Prueba de Flota de Vehículos

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CORPODIB
5. PRUEBA DE FLOTA DE VEHÍCULOSCORPODIB – GENERAL MOTORS
COLMOTORES - SENA - USANDO MEZCLAS DE BIODIESEL B10, B20, B30 Y
BIODIESEL PURO
5.1 INTRODUCCION
El siglo XXI se inicia en medio de una gran preocupación sobre la sostenibilidad
del desarrollo bajo los esquemas planteados a partir de la revolución industrial de
principios del siglo precedente. Se está hablando de nuevos modelos para
satisfacer la necesidad de energía de las sociedades y en particular sobre como
satisfacer la necesidad de desplazamiento, el transporte de bienes y de personas,
lo que se conoce como movilidad sostenible.
Una solución a esta problemática, es el uso de combustibles de origen vegetal
(bioetanol, biodiesel y biogás) ya que éstos, a diferencia de los combustibles
fósiles, no contribuyen al incremento de CO2, ya que gracias al efecto de la
fotosíntesis, el CO2 que se produce en su combustión retorna a las plantas,
generando así un ciclo de balance neutro, evitando el efecto invernadero y sus
consecuencias en el cambio climático. Los combustibles renovables acercan el
ciclo energético a los procesos naturales de aprovechamiento de la energía solar,
mediante la conversión de la biomasa en combustibles amigables a los
ecosistemas como son el bioetanol y el biodiesel. Estos combustibles se
constituyen en una respuesta adecuada para la transición de los motores clásicos
de ciclo Otto y Diesel, a soluciones más avanzadas cuyo desarrollo a plenitud
puede tomar varias décadas, un tiempo que puede ser muy largo antes de
vulnerar en forma irreversible el hábitat del planeta con consecuencias
impredecibles, por decir lo menos.
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Las mezclas de combustible fósil y de origen vegetal reducen la contaminación
atmosférica, disminuyendo la concentración de los hidrocarburos sin quemar en
los gases de exhosto y no genera problemas en el funcionamiento del motor. Las
mezclas de combustibles vegetales reducen las emisiones de azufre y aromáticos,
debido a que con el uso de combustibles vegetales se logra una mayor
oxigenación, obteniendo una combustión más completa que con el uso de
combustible fósil.
El biodiesel es un combustible renovable derivado de los aceites vegetales.
Actualmente es producido y utilizado en toda Europa y ha ido ganando espacio a
nivel mundial como energía alternativa debido a sus muchas ventajas.
Con el consumo de biodiesel se reduce el nivel neto de emisiones de CO2 , el
humo visible y los olores nocivos. Funciona con normalidad en motores diesel sin
modificar en mezclas de hasta el 30%, reduciendo substancialmente las emisiones
y mejorando la potencia del vehículo. Como su punto de inflamación es superior,
la manipulación y el almacenamiento son más seguros que en el caso del
combustible diesel convencional.
5.2 PROPIEDADES DEL BIODIESEL
Los motores diesel requieren un combustible que sea limpio al quemarlo, además
de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que opera. El biodiesel
es el único combustible alternativo que puede usarse directamente en cualquier
motor diesel, sin ser necesario ningún tipo de modificación excepto las mangueras
de suministro de combustible. Como sus propiedades son similares al combustible
diesel de petróleo, se pueden mezclar ambos en cualquier proporción, sin ningún
problema. En Estados Unidos y en Europa, existen ya numerosas flotas de
transporte público que utilizan biodiesel en sus distintas mezclas. Las bajas
emisiones del biodiesel hacen de él un combustible ideal para el uso en las áreas
marinas, parques nacionales, bosques y, sobretodo, en las grandes ciudades. El
biodiesel tiene muchas ventajas como combustible, por ejemplo, puede obtenerse
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a partir de cultivos abundantes en nuestro país, como la palma u otros, generando
un crédito para el sector agrícola y aumento del empleo.
En la siguiente tabla se pueden observar las propiedades del Biodiesel, el mismo
que se usa en el desarrollo de las pruebas de dinamómetro para compararlos con
respecto del diesel del petróleo.
Tabla 5. 1 Propiedades típicas de los combustibles diesel y biodiesel.
Propiedad
Metil éster
Densidad a 15º C
Biodiesel
>96,5%
Mín 0.86 – máx. 0.90 g/cc
Viscosidad a 40º C
Mín. 3.5 – máx. 5.0
mm2/s
>110º C
>51
<0.3%
< 0.02%
< 0.8%
Flash point
Número de cetano
Carbono residual
Glicerol libre
Contenido de
monoglicérido
Contenido de diglicérido
Diesel
0
Mín. 0.82 – máx. 0.845
g/cc
Mín. 2 – máx 4.5 mm2/s
>55º C
46 - 51
>0.15%
< 0.2%
Contenido de triglicérido
< 0.2%
Número ácido (mg KOH/g)
< 0.5
< 0.3
Poder calorífico
33,175 Mj/l
35,700 Mj/l
Fuente: Especificaciones de ECOPETROL.
5.3 EMISIONES CONTAMINANTES A LA ATMÓSFERA
5.3.1 Emisiones por la combustión del biodiesel
Como se mencionaba anteriormente, la quema de las mezclas de biodiesel con
petrodiesel genera una reducción neta de la emisión de CO2 a la atmósfera,
puesto que el biodiesel tiene el componente de captura de CO2 por parte de las
plantas de las cuales se extrae.
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Luz
solar
CO2
CO2
CO2
(Biomasa)
Cultivo de
palma africana
Producción del
biodiesel
CO2
Transporte de
biodiesel
Distribucion del
biodiesel
Consumo final
del biodiesel
Figura 5. 1 Ciclo de emisión y captura de CO2 por la combustión del biodiesel.
Si se reemplaza el petrodiesel por biodiesel (B100) por ejemplo, en los buses
urbanos, se puede obtener una reducción neta de emisión de hasta un 79%
comparada con el petrodiesel1. Usando una mezcla del 20% de Biodiesel (B20) las
emisiones generadas por los buses urbanos se pueden disminuir hasta en un 16%
(ver Grafica 5.1).
1
An Overview of Biodiesel and Petroleum Diesel Life Cycles. NRL . May – 1998.
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Emision neta de CO2 en el ciclo de vida del biodiesel y del diesel
Reduccion del
15%
700
600
500
gr CO2
neto/bhp-h
400
Reduccion
del 79%
300
200
100
0
Diesel
B20
B100
Fuente: NRL. – Canadá May – 1998.
Grafica 5. 1 Emisión neta CO2 en los ciclos de vida del diesel y biodiesel.
El efecto del biodiesel en la calidad del aire se rige por reacciones complejas que
se suscitan en el proceso de combustión y de las interacciones de las emisiones
contaminantes. Estudios recientes han mostrado que el uso de biodiesel reduce
contaminantes del aire. Es así como usando sólo biodiesel (B100) como
combustible en los buses urbanos y demás vehículos, se reducen emisiones de
material particulado (MP) hasta en un 32%, de monóxido de carbono (CO) en 35%
y de óxidos de azufre (SOx) en 8%2 en comparación con el diesel. La Environment
Protection Agency -EPA enfatiza en el control de estos contaminantes puesto que
presentan alto riesgo para la salud humana.
2
Midwest Research Institute USA. 1997
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P orcentaje de reducción de las em isiones contam inantes del
biodiesel (B 100) respecto al diesel
35
30
25
%
20
15
10
5
0
CO
MP
SOx
E m ision contam inante
Fuente : Midwest Research Institute USA. 1997.
Grafica 5. 2 Emisión de gases de combustión usando biodiesel puro vs. diesel del
petróleo.
Porcentaje de reducción de las emisiones contaminantes del
biodiesel (B20) respecto al diesel
8
6
% 4
2
0
CO
MP
SOx
Emision contaminante
Fuente : Midwest Research Institute USA. 1997.
Grafica 5. 3 Emisión de gases de combustión usando biodiesel mezclado en un
20% con diesel vs. diesel del petróleo.
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5.4 OBJETIVOS
Para validar los resultados obtenidos y demostrados ampliamente en los
laboratorios de Estados Unidos y Europa, CORPODIB realizó pruebas en Bogotá,
las cuales fueron diseñadas para cumplir los siguientes objetivos.
•
Pruebas con mezclas de Biodiesel B10, B20, B30 y B100, en un motor diesel,
acondicionado en el banco de pruebas con dinamómetro y analizador de
opacidad.
• Pruebas dinámicas en vehículo bajo condiciones controladas en Bogotá.
Estas pruebas se llevaron a cabo en colaboración con General Motors Colmotores y el Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA, utilizando una
camioneta Chevrolet LUV 2,300 cc y un chasis de CAMION NPR, y un banco de
pruebas especialmente diseñado para tal fin.
5.5.
PRUEBA EN DINAMOMETRO
Para medir la eficiencia
y potencia de un motor con fuerza motriz rotatoria
generalmente se utiliza un dinamómetro. Este dispositivo mide el par de un motor
transformando el par rotatorio existente en el cigüeñal del motor, en un momento
de fuerza estacionario.
La pruebas se desarrollaron en el banco de pruebas de General Motors Colmotores y del SENA, bajo diferentes condiciones de acuerdo a protocolos
obtenidos para tal fin.
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5.5.1 Resultados
5.5.1.1 Potencia asociada con el uso de las mezclas biodiesel vs. diesel
En las siguientes gráficas se presentan los resultados obtenidos de la prueba en
dinamómetro para un “cambio en tercera”, de acuerdo al protocolo de General
Motors Colmotores .
Potencia Vs Mezcla de biodiesel
40
30
Potencia (HP) 20
Potencia (HP) mezcla Biodiesel
10
Potencia (HP) Diesel
0
B10
B20
B30
B100
Mezcla
Fuente : General Motors Colmotores - CORPODIB – SENA, Julio de 2002.
Grafica 5. 4 Potencia vs. mezcla de biodiesel – prueba en dinamómetro.
Con el uso de las mezclas de Biodiesel se puede observar un incremento en la
potencia del vehículo que en promedio es del 18%.
5.5.2 Prueba de opacidad
El Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente – DAMA, regula
según la resolución 05 de 1996 el porcentaje de opacidad generado en los humos
de fuentes móviles a Diesel. Para el cumplimiento de la normatividad de la ciudad
de Bogotá se hace necesario el análisis de este factor. El valor máximo permisible
para el vehículo de pruebas Chevrolet LUV 2,300 cc modelo 2001 es del 40%.
En la siguiente figura se pueden observar los resultados obtenidos por la quema
de las mezclas de combustible de biodiesel y diesel del petróleo.
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Relacion % de opacidad Vs mezcla biodiesel
25
20
% opacidad
15
10
5
0
Diesel
puro
B10
B20
B30
Combustible
Fuente : General Motors Colmotores - CORPODIB – SENA, Julio de 2002.
Grafica 5. 5 Porcentaje de opacidad vs. tipo de mezcla de biodiesel.
Como se puede observar en la figura anterior, el vehículo de pruebas cumple con
los requerimientos de la norma vigente para el control de emisiones a la atmósfera
de vehículos diesel.
5.6 CONCLUSIONES
• En términos generales, las pruebas dinamométricas, permitieron corroborar el
efecto benéfico desde el punto de vista ambiental del biodiesel empleado en
forma pura y en mezcla con el diesel.
• Los resultados de las pruebas demuestran al comparar las mezclas Dieselbiodiesel Vs diesel la opacidad disminuye apreciablemente alcanzando hasta un
17% de reducción con el uso del biodiesel puro.
• En cuanto al comportamiento dinámico del vehículo con el uso de Biodiesel y
Diesel no se noto diferencia apreciable.
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• Se mejoró el proceso de combustión como resultado de una combustión mas
completa del combustible.
• Análisis internacionales sobre la emisión de gases contaminantes a la
atmósfera muestran que con mezclas de hasta el 20% de biodiesel se pueden
obtener reducciones de CO de hasta en un 6.4% , MP (material particulado) de
hasta en un 6% de óxidos de azufre en un 1.5%.
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