UTILIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES EN MOTORES
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Laboratorio de Motores UTILIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES EN MOTORES Jornada: uso sostenible del tractor agrícola Escuela Politécnica Superior. Huesca Mariano Muñoz Rodríguez. Profesor Titular 2 de octubre de 2014 1 Laboratorio de Motores BIOCOMBUSTIBLES 1. Biocombustibles‐Política energética 2. Tipos de biocombustibles 3. Biocombustibles‐Motores – – – – – Alcoholes y derivados en motores Utilización de alcoholes en MEP Utilización de alcoholes en MEC Utilización de aceites en MEC Utilización de biodiesel en MEC 4. El biodiesel en la UE 2 Laboratorio de Motores 1. Biocombustibles‐Política energética • Objetivos básicos de política energética de la UE – Reducir las importaciones de petróleo • Elevada dependencia energética exterior: 50% – Aumentar la fiabilidad del suministro de energía • En 2020 sustitución del 20% de los carburantes tradicionales en el sector transporte – Potenciar un uso más limpio y eficiente de la energía en vehículos 3 Laboratorio de Motores 1. Biocombustibles‐Política energética • Biocombustibles – Permiten alcanzar los objetivos de política energética – Mitigan los problemas asociados a los excedentes agrícolas – Reducen las emisiones contaminantes y de efecto invernadero – Generan actividad industrial y empleo – Afectan al precio de productos alimentarios 4 Laboratorio de Motores 2. Tipos de biocombustibles • Biocombustibles: combustibles de origen vegetal (energía renovable) • Tipos de materia prima vegetal: – Maíz, cebada, trigo, caña de azúcar, etc: • Alcoholes – Colza, soja, girasol, palma, oliva, etc: • Aceites – Residuos de bosques y de cultivos: • Gases y líquidos combustibles 5 Laboratorio de Motores 2. Tipos de biocombustibles • Tipos de biocombustibles – Alcoholes: metanol, etanol (MEP) • Derivados de alcoholes: MTBE, ETBE – Aceites vegetales: girasol, colza, soja, etc. (MEC) • Derivados de aceites vegetales: biodiesel – Aceites de pirólisis de la biomasa (MEC) – Gases pobres (MEP) – Biogas (motores de gas) 6 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Peculiaridades de funcionamiento de los motores Requisitos de todo combustible: •MEP, evaporarse fácilmente •MEC, buena pulverización •Facilidad en los arranques en frío •Combustión sin formación de depósitos y completa •El combustible debe minimizar el desgaste y corrosión 7 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Alcoholes y derivados en motores • Se utilizan en motores de gasolina (MEP) • El número de octano (NO) es mayor que el de la gasolina: – Gasolina: NO=95‐98 – Etanol (ETBE): NO=106 (114) • El número de cetano (NC) es bajo: – Gasóleo: NC=50 – Etanol (ETBE): NC=5 (<0) • Poder calorífico: bajo 8 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de alcoholes en MEP • Combustibles con bajo contenido en alcoholes (<10%) – No se requieren modificaciones complejas y costosas. • Regular la inyección/carburación – Las emisiones son del mismo orden que las de la gasolina. – Idéntico rendimiento y potencia. 9 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de alcoholes en MEP • Combustibles con alto contenido en alcoholes (85‐95%) – Se requiere un rediseño específico del motor. Sistema de admisión. Regular la inyección/carburación. Modificar la relación de compresión. Nuevo reglaje del encendido. Sustitución de cauchos, plásticos y metales de construcción. • Reformulación del aceite lubricante. • • • • • 10 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de alcoholes en MEP • Combustibles con alto contenido en alcoholes (85‐95%) – Las emisiones: • NOx mejoran • CO similar • Aldehídos aumentan – Rendimiento y potencia: • Mejoran (por el rediseño) 11 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de alcoholes en MEC • Los alcoholes no se adaptan bien a los motores diesel. – Gran resistencia a la autoinflamación – No se mezclan bien con el gasóleo – No lubrican bien el sistema de inyección 12 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de alcoholes en MEC • El motor diesel se puede adaptar a los alcoholes – Reducir la relación de compresión – Instalar bujías – Lubricación especial de la bomba de inyección • Modificaciones importantes 13 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de aceites en MEC • Se requieren modificaciones importantes del motor – Nuevo sistema de inyección: mejorar pulverización – Rediseñar cabeza de los pistones: alta turbulencia – Intensificar refrigeración – Sistema de arranque con gasóleo – Motor Elsbett 14 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de aceites en MEC • Mezclas binarias gasóleo‐aceite – Los problemas desaparecen con mezclas gasóleo y aceite hasta 15%. – Se requieren lubricantes de altas prestaciones – Hay que aumentar la frecuencia de las revisiones. 15 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de biodiesel en MEC • Se prefiere modificar el aceite que el motor: (biodiesel) – Viscosidad del biodiesel ≈ gasóleo (buena pulverización) • No modificar sistema de inyección – Número de cetano biodiesel ≈ gasóleo (buena combustión) • No modificar cabeza pistones/culata 16 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de biodiesel en MEC • Se puede utilizar biodiesel puro en la mayoría de los motores fabricados desde 1994 – Limitaciones (muy ligeras) • Algunos problemas de arranque en frío • Cuidados de almacenamiento • Posible ataque a sellos y juntas • Se puede emplear sin limitaciones una mezcla de gasóleo y hasta 20% biodiesel 17 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de biodiesel en MEC • Prestaciones del motor – Potencia del motor: se reduce un ̴10% – Par motor: se reduce un ̴10% – Consumo de combustible: aumenta 12‐15% – Emisiones contaminantes: en general se reducen – Gases de efecto invernadero: se reducen notablemente 18 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de biodiesel en MEC Comparación emisiones biodiesel EMC respecto al gasóleo Porcentaje 150 105 % 100 60 % 50 % 50 35 % 0% 0 CO HC NOx SO2 Partíc. Tipo de emisión 19 Laboratorio de Motores 3. Biocombustibles‐Motores Utilización de biodiesel en MEC Reducción de gases de efecto invernadero Emisión de CO2 Gasóleo Biodiesel 3.2 Tn CO2/1000 litros 0.7-1.2 Tn CO2/1000 litros Reducción de CO2 Gasóleo Gasolina Biodiesel 2-2.5 Tn CO2/1000 litros Etanol 2 Tn CO2/1000 litros 20 Laboratorio de Motores Ensayos en el LAM • Combustible: biodiesel a partir de aceite de girasol • Tipos de ensayo – Potencia y consumo (Directiva 88/195 CE, Directiva 88/1268 CE) • Plena carga y cargas parciales – Contaminantes (Directiva 88/77 CE) • Ciclo de 13 fases con opacidad 21 Laboratorio de Motores • Marca motor: Isuzu (Diesel) • Descripción: 4 cilindros en línea. Dos válvulas por cilindro • Cilindrada: 1488 c.c. • Diámetro x carrera: 76x82 mm • Relación de compresión: 22:1 • Alimentación: Inyección indirecta mecánica y turbocompresor (sin intercooler) • Presión máxima turboalimentación: 0.7 bar 22 Laboratorio de Motores Potencia: disminuye 1.5% Negro: gasóleo puro Morado: biodiesel puro Consumo combustible: aumenta 14% 23 Laboratorio de Motores Los biocombustibles son aptos para ser utilizados en motores 24 Laboratorio de Motores 4. El biodiesel en la UE • Producción anual UE (2013): ̴9.5 millones Tn • Alemania – Primer productor europeo: ̴2.5 millones Tn – Se emplea biodiesel puro en vehículos • Francia – Segundo productor de biodiesel – Se emplea mezclado • Al 30% en flotas cautivas • Al 5% en gasóleo de automoción 25 Laboratorio de Motores 4. El biodiesel en la UE • Austria – País pionero en programas de bioenergía – Se emplea biodiesel puro en vehículos – Muchas cooperativas agrícolas • Se autoabastecen de combustible: biodiesel • España – Varias plantas de biodiesel (50% de su capacidad) – Se emplea biodiesel en algunas flotas cautivas • Mezclado hasta 20% – Primer productor de etanol de la UE 26 Laboratorio de Motores ¡Gracias por su atención! 27
