Embed Size (px)
Citation preview
MIM-2005-1-23
LOS ACEITES VEGETALES COMO
COMBUSTIBLES EN LOS MOTORES DIESEL
- ANALISIS DE MEZCLAS CON ALCOHOL Y GASOIL -
Autor:
NESTOR SERGIO GUTIERREZ
Asesor:
RAFAEL G. BELTRÁN P. M.Sc.
Proyecto de Grado Presentado a la
Universidad de los Andes
Como Requisito Parcial de Grado
En el Programa de Maestría en Ingeniería Mecánica
Bogotá D.C., Colombia, 2005
MIM-2005-1-23
AVISO Yo, Néstor Sergio Gutiérrez, declaro ser el único autor del presente proyecto de
grado y como tal autorizo a la Universidad de los Andes para que el mismo sea
prestado a otras instituciones o personas, única y exclusivamente con propósitos
de investigación.
MIM-2005-1-23
AGRADECIMIENTOS El autor del presente documento desea agradecer a las siguientes personas y
entidades por brindar su colaboración en la realización de este proyecto:
• Rafael Beltrán MSc., Profesor Titular, Departamento de Ingeniería
Mecánica. Universidad de los Andes. Asesor de Proyecto.
• Néstor Yesid Rojas Ph.D., Profesor Asistente, Departamento de Ingeniería
Química. Universidad de los Andes.
• Tomás Uribe MSc., Profesor Instructor, Departamento de Ing. Mecánica y
Coordinador del Laboratorio de Ing. Mecánica. Universidad de los Andes.
• Personal del Laboratorio de Ing. Mecánica de la Universidad de los Andes.
• Departamento de Química, Universidad de los Andes.
• Helmer Acevedo, Profesor Asistente, Departamento de Ingeniería
Mecánica, Universidad Nacional de Colombia.
MIM-2005-1-23
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1. EL PROBLEMA DE INVESTIGACION…………………………………… 11
1.1. LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL………………..…………………. 11
1.2. LAS NUEVAS TECNOLOGIAS………………………....................... 12
1.3. LOS BIOCOMBUSTIBLES……………..……………………………... 14
1.3.1. Los Bioaceites…………………………………..……………….… 16
1.3.1.1. Modificaciones al motor…………..………………………….. 18
1.3.1.2. Transformaciones de los aceites…………………………….... 18
1.4. TEMA……..……….………………………………………………………. 19
1.5. OBJETIVOS………………………………………………………............19
1.5.1. Objetivos Específicos……………………………………………... 20
1.6. HIPOTESIS………………………………………………………….……. 21
2. MARCO REFERENCIAL…………………………..……………………… 22
2.1. EL PROCESO DE COMBUSTION EN LOS MOTORES DIESEL….. 22
2.1.1. La Autoinflamación del combustible……………………………… 24
2.1.2. La Pulverización del Combustible………………………………… 25
2.2. COMBUSTION DE BIOACEITES……………………………………… 26
2.2.1. Antecedentes…………………….………………………………..… 26
2.2.2. Propiedades de los combustibles vegetales…………….………. 27
2.2.2.1. Características tóxicas……………………….…………......... 29
2.2.2.2. El Módulo Volumétrico………………………………………. 30
2.3. ANALISIS DEL PROCESO DE COMBUSTION………..…………….. 33
2.4. CARACTERISTICAS DE VELOCIDAD DEL MOTOR…………….…. 36
2.5. PARAMETROS INDICADOS………………………………………… 37
2.6. PARAMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR……………………….... 41
MIM-2005-1-23
3. VERIFICACION EXPERIMENTAL………………………………………… 43
3.1. BANCO DE PRUEBAS………………………………………………….. 43
3.1.1. Motor…………………………………………………………………. 44
3.1.2. Sistema integrado de medición del Par y Velocidad de
rotación..................................................................................... 45
3.1.2.1. Par Motor………………………...……………………………… 45
3.1.2.2. Velocidad de rotación........................................................ 49
3.1.3. Medición del Consumo de Combustible y Aire………..………… 53
3.1.3.1. Consumo de Combustible……………………...……………. 53
3.1.3.2. Consumo de Aire……………………..……………………..… 54
3.1.4. Medición de emisiones de material particulado…..…………..… 56
3.1.5. Sistema de precalentamiento de combustible………………….. 59
3.2. DESCRIPCION DEL ENSAYO……………………………………..…. 60
4. RESULTADOS………………………………………………………….……. 65
4.1. DISEÑO EXPERIMENTAL..................……………..……….………. 65
4.2. CARACTERÍSTICAS DE VELOCIDAD.......................................... 68
4.2.1. ACPM........................................................................................ 68
4.2.2. Mezcla 50 ................................................................................. 70
4.2.3. Mezcla 80................................................................................. 71
4.2.4. Curvas de Comparación.......................................................... 72
4.3. PARÁMETROS EFECTIVOS............................................................. 75
4.4. EMISIÓN DE PARTÍCULAS...............................................................76
4.5. CARACTERÍSTICAS DE MEZCLAS..................................................77
5. INTERPRETACION Y ANALISIS DE RESULTADOS…………………… 80
5.1. GENERALIDADES DE LAS CURVAS………………………………… 80
6. CONCLUSIONES…………………………………………………………..…88
7. REFERENCIAS………………………………………………………………..90
MIM-2005-1-23
LISTAS DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama indicado p = f ( ) y Ley de la inyección = f ( ).
Adaptado de Jóvaj M.S. Motores de Automóvil………............. 22
Figura 2. Inflamación bietápica del aceite…………….…………………… 23
Figura 3. Compresibilidad isotérmica del Combustible …………………. 31
Figura 4. Comportamiento de la presión de Inyección del combustible… 32
Figura 5. Descripción del proceso de combustión – Inflamación
atrasada……………………………………………………………. 34
Figura 6. Descripción del proceso de combustión – Inflamación
adelantada………………………………………………………….. 35
Figura 7. Características de velocidad del motor HATZ, proporcionadas
por el fabricante…………………………………………………….... 36
Figura 8. Ciclo termodinámico generalizado del motor Diesel…………. 38
Figura 9. Banco de pruebas. Laboratorio de Ingeniería Mecánica……. 43
Figura 10. Motor Diesel HATZ 1B30……………………………...……….. 44
Figura 11. Dinamómetro hidráulico…………………………………………. 46
Figura 12. Sistema medidor de Torque…………………………..………… 46
Figura 13. Calibración del resorte…………………………………………... 47
Figura 14. Calibración del sistema de medición de Torque……………... 48
Figura 15. Circuito convertidor de frecuencia a voltaje LM 2907……..... 50
Figura 16. Tarjeta de adquisición de datos……………………………….... 51
Figura 17. Diagrama de bloques. Sistema Tarjeta de adquisición de datos 52
Figura 18. Medición consumo de combustible…………………………… 53
Figura 19. Medición consumo de aire……………………………………... 55
Figura 20. Equipo de muestreo de PM10………………………………...… 56
Figura 21. Balanza para pesaje de filtros y desecador……………....…… 57
Figura 22. Filtros PM10……………………………………………………….. 58
Figura 23. Intercambiador de calor para precalentamiento de muestras..... 59
MIM-2005-1-23
Figura 24. Temperatura de entrada de la mezcla en función del régimen de
carga del motor..................................………………………….. 60
Figura 25. Pruebas de normalidad de Kolmogorov-Smimov....................... 66
Figura 26. Pruebas de varianza de Levene.............................................. 67
Figura 27. Valores medios de torque en función de la velocidad del motor.. 68
Figura 28. Potencia efectiva ACPM…………………………………………….. 68
Figura 29. Par Motor ACPM…………………………………………………….. 69
Figura 30. Consumo Específico de combustible……………..……………….. 69
Figura 31. Potencia Efectiva Mezcla 50………………………………………. 70
Figura 32. Par Motor Mezcla 50……………………………………..….….. 70
Figura 33. Consumo Específico de Combustible Mezcla 50…………….. 71
Figura 34 Potencia Efectiva Mezcla 80……………………………….……. 71
Figura 35 Par Motor Mezcla 80…………………………………..………… 72
Figura 36. Consumo específico de combustible mezcla 80………..…….. 72
Figura 37. Característica Externa de Velocidad – Comparación por
Potencia Efectiva……………………………………..……….......… 73
Figura 38. Característica Externa de Velocidad – Comparación por Par
Específico Efectivo…….…………………………………………. 73
Figura 39. Característica Externa de Velocidad – Comparación por
Consumo Específico Efectivo………………………………......... 74
Figura 40. Consumo Específico – Variación con respecto al ACPM……. 74
Figura 41. Parámetros Efectivos – Variación con respecto al ACPM…… 75
Figura 42. Emisiones de material particulado…………………………….. 76
Figura 43. Emisiones de Material Particulado – Variaciones con respecto al
ACPM………………………………………………………………. 77
Figura 44. Viscosidad en función del contenido de aceite……………………. 78
Figura 45. Viscosidad en función del precalentamiento………………………. 78
Figura 46. Temperatura Límite de la Mezcla…………………………………… 79
MIM-2005-1-23
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades de algunos aceites. Adaptada de Zhou
(Zhou PL, 2000) y Gumpon (Gumpon Prateepchaikul, 2003).. 28
Tabla 2. Planeación del experimento.................................................. 65
Tabla 3. Parámetros Efectivos – Regímenes seleccionados………. 75
Tabla 4. Emisiones de material particulado………………….………. 76
Tabla 5. Caracterización de mezclas. Laboratorio de Química
Universidad de los Andes……………………………………… 77
MIM-2005-1-23
CONVENCIONES
p ……………………………………………….……….…………………… Presión
ϕ ………………………………..…………………...... Angulo de giro del cigüeñal
iτ …………………………………………….. .Tiempo de retraso de la inflamación
fτ ……………………………………………..………….. Tiempo de Retraso físico
qτ …………………………………………………..…. Tiempo de Retraso químico
iθ ……………………………………………… Angulo de retraso de la inflamación
1θ …………………………………………………. Etapa de combustión acelerada
2θ ………………………………………………………..Etapa de combustión lenta
3θ ………………………………………………………..Etapa de combustión lenta
iσ ………………………………………………Cantidad de combustible inyectado
E ……………………………………………………………….. Módulo volumétrico
injϑ ……………………………………………………………Velocidad de inyección
Ω …………………………………………………………. .Función de pulverización
σ …………………………………………………………..…Tensión superficial
ν ……………………………………………………. …..Viscosidad cinemática
ρ …………………………………………………………….…………Densidad
wρ …………………………………………………………………Densidad del aire
wω ………………………………………………………………Turbulencia del aire
M ……………………………………………………………….………Par Motor
P ……………………………………………………………………..…. Potencia
hG …………………………………………… Consumo horario de combustible
g ……………………………………. …Consumo específico de combustible
η ……………………………………………………………………… Eficiencia
MIM-2005-1-23
LOS ACEITES VEGETALES COMO COMBUSTIBLES EN
LOS MOTORES DIESEL
- ANALISIS DE MEZCLAS CON ALCOHOL Y GASOIL -
INTRODUCCIÓN
La conversión eficiente de energía primaria en energía eléctrica y en general en
energía mecánica, continúa siendo gran problema para la ciencia y la ingeniería.
Lo anterior se debe a que con excepción de la energía hidráulica las fuentes
principales de energía fósil, solar, nuclear y geotérmica, se manifiestan en forma
de energía térmica, energía que no tiene gran utilidad directa y que sólo
parcialmente se puede convertir en mecánica para su utilización.
Existen métodos para convertir energía química, nuclear y solar directamente en
mecánica o eléctrica y en procesos tales como el magnetohidrodinámico o la celda
de combustible los rendimientos teóricos son excelentes, sin embargo, la
tecnología para lograrlos aún es materia de perfeccionamiento debido en especial
a los altos costos.
Es de conocimiento popular que la energía hidráulica y los combustibles fósiles,
constituyen las principales fuentes de energía a nivel mundial, también de forma
específica en Colombia, no obstante el estado severo y avanzado de la
problemática ambiental, exige el estudio profundo y detenido de diversos
aspectos, que podrían agruparse alrededor de elementos conocidos tales como:
MIM-2005-1-23
• Las limitantes que nos aquejan tanto de recursos hídricos, como de
hidrocarburos.
• El grave impacto ecológico - ambiental y la contaminación de aire, agua y
suelos, como consecuencia de la explotación, tanto de una fuente energética
como de la otra.
• Las características de ineficacia, rigidez y cobertura apenas parcial del sistema
eléctrico nacional, como sistema de suministro de energía y como servicio
público domiciliario.
• Los altos costos de la energía, que disuaden su utilización para generar
desarrollo industrial y que no permiten la satisfacción de sentidas necesidades
de amplios sectores de la población rural y urbana.
De acuerdo con las posibilidades definidas por la realidad local y regional de
comunidades específicas en cuestión, será posible abordar alternativas de
sistemas y aplicaciones de fuentes energéticas tales como: Sistemas de micro
centrales de origen hidráulico o térmico, Energía Solar, Energía Geotérmica,
Energía Eólica, Biomasa, Biocombustibles.
El desarrollo e implementación de sistemas de suministro de energía a partir de la
producción y aprovechamiento de la biomasa, se posiciona como alternativa
energética de gran perspectiva, en consonancia con las posibilidades
agroindustriales del país y con las políticas estatales que en este campo se vienen
estableciendo y empiezan a llevarse a cabo.
MIM-2005-1-23
1 EL PROBLEMA DE INVESTIGACION
1.1 LA PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
La transformación y uso de la energía da lugar a problemas ambientales de muy
diverso tipo relacionados con:
• Emisión de gases diversos y partículas en entornos urbanos.
• Emisiones ácidas en grandes centros de combustión.
• Transporte de petróleo, gas y demás hidrocarburos, que ocasiona accidentes,
vertidos, contaminación marina y de los ríos.
• Incremento en la concentración de CO2 y otros gases de invernadero.
• Grandes presas hidráulicas, cuya construcción genera desplazamiento de
poblaciones e incidencia en la biodiversidad.
Los combustibles fósiles son una forma de energía almacenada en la tierra a lo
largo de millones de años. El carbón constituye el recurso más importante, pero
su explotación no siempre es fácil y en ocasiones genera costos poco favorables.
La utilización de combustibles fósiles da lugar a la emisión de diversos
contaminantes: óxidos de azufre y nitrógeno, hidrocarburos de diversa
composición, partículas, carbonilla, hollín, etc. Las emisiones de óxido y azufre en
grandes instalaciones de combustión como centrales termoeléctricas, se difunden
mediante altas chimeneas, siendo las causantes de las llamadas lluvias ácidas.
La preocupación global se configura alrededor de la alta concentración de CO2 en
la atmósfera dando lugar al efecto invernadero, con previsible calentamiento de la
MIM-2005-1-23
tierra y desplazamiento en la distribución de zonas secas y húmedas. El mayor
porcentaje de los problemas ambientales está relacionado con un deficiente
manejo de los recursos energéticos. Las emisiones de monóxido de carbono,
dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos, y en general contaminantes
atmosféricas están asociados con la quema incompleta de combustibles fósiles
como petróleo, carbón o gas natural.
La generación hidroeléctrica ocasiona el traslado de poblaciones y la alteración de
los patrones culturales de sociedades ancestrales, la destrucción de bosques
húmedos tropicales, alteración de la topografía y aumento de los riesgos de
deslizamiento y erosión, aguas abajo de la presa, sedimentación y eutrofización de
cuerpos de agua.
La transmisión y distribución de energía están asociadas a impactos como la
interferencia electromagnética, la destrucción de ecosistemas y hábitat únicos y la
alteración del paisaje.
1.2 LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS
Nuevas tecnologías presenta el sector energético, consistentes en:
• Tecnología de generación, basada en sistemas más pequeños, modulares y
limpios.
• Generación centralizada y descentralizada.
• Exigencias ambientales de regulación creciente.
• Intensificación en el empleo de energías renovables.
• Mayor eficiencia energética y calidad de servicio.
• Diversificación de combustibles.
MIM-2005-1-23
• Restricción al montaje de nuevas y grandes plantas.
• Creciente competencia entre empresas.
Las tecnologías en desarrollo se fundan en:
• Estandarización y automatización de los sistemas de regulación y control de
las centrales.
• Procesos de combustión de bajo impacto contaminante.
• Sistemas inteligentes de control integral sistematizado de las emisiones.
• Análisis y control del efecto invernadero.
• Cogeneración.
• Gasificación del carbón y combustión en lecho fluido.
• Tecnologías electroquímicas de generación.
• Superconductividad y Materiales avanzados
• Sistemas de almacenamientos avanzados.
• Utilización de fuentes de energía renovables.
• Gestión especializada en la generación, en el transporte y en la distribución de
energía.
En general, las tecnologías de combustión limpia incluyen:
• La combustión del carbón en lecho fluido.
• Utilización con ciclos combinados de turbinas a gas y de vapor.
• Gasificación del carbón, tanto en el ciclo como en su yacimiento.
• Combustión con aditivos y absorbentes de azufre.
• Pilas de combustible para gas o carbón gasificado.
MIM-2005-1-23
1.3 LOS BIOCOMBUSTIBLES
La gran versatilidad de la biomasa como recurso energético es evidente dada la
variedad de materiales que pueden ser transformados en combustibles sólidos,
líquidos y gaseosos, utilizando procesos biológicos y termoquímicos de
conversión. Sin embargo, en comparación con otras tecnologías renovables
(geotérmica, eólica, solar...) la energía proveniente de la biomasa constituye un
área más compleja debido al amplio alcance de ciclos potenciales de combustión y
a los posibles impactos medioambientales subsiguientes.
La caña de azúcar es un cultivo privilegiado como fuente de energía de la biomasa
y su uso orientado prioritariamente a la producción de azúcar es, sin duda,
extremadamente limitado. Un porcentaje importante en la demanda de energía en
el país se abastece mediante la quema directa de biomasa, principalmente leña y
el bagazo de la caña de azúcar. La quema de leña esta asociada con la
producción de sustancias tóxicas y peligrosas. La combustión de bagazo de caña
de azúcar también está asociada con la emisión de varios contaminantes
atmosféricos.
La modernización de la producción y uso de la bioenergía debe aportar beneficios
económicos y sociales en áreas rurales y urbanas de regiones en vías de
desarrollo. Colombia cuenta con un número cercano a las 200 plantas anaeróbicas
de generación de metano, localizadas en diversas zonas del país, especialmente
en el Valle del Cauca y en la Costa Atlántica.
Estadísticas para Colombia publicadas por FEDEPALMA, aseveran la existencia
de alrededor de 184.000 hectáreas sembradas de palma de aceite, las cuales
generan 528.000 toneladas de aceite de palma y 50.000 de aceite de palmiste. El
gremio palmicultor ha proyectado en su visión 2020 contar para este año, con un
MIM-2005-1-23
área sembrada de 636.000 hectáreas correspondientes a 3.5 millones de
toneladas de aceite de palma.
Estudios que se llevan a cabo desde la década anterior, muestran que los
biocombustibles dan lugar a balances energéticos normalmente positivos,
dependiendo de la manera en que estos productos son empleados y procesados.
Sin embargo la revisión energética de la producción y uso de la biomasa debería
continuar para facilitar mayores ahorros energéticos.
La principal diferencia entre la energía proveniente de los combustibles fósiles y la
que procede de los biocombustibles, es que la energía de estos últimos es neutral
respecto al CO2; Además, las emisiones de dióxido de azufre (SO2) y monóxido
de carbono tienden a ser menores en los biocombustibles respecto de los
combustibles fósiles. No hay un biocombustible líquido claramente más ventajoso
que otros y la elección entre ellos dependerá de las prioridades locales. No
obstante, siempre resultará necesario realizar un análisis de los ciclos de vida de
las diferentes opciones para concluir objetivamente que los biocombustibles
obtenidos por los procesos biotecnológicos existentes son menos contaminantes
que los combustibles extraídos del petróleo.
La estructura de precios depende del costo de las materias primas implicadas, el
precio de mercado de los subproductos y derivados producidos conjuntamente con
el biocombustible, el costo de la energía, la tecnología utilizada en el proceso de
transformación y el tamaño de la planta. Existen dos posibles alternativas:
bioalcoholes y bioaceites.
Colombia formaliza su ingreso a la era de los biocombustibles, con la expedición
de la Ley 693 de 2001, programa nacional de alcohol, seguida por la Ley 939 de
2004 que estimula la producción y comercialización de biocombustibles de origen
MIM-2005-1-23
vegetal o animal para uso en motores Diesel, cuya reglamentación se encuentra
en proceso.
Aunque los costos de producción de los denominados, bioetanol y biodiesel son
aún mayores que los de producir gasolina y ACPM, constituyen alternativa
energética de gran actualidad y futuro, especialmente por el decrecimiento de los
costos de las materias primas agrícolas y las mejoras en la tecnología
procesadora, lo que en buena medida puede contribuir a un cambio del paradigma
tecnológico actualmente en vigor. No obstante se hacen necesarios lo subsidios ó
facilidades impositivas para estimular un uso más amplio.
1.3.1 Los Bioaceites
Siendo ya conocidas las bondades de los alcoholes como combustibles y por ende
el programa de producción agrícola que se lleva a cabo para la obtención de
alcohol, corresponde a este trabajo y constituye su tema específico, el profundizar
en el estudio de la utilización de aceites vegetales como combustibles en los
motores Diesel.
La incursión inicial de bioaceites como carburantes en los motores Diesel, ha
mostrado dificultades y por lo tanto la necesidad de su procesamiento previo a la
utilización, como también la necesidad y expectativa de modificaciones
importantes tanto en la estructura como en la organización del proceso en los
motores. Es esta precisamente una de las acciones que acometerá el presente
proyecto.
La utilización de aceites vegetales debe estar supeditada a las siguientes
condiciones:
MIM-2005-1-23
• Mínimas modificaciones en el motor
• La potencia producida no debe sufrir reducciones significativas.
• La facilidad de las condiciones de empleo se debe conservar.
• La sustitución no debe acarrear grandes inversiones.
• El balance energético, determinado por la relación de energía obtenida del
aceite, contra la energía invertida en su producción, debe ser positivo.
• Los costos de producción del aceite deben garantizar precios competitivos, con
relación al combustible que se quiere sustituir.
En general los aceites de origen vegetal y sus derivados, satisfacen de forma
bastante aproximada las exigencias arriba citadas, en ocasiones hasta el punto de
poderse utilizar algunos de ellos en forma directa o sometidos a transformaciones
en procesos de fácil implementación. No obstante, ciertas diferencias con el
combustible Diesel en cuanto a sus propiedades físicas y químicas, plantean
serias dificultades, tanto de orden técnico, tecnológico y financiero para su
utilización. Uno de los mayores inconvenientes se origina en la elevada viscosidad
de los aceites vegetales, en especial el aceite de palma, el de mayor índice de
viscosidad, situación que se hace crítica cuando se le quiere utilizar en los
motores Diesel de mayor difusión como son los de inyección directa.
Las acciones encaminadas a solucionar tales dificultades tradicionalmente se han
agrupado alrededor de dos categorías. La primera de ellas sugiere modificaciones
importantes tanto en la construcción básica del motor como en sus sistemas
auxiliares; la segunda, agrupa cambios esenciales en los aceites, a través de
procesos físicos y químicos, para lograr en sus propiedades la equivalencia
deseada con los combustibles de origen mineral.
MIM-2005-1-23
1.3.1.1 Modificaciones al motor
Las modificaciones más importantes exigidas al motor se fundan en:
• La necesidad de lograr y mantener temperaturas de combustión más elevadas
con el propósito de atenuar el efecto de la alta viscosidad del aceite en cuanto
a sus limitaciones para producir una combustión completa.
• La organización estratificada del proceso de combustión, ya por inyección
discriminada a regiones de la cámara de combustión o utilizando precámaras
donde se inicie y efectúe parte de la combustión con mezclas relativamente
ricas, con lo que se lograría atenuar la formación de óxidos de nitrógeno.
• Modificaciones en el sistema de bombeo de alta presión del combustible,
complementadas con su precalentamiento para reducir la viscosidad y facilitar
la inyección del aceite.
1.3.1.2 Transformación de los aceites
La segunda categoría de acciones encaminadas a modificar las propiedades tanto
físicas como químicas del aceite vegetal se fundan en su transesterificación,
proceso de relativa facilidad de implementación y excelentes resultados, el cual sin
embargo ha merecido reparos, debido a altos costos, tanto por el aporte de
aditivos como por la inversión de energía para llevarlo a cabo.
Utilizando alcoholes se transforma el aceite en ésteres etílicos o metílicos, como
consecuencia del tipo de alcohol aportado, adicionalmente se requiere el aporte de
catalizadores, los cuales pueden ser de origen acido o básico, obteniendo además
subproductos a base de glicerina, los cuales requieren de procesamiento
adicional, relativamente complejo para poder garantizar su utilidad.
MIM-2005-1-23
Una vez obtenido el éster, ya sea de origen etílico o metílico, su desempeño en los
motores, se acerca en algunas propiedades y supera en otras a los aceites
derivados del petróleo.
Los países europeos han acumulado gran experiencia tanto en la producción
como en el procesamiento y utilización de aceites vegetales, obtenidos
fundamentalmente de colza, maní, algodón, soya y girasol. Países como Estados
Unidos también han avanzado en la producción y utilización de aceites obtenidos
preferentemente de cereales.
1.4 TEMA
Las conclusiones acerca de acciones encaminadas para la utilización de
bioaceites plantea la necesidad de examinar alternativas de solución, de mayor
viabilidad económica que el proceso de transesterificación y de menor exigencia
tecnológica en cuanto a modificaciones de los motores.
Conservando el objetivo general de estudiar los aceites vegetales como
combustibles en los motores Diesel, una vez examinada minuciosamente la
información existente, experiencia acumulada y específicamente los resultados de
investigaciones recientemente realizadas, el tema de investigación del presente
trabajo se centra en la evaluación de mezclas de aceites vegetales con alcohol y
combustible diesel de petróleo, examinando con ellas el desempeño de un
pequeño motor diesel ligeramente modificado.
1.5 OBJETIVOS
• Aportar a la solución de la problemática, determinando la viabilidad técnica de
la utilización de aceites vegetales crudos (no modificados) como combustible
en los motores Diesel, para la generación de energía en zonas apartadas del
país.
MIM-2005-1-23
• Establecer las posibilidades energéticas y describir los riesgos ecológico-
ambientales de los biocarburantes, como alternativas de obtención de energía
para satisfacción de necesidades básicas de sectores poblacionales tanto del
Distrito Capital como del país.
• Brindar una visión detallada de las posibilidades técnicas de utilización de
aceites vegetales como combustible para los motores Diesel.
1.5.1 Objetivos Específicos
La fase experimental que se propone el presente trabajo, parte del presupuesto
del conocimiento disponible resultado de estudios anteriores, de la posibilidad y
necesidad de optimizar el tratamiento preliminar de los aceites y de la convicción
proporcionada por modelos teóricos que predicen una mejor respuesta del motor.
Entre la variedad de aceites vegetales existentes, se ha elegido el aceite de palma
por ser el de producción mas difundida en el país y con mayores perspectivas de
industrialización a gran escala también como recurso energético.
Se han presupuestado por lo tanto las siguientes acciones específicas:
• Realizar análisis comparativo del proceso de combustión con ACPM y con
mezclas de aceite de palma, alcohol y ACPM, precalentadas hasta 60 ºC.
o Aceite de palma y ACPM hasta el 20%
o Aceite de palma, ACPM hasta el 20% y alcohol hasta el 5%
o Aceite de palma y ACPM al 50%
• Determinar las características de velocidad del motor, así como sus
características de emisiones de material particulado.
MIM-2005-1-23
1.6 HIPOTESIS.
• La bioenergía puede ser una alternativa del futuro; la utilización de la energía
del sol depositada en los cultivos es una vía tecnológica factible pero aún no
competitiva. En Brasil el alcohol obtenido de la caña de azúcar ha sustituido
parcialmente la gasolina, en Cuba ocurre algo parecido con el bagazo que se
utiliza para generar energía eléctrica.
• Los países del tercer mundo y específicamente Colombia posee zonas con alta
radiación solar, propicias para los cultivos bioenergéticos. Por otro lado la
masificación de este tipo de cultivos puede resultar una agresión a la
biodiversidad, degradando la superficie agrícola.
• La cuestión medioambiental no es la de mayor conciencia en el país, teniendo
en cuenta que existen problemas prioritarios como desempleo, pobreza,
desnutrición, etc. Las ciudades y áreas industriales y urbanas muestran
contaminación atmosférica avanzada, hecho que ya genera notable
preocupación.
• en cuanto a modificaciones constructivas sobre los motores. La innovación y
desarrollo tecnológico pueden paliar los problemas medioambientales. El
desarrollo de nuevos vectores energéticos renovables tendrá importancia
mundial en las próximas décadas, siendo la energía solar y la bioenergía dos
retos importantes a considerar.
• Es posible la utilización de aceites vegetales como carburantes en los motores
Diesel, sometidos a procesos menos costosos que el proceso de
transesterificación y con menores exigencias tecnológicas, en cuanto a
modificaciones constructivas en los motores.
MIM-2005-1-23
2 MARCO REFERENCIAL
2.1 EL PROCESO DE COMBUSTION EN LOS MOTORES DIESEL
El motor diesel funda su estructura y funcionamiento en la existencia y utilización
de combustibles con alto grado inflamabilidad caracterizado por su número de
cetano. En efecto la organización del proceso de combustión se facilita con la
formación de mezclas aire-combustible apenas heterogéneas, en las que se
aprovecha el poder de inflamación del combustible, para iniciar el proceso
exotérmico de oxidación y desintegración molecular del hidrocarburo, una vez
inyectado finamente pulverizado se pone en contacto con el aire caliente
comprimido con anterioridad.
Figura 1. Diagrama indicado )(ϕfp = y Ley de la inyección )(ϕσ f=
Adaptado de Jóvaj M.S. Motores de Automóvil
MIM-2005-1-23
El diagrama indicado ilustrado en la figura 1, ( )(Vfp = ), o, )(ϕfp = constituye
modelo gráfico por etapas, de utilidad en la representación y análisis de cómo
transcurre el proceso de combustión en los motores Diesel.
iθ : Período de inducción del proceso. La ignición del combustible inyectado,
requiere de un proceso y por lo tanto de un tiempo usualmente denominado
retraso de la inflamación ( iτ ), al cual contribuyen dos componentes, como se
muestra en la figura 2.
Figura 2. Inflamación bietápica del aceite
qfi τττ +=
fτ : Tiempo necesario para desintegrar el dardo inyectado, vaporizar las gotas de
combustible y mezclarlas con el aire. En general depende de la calidad de
pulverización.
MIM-2005-1-23
: Depende de la velocidad de las primeras reacciones y por lo tanto de las
propiedades químicas del combustible, plasmadas en la oxidación y formación de
productos intermedios, extendiéndose hasta que el calor desprendido alcanza
niveles requeridos para mantener las reacciones en cadena.
A continuación en el proceso se puede distinguir una etapa de combustión
acelerada ( 1θ ), caracterizada por la velocidad de crecimiento de la presión
( ϕddp / ), que determina la oportunidad y los valores de las máximas presiones de
combustión, como resultado de la combustión también del combustible
posteriormente y paulatinamente inyectado. El combustible que continua siendo
inyectado arde sin cambios bruscos de presión en la etapa ( 2θ ) y residualmente
en la etapa ( 3θ ).
2.1.1 La autoinflamación del combustible
La autoinflamación resulta crucial en el análisis del desempeño de combustibles,
ya que además de ser el inicio de la combustión, también determina como
transcurre y por lo tanto los resultados del proceso de combustión alcanzados.
Como lo ilustra la gráfica (ley de la inyección), la cantidad de combustible
inicialmente inflamada ( iσ ), determina la rigidez del proceso ( ϕddp / ) y por lo tanto
las presiones máximas de combustión.
La variación del tiempo de retardo de la inflamación, alteraría la cantidad de
combustible inicialmente inflamada, causando desestabilización del proceso,
consistente en valores extremos de la presión máxima, usualmente inoportunos
(retrasados o adelantados).
qτ
MIM-2005-1-23
2.1.2 La pulverización del combustible
La calidad de pulverización, manifiesta en la homogeneidad y finura de la
pulverización, se puede evaluar por la función:
ii Vm , : Masa, volumen de la gota promedio
Vm, : Masa, volumen total de las gotas.
injϑ : Velocidad de inyección que a su vez es función de la presión de inyección y
de la relación l/d del orificio del inyector.
ρνσ ,, : En orden de jerarquía la tensión superficial, viscosidad y densidad del
combustible.
ww ωρ , : Densidad y turbulencia del aire.
La variación de los parámetros del combustible ρνσ ,, , ya sea por aditivos, por
cambios en la presión de inyección, en la temperatura, o por la utilización de un
combustible diferente, altera la calidad de pulverización, lo que sumado a las
propiedades químicas del combustible acorta o dilata el período de retardo de la
inflamación, alterando como consecuencia el proceso de combustión; es aquí
donde se debe interactuar ya con las propiedades del combustible, ya con la
sincronización del motor y con su sistema de alimentación y control, para
mantener en condiciones óptimas el proceso de combustión.
),,,,,( wwinjii f
VV
mm ωρρµσυ===Ω
MIM-2005-1-23
2.2 COMBUSTIÓN DE BIOACEITES
2.2.1 Antecedentes El Parlamento Europeo en declaración de marzo 8 de 2003, incluye el aceite
vegetal puro en la categoría de biocombustible como “… aceite producido de
plantas aceiteras mediante prensado, extracción o procedimientos comparables,
crudo o refinado pero químicamente inmodificado, cuando sea compatible con el
tipo de motores utilizados y con las correspondientes exigencias sobre emisiones”.
Los países Europeos no producen palma aceitera, no obstante el aceite de palma
por sus propiedades y significativa producción en Tailandia y demás países del
tercer mundo, le han hecho merecedor del reconocimiento como biocombustible
para ser usado en motores de combustión, tanto en forma de etil o metil ester,
como en su estado de aceite vegetal no modificado.
Son numerosas las investigaciones que desde la década de los 80, han indagado
por la factibilidad técnica, económica, medioambiental y financiera de la utilización
de aceites vegetales como combustibles en los motores diesel.
Goering y otros (1981), Bacon y otros (1981), Reid y otros (1982) y Pryde (1982),
exploran las propiedades de varios aceites vegetales, conceptuando positivamente
su desempeño, observando sin embargo dificultades en su utilización como
consecuencia de su alta viscosidad, particularidades en su composición, tendencia
a formar depósitos de carbón y otros relacionados con pruebas de larga duración.
Bruwer y otros (1980), Tahir y otros (1982), Bettis u otros (1982), Engler y otros
(1983), Pryor y otros (1983), examinaron el desempeño de aceites de girasol entre
otros, con conclusiones similares al del primer grupo.
MIM-2005-1-23
Los resultados preliminares de estos estudios llevaron a otros autores a examinar
el desempeño de aceites vegetales mezclados con combustible diesel. Pestes &
Stanislao (1984), Ryan y otros ((1984), German y otros (1985), Suporne (1987),
Nag y otros ( 1995), Sapaun y otros ( 1996), Mc Donnell (2000), Chiyuki (1998),
Kevin y otros (1999), Gumpor Prateepchaikul (2003), de los cuales se resumen las
siguientes conclusiones:
• Decrecimiento en la potencia nominal debida al menor poder calorífico del
aceite.
• Mejor rendimiento térmico.
• Consumo de combustible ligeramente mayor.
• Depósitos de carbón en la cámara de combustión, anillos, válvulas, inyectores.
• Contaminación del aceite lubricante.
• Mayores temperaturas de escape.
• Menores emisores de hidrocarburos y monóxido de carbono.
• Los motores de inyección indirecta, con precámaras de combustión, tienen
mejor desempeño que los motores de inyección directa.
2.2.2 Propiedades de los combustibles vegetales
Las propiedades de los aceites vegetales consignadas en la tabla 1, explican su
comportamiento comparativo con el combustible diesel convencional, siendo útiles
para predecir su desempeño en determinado motor.
De acuerdo con lo descrito en el análisis del proceso de combustión, el proceso
fundamental consiste en la formación del dardo de combustible, cuya atomización,
rompimiento y distribución de gotas en el mismo, es gobernada por ondas
superficiales, que dependen en su estabilidad de la tensión superficial del
combustible; en menor grado influyen la viscosidad y densidad.
MIM-2005-1-23
A continuación la vaporización del combustible pulverizado queda determinada por
el calor específico, la conductividad térmica, así como por la presión de vapor y
entalpía de vaporización.
Diesel
Típico
Biodiesel
típico
Aceite de
palma
Poder calorífico
( MJ/kg)
44 40 39
Viscosidad cinemática (cSt) 40ºC 3 4 - 6 41
Densidad ( 3/ mkg ) 852 874 906
Gravedad específica ( lkg / ) 0.85 0.88 0.92
Calor específico ( )./ KkgkJ 1.7 2.47 2.43
Conductividad ( KmW ./ ) 0.11 0.17 0.15
Tensión superficial ( 2/ mmN ) 23 25 28
Número de cetano (NC) 40-55 48-65 50
Boiling point (ºC) 180-340 315-350 >300
Flash point (ºC) 60-80 100-170 >300
Cloud point (ºC) <5 <12
Pour point (ºC) <-15 <10
Azufre % 0.05 0.001 0.001
Oxígeno % 0 10.9
Carbón residual % 0.15 0.05 0.22
Tabla 1. Propiedades de algunos aceites
Adaptada de Zhou (Zhou P L, 2000) y Gumpon (Gumpon Prateepchaikul, 2003)
MIM-2005-1-23
De otro lado, la baja volatilidad del combustible vegetal confiere mayor significado
a su temperatura crítica y de saturación. Al respecto valiosas observaciones se
consignan en Peterson C.L. (1991), los cuales se pueden resumir en:
• El tamaño medio de las gotas de aceite vegetal es mayor debido a su mayor
tensión superficial, lo que se traduce en capacidad calorífica mayor que con
combustible convencional.
• Los aceites vegetales deben lograr mayores temperaturas para vaporizarse, en
general requieren mayor cantidad de calor para alcanzar su temperatura crítica
cercana a los 500oC, en contraposición con los 385 oC del gasóleo.
• Otra conclusión importante de este trabajo es que las dificultades en el uso de
aceites vegetales no modificados, se minimizan en los motores de inyección
indirecta, principalmente por la utilización de inyectores de espiga y cámaras
de precombustión.
2.2.2.1 Características tóxicas En cuanto a las características tóxicas de los aceites vegetales Zhou P.L. y otros
(2003), permite concluir la reducción de monóxido y dióxido de carbono. La
formación de humos y material particulado igualmente decrecen en forma
significativa. La emisión de óxidos de azufre es prácticamente nula. No obstante
Lue Y.F. (2001), en coincidencia con otros autores, argumenta ligero crecimiento
en la emisión de óxidos de nitrógeno, incremento que según Von Wedel (1999) se
puede reducir actuando sobre el avance de la inyección.
Ciertamente la variación del ángulo de avance de la inyección ( iϕ ), altera la
plenitud de la combustión y por lo tanto las características tóxicas de la misma.
MIM-2005-1-23
Siendo la generación de carbonilla el problema tóxico por excelencia del motor
Diesel, de igual manera conocida la tendencia de los aceites vegetales a producir
residuos carbonosos y material particulado, es propósito específico de este
estudio, determinar las características de emisión de partículas del motor
trabajando con las mezclas propuestas.
A manera de predicción del comportamiento del motor y como orientación de la
verificación experimental, se adoptan las conclusiones de K Yamane, A Ueta y Y
Shimamoto (2001), quienes indagando por la influencia de las propiedades del
biodiesel en la inyección y emisión de gases, enuncian que la concentración y
tamaño de partículas es mayor para el gasoil, situación que se incrementa a
medida que aumenta la velocidad y carga del motor.
2.2.2.2 El Módulo Volumétrico
El módulo volumétrico constituye propiedad de gran influencia tanto en el inicio de
la inyección del combustible como en la pulverización y atomización del dardo.
La variación de esta propiedad del combustible también ha sido examinada en K
Yamane, A Ueta y Y Shimamoto (2001), por el método de simulación a partir de la
ecuación de la continuidad para el flujo compresible; El comportamiento
encontrado e ilustrado en la figura 3, coincide con la experimentación realizada por
Rodríguez-Anton L.M. y otros (2000).
La figura 3 ilustra el efecto de la compresibilidad isotérmica y viscosidad del
combustible en su proceso de inyección. Las pendientes reflejan la divergencia
entre la variación del módulo volumétrico del gasoil y del biodiesel de colza en
función de la presión y de la temperatura.
Vp
Vp
E∂∂−=
∂∂=ρ
ρ
MIM-2005-1-23
Figura 3. Compresibilidad isotérmica del Combustible Fuente: K Yamane (K Yamane, A Ueta y Y Shimamoto 2001)
La semejanza en propiedades físicas del biodiesel con los aceites no modificados,
permite suponer que la tendencia mostrada por el biodiesel de colza se mantenga
para el aceite de palma; En efecto tal tendencia debería ser aun mas acentuada
dadas las mayores diferencias físicas entre el gasoil y el aceite de palma.
La anterior hipótesis posibilita predecir el comportamiento del aceite no modificado
en el proceso de combustión de un motor reglado para trabajar con gasoil,
situación que orienta y simplifica la etapa de verificación experimental del presente
trabajo.
MIM-2005-1-23
En un amplio rango de valores de presión de inyección y a temperaturas menores
de 60 ºC, el módulo volumétrico del aceite no modificado, es mayor que el del
gasoil, razón por la cual al ser sometido a compresión por el mismo sistema de
inyección, su presión crecerá mas rápidamente, alcanzando por lo tanto y
adelantando el proceso de inyección.
Figura 4. Comportamiento de la presión de Inyección del combustible
Adaptada de: K Yamane (K Yamane, A Ueta y Y Shimamoto 2001)
En general, a mayor módulo volumétrico y a menores temperaturas, en el
combustible sometido a compresión, crece mas rápidamente la presión,
anticipando el proceso de inyección y acortando su duración, lo que en
PRESIÓN DE INYECCIÓN
0
20
40
60
80
100
120
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4
TIEMPO ms
BIODIESEL
GAS-OIL
PR
ES
IÓN
M
Pa
MIM-2005-1-23
consecuencia adelantaría la inflamación y por lo tanto el proceso de combustión
para el mismo combustible.
El comportamiento descrito se ilustra en la figura 4, circunstancia que encauza a
examinar la interacción entre el ángulo de avance de la inyección ( iϕ ), la
temperatura y densidad del combustible, el poder de penetración del dardo y los
posibles niveles de mezcla, antes y durante la experimentación.
2.3 ANALISIS DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN
Para efectos de encauzar el proceso de experimentación, se utiliza a continuación
el modelo gráfico )(ϕfp = y )(ϕσ f= antes descrito, buscando a manera de
predicción, describir el comportamiento de las mezclas objeto de estudio.
Teniendo en cuenta que se quiere examinar el comportamiento de otras mezclas
combustibles, se parte de un motor debidamente reglado para trabajar con
combustible convencional y entre los diversos factores que inciden notablemente
en el proceso de combustión, se analizará el efecto solo de aquellos que se
pueden variar a voluntad y de aquellos que reflejan el cambio de propiedades de
la mezcla.
Lo anterior orienta a investigar la interacción entre el ángulo de avance de la
inyección ( iϕ ), la temperatura y densidad del combustible, el poder de penetración
del dardo y las alteraciones químicas como el poder calorífico y número de Cetano
como resultado de los posibles niveles de mezcla.
Ante la diversidad de factores y efectos sobre el proceso, el modelo gráfico
permite agruparlos en dos; de un lado, aquellos que tienden a dilatar la
inflamación y de otro lado, aquellos que la aceleran.
MIM-2005-1-23
La figura 5, ilustra el efecto de factores como el aumento de la temperatura del
aceite o la disminución de su número de Cetano debido al porcentaje de alcohol
en la mezcla. Se muestra aquí como al dilatarse la etapa de inflamación (aumento
de iθ ), la cantidad de combustible acumulado e inicialmente inflamado ( iσ )
aumenta, hecho que se transfiere en un proceso de combustión más rígido, es
decir de mayor rapidez de crecimiento de la presión ( ϕddp / ), lográndose
presiones de combustión muy altas y anticipadas (muy cerca del punto superior),
hecho que exige críticamente el mecanismo sin que se obtenga mayor potencia.
Figura 5. Descripción del proceso de combustión - Inflamación atrasada
iθ
σισισισι
ϕιϕιϕιϕι
ϕϕϕϕ
P
INYECCION STANDARD
ϕϕϕϕ
MEZCLA 1
θιθιθιθι θ1θ1θ1θ1ϕιϕιϕιϕι
iσ
θ1θ1θ1θ1
σσσσ
MIM-2005-1-23
La figura 6, al contrario, ilustra el efecto de factores como el aumento del módulo
volumétrico del aceite o mejor grado de pulverización del mismo, lo que adelanta
la etapa de inflamación ( iθ ), por lo que la cantidad de combustible inicialmente
inflamada( iσ ) es menor, causando un proceso lento de crecimiento de la presión,
usualmente traducido en bajas y muy tardías presiones, hecho reflejado en
funcionamiento anómalo del motor con su consecuente pérdida de potencia.
Figura 6. Descripción del proceso de combustión - inflamación adelantada
MIM-2005-1-23
El efecto integral de las variables en cuestión se verá reflejado en el desempeño
del motor, tanto en sus condiciones de arranque como en sus características de
torque, potencia, rendimiento y consumo de combustible.
2.4 CARACTERÍSTICAS DE VELOCIDAD DEL MOTOR
La respuesta del motor y por lo tanto los resultados de la verificación experimental
se integran y materializan con la obtención de sus características de velocidad.
figura 7. Característica de velocidad
Figura 7. Características de velocidad del motor HATZ, proporcionadas por el fabricante.
MIM-2005-1-23
Las características de velocidad muestran el desempeño del motor en función de
su frecuencia de rotación; se obtienen midiendo los valores de los parámetros
efectivos como el par motor, la potencia, el rendimiento y el consumo específico
de combustible, logrados para varias velocidades de marcha correspondientes a
una posición determinada del órgano de aceleración (características parciales de
velocidad), o correspondientes a la posición de máxima alimentación, para la cual
alcanzan sus valores máximos, denominándose características externas de
velocidad.
2.5 PARÁMETROS INDICADOS
El análisis teórico y por lo tanto la orientación de la fase experimental, a partir de la
predicción del efecto del aceite vegetal sobre el motor, se ha realizado atendiendo
a parámetros instantáneos como la presión, inicialmente en el inyector y
posteriormente en el cilindro durante los procesos de pulverización, inflamación y
combustión.
No obstante, el procedimiento de verificación experimental de este trabajo se
centra en el examen de las curvas características del motor, obtenidas de la
medición de parámetros efectivos (obtenidos en el volante), tales como el torque,
la potencia y el consumo, en función de la carga aplicada y/o en función de su
velocidad.
Por lo anterior se hace necesario identificar la relación existente entre el
desempeño instantáneo del motor y su respuesta integral en el tiempo, relación
que es justamente la existente entre el comportamiento de la presión en el cilindro
y las curvas características del motor.
MIM-2005-1-23
El enlace en cuestión se puede establecer por medio de los parámetros indicados
(obtenidos en el cilindro), los cuales a su vez guardan relación directa de un lado
con la presión en el cilindro y de otro con los valores de salida a través del
mecanismo biela-manivela.
Figura 8. Ciclo termodinámico generalizado del motor Diesel
La medición de los parámetros indicados del motor presenta dificultades notables,
puesto que implica la obtención del ciclo de trabajo directamente del motor. Por lo
MIM-2005-1-23
anterior usualmente se determinan calculando el ciclo termodinámico al cual mejor
se aproxima el ciclo real del motor, tal como se describe a continuación.
hmedmed VpdVpdVpW === ; donde
medp : Presión media indicada
hV : cilindrada , cV
El trabajo por cilindro se puede evaluar, calculando cada proceso del ciclo:
433221 −−− ++== WWWdVpW
( )
−−
=−−
===−− 1
1
22
1
11222
1 11
2
121
11
11
11 kk kVp
kVpVp
VVpdV
pdVWε
( )11 22
3
2 2
32332 −=
−== − ρλ Vp
VV
VppdVW
( )
−−
=−−=== −− 1
2
22
2
33444
3 33
4
343 22
11
11 kk kVp
kVpVp
VVpdV
pdVWδ
ρλ
( )
−−
−
−−
+−== −− 11
12
22 12
11
111
11
1 kk kkVpdVpW
εδλρρλ
MIM-2005-1-23
( )
−−
−
−−
+−−
== −− 11
12
12
1 11
111
11
11 kk
ka
hmed kk
pVW
pεδ
λρρλε
ε
Donde:
1ppa = : Presión de compresión
2
1
VV=ε : Relación de compresión
2
3
pp
=λ : Grado de elevación de la presión durante el proceso de combustión
2
3
VV
=ρ : Expansión preliminar
3
1
VV
=δ : Expansión residual
1k : Coeficiente isentrópico de compresión
2k : Coeficiente isentrópico de expansión
La potencia indicada del motor es:
( )τn
hmed VpW 2º
=
Donde:
τ : Número de tiempos del motor, n : r.p.m.,
τn2
: Ciclos de trabajo por Segundo
MIM-2005-1-23
2.6 PARÁMETROS EFECTIVOS DEL MOTOR
Parte importante de la potencia indicada, lograda en el cilindro, es requerida para
mover todos y cada uno de los mecanismos y sistemas fundamentales y auxiliares
del motor. Lo anterior constituye característica propia y posible de medir de cada
motor y califica la eficiencia mecánica del motor, evaluada por el parámetro
Rendimiento Mecánico, definido como:
El rendimiento mecánico de la misma forma relaciona otros parámetros efectivos e
indicados entre sí, brindando la posibilidad de obtener unos a partir de otros, ya
sea con fines de determinación de sus valores o con fines de verificación
experimental de los mismos.
El par proporcionado por el motor ( M ) para cada velocidad (ω ), se determinará
proporcional al desplazamiento angular del eje del dinamómetro, para el cual se
equilibra el efecto de una carga externa debidamente calibrada.
Los valores de potencia efectiva se determinan a partir del torque medido para
cada velocidad:
El consumo horario de combustible ( hG ) se determina por la diferencia de masas
entre la cantidad que ingresa a la bomba de inyección y la cantidad retornada al
tanque.
indicadaPotenciafrenoalefectivaPotencia
W
W
i
o
e
o
m ==η
ω⋅= MWº
MIM-2005-1-23
El consumo específico de combustible:
De igual forma el rendimiento efectivo se puede determinar conociendo el poder
calorífico inferior del aceite ( PCI ):
El consumo de aire se determina proporcional a la caída de presión en placa de
orificio, diseñada y calibrada para tal fin.
º
W
Gg h
e =
he GPCI
W)(
º
=η
MIM-2005-1-23
3. VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL
3.1 BANCO DE PRUEBAS Para llevar a cabo el proceso de ensayo, se ha adecuado el banco de pruebas,
ilustrado en la figura 9, integrado por los siguientes sistemas:
Figura 9. Banco de pruebas, Laboratorio de Ingeniería Mecánica • Motor Diesel HATZ 1B30, monocilíndrico, de inyección directa, atmosférico, de
4 tiempos y refrigerado por aire (1).
• Sistema integrado de medición del par motor y velocidad de rotación,
compuesto por freno hidráulico (2) para aplicación de carga al motor, sensor
lineal (11) de desplazamiento de muelle (4) proporcional al par resistente,
tacómetro digital consistente en convertidor frecuencia-voltaje (5) de señal de
MIM-2005-1-23
pulsos generados por sensor de infrarrojos (3), sistema de acondicionamiento
de señales y de adquisición de datos (5) utilizando el programa LabVIEW (6).
• Sistema de medición de flujos de aire (8) y combustible (7)
• Sistema intercambiador de calor (12) operado con gases de combustión, para
el precalentamiento controlado de mezclas.
• Sistema de monitoreo y control de temperaturas (10).
• Sistema de muestreo de emisiones de material particulado (9), proporcionado
por el Departamento de Ingeniería Química.
3.1.1 Motor
Motor Diesel HATZ 1B30, ilustrado en la figura 10, catálogo técnico en el anexo 1
• Monocilíndrico
• Cuatro tiempos
• Aspiración natural
• Inyección directa
• Refrigeración por aire
• Relación de
compresión 1:22
• Cilindrada O,347
Litros
Figura 10. Motor Diesel HATZ 1B30
Fuente: Catálogo del fabricante
MIM-2005-1-23
3.1.2 Sistema integrado de medición del Par y Velocidad de rotación
3.1.2.1 Par Motor
El motor de combustión interna en general y el motor Diesel en particular,
funcionan en condiciones de régimen estacionario, por lo que deben responder a
las variaciones externas de carga, generando en cada instante un par torsor igual
al par resistente.
resistmotor MM =
La condición anterior conduce a la posibilidad de determinar el Par Motor a partir
de las características de carga que debe satisfacer, lo que conduce a medir el par
de resistencia al giro presentado por el dinamómetro hidráulico, utilizado en la
instalación para simular el entorno real de funcionamiento del motor.
El dinamómetro consiste en freno hidráulico diseñado y construido en dos
proyectos de grado anteriores, Benavides,1994 & Umaña, 2001. Consiste de un
impulsor hidráulico dentro de un estator y funciona de manera inversa a una
bomba rotodinámica; El flujo de agua sumado a un diferencial de presiones
(entrada y salida del flujo) crea resistencia sobre el rotor haciendo que este se
embrague a la campana del freno ó estator y disipe la potencia que le es
entregada por el motor. El sistema de alimentación hidráulico mostrado en la figura
11, se conecta a la línea de agua, por medio de válvulas reguladoras se controla el
flujo de entrada y salida y adicionalmente cuenta con válvula de alivio que permite
descargar completamente el freno una vez se requiere reiniciar la prueba.
MIM-2005-1-23
Figura 11. Dinamómetro hidráulico
Figura 12. Sistema medidor de Torque
MIM-2005-1-23
Utilizando un resorte calibrado para contrarrestar la reacción del freno hidráulico,
se puede medir el torque como función de las propiedades de deformación del
resorte, para lo cual ha sido acondicionado ejerciendo su acción siempre tangente
al disco externo de radio R y perpendicular al eje del dinamómetro.
2)( RklRkMMM resistmotor θ∆=∆===
La rigidez del resorte expresada por su módulo ( k = 892.52 N/m), ha sido
determinada obteniendo su curva esfuerzo-deformación mostrada en la figura 13.
Figura 13. Calibración del resorte
CALIBRACIÓN DE MUELLE
F = 892.52 L
R 2 = 0.9979
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0.05 0.1 0.15 0.2
DEFORMACIÓN (m)
FUE
RZA
(N
)
MIM-2005-1-23
El desplazamiento angular del dinamómetro θ∆ , ajustado a la deformación del
resorte l∆ , se mide proporcional a la señal de voltaje v ocasionada por un
potenciómetro lineal, instalado para tal fin sobre el eje.
Habiendo corroborado la linealidad del potenciómetro, conectado a una señal de 5
Voltios para un máximo giro de 250 grados, su característica )( θ∆= fv es:
Figura 14. Calibración del sistema de medición de Torque
SISTEMA DE MEDICIÓN DE TORQUE
M = 15.393V R2 = 0.9979
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
SEÑAL DEL POTENCIOMETRO (V)
TOR
QU
E (
N.M
)
RadVsdondesv /146.12505180
),( =⋅=∆=π
θ θθθ
MIM-2005-1-23
Por lo tanto el Par podría ser determinado como:
No obstante, como se muestra en la figura 14, la curva de calibración del sistema
en su conjunto arroja un resultado ligeramente mayor, situación que se explica por
la inercia causada al sistema por el freno hidráulico. Siendo esta la condición de
trabajo del sistema se adopta:
3.1.2.1 Velocidad de Rotación
Para medir el número de revoluciones por minuto n , se ha configurado un sistema
convertidor frecuencia-voltaje, del cual se obtiene una señal de voltaje entre 0 y 5
Voltios, proporcional a la cantidad de pulsos emitidos por un sensor infrarrojo en
su interacción con disco ranurado que rota con el eje del motor.
De la característica del convertidor LM 2907 proporcionada por el fabricante,
mostrado en la figura ¿?, se obtiene:
HzVfCRVsdondefsv polfff /),( ⋅⋅⋅==
Para valores nominales de polarización
FCKRVVpol µ01.0;100;10 =Ω== Se obtiene HzVs f /01.0=
θθθ
θ vvs
kRRkRlkM ⋅=⋅=⋅∆⋅=⋅∆⋅= 265.15
22
θvM ⋅= 393.15
MIM-2005-1-23
Figura 15. Circuito convertidor de Frecuencia a Voltaje LM 2907
Fuente: Catálogo National Instruments
El disco tiene 4 ranuras, por lo que en cada revolución se generan 4 pulsos. En
estas condiciones la frecuencia de la señal será:
fsvn
f =
=60
4 ; de donde: RPMvs
vn f
f
f ⋅=
= 150015
La precisión del tacómetro así construido es afectada por la tolerancia de R y C,
razón por la cual el sistema debió ser calibrado, comparando sus valores con los
de un torno CNC, obteniéndose la ecuación corregida:
RPMvn f⋅= 6.1451
MIM-2005-1-23
De esta forma se logran mediciones indirectas del par motor y de la velocidad de
rotación, la cual se muestra como n en RPM y se procesa como velocidad angular
ω en Rad/S para determinar la potencia efectiva en Vatios:
30
. nMMW e πω ⋅=⋅=
⋅
=
⋅
f
fe s
v
svkR
Wθ
θπ2
2
fe vvW ⋅⋅=⋅
θ93.2339
• Tarjeta de adquisición de datos
Figura 16. Tarjeta de adquisición de datos
MIM-2005-1-23
La configuración de la tarjeta obedece a la necesidad de recolectar digitalmente
los datos, de Par Motor y Velocidad de rotación. Adicionalmente se mide y controla
la Temperatura de precalentamiento del combustible cuando se utilizan mezclas
de aceite de palma.
Una vez obtenidas y adecuadas las señales analógicas, generadas por los
sensores, mediante convertidores análogo-digitales y convertidores de frecuencia
a voltaje, estas son digitalizadas con el PIC 16F877 y transmitidas PC mediante el
protocolo de transmisión serial RS232, para luego ser graficadas y almacenadas
por el programa de instrumentación virtual LABVIEW de la National Instruments.
Tanto el programa del PIC como el circuito virtual para el procesamiento de los
datos se contemplan en el anexo 2.
Figura 17. Diagrama de bloques, Sistema Tarjeta de Adquisición de datos
PIC
Datos análogos
Comunicación serial MAX 232
Puerto serie
Potenciómetro Medición del Par
Convertidor frecuencia- voltaje LM2907
Encoder
Temperatura
MIM-2005-1-23
El PIC 16F877, además de los módulos específicos de transmisión serial como el
Universal Synchronous, Asynchronous, Receiver, Transmitter (USART), posee el
módulo de conversión análogo digital. El módulo de transmisión serial fue
configurado para transmitir datos a una tasa de 9600bps, lo que para las 3
variables objeto de adquisición permite una frecuencia de muestreo de 400 datos
por segundo. Este módulo se interconecta con el PC a través del circuito integrado
MAX232 que convierte los datos con niveles digitales TTL al formato RS232. El
convertidor análogo digital posee 10 bits de resolución (1024 valores posibles) y
ocho canales multiplexados, permitiendo tomar hasta 8 señales diferentes cada 1
milisegundo, en un rango de voltaje de 0 a 5 Voltios.
3.1.3 Medición del Consumo de Combustible y Aire
3.1.3.1 Consumo de Combustible
Figura 18. Medición consumo de combustible
MIM-2005-1-23
Consumo Horario- El parámetro aceptado para medir consumo de combustible es
el gasto másico por hora ( hG ), del cual se ha optado por su medición directa,
utilizando una balanza electrónica que para cada régimen seleccionado de
funcionamiento del motor, registra con resolución de 0.01 g el combustible
consumido durante 4 minutos.
Consumo Específico de Combustible- La cantidad de combustible consumida por
el motor para producir la unidad de energía, o la cantidad de combustible para
proporcionar la unidad de potencia durante una hora, se determina calculando el
valor efectivo del consumo específico de combustible:
⋅=e
he
W
Gg
• Rendimiento Térmico del motor
Una vez conocido el Poder Calorífico Inferior (PCI) del combustible se calcula el
Rendimiento Efectivo del motor
ehe gPCIGPCI
W)(
1)(
=⋅
=⋅
η
3.1.3.2 Consumo de Aire
Para la medición del flujo de entrada de aire al motor se ha utilizado el
anemómetro descrito a continuación, instrumento estándar que permite la
visualización y registro de datos tanto de caudal como de velocidad del aire para
determinada sección de paso. Como se muestra en la figura 19, fue necesario
utilizar un recipiente amplio y rígido, acumulador de presión, para amortiguar
MIM-2005-1-23
pequeñas fluctuaciones en la medición, debidas al carácter pulsatorio la succión,
provocado por la frecuencia de oscilación del pistón.
Anemómetro
Fabricante: Extech Instruments
Termo-anemómetro de aletas registrador, modelo 451126
Interfaz puerto serial RS-232 para PC
Rango de velocidad del aire: 0,3 hasta 45 m/s, con resolución de 0,01 y precisión
de 3,0 %.
Figura 19. Medición consumo de aire
MIM-2005-1-23
Para el monitoreo y registro de temperatura ambiente y humedad relativa, exigido
por la norma en la realización de cada prueba, se utilizó medidor digital de
Humedad Relativa y Temperatura de las siguientes características técnicas:
Rango de medición
Humedad Relativa, 10% hasta 95%, resolución de 0,1% y precisión de 3,0%
Temperatura: -20ºC hasta 60 ºC, resolución de 0,1 ºC y precisión de 0,8 ºC.
3.1.4 Medición de emisiones de material particulado
Figura 20. Equipo de muestreo de PM10.
MIM-2005-1-23
Para la realización de pruebas comparativas de emisión de partículas, se ha
utilizado equipo de muestreo fabricado por el Departamento de Ingeniería Química
de la Universidad de los Andes, cuyo funcionamiento se funda en la integración los
siguientes elementos:
• Sonda aplicada al múltiple de escape del motor.
• Bomba de succión de gases de escape.
• Sistema de porta filtros o trampa de muestreo.
• Rotámetro, termostato y un timer.
El protocolo de prueba rigurosamente observado en la obtención de datos, ha sido
extractado de la guía contenida en el anexo 3, “Procedimiento de Muestreo de
Emisiones por Filtración” del profesor Néstor Rojas, profesor asistente del
Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de los Andes.
Figura 21. Balanza para pesaje de filtros y Desecador.
MIM-2005-1-23
Para el almacenamiento y acondicionamiento de los filtros, se preparó un
desecador para garantizar humedad relativa constante, entre de 30-40%, con una
variación máxima de ±5 y temperatura constante de 20 ± 2°C.
La cantidad de material particulado en el filtro se ha determinado por diferencia de
pesos, utilizado balanza de alta precisión (± 0.0001g ), acondicionada de acuerdo
con las condiciones físicas exigidas en el protocolo.
Figura 22. Filtros PM10
Calculo de la concentración
La concentración de partículas emitidas por el motor operando con cada una de
las mezclas objeto de análisis, se determina midiendo la cantidad másica ( m )
MIM-2005-1-23
atrapada en el filtro, de un flujo de muestreo ( Q ), establecido durante un tiempo
determinado.
tQm
C*
=
3.1.5 Sistema de precalentamiento de combustible Las condiciones físicas de presentación del aceite de palma, generan la necesidad
de precalentar sus mezclas por encima de su punto de fusión.
Para efectos de experimentación se puede utilizar cualquier fuente y forma de
calentamiento, no obstante como guía práctica para la utilización de los gases de
combustión del motor, se ha diseñado un sistema de intercambiador de calor en el
que se controla la temperatura del combustible, regulando el flujo de gases que lo
alimenta.
Figura 23. Intercambiador de calor para precalentamiento de mezclas
MIM-2005-1-23
Precalentamiento de la mezcla
20
25
30
35
40
45
50
55
0 2 4 6 8 10 12 14Par a 3000 rpm (N.m)
Tem
pera
tura
Mez
cla
(ºC
)
Figura 24. Temperatura de entrada de la mezcla en función del régimen de carga del motor
3.2 DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO
La norma técnica colombiana NTC 1930 especifica el método de ensayo de
motores, para evaluación de su funcionamiento, particularmente para obtener
curvas de potencia y consumo a plena carga en función de la frecuencia de
rotación del motor. Tanto la configuración del banco de pruebas finalmente
implementado, como las características de todos y cada uno de sus sistemas de
medición, al igual que los procedimientos llevados a cabo han obedecido a las
exigencias que establece la norma en cuanto a:
MIM-2005-1-23
• Características del equipo de acondicionamiento del motor y de los
instrumentos de medición.
• Condiciones y procedimiento de ensayo. Condiciones de instalación y
condiciones atmosféricas.
• Variables de objeto de medición, procedimiento de toma de datos, factores de
corrección.
• Informe de ensayo
El procedimiento tradicional para obtener características de velocidad, consiste en
fijar un régimen de velocidad, para el cual actuando sobre el dinamómetro, se
aplica y registra determinada carga, registrando además la posición del acelerador
para la cual se logra recuperar y mantener la velocidad constante. Al incrementar
la carga a un nuevo régimen seleccionado será necesaria una nueva posición del
acelerador, logrando un nuevo registro de par motor y posición del acelerador para
la misma velocidad. En esta secuencia de incrementos de carga y alimentación
manteniendo la velocidad constante, se llega al máximo torque, para el 100% de
alimentación. Al repetir el proceso anterior para otros regímenes de velocidad, se
obtiene una familia de curvas que expresan la respuesta del motor en Torque
como función de la frecuencia de rotación.
Con el procedimiento descrito se asegura el desempeño máximo del motor para
cada velocidad, no obstante se hace extenso y exigente para el mismo. De otro
lado así se esté realizando el registro de datos electrónicamente, en su precisión y
confiabilidad ingresa la subjetividad propia de la intervención del experimentador,
al tener que fijar el instante de lectura y registro de valores, instante en el que
considera que se ha alcanzado el funcionamiento estable del motor (régimen
estacionario).
Gracias a las bondades del sistema electrónico de adquisición de datos, el cual
permite el registro de las señales de velocidad de rotación y torque, con una rata
MIM-2005-1-23
de muestreo de 400 datos por segundo, se simplifica la metodología de realización
del experimento adoptando el siguiente procedimiento:
Partiendo del régimen de marcha mínima, se cambia a la posición de máxima
alimentación del acelerador, logrando máxima velocidad; a continuación actuando
sobre el dinamómetro se incrementa progresivamente la carga, causando por lo
tanto la disminución progresiva de la velocidad; una vez el torque se hace máximo,
se inicia la descarga progresiva del freno, permitiendo el aumento de velocidad
hasta el estado inicial. De esta forma se hace un barrido y registro de valores de
par motor en función de la frecuencia de rotación para el régimen de máxima
alimentación, obteniéndose la denominada característica externa de velocidad. Si
se repite el procedimiento para posiciones diferentes del acelerador, se obtienen
curvas menores, indicadores de regimenes parciales de desempeño del motor.
El procesamiento de los datos adquiridos, consiste en su organización y
determinación de valores medios de torque para cada velocidad registrada. Las
curvas obtenidas son por lo tanto de medias de torque en función de la velocidad.
Los valores de Potencia Efectiva o Potencia Neta se determinan a partir de los
valores de Par Motor medidos para cada velocidad.
La inercia de los sistemas de flujo, aire y combustible, no brindan confiabilidad en
los valores instantáneos registrados, en especial el flujo de combustible por su
lentitud de cambio y dificultades para registrarlo. Se prefirió atendiendo al
procedimiento tradicional, registrar valores promedio de consumo, midiendo
cambios de masa del tanque auxiliar de combustible, durante intervalos de 4
minutos para cada uno de 10 regímenes de funcionamiento seleccionados.
ωMW =º
MIM-2005-1-23
El consumo horario de combustible ( hG ), por lo tanto se determina por la
diferencia de masas entre la cantidad que ingresa a la bomba de inyección y la
cantidad retornada al tanque. Una vez determinados los valores de consumo y
potencia para cada régimen de funcionamiento, se determina el consumo
específico de combustible.
De igual forma el rendimiento efectivo o eficiencia neta del motor determina,
conociendo el poder calorífico inferior ( PCI ) de cada mezcla.
Para comparar el desempeño del motor funcionando con diferentes mezclas y con
los datos proporcionadas por el fabricante, se adopta la característica externa de
velocidad, sin embargo para examinar tendencias de respuesta, son también de
utilidad en las características parciales de velocidad.
Para efectos de reportar cuantitativamente el análisis comparativo de desempeño
del motor con las mezclas propuestas, se han seleccionado los siguientes
regímenes de funcionamiento:
• Régimen de Par Máximo, maxM .
• Régimen de Mínimo Consumo Específico de combustible, ming .
• Régimen de Potencia Máxima, max
W .
El análisis para cualquier otro régimen de funcionamiento, se puede adelantar
consultando las bases de datos registrados y procesados para la construcción de
las curvas características de velocidad.
º
W
Gg h
e =
ehe gPCIGPCI
W)(
1)(
=⋅
=⋅
η
MIM-2005-1-23
Siendo la generación de carbonilla, el problema tóxico por excelencia del motor
Diesel, de igual manera conocida la tendencia de los aceites vegetales a producir
residuos carbonosos, el análisis de características de emisiones se centra en la
determinación de las emisiones de material particulado.
Se seleccionaron al azar 3 regimenes de Velocidad, operando a un valor de torque
correspondiente al 70% del máximo proporcionado por el ACPM. Para efectos de
comparación se obtuvieron 3 filtros de sendas corridas de 4 minutos con cada
mezcla, fijando en el equipo un flujo de muestreo de 5 litros por segundo, en los
mismos regímenes de igual potencia seleccionados. El promedio de los 3 filtros
PM10 obtenidos para cada mezcla permite determinar la concentración media de
partículas en cada régimen.
MIM-2005-1-23
4 RESULTADOS
4.1 DISEÑO EXPERIMENTAL
De acuerdo con la naturaleza del ensayo y procedimiento seguido en su
realización, el experimento sigue un diseño completamente aleatorio donde el tipo
de mezcla constituye el único factor de interés, bajo la influencia de un conjunto de
efectos al azar.
Factor de control Contenido de aceite de palma en la mezcla
Niveles
• Mezcla 0, ACPM sin mezclar, • Mezcla 50, 50% aceite de palma • Mezcla 80, 80% aceite de palma • Mezcla 75, 75% aceite de palma
Variables respuesta
• Par • Potencia • Consumo de combustible • Cantidad de material particulado
Tabla 2. Planeación del experimento
Teniendo certeza de la no existencia de otras fuentes de variabilidad, para cada
nivel de mezcla se realizaron 3 corridas de forma completamente al azar,
buscando con ello minimizar el error debido principalmente a condiciones
atmosféricas y asegurar un ambiente aproximadamente uniforme. Para la
medición de Par y Potencia se realizaron corridas, consistentes en el barrido de
valores de Torque y RPM con una frecuencia de muestreo de 400 datos por
segundo. Para medición de consumo se hicieron igualmente 3 corridas para 10
regímenes seleccionados al azar y para la medición de material particulado 3
corridas para tres regímenes de carga elegidos también al azar.
MIM-2005-1-23
El análisis de varianza permite determinar el efecto del nivel de mezcla en los
valores obtenidos de los parámetros del motor. La realización de observaciones se
ajusta al modelo ijiijY ετµ ++= , Siendo µ la media global de las mezclas, con error
aleatorio y experimental ijε . El efecto del porcentaje de mezcla se evalúa por la
diferencia de medias ii µµτ −= . Teniendo en cuenta la cantidad de datos que se
obtienen en cada corrida, la comprobación de hipótesis se hace con ayuda del
programa MINITAB
Inicialmente se evalúa la normalidad de los residuales de los datos y la existencia
de diferencias significativas entre varianzas.
Figura 25. Pruebas de normalidad de Kolmogorov-Smirnov
MIM-2005-1-23
De la prueba de normalidad de los residuales para los datos de torque, se puede
apreciar que estos no tienen un comportamiento normal debido al valor de 0.010
de p-value rechazando la hipótesis nula para un nivel de significancia del 95%.
Figura 26. Prueba de varianza de Levene
De la prueba de varianza ilustrada se concluye que los datos no tienen una
varianza con un comportamiento estadísticamente constante. En efecto el valor 0
del p-value rechaza la hipótesis nula a un nivel de significancia del 95%.
En conclusión los porcentajes de mezcla si tienen incidencia significativa en las
variables de salida, efecto que es objeto de estudio. El análisis de varianza resulta
no apropiado. Se opta por establecer la dependencia entre las medias de las
variables de respuesta en función de la velocidad del motor, tal como se ilustra a
continuación para los datos de torque, para intervalos de confianza del 95%.
MIM-2005-1-23
Figura 27. Valores medios de torque en función de la velocidad del motor.
4.2 CARACTERÍSTICAS DE VELOCIDAD
4.2.1 ACPM
ACPM
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n (RPM)
Pot
encia Efectiva (
W)
Figura 28. Potencia Efectiva ACPM
MIM-2005-1-23
ACPM
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n (RPM)
Par
Mot
or (
N.m
)
Figura 29. Par Motor ACPM
ACPM
240
260
280
300
320
340
360
1500 2000 2500 3000 3500
n RPM
Con
sum
o E
spec
ífico
(g/kW
h)
Figura 30. Consumo Específico de combustible
MIM-2005-1-23
4.2.2 Mezcla 50
MEZCLA 50
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1500 2000 2500 3000 3500 4000
N (RPM)
Pot
enci
a Efe
ctiv
a (W
)
Figura 31. Potencia Efectiva Mezcla 50
MEZCLA 50
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n (RPM)
Par
Mot
or (
N.m
)
Figura 32. Par Motor Mezcla 50
MIM-2005-1-23
MEZCLA 50
240
260
280
300
320
340
360
1500 2000 2500 3000 3500
n (RPM)
Con
sum
o Esp
ecífi
co (g
/kW
h)
Figura 33. Consumo Específico de Combustible Mezcla 50
4.2.3 Mezcla 80
MEZCLA 80
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n (RPM)
Pot
enci
a Efe
ctiv
a (W
)
Figura 34. Potencia Efectiva Mezcla 80
MIM-2005-1-23
MEZCLA 80
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n ( RPM)
Par
Mot
or (
N.m
)
Figura 35. Par Motor Mezcla 80
MEZCLA 80
240
260
280
300
320
340
360
1500 2000 2500 3000 3500
n (RPM)
Con
sum
o Esp
ecífico
(g/kW
h)
Figura 36. Consumo Específico de Combustible Mezcla 80
MIM-2005-1-23
4.2.4 Curvas de Comparación
Comparación
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n (RPM)
Pot
enci
a Efe
ctiv
a (W
)
ACPM Mezcla 50 Mezcla 80
Figura 37. Característica Externa de Velocidad – Comparación por Potencia Efectiva
Comparación
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1500 2000 2500 3000 3500 4000
n (RPM)
Par
Mot
or (
N.m
)
ACPM Mezcla 50 Mezcla 80
Figura 38 Característica Externa de Velocidad – Comparación por Par Efectivo
MIM-2005-1-23
Comparación
240
260
280
300
320
340
360
1500 2000 2500 3000 3500n (RPM)
Con
sum
o E
spec
ífico
(g/k
Wh)
Mezcla 80 ACPM Mezcla 50
Figura 39. Característica Externa de Velocidad – Comparación por Consumo Específico Efectivo
Consumo Específico de Combustible
02468
1736
1984
2201
2387
2511
2635
2821
3007
3193
3410
n (RPM)
Var
iaci
ón
(%)
Mezcla 50 Mezcla 80
Figura 40. Consumo Específico – Variación con respecto al ACPM
MIM-2005-1-23
4.3 PARÁMETROS EFECTIVOS
Par Máximo Potencia Máxima Consumo Mínimo
(N.m)
Var.
(%) RPM (W)
Var.
(%) RPM (g/kWh)
Var.
(%) RPM
ACPM 15,96 2201 4467 3286 240 2356
Mezcla 50 14,8 -7,3 2046 4187 -6,3 3224 237 1,1 2294
Mezcla 80 13,94
-
12,7 2015 3819 -14,5 3131 235 2,2 2232
Tabla 3 Parámetros Efectivos – Regímenes seleccionados
Parámetro Efectivos
Torque
Consumo
Potencia
-20
-15
-10
-5
0
5
2015
2046
2232
2294
3131
3224
n (RPM)
Var
iaci
ón
(%)
Mezcla 80 Mezcla 50
Figura 41. Parámetros Efectivos – Variación con respecto al ACPM
MIM-2005-1-23
4.4 EMISIÓN DE PARTÍCULAS
Régimen ACPM Mezcla 50 Mezcla 80
RPM Par Poten Conc
T
gas Conc Variac
T
gas Conc Variac
T
gas
N.m W g/m^3 ºC g/m^3 % ºC g/m^3 % ºC
1 1798 11 2066 0,0381 276 0,0452 18,64 275 0,0471 23,62 278
2 2418 11 2760 0,0447 292 0,0542 21,25 302 0,0575 28,64 308
3 3007 9,8 3085 0,0524 298 0,0671 28,05 321 0,0718 37,02 317
Tabla 4. Emisiones de Material Particulado
Material Particulado
0
0,02
0,04
0,06
0,08
1798 2418 3007n (RPM)
Co
nce
ntr
ació
n
(g/m
^3)
ACPM Mezcla 50 Mezcla 80
Figura 42. Emisiones de Material Particulado
MIM-2005-1-23
Material Particulado
18,6 21,328,1
23,628,6
37,0
0
10
20
30
40
1798 2418 3007n (RPM)
Var
iaci
ón
(%)
Mezcla 50 Mezcla 80
Figura 43.Emisiones de Material Particulado - Variación con respecto al ACPM
4.5 CARACTERIZACIÓN DE MEZCLAS
Densidad Viscosidad P. inf P.Nube
(g/ml) (cPs) ºC ºC
40 ºC 60 ºC 40 ºC 60 ºC
Aceite 0,906 0,895 41,00 11,00 300 40
Mez 80 0,884 0,876 28,17 7,88 108 29
Mez 75 0,880 0,867 15,64 6,53 28 28
Mez50 0,863 0,853 6,85 3,88 74 26
ACPM 0,827 0,819 1,69 1,16 68 - Tabla 5. Caracterización de mezclas. Laboratorio de Química Universidad de Los Andes
MIM-2005-1-23
Viscosidad de la mezcla
0
10
20
30
40
50
0 25 50 75 100 125Contenido de aceite de palma (%)
Vis
cosi
dad
(cP
s)
T= 40 ºC T= 60 ºC
Figura 44. Viscosidad en función del contenido de aceite
Figura 45. Viscosidad en función del precalentamiento
Precalentamiento de la mezcla
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
40 60Temperatura (ºC)
Vis
cosi
dad
(cP
s)
Aceite Mezc 80 Mezc 75 Mezc 50 ACPM
MIM-2005-1-23
Figura 46. Temperaturas límite de la mezcla
Temperaturas límite
050
100
150
200
250
300
350
0 25 50 75 100 125 Contenido aceite de palma (%)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Punto de flama Punto de nube
MIM-2005-1-23
5 INTERPRETACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Las características de velocidad ilustradas en las figuras 28, 29 y 30, obtenidas
para el motor funcionando con ACPM, además de reflejar su estado actual de
desempeño, constituyen indicadores y herramientas de interpretación y análisis
comparativo de la respuesta del motor alimentado con las mezclas.
Se observa que los valores medios de torque y potencia obtenidos para cada
régimen de trabajo seleccionado, se diferencian de los proporcionados por el
fabricante del motor en porcentajes hasta del 20%. Sin embargo la tendencia o
respuesta del motor, expresada en la forma típica de la curva característica de
velocidad si coincide plenamente.
Las diferencias cuantitativas se justifican principalmente por las condiciones
atmosféricas del ensayo. Los datos suministrados por el fabricante se ajustan a los
regimenes de ensayo contemplados en la norma DIN ISO 346, a saber
condiciones atmosféricas de 100 metros sobre el nivel del mar, temperatura de
25oC y humedad relativa del 30%.
Otro aspecto de interés consiste en el desplazamiento de los máximos tanto de
consumo específico de combustible, como de potencia, habiendo sido logrados a
mayores velocidades, situación que se explica fundamentalmente por la diferencia
de condiciones atmosféricas en que transcurre el ensayo y por el estado de
sincronización y funcionamiento que presenta actualmente el motor.
La respuesta del motor expresada no como su capacidad para proporcionar cierto
valor de potencia, si no como su capacidad de reacción para adaptarse a las
MIM-2005-1-23
variaciones de carga, se refleja en la forma que toman las curvas de torque y
potencia para diferentes regimenes de velocidad; en este sentido la coincidencia
con la forma típica es aún más significativa, situación que para efectos de
comparación de desempeño con otras mezclas de combustible, constituye una
excelente herramienta.
Características similares de iguales ensayos, se han obtenido para las mezclas 50
Y 80; se presentan por separado e integradas en una sola gráfica para
comparación con el ACPM.
La mezcla 75 con su contenido de 5% de alcohol ocasionó comportamiento del
motor totalmente irregular, caracterizado por combustión intermitente en general
en todos los regímenes de marcha, capacidad de torque ampliamente fluctuante e
imposibilidad para mantener un régimen de carga estable durante cortos intervalos
de tiempo. Lo anterior no permitió medición repetible alguna, que fuera objeto de
promedio confiable y por lo tanto de presentación de valores objetivos.
Variando las condiciones de ensayo en cuanto a porcentaje de alcohol, presión y
temperatura de entrada se logró funcionamiento de aceptable continuidad en
algunos intervalos de carga, lo que es objeto de interpretación y análisis de
resultados. No obstante la irregularidad de funcionamiento causada al motor, no
permitió corridas completas en el régimen de plena carga, que pudieran ser
promediadas, para efectos de comparación con el ACPM y con las demás
mezclas.
En general el comportamiento del proceso de combustión, reflejado en el
desempeño del motor, fue estable, sin altibajos y sin intermitencia, tanto para el
ACPM como para las mezclas con 50% y 80% de aceite de palma. Otra situación
bien diferente se obtuvo con la mezcla al 75% de aceite de palma, 20% de ACPM
y 5% de alcohol, para la cual el proceso de combustión fue definitivamente
MIM-2005-1-23
anómalo, con alto grado de intermitencia, reflejado en la inestabilidad de
funcionamiento del motor y en la imposibilidad de sostener regímenes de carga de
mediana exigencia. Solo para mezclas por debajo del 3%, pero aumentando la
presión de trabajo del sistema de alimentación, generando diferencias de altura
cercanas a los 2 metros entre entrada y retorno, acción además complementada
con la disminución al límite de la temperatura de ingreso del combustible, se logró
mantener el proceso para regímenes parciales de carga; No obstante al aumentar
la exigencia con mayores regímenes de carga, la aparición de combustión
intermitente con su manifestación externa de burbujeo, testificaron la irregularidad
del proceso y brusca disminución de la potencia. Dada la alteración sufrida por el
proceso de combustión y ante la certeza de afrontar un régimen de funcionamiento
poco seguro para el sistema de inyección del motor, se desistió en la continuación
de experimentación con este tipo de mezcla.
De importancia reportar en este informe lo observado con el parámetro ( ϕddp / ),
rigidez del proceso de combustión, o velocidad de crecimiento de la presión
durante la etapa de combustión acelerada. Esta característica manifiesta
externamente por la intensidad y frecuencia del ruido, se encuentra que disminuye
a medida que aumentan los porcentajes de aceite de palma en la mezcla,
obteniéndose con la mezcla 80 un funcionamiento inusualmente suave y
silencioso del motor.
En correspondencia con lo anterior las curvas características de menores valores
medios pero de mayor grado de curvatura, obtenidas para las mezclas 50 y 80,
testifican como en efecto se observó, una mejor maniobrabilidad del motor
(rapidez de reacción) en regímenes de carga a bajas revoluciones. Esta respuesta
sin embargo no se mantiene a mayores velocidades, desmejora sensiblemente y
se expresa en disminución de la potencia a medida que crece la frecuencia de
rotación.
MIM-2005-1-23
Consecuencias de este desempeño del motor se expresan en peores valores de
sus parámetros efectivos, registrados en la tabla 3 y en las figuras 37-41. Se
muestra en ellas, como para los mayores porcentajes de aceite de palma, los
valores máximos de torque y potencia disminuyen, mientras que se incrementan
los de consumo específico de combustible; Igualmente se muestra como estos
valores máximos se alcanzan a menores velocidades, tendencia también
manifiesta en las curvas obtenidas.
El consumo específico de combustible no presenta en sus valores grandes
diferencias; en especial en los regímenes de menor velocidad no se aprecian
tendencias ni diferencias significativas, no obstante las figuras 39 y 40 expresan
como tendencia importante el aumento de consumo para cargas a mayores
frecuencias de rotación.
La tabla 4 y figuras 42 y 43, consignan valores de concentración de material
particulado, que muestran como la emisión de partículas debida a las mezclas del
aceite de palma es mayor que las ocasionadas por el ACPM. Esta tendencia de
las mezclas a generar carbonilla durante su combustión, se incrementa para
regímenes de mayor velocidad y carga, a medida que aumenta en ellas el
porcentaje de aceite, alcanzando incrementos hasta de un 37% para la mezcla 80
en regímenes cercanos al de velocidad nominal. Comportamiento correspondiente
y similar se registra de las temperaturas de culata del motor y de las temperaturas
de los gases de combustión.
La respuesta o desempeño del motor plasmada en sus curvas características y
valores alcanzados por sus parámetros efectivos, para cada una de las mezclas,
es el reflejo del proceso de combustión que en el se ha llevado a cabo. Para
efectos de interpretación y análisis de resultados se acoge el modelo gráfico de
combustión )(ϕfp = y )(ϕσ f= , diagrama indicado de la figura 1, antes descrito.
MIM-2005-1-23
Existe una amplia gama de factores químicos y físicos que influyen
significativamente en el proceso de combustión, que por lo tanto se expresan en él
y explican los resultados obtenidos. Ante la diversidad de factores y efectos sobre
el proceso, el modelo gráfico permite agruparlos en dos; de un lado, aquellos que
inciden en la inyección del combustible, en cada una de su etapas de compresión,
pulverización, formación del dardo, hasta llegar a la inflamación del mismo y de
otro lado aquellos que inciden directamente en el desarrollo de la combustión una
vez iniciada.
Propiedades físicas del aceite de palma como su mayor densidad, viscosidad,
tensión superficial, dificultan la optimización de su inyección, dilatando en últimas
la inflamación de la mezcla y afectando por lo tanto el posterior desarrollo del
proceso de combustión. El efecto de estas propiedades así como la disminución
del Número de Cetano, debido a la presencia de alcohol en las mezclas, se ilustra
en la figura 5, para una mezcla hipotética (Mezcla 1) con estas características.
Se muestra allí como al dilatarse la etapa de inflamación (aumento de iθ ), la
cantidad de combustible acumulado e inicialmente inflamado ( iσ ) aumenta, hecho
que se transfiere en un proceso de combustión más rígido, es decir de mayor
rapidez de crecimiento de la presión ( ϕddp / ), lográndose presiones de
combustión muy altas y anticipadas (muy cerca del punto muerto superior), hecho
que exige críticamente el mecanismo sin que se obtenga mayor potencia. Cabe
agregar como consecuencia, que en el posterior desarrollo de la combustión de
las mezclas de aceite de palma se generan zonas muy ricas en combustible,
propias para la formación de material particulado. Aunque no se examinó en este
trabajo, las mayores temperaturas de combustión registradas podrían favorecer la
formación de óxidos de nitrógeno.
MIM-2005-1-23
En contraposición con lo anterior, otras propiedades del aceite de palma como la
mayor compresibilidad isotérmica o modulo volumétrico a menores temperaturas,
como se consigna en 2.2.2.2, genera mayor rata de crecimiento de la presión
durante la compresión de la mezcla a inyectar, hecho que disminuye el tiempo de
inyección y la adelanta, de forma equivalente a la acción del sistema de avance de
la inyección.
Lo anterior, al igual que el mayor Número de Cetano del aceite de palma, o una
mejor pulverización y penetración del combustible, contribuyen a una mas fácil
inflamación, disminuyendo el retraso de la inflamación y por lo tanto la cantidad de
combustible que inicialmente se inflama. Como consecuencia, tal como se ilustra
en la figura 6, para una mezcla hipotética (Mezcla 2) con estas características, se
obtiene un funcionamiento suave del motor, con valores de crecimiento de la
presión ( ϕddp / ) relativamente bajos, situación que en caso de extremarse podría
ocasionar procesos de baja intensidad, usualmente traducidos en bajas y muy
tardías presiones, como resultado el funcionamiento anómalo del motor con su
consecuente pérdida de potencia, mayores consumos y mayor emisión de
partículas debidos a combustión incompleta.
Como se consignó anteriormente, la propiedad que determina finalmente la
configuración del dardo de combustible es su tensión superficial. En efecto el
rompimiento de las gotas de combustible depende de las características de las
ondas superficiales, que a su vez son gobernadas por esta propiedad, siendo
secundario el efecto de su viscosidad y densidad. La viscosidad extrema
característica del aceite de palma, afecta el grado de pulverización y la
usualmente mayor densidad de los aceites afecta el poder de penetración del
dardo inyectado en el aire comprimido.
La vaporización que debe sufrir el aceite inyectado como premisa indispensable
para su inflamación, también se ve afectada por un mayor requerimiento de calor.
MIM-2005-1-23
De acuerdo con Peterson (Peterson C.L, 1991), la mayor tensión superficial del
aceite de palma genera gotas más grandes, lo que se expresa en su mayor calor
de vaporización, mayores temperaturas de ebullición y temperaturas críticas
cercanas a los 490 º C, en contraste con los apenas 385 º C del ACPM.
Cada uno de los procesos que deben realizarse en desarrollo de la combustión,
para las condiciones de cada mezcla, requieren de un tiempo para llevarse a cabo,
sin embargo su desarrollo y oportunidad no se juzga por tiempo, de la misma
manera como el control del proceso tampoco se realiza por tiempo sino por
geometría (ángulo de giro del cigüeñal), razón por la cual los cambios de régimen
del motor y particularmente los cambios en su frecuencia de rotación, también
alteran la plenitud y oportunidad del proceso de combustión.
La frecuencia de rotación es ciertamente, el parámetro de mayor variación e
incidencia en la combustión. El control del proceso de combustión, ajustado a las
variaciones velocidad del motor se hace indispensable para su funcionamiento. En
efecto al aumentar la velocidad del motor el proceso de inflamación se dilata,
acumulando combustible a ser inflamado, no obstante a diferencia de lo mostrado
en el caso inflamación atrasada de la figura 5, la rigidez no es alta, tampoco los
valores de presión alcanzados, puesto que el mismo proceso difusivo de
combustión al llevarse a cabo a mayores volúmenes, también se retrasa y debilita,
ocasionando nuevamente combustión incompleta, manifiesta en perdida de
potencia y aumento de emisión de partículas.
Es aquí donde normalmente actúa el regulador adelantando el avance de la
inyección a medida que aumenta la frecuencia de rotación, intentando mantener el
proceso oportuno y por lo tanto óptimo. La característica del regulador o ley de
avance de la inyección en función de la frecuencia de rotación, ha sido diseñada
de acuerdo con las propiedades del combustible convencional, en este caso el
ACPM. Atendiendo a los resultados y a la observación del ensayo, la rata de
MIM-2005-1-23
avance de la inyección no es suficiente para las mezclas de aceite de palma, estas
exigen una variación más rápida del avance de la inyección para mantener óptimo
el proceso de combustión a mayores velocidades del motor, exigencias que
obviamente no se satisfacen a cabalidad para cada mezcla.
Lo anterior, explica las mayores diferencias que en valores de potencia se
obtienen para las mezclas de aceite de palma con relación al ACPM, en los
regímenes de mayor velocidad. De igual forma lo anterior explica el aumento del
consumo específico del combustible y por lo tanto la pérdida de eficiencia del
motor a medida que crece su frecuencia de rotación. En general el peor
desempeño del motor a altas velocidades, explica también el desplazamiento de
las curvas y por lo tanto el logro de máximos de menor valor y a menores
velocidades a medida que aumenta el contenido de aceite de palma en la mezcla.
De otro lado, para estos regímenes de mayor velocidad, la alteración de las
condiciones optimas de tiempo, presión y temperatura, para el desarrollo de la
combustión, explican la generación de carbonilla, ocasionando altas temperaturas
favoreciendo la formación de óxidos de nitrógeno.
MIM-2005-1-23
6 CONCLUSIONES
La verificación experimental de elementos teóricos acumulados e hipótesis
propuestas y la experiencia práctica misma, acumulada durante la realización
del presente trabajo, permiten concluir positivamente la posibilidad de
utilización de aceites vegetales, atendiendo a procesos de mayor viabilidad
económica que el de transesterificación y de menor trascendencia tecnológica
en cuanto a modificaciones del motor.
Las dificultades presentadas en el ensayo y específicamente en el desempeño
del motor, coinciden con lo encontrado en estudios anteriores, en el sentido de
que la respuesta del motor de inyección directa empeora cuando se trabaja con
aceites no modificados. A pesar de las limitantes relacionadas con el tipo de
motor, las modificaciones ligeras llevadas a cabo, han permitido acercar las
propiedades físicas del aceite de palma, a las condiciones del sistema de
alimentación. No ocurre lo mismo con el efecto tanto físico como químico del
alcohol utilizado, para el cual el mejoramiento del factor viscosidad del aceite,
no compensa su perdida de inflamabilidad, causando además vaporización y
disociación de la mezcla en el sistema de alimentación. Al contrario de los
motores a gasolina, en los Diesel seguirá siendo recomendable solo
porcentajes menores al 1%, para mejorar las propiedades anticongelantes allí
donde las condiciones climáticas lo exijan.
De acuerdo con los resultados de esta prueba de corta duración, niveles de
mezcla hasta del 80% de aceite de palma, tienen un aceptable desempeño
también en los motores Diesel mas difundidos, como son los de inyección
directa; A pesar de esto, al considerar las dificultades prácticas para el
precalentamiento del combustible, sumadas a las categóricas exigencias de
mantenimiento dispendioso y frecuente, emanadas de la experiencia de
pruebas de larga duración realizadas con aceites no modificados, se
MIM-2005-1-23
recomienda la utilización de porcentajes de aceite inferiores al 50%; niveles
superiores solo en casos extremos y temporalmente.
La utilización de niveles de mezcla superiores al 30%, exigen como única pero
indispensable condición la modificación del sistema de alimentación
consistente en:
o Presurización del sistema de transferencia y suministro de combustible.
o Implementación de un sistema de precalentamiento del combustible para
mantener temperaturas de entrada cercanas a los 50 ºC. Es técnicamente
viable la utilización de gases de combustión, en intercambiadores de calor
que comprometan no más del 10% en pérdidas de presión.
Un mayor grado en la optimización de condiciones para el mejor desempeño
del motor, amerita un estudio tendiente al rediseño del sistema de regulación
del avance la inyección en función de la frecuencia de rotación, acorde con las
propiedades del aceite de palma. De un trabajo semejante se tiene certeza que
producirá resultados de interés para el optimizar el desempeño de mezclas de
biocombustibles.
MIM-2005-1-23
7 REFERENCIAS
• Gumpon Prateepchaikui and Teerawat Apichato. Palm Oil as a Fuel for
Agricultural Diesel Engines: Comparative Testing against Diesel Oil. Songkla
University, Hat Yai, Songkla 90112, Thailand. SONGKLANAKARIN Journal of
science and technology Vol. 25 No. 3 May-June 2003.
• Hetwood. 1988. Internal Combustion Engine Fundamentals. ed. 1. Editorial
McGraw-Hill.
• Jovac y otros. Motores de Automóvil. Editorial Mir. 1980.
• Kann Juri, Rang Heino, and Kriis Juri. Advances in biodiesel fuel research.
Institute of Chemistry, Tallinn Technical University, Akadeemia tee 15,12618
Tallinn, Estonia march 2002.
• Lue Yeou-Feng, Yeh YiYen, and Chung-Hsing Wu. The Emission
Characteristics Of a Small D.I. Diesel Engine Using Biodiesel Blendad Fuels.
www.dekker.com. 2001
• N. Milovanovic and R. Chen, R. Dowden y J. Turner. An investigation of using
various diesel-type fuels in homogeneous charge compression ignition engines
and their effects on operational and controlling issues. 2004.
• Peterson Charles L. and L. Auid Dick. Department of agricultural engineering
University of Idaho Moscow, Idaho. Technical Overview of vegetable oil as a
transportation Fuel. ASME 1991.
• Rodríguez-Anton, L.M., el al. High pressure physical properties of fluids used in
diesel injection systems. SAE Paper 2000-01-2046, 2000, pp.-10.
• Yamane K., Ueta A and Y. Shimamoto. Influence of physical and chemical
properties of biodiesel fuels on injection, combustion and exhaust emission
characteristics in a direct injection compression ignition engine.
• Zhou Pl., Fet AM, Michelsen O. and Fet. K A feasibility study of the use of
biodiesel in recreational boats in the United Kingdom.
MIM-2005-1-23
• 2004 BIODISEL. Handling and use Guidelines U.S Department of Energy.
Energy Efficiency and Renewable Energy.
• Bettis, B. L., C. L. Peterson, D. L. Auld, D. J. Driscoll, and E. D. Peterson.
1982. Fuel characteristics of vegetable oil from oilseed crops in the Pacific
Northwest. Agronomy Journal, 74(March/April): 335-39.
• Corredor, L. A. Peña, C.A., Lyons, L.L. Análisis comparativo del desempeño de
un motor con diferentes mezclas diesel/ etil ester de aceite de palmiste.
• German, T. J., K. R. Kaufman, G. L. Pratt, and J. Derry. 1985. Field evaluation
of sunflower oil/diesel fuel blends in diesel engines. ASAE Paper Number 85-
3078. St. Joseph, MI: ASAE.
• Goering, C. E., A. W. Schwab, M. J. Daugherty, E. H. Pryde, and A. J. Heakin.
1981. Fuel properties of eleven vegetable oils. ASAE Paper Number 81-3579.
St. Joseph, MI: ASAE.
• Infante Villareal Arturo & Ecología y Entropía Ltda. Estudio sobre la
prefactibilidad técnica y económica de la producción en Colombia de los
derivados del aceite crudo de palma como carburantes para motores de ciclo
diesel. Julio 2004.
• McDonnel, K. P., S. M. Ward, P. B. Mc Nully, and R. Howard-Hildige. 2000.
Results of engine and vehicle testing of semi-refined rapeseed oil.
Transactions of the ASAE 43(6): 1309-16.
• Nag, A., S. Bhattacharya, and K. B. De. 1995. New utilization of vegetable
oils. J. Am. Oil Chem. Soc., 72(12): 1591-93.
• Pestes, M. N. and J. Stanislao. 1984. Piston ring deposits when using
vegetable oil as a fuel. Journal of Testing and Evaluation, 12(2): 61-68.
• Pryde, E. H. 1982. Vegetable oil fuel standards. Vegetable Oil Fuels:
Proceedings of the International Conference on Plant and Vegetable Oils Fuels.
St. Joseph, MI: ASAE.
MIM-2005-1-23
• Pryor, R. W., M. A. Hanna, J. L. Schinstock, and L. L. Bashford. 1983.
Soybean oil fuel in a small diesel engine. Transactions of the ASAE 26(2): 333-
337.
• Reid, J. F., A. C. Hansen, and C. E. Goering. 1989. Quantifying diesel injector
coking with computer vision. Transactions of the ASAE 32(5): 1503-1506.
• Sapaun, S. M., H. H. Masjuki, and A. Azlan. 1996. The use of palm oil as
diesel fuel substitute. Journal of Power and Energy (Part A), 210: 47-53.
• Stratta José, Biocombustibles: Los aceites vegetales como constituyentes
principales del biodiesel. Investigación y desarrollo – Departamento de
Capacitación y Desarrollo de Mercado. http: //www.bcr.com.ar. Agosto 2000.
• Tahir, A. R., H. M. Lapp, and L. C. Buchanan. 1982. Sunflower oil as a fuel for
compression ignition engines. Vegetable Oil Fuels: Proceedings of the
International Conference on Plant and Vegetable Oils Fuels. St. Joseph, MI:
ASAE.
