Nota de aceptación - Universidad Autónoma de Occidente

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
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
3
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.
4
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.
5
CONTENIDO
Pág.
14
GLOSARIO
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
6
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
7
6.4 COMBUSTIÓN TÉORICA DE LAS MEZCLAS
86
6.5 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS
89
7. CONCLUSIONES
90
BIBLIOGRAFÍA
92
8
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
9
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
10
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
11
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
12
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
13
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
14
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.
15
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.
16
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
17
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
18
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 NOx8 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
6
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.
19
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 aire 10 (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.
20
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
11
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
21
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-
13
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.
22
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.
Ibid., p. 8.
19
Ibid., p. 8.
20
Ibid., p. 9.
18
23
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.
24
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.
25
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
26
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.
27
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.
28
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
27
Ibid., p. 501.
Ibid., p. 501.
29
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.
30
(6)
Donde V es el volumen del cilindro y
combustión.29
es el volumen de la cámara de
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.
ecuación:
Este parámetro es posible calcularlo mediante la siguiente
(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.
Ibid., p. 19 – 21.
31
Ibid., p. 21 – 22.
30
31
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 10 o 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.
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
32
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 ρ 0 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
35
Ibid., p. 32.
Ibid., p. 33.
33
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:
-
36
Parámetros del proceso de admisión.
Ibid., p. 35 – 36.
34
-
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.
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.
38
35
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 química 40. 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.
36
 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.
37
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.
38
(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.
39
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), P z 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, n 2 exponente
politrópico
(19)
44
ARAGÓN, Op. Cit. p. 45 – 47.
40
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.
41
(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 M r (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.
42
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
48
buena alternativa para producir biocombustible .
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.
43
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
49
molecular: 296 g/gmol.
Ibid., p. 22 – 23.
44
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.
45
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
46
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.
47
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
48
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
49

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%
50
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/10
0g
N/A
Mg
KOH/g
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
0.860-0.900
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
0.8600.900
1.9-6.0
Min 47
Min 120
Reportar
Min 6
Min 70
Máx. 120
1
0.5 máx.
500 máx.
Máx. 10
0.875
4.49
68
159
12
26
99
58
1ª
<0.1
380
1.26
<0.2
0.02/0.25
96.5
Máx. 5
Máx. 5
0.02/0.25
96.5
Máx. 5
Máx. 5
% masa
% masa
mg/Kg
mg/Kg
0.02/0.
24
96.5
Máx. 5
Máx. 5
<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
51
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
52
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
53
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.
54
 Obtener un modelo estadístico-matemático que permita hacer predicciones de
respuestas futuras.
55
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.
56
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
%
B0
B20
B40
B0
B20
B40
RPM
1400
1400
1400
2200
2200
2200
NO ppm
35
29
36.5
34.5
32
39
No2 ppm
23.5
16
21
19.5
19
22
So2 ppm
7.5
5
0
61.5
73
64
CO ppm
341
190
355
590
668.5
685
No2
34
28
30
34
28.7
27.5
So2
14
10
12
136
68
53
CO
32
38
40
77
78
79
Cuadro 3. Datos con aceite de Higuerilla
%
B0
B20
B40
B0
B20
B40
RPM
1400
1400
1400
2200
2200
2200
NO
41
38
32
37
24
30
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
% mezcla de biodiesel
Tipo de herramienta
RPM
NIVEL 1
BAJO
1
1400
57
NIVEL 2
ALTA
2
2200
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.
1
2
3
4
5
6
7
8
REF.
BAJA
ALTA
BAJA
ALTA
BAJA
ALTA
BAJA
ALTA
Herramienta
1
1
2
2
1
1
2
2
%
B0
B40
B0
B40
B0
B40
B0
B40
RPM
1400
1400
1400
1400
2200
2200
2200
2200
NO
35
37
41
32
35
39
37
30
No2
24
21
34
30
20
22
34
28
So2
8
0
14
12
62
64
136
53
CO
341
355
32
40
590
685
77
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.
58

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, NO 2, 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
59
población; tomando los valores correspondientes a NO, NO 2, 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.

Orden
Est
1
Orden
Corrid
1
Punto
Central
1
%
Bloques Mezcla Herramienta RPM NO NO2 SO2 CO Media DesvStd
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
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 jesimo nivel del factor B
µ = es la media general;
60
= 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
61
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.
50
B0
ppm
40
B20
30
B40
20
B60
10
B80
0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
B100
Figura 5. Concentración de NO en la tarde.
50
B0
40
B20
ppm
30
B40
20
B60
10
B80
0
B100
1200
1400
1600 RPM 1800
62
2000
2200
Figura 6. Concentración de NO en la noche.
50
B0
40
B20
ppm
30
B40
20
B60
10
B80
0
B100
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
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
63
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.
30
B0
ppm
25
20
B20
15
B40
10
B60
5
B80
0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
B100
Figura 8. Concentraciones de NO2 en la tarde.
ppm
25
20
B0
15
B20
10
B40
5
B60
B80
0
1200
1400
1600 RPM 1800
64
2000
2200
Figura 9. Concentraciones de NO2 en la noche.
25
ppm
20
B0
B20
15
B40
10
B60
B80
5
B100
0
1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM
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
65
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.
80
B0
B20
B40
B60
B80
B100
ppm
60
40
20
0
1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM
ppm
Figura 11. Concentraciones de NOX en la tarde.
70
60
50
40
30
20
10
0
B0
B20
B40
B60
B80
1200
1400
1600
RPM
1800
66
2000
2200
B100
Figura 12. Concentraciones de NOX en la noche.
80
B0
ppm
60
B20
B40
40
B60
20
B80
0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
B100
A 1200 rpm se observó que la mayor y menor concentración de NO x 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.
67
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 No x
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.
80
ppm
70
60
B0
50
B20
40
B40
30
B60
20
10
B80
0
B100
1200
1400
1600
1800
RPM
68
2000
2200
Figura 14. Concentraciones de SO2 en la tarde.
100
ppm
80
B0
B20
60
B40
40
B60
20
B80
0
B100
1200
1400
1600
RPM
1800
2000
2200
Figura 15. Concentraciones de SO2 en la noche.
70
60
B0
ppm
50
B20
40
B40
30
B60
20
B80
10
B100
0
1200
1400
1600
RPM
1800
2000
2200
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
69
mañana donde en ningún porcentaje de mezcla presento concentración de So 2.
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 SO 2 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 SO 2 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.
70
6.2.5. Concentraciones de CO en las tres jornadas.
Figura 16. Concentraciones de CO en la mañana.
800
B0
ppm
600
B20
B40
400
B60
200
B80
0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
B100
Figura 17. Concentraciones de CO en la tarde.
1000
B0
800
B20
ppm
600
B40
400
B60
200
B80
0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
B100
Figura 18. Concentraciones de CO en la noche.
800
B0
ppm
600
B20
B40
400
B60
200
B80
0
B100
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
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.
71
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.
72
6.2.6. Consumo en las tres jornadas.
Figura 19. Consumo en la mañana.
250
B0
ml/5min
200
B20
150
B40
100
B60
50
B80
B100
0
1200
1600
RPM
2200
ml/5min
Figura 20. Consumo en la tarde.
250
200
150
100
50
0
B0
B20
B40
B60
1200
1600
2200
B80
B100
RPM
Figura 21. Consumo en la noche.
250
B0
ml/5min
200
B20
150
B40
100
B60
50
B80
0
B100
1200
RPM 1600
73
2200
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.
74
6.3. MEZCLAS FINAS
6.3.1. Concentración de NO en las tres jornadas.
Figura 22. Concentraciones de NO en la mañana.
40
B3
ppm
30
B6
B9
20
B12
10
B15
0
B0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
Figura 23. Concentraciones de NO en la tarde.
50
B3
ppm
40
B6
30
B9
20
B12
10
B15
0
B0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
ppm
Figura 24. Concentraciones de NO en la noche.
40
35
30
25
20
15
10
5
0
B3
B6
B9
B12
B15
B0
1200
1400
1600
RPM
75
1800
2000
2200
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.
76
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.
25
B3
ppm
20
B6
15
B9
10
B12
5
B15
0
1200
1400
1600 RPM 1800
2000
2200
B0
Figura 26. Concentraciones de NO2 en la tarde.
25
B3
20
B6
ppm
15
B9
10
B12
5
B15
0
1200
1400
1600
RPM
1800
2000
2200
B0
Figura 27. Concentraciones de NO2 en la noche.
25
B3
20
B6
ppm
15
B9
10
B12
5
B15
0
1200
1400
1600 RPM 1800
77
2000
2200
B0
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.
78
6.3.3. Concentración de NOx en las tres jornadas.
Figura 28. Porcentajes de NOx en la mañana.
70
60
B3
ppm
50
B6
40
B9
30
B12
20
10
B15
0
B0
1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM
Figura 29. Porcentajes de NOx en la tarde.
ppm
70
60
B3
50
B6
40
B9
30
20
B12
10
B15
0
B0
1200
1400
1600
RPM
1800
2000
2200
Figura 30. Porcentajes de NOx en la noche.
60
ppm
50
B3
40
B6
30
B9
20
B12
10
B15
B0
0
1200
1400
1600
1800
RPM
79
2000
2200
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.
80
6.3.4. Concentración de SO2 en las tres jornadas.
ppm
Figura 31. Porcentajes de SO2 en la mañana.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
B3
B6
B9
B12
B15
B0
1200
1400
1600
1800
RPM
2000
2200
Figura 32. Porcentajes de SO2 en la tarde.
70
60
B3
50
B6
ppm
40
B9
30
B12
20
B15
10
B0
0
1200
1400
1600
RPM
1800
2000
2200
Figura 33. Porcentajes de SO2 en la noche.
70
60
B3
ppm
50
B6
40
B9
30
B12
20
10
B15
0
B0
1200
1400
1600
1800
RPM
81
2000
2200
Al igual que en las mezclas gruesas se pudo observar que el SO 2 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 SO 2 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.
82
6.3.5. Concentración de CO en las tres jornadas.
ppm
Figura 34. Porcentaje de CO en la mañana.
800
700
600
500
400
300
200
100
0
B3
B6
B9
B12
B15
B0
1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM
Figura 35. Porcentaje de CO en la tarde.
800
B3
ppm
600
B6
B9
400
B12
200
B15
0
B0
1200
1400
1600
RPM
1800
2000
2200
Figura 36. Porcentaje de CO en la noche.
800
700
B3
ppm
600
500
B6
400
B9
300
B12
200
B15
100
B0
0
1200
1400
1600
RPM
83
1800
2000
2200
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.
84
6.3.6. Consumo en las tres jornadas.
Figura 37. Consumo en la mañana.
250
B3
ml/5min
200
B6
150
B9
100
B12
50
B15
B0
0
RPM 1600
1200
2200
Figura 38. Consumo en la tarde.
250
B3
ml/5min
200
B6
150
B9
100
B12
50
B15
0
B0
1200
RPM 1600
2200
Figura 39. Consumo en la noche.
250
B3
ml/5min
200
B6
150
B9
100
B12
50
B15
0
B0
1200
RPM
1600
85
2200
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:
86
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:
87
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.
88
6.5 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS.
Cuadro 7. Propiedades de las mezclas
MEZCLA
B0
B3
B6
B9
B12
B15
B20
B40
B60
B80
B100
TEMPERATURA ENTRE 20°c y 25°c
DENSIDAD gr/ml
VISCOSIDAD cP
0,11
18,25
0,115
17,5
0,117
17,25
0,112
17,85
0,118
17,5
0,114
18,35
0,114
22
0,123
24,65
0,119
27,75
0,123
30,35
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.
89
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 NO x 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 NO x 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
90
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.
91
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96
ANEXOS
Anexo A. Hoja de control.
Hoja de control
Horas Trabajadas
Porcentaje de Mezcla
97
Tabla 2. Toma de datos
RPM
TORQUE
T in
T out
Tmotor
Thumos
B
B
B
B
B
B
98
No
No2
Nox
So2
Co
Consumo
Anexo B. Tacómetro shimpo.
Anexo C. Pistola infrarroja oapton infrapro 5.
99
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.
100
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.
101
Anexo H. Tipos de energías más utilizadas en Latinoamérica y
Caribe.
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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
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Anexo J. Países potencias en producción de biodiesel, 2005.
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Anexo K. Analizador de gases testo 350.
103
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.
104
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
105
Anexo N. Variables medidas para B0.
%
TORQUE T in T out Tmotor Thumos No No2 Nox So2
Co
% RPM Jornada Humedad TEMPERATURA KgF-m
°C
°C
°C
°C
ppm ppm ppm ppm 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
106
Anexo O. Variables medidas para B3
%
Temperatura
% RPM Jornada Humedad
°C
Mañana
79
23,8
1200 Tarde
68
25,8
Noche
82
22,1
Mañana
79
23,8
1400 Tarde
68
25,8
Noche
82
22,1
Mañana
79
23,8
1600 Tarde
68
25,8
B3
Noche
82
22,1
Mañana
79
23,8
1800 Tarde
68
25,8
Noche
82
22,1
Mañana
79
23,8
2000 Tarde
68
25,8
Noche
82
22,1
Mañana
79
23,8
2200 Tarde
68
25,8
Noche
82
22,1
TORQUE
KgF-m
8.25
7.425
8.25
8.25
78.375
9.075
9.075
9.488
9.488
9.488
9.488
9.9
9.9
9.9
10.725
11.55
11.55
11.55
T in
°C
44.65
46
42
42.5
45.15
44.6
48.05
47.15
46.45
44.45
47.55
45.6
45.6
48.25
44
43.8
47.35
44.85
T out Tmotor Thumos No
°C
°C
°C
ppm
63.8
68.7
86.65
24.5
61.9
67.45
77.9
29.5
64.3
67.8
87.35
29
65.5
64.8
106.3
37
62.5
67.15
91.8
39
61.85
67.7
101.5
24.5
64.85
66.4
117.15
22
63.9
67.55
99.25
33
64.65
66.75
119.55
26
66.1
68.9
129.6
22
63.85
69
100.1
27.5
62.05
68.45
129.95
21.5
67.9
69.55
133.75
27
67.1
71.05
123.4
29
61.45
70.3
143.9
22.5
67.8
72.4
152.3
29.5
65.65
74.4
123.8
31
62.95
71.35
152.8
23
107
No2
Nox
So2
ppm
ppm
ppm
17
15.5
18.5
23
20
19
21
21
19
20.5
20.5
18.5
20
21.5
18
21.5
20.5
17
41
44.5
47.5
60
59.5
43.5
43
54
45
42.5
47.5
40.5
47
50.5
40.5
50
51
40
0
0
0
0
0
5
0
0
9.5
10.5
12.5
20.5
11
42
33
25
63.5
50.0
Co
ppm
283.5
185.5
283
248
244.5
432
497
333
472
580
457.5
591.5
541
648.5
641.5
605.5
690.5
722
Consumo
100 ml/5min
100 ml/5min
100 ml/5min
130ml/5min
130ml/5min
130ml/5min
210ml/5min
210ml/5min
220ml/5min
Anexo P. Variables medidas para B6
%
TORQUE T in
% RPM Jornada Humedad Temperatura KgF-m
°C
Mañana
72
25,3
8.25
44.8
1200 Tarde
64
26,8
7.84
45.85
Noche
82
22
8.25
43.2
Mañana
72
25,3
8.67
43.8
1400 Tarde
64
26,8
8.25
46.9
Noche
82
22
9.075
45.95
Mañana
72
25,3
9.49
45.35
1600 Tarde
64
26,8
9.49
48
B6
Noche
82
22
10.23
44.75
Mañana
72
25,3
9.9
44.9
1800 Tarde
64
26,8
9.49
47.05
Noche
82
22
9.9
47.85
Mañana
72
25,3
10.73
45.3
2000 Tarde
64
26,8
10.73
48.2
Noche
82
22
10.4
46.25
Mañana
72
25,3
12
45.6
2200 Tarde
64
26,8
11.95
47.05
Noche
82
22
11.8
44.4
T out Tmotor Thumos No
°C
°C
°C
ppm
65.95
64
84.6
35.5
63.1
69.05
74.8
30.5
61.4
66.2
79.75
34.5
66.2
65.05
100.45
37
61.9
68.25
89.8
39
60.75 65.25
100.2
33
63.15 65.75
103.1
31
63.45 69.15
97.85
32
60.35
67.3
110.1
28.5
66
65.05
125.25
28
64.4
67.5
99.3
29.5
59.45 65.75
123
24
64.95 72.35
42.6
29
65.5
69.3
120.55
26
63.75
68.5
140.85
24.5
65.75
69.3
140.8
30
64.5
70.2
137.45
31
63.2
70.35
142.55
27.5
108
No2
Nox
So2
ppm
ppm
ppm
20
16.5
15.5
22.5
21
20
22
19.5
19
22
21.5
20
21
21
19.5
21
19.5
19
55.5
47
50
59.5
60
53
53
51
47
50
51
44
50.5
46.7
44
51
30.5
46.5
0
0
0
0
0
0
0
0
4
0
14
7
10.5
43
16.5
32
61.5
25
Co
ppm
175
142
219
240.5
253.5
336.5
337
279
406.5
430
477.5
480.5
513.5
618.5
548.5
611.5
667
599
Consumo
100ml/5min
100ml/5min
100ml/5min
130ml/5min
130ml/5min
140ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
Anexo Q. Variables medidas para B9
%
TORQUE T in T out Tmotor Thumos
% RPM Jornada Humedad Temperatura
KgF-m
°C
°C
°C
°C
Mañana
72
25,3
8.25
45.5 63.65
68.7
92.1
1200 Tarde
64
26,8
7.8
48.2 64.8
68.9
67.65
Noche
82
22
9.9
41
62.5
67.25
85.25
Mañana
72
25,3
9.4
45.8 63.05 65.65
102.65
1400 Tarde
64
26,8
8.25
47.35 62.55
67.5
88.65
Noche
82
22
10.5
48.95 61.85 67.75
98.65
Mañana
72
25,3
9.9
47.4 65.8
67.8
117.25
1600 Tarde
64
26,8
9.48
44.7 64.9
68.6
96.3
B9
Noche
82
22
9.9
45.45 60.05
66.3
111
Mañana
72
25,3
10.56
46.05 65.7
71.85
128.5
1800 Tarde
64
26,8
9.9
44.45 62.85
66.8
101.7
Noche
82
22
10.33
50.5 60.7
66.85
122.9
Mañana
72
25,3
11.55
48.75 65.45 70.05
142.55
2000 Tarde
64
26,8
10.34
44.45 64.7
68.9
115.65
Noche
82
22
11.14
49.25 61.4
68.45
134.35
Mañana
72
25,3
11.88
51.35 66
69.1
141.6
2200 Tarde
64
26,8
11.55
45.2 65.7
69.6
129.25
Noche
82
22
11.9
49.1 63.1
69.75
147.7
109
No
ppm
33
30.5
28.5
34
34.5
31.5
29.5
32
29
23
23.5
29.5
23.5
27
29.5
27.5
28.5
30.5
No2
Nox
So2
ppm
ppm
ppm
19
17.5
16.5
21.5
21
20
21.5
20.5
21
20
21.5
21.5
19.5
20
20
17.5
18.5
20
51.5
48
44.5
55.5
55
51
51
53
50
42.5
45
51.3
41.2
47
50
44
47.5
20.5
0
0
0
0
0
0
0
0.5
0
4.5
17
0
27.5
31.5
9.5
39.5
56
25
Co
ppm
224
161
188.5
306
257.5
289-5
384
328
360.5
551
523
413.5
646
582.5
511.5
709.5
691
617
Consumo
100ml/5min
100ml/5min
110ml/5min
140ml/5min
140ml/5min
130ml/5min
230ml/5min
220ml/5min
210ml/5min
Anexo R. Variables medidas para B12
%
RPM Jornada Humedad
Mañana
68
1200 Tarde
63
Noche
85
Mañana
68
1400 Tarde
63
Noche
85
Mañana
68
1600 Tarde
63
B12
Noche
85
Mañana
68
1800 Tarde
63
Noche
85
Mañana
68
2000 Tarde
63
Noche
85
Mañana
68
2200 Tarde
63
Noche
85
%
Temperatura
26,4
26,4
21,9
26,4
26,4
21,9
26,4
26,4
21,9
26,4
26,4
21,9
26,4
26,4
21,9
26,4
26,4
21,9
TORQUE
KgF-m
11.55
8.25
8.25
9.1
8.6
9.08
10.6
10
9.9
10.6
9.9
9.9
11.55
10.4
10.73
11.9
11.6
11.6
T in
°C
46.85
44.8
42.85
45.75
40
44
48.5
44.8
46.1
45.4
45.5
45.8
46.75
47
47
50.65
43.95
45.3
T out
°C
64.8
63.2
63.8
65
63.45
64.6
67.05
61.9
63.9
63.7
61.6
63.75
67.3
64.65
64.95
63.1
63.2
65.8
110
Tmotor
°C
69.55
65.3
66.15
67.3
65.4
64
69.85
66.7
68.7
66.9
66.7
66.75
70.4
68.45
68.8
73.3
68.1
72.75
Thumos
°C
88.95
79.9
77.55
107.15
95.1
90.4
121.25
103.3
111.5
134
115.9
110.75
140.2
130.25
128.4
138.8
138.95
129.45
No
ppm
30
31.5
25
31
31
24.5
26
24.5
22
24.5
23.5
20
25.5
23
23
26
29
24.5
No2
Nox
So2
ppm
ppm
ppm
18.5
18
17
22
20
19.5
21
16.5
20
21.5
20.5
21.5
19.5
19.5
20
18.5
18.5
18.5
48.5
49.5
42
52.5
51
44
47
37
42
46
43.5
41
45.5
43
43
45.5
48
43
0
0
0
0
0
0
0
16
0
4
16
3.5
19.5
31
17.5
30
54.5
30
Co
ppm
205
220
263.5
331.5
334.5
380.5
436.5
458.5
429
561.5
519.5
499
480
595
557
628.5
692.5
603
Consumo
100ml/5min
90ml/5min
100ml/5min
130ml/5min
140ml/5min
140ml/5min
230ml/5min
210ml/5min
220ml/5min
Anexo S. Variables medidas para B15
%
RPM
1200
1400
1600
B15
1800
2000
2200
Jornada
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
%
Humedad Temperatura
68
26,4
63
24,3
85
21,9
68
26,4
63
24,3
85
21,9
68
26,4
63
24,3
85
21,9
68
26,4
63
24,3
85
21,9
68
26,4
63
24,3
85
21,9
68
26,4
63
24,3
85
21,9
Torque
KgF-m
7.9
8.3
8.9
9.1
9.1
9.5
9.5
9.9
9.9
9.9
10.8
10.4
11.14
10.7
11.14
11.5
11.6
11.6
T in
°C
47.8
45.9
45.5
46.7
45.7
44
47.45
45.6
44.7
48.6
47.2
48.05
48.2
48.5
46.5
47.9
47.6
47.7
T out Tmotor Thumos No
°C
°C
°C
ppm
64.05 68.9
77.8
25
62.4 69.95
75.75
26
62.1
66.3
76.95
22.5
65.6
68.1
88.1
28.5
62.8
69.8
94
27
62.3
66.5
87.95
24
63.45 69.75
92.85
23.5
64.5
69.1
98.8
29.5
63.4
64.8
98.9
23.5
64.7 70.95
110.55
21
65.7
68.5
121.25
24
62.6
64.3
109.3
22
67.7 73.55
111.9
21
66.7
71.3
126.95 25.5
64.9
69.4
119.2
23
66.4
73.4
137.05 27.5
67.5
71.1
129.95
26
62.9
69.6
121.05 24.5
111
No2
Nox
ppm
ppm
15.5
16.5
18.5
20.5
19.5
20
21
21
19.5
21
21
20.5
19
19
19
20
19.5
18.5
41
43
41
49
46
44
42
50.5
43
42.5
45
43
40
44
42
47.5
45.5
43.5
So2
Co
ppm
0
179
0
244
0
234.5
0
375.5
0
346
0
361.5
0
450
0
377
0.5
407
6.5 575.5
5.5 506.5
3
455.5
30
684
29
622
17 538.5
29.5 646
41.5 661
28
473
ppm
Consumo
90ml/5min
90ml/5min
100ml/5min
140ml/5min
130ml/5min
150ml/5min
210ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
Anexo T. Variables medidas para B20
%
TEMPERATURA TORQUE T in T out Tmotor Thumos No No2
RPM Jornada Humedad
°C
KgF-m
°C
°C
°C
°C
ppm ppm
Mañana
60
27,8
10.313 67.15 70.35 78.65
76.9
29.5 18
1200 Tarde
49.5
29.7
7.83
63.7 73.9
75.6
75.85
30.5 16.5
Noche
64.25
25.3
9.5
62.1 68.3
72.1
74.5
20 10.5
Mañana
60
27,8
9.9
65.2 68.55
76.5
89.4
38
24
1400 Tarde
49.5
29.7
9.9
61.9 65.6
74.5
83.2
29
16
Noche
64.25
25.3
9.9
58
62
69.3
90.8
24.5 17
Mañana
60
27,8
10.81
63.05 69.65 74.25
100.25
34 25.5
1600 Tarde
49.5
29.7
9.9
67.0 64.4
78.6
98
30 23.5
B20
Noche
64.25
25.3
9.1
55
65
70
97.1
17.5 13.5
Mañana
60
27,8
10.73
62.6 71.4
75.3
107.8
36 28.5
1800 Tarde
49.5
29.7
10.73
63.2 69.6
80.95
100.3
22.5 21.5
Noche
64.25
25.3
10.73
45
63.2
68
104.9
25 18.5
Mañana
60
27,8
11.14
62.8 74.3
92.1
120.1
30.5 23
2000 Tarde
49.5
29.7
11.6
62.3 73.4
82.8
123.5
19.5 18.5
Noche
64.25
25.3
11.14
53.2 67.1
71
116
25 18.5
Mañana
60
27,8
12.8
67.95 75.9
86.4
126.1
32.5 20
2200 Tarde
49.5
29.7
11.14
63.8 59.4
99
129.1
32
19
Noche
64.25
25.3
12.4
53.1 61.2
69.6
122.25 28.5 20.5
%
112
Nox
So2
ppm
ppm
47
47
29
62
44
4.5
59.5
53.5
31
60
44.5
43.5
53.5
37.5
44
51.5
51.5
49
0
4.5
6
0
5
17
0
15.5
20
0.5
55.5
41
37.5
87.5
65
72
73
75
Co
ppm
181.5
58.5
136.5
237.5
190
336.5
289.5
449
309.5
328.5
659
592.5
548.5
853
659
640
668.5
699,5
Consumo
100ml/5min
80ml/5min
80ml/5min
130ml/5min
140ml/5min
130ml/5min
200ml/5min
230ml/5min
210ml/5min
Anexo U. Variables medidas para B40
%
TEMPERATURA TORQUE T in T out Tmotor Thumos No No2
RPM Jornada Humedad
°C
KgF-m
°C
°C
°C
°C
ppm ppm
Mañana
98
19,7
8.25
45.25 61.45 64.2
66.95
31
14
1200 Tarde
53
29.6
9.9
44.2 60.5
71.6
85.8
37
19
Noche
94
21,1
7.5
42.1
60
70.4
64.5
34 16.5
Mañana
98
19,7
8.25
43.05 62.5
62.85
87.6
40 20.5
1400 Tarde
53
29.6
11.13
50.7
59
70.1
90.9
36.5 21
Noche
94
21,1
8.3
45.2 53.8
66.1
91.35
32.5 17
Mañana
98
19,7
9.075
44.35 64.5
64.65
98.55
34.5 20
1600 Tarde
53
29.6
10.73
54.1 56.9
70.4
101.6
29 22.5
B40
Noche
94
21,1
9.9
46.35 64.65 69.95
96.4
26
20
Mañana
98
19,7
9.075
42.6 63.15 66.05
106.9
28.5 21
1800 Tarde
53
29.6
12.4
52.8 57.4
70.5
110.9
32.5 22.5
Noche
94
21,1
10.73
44.9 73.7
70.1
106.5
25
19
Mañana
98
19,7
9.9
44.4 63.3
69.7
106.8
24 21.5
2000 Tarde
53
29.6
11.6
53.7 54.4
51.8
112.6
26
20
Noche
94
21,1
10.73
42.5 66.4
67.7
105.5
20
20
Mañana
98
19,7
10.74
47.4 63.8
68.3
116.8
30
21
2200 Tarde
53
29.6
10.32
53.7 56.5
71.8
122.4
39
22
Noche
94
21,1
10.6
47.9 66.1
68.6
115.2
30.5 21.5
%
113
Nox
So2
ppm
ppm
45
56
50.5
60.5
57.5
50
54.5
51
46
49.5
55
44
45
46
40.5
41
61
52
0
0
0.5
0
0
4
0
20.5
14
3.5
28.5
15
23.5
39.5
36.5
37.5
64
47
Co
ppm
172
279
244
258
355
314
314
515.5
437
430
559
417.5
560.5
540.5
541.5
576
685
527
Consumo
100ml/5min
90ml/5min
110ml/5min
130ml/5min
130ml/5min
140ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
Anexo V. Variables medidas para B60
%
TEMPERATURA TORQUE T in T out Tmotor Thumos No
RPM Jornada Humedad
°C
KgF-m
°C
°C
°C
°C
ppm
Mañana
93
21
7.425
42.35 61.2 65.55
73.45
24.5
1200 Tarde
64
26.4
9.9
46.6 64.9
69.4
73.1
34.5
Noche
94
21,1
8.3
44.7 64.9
68.6
66.8
31.5
Mañana
93
21
7.425
41.75 63
66.15
95.6
43
1400 Tarde
64
26.4
9.9
45.8 63.8
66.6
95.2
44.5
Noche
94
21,1
8.3
48.4 62.8
68.6
80.45
40
Mañana
93
21
9.075
43.35 65
66.85
96.65
39
1600 Tarde
64
26.4
10.73
63.25 67.9 69.85
101
39.5
B60
Noche
94
21,1
9.9
41.9 65.1
69.3
88.4
40.5
Mañana
93
21
9.075
42.95 61.05 68.2
101.5
37
1800 Tarde
64
26.4
12.38
61.2 69.95 70.3
113.3
39
Noche
94
21,1
9.9
46.5 63.1
68.7
97.5
34.5
Mañana
93
21
9.9
44.2 65.5
70.6
115.3
29.5
2000 Tarde
64
26.4
13.2
49.95 65.45 72.35
118.7
30.5
Noche
94
21,1
10.73
44.1 61.6
68.9
102.2
29.5
Mañana
93
21
11.6
46.95 66.5
70.7
112.4
32.5
2200 Tarde
64
26.4
10.31
51.1
66
73.9
134.4
37
Noche
94
21,1
10.73
48.4 64.2
71.1
118.8
29
%
114
No2
Nox
So2
ppm
ppm
ppm
15
15.5
15.5
20.5
21.5
21.5
19.5
21
21
21
22.5
20.5
22.5
22.5
23.5
21
21.5
21
39.5
49.5
47.5
63.5
65.5
61
58
61
61
58.5
61.5
54.5
52
53
53
53.5
58.5
50
0
6
0
0
0.5
0
0
3
0
0
12
3
14.5
39.5
24.5
27.5
49
51.5
Co
ppm
166
162.5
99
247.5
223
182.5
285
287.5
232
322.5
393
362
492
573
514
533
604.5
577
Consumo
100ml/5min
90ml/5min
110ml/5min
150ml/5min
130ml/5min
140ml/5min
220ml/5min
230ml/5min
230ml/5min
Anexo W. Variables medidas para B80
%
TEMPERATURA TORQUE T in T out Tmotor Thumos No
RPM Jornada Humedad
°C
KgF-m
°C
°C
°C
°C
ppm
Mañana
87
22,3
7.26
45.7 65.3
68.7
77.8
37
1200 Tarde
92
20.4
8.3
45.1 59.4
66.5
69.8
34.5
Noche
96
20,9
7.43
39.2 62.6
68.3
60.9
17
Mañana
87
22,3
7.425
44.6 63.7
64.2
88.15
42.5
1400 Tarde
92
20.4
8.7
44.9 62.1 68.95
91.3
42
Noche
96
20,9
8.3
44.5 59.95 68.4
76.5
25.5
Mañana
87
22,3
9.075
45.75 64.9 67.15
97.1
37
1600 Tarde
92
20.4
10.73
44.5 59.4
67.9
88.1
37.5
B80
Noche
96
20,9
9.1
44
60.8
67
92.8
32.5
Mañana
87
22,3
9.9
45.55 66.9 67.75
105.3
32.5
1800 Tarde
92
20.4
9.9
88.9 62.8
67.8
98.3
35
Noche
96
20,9
9.9
44.1 63.6
67
103.9
27.5
Mañana
87
22,3
10.32
44.7 67.1
68.9
114.7
36
2000 Tarde
92
20.4
9.9
41.2
60
70.7
108.2
24
Noche
96
20,9
9.9
44.8 65.8
66.3
117.3
27.5
Mañana
87
22,3
11.14
44.9 67.5
70.7
117.9
35.5
2200 Tarde
92
20.4
10.81
42.5 65.3
71.2
127.4
32
Noche
96
20,9
10.73
47.3 63.4
69.7
110.8
27
%
115
No2
Nox
ppm
ppm
18
15
10.5
22
20.5
15.5
20.5
19.5
18
21
19
19.5
21
18.5
21.5
20.5
17.5
20.5
54.5
49.5
28
64
62.5
40.5
58
57
50.5
54
54
47
56.5
43
49
56
50
47.5
So2
Co
ppm
0
144.5
0
114.5
0
91.5
0
222.5
0
178.5
0
144
0
295.5
0
207.5
0.5 246.5
0
328
0
252.5
19 409.5
14.5 458
15
403
32 528.5
31
52.6
35
583
47.5 567.5
ppm
Consumo
100ml/5min
110ml/5min
100ml/5min
140ml/5min
140ml/5min
140ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
220ml/5min
Anexo X. Variables medidas para B100
%
%
TEMPERATURA TORQUE T in
RPM Jornada Humedad
°C
KgF-m
°C
Mañana
69
27,8
8.25
59.5
1200 Tarde
64
27,1
7.84
42.6
1400
1600
B100
1800
2000
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
Tarde
Noche
Mañana
2200 Tarde
Noche
82
69
64
82
69
64
82
69
64
82
69
64
82
69
64
82
22
27,8
27,1
22
27,8
27,1
22
27,8
27,1
22
27,8
27,1
22
27,8
27,1
22
T out Tmotor Thumos No
°C
°C
°C
ppm
69
74.8
74.95
22
62.7
69.2
77.6
30.5
Nox
So2
ppm
ppm
ppm
16.5
17.5
39
48
0
0
7.84
9.9
8.3
9.1
9.9
9.9
9.5
10.725
10.73
10.73
9.9
10.73
10.73
12
43.3 62.2
53.75 63.3
42.3 62.6
44.8 62.95
60.6
70
41.4 62.6
44.1 64.2
61.65 67.75
47
62.9
42.7 61.9
62.7 71.7
52.7 62.7
44.4 65.9
65.5 68.6
67.3
72.85
64
66.5
72.8
65.8
66.9
75.2
68.2
66
77.4
67.7
67.2
76.2
85.9
86.65
86.5
99.1
101.85
102.2
108.95
110.1
101.95
127.6
115.6
116.15
34.3
124.6
10.9
11.6
45.4 65.4
42.8 66.8
72.4
67.1
127 28.5 16.5 45
139.2 29 17.5 46
116
27.5
28.5
28.5
31
31
30.5
33
32.5
28.5
30
37.5
25.5
26
39.5
No2
Co
ppm
194
213.5
16 43.5 0
209.5
22 50.5 0
266.5
19.5 48
2
335
19
50
0
335.5
22.5 54
0
317
20 50.5 7.5 376.5
18.5 51 3.5
367
21.5 54
6
358.5
19.5 49
13 377.5
17.5 48 15.5 483.5
21
58 8.5
367
20.5 46
21
448
18
44
30 603.5
19.5 59
20 400.5
Consumo
80ml/5min
110ml/5min
100ml/5min
130ml/5min
160ml/5min
150ml/5min
220ml/5min
38 513 230ml/5min
37 621.5 230ml/5min
Anexo Y. Diseño experimental
Cálculos Diseño Factorial Completo
Factores: 3
Corridas: 8
Bloques: 1
Diseño Base: 3.8
Réplica: 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
Constante
% Mezcla
Herramienta
RPM
% Mezcla*Herramienta
% Mezcla*RPM
Herramienta*RPM
% Mezcla*Herramienta*RPM
Efecto
0.44
-101.81
58.44
-13.06
0.69
-28.56
-11.56
Coeficiente
95.22
0.22
-50.91
29.22
-6.53
0.34
-14.28
-5.78
Análisis de varianza para Media (unidades codificadas)
Fuente
Efectos principales
2-Interacciones de
(N°) factores
3- interacciones de
(N°) factores
Error residual
Total
GL
3
3
0
SC Sec. Scajust. MCajust F
727561.8 27561.8
9187.3
1973.8
1973.8
657.9
267.4
267.4
267.4
P
*
*
*
*
*
*
0
729803.1
Coeficientes estimados para Media utilizando datos en unidades descodificadas
Término
Coef
117
Constante
% Mezcla
Herramienta
RPM
% mezcla*Herramienta
% Mezcla*RPM
Herramienta*RPM
% Mezcla*Herramienta*RPM
131,500
-66,5000
-81,0000
38,0000
43,2500
70,7500
12,2500
-46,2500
Ajuste factorial: DesvStd vs. % Mezcla. Herramienta. RPM
Efectos y coeficientes estimados para DesvStd (unidades codificadas)
Término
Constante
% Mezcla
Herramienta
RPM
% Mezcla*Herramienta
% Mezcla*RPM
Herramienta*RPM
% Mezcla* Herramienta*RPM
Efecto
7,9
-207,9
79,5
-19,6
3,3
-55,5
-15,3
Coef
127,6
3,9
-104,0
39,8
-9,8
1,7
-27,7
-7,7
Análisis de varianza para DesvStd (unidades codificadas)
Fuente
Efectos principales
2-Interacciones de (N°) factores
3-Interacciones de (N°) factores
Error residual
Total
GL SCsec. SCajust. MCajust.
3
99227 99226,9 33075,6
3
6939
6938,6
2312,9
1
470
469,6
469,6
0
*
*
*
7 106635
F
*
*
*
P
*
*
*
Coeficientes estimados para DesvStd utilizando datos en unidades descodificadas
Término
Constante
% Mezcla
Herramienta
RPM
% Mezcla*Herramienta
% Mezcla*RPM
Herramienta*RPM
% Mezcla*Herramienta*RPM
Coef.
192,642
-81,3022
-120,766
98,0188
52,8156
98,5788
-18,9737
-61,2948
118
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 (medias de los datos) para Media
71,00
47,50
30,25
28,50
2
Herramienta
176,75
202,50
2
102,00
RPM
103,25
1
1
1
% Mezcla
2
Gráfica de cubos para DesvStd
Gráfica de cubos (medias de los datos) para DesvStd
47,560
23,868
11,500
11,818
2
Herramienta
276,048
322,129
2
159,719
RPM
168,516
1
1
1
% Mezcla
119
2
Gráficas de superficie de media
Gráficas de superficie de Media
Valores de retención
% Mezcla
1
Herramienta 1
RPM
1
100
Media
200
80
Media
60
150
2,0
40
1,5
1,0
1,5
% Mezcla
2,0
2,0
Herramienta
1,0
100
1,5
1,0
1,5
% Mezcla
150
Media
100
2,0
50
1,5
1,0
1,5
Herramienta
2,0
RPM
1,0
120
2,0
1,0
RPM
Anexo Z. Cálculos de combustión
B3
DIESEL
97% C10 H22
BIODIESEL
3% C19 H36
Peso Molecular
O: 16
H:1
N: 14
C: 12
(0.97) 15,5 = 15.03
(0.03) 28 =
58.28 (0.97) = 56.53
105.3 (0.03) =
Aire
Necesita 14,7 moles de aire por cada mol de combustible
Productos Combustión
121
B6
DIESEL
94% C10 H22
BIODIESEL
6% C19 H36
Peso Molecular
O: 16
H:1
N: 14
C: 12
(0.94) 15,5 = 14.6
(0.06) 28 =
58.28 (0.94) = 54.8
105.3 (0.06) =
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
N: 14
C: 12
(0.91) 15,5 = 14.1
(0.09) 28 =
58.3 (0.91) = 53.1
105.3 (0.09) =
Aire
122
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
N: 14
C: 12
(0.88) 15,5 = 13.64
(0.12) 28 =
58.3 (0.88) = 51.3
105.3 (0.12) =
Aire
Necesita 14,9 moles de aire por cada mol de combustible
Productos Combustión
123
B15
DIESEL
85% C10 H22
BIODIESEL
15% C19 H36
Peso Molecular
O: 16
H:1
N: 14
C: 12
(0.85) 15,5 = 13.18
(0.15) 28 =
58.3 (0.85) = 49.6
105.3 (0.15) =
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
N: 14
C: 12
(0.8) 15,5 = 12.4
(0.2) 28 =
58.3 (0.8) = 46.6
105.3 (0.2) =
Aire
124
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
N: 14
C: 12
(0.6) 15,5 = 9.3
(0.4) 28 =
58.3 (0.6) = 35
105.3 (0.4) =
Aire
Necesita 14,8 moles de aire por cada mol de combustible
Productos Combustión
125
B60
DIESEL
40% C10 H22
BIODIESEL
60% C19 H36
Peso Molecular
O: 16
H:1
N: 14
C: 12
(0.4) 15,5 = 6.2
(0.6) 28 =
58.3 (0.4) = 23.32
105.3 (0.6) =
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
N: 14
C: 12
(0.2) 15,5 = 3.1
(0.8) 28 =
58.3 (0.2) = 11.7
105.3 (0.8) =
Aire
126
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
C: 12
Aire
Necesita 14,6 moles de aire por cada mol de combustible
Productos Combustión
127