación para el Desarrollo Industrial de la Biotecnología y Producción limpia, CORPODIB, si se reemplazara en un motor el petrodiesel por B100 al menos en los buses urbanos, la reducción neta de las emisiones pude llegar a ser hasta del 79%, del material particulado un 32%, del CO un 35% y de SO2 un 8%. Si se usara una mezcla de B20 la reducción sería hasta de un 16% en las emisiones contaminantes, del CO un poco más del 8%, del material particulado 8% y SO2 alrededor del 1%. La potencia con el uso de mezclas aumenta un 18% en comparación con el petrodiesel.7 Sus grandes ventajas tales como no requerir modificaciones mayores para su uso en los motores, gran poder de lubricación en los mismos, tiene rendimientos similares al ACPM, es biodegradable y no tóxico, puede mezclarse en cualquier porcentaje con el ACPM, proviene de fuentes renovables. Presenta desventajas como problemas de fluidez a bajas temperaturas, escasa estabilidad oxidativa, no se debe almacenar por períodos superiores a 6 meses. El poder solvente lo hace incompatible con algunas partes plásticas del motor y se puede presentar taponamiento al inicio en los filtros del motor debido a su poder detergente. Además, aumento de compuestos de NOx

8 y un grave problema es que para su masiva implementación en el mundo se necesitarían grandes extensiones de tierras, lo cual pondría en desventaja a países que no tuviesen demasiado terreno para cultivar, además de provocar una crisis alimentaria, dado que ya no se cultivaría alimento para el consumo humano sino para la producción de biodiesel. El biodiesel obtenido a partir de aceite de cocina usado es una alternativa novedosa, dado que no necesitaría de grandes extensiones de tierra para su obtención y no pondría en riesgo la seguridad alimentaria. Además, es obtenido a

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BRINGENZU, Stefan; SCHÜTZ, Helmut; O´ BRIEN, Meghan; KAUPPI, Lea; HOWARTH W., Robert; Mcneely, Jeff; OTTO, Martina. Hacia la producción y uso sustentable de los recursos: EVALUACIÓN de los Biocombustibles. [en línea]. PNUMA Plan de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. 3

ed. París. ONU. 06 -2009. Available from internet: < www.unep.fr>. p. 10. ISBN

978-92-807-3052-4. 7

Programa Estratégico para la Producción de Biodiesel - Combustible Automotriz- a Partir de Aceites Vegetales [en línea]. Bogotá: Convenio Interinstitucional de Cooperación UPME – Indupalma – Corpodib, 2003 [Consultado Julio 24 de 2011]. Disponible en Internet: http://www.si3ea.gov.co/si3ea/documentos/documentacion/Biodiesel/Produccion_Biodiesel.pdf 8 GARCÍA, J. M; GARCÍA, J. A. “Biocarburantes líquidos: biodiesel y bioetanol”; Informe de

Vigilancia Tecnológica; Universidad Rey Juan Carlos, Universidad de Alcalá, CIEMAT, CISME; España; 2006; p. 37. Citado por: ANGANOY ALVAREZ, Adrián Esteban y CABRERA CAMACHO, Camilo Ernesto. Producción de biodiesel en planta piloto a partir de aceite de cocina usado. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Santiago de Cali: Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. 2009. p. 22.

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partir de una sustancia que antes era considerada un desperdicio y se arrojaba por los desagües, por ende contaminaba los ríos ya que al ser un compuesto orgánico fabricado por el hombre tiene estructuras moleculares complejas difíciles de degradar por los microorganismos en algunos casos, debido a esto pueden durar en el agua largos períodos de tiempo9. Al ser una novedosa manera de obtener combustible, es necesario realizar todo tipo de estudios desde el punto de vista de implementación, para así conocer la viabilidad del producto. El comportamiento de los automóviles se altera por diferentes aspectos, ya sean ambientales y/o atmosféricos, es decir, tanto potencia, consumo y emisiones varían de acuerdo con la posición geográfica en la que se encuentre. Las variables no son las mismas en Bogotá que en Cali, puesto que propiedades como: porcentajes de humedad, el cual afecta los siguientes parámetros: densidad del aire de entrada, relación aire/combustible, eficiencia térmica, eficiencia volumétrica, la presión atmosférica que disminuye la densidad del aire10 (ver anexo I) y la cantidad de oxigeno en el aire son distintos, lo que puede llegar a afectar la combustión del motor, por ende se vuelve necesario realizar un estudio sobre la combustión a nivel local utilizando este biocombustible. De esta manera se genera conocimiento sobre el tema y además se dan a conocer los porcentajes de mezcla de este biocombustible más eficientes en cuanto a consumo, generación de potencia y gases de combustión se refiere, para automóviles que transiten por la capital del Valle del Cauca.

9 BARBARA H. Luz Edith. Conceptos básicos de la Contaminación del Agua y Parámetros de

Medición [en línea]. Santiago de Cali: Universidad del Valle, Biblioteca Virtual de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental, 2002. [Consultado 18 de agosto de 2011]. Disponible en internet: http://www.bvsde.paho.org/bvsaar/e/fulltext/gestion/conceptos.pdf. p. 17 10

PATIÑO JARAMILLO, Gustavo Adolfo; CASTAÑO, Diego Alberto. Estudio de los Factores que Inciden en el Desempeño de los Motores de Encendido Provocado (MEP) convertidos a gas natural. Trabajo de grado de Ingeniero Mecánico; Trabajo de grado de Ingeniero Químico. Medellín: Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería, 2003. p. 39 – 41.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. ANTECEDENTES La utilización del biodiesel data desde principios del siglo XX. El creador de la máquina diesel, Rudolf Diesel, utilizaba este tipo de combustibles en sus motores, ya que se presentaba como opción distinta al diesel proveniente del petróleo. Países con una larga trayectoria en la utilización de biocombustibles (ver anexo 14), han adelantado ya investigaciones sobre su obtención a partir de aceite de cocina usado y sobre sus efectos. El departamento de ingeniería mecánica de la universidad Pamukkale en Turquía, llevó a cabo investigaciones sobre biocombustibles obtenidos a partir de aceite de girasol usado, utilizaron un motor Ford XLD de 1.7 CC enfriado por agua y como resultado obtuvieron que con una mezcla de 17,5% de biodiesel se satisface la potencia y la eficiencia térmica. La prueba se hizo sin ninguna modificación del motor. 11

El departamento de química e ingeniería de materiales de la National Ilan University en Taiwán, realizó pruebas para comparar la formación de gases a diferentes mezclas de combustible, con porcentajes de biodiesel de 20, 50, y 100%, donde como resultado obtuvieron que a B20 la producción de CO fue baja para todas las velocidades, para B50 la producción de CO fue alta para todas las velocidades, excepto a 2000 rpm, que para la concentración B20 fue la más alta. Para una concentración de B100 la concentración de ppm fue más alta que la del diesel puro. 12

El departamento de ingeniería mecánica de la Universidad Politécnico de Hong Kong, China, realizó pruebas con biodiesel obtenido a partir de aceite de cocina usado, con el que se intentó comparar el efecto de la aplicación de este biodiesel con metanol al 10%. Estos experimentos se llevaron a cabo en un motor diesel de

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USTA, N.; ÖZTÜRK, E.; CAN, Ö.; CONKUR, E.S.; NAS, S.; CON, A.H.; CAN, A.C.; TOPCU, M. Combustion of biodiesel fuel produced from hazelnut soapstock/waste sunflower oil mixture in a Diesel engine [en línea]. Turquía: Mechanical Engineering Department, Pamukkale University, Automotive Department, Pamukkale University, Food Engineering Department, Pamukkale University, 2004. p. 2. [Consultado 16 de agosto de 2010]. Available from Internet: www.sciencedirect.com, www.elsevier.com/locate/enconman. 12

LIN, Yan.; FEN, Greg; WU YO, Ping y CHANG TANG, Chang. Combustion characteristics of waste-oil produced biodiesel/diesel fuel blends [en línea]. Taiwan: Department of Chemical and Materials Engineering, National Ilan University. 2007. p. 3. [Consultado Septiembre 4 de 2010]. Disponible en Internet: www.sciencedirect.com doi:10.1016/j.fuel.2007.01.012

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4 cilindros de aspiración natural de inyección directa. Se desarrolló a una velocidad constante de 1800 rpm a 5 cargas diferentes. Se obtuvo como resultado una disminución de CO2 y NOx, también una reducción de la masa de emisión de partículas y el diámetro de ésta, en comparación con el combustible diesel. 13

En la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad de Castilla – La Mancha en España, se hizo una revisión temática y se hallaron resultados positivos y negativos al mezclar el biodiesel. Labeckas y Slavinskas midieron con diferentes porcentajes de mezlas utilizando 5%, 10%, 20%, 35% y B100 y obtuvieron que la eficiencia térmica máxima se evidenció entre el 5% y 10%. Otro autor, Ramadhas, testeó con un motor de un sólo cilindro con porcentajes de mezclas 10%, 20%, 50%, 75% y B100 obteniendo un máximo en la eficiencia entre B10 y B20 de mezcla. Estas mejoras en las eficiencias pueden deberse a que el biodiesel en bajas concentraciones tiene un comportamiento de lubricante.14

Murillo, por el contrario, encontró sinergias negativas. Este autor testeó mezclas entre diesel convencional y biodiesel de aceite de cocina usado con mezclas de 10%, 30% y 50% y encontró que la eficiencia fue baja, aun más que la obtenida con diesel, pero la eficiencia más alta fue encontrada con biodiesel puro.15

En el caso de los óxidos nitrosos, se dividen en 4 grupos los trabajos de algunos autores. El grupo I, en el cual hay un aumento en los óxidos nitrosos; el grupo II, en el cual sólo aumenta bajo ciertas condiciones; el grupo III, en el cual no se encuentran diferencias entre el diesel y el biodiesel; y el grupo IV, en el cual se han encontrado reducciones de los óxidos nitrosos.16 En el grupo I, el autor Schumacher, puso a prueba un cilindro 6 de 200 KW a 1200 rpm y 2100 y 50% y 100% de la carga con un 10%, 20%, 30% y 40% de mezclas de aceite de soja-

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CHENG, C.H.; CHEUNG, C.S.; CHAN, T.L.; LEE, S.C.; YAO, C.D. Y TSANG. K.S. Comparison of emissions of a direct injection diesel engine operating on biodiesel with emulsified and fumigated methanol [en línea]. Hong Kong: State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Department of Mechanical Engineering the Hong Kong Polytechnic University, Department of Civil and Structural Engineering The Hong Kong Polytechnic University, 2008. p. 1870–1879. [Consultado 15 marzo de 2011]. Available from internet: www.fuelfirst.com, doi:10.1016/j.fuel.2008.01.002. 14

LAPUERTA, Magín; RODRÍGUEZ-FERNÁNDEZ, José y AGUDELO, John R.. Diesel particulate emissions from used cooking oil biodiesel [en línea]. España: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, University of Castilla-La Mancha, Gimel Group, University of Antioquia. 2007. p. 7. [Consultado 20 de junio de 2010]. Available from internet: www.sciencedirect.com doi:10.1016/j.biortech.2007.01.033. 15

Ibid., p. 7. 16

Ibid., p. 8.

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biodiesel. Las emisiones de NOx incrementaron hasta un 15% en el caso de la mezcla de 40%.17 En el grupo II, Serdari midió las emisiones de tres diferentes vehículos en movimiento que utilizan combustible diesel con alto contenido de azufre (1800 ppm) y 10% de mezcla de biodiesel con aceite de girasol. Ellos encontraron aumentos y disminuciones en las emisiones de NOx y atribuyeron esas diferencias a la tecnología de los motores y las diferentes condiciones de mantenimiento.18 En el grupo III, Durbin TD, Collins JR, Norbeck JM, Smith MR colocaron a prueba cuatro motores diferentes con diesel, biodiesel puro y una mezcla de biodiesel al 20%. Los motores fueron elegidos para representar una amplia variedad de motores de trabajo pesado: inyección de turbo y de aspiración natural, directos e indirectos. Se encontraron pequeñas diferencias en las emisiones de NOx y los autores concluyeron que no fueron significativas.19 En el grupo IV, Peterson y Reece, utilizaron varias mezclas de combustibles diesel con ésteres tanto etílico y metílico de aceite de colza en vehículos equipados con motores similares de 5,9 l. Los investigadores midieron la reducción de las emisiones de NOx de un 10% tanto con grupos etil y mezclas de esteres metílicos.20

En la Universidad Autónoma de Occidente, Cali, existe una tesis sobre una evaluación de mezclas teniendo en cuenta las condiciones medioambientales de Cali, pero en este caso se utilizó aceite de higuerilla. 1.2. FORMULACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

El proceso de combustión en un motor diesel es distinto a un Otto, ya que en el diesel no se utilizan bujías que generen una chispa para provocar la combustión. Un motor diesel es un motor de combustión interna donde la combustión se logra con la compresión del aire. La ignición produce una transformación de energía química a energía calorífica y posteriormente a energía mecánica, es decir, la energía química es la existente en sí de la mezcla, al elevar la presión del aire

17

Ibid., p. 8. 18

Ibid., p. 8. 19

Ibid., p. 8. 20

Ibid., p. 9.

24

aumenta la temperatura de ésta y al lograr introducir la cantidad de calor necesaria para producir la ignición, esta energía química se transforma en calor; al hacer combustión la mezcla, ésta energía en forma de calor empuja un embolo, el cual genera movimiento, es decir, se transforma en energía mecánica. La potencia generada por el motor está asociada al poder calorífico del biodiesel obtenido a partir de aceites vegetales usados porque posee un menor poder calorífico que el diesel convencional, por tanto se podría decir que al utilizar más biodiesel en la mezcla la potencia generada por el motor va a disminuir. En un proceso de combustión, mientras en la mezcla exista una concentración de oxigeno óptima ,más eficiente va a ser este proceso, mientras menos porcentaje de oxigeno exista en la mezcla más cantidad de combustible se va a utilizar, debido a que este debe suplir la deficiencia de oxigeno existente, por tanto la cantidad de combustible consumido en función de, “El biodiesel con una concentración de entre 10 y 12% de oxigeno en la combustión causa una reducción en el torque debido a su bajo poder calorífico, pero existen algunos casos donde ocurre un pequeño aumento de la potencia cuando se incrementa el contenido de oxigeno”21. El oxigeno va a variar según los niveles del gas que existan en el medio. Ya que las variables medio ambientales y atmosféricas tales como: cantidad de oxigeno en el aire, porcentajes de humedad y presión atmosférica de la capital del Valle son muy distintas a las de otras ciudades del país, el comportamiento de un motor es distinto. En un lugar donde la presión sea más baja con relación a otro, va a provocar que la concentración de oxigeno baje, lo que causa que esta deficiencia de oxigeno se supla por más combustible, por ende aumenta el consumo de este y la concentración de gases de combustión. De igual forma en un lugar donde el porcentaje de humedad es muy alto va a producir una combustión incompleta en mayor grado a diferencia de un sitio menos húmedo, debido a que las partículas de agua van a atrapar parte del calor de la combustión, lo cual provoca una disminución en la eficiencia del motor. Al no conocerse estudio alguno sobre la evaluación de la combustión de este combustible - en específico - teniendo en cuenta este tipo de variables en la ciudad de Cali, se planteó un proyecto investigativo que consiste en hacer una evaluación teórico práctica de la combustión del motor diesel a diferentes mezclas de biodiesel - diesel, teniendo en cuenta todas las variantes del entorno de la capital del Valle, además determinar las propiedades físico – químicas de las mezclas para saber si cumple o no con la normatividad sobre combustibles establecidas internacionalmente. Teniendo en

21

Combustion of biodiesel fuel produced from hazelnut soapstock/waste sunflower oil mixture in a Diesel engine. Op. cit. Available from internet: www.sciencedirect.com, www.elsevier.com/locate/enconman.

25

cuenta todas las variables que se tratarán en el proyecto, se podrá encontrar cual es la mezcla de combustibles más eficiente, en cuanto a generación de potencia, consumo, impacto ambiental para la ciudad y que cumpla con las normas internacionales.

26

2. JUSTIFICACIÓN

Los combustibles obtenidos a partir de combustibles fósiles son una gran fuente energética con alto poder calorífico, además con grandes reservas a nivel mundial lo que convierte a los hidrocarburos y sus derivados en la principal fuente energética. Su desmedida utilización ha provocado daños medioambientales, “los climatólogos advierten que el incremento detectado en los gases producto de la combustión no tiene precedentes en al menos cientos de miles y, probablemente, millones de años. Entre los gases cuyas concentraciones están aumentando notablemente destaca el dióxido de carbono (CO2), que tiene la propiedad de actuar como “invernadero”, lo que podría estar iniciando una alteración impredecible en el equilibrio climático de nuestra atmósfera”22, prácticamente irreversibles, puesto que al momento de la combustión, los combustibles fósiles liberan gran cantidad de gases tóxicos y nocivos hacia esta. Los biocombustibles son obtenidos a partir de aceites vegetales o grasas animales, su poder calorífico es inferior al de los combustibles fósiles y requieren de grandes extensiones de tierra de cultivo para su producción poniendo en riesgo la seguridad alimentaria. El biocombustible obtenido a partir de aceites de cocina usado no necesita de grandes extensiones de tierra porque es obtenido de residuos, los cuales son vertidos por los canales de desagüe, contaminando las aguas y además, desperdiciando energía que podría ser utilizada. Debido a que el comportamiento de un motor varía dependiendo de las condiciones atmosféricas y medio ambientales en las que funciona, es decir, según las condiciones en las que se encuentre, puede consumir más combustible o menos y dependiendo de esto, se generan más o menos gases de combustión y potencia. Por este motivo y por los anteriores mencionados se hace necesario realizar una evaluación de mezclas de este biocombustible a condiciones climáticas de la capital del Valle del Cauca y de esta manera encontrar el porcentaje de mezcla más eficiente, además de generar conocimiento acerca de este biocombustible subutilizado.

22

El mundo ante el Cenit del Petróleo: Informe sobre la Cúspide de la producción mundial de petróleo. [en línea]. Caixa de Catalunya: Asociación para el Estudio de los Recursos Energéticos AEREN, 2006. p. 4 – 7. [Consultado en Julio 4 de 2011]. Disponible en Internet: http://www.crisisenergetica.org/ficheros/El_mundo_ante_el_cenit_del_petroleo.pdf

27

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Evaluar, en forma teórica y práctica, la combustión de diferentes mezclas diesel con biodiesel de aceite de cocina usado, para determinar la mezcla óptima en cuanto a potencia, consumo y gases de combustión, para las condiciones atmosféricas y medio ambientales de la capital del Valle del Cauca. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Analizar teóricamente la combustión en el motor con el combustible que se va a utilizar, es decir, aplicar los conceptos estequiométricos y de análisis elemental a éste proceso y poder determinar cuáles son los porcentajes de concentración de las moléculas que componen los gases de combustión.

- Obtener propiedades como viscosidad, índice de acidez, y densidad de las mezclas, para poder definir cuales mezclas cumplen con normatividad internacional.

- Realizar las pruebas en el motor diesel con diferentes porcentajes de mezcla y tomar medidas de potencia, consumo y análisis de gases de combustión, de esta manera evaluar los resultados y poder obtener la mezcla óptima.

- Analizar los datos obtenidos de las mediciones de todos los porcentajes de mezcla y determinar cuál es la que cumple con las normas y es más eficiente bajos las condiciones medioambientales de Cali.

28

4. MARCO REFERENCIAL

4.1. MARCO TEÓRICO

4.1.1. Ciclo Diesel. El ciclo Diesel es un ciclo de 4 etapas, admisión, compresión, expansión y escape que es ideal para las máquinas reciprocantes. El proceso de admisión es un proceso isentrópico que es el momento en que entra el aire al cilindro, la adición de calor se hace a presión constante, la expansión es al igual que la admisión un proceso isentrópico y el rechazo de calor se realiza a volumen constante. En este tipo de máquinas la bujía y el carburador son sustituidos por un inyector de combustible, el aire se comprime hasta alcanzar una temperatura superior a la de ignición lo que provoca la combustión cuando se inyecta el combustible, pues este al entrar a la cámara de combustión pulverizado y al entrar en contacto con el aire a altas temperaturas, las gotas de combustible se evaporan y reaccionan.23

Los motores Diesel son diseñados para operar a altas relaciones de compresión normalmente entre 12 y 24. Los motores Diesel al no tener un autoencendido permite la utilización de combustibles menos refinados lo que reduce los costos de funcionamiento de estos.24 La etapa de adición de calor o inyección de combustible empieza en el momento en que el pistón se acerca al punto muerto superior PMS, esta continúa durante las primeras partes de la etapa de expansión, lo que alarga el proceso de combustión, por esto en el ciclo ideal la adición de calor o combustión se hace a presión constante.25 Todo el desarrollo del ciclo Diesel se realiza en un sistema cerrado, la cantidad de calor que se adiciona Pcste al fluido de trabajo y el rechazo a Vcste (ver figura 1 y 2) se pueden expresar mediante un balance energético.

(1)

(2)

23

YUNUS A. Cengel, MICHAEL A. Boles. Termodinámica. Nevada. USA. McGraw – Hill. Edición 5. Julio de 2007. ISBN-13: 978-970-10-5611-0, p. 500. 24

Ibid., p. 500. 25

Ibid., p. 500.

29

La eficiencia térmica del ciclo Diesel que puede variar entre 35% y 40% aproximadamente, se obtiene bajo suposiciones de aire frio estándar.26

(3)

La relación de corte de adición rc que es una relación de volúmenes del cilindro antes de la combustión y después de esta.27

(4)

Estos motores funcionan con una relación mucho mayor de aire – combustible que los encendidos por chispa. Figura 1. Diagrama P-V de un ciclo diesel ideal.

Fuente: YUNUS A. Cengel, MICHAEL A. Boles. Termodinámica. Nevada. USA. McGraw – Hill. Edición 5. Julio de 2007. ISBN-13: 978-970-10-5611-0.

26

Ibid., p. 501. 27

Ibid., p. 501.

30

Figura 2. Diagrama T-S de un ciclo diesel ideal.

Fuente: YUNUS A. Cengel, MICHAEL A. Boles. Termodinámica. Nevada. USA. McGraw – Hill. Edición 5. Julio de 2007. ISBN-13: 978-970-10-5611-0. p. 500.

4.1.2. Parámetros del motor diesel. Existen algunos parámetros muy importantes a tener en cuenta en los motores diesel, tales como la cilindrada, la relación de compresión, el torque, la potencia y el rendimiento del motor. 4.1.2.1. Cilindrada. Este es un parámetro muy importante con el cual se define el punto inicial, también teniendo en cuenta otros valores, para especificar o definir la potencia de salida generada por el motor. El valor de este parámetro se determina entre el volumen del P.M.S (punto muerto superior) y el volumen del P.M.I (punto muerto inferior), este valor se multiplica por el número de cilindros que tenga el motor28. Se determina con la siguiente ecuación:

(5)

Donde s es la carrera del cilindro y No es el número de cilindros. 4.1.2.2. Relación de compresión. La relación de compresión es un parámetro que influye en gran medida en la producción de potencia de un motor, a mayor relación de compresión el motor generará más potencia. La relación de compresión se calcula con la siguiente ecuación:

28

ARAGON SALAZAR, Alfredo. El motor diesel y sus pruebas de laboratorio. Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 1996. p.18.

31

(6)

Donde V es el volumen del cilindro y es el volumen de la cámara de combustión.29 4.1.2.3. Torque. El torque es producido en el instante de la combustión cuando en el cilindro se produce una presión que empuja el pistón, tal presión multiplicada por el área del pistón se convierte en una fuerza. Esta fuerza es transmitida hasta una sección llamada muñón de apoyo lo que produce el giro. El giro se produce en el muñón de bancada, de esta forma la distancia entre centro de muñones se toma como una palanca y esta distancia multiplicada por la fuerza nos da el valor del torque. Este parámetro es de gran importancia en la generación de potencia, es más importante que las rpm a la hora de seleccionar un motor de combustión interna.30 4.1.2.4. Potencia. Este parámetro es posible calcularlo mediante la siguiente ecuación:

(7)

Donde P es potencia en watios, W es la velocidad angular en Rad/seg, y T torque en N/m. Esta medida es definida como la capacidad de un motor para generar un trabajo en una unidad de tiempo. En un motor se pueden aumentar las rpm hasta un punto donde se alcanza un torque máximo el cual es considerado como el punto de rendimiento óptimo del motor, esto no quiere decir que sea el de potencia máxima, sin embargo la velocidad puede seguir aumentando al igual que la potencia aunque el rendimiento sea menor.31 4.1.2.5. Rendimiento de un motor. En todo el proceso de combustión la energía de entrada al sistema es menor que la desarrollada en el cigüeñal, esto se debe a diversos factores que producen perdidas de energía a lo largo del proceso tales como las pérdidas de calor a través de las paredes de los cilindros y las culatas, también por la fricción presente entre los elementos móviles que componen el cilindro pistón. Cuando se diseña un motor se busca que la relación entre energía

29

Ibid., p. 19. 30

Ibid., p. 19 – 21. 31

Ibid., p. 21 – 22.

32

suministrada y desarrollada sea de un valor unitario. Este valor es estimable mediante la relación de la cantidad de energía desarrollada en el cigüeñal y la energía de entrada o energía suministrada por el combustible. El rendimiento global de un motor esta subdividido en 3 medidas de rendimiento:

Rendimiento termodinámico: que es el nivel de eficiencia con que el motor utiliza

la energía suministrada, es decir, qué nivel de aprovechamiento de calor presenta

el motor.

Rendimiento cualitativo: este rendimiento es el que se ve afectado por factores

como mal llenado de los cilindros o un alto nivel de gases residuales en el mismo

etc.

Rendimiento Mecánico: el cual tiene que ver con los sistemas de lubricación

que reduzcan al mínimo la resistencia al movimiento.32

4.1.3. Proceso de admisión. En los motores de combustión interna la válvula de admisión se abre aproximadamente de 10o a 30o antes de que el embolo o pistón alcance el punto muerto superior PMS, de igual forma se cierra de 40o a 80o después del punto muerto inferior PMI, estas posiciones son con relación al giro del cigüeñal que con el eje de levas es 2:1.33

Debido a la transferencia de calor de las partes calientes del motor el aire que ingresa al motor durante el proceso de admisión aumenta su temperatura lo que conlleva como ventaja a la mejora en la evaporación del combustible y como desventaja disminuye la densidad de la mezcla lo que afecta en el proceso de llenado del cilindro. Este aumento de temperatura debido a la transferencia de calor varía dependiendo del motor, además en los motores Diesel el Δt aumenta, pues las piezas aumentan de temperatura a medida que la carga de trabajo en este aumenta. Para motores Diesel sin turbo cargador el Δt varía entre 10°C a 40oC.

32

Ibid., p. 24 – 26. 33

JARAMILLO DÍAZ, Hebert. Procesos reales en los motores de combustión interna (M.C.I). EN: El Hombre y la Maquina. Octubre, 1996, Vol. 12, p. 30.

33

Pa es la presión al final del proceso de admisión y esta se puede determinar por:

Pa = Po - ΔPa (8)

Donde PO es la presión a la cual entra el aire y ΔPa equivalen a las pérdidas de presión generadas por la resistencia que presenta el sistema y el amortiguamiento de la velocidad del movimiento de la mezcla. Para determinar esta última variable de la ecuación se utiliza la ecuación de Bernulli.

(9)

Donde β es el coeficiente de amortiguamiento de la velocidad de la mezcla, es el

coeficiente de resistencia que presenta el sistema, es la velocidad media de la mezcla en la parte inferior del sistema de admisión y ρ0 es la densidad de la mezcla.34 La cantidad de aire que entra al cilindro y queda encerrado en el, al momento de cerrarse la válvula de admisión, se denomina carga en peso del cilindro, que se divide en carga en peso del cilindro real y carga en peso del cilindro teórica. La real es aquella que llega al cilindro del motor y se queda en él y la teórica es el aire que cabe en el volumen del cilindro a presión y temperatura ambiente. Por la resistencia del sistema la carga real es menor que la carga teórica.35 4.1.4. Proceso de compresión. El proceso de compresión es aquel en el que la mezcla empieza a ser sometida a altas presiones lo cual eleva la temperatura de esta hasta el punto de autoignición. Los valores finales de estos parámetros, temperatura y presión, dependen de la relación de compresión, el intercambio de calor, inicio de la compresión y de los parámetros termodinámicos del ambiente. El mejor aprovechamiento del calor y la expansión depende de si la relación de compresión y los valores termodinámicos son más altos, ya que estos son factores que elevan la temperatura de compresión y la presión de compresión y por ende hacen que la inflamación sea más larga, lo que produce una combustión más completa.

34

Ibid., p. 32. 35

Ibid., p. 33.

34

La presión y la temperatura al final del proceso se pueden determinar mediante las siguientes ecuaciones:

(10)

(11)

Donde n1 es el coeficiente politrópico de compresión, ε es la relación de compresión. El proceso politrópico en el caso de los motores es cuando la mezcla a alta temperatura empieza a transferir calor a las paredes del cilindro, al pistón y a la culata. El coeficiente politrópico se puede determinar mediante la siguiente ecuación:

(12)

Donde n es el valor de la frecuencia de rotación del cigüeñal. El valor de la temperatura y la presión al final del proceso de los motores diesel están en los siguientes rangos36: Pc=35 a 55 Bar Tc=700 a 900 K 4.1.5. Proceso de combustión. La combustión es un proceso de oxidación que sucede de manera rápida, que desprende energía en forma de calor y radiación. Para lograr la combustión, el combustible compuesto de átomos de carbono e hidrógeno se combinan con el oxigeno del aire logrando la oxidación de este, pero para lograr la inflamación del combustible, el aire debe estar a la temperatura de ignición.

El tipo de combustión varía dependiendo de varios factores como: - Parámetros del proceso de admisión.

36

Ibid., p. 35 – 36.

35

- La calidad de vaporización o pulverización del combustible. - Frecuencia de rotación del cigüeñal. - Composición físico-química del combustible.

Sobre la base de la composición elemental del combustible se evalúa la cantidad teórica de aire necesaria para lograr provocar la combustión de 1 Kg de combustible.

(13)

C, H y O son el contenido, en masa, del carbono, hidrógeno y oxígeno en 1 Kg de combustible, respectivamente.37 El aire está compuesto aproximadamente de 21% de oxigeno y 79% de nitrógeno. También contiene otros gases pero en pequeñas cantidades aunque no se consideran. Teniendo estos porcentajes se puede decir que existen 3.76 Kmol de N2 por cada Kmol de oxigeno, es decir, 4.76 Kmol de aire durante el proceso de combustión. Los óxidos nítricos que se forman provienen del nitrógeno que durante la combustión se comporta como un gas inerte. 38

El aire que se utiliza en la combustión, posee cierto porcentaje de humedad pero se puede tratar como un gas inerte incluyendo tanto la humedad del aire, como el agua que se forma durante la combustión. Sin embargo, el agua a altas temperaturas se descompone molecularmente en H2 y O2, igualmente en H, O y OH. Una parte de la humedad se condensa y se combina con el dióxido de azufre formando acido sulfúrico, producto que es muy corrosivo. Todo esto sucede cuando los gases, producto de la combustión, se enfrían por debajo de la temperatura de rocío del vapor de agua. 39

37

Ibid., p. 37. 38

YUNUS A. Cengel, MICHAEL A. Boles. Termodinámica. Nevada. USA. McGraw – Hill. Edición 5. Julio de 2007. p. 754. ISBN-13: 978-970-10-5611-0 39

JARAMILLO, Op. cit., p. 37.

36

El principio de conservación de la masa es aquel que rige la combustión, es decir, la masa total de cada elemento se conserva durante la reacción química40. Para cuantificar las cantidades de combustible – aire se utiliza la siguiente relación:

(14)

La cantidad de aire real Lr es la cantidad de este gas que toma parte en la combustión de 1 Kg de combustible. Se denomina coeficiente de exceso de aire a la relación entre Lr y Lo:

(15)

Este coeficiente es variable al funcionar el motor. El coeficiente de exceso de aire depende de los siguientes parámetros:

Procedimiento de preparación de la mezcla.

Régimen de trabajo.

Tipo de combustible. El α en función de trabajo para motores Diesel:

Régimen de trabajo Nominal: 1,50 a 1,6.

Régimen de trabajo de sobrecarga hasta el par motor máximo: 1,25 a 1,35.

Régimen de cargas pequeñas próximas a carga de vacío: α ≥ 10. Dependiendo de cómo sea el Lr en comparación con el Lo se puede determinar si la mezcla es óptima o no, entonces se tiene que:

Si Lr < Lo, es decir que α es menor que 1, nos indica que la mezcla en la cámara de combustión contiene bajo porcentaje de aire para la combustión de 1 Kg de combustible, lo que quiere decir que la mezcla es rica en combustible.

40

YUNUS, Op. cit., p. 755.

37

Si Lr = Lo, o sea que α =1, nos indica que la mezcla en la cámara de combustión posee la cantidad optima para la combustión de 1 Kg de combustible, esto quiere decir que la mezcla es normal.

Si Lr > Lo es decir que α es mayor que 1, nos indica que la mezcla en la cámara de combustión tiene un exceso de aire para lograr la combustión de 1 Kg de combustible, esto nos dice que la mezcla es pobre.41 4.1.5.1. Proceso de combustión en los motores diesel. Figura 3. Diagrama del motor Diesel en función del ángulo de giro.

Fuente: JARAMILLO DÍAZ, Hebert. Procesos reales en los motores de combustión interna (M.C.I). EN: El Hombre y la Maquina. Octubre, 1996, Vol. 12, p. 42. Con ayuda de la figura 3 podemos describir el proceso de combustión en tres fases. Existe un momento previo que se puede ver en el punto k el cual nos indica el momento inicial de la inyección del combustible, en este punto se tiene un ángulo de avance (θo) antes del p.m.s.

41

JARAMILLO, Op. cit. p. 37 – 38.

38

Entre los puntos k y c se presenta el periodo de compresión hasta que el combustible eleva su temperatura hasta el punto c, el cual es el punto donde el combustible se autoinflama. Este punto se presenta el momento de autoinflamación y el inicio del segundo periodo de la Combustión, que como se puede ver en la figura 3, se presenta entre los puntos c y z1 y es también llamado periodo de combustión rápida. La presión sube rápidamente y por ende la temperatura también en este periodo, puesto que se quema todo el combustible inyectado en el cilindro. La rapidez en el incremento de la presión es una característica de la rigidez de funcionamiento del motor diesel. Entre los puntos z1 y z el volumen se aumenta lo que provoca que la presión crezca lentamente, la velocidad de combustión en comparación con el segundo momento es más baja, puesto que el porcentaje de oxigeno disminuye en la mezcla, a este momento o periodo de la combustión se le llama combustión desacelerada y la duración de este periodo depende de que tan rica es la mezcla en el cilindro y de la forma con que se mezcle el combustible con el aire. Al final de la combustión la presión en z1 y z se igualan, también se presenta un periodo de poscombustión y este ocurre en el momento que la presión disminuye.42 4.1.5.2. Proceso de combustión teórico. Es muy importante y útil en muchas ocasiones conocer el proceso de combustión suponiendo que este se hará de manera completa. Se considera completo cuando el carbono, hidrogeno, y si lo hay, el azufre se transforman en CO2, H2O y SO2 respectivamente. Existen varias razones para que una combustión sea incompleta. Entre esas, el oxigeno insuficiente. También se puede atribuir a la mezcla insuficiente en la cámara de combustión. Otro fenómeno que produce la deficiencia en la combustión es la disociación, la cual puede ocurrir a elevadas temperaturas. La cantidad mínima de aire para alcanzar la combustión completa se le llama aire estequiométrico o aire teórico que es la cantidad químicamente correcta de aire o aire 100% teórico y a su vez el proceso ideal en el que el combustible se quema con aire teórico se le llama combustión estequiométrica o teórica. La combustión teórica se puede determinar la siguiente ecuación estequiométrica:

42

JARAMILLO, Op. cit. p. 42 – 44.

39

(16)

Se puede observar que en los productos de la combustión teórica no se ven sin quemar metano ni tampoco C, H2, CO, OH.43 4.1.5.3. Residuos de la combustión. En la fase previa a la combustión es en el momento en el que el motor aspira aire hacia el interior de la cámara de combustión el cual se mezcla con el combustible, al producirse la combustión el oxigeno es quemado por completo por ende los gases producto de la combustión carecen casi que absolutamente de oxigeno. Los gases producto de la combustión son el oxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), oxido de nitrógeno (NOx) y los aldehídos (CHO) (ver anexo M). 4.1.5.3.1. Oxido de carbono (C0). Es un gas que afecta directamente el tránsito de oxigeno en la sangre, al igual que la vista. Un nivel permisible y “saludable” de este gas de combustión está alrededor de 50 partes por millón. El motor diesel presenta una emisión de este gas entre 300 y 1000 partes por millón, el nivel más alto de emisión en este se alcanza cuando se trabaja a plena carga. 4.1.5.3.2. Hidrocarburos (HC). Los niveles reglamentarios de estos están dados entre las 500 y 600 partes por millón, sin embargo sus concentraciones son pequeñas ya que su mayor valor se alcanza en el momento de arranque o reteniendo el motor y es de 400 ppm. Estos son detectables al olfato y pueden producir irritación en este y en los ojos. 4.1.5.3.3. Óxidos de nitrógeno (NOx). Es un gas altamente toxico que alcanza niveles más altos a cargas medias y altas del motor. Es aceptable y respirable a niveles máximos de 25 ppm, su generación también depende mucho de la temperatura que llega el motor en la combustión. Los motores diesel emiten estos gases entre 600 y 1800 ppm. 4.1.5.3.4. Aldehídos (CHO). Estos gases son los responsables de provocar el smog que provocan irritaciones en los ojos y olfatos, son fácilmente detectables al olfato y estos se forman a las mismas condiciones que los HC pero en un grado mucho menor de concentración. En el escape de los motores se puede obtener

43

YUNUS, Op. cit. p. 756.

40

niveles de hasta 30 ppm. Es un gas que es un buen indicador del estado de la combustión del motor.44 4.1.6. Proceso de expansión. El proceso de expansión consiste en convertir la energía calorífica de la combustión en energía mecánica. Este se lleva a cabo después de la combustión de los residuos de combustible y es acompañado de pérdidas debido a los gases por falta de estanqueidad en el cilindro – pistón y de la transferencia de calor al refrigerante; debido a esto los parámetro del gas presentan variación politrópica. Con el desprendimiento de calor debido a la combustión y la brusca elevación de la presión, el exponente politrópico n2 asume valores negativos, llegando a ser nulo el punto de máxima presión. Cuando alcanza la temperatura máxima, el exponente asume valor unitario. Determinar el valor del exponente mediante un diagrama indicador en el tramo hasta que se alcance la temperatura máxima es casi imposible. Los valores de este exponente sirven para calcular los parámetros en la etapa final de expansión, pero debido a su dificultad para determinarlos se utilizan promedios. Para el motor diesel su valor promedio se encuentra entre 1,18 a 1,28. Los parámetros de presión y temperatura al final del proceso se determinan mediante las siguientes ecuaciones:

(17)

(18)

Donde es el coeficiente de expansión definitivo (adiabático), Pz es la presión al final del proceso de combustión, Vc es el volumen al final del proceso de compresión, Vz el volumen al final del proceso de combustión, n2 exponente politrópico

(19)

44

ARAGÓN, Op. Cit. p. 45 – 47.

41

Y ρ es el coeficiente de expansión previa (isobárica) que se encuentra entre 1,2 a 1,7. El valor de Pb para motores diesel se encuentran entre 2,0 a 5,0 Bar y el valor de Tb para motores diesel se encuentran entre 1000 a 1200 K.45 4.1.7. Proceso de escape o rechazo de calor. Con el avance de la apertura de la válvula de escape, una buena parte de los gases de combustión sale del cilindro a alta velocidad debido al efecto de su propia presión excesiva, esto provoca una disminución del trabajo para expulsar los gases del cilindro durante la carrera. El retardo del cierre de la válvula de escape da la posibilidad de utilizar la inercia de los gases quemados para una mejor limpieza del cilindro. Cierta cantidad de gases residuales queda en la cámara de combustión. El valor de la presión de estos gases depende entre otros factores de:

La distribución y del número de válvulas de la fase de la distribución de gases.

El tipo de alimentación.

La velocidad de giro del motor.

La cantidad de mezcla fresca.

Del sistema de refrigeración.

Para motores sin turbo cargador el valor de la presión al final de la etapa de escape se calcula mediante la siguiente ecuación:

(20)

Para motores con turbo cargador se calcula de la siguiente manera:

(21)

La presión de los gases residuales es una variable dependiente de la frecuencia de rotación del cigüeñal, y se puede determinar por:

45

JARAMILLO, Op. cit. p. 43 – 44.

42

(22)

Donde tenemos que

(23)

Pr N: presión de gases residuales en régimen nominal. NN: las rpm del cigüeñal a régimen nominal. El valor de la presión para todos los motores se encuentra entre el intervalo de 1,05 y 1,25 bar. Siguiendo en el tema de los gases residuales una variable importante de estos es su temperatura, la cual es dependiente de varios factores en el proceso tales como la relación de compresión, el coeficiente de exceso de aire, del tipo de motor y la frecuencia rotativa del cigüeñal. Al incrementar la frecuencia rotativa del cigüeñal la temperatura de estos gases aumenta, pero al enriquecer la mezcla y aumentar la relación de compresión esta temperatura disminuye. Tal temperatura se puede obtener mediante la siguiente ecuación:

(24)

Donde Pb y Tb son la presión y la temperatura en el proceso de expansión respectivamente.

El valor de la temperatura para los motores Diesel se encuentra entre 600 y 900K. Existe un coeficiente de gases residuales (γ) con el cual se determina el nivel de contaminación que tiene la carga recién suministrada, ya que es inevitable que una fracción de estos gases quede dentro de los cilindros. El valor del coeficiente se puede determinar con la relación de la masa de los gases residuales Mr (Kg) y la masa de la carga fresca Mo (kg). Dependiendo del valor del coeficiente, el valor de la potencia va a aumentar o a disminuir. Si el coeficiente es menor, el llenado del cilindro y por ende la potencia del motor aumenta y si el valor del coeficiente es alto pues el llenado del cilindro va a ser menor y por ende la potencia del motor disminuye. El motor al estar con carga completa, el coeficiente para maquinas diesel varía entre 0,03 y 0,06.46

46

JARAMILLO, Op. cit. p. 44 – 45.

43

4.2. EL COMBUSTIBLE

Como es evidente en las últimas décadas, se vienen presentando problemas de diversos tipos con los combustibles utilizados en la actualidad, ya sea por la contaminación que producen, la cual ha dado su gran cuota en el problema del calentamiento global y el cambio climático y estos también tienden a escasear en un corto plazo. Los motores diesel hoy en día exigen que el combustible sea de buena calidad cumpliendo con los estándares mínimos, que sea limpio y que sirva en cualquier modo operativo del motor. El biodiesel es comúnmente usado en concentraciones de B20 (mezcla con 20% de biodiesel) pero existen otros casos en donde su porcentaje es mucho menor, entre B2 y B5 (mezclas con 2% y 5% de biodiesel respectivamente). El biodiesel en porcentajes pequeños adquiere funciones de lubricantes lo cual disminuye la abrasión entre las piezas. En un principio este combustible tiene propiedades de solvente lo cual limpia de contaminantes el motor pero puede causar daños en los inyectores, pero esto sucede normalmente en las primeras veces en que se usa el biodiesel.47 Según una tesis realizada en la Universidad del Valle en el año 2009, titulada producción de biodiesel en planta piloto a partir de aceite de cocina usado, el biodiesel que se produjo en dicha planta, no cumplió con todas las normas internacionales. Por ejemplo, la viscosidad estaba dos unidades por encima de la norma aunque sigue siendo muy cercano al límite permitido. Sin embargo, la acidez, el índice de yodo, humedad, índice de saponificación, densidad si cumplen con las normas (ver anexo E).

El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejores perspectivas en la producción de biodiesel, ya que es la materia prima más económica, debido a que ésta comprende entre el 75 y 90% del costo de producción [Zhang et al; 2003], y con su utilización se disminuyen los costos de tratamiento como residuo. Por su parte, los aceites usados presentan un bajo nivel de reutilización, por lo que no sufren grandes alteraciones y es una

buena alternativa para producir biocombustible48.

Uno de los principales problemas del aceite usado, para producir biodiesel, son los ácidos grasos libres. El aceite usado es más ácido que el aceite vegetal fresco

47

PATIÑO JARAMILLO, Gustavo Adolfo; CASTAÑO, Diego Alberto. Estudio de los Factores que Inciden en el Desempeño de los Motores de Encendido Provocado (MEP) convertidos a gas natural. Trabajo de grado de Ingeniero Mecánico; Trabajo de grado de Ingeniero Químico. Medellín: Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería, 2003. p. 19 – 20. 48

Ibid., p. 22.

44

debido a que ha sido calentado y freído, además del aumento de la viscosidad (ver anexo 9), el contenido de humedad, la temperatura y el tiempo de almacenaje, aceleran los procesos enzimáticos y la hidrólisis de los triglicéridos, incrementando el contenido de los ácidos grasos libres [Tickell; 2000] [Tomasevic y Siler-Marinkovic; 2003] [Benjumea et al.; 2003]49.

Para facilidad en el análisis de determinar la composición molecular, hay que asumir que el aceite usado es principalmente trioleína de palma, que es un triglicérido, ya que esta molécula es la representativa para grasas líquidas comestibles (aceites), porque los aceites comestibles se derivan principalmente del aceite de palma, pero de su parte líquida que es la oleína de palma. Esta molécula (trioleína de palma) es tan representativa que se usa en los cálculos de simulación, cálculo de propiedades de los aceites, equilibrios de fases y reacciones químicas, además de los cálculos para diseñar equipos para la industria de grasas. Así que si se asume esta molécula como representativa del aceite usado no está mal. Ahora bien, la trioleína de palma se compone de una molécula de glicerol unida a tres cadenas de ácidos grasos, donde las tres cadenas son de ácido oleico. Como se sabe, la reacción de biodiesel transforma una molécula de triglicérido (trioleína de palma) en 3 moléculas de biodiesel (éster), que si se hace la reacción con metanol, el biodiesel se llama éster de metilo. En esta reacción se libera el glicerol del triglicérido y a la cadena de ácido graso se le une la molécula de metanol, por lo tanto toda la cadena del ácido graso se mantiene y se le suma el carbono que proporciona el metanol. La composición molecular del Biodiesel sería:

19 átomos de carbono.

36 átomos de hidrógeno.

2 átomos de oxígeno.

Peso molecular: 296 g/gmol.

49

Ibid., p. 22 – 23.

45

4.3. MARCO CONCEPTUAL Actualmente, la idea de sostenibilidad se ha constituido en un paradigma central del cambio del milenio y se define como la forma de satisfacer las necesidades actuales sin comprometer a las generaciones futuras. Una de las causas para pensar en generar mayor confort sin afectar el medio, se ve asociado a que cada vez más personas en el mundo viven en ciudades y que éstas son cada vez más grandes produciendo más contaminación, proveniente de vehículos, generación de basuras y alto consumo de agua y energía. La identificación de estos problemas deja claro que se deben aunar esfuerzos para conseguir una reducción considerable del impacto ocasionado por el ser humano en el medio ambiente. Es por ello, que desde las diferentes ramas de la ciencia, se han empezado a buscar estrategias de apoyo que permitan avanzar tecnológicamente sin atropellar el medio que nos rodea. Como parte de promover la diversificación de la matriz energética, ante la reducción progresiva de las reservas de petróleo crudo, se vuelve necesario incluir otras fuentes de alternativas que hagan al país menos dependiente de recursos que no dispone en abundancia como es el caso del diesel, cuyo consumo se ha venido incrementando en los últimos tiempos. Lo anterior, crea la necesidad de evaluar la combustión de mezcla de biodiesel a partir de aceite de cocina usado, permitiendo una reutilización de este aceite para fines como: la obtención de glicerina, ácidos grasos o esteres como el biodiesel. Además de convertirse en una de las alternativas con mejores perspectivas para la producción de biodiesel debido al bajo costo del proceso, permite el reciclaje del mismo, y a su vez, genera conciencia para evitar arrojar aceite por el fregadero o verterlo en la basura. Muchas personas desconocen que dichas acciones traen como consecuencia problemas asociados no sólo con la parte medioambiental sino también con la salud pública ya que este residuo contribuye a la reproducción de potenciales bacterias nocivas en las cañerías, a la obstrucción de las mismas al solidificarse y a la generación de malos olores en las casas. Por otro lado, puede provocar importantes alteraciones en los parámetros del agua como la turbiedad, el pH, bacterias, entre otras, lo que se puede observar en los cambios o mutaciones de los ecosistemas acuáticos, o en el peor de los casos, causar o provocar la pérdida de muchas especies de fauna y flora debido a la carencia de oxígeno que se presenta cuando la capa de aceite se fija sobre el agua.

46

Es de anotar, que en la actualidad, existen varios países que están adoptando una cultura ambientalista en donde se extiende a los compradores la tendencia de comprar automóviles que generen menos contaminación. 4.4. MARCO HISTÓRICO La transesterificación de los aceites vegetales fue desarrollada en 1853 por los científicos E. Duffy y J. Patrick, muchos años antes de que el primer motor diesel funcionase. El primer modelo de Rudolf Diesel, un monocilíndrico de hierro de 3 metros con un volante en la base, funcionó por vez primera en Augusta (Alemania), el 10 de agosto de 1893. En conmemoración de dicho evento, el 10 de agosto se ha declarado "Día Internacional del Biodiesel". Diesel presentó su motor en la Exposición Mundial de París de 1898. Este motor es un ejemplo de la visión de Diesel, ya que era alimentado por aceite de cacahuete, un biocombustible aunque no estrictamente biodiesel, puesto que no era transesterificado. Diesel quería que el uso de un combustible obtenido de la biomasa fuese el verdadero futuro de su motor. En un discurso de 1912, dice: “el uso de aceites vegetales para el combustible de los motores puede parecer insignificante hoy, pero tales aceites pueden convertirse, con el paso del tiempo, importantes en cuanto a sustitutos del petróleo y el carbón de nuestros días”. Durante los años veinte, los fabricantes de motores diesel adaptaron sus propulsores a la menor viscosidad del combustible fósil (gasóleo) frente al aceite vegetal. La industria petrolera amplió así su hueco en el mercado de los carburantes porque su producto era más económico de producir que la alternativa extraída de la biomasa. El resultado fue, por muchos años, la casi completa desaparición de la producción de combustibles a partir de biomasa. Sólo recientemente la preocupación por el impacto ambiental y la menor diferencia de precios han hecho de los biocombustibles una alternativa válida. A pesar del increíble uso de los derivados del petróleo como combustibles, durante los años veinte, treinta y la posguerra mundial, varios países (entre ellos Argentina) informaron de haber usado aceites como sustituto del diesel. Se detectaron problemas por la diferencia de viscosidad entre el aceite y el diesel, que producía depósitos dentro de la cámara de combustión y los inyectores. Algunos intentos para superar esto fueron aplicar una pirolisis y craqueo al aceite, mezclarlo con diesel de petróleo o etanol, o calentarlo. El 31 de agosto de 1937, G. Chavanne de la Universidad de Bruselas, Bélgica, obtuvo la patente por “transformar aceites vegetales para su uso como

47

combustibles”. La patente describía la transesterificación del aceite usando etanol o metanol para separar la glicerina de los ácidos grasos y reemplazarla con alcoholes de cadenas cortas. Esta fue la primera producción de biodiesel.

Más recientemente, en 1977, Expedito Parente, científico brasileño, inventó y patentó el primer proceso industrial de producción de biodiesel. Actualmente, Tecbio, la empresa de Parente, trabaja junto con Boeing y la NASA para certificar bio-queroseno.

En 1979 se iniciaron en Sudáfrica investigaciones sobre cómo transesterificar aceite de girasol en diesel. Finalmente en 1983, el proceso de cómo producir biodiesel de calidad fue completado y publicado internacionalmente. Gaskoks, una industria austríaca, obtuvo esta tecnología y estableció la primera planta piloto productora de biodiesel en 1987 y una industrial en 1989. Durante la década de los 90, se abrieron muchas plantas en muchos países europeos, entre ellos la República Checa, Alemania y Suecia. En los años noventa, Francia ha lanzado la producción local de biodiesel (conocido localmente como diéster) obtenido de la transesterificación del aceite de colza. Va mezclado en un 5% en el combustible diesel convencional y en un 30 % en el caso de algunas flotas de transporte público. Renault, Peugeot y otros productores han certificado sus motores para la utilización parcial con biodiesel, mientras se trabaja para implantar un biodiesel del 50%. Francia empezó una producción local de biodiesel el cual se mezclaba en un 30% con diesel para transporte público. Renault y Peugeot certificaron motores de camiones con uso parcial de biodiesel (alrededor del 50%). Durante el año 1998 se identificaban 21 países con proyectos comerciales de biodiesel. En septiembre del año 2005, Minnesota fue el primer estado estadounidense que obligaba un uso de, al menos, un 2% de biodiesel. En 2008, la ASTM (American Society for Testing and Materials) publicó los estándares y especificaciones de mezcla de biodiesel. La búsqueda de alternativas de mejoramiento de la calidad de vida de las personas y el desarrollo sostenible, ha llevado a encontrar métodos que no alteren el equilibrio natural del planeta, puesto que la acción humana sobre el medio ambiente está generando un impacto en todos los procesos naturales del planeta.

48

Es por ello que el uso de biocombustibles se convierte en la opción más viable para reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, ya que se ha comprobado que los aceites usados no generan este tipo de contaminante. A pesar de que los aceites usados en cocina ya han empezado a utilizarse como materia prima para la producción del biodiesel, persiste la idea de que son mejores los aceites puros. Debido a esto, un grupo de científicos se han dado a la tarea de demostrar que los aceites usados en cocina son una excelente materia prima para la reducción de emisiones, añadido a esto, el hecho de que el aceite se haya requemado y haya tenido otros usos, no le quita su calidad, no afecta la eficiencia del motor, entre otros. 4.5. MARCO LEGAL COLOMBIANO

El Gobierno Nacional, a través del Plan Nacional de Desarrollo en sus diferentes numerales, implementa un conjunto de instrumentos de política orientados a la promoción de los biocombustibles, promoviendo la competencia entre éstos, teniendo en cuenta criterios de sostenibilidad económica, ambiental y social. Para estos efectos, el Plan Nacional de Desarrollo asigna al Ministerio de Minas y Energía la labor de evaluar la viabilidad y conveniencia de fijar precios basados en costos de conformidad, de sus sustitutos y de las materias primas usadas para la producción de biocombustibles. Además, el biocombustible es identificado como un producto de alto valor comercial, debido a la cantidad de beneficios que presenta, con los cuales se busca generar un desarrollo agroindustrial y posesionarse en el mercado como un producto que contribuye al desarrollo sostenible. Es por ello, que el avance de los biocombustibles se encuentra priorizado en las estrategias de los sectores agrícola y de energía. De igual manera, desde el punto de vista ambiental, la producción y uso de los biocombustibles se encuentran transversalmente relacionados con las políticas ambientales a través de la ley 99 de 1993. Cabe destacar, que el Ministerio de Minas y Energía junto con el Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, son las entidades responsables de establecer los requisitos necesarios para la producción y el uso de

49

biocombustibles en Colombia50. Igualmente, el Ministerio de Minas y Energía determina los criterios de calidad ambiental de los combustibles con el fin de crear normas y políticas de calidad y seguridad para el uso de biocombustibles. Por otro lado, se plantea la necesidad de fortalecer la gestión ambiental en las etapas de planificación y desarrollo de los sectores económicos, para lo cual el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial definirá los lineamientos para la elaboración de evaluaciones ambientales estratégicas por parte de los sectores51.

También, se establece que el Ministerio de Ambiente promoverá Estrategias de Prevención y Control de la contaminación del aire mediante la generación y utilización de combustibles más limpios provenientes de cultivos de producción de biodiesel y alcohol carburante. Esta norma, producción más Limpia (PML) y Sistema de Gestión Ambiental.SGA (ISO 14001), sobre Producción más Limpia hace referencia a la implementación de estrategias, métodos y herramientas de gestión enfocadas en la mejora de procesos y productos a través de prácticas que reducen o eliminan la creación de contaminantes o residuos en la fuente. Adicionalmente, se genera la propuesta de Lineamientos de Política de Energéticos, de Enero del 2006, la cual enuncia un mayor aprovechamiento para la captura de energía y producción de biomasa utilizada para la producción de biocombustibles, debido a la posición geográfica que Colombia posee, sin ocasionar daños al medio ambiente. En última instancia, el Gobierno Nacional ha promovido el desarrollo de los biocombustibles a través de diferentes medidas orientadas a fomentar su producción y uso. Teniendo en cuenta lo anterior, se toman como base las siguientes normatividades:

50

Resolución número 182087. Por la cual se modifican los criterios de calidad de los biocombustibles para su uso en motores diesel como componente de la mezcla con el combustible diesel de origen fósil en procesos de combustión [en línea]. Santafé de Bogotá, D.C., 17 de Diciembre de 2007: Asociación Colombiana de Petróleo. [Consultado 16 de Marzo de 2011]. Disponible en http://www.acp.com.co/documentos/operaciones/resoluciones/Biocombustibles.pdf 51

Ley 99 de 1993. Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental –SINA y se dictan otras disposiciones [en línea]. Santafé de Bogotá, D.C. 22 de diciembre de 1993: Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt Colombia. [Consultado 16 de Marzo de 2011]. Disponible en http://www.humboldt.org.co/download/ley99.pdf

50

Resolución 182087 de 2007. Mediante la Resolución 182087 de 2007 el Ministerio de Ambiente, vivienda y Desarrollo Territorial y el Ministerio de Minas y Energía, establecieron los requisitos de calidad técnica y ambiental de los biocombustibles para uso en motores diesel, al igual que la definición de sus mezclas con el diesel. Es en esta resolución donde se fijó que al ACPM se le debe mezclar un 5 ± 0.5% de biocombustible para uso en motores diesel.

Ley 939 de 2004. El Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural promovió la Ley 939 del 2004 mediante la cual se estimula la producción y comercialización de biocombustibles de origen animal o vegetal para uso en motores diesel y otras disposiciones al respecto. Se entiende por biocombustibles de origen vegetal o animal, aquel combustible líquido o gaseoso que ha sido obtenido de un vegetal o animal que se puede emplear en procesos de combustión y que cumplan con las definiciones y normas de calidad establecidas por la autoridad competente, destinados a ser sustitutos parciales o totales del ACPM, debido a que el uso de éstos promueve el Desarrollo Sostenible. Diez años después de la promulgación de esta Ley, empezará a quedar exenta la renta líquida, por un término de diez años contados a partir del inicio de la producción, generada por el aprovechamiento de nuevos cultivos de tardío rendimiento en cacao, caucho, palma de aceite, cítricos y frutales, los cuales serán determinados por el ministerio. Este ministerio en conjunto con el de protección social evaluará anualmente el impacto económico que generen estas nuevas plantaciones.

La ley 99 de 1993. Contiene los fundamentos de la política ambiental colombiana, en donde se encuentran plasmados los principios para el aprovechamiento de cualquier recurso natural sin afectar el medio ambiente y las políticas que deben adoptar los organismos encargados de administrar el uso de estos recursos como el Ministerio de Medio Ambiente, las Corporaciones Autónomas Regionales con el fin de que exista un seguimiento y monitoreo permanente que garanticen la protección y conservación de los recursos naturales renovables, y a su vez, permiten que exista un crecimiento económico, una elevación en la calidad de vida y un bienestar social.

Decreto 2629 de 2007. Por medio del cual se dictan disposiciones para promover el uso de biocombustibles en el país, así como medidas aplicables a los vehículos y demás artefactos a motor que utilicen combustibles para su funcionamiento. Este decreto establece el cronograma para ampliar la mezcla obligatoria de biocombustibles en 10% a partir del 1 de Enero del año 2010, y 20%

51

a partir del año 2012, así como la obligación de que el parque automotor nuevo y demás artefactos nuevos a motor deben ser flex-fuel como mínimo al 20% tanto para mezcla E-20 (80% de gasolina básica de origen fósil con 20% de alcohol carburante) como para B-20 (80% de diesel de origen fósil con 20% de biocombustibles).

Normas Técnicas Colombianas. El Instituto Colombiano de Normas Técnicas emitió la NTC 1438 y la NTC 5444, que establecen las especificaciones que deben cumplir y los métodos de ensayos que se deben usar para determinar los parámetros definidos para los combustibles utilizados en motores tipo diesel disponibles en Colombia. El siguiente cuadro muestra las propiedades establecidas para el biodiesel en la NTC 5444, que se encuentra acorde con los estándares internacionales de calidad: Cuadro 1. Propiedades Químicas del Biodiesel - NTC 5444

propiedades Unidad ASTM 6751

EN 14214

NTC 5444

Biodiesel de palma

Densidad 15°c Viscosidad 40°c

Número de Cetano Punto de chispa Punto de fluidez Estabilidad a la

oxidación Estabilidad térmica

Índice de yodo Corrosión lámina de Cu

Número ácido Contenido de agua

Contenido de fósforo Contenido de Metanol o

etanol Contenido de glicerina

Libre/total Contenido de éter

Contenido de Na + K Contenido de Ca + Mg

g/ml mm²/s

Cetanos °C °C

Horas %

Reflect G

Yodo/100g

N/A Mg

KOH/g mg/Kg mg/Kg

% masa % masa mg/Kg mg/Kg

------- 1.9-6.0 Min 47

Min 130 Reporta

r Min 3 N.R. N.R.

1 0.8

máx. 500 máx.

Máx. 10 0.2

0.02/0.24

96.5 Máx. 5 Máx. 5

0.860-0.900 3.5-5.0 Min 51

Min 120 Depende

región Min 6 N.R.

Máx. 120 1

0.5 máx. 500 máx. Máx. 10

0.2

0.02/0.25 96.5

Máx. 5 Máx. 5

0.860-0.900

1.9-6.0 Min 47

Min 120 Reportar

Min 6 Min 70

Máx. 120 1

0.5 máx. 500 máx. Máx. 10

0.02/0.25 96.5

Máx. 5 Máx. 5

0.875 4.49 68

159 12 26 99 58 1ª

<0.1 380 1.26 <0.2

<0.02/<0.25 98.50%

4.25 1.89

Fuente: Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. Biodiesel para uso en motores diesel: especificaciones. NTC 5444 Bogotá D.C.: ICONTEC, 2006. P. 25. http://www.fedepalma.org/documen/2007/Presentacion_Fedepalma.pdf

52

5. METODOLOGÍA En esta investigación se recopilaron gran cantidad de datos de temperatura de humos, de entrada y salida del radiador y de la carcasa del motor, también datos de torque, potencia y consumo, y concentraciones de gases como NO, NO2, NOx, SO2 y CO. El combustible obtenido de la planta piloto del grupo GRUBIOC, y de la empresa B100 Ltda. Instrumentos:

Pesa electrónica.

Probeta.

pistola infrarroja OAPTON INFRAPRO 5.

Analizador de gases TESTO 350.

Fluviómetro.

Cronometro.

Pie de Prony.

Tacómetro SHIMPO.

Viscosimetro Brookfield digital DV-I+.

Se procedió a hacer las pruebas en el motor diesel Daihatsu de 4 cilindros en línea de 4 ciclos (ver anexo L y D). Las concentraciones de biodiesel fueron B0, B20, B40, B60, B80 y B100 para un análisis de mezclas gruesas y B0, B3, B6, B9, B12 y B15 para un análisis de mezclas finas. Las revoluciones a las cuales que se hizo la toma de datos fueron desde 1200 rpm hasta 2200 rpm aumentando de 200 en 200 rpm. En primer lugar se encendió el motor y se dejó precalentar por 5 minutos para que este alcanzara una temperatura estable. Cuando llegó a ese punto, empezó el conteo del tiempo de trabajo del motor y la toma de datos se hizo para todos los

53

porcentajes de mezcla a 1200 rpm, luego se aumentaron las rpm y se procedió de nuevo a la toma de datos para todos los porcentajes de mezcla, así sucesivamente hasta llegar a las 2200 rpm. Para la toma de datos de temperatura en la entrada y salida del radiador y de la carcasa del motor se utilizó la pistola infrarroja OAPTON INFRAPRO 5 (ver anexo C). Esto se hizo apuntando la pistola hacia las partes a las cuales se les deseaba medir la temperatura. Para obtener los datos de gases de combustión se utilizó el Analizador de gases TESTO 350 (ver anexo k), se puso la sonda en el escape de gases y se dejó puesto por 1 minuto. Para la obtención del torque se utilizó el mecanismo Freno Prony (ver anexo F), el cual está adaptado al volante del motor de modo que al ejercer palanca, el dispositivo empiece a desacelerar el motor hasta que alcance un momento estático. Al lograr este momento se observa el dispositivo y este suministra la medida de la carga aplicada; se multiplicó el valor obtenido en el medidor del freno por 0.33m y de esta manera obtendremos el momento. La potencia se obtiene multiplicando el momento por las rpm. Para obtener el consumo se utilizó el fluviómetro (ver anexo G), se llenó hasta una medida determinada de la mezcla y se tomó el volumen inicial. Después de un periodo de 5 min se observó nuevamente el volumen y el diferencial de estos nos dio el dato de cantidad de combustible consumido por cada 5 min de trabajo, la medición se realizó en las revoluciones de 1200, 1600 y 2200 rpm. La toma de datos se realizó en 3 jornadas, mañana, tarde y noche, y así se pudo ver que tanto afectaba las condiciones ambientales al funcionamiento del motor con las diferentes mezclas, la información se anotó en hoja de control (ver anexo A) y se llevó un registro de cuánto tiempo trabajó el motor y con qué porcentajes de mezcla. Además de esto, se hizo una bitácora con todas las pruebas. Para la toma de la densidad de las mezclas se utilizó la pesa electrónica y una jeringa de 10 ml, con la jeringa obteníamos el volumen y con la pesa el peso del

fluido, y con la ecuación

se obtuvo. La viscosidad se obtuvo con el

viscosímetro brookfield con la aguja LV-1 a 60 rpm, se media hasta que l

54

variación del valor fuera mínima y el porcentaje de la medida estuviera por encima del 10%. 5.1. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN El diseño de experimentos se basa en la experimentación. Ya que se sabe que si se repite un experimento en condiciones diferentes, los resultados pueden verse afectados por otros factores. Para este caso, se compara la eficiencia del aceite de cocina usado con el aceite de higuerilla, puesto que la composición química de ambos aceites es diferente y esto generaría la posibilidad de que existiera variabilidad entre un dato y otro. Sin embargo, se debe tener en cuenta que si las pruebas de ambos experimentos se realizan en un laboratorio, se pueden controlar las causas de variabilidad de tal manera que el error experimental sería muy pequeño y por lo tanto los resultados serían prácticamente iguales, ya que los equipos de laboratorio permiten controlar otro tipo de factores de tipo ambiental que alteran la toma de datos como la temperatura, la presión atmosférica, entre otros. El objetivo de este tipo de diseño es estudiar si, cuando se usa un determinado tratamiento, este produce un mejoramiento o no. Si la variabilidad experimental es grande, sólo se detectará la influencia del uso del tratamiento cuando éste produzca grandes cambios en relación con el error de observación. En pocas palabras, consiste en detectar cambios significativos en las variables de respuesta. Un experimento se realiza por alguno de los siguientes motivos:

Determinar las principales causas de variación en la respuesta.

Encontrar las condiciones experimentales con las que se consigue un valor

extremo en la variable de interés o respuesta.

Comparar las respuestas en diferentes niveles de observación de variables

controladas.

55

Obtener un modelo estadístico-matemático que permita hacer predicciones de

respuestas futuras.

56

6. RESULTADOS

6.1. DISEÑO FACTORIAL. Tomando como base lo anterior, para realizar un diseño factorial se debe seguir el siguiente procedimiento: Planteamiento del problema: Evaluar la combustión de mezclas de biodiesel a partir del aceite de cocina usado y comparar los datos obtenidos con resultados de otro proyecto realizado con aceite de higuerilla. Esta comparación se hace con el fin de conocer la viabilidad del producto, y a su vez, evaluar si el biodiesel proporciona satisfacción en la dimensión económica, social y ambiental, contribuyendo a la minimización de impactos al medio y a los recursos naturales. Factores y dominio experimental: En esta etapa se deben escoger los factores que se desean estudiar y los valores mínimos y máximos que se pueden tomar. Para este tipo de experimento, se tendrá en cuenta que se denomina “factor”, a cada variable de interés cuyo posible efecto sobre la respuesta se quiere estudiar. Los niveles de un factor son los tipos o grados específicos del factor tenidos en cuenta en el experimento. Cuando en un experimento se trabaja con más de un factor, se denomina:

Tratamiento, a cada una de las combinaciones de niveles de los distintos

factores.

Observación, es una medida en las condiciones determinadas por uno de los

tratamientos.

Experimento factorial, es el diseño de experimentos en el que existen

observaciones de todos los posibles tratamientos.

Los valores para los niveles de los factores en estudio, % Mezcla de biodiesel, Tipo de herramienta y Revoluciones por minuto (RPM), fueron seleccionados de acuerdo con una serie de pre-ensayos llevados a cabo con el fin de constatar la viabilidad de la reacción bajo tales condiciones. En la tabla 4 se muestran los valores definitivamente seleccionados para los niveles de los factores en estudio.

57

El diseño experimental ejecutado fue un diseño factorial completo. Los datos a comparar se pueden ver en loa cuadros 2 y 3.

Cuadro 2. Datos con Biodiesel

% RPM NO ppm No2 ppm So2 ppm CO ppm

B0 1400 35 23.5 7.5 341

B20 1400 29 16 5 190

B40 1400 36.5 21 0 355

B0 2200 34.5 19.5 61.5 590

B20 2200 32 19 73 668.5

B40 2200 39 22 64 685

Cuadro 3. Datos con aceite de Higuerilla

% RPM NO No2 So2 CO

B0 1400 41 34 14 32

B20 1400 38 28 10 38

B40 1400 32 30 12 40

B0 2200 37 34 136 77

B20 2200 24 28.7 68 78

B40 2200 30 27.5 53 79

Fuente: HOLGUÍN CEDEÑO, Oscar Eduardo. Evaluación de mezclas biodiesel de higuerilla – ACPM en un motor diesel. Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. 2007. Avialable from CD. Cuadro 4. Factores y niveles del diseño experimental.

FACTOR NIVEL 1 NIVEL 2

% mezcla de biodiesel BAJO ALTA Tipo de herramienta 1 2

RPM 1400 2200

58

Del cuadro anterior se explica de la siguiente manera: % mezcla biodiesel: BAJO (1): Corresponde al porcentaje mínimo de mezcla (B0) ALTO (2): Corresponde al porcentaje máximo de mezcla (B40) Tipo de Herramienta: Nivel 1: Hace Distinción del proyecto de evaluación de combustión de mezcla de biodiesel a partir de aceite de cocina usado. Nivel 2: Hace distinción del proyecto de evaluación de combustión de mezcla a partir de aceite de higuerilla. RPM: Nivel 1: Se refiere al valor mínimo de revoluciones por minuto (1400) Nivel 2: Se refiere al valor máximo de revoluciones por minuto (2200)

Cuadro 5. Factores del diseño experimental

Exp. REF. Herramienta % RPM NO No2 So2 CO 1 BAJA 1 B0 1400 35 24 8 341 2 ALTA 1 B40 1400 37 21 0 355 3 BAJA 2 B0 1400 41 34 14 32 4 ALTA 2 B40 1400 32 30 12 40 5 BAJA 1 B0 2200 35 20 62 590 6 ALTA 1 B40 2200 39 22 64 685 7 BAJA 2 B0 2200 37 34 136 77 8 ALTA 2 B40 2200 30 28 53 79

De acuerdo al procedimiento del diseño experimental, se definen cuáles son los factores a tener en cuenta, que para este caso, serán las variables constantes, los niveles máximos y mínimos y las fuentes, que son los indicadores que permiten hacer la comparación de experimentos.

59

Experimentos factoriales: Son aquellos en los que se prueban varios niveles de dos o más factores. El número de tratamientos es el resultado de combinar los diferentes niveles de los factores. En este experimento el número de tratamientos son 8. Todo experimento con dos o más factores tiene un arreglo de tratamientos y un diseño experimental; así pues hablamos de un experimento con un arreglo factorial en un diseño completamente al azar o en un diseño de bloques al azar.

Las tres razones para realizar experimento factorial son:

Para obtener información de los efectos medios de todos los factores de un experimento simple de tamaño moderado.

Para ampliar la base de las inferencias de un factor para probarlo bajo condiciones variadas de otros.

Para evaluar la manera en la cual los efectos de los factores interactúan con cada uno.

Obviamente las razones no son independientes y el énfasis varía con el tipo de experimento. En general, un experimento factorial es más completo porque se puede se puede obtener más información y un grado de precisión mayor del mismo número de observaciones. Para éstos 2 experimentos se desean comparar NO, NO2, SO2 y CO, generando un total de 32 datos. La varianza de las medias de los biocombustibles obedecería a la siguiente ecuación:

Donde (S2) representa la varianza, (Xi) representa cada uno de los valores, ( ) representa la media de la muestra y (n) es el número de observaciones ó tamaño de la muestra. Si nos fijamos en la ecuación, notaremos que se le resta uno al tamaño de la muestra; esto se hace con el objetivo de aplicar una pequeña medida de corrección a la varianza, intentando hacerla más representativa para la

60

población; tomando los valores correspondientes a NO, NO2, SO2 y CO de la primera fila analizada tenemos:

S² = (35-102)² + (24-102)² + (8-102)² + (341-102)² = 76530 = 25510

4 – 1 3

Luego, se toman los valores de varianza y se calcula la desviación estándar aplicando la siguiente ecuación:

S = √ 25510 = 159

El ejemplo anterior sirve para ilustrar cómo se hacen los cálculos para hallar valores promedios, varianza y desviación y estándar.

Este experimento presenta la siguiente tabulación: Cuadro 6. Tabulación del experimento.

Modelo estadístico

El modelo estadístico para un experimento factorial, con dos factores A y B, en un diseño completamente al azar sería:

Donde Y i j k= Es la i j k- ésima observación en el i-esimo nivel del factor A y el j-esimo nivel del factor B µ = es la media general;

Orden Est

Orden Corrid

Punto Central Bloques

% Mezcla Herramienta RPM NO NO2 SO2 CO Media DesvStd

1 1 1 1 1 1 1 35 24 8 341 102 159

2 2 1 1 2 1 1 37 21 0 355 103 168

3 3 1 1 1 2 1 41 34 14 32 30 11

4 4 1 1 2 2 1 32 30 12 40 28 11

5 5 1 1 1 1 2 35 20 62 590 176 276

6 6 1 1 2 1 2 39 22 64 685 202 322

7 7 1 1 1 2 2 37 34 136 77 71 47

8 8 1 1 2 2 2 30 28 53 79 47 23

61

= Es el efecto del j-esimo nivel del factor A t j = Es el efecto del k-esimo nivel del factor B

Es la interacción del i-esimo nivel del facto A con el j-esimo nivel del factor B

Es el error aleatorio NID Para este diseño, se realizan los siguientes cálculos:

Fc = ∑x1²+x2²……xn² n Fc= Frecuencia de cuadrados n= Total observaciones

Sc total= ∑x1²+x2²……xn² - Fc

Sctrat= ∑x1²+x2²……xn² ntrat

Para la obtención de la tabla anterior se utilizó un programa llamado Minitab, el cual es de fácil manejo, contiene la descripción de todas las aplicaciones y numerosos ejemplos ilustrativos, lo que lo convierte en una herramienta útil para la obtención y graficación de datos estadísticos. En la parte superior de la hoja del programa, aparece una barra con todos los aplicativos que servirán básicamente para manipular el entorno del trabajo y permitir que se desarrolle con gran agilidad los cálculos pertinentes para elaborar el diseño factorial.

Interpretación de resultados: El ANOVA indica que la diferencia entre los niveles, las fuentes y la interacción no indican que exista mucha diferencia. Puesto que el Error estimado en todas y cada uno de los cálculos fue de 0, lo que indica que existe un margen de confiabilidad bastante elevado. No obstante, se desarrolla el cálculo de contrastes ortogonales, donde se puede apreciar y observar a través de las gráficas, que error estándar tiene un margen muy

62

pequeño por lo que se puede concluir que ambas mezclas son totalmente óptimas para su uso (ver anexo y). Para la obtención de los resultados, posterior a la toma de datos, se tabuló toda la información y se graficaron las variables con mayor relevancia para la investigación tales como CO, SO2, NO, NO2, NOx y el consumo, se analizó primero las mezclas gruesas y luego las mezclas finas. 6.2. MEZCLAS GRUESAS

6.2.1. Concentraciones de NO en las tres jornadas. Figura 4. Concentración de NO en la mañana.

Figura 5. Concentración de NO en la tarde.

0

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20

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40

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B20

B40

B60

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pp

m

RPM

B0

B20

B40

B60

B80

B100

63

Figura 6. Concentración de NO en la noche.

De las gráficas anteriores podemos observar, que a 1200 rpm, B0 en la noche presenta la mayor concentración de NO con un porcentaje de humedad relativa en el ambiente de 62% y Temperatura ambiente de 25,8°C pero a su vez, B80 con un porcentaje de humedad relativa en el ambiente de 96% y 20,9°C de temperatura ambiente en la noche presenta la menor concentración de este gas. A 1400 rpm se observa que en todas las jornadas, siendo en la tarde la más alta, la mezcla que mayor concentración presentó fue B60 con porcentajes de humedad y temperatura de 87% y 22,3°C en la mañana, de 92% Y 20,4°C en la tarde y de 96% y 20,9°C en la noche. Así mismo, las menores concentraciones fueron en la jornada de la noche con B20 a una temperatura ambiente de 25,3 °C y con un porcentaje de humedad de 64,25%. A 1600 rpm se observó que las concentraciones más altas se presentaron en el mismo porcentaje de mezcla que en la rpm anterior con valor máximo en la tarde a una temperatura ambiente de 26,4°C y una humedad de 64% y el menor nivel de No fue en B20 en la jornada nocturna. A 1800 rpm la mayor concentración se presentó con B60 en la noche a una temperatura ambiente de 21,1°C y humedad relativa del 94% y la menor concentración fue en la tarde en B20 con humedad relativa del 49.5% y temperatura ambiente de 29,7%. A 2000 rpm la concentración del gas más alta se presentó con B100 en la mañana a una temperatura ambiente de 27,8°C y una humedad relativa de 69% y la menor

0

10

20

30

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1200 1400 1600 1800 2000 2200

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m

RPM

B0

B20

B40

B60

B80

B100

64

con B20 en la tarde con una humedad relativa de 49,5% y temperatura ambiente de 29,7°C. A 2200 rpm la concentración más alta se presentó en la jornada de la mañana con B100 a temperatura ambiente de 27,8°C y humedad relativa de 69%, y con B0 en la noche, con una humedad relativa del 62% y temperatura ambiente de 25,8% se presentó el nivel más bajo. Se pudo observar que el porcentaje de mezcla, que presentó menor concentración de No, fue B20 en gran medida en la jornada nocturna. Esto puede deberse a varios factores entre los cuales está que en la noche las temperaturas son más bajas lo cual hace que la densidad del aire sea mayor. Las temperaturas al interior de la cámara de combustión sean un poco más bajas. Además, al ser la densidad del aire un poco más alta puede aumentar el volumen de aire en la cámara lo que puede contribuir a una combustión más completa. El NO es un gas cuya concentración aumenta a medida que las temperaturas aumenten, este gas se obtiene de la reacción de N (2) g y O (2) g 6.2.2. Concentraciones de NO2 en las tres jornadas. Figura 7. Concentraciones de NO2 en la mañana.

Figura 8. Concentraciones de NO2 en la tarde.

0

5

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65

Figura 9. Concentraciones de NO2 en la noche.

En el caso de NO2 podemos observar sus variaciones en las 3 jornadas de trabajo. A 1200 rpm la concentración más alta y más baja se presentaron en la jornada nocturna con B0 con una humedad del 62% y temperatura ambiente de 25,8°C y B20 con temperatura ambiente de 25,3°C y humedad del 64,3%. A 1400 rpm este gas presenta la mayor concentración en la jornada de la tarde con B0 a una temperatura ambiente de 30, 8°C y humedad del 50% y la menor en la noche con B80 con humedad del 96% y temperatura ambiente de 20,9%. Este porcentaje de mezcla tuvo comportamientos similares a los de B20 y B40 en la mañana y la tarde. A 1600 rpm podemos observar que en la jornada nocturna en B20, con humedad del 64,3% y temperatura ambiente de 25,3°C, se presenta la menor concentración con un valor aproximado de 18 ppm. En la figura 7 y 8 se puede ver que con B20, en la jornada de la mañana con humedad del 60% y temperatura ambiente de 27,8°C y la tarde con humedad del 49,5% y 29,7°C, se presentan mayores concentraciones que con los otros porcentajes de mezcla a diferencia de la figura 9 que presenta los niveles más bajos que el resto de la mezclas. A 1800 rpm se observa que la concentración más alta se presentó en la mañana con B20 donde la humedad fue del 60% y la temperatura ambiente de 27,8°C. La concentración mínima se presentó en la noche con B100 a temperatura ambiente de 22°C y humedad del 82%. A 2000 rpm la concentración más alta se presentó en la noche con B60 a temperatura ambiente de 21,1°C y humedad del 94% y la menor concentración se

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5

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presentó en la noche en B100 a temperatura ambiente de 22°C y humedad del 82%. A 2200 rpm la mayor concentración se presentó en la tarde en B40 con humedad del 53% y temperatura ambiente de 29,6°C y la menor, también en la tarde, en B0 con humedad del 50% y temperatura ambiente de 30,8°C. Todas estas variaciones del valor de NO2 podrían estar relacionadas con que a ciertas rpm y según las condiciones atmosféricas se pueden presentar las circunstancias para que suba o disminuya la concentración de este gas. Se pudo observar que en la jornada de la noche es donde mayormente se presentan los niveles más bajos de NO2. De igual forma, presenta bajos niveles a concentraciones puras y en algunas ocasiones a B20. Este agente tóxico se presenta a altas temperaturas que puede llevar a la producción de ácidos o partículas de nitrato. 6.2.3. Concentraciones de NOx en las tres jornadas.

Figura 10. Concentraciones de NOX en la mañana.

Figura 11. Concentraciones de NOX en la tarde.

0

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m

RPM

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B40

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67

Figura 12. Concentraciones de NOX en la noche.

A 1200 rpm se observó que la mayor y menor concentración de NOx se presentó en la noche en B0 con humedad del 62% y temperatura ambiente de 25,8°C, y B20 a temperatura ambiente de 25,3°C y humedad del 64,3% respectivamente. También se puede observar que el porcentaje de mezcla B80 presenta una gran variación entre la mañana y la noche pues al principio del día es cuando presenta mayor concentración y disminuye progresivamente a medida que se acerca la jornada nocturna.

A 1400 rpm se observó que en la tarde se presentó la mayor concentración en B60 con humedad del 64% y temperatura ambiente de 26,4°C, y la menor se presentó en la noche en B20 a temperatura ambiente de 25,3°C y humedad de 64,3%. Este último porcentaje de mezcla en la mañana presenta altas concentraciones de NOx y va disminuyendo a medida que transcurre el día. A 1600 rpm tanto en la tarde, con humedad del 64% y temperatura ambiente 26,4°C, como en la noche, a temperatura ambiente de 21,1°C y humedad del 94%, B60 presentó las concentraciones más altas, y a su vez las menores concentraciones se presentaron con B20 en la noche con una temperatura ambiente de 25,3°C y humedad del 64,3%. Al igual que en la rpm anterior, B20 presenta una alta concentración en la mañana y esta se vuelve mínima en la noche. A 1800 rpm las máximas concentraciones se presentaron en la tarde con B60 a una temperatura ambiente 26,4°C y humedad del 64%, mientras que las mínimas concentraciones se presentaron en la noche con B20 a temperatura ambiente de 25,3°C y humedad de 64,3%. También se observa que en la jornada de la mañana es B20, con temperatura ambiente de 27,8°C y humedad del 60%, quien presenta las concentraciones más altas de este gas.

0

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A 2000 rpm como se puede ver en la figura 10, es B100, a temperatura ambiente de 27,8°C y humedad del 69%, quien muestra las concentraciones más altas del día, por el contrario es B20 en la tarde, a temperatura ambiente de 29,7°C y humedad de 49,5%, quien presentó las mínimas concentraciones del día. B100 presentó un valor casi igual en todo el día. A 2200 rpm fue a B40 en la tarde, con humedad del 53% y temperatura ambiente de 29,6°C, donde se presentó la mayor concentración, la mínima concentración se observó en la figura 12 en B0, a temperatura ambiente 25,8°C y humedad del 62%. Se pudo observar que en gran parte de las rpm, se redujo la concentración de Nox en jornadas nocturnas y porcentaje de mezcla de B20, lo cual siguió indicando que, por lo menos, en este tipo de gases las emisiones se reducen en la noche debido a que el motor está mejor refrigerado y por ende bajan un poco las temperaturas lo cual disminuye la producción de los NOx. 6.2.4. Concentraciones de SO2 en las tres jornadas.

Figura 13. Concentraciones de SO2 en la mañana.

0

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20

30

40

50

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1200 1400 1600 1800 2000 2200

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m

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B20

B40

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B100

69

Figura 14. Concentraciones de SO2 en la tarde.

Figura 15. Concentraciones de SO2 en la noche.

Como se pudo observar en las figuras 13, 14 y 15 este tipo de gas va apareciendo en las revoluciones más altas lo que nos indica que aparece a temperaturas más elevadas. Este tipo de gases es altamente toxico y es el responsable de la lluvia ácida, puesto que al llegar a la atmosfera se convierte en ácido sulfúrico el cual cae en forma de lluvia.

A 1200 rpm, se observó que la mayor concentración de este gas se presentó en la noche con el porcentaje de mezcla de B20, a temperatura ambiente de 23,3°C y humedad del 64,3%, por el contrario en la mañana se presentó un nivel nulo de SO2. También se observó una leve aparición en horas de la tarde en los porcentajes de mezcla de B0, B20 Y B60. A 1400 rpm, se obtuvo como resultado que al igual que en la rpm anterior, la concentración máxima se presentó en la noche con B20 y la mínima fue en la

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B20

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mañana donde en ningún porcentaje de mezcla presento concentración de So2. También en la tarde aparecieron concentraciones pequeñas en B0, B20 y B100. A 1600 rpm, las máximas concentraciones se pudieron identificar en las figuras 14 y 15 donde B20 en la noche y B40 en la tarde, a temperatura ambiente de 29,6°C y humedad del 53%, mostraron concentraciones similares. En la mañana se siguieron presentando valores nulos en todos los porcentajes de mezcla. A 1800 rpm la máxima concentración de SO2 aparece en la tarde con B20, a temperatura ambiente de 29,7°C y humedad de 49,5% y las mínimas siguen siendo en la mañana. Alcanzan ya a aparecer algunas concentraciones en B40, a temperatura ambiente de 19,7°C y humedad del 98% y B100 con humedad del 69% y temperatura ambiente de 27,8°C. A 2000 rpm se observó que la máxima concentración apareció en la tarde en B20, con humedad del 49,5% y temperatura ambiente de 29,7% y las menores concentraciones siguen apareciendo en la mañana con B0 a temperatura ambiente de 24,8°C y humedad del 76%. A diferencia de la mañana, B0 presentó concentraciones mucho mayores en la tarde y en la noche, al igual que con B20, en esta jornada también se generaron gran cantidad de partículas de SO2. A 2200 rpm, en la mañana se presentaron las concentraciones más altas y bajas del día en B20, con humedad del 60% y temperatura ambiente de 27,8%, presentó los niveles más altos de SO2 y en B100, con humedad del 69% y temperatura ambiente de 27,8°C, se observaron los niveles más bajos del gas. Cabe recalcar que la gran mayoría de los altos niveles de SO2 se presentaron entre la tarde y la noche con B20. El crecimiento progresivo de la humedad y el descenso de la temperatura entre la tarde y la noche pudieron ser factores que aumentaran la generación de este gas.

71

6.2.5. Concentraciones de CO en las tres jornadas.

Figura 16. Concentraciones de CO en la mañana.

Figura 17. Concentraciones de CO en la tarde.

Figura 18. Concentraciones de CO en la noche.

El monóxido de carbono (CO) es un gas tóxico producto de la combustión, el cual al entrar en la sangre impide el libre transporte del oxigeno.

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A 1200 rpm, se encontró que la concentración máxima está en la tarde en B40, con humedad del 53% y temperatura ambiente de 29,6°C y la menor concentración se observó en la jornada de la noche en B80, con una humedad del 96% y temperatura ambiente de 20,9°C. A 1400 rpm, se determinó que la concentración máxima fue en la noche en B100, con humedad del 82% y temperatura ambiente de 22°C y la mínima concentración para esta rpm fue en la noche con B80 a temperatura ambiente de 20,9°C y humedad del 96%. A 1600 rpm, la concentración máxima fue en la tarde a B40, con humedad del 53% y temperatura ambiente de 29,6%. En la noche B40 presentó una concentración cercana a la máxima. El nivel mínimo igualmente se pudo ver en la jornada de la tarde a B80, temperatura ambiente de 20,4°C y humedad del 92%. A 1800 rpm, el nivel más alto se determinó en la tarde con B20 a temperatura ambiente de 29,7°C y humedad del 49,5% y la menor también en la jornada también de la tarde pero en B80, con humedad del 92% y temperatura ambiente de 26,4°C. A 2000 rpm, se presentó un máximo de más de 800 ppm en la jornada de la tarde con porcentaje de mezcla de B20 y el nivel inferior también fue en la jornada de la tarde con B80. De igual forma, se puede observar el aumento progresivo de los niveles de CO es en B100 desde la mañana hasta la noche donde alcanza su concentración más alta. A 2200 rpm, se alcanzó un nivel máximo de 700 ppm en la tarde con porcentaje de mezcla de B20 y un mínimo de 400 ppm en la mañana con porcentajes de concentración de B100 a temperatura ambiente de 27,8°C y humedad del 69%. Hay que tener en cuenta que este tipo de biodiesel tiene una propiedad detergente, lo cual pudo haber provocado que al entrar en el sistema haya empezado su accionar y poco a poco fuera limpiando en alguna medida el sistema. Esto pudo haber provocado que parte de la suciedad que existía en el motor, debido al uso de otros combustibles, se haya desprendido y mezclado con el combustible y al entrar en la cámara haya reaccionado provocando un aumento del CO.

73

6.2.6. Consumo en las tres jornadas.

Figura 19. Consumo en la mañana.

Figura 20. Consumo en la tarde.

Figura 21. Consumo en la noche.

0

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El consumo puede variar dependiendo de varios factores que en gran medida son medioambientales, ya que estos pueden alterar el funcionamiento del motor y lograr que se aumente o disminuya el consumo dependiendo del caso.

Podemos observar en las 3 figuras que las variaciones en el consumo no son tan grandes. A 1200 rpm vemos que el menor consumo se produjo en la noche con B20 a temperatura ambiente de 25,3°C y humedad del 64,3% y el mayor se produjo a B100 en la tarde con una humedad del 64% y temperatura ambiente de 27,1°C, y en la noche con B40 en la noche con temperatura ambiente de 21,1°C y humedad 94% y B60, con humedad del 94% y temperatura ambiente de 21,1°C. A1600 rpm, el mayor porcentaje de consumo se encontró en la tarde con un porcentaje de mezcla de B100 y el menor en la mañana con B0 a temperatura ambiente de 24,8°C y humedad del 76%. A 2200 rpm, el menor consumo se presentó con B0 en la tarde, el resto del consumo es muy similar en las 3 jornadas. Se pudo observar que el comportamiento del consumo en las mezclas gruesas es similar en todas las rpm, para cada porcentaje de mezcla en las 3 jornadas. Sin embargo, se pudo ver que la noche y la mañana manejan niveles un poco más altos de consumo aunque esto pudo deberse a diversos factores, desde el porcentaje de error en la toma de las pruebas hasta que, si se observan los valores de humedad, son en la mañana y la noche los que presentan un valor más alto. Se puede plantear como uno de los varios motivos del comportamiento de esta variable en el motor, ya que al existir más humedad en el ambiente, al entrar en la cámara de combustión parte del calor generado se pierde absorbido por el agua, lo cual podría generar un leve aumento en el consumo para sustituir parte de ese calor perdido y así el motor no pierda potencia.

75

6.3. MEZCLAS FINAS 6.3.1. Concentración de NO en las tres jornadas.

Figura 22. Concentraciones de NO en la mañana.

Figura 23. Concentraciones de NO en la tarde.

Figura 24. Concentraciones de NO en la noche.

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B0

76

Se evaluaron los mismos ítems en las mezclas finas, gases de combustión y consumo. A 1200 rpm, se pudo ver que existen niveles máximos de NO en dos jornadas, en la mañana y la noche en B0 con humedades del 76% y 62% y temperaturas ambientales de 24,8°C y 25,8°C respectivamente y se observó también, que las condiciones ambientales son similares ya que son las dos jornadas en las cuales se presenta mayor humedad y en cuanto a las temperaturas se diferencian en apenas 1°C. Los niveles mínimos se identificaron en la noche con B15 a temperatura ambiente de 21,9°C y humedad del 85%. A 1400 rpm, los máximos niveles se presentaron en la tarde con los mínimos porcentajes de mezcla B3 y B6, con humedad del 68% y 64% y temperatura ambiente de 25,8°C y 26,8°C respectivamente. Los menores niveles de concentración se encontraron con B15 en la noche, con humedad del 85% y temperatura ambiente de 21,9°C. Sin embargo, como se puede ver en la figura 24 con B12 y B3 se observaron concentraciones muy bajas, similares a las de B15. A 1600 rpm, como se muestra en la figura 22 en B0 se presentaron los niveles más altos de NO a estas rpm en todo el día, con temperatura ambiente de 24,8°C y humedad de 76%, pero se observaron valores similares con B3, B6 y B9 tanto en la mañana como en la tarde y la noche. El nivel mínimo se encontró en la noche con B12, con temperatura ambiente de 21,9°C y humedad del 85%. A 1800 rpm, la mayor concentración de No se presentó en la tarde con B0, a temperatura ambiente de 30,8°C y humedad del 50%, de igual forma con B3 en la misma jornada se pueden ver valores muy similares. En la mañana fue en estos dos porcentajes de mezcla donde se presentaron los niveles más altos de esa jornada. Los niveles más bajos se dieron en la noche con B12, con humedad del 85% y temperatura ambiente de 21,9°C, también se vieron valores bajos para esta misma jornada en B15 y a lo largo del día fue entre estos porcentajes donde se presentaron los menores niveles de No. A 2000 rpm, fue con B0 en la tarde cuando se presentaron las más altas concentraciones para estas rpm, con temperatura ambiente de 30,8°C y humedad del 50%. Se vieron también valores similares en este mismo porcentaje de mezcla en la mañana y en B9 en la noche. El mínimo nivel se presentó en la mañana con B15, con humedad del 68% y temperatura ambiente del 24,3°C. De igual forma, se pudo ver que entre B12 y B15 se vieron los niveles más bajos en las tres jornadas para estas rpm.

77

A 2200 rpm, el mínimo nivel de No se presentó en la noche en B0, con humedad del 62% y temperatura ambiente de 25,8°C, y el mayor nivel se presentó con B0 en la tarde a temperatura ambiente de 30,8°C y humedad del 50%. Se pudo observar también que entre B12 y B15 se presentaron niveles muy bajos a lo largo del día.

6.3.2. Concentración de NO2 en las tres jornadas.

Figura 25. Concentraciones de NO2 en la mañana.

Figura 26. Concentraciones de NO2 en la tarde.

Figura 27. Concentraciones de NO2 en la noche.

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B3

B6

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m

RPM

B3

B6

B9

B12

B15

B0

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A 1200 rpm el máximo nivel se pudo ver en la mañana en B6, con temperatura ambiente de 25,3°C y humedad del 72% presenta valores casi iguales que con B0 en la noche. El nivel más bajo se encontró con B15 en la mañana a una temperatura ambiente de 26,4°C y también en la tarde con B3 se presentó un valor muy similar. A1400 rpm, el nivel máximo de NO2 se alcanzó en la tarde con B0 a temperatura ambiente de 30,8°C y humedad del 50%, también presenta valores altos con B3 en la mañana y B0 en la noche. El nivel más bajo se dio en la noche con B3, a temperatura ambiente 22,1°C y humedad del 82%, de igual forma con B15 en la tarde se dieron valores muy bajos, casi iguales a los de B0 en la noche. A 1600 rpm, se pudo observar que en las 3 jornadas B0 presentó niveles muy similares y los más altos de NO2 (ver anexo N), mientras que los más bajos se dieron en la tarde con B12. Al observar detalladamente, desde una perspectiva general esta rpm, se puede determinar que todos los valores en todas las mezclas son relativamente muy similares. A 1800 rpm, se encontró que todas las concentraciones están entre los valores de 20 y 23 ppm, a excepción de B3 en la noche que, con una temperatura ambiente de 22,1°C y humedad del 82%, presentó el nivel más bajo de este gas por debajo de los 20 ppm. A 2000 rpm, el máximo nivel se alcanzó en la mañana y en la tarde con B3 a temperatura ambiente de 23,8°C y 25,8°C y humedad del 79% y 68% respectivamente. En la jornada de la noche fue B9 quien presentó los niveles más altos y el nivel más bajo del día para esta rpm se presentó en la noche con B0. Al observar los resultados se puede decir que hasta el momento para este tipo de gases las mejores mezclas se encuentran entre B12 y B15, y en la jornada nocturna.

79

6.3.3. Concentración de NOx en las tres jornadas.

Figura 28. Porcentajes de NOx en la mañana.

Figura 29. Porcentajes de NOx en la tarde.

Figura 30. Porcentajes de NOx en la noche.

0

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B3

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m

RPM

B3

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B12

B15

B0

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Para los NOx a 1200 rpm los niveles más bajos se dieron con un mismo valor en las tres jornadas en B15 y el nivel máximo en la noche con B0. A 1400 rpm, el nivel máximo se alcanzó en la mañana con B0. En la noche se obtuvieron las mínimas concentraciones de NOx con porcentajes de concentración de B3, B12 y B15 y se pudo ver también que este último porcentaje es el más bajo en cada jornada de trabajo. Además de esto, se observó que con B6 y B9 se obtuvieron niveles altos en todas las jornadas y en algunos casos similares al máximo encontrado. A 1600 rpm, los niveles más altos se encontraron en las jornadas de la mañana y la tarde con B0. También se pudo ver que se obtuvieron niveles altos con porcentajes de mezcla de B6y B9 en todas las jornadas, siendo máximos en la tarde. Los más bajos se presentaron con B12 en la tarde también. A 1800 rpm, los niveles máximos se alcanzaron en las jornadas de la tarde y la mañana con porcentajes de mezcla de B6 y B0, seguidos de B9 quien en la noche presentó los valores más altos. En cuanto a los mínimos encontrados se están B15 en la mañana y B12 en la noche, estos dos porcentajes de mezcla se presentaron en todas las jornadas casi similares. A 2000 rpm, el nivel máximo lo alcanzó en B0 en la tarde, sin embargo presenta valores muy similares en las 3 jornadas de trabajo siendo el máximo en todas a excepción de la noche donde B9 es quien presenta los niveles más altos. Los valores mínimos se obtuvieron en la mañana con B15, sin embargo entre los porcentajes de mezcla de B9 a B15 vemos niveles bajos en la mañana, la tarde y la noche a excepción de que en esta última jornada B9 aumentó sus niveles de concentración. A 2200 rpm, el nivel máximo se obtuvo en la tarde con B0, sin embargo se observa que en esta misma jornada, todos los porcentajes de mezcla presentaron niveles altos en comparación con la noche. El nivel bajo se obtuvo en la noche con B0 seguido de B15 quien presenta un descenso progresivo desde la mañana hasta la noche. Se sigue evidenciando que con los porcentajes de mezcla entre B12 y B15 se obtienen los mejores valores de emisiones en cuanto a este tipo de gases se refiere, siendo la jornada nocturna la que más bajos niveles presenta.

81

6.3.4. Concentración de SO2 en las tres jornadas.

Figura 31. Porcentajes de SO2 en la mañana.

Figura 32. Porcentajes de SO2 en la tarde.

Figura 33. Porcentajes de SO2 en la noche.

0

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10

15

20

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35

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m

RPM

B3

B6

B9

B12

B15

B0

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Al igual que en las mezclas gruesas se pudo observar que el SO2 solo hace aparición, en mayor proporción, a medid a que las revoluciones van aumentando. Como se puede observar en las figuras 29, 30 y 31 a 1200 rpm su aparición fue casi nula, solo aparece en un mínimo nivel en la tarde con B0. A 1400 rpm solo se encontraron niveles de SO2 en la tarde y en la noche con concentraciones de B0 y B3 respectivamente. A 1600 rpm en la mañana no se detectó presencia alguna de este gas, en la tarde su máximo nivel fue con B0 seguido de B12. En la noche se obtuvieron valores más bajos, en comparación a los de la tarde, en B3 y B6. A 1800 rpm en la mañana se encontraron niveles de SO2 en B3, B9, B12 y B15. El máximo nivel se observó en la tarde con B0. En esta jornada es donde a todos los porcentajes de concentración se detectó presencia de este gas. El nivel más bajo se encontró en la noche con B15 seguido de B12. A 2000 rpm en la mañana se detectó presencia del gas en todos los porcentajes de mezcla a excepción de B3. El nivel máximo y él mínimo se detectaron en la tarde y la mañana con B0. También se pudieron observar niveles bajos en la noche con B9. A 2200 rpm el nivel más alto se encontró en la noche con B0, seguido de B3 y B6 en la tarde y el nivel mínimo se encontró en la noche entre los porcentajes de B9 y B15. Se pudo observar que en este tipo de gases, a medida que se fue aumentando la concentración del Biodiesel, el SO2 iba disminuyendo, a excepción de unos casos, lo que nos indica que este combustible presenta niveles más bajos de azufre.

83

6.3.5. Concentración de CO en las tres jornadas.

Figura 34. Porcentaje de CO en la mañana.

Figura 35. Porcentaje de CO en la tarde.

Figura 36. Porcentaje de CO en la noche.

0

100

200

300

400

500

600

700

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B3

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m

RPM

B3

B6

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B12

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En las figuras 32, 33, y 34 podemos observar los niveles de CO en las 3 jornadas del día a diferentes rpm, A 1200 rpm el nivel más alto en la mañana con B3, a temperatura ambiente de 23,8°C y humedad de 79%. Y el menor se presentó en la jornada de la tarde con B6 a una temperatura ambiente de 28,8°C y humedad del 64%. Se puede observar que en la jornada de la tarde se presentaron los menores niveles de CO a estas rpm. A 1400 rpm los valores máximos de CO se alcanzaron en la mañana y en la noche, siendo en esta última jornada donde se presentó la máxima concentración con B3. Los mínimos valores se hallaron en la mañana con B0. A1600 rpm el valor máximo fue con el porcentaje de concentración de B3 en la jornada de la mañana, de igual forma, en esa misma jornada se presentó el mínimo nivel de CO con B0 seguido por B6 en la jornada de la tarde. A 1800 rpm se presentaron niveles máximos, en igual proporción en la mañana y en la tarde con porcentaje de concentración de B3. El nivel más bajo se presentó en la mañana con B0. Algunos porcentajes presentaron una disminución progresiva de mañana a tarde tal como B9 y B12 y otros presentaron aumento desde la mañana a la noche como B6 y B0. A 2000 rpm se presentaron los máximos niveles en la mañana con B15 seguido en la misma jornada por B9. El nivel mínimo estuvo en la mañana con B0. En la tarde presentaron niveles muy similares todos los porcentajes de concentración. A 2200 rpm los niveles más altos se presentaron en la noche con B3 con temperatura ambiente de 22,1°C y humedad del 82%, igualmente en la mañana con B9 y en la tarde casi todos los porcentajes presentaron concentraciones de aproximadamente 700 ppm. Los niveles mínimos se presentaron en la mañana y la noche con B0. Observando de manera general las gráficas se puede ver que en todos los porcentajes de mezclas se ve un aumento el CO a medida que las rpm van subiendo, además se presentaron mayores concentraciones del gas cuando existían mezclas diesel – biodiesel. Cabe aclarar que una de las propiedades del biodiesel es su acción detergente, lo cual pudo influir en el aumento del CO en la combustión, pero estos niveles tienden a bajar después de un continuo uso del biodiesel.

85

6.3.6. Consumo en las tres jornadas.

Figura 37. Consumo en la mañana.

Figura 38. Consumo en la tarde.

Figura 39. Consumo en la noche.

0

50

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ml/

5m

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in

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B3

B6

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0

50

100

150

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250

1200 1600 2200

ml/

5m

in

RPM

B3

B6

B9

B12

B15

B0

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En las gráficas 35, 36 y 37 se puede ver el comportamiento del consumo con mezclas finas donde presentaron un comportamiento similar al de las mezclas gruesas. A 1200 rpm se observó que el mayor consumo se dio en la mañana con B6 a una temperatura ambiente de 25,3°C y 72% de humedad y el menor consumo fue en la jornada de la tarde con B15 y B12 a temperatura ambiente de 24,3%, 26,4°C y humedades de 63% y 68% respectivamente. En la noche se presentaron valores promedios. A 1600 rpm, se observó el máximo consumo en la noche con B15 seguido de B9 y B12 en la jornada de la tarde. Valores mínimos se presentaron con B3 en la tarde y la noche, B6 en la tarde y B0 en la mañana. A 2200 rpm el mayor consumo se presentó en la mañana con B9 y B12 y el mínimo con B0 en la mañana. En general el consumo en todas las jornadas tuvo un comportamiento similar en todas las rpm y en todos los porcentajes de mezcla. Hay que tener en cuenta las condiciones ambientales del día, puesto que es de suponer que en la tarde entre 2 pm y 4 pm es cuando tiende a aumentar el consumo por las altas temperaturas, pero en el día se manejaron temperaturas máximas de 26°C y porcentajes de humedad entre 60% y 85% lo cual brindó las condiciones para que los cambios entre jornadas fueran pequeños. Cabe recalcar que el porcentaje B0 fue medido bajo otras condiciones medioambientales, pues fue en un día diferente al que se midieron el resto de porcentajes y esto nos puede dar un margen de error en los resultados.

6.4 COMBUSTIÓN TEÓRICA DE LAS MEZCLAS A continuación se mostrarán los resultados del análisis teórico de la combustión de las mezclas. Estos análisis se basaron en las ecuaciones 13 y 16, y en los anexos se podrá ver el procedimiento estequimétrico que se siguió (ver anexo z). Para B3 los productos de combustión fueron:

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Se obtuvo también que necesita 14,7:1, es decir, 14.7 moles de aire por cada mol de combustible. Para B6 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 15:1, es decir, 15 moles de aire por cada mol de combustible. Para B9 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,9:1, es decir, 14.9 moles de aire por cada mol de combustible. Para B12 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,9:1, es decir, 14.9 moles de aire por cada mol de combustible. Para B15 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,9:1, es decir, 14.9 moles de aire por cada mol de combustible. Para B20 los productos de combustión fueron:

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Se obtuvo también que necesita 14,9:1, es decir, 14.9 moles de aire por cada mol de combustible. Para B40 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,8:1, es decir, 14.8 moles de aire por cada mol de combustible. Para B60 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,6:1, es decir, 14.6 moles de aire por cada mol de combustible. Para B80 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,9:1, es decir, 14.9 moles de aire por cada mol de combustible. Para B100 los productos de combustión fueron:

Se obtuvo también que necesita 14,6:1, es decir, 14.6 moles de aire por cada mol de combustible.

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6.5 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS. Cuadro 7. Propiedades de las mezclas

TEMPERATURA ENTRE 20°c y 25°c MEZCLA DENSIDAD gr/ml VISCOSIDAD cP

B0 0,11 18,25 B3 0,115 17,5 B6 0,117 17,25 B9 0,112 17,85

B12 0,118 17,5 B15 0,114 18,35 B20 0,114 22 B40 0,123 24,65 B60 0,119 27,75 B80 0,123 30,35 B100 0,120 32,25

Del cuadro 7 se puede observar que a medida que el porcentaje de mezcla va aumentando la viscosidad y la densidad también, se presentan valores muy similares entre B0 y B20, después es más notables su aumento en estas propiedades. Esto nos indica que el biodiesel es más denso y viscoso bajo esas condiciones de prueba lo cual en un alto porcentaje produciría problemas de inyección en el motor, teniendo en cuenta estas propiedades y los ítems anteriormente evaluados se puede decir que entre B12 y B20 se encontraron los valores más óptimos de uso.

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7. CONCLUSIONES

De acuerdo con los resultados obtenidos y a las condiciones y parámetros en el que se desarrolló la toma de datos, este combustible puede sustituir, ya sea en porcentajes o completamente, el combustible actualmente utilizado en el país, el diesel. A esta conclusión se llegó sin haber evaluado sus efectos a largo plazo. Los resultados, después de realizar las pruebas con el motor utilizando el biodiesel a base de aceite de cocina usado, arrojaron como resultado una reducción del SO2 en las mezclas gruesas a excepción de B20 como se muestra en las figuras

13, 14 y 15 y en las finas en los porcentajes entre B9 y B15. Este gas, tiene unos efectos altamente perjudiciales en el medio ambiente y para la salud de las personas y con esto se puede concluir, por lo menos en lo que respecta al Dióxido de Azúfre, que este combustible es menos contaminante que el ACPM. Igualmente Mostró una reducción de los NOx en comparación con el diesel convencional, siendo esto una buena señal debido a que estos gases perjudican, en gran medida, al medio ambiente, pues son uno de los causantes de las lluvias ácidas que alteran el pH del suelo lo que impide o dificulta cultivar las tierras también son perjudiciales para la salud. Las reducciones de NOx se presentaron en los porcentajes de mezcla de B12 y B15, como se puede observar en las figuras 22, 23 y 24, sobre todo en las jornadas nocturnas. Sin embargo, a medida que iban aumentando las revoluciones, la presencia de este gas se iba haciendo mayor. En cuanto al CO, este mostró un porcentaje de concentración mayor que el diesel convencional y que el aceite de higuerilla, pero se pude asumir que en parte, este resultado puede deberse a la acción detergente del biodiesel, lo cual pudo provocar que entraran partículas carbonizadas a la cámara de combustión y generara dicho aumento, también debe tenerse en cuenta el modelo del motor y que puede estar desincronizado y esto genera una combustión más deficiente. Según los estándares de emisiones de gases de “cola de escape” para el motor diesel, en todos los porcentajes de mezcla emitió CO dentro de los rangos permitidos de este gas que se encuentran entre 100 y 1000 ppm. Por otra parte, el Dióxido de Azufre (SO2), que se encuentra entre 10 y 150 ppm, no superó nunca las 70 ppm; Los NOx, no sobrepasaron las 70 ppm y los estándares se encuentran entre 50 y 2.500. Los resultados en cuanto a consumo se pudo ver que eran relativamente iguales en cada porcentaje de mezcla y rpm, durante las tres jornadas del día. Esta

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pequeña variación se debe, en parte, a que las pruebas se tomaron en unos días en los cuales la variación de la temperatura era muy poca además de que no se alcanzaron altos niveles en ningún momento. La única variación se presentó en los porcentajes de humedad, los cuales fueron más altos en la mañana y en la noche. Sin embargo, los menores consumos se presentaron con las concentraciones entre B12 y B20 en casi todas las jornadas. En cuanto a potencia se concluyó que el motor tuvo un comportamiento muy similar en todas las jornadas y con todos los porcentajes de mezcla y rpm, esto se pudo determinar al ver el valor de los torques generados (Ver anexo N – X). Entre las mezclas finas y las mezclas gruesas, se pudo determinar el rango de porcentaje de mezcla más óptimo en cuanto a emisiones de gases y consumo. El comportamiento de las mezclas con bajo porcentaje de biodiesel mostraron valores similares a los presentados en B0 y a medida que se iba aumentando el porcentaje de mezcla iba mejorando el comportamiento y, en algunos casos, tendían a parecerse a B20.

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94

LAPUERTA, Magín; RODRÍGUEZ-FERNÁNDEZ, José y AGUDELO, John R.. Diesel particulate emissions from used cooking oil biodiesel [en línea]. España: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, University of Castilla-La Mancha, Gimel Group, University of Antioquia. 2007. [Consultado 20 de junio de 2010]. Available from internet: www.sciencedirect.com doi:10.1016/j.biortech.2007.01.033. --------; HERREROS, José M.; LYONS, Lisbeth L.; REYES GARCÍA-CONTRERAS, Maria y BRICEÑO, Yolanda. Effect of the alcohol type used in the production of waste cooking oil biodiesel on diesel performance and emissions [en línea]. España: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Castilla La-Mancha. Valladolid. 2008. [Consultado 16 julio 2010]. Available from internet: www.elsevier.com/locate/fuel. doi:10.1016/j.fuel.2008.05.013. --------; ARMAS, Octavio y RODRÍGUEZ-FERNÁNDEZ, José. Effect of biodiesel fuels on diesel engine emissions [en línea]. España: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, University of Castilla-La Mancha, 2007. p. 198–223. [Consultado 18 abril de 2011]. Available from internet: www.elsevier.com/locate/pecs, www.sciencedirect.com. doi:10.1016/j.pecs.2007.07.001. Ley 99 de 1993. Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental –SINA y se dictan otras disposiciones [en línea]. Santafé de Bogotá, D.C. 22 de diciembre de 1993: Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt Colombia. [Consultado 16 de Marzo de 2011]. Disponible en http://www.humboldt.org.co/download/ley99.pdf Ley 939 de 2004. Por medio de la cual se subsanan los vicios de procedimiento en que incurrió en el trámite de la Ley 818 de 2003 y se estimula la producción y comercialización de biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en Motores diesel y se dictan otras disposiciones [en línea]. Santafé de Bogotá, D.C., 31 de Diciembre de 2004: Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. [Consultado 16 de Marzo de 2011]. Disponible en http://www.minambiente.gov.co/documentos/ley_0939_311204.pdf LIN, Yan.; FEN, Greg; WU YO, Ping y CHANG TANG, Chang. Combustion characteristics of waste-oil produced biodiesel/diesel fuel blends [en línea]. Taiwan: Department of Chemical and Materials Engineering, National Ilan

95

University. 2007. 9 p. [Consultado Septiembre 4 de 2010]. Disponible en Internet: www.sciencedirect.com doi:10.1016/j.fuel.2007.01.012 Ministerio de Minas y Energía decreto 2629. Por medio del cual se dictan disposiciones para promover el uso de biocombustibles en el país, así como medidas aplicables a los vehículos y demás artefactos a motor que utilicen combustibles para su funcionamiento [en línea]. Santafé de Bogotá, D.C., Presidencia de la República de Colombia, 2007. [Consultado 16 de Marzo de 2011]. Disponible en Internet: http://www.presidencia.gov.co/prensa_new/decretoslinea/2007/julio/10/dec2629100707.pdf Países potencias en Producción de Biodiesel [en línea]. Argentina: Price Water House Coopers [Consultado 2 de septiembre de 2011]. Disponible en internet: http://www.pwc.com/ar/es/publicaciones/assets/ceo-biocombustibles.pdf PATIÑO JARAMILLO, Gustavo Adolfo y CASTAÑO, Diego Alberto. Estudio de los Factores que Inciden en el Desempeño de los Motores de Encendido Provocado (MEP) convertidos a gas natural. Trabajo de grado de Ingeniero Mecánico; Trabajo de grado de Ingeniero Químico. Medellín: Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería, 2003. 116 p. Programa Estratégico para la Producción de Biodiesel - Combustible Automotriz- a Partir de Aceites Vegetales [en línea]. Bogotá: Convenio Interinstitucional de Cooperación UPME – Indupalma – Corpodib, 2003 [Consultado Julio 24 de 2011]. Disponible en Internet: http://www.si3ea.gov.co/si3ea/documentos/documentacion/Biodiesel/Produccion_Biodiesel.pdf Resolución número 182087. Por la cual se modifican los criterios de calidad de los biocombustibles para su uso en motores diesel como componente de la mezcla con el combustible diesel de origen fósil en procesos de combustión [en línea]. Santafé de Bogotá, D.C.: Asociación Colombiana de Petróleo, 17 de Diciembre de 2007 [Consultado 16 de Marzo de 2011]. Disponible en http://www.acp.com.co/documentos/operaciones/resoluciones/Biocombustibles.pdf Seguridad Energética para el Desarrollo Sostenible de las Américas [en línea]. Ciudad de Panamá: Organización de Estados Americanos OEA, Secretaría Ejecutiva para el Desarrollo Integral, 2007. [Consultado el 22 de Junio de 2011].

96

Disponible en Internet: http://www.oas.org/dsd/spanish/Documentos/EnergySecurity_SPA.pdf USTA, N.; ÖZTÜRK, E.; CAN, Ö.; CONKUR, E.S.; NAS, S.; CON, A.H.; CAN, A.C.; TOPCU, M. Combustion of biodiesel fuel produced from hazelnut soapstock/waste sunflower oil mixture in a Diesel engine [en línea]. Turquía: Mechanical Engineering Department, Pamukkale University, Automotive Department, Pamukkale University, Food Engineering Department, Pamukkale University, 2004. p. 741–755. [Consultado 16 de agosto de 2010]. Available from Internet: www.sciencedirect.com, www.elsevier.com/locate/enconman. YAGE Di, C.; CHEUNG, S.; HUANG, Zuohua. Experimental investigation on regulated and unregulated emissions of a diesel engine fueled with ultra-low sulfur diesel fuel blended with biodiesel from waste cooking oil [en línea]. China: State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Department of Mechanical Engineering, the Hong Kong Polytechnic University, 2008. p. 835 – 846. [Consultado 13 de octubre de 2010] Available from Internet: www.elsevier.com/locate/scitotenv. doi:10.1016/j.scitotenv.2008.09.023. YUNUS A. Cengel, MICHAEL A. Boles. Termodinámica. 5 ed. Nevada. USA: McGraw – Hill, 2007. 988 p. ISBN-13: 978-970-10-5611-0. Y. ZHANG, M.A.. Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process design and technological assessment [en línea]. Canadá: Department of Chemical Engineering, University of Ottawa, Department of Biochemistry, University of Ottawa, 2003. p. 1–16. [Consultado 9 de Septiembre 2010] Available from Internet: www.sciencedirect.com. doi: 10.1016/S0960-8524(03)00040-3.

97

ANEXOS

Anexo A. Hoja de control.

Hoja de control

Horas Trabajadas Porcentaje de Mezcla

98

Tabla 2. Toma de datos

RPM TORQUE T in T out Tmotor Thumos No No2 Nox So2 Co Consumo

B

B

B

B

B

B

99

Anexo B. Tacómetro shimpo.

Anexo C. Pistola infrarroja oapton infrapro 5.

100

Anexo D. Motor diesel 4cilindros en línea 4 tiempos.

Anexo E. Propiedades físico-químicas del aceite usado en frituras.

Fuente: ANGANOY ALVAREZ, Adrián Esteban. Producción de biodiesel en planta piloto a partir de aceite de cocina usado. Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Químico. Santiago de Cali: Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería, 2009. P. 33.

101

Anexo F. Freno prony.

Fuente: HOLGUÍN CEDEÑO, Oscar Eduardo. Evaluación de mezclas biodiesel de

higuerilla – ACPM en un motor diesel. Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. 19-06-07. Avialable from CD.

Anexo G. Fluviómetro.

Fuente: HOLGUÍN CEDEÑO, Oscar Eduardo. Evaluación de mezclas biodiesel de

higuerilla – ACPM en un motor diesel. Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. 19-06-07. Avialable from CD.

102

Anexo H. Tipos de energías más utilizadas en Latinoamérica y Caribe.

Fuente: Seguridad Energética para el Desarrollo Sostenible de las Américas [En línea]. Ciudad de Panamá: Organización de Estados Americanos OEA, Secretaría Ejecutiva para el Desarrollo Integral, 2007 [Consultado el 22 de Junio de 2011]. Disponible en Internet: http://www.oas.org/dsd/spanish/Documentos/EnergySecurity_SPA.pdf

Anexo I. Incidencia de la altura en los motores.

Fuente: PATIÑO JARAMILLO, Gustavo Adolfo; CASTAÑO, Diego Alberto. Estudio de los Factores que Inciden en el Desempeño de los Motores de Encendido Provocado (MEP) convertidos a gas natural. Trabajo de grado de Ingeniero Mecánico; Trabajo de grado de Ingeniero Químico. Medellin: Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería, 2003. p. 41

103

Anexo J. Países potencias en producción de biodiesel, 2005.

Fuente: Países potencias en Producción de Biodiesel [En línea]. Argentina: PriceWaterHouseCoopers [Consultado 2 de septiembre de 2011]. Disponible eninternet:http://www.pwc.com/ar/es/publicaciones/assets/ceo-biocombustibles.pdf

Anexo K. Analizador de gases testo 350.

104

Anexo L. Especificaciones del motor.

Fuente: ARAGON SALAZAR, Alfredo. El motor diesel y sus pruebas de laboratorio. Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 1996.

105

Anexo M. Contaminantes y sus efectos.

Fuente: ARAGON SALAZAR, Alfredo. El motor diesel y sus pruebas de laboratorio. Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 1996. P.48

106

Anexo N. Variables medidas para B0.

% RPM Jornada %

Humedad TEMPERATURA TORQUE

KgF-m T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 76% 24.8°C 9.075 47.25 67.7 67.15 73.75 36.5 17 53 0 148.5 100ml/5min

1200 Tarde 50% 30.8°C 9.9 64 70 73.5 74 33.5 17.5 51 5 193.4 90ml/5min

Noche 62% 25.8°C 9.9 54.6 65.3 71.6 76.8 37 19.5 56.5 0 236.5 100ml/5min

Mañana 76% 24.8°C 9.9 52 71.25 74.05 84.15 37 22 58.5 0 199.5

1400 Tarde 50% 30.8°C 10.73 62.5 66.9 71.8 96.3 35 23.5 58 7.5 341

Noche 62% 25.8°C 9.9 55.95 63.7 81 97.5 33.5 22 55 0 306.5

Mañana 76% 24.8°C 10.725 54.3 72.75 75.1 95.3 32.5 22.5 55 0 261 120ml/5min

1600 Tarde 50% 30.8°C 10.31 61.75 66.2 74 100.1 33 22.5 55 18.5 463.5 120ml/5min

B0 Noche 62% 25.8°C 9.9 45.2 61.3 70 96.7 29 22.5 51.5 4 376.5 130ml/5min

Mañana 76% 24.8°C 9.9 45.55 66.9 67.75 105.3 32.5 21 54 0 328

1800 Tarde 50% 30.8°C 11.96 62.4 68.7 77.9 109.2 31 20.5 51.5 32 526

Noche 62% 25.8°C 10.73 43.2 63.1 68 97.8 26 21 46.5 21 518

Mañana 76% 24.8°C 12.38 58.8 74.2 76.05 115.1 29.5 22.5 52 4.5 435

2000 Tarde 50% 30.8°C 11.6 64.4 69.3 79.3 125.7 32 21.5 53 50 585.5

Noche 62% 25.8°C 11.6 43.2 61.1 70 111.3 26 21.5 48.5 42 618

Mañana 76% 24.8°C 12.4 60.3 73.9 75.8 125.1 29.5 20 49.5 35 525.5 200ml/5min

2200 Tarde 50% 30.8°C 11.96 63.7 70.4 80.9 123.9 34.5 19.5 54 61.5 590 150ml/5min

Noche 62% 25.8°C 11.6 45.1 68.5 73.2 119 21 8.5 35 66.5 516.5 220ml/5min

107

Anexo O. Variables medidas para B3

% RPM Jornada %

Humedad Temperatura

°C

TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 79 23,8 8.25 44.65 63.8 68.7 86.65 24.5 17 41 0 283.5 100 ml/5min

1200 Tarde 68 25,8 7.425 46 61.9 67.45 77.9 29.5 15.5 44.5 0 185.5 100 ml/5min

Noche 82 22,1 8.25 42 64.3 67.8 87.35 29 18.5 47.5 0 283 100 ml/5min

Mañana 79 23,8 8.25 42.5 65.5 64.8 106.3 37 23 60 0 248

1400 Tarde 68 25,8 78.375 45.15 62.5 67.15 91.8 39 20 59.5 0 244.5

Noche 82 22,1 9.075 44.6 61.85 67.7 101.5 24.5 19 43.5 5 432

Mañana 79 23,8 9.075 48.05 64.85 66.4 117.15 22 21 43 0 497 130ml/5min

1600 Tarde 68 25,8 9.488 47.15 63.9 67.55 99.25 33 21 54 0 333 130ml/5min

B3 Noche 82 22,1 9.488 46.45 64.65 66.75 119.55 26 19 45 9.5 472 130ml/5min

Mañana 79 23,8 9.488 44.45 66.1 68.9 129.6 22 20.5 42.5 10.5 580

1800 Tarde 68 25,8 9.488 47.55 63.85 69 100.1 27.5 20.5 47.5 12.5 457.5

Noche 82 22,1 9.9 45.6 62.05 68.45 129.95 21.5 18.5 40.5 20.5 591.5

Mañana 79 23,8 9.9 45.6 67.9 69.55 133.75 27 20 47 11 541

2000 Tarde 68 25,8 9.9 48.25 67.1 71.05 123.4 29 21.5 50.5 42 648.5

Noche 82 22,1 10.725 44 61.45 70.3 143.9 22.5 18 40.5 33 641.5

Mañana 79 23,8 11.55 43.8 67.8 72.4 152.3 29.5 21.5 50 25 605.5 210ml/5min

2200 Tarde 68 25,8 11.55 47.35 65.65 74.4 123.8 31 20.5 51 63.5 690.5 210ml/5min

Noche 82 22,1 11.55 44.85 62.95 71.35 152.8 23 17 40 50.0 722 220ml/5min

108

Anexo P. Variables medidas para B6

% RPM Jornada %

Humedad Temperatura TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 72 25,3 8.25 44.8 65.95 64 84.6 35.5 20 55.5 0 175 100ml/5min

1200 Tarde 64 26,8 7.84 45.85 63.1 69.05 74.8 30.5 16.5 47 0 142 100ml/5min

Noche 82 22 8.25 43.2 61.4 66.2 79.75 34.5 15.5 50 0 219 100ml/5min

Mañana 72 25,3 8.67 43.8 66.2 65.05 100.45 37 22.5 59.5 0 240.5

1400 Tarde 64 26,8 8.25 46.9 61.9 68.25 89.8 39 21 60 0 253.5

Noche 82 22 9.075 45.95 60.75 65.25 100.2 33 20 53 0 336.5

Mañana 72 25,3 9.49 45.35 63.15 65.75 103.1 31 22 53 0 337 130ml/5min

1600 Tarde 64 26,8 9.49 48 63.45 69.15 97.85 32 19.5 51 0 279 130ml/5min

B6 Noche 82 22 10.23 44.75 60.35 67.3 110.1 28.5 19 47 4 406.5 140ml/5min

Mañana 72 25,3 9.9 44.9 66 65.05 125.25 28 22 50 0 430

1800 Tarde 64 26,8 9.49 47.05 64.4 67.5 99.3 29.5 21.5 51 14 477.5

Noche 82 22 9.9 47.85 59.45 65.75 123 24 20 44 7 480.5

Mañana 72 25,3 10.73 45.3 64.95 72.35 42.6 29 21 50.5 10.5 513.5

2000 Tarde 64 26,8 10.73 48.2 65.5 69.3 120.55 26 21 46.7 43 618.5

Noche 82 22 10.4 46.25 63.75 68.5 140.85 24.5 19.5 44 16.5 548.5

Mañana 72 25,3 12 45.6 65.75 69.3 140.8 30 21 51 32 611.5 220ml/5min

2200 Tarde 64 26,8 11.95 47.05 64.5 70.2 137.45 31 19.5 30.5 61.5 667 220ml/5min

Noche 82 22 11.8 44.4 63.2 70.35 142.55 27.5 19 46.5 25 599 220ml/5min

109

Anexo Q. Variables medidas para B9

% RPM Jornada %

Humedad Temperatura TORQUE

KgF-m T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 72 25,3 8.25 45.5 63.65 68.7 92.1 33 19 51.5 0 224 100ml/5min

1200 Tarde 64 26,8 7.8 48.2 64.8 68.9 67.65 30.5 17.5 48 0 161 100ml/5min

Noche 82 22 9.9 41 62.5 67.25 85.25 28.5 16.5 44.5 0 188.5 110ml/5min

Mañana 72 25,3 9.4 45.8 63.05 65.65 102.65 34 21.5 55.5 0 306

1400 Tarde 64 26,8 8.25 47.35 62.55 67.5 88.65 34.5 21 55 0 257.5

Noche 82 22 10.5 48.95 61.85 67.75 98.65 31.5 20 51 0 289-5

Mañana 72 25,3 9.9 47.4 65.8 67.8 117.25 29.5 21.5 51 0 384 140ml/5min

1600 Tarde 64 26,8 9.48 44.7 64.9 68.6 96.3 32 20.5 53 0.5 328 140ml/5min

B9 Noche 82 22 9.9 45.45 60.05 66.3 111 29 21 50 0 360.5 130ml/5min

Mañana 72 25,3 10.56 46.05 65.7 71.85 128.5 23 20 42.5 4.5 551

1800 Tarde 64 26,8 9.9 44.45 62.85 66.8 101.7 23.5 21.5 45 17 523

Noche 82 22 10.33 50.5 60.7 66.85 122.9 29.5 21.5 51.3 0 413.5

Mañana 72 25,3 11.55 48.75 65.45 70.05 142.55 23.5 19.5 41.2 27.5 646

2000 Tarde 64 26,8 10.34 44.45 64.7 68.9 115.65 27 20 47 31.5 582.5

Noche 82 22 11.14 49.25 61.4 68.45 134.35 29.5 20 50 9.5 511.5

Mañana 72 25,3 11.88 51.35 66 69.1 141.6 27.5 17.5 44 39.5 709.5 230ml/5min

2200 Tarde 64 26,8 11.55 45.2 65.7 69.6 129.25 28.5 18.5 47.5 56 691 220ml/5min

Noche 82 22 11.9 49.1 63.1 69.75 147.7 30.5 20 20.5 25 617 210ml/5min

110

Anexo R. Variables medidas para B12

% RPM Jornada %

Humedad Temperatura TORQUE

KgF-m T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 68 26,4 11.55 46.85 64.8 69.55 88.95 30 18.5 48.5 0 205 100ml/5min

1200 Tarde 63 26,4 8.25 44.8 63.2 65.3 79.9 31.5 18 49.5 0 220 90ml/5min

Noche 85 21,9 8.25 42.85 63.8 66.15 77.55 25 17 42 0 263.5 100ml/5min

Mañana 68 26,4 9.1 45.75 65 67.3 107.15 31 22 52.5 0 331.5

1400 Tarde 63 26,4 8.6 40 63.45 65.4 95.1 31 20 51 0 334.5

Noche 85 21,9 9.08 44 64.6 64 90.4 24.5 19.5 44 0 380.5

Mañana 68 26,4 10.6 48.5 67.05 69.85 121.25 26 21 47 0 436.5 130ml/5min

1600 Tarde 63 26,4 10 44.8 61.9 66.7 103.3 24.5 16.5 37 16 458.5 140ml/5min

B12 Noche 85 21,9 9.9 46.1 63.9 68.7 111.5 22 20 42 0 429 140ml/5min

Mañana 68 26,4 10.6 45.4 63.7 66.9 134 24.5 21.5 46 4 561.5

1800 Tarde 63 26,4 9.9 45.5 61.6 66.7 115.9 23.5 20.5 43.5 16 519.5

Noche 85 21,9 9.9 45.8 63.75 66.75 110.75 20 21.5 41 3.5 499

Mañana 68 26,4 11.55 46.75 67.3 70.4 140.2 25.5 19.5 45.5 19.5 480

2000 Tarde 63 26,4 10.4 47 64.65 68.45 130.25 23 19.5 43 31 595

Noche 85 21,9 10.73 47 64.95 68.8 128.4 23 20 43 17.5 557

Mañana 68 26,4 11.9 50.65 63.1 73.3 138.8 26 18.5 45.5 30 628.5 230ml/5min

2200 Tarde 63 26,4 11.6 43.95 63.2 68.1 138.95 29 18.5 48 54.5 692.5 210ml/5min

Noche 85 21,9 11.6 45.3 65.8 72.75 129.45 24.5 18.5 43 30 603 220ml/5min

111

Anexo S. Variables medidas para B15

% RPM Jornada %

Humedad Temperatura Torque KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 68 26,4 7.9 47.8 64.05 68.9 77.8 25 15.5 41 0 179 90ml/5min

1200 Tarde 63 24,3 8.3 45.9 62.4 69.95 75.75 26 16.5 43 0 244 90ml/5min

Noche 85 21,9 8.9 45.5 62.1 66.3 76.95 22.5 18.5 41 0 234.5 100ml/5min

Mañana 68 26,4 9.1 46.7 65.6 68.1 88.1 28.5 20.5 49 0 375.5

1400 Tarde 63 24,3 9.1 45.7 62.8 69.8 94 27 19.5 46 0 346

Noche 85 21,9 9.5 44 62.3 66.5 87.95 24 20 44 0 361.5

Mañana 68 26,4 9.5 47.45 63.45 69.75 92.85 23.5 21 42 0 450 140ml/5min

1600 Tarde 63 24,3 9.9 45.6 64.5 69.1 98.8 29.5 21 50.5 0 377 130ml/5min

B15 Noche 85 21,9 9.9 44.7 63.4 64.8 98.9 23.5 19.5 43 0.5 407 150ml/5min

Mañana 68 26,4 9.9 48.6 64.7 70.95 110.55 21 21 42.5 6.5 575.5

1800 Tarde 63 24,3 10.8 47.2 65.7 68.5 121.25 24 21 45 5.5 506.5

Noche 85 21,9 10.4 48.05 62.6 64.3 109.3 22 20.5 43 3 455.5

Mañana 68 26,4 11.14 48.2 67.7 73.55 111.9 21 19 40 30 684

2000 Tarde 63 24,3 10.7 48.5 66.7 71.3 126.95 25.5 19 44 29 622

Noche 85 21,9 11.14 46.5 64.9 69.4 119.2 23 19 42 17 538.5

Mañana 68 26,4 11.5 47.9 66.4 73.4 137.05 27.5 20 47.5 29.5 646 210ml/5min

2200 Tarde 63 24,3 11.6 47.6 67.5 71.1 129.95 26 19.5 45.5 41.5 661 220ml/5min

Noche 85 21,9 11.6 47.7 62.9 69.6 121.05 24.5 18.5 43.5 28 473 220ml/5min

112

Anexo T. Variables medidas para B20

% RPM Jornada %

Humedad TEMPERATURA

°C TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 60 27,8 10.313 67.15 70.35 78.65 76.9 29.5 18 47 0 181.5 100ml/5min

1200 Tarde 49.5 29.7 7.83 63.7 73.9 75.6 75.85 30.5 16.5 47 4.5 58.5 80ml/5min

Noche 64.25 25.3 9.5 62.1 68.3 72.1 74.5 20 10.5 29 6 136.5 80ml/5min

Mañana 60 27,8 9.9 65.2 68.55 76.5 89.4 38 24 62 0 237.5

1400 Tarde 49.5 29.7 9.9 61.9 65.6 74.5 83.2 29 16 44 5 190

Noche 64.25 25.3 9.9 58 62 69.3 90.8 24.5 17 4.5 17 336.5

Mañana 60 27,8 10.81 63.05 69.65 74.25 100.25 34 25.5 59.5 0 289.5 130ml/5min

1600 Tarde 49.5 29.7 9.9 67.0 64.4 78.6 98 30 23.5 53.5 15.5 449 140ml/5min

B20 Noche 64.25 25.3 9.1 55 65 70 97.1 17.5 13.5 31 20 309.5 130ml/5min

Mañana 60 27,8 10.73 62.6 71.4 75.3 107.8 36 28.5 60 0.5 328.5

1800 Tarde 49.5 29.7 10.73 63.2 69.6 80.95 100.3 22.5 21.5 44.5 55.5 659

Noche 64.25 25.3 10.73 45 63.2 68 104.9 25 18.5 43.5 41 592.5

Mañana 60 27,8 11.14 62.8 74.3 92.1 120.1 30.5 23 53.5 37.5 548.5

2000 Tarde 49.5 29.7 11.6 62.3 73.4 82.8 123.5 19.5 18.5 37.5 87.5 853

Noche 64.25 25.3 11.14 53.2 67.1 71 116 25 18.5 44 65 659

Mañana 60 27,8 12.8 67.95 75.9 86.4 126.1 32.5 20 51.5 72 640 200ml/5min

2200 Tarde 49.5 29.7 11.14 63.8 59.4 99 129.1 32 19 51.5 73 668.5 230ml/5min

Noche 64.25 25.3 12.4 53.1 61.2 69.6 122.25 28.5 20.5 49 75 699,5 210ml/5min

113

Anexo U. Variables medidas para B40

% RPM Jornada %

Humedad TEMPERATURA

°C TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 98 19,7 8.25 45.25 61.45 64.2 66.95 31 14 45 0 172 100ml/5min

1200 Tarde 53 29.6 9.9 44.2 60.5 71.6 85.8 37 19 56 0 279 90ml/5min

Noche 94 21,1 7.5 42.1 60 70.4 64.5 34 16.5 50.5 0.5 244 110ml/5min

Mañana 98 19,7 8.25 43.05 62.5 62.85 87.6 40 20.5 60.5 0 258

1400 Tarde 53 29.6 11.13 50.7 59 70.1 90.9 36.5 21 57.5 0 355

Noche 94 21,1 8.3 45.2 53.8 66.1 91.35 32.5 17 50 4 314

Mañana 98 19,7 9.075 44.35 64.5 64.65 98.55 34.5 20 54.5 0 314 130ml/5min

1600 Tarde 53 29.6 10.73 54.1 56.9 70.4 101.6 29 22.5 51 20.5 515.5 130ml/5min

B40 Noche 94 21,1 9.9 46.35 64.65 69.95 96.4 26 20 46 14 437 140ml/5min

Mañana 98 19,7 9.075 42.6 63.15 66.05 106.9 28.5 21 49.5 3.5 430

1800 Tarde 53 29.6 12.4 52.8 57.4 70.5 110.9 32.5 22.5 55 28.5 559

Noche 94 21,1 10.73 44.9 73.7 70.1 106.5 25 19 44 15 417.5

Mañana 98 19,7 9.9 44.4 63.3 69.7 106.8 24 21.5 45 23.5 560.5

2000 Tarde 53 29.6 11.6 53.7 54.4 51.8 112.6 26 20 46 39.5 540.5

Noche 94 21,1 10.73 42.5 66.4 67.7 105.5 20 20 40.5 36.5 541.5

Mañana 98 19,7 10.74 47.4 63.8 68.3 116.8 30 21 41 37.5 576 220ml/5min

2200 Tarde 53 29.6 10.32 53.7 56.5 71.8 122.4 39 22 61 64 685 220ml/5min

Noche 94 21,1 10.6 47.9 66.1 68.6 115.2 30.5 21.5 52 47 527 220ml/5min

114

Anexo V. Variables medidas para B60

% RPM Jornada %

Humedad TEMPERATURA

°C TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 93 21 7.425 42.35 61.2 65.55 73.45 24.5 15 39.5 0 166 100ml/5min

1200 Tarde 64 26.4 9.9 46.6 64.9 69.4 73.1 34.5 15.5 49.5 6 162.5 90ml/5min

Noche 94 21,1 8.3 44.7 64.9 68.6 66.8 31.5 15.5 47.5 0 99 110ml/5min

Mañana 93 21 7.425 41.75 63 66.15 95.6 43 20.5 63.5 0 247.5

1400 Tarde 64 26.4 9.9 45.8 63.8 66.6 95.2 44.5 21.5 65.5 0.5 223

Noche 94 21,1 8.3 48.4 62.8 68.6 80.45 40 21.5 61 0 182.5

Mañana 93 21 9.075 43.35 65 66.85 96.65 39 19.5 58 0 285 150ml/5min

1600 Tarde 64 26.4 10.73 63.25 67.9 69.85 101 39.5 21 61 3 287.5 130ml/5min

B60 Noche 94 21,1 9.9 41.9 65.1 69.3 88.4 40.5 21 61 0 232 140ml/5min

Mañana 93 21 9.075 42.95 61.05 68.2 101.5 37 21 58.5 0 322.5

1800 Tarde 64 26.4 12.38 61.2 69.95 70.3 113.3 39 22.5 61.5 12 393

Noche 94 21,1 9.9 46.5 63.1 68.7 97.5 34.5 20.5 54.5 3 362

Mañana 93 21 9.9 44.2 65.5 70.6 115.3 29.5 22.5 52 14.5 492

2000 Tarde 64 26.4 13.2 49.95 65.45 72.35 118.7 30.5 22.5 53 39.5 573

Noche 94 21,1 10.73 44.1 61.6 68.9 102.2 29.5 23.5 53 24.5 514

Mañana 93 21 11.6 46.95 66.5 70.7 112.4 32.5 21 53.5 27.5 533 220ml/5min

2200 Tarde 64 26.4 10.31 51.1 66 73.9 134.4 37 21.5 58.5 49 604.5 230ml/5min

Noche 94 21,1 10.73 48.4 64.2 71.1 118.8 29 21 50 51.5 577 230ml/5min

115

Anexo W. Variables medidas para B80

% RPM Jornada %

Humedad TEMPERATURA

°C TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 87 22,3 7.26 45.7 65.3 68.7 77.8 37 18 54.5 0 144.5 100ml/5min

1200 Tarde 92 20.4 8.3 45.1 59.4 66.5 69.8 34.5 15 49.5 0 114.5 110ml/5min

Noche 96 20,9 7.43 39.2 62.6 68.3 60.9 17 10.5 28 0 91.5 100ml/5min

Mañana 87 22,3 7.425 44.6 63.7 64.2 88.15 42.5 22 64 0 222.5

1400 Tarde 92 20.4 8.7 44.9 62.1 68.95 91.3 42 20.5 62.5 0 178.5

Noche 96 20,9 8.3 44.5 59.95 68.4 76.5 25.5 15.5 40.5 0 144

Mañana 87 22,3 9.075 45.75 64.9 67.15 97.1 37 20.5 58 0 295.5 140ml/5min

1600 Tarde 92 20.4 10.73 44.5 59.4 67.9 88.1 37.5 19.5 57 0 207.5 140ml/5min

B80 Noche 96 20,9 9.1 44 60.8 67 92.8 32.5 18 50.5 0.5 246.5 140ml/5min

Mañana 87 22,3 9.9 45.55 66.9 67.75 105.3 32.5 21 54 0 328

1800 Tarde 92 20.4 9.9 88.9 62.8 67.8 98.3 35 19 54 0 252.5

Noche 96 20,9 9.9 44.1 63.6 67 103.9 27.5 19.5 47 19 409.5

Mañana 87 22,3 10.32 44.7 67.1 68.9 114.7 36 21 56.5 14.5 458

2000 Tarde 92 20.4 9.9 41.2 60 70.7 108.2 24 18.5 43 15 403

Noche 96 20,9 9.9 44.8 65.8 66.3 117.3 27.5 21.5 49 32 528.5

Mañana 87 22,3 11.14 44.9 67.5 70.7 117.9 35.5 20.5 56 31 52.6 220ml/5min

2200 Tarde 92 20.4 10.81 42.5 65.3 71.2 127.4 32 17.5 50 35 583 220ml/5min

Noche 96 20,9 10.73 47.3 63.4 69.7 110.8 27 20.5 47.5 47.5 567.5 220ml/5min

116

Anexo X. Variables medidas para B100

% RPM Jornada %

Humedad TEMPERATURA

°C TORQUE KgF-m

T in °C

T out °C

Tmotor °C

Thumos °C

No ppm

No2

ppm Nox

ppm So2

ppm Co

ppm Consumo

Mañana 69 27,8 8.25 59.5 69 74.8 74.95 22 16.5 39 0 194 80ml/5min

1200 Tarde 64 27,1 7.84 42.6 62.7 69.2 77.6 30.5 17.5 48 0 213.5 110ml/5min

Noche 82 22 7.84 43.3 62.2 67.3 85.9 27.5 16 43.5 0 209.5 100ml/5min

Mañana 69 27,8 9.9 53.75 63.3 72.85 86.65 28.5 22 50.5 0 266.5

1400 Tarde 64 27,1 8.3 42.3 62.6 64 86.5 28.5 19.5 48 2 335

Noche 82 22 9.1 44.8 62.95 66.5 99.1 31 19 50 0 335.5

Mañana 69 27,8 9.9 60.6 70 72.8 101.85 31 22.5 54 0 317 130ml/5min

1600 Tarde 64 27,1 9.9 41.4 62.6 65.8 102.2 30.5 20 50.5 7.5 376.5 160ml/5min

B100 Noche 82 22 9.5 44.1 64.2 66.9 108.95 33 18.5 51 3.5 367 150ml/5min

Mañana 69 27,8 10.725 61.65 67.75 75.2 110.1 32.5 21.5 54 6 358.5

1800 Tarde 64 27,1 10.73 47 62.9 68.2 101.95 28.5 19.5 49 13 377.5

Noche 82 22 10.73 42.7 61.9 66 127.6 30 17.5 48 15.5 483.5

Mañana 69 27,8 9.9 62.7 71.7 77.4 115.6 37.5 21 58 8.5 367

2000 Tarde 64 27,1 10.73 52.7 62.7 67.7 116.15 25.5 20.5 46 21 448

Noche 82 22 10.73 44.4 65.9 67.2 34.3 26 18 44 30 603.5

Mañana 69 27,8 12 65.5 68.6 76.2 124.6 39.5 19.5 59 20 400.5 220ml/5min

2200 Tarde 64 27,1 10.9 45.4 65.4 72.4 127 28.5 16.5 45 38 513 230ml/5min

Noche 82 22 11.6 42.8 66.8 67.1 139.2 29 17.5 46 37 621.5 230ml/5min

117

Anexo Y. Diseño experimental Cálculos Diseño Factorial Completo

Factores: 3 Diseño Base: 3.8 Corridas: 8 Réplica: 1 Bloques: 1 Puntos centrales

(total): 0 Todos los términos están libres de estructuras alias. Ajuste factorial: Media vs. % Mezcla. Herramienta. RPM Efectos y coeficientes estimados para Media (unidades codificadas)

Término Efecto Coeficiente Constante 95.22 % Mezcla 0.44 0.22

Herramienta -101.81 -50.91 RPM 58.44 29.22

% Mezcla*Herramienta -13.06 -6.53 % Mezcla*RPM 0.69 0.34

Herramienta*RPM -28.56 -14.28 % Mezcla*Herramienta*RPM -11.56 -5.78

Análisis de varianza para Media (unidades codificadas) Fuente GL SC Sec. Scajust. MCajust F P Efectos principales 3 727561.8 27561.8 9187.3 * * 2-Interacciones de (N°) factores

3 1973.8 1973.8 657.9 * *

3- interacciones de (N°) factores

0 267.4 267.4 267.4 * *

Error residual 0 Total 729803.1 Coeficientes estimados para Media utilizando datos en unidades descodificadas

Término Coef

118

Constante 131,500 % Mezcla -66,5000

Herramienta -81,0000 RPM 38,0000

% mezcla*Herramienta 43,2500 % Mezcla*RPM 70,7500

Herramienta*RPM 12,2500 % Mezcla*Herramienta*RPM -46,2500 Ajuste factorial: DesvStd vs. % Mezcla. Herramienta. RPM Efectos y coeficientes estimados para DesvStd (unidades codificadas)

Término Efecto Coef Constante 127,6 % Mezcla 7,9 3,9

Herramienta -207,9 -104,0 RPM 79,5 39,8

% Mezcla*Herramienta -19,6 -9,8 % Mezcla*RPM 3,3 1,7

Herramienta*RPM -55,5 -27,7 % Mezcla* Herramienta*RPM -15,3 -7,7

Análisis de varianza para DesvStd (unidades codificadas)

Fuente GL SCsec. SCajust. MCajust. F P Efectos principales 3 99227 99226,9 33075,6 * *

2-Interacciones de (N°) factores 3 6939 6938,6 2312,9 * * 3-Interacciones de (N°) factores 1 470 469,6 469,6 * *

Error residual 0 * * * Total 7 106635

Coeficientes estimados para DesvStd utilizando datos en unidades descodificadas

Término Coef. Constante 192,642 % Mezcla -81,3022

Herramienta -120,766 RPM 98,0188

% Mezcla*Herramienta 52,8156 % Mezcla*RPM 98,5788

Herramienta*RPM -18,9737 % Mezcla*Herramienta*RPM -61,2948

119

Estructura de alias I % Mezcla Herramienta RPM % Mezcla*Herramienta % Mezcla*RPM Herramienta*RPM % Mezcla*Herramienta*RPM I

Gráfica de cubos para Media

Gráfica de cubos para DesvStd

2

1

2

1

21

RPM

Herramienta

% Mezcla

23,868

322,129276,048

47,560

11,818

168,516159,719

11,500

Gráfica de cubos (medias de los datos) para DesvStd

2

1

2

1

21

RPM

Herramienta

% Mezcla

47,50

202,50176,75

71,00

28,50

103,25102,00

30,25

Gráfica de cubos (medias de los datos) para Media

120

Gráficas de superficie de media

2,040

1,5

60

80

100

1,01,5 1,0

2,0

Media

Herramienta

% Mezcla

2,0

100 1,5

150

200

1,01,5 1,0

2,0

Media

RPM

% Mezcla

2,050

1,5

100

150

1,01,5 1,0

2,0

Media

RPM

Herramienta

% Mezcla 1

Herramienta 1

RPM 1

Valores de retención

Gráficas de superficie de Media

121

Anexo Z. Cálculos de combustión B3 DIESEL

97% C10 H22

BIODIESEL

3% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.97) 15,5 = 15.03 58.28 (0.97) = 56.53

N: 14 (0.03) 28 =

105.3 (0.03) =

C: 12

Aire

Necesita 14,7 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

122

B6 DIESEL

94% C10 H22

BIODIESEL

6% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.94) 15,5 = 14.6 58.28 (0.94) = 54.8

N: 14 (0.06) 28 =

105.3 (0.06) =

C: 12

Aire

Necesita 15 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

B9 DIESEL

91% C10 H22

BIODIESEL

9% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.91) 15,5 = 14.1 58.3 (0.91) = 53.1

N: 14 (0.09) 28 =

105.3 (0.09) =

C: 12

Aire

123

Necesita 14,9 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

B12 DIESEL

88% C10 H22

BIODIESEL

12% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.88) 15,5 = 13.64 58.3 (0.88) = 51.3

N: 14 (0.12) 28 =

105.3 (0.12) =

C: 12

Aire

Necesita 14,9 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

124

B15 DIESEL

85% C10 H22

BIODIESEL

15% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.85) 15,5 = 13.18 58.3 (0.85) = 49.6

N: 14 (0.15) 28 =

105.3 (0.15) =

C: 12

Aire

Necesita 14,9 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

B20 DIESEL

80% C10 H22

BIODIESEL

20% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.8) 15,5 = 12.4 58.3 (0.8) = 46.6

N: 14 (0.2) 28 =

105.3 (0.2) =

C: 12

Aire

125

Necesita 14,9 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

B40 DIESEL

60% C10 H22

BIODIESEL

40% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.6) 15,5 = 9.3 58.3 (0.6) = 35

N: 14 (0.4) 28 =

105.3 (0.4) =

C: 12

Aire

Necesita 14,8 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

126

B60 DIESEL

40% C10 H22

BIODIESEL

60% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.4) 15,5 = 6.2 58.3 (0.4) = 23.32

N: 14 (0.6) 28 =

105.3 (0.6) =

C: 12

Aire

Necesita 14,7 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

B80 DIESEL

20% C10 H22

BIODIESEL

80% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 (0.2) 15,5 = 3.1 58.3 (0.2) = 11.7

N: 14 (0.8) 28 =

105.3 (0.8) =

C: 12

Aire

127

Necesita 14,6 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión

B100 BIODIESEL

100% C19 H36

Peso Molecular O: 16 H:1 N: 14 Aire C: 12

Necesita 14,6 moles de aire por cada mol de combustible

Productos Combustión