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I. ANTECEDENTES
El Biodiesel es un combustible líquido que se obtiene a partir de materias primas
renovables como aceites vegetales, aceites vegetales usados o grasas animales. Los aceites
vegetales que más se utilizan son los extraídos de la soya, la colza, la palma y el girasol.
Aunque estas especies suelen ser las materias primas más utilizadas en su producción, se
puede obtener a partir de más de 300 especies vegetales. El hecho de que también se pueda
obtener a partir de la transformación del aceite vegetal usado ha cobrado fuerza ante la
necesidad de reciclar este aceite, procedente principalmente de negocios de comida frita. El
término biodiesel se refiere, en general, a los alkil ésteres obtenidos a partir de estos aceites
mediante un proceso llamado transesterificación. Este biocombustible solo es aplicable en
los casos donde se usa diesel como combustible.
Durante la década de los años 70’s, muchos países desarrollados, principalmente Estados
Unidos, enfrentaron una crisis en el suministro de combustibles derivados del petróleo. Esto
desencadenó una búsqueda de combustibles alternos producidos a partir de recursos
domésticos. En el año de 1982, se desarrolló una mezcla de biodiesel y de diesel en Austria,
y se introdujo a los Estados Unidos en 1989. De acuerdo con Werner Körbitz, miembro de
la Sociedad Americana de Químicos Especialistas en Aceite (AOCS, por sus siglas en
inglés), del Instituto Austriaco de Biocombustibles, localizado en Viena, el desarrollo del
biodiesel se generó con la finalidad de:
a) asegurar el suministro de un combustible renovable para el sector de transporte,
b) contar con un combustible no contaminante,
c) reducir los riesgos de seguridad y salud,
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d) proveer al cliente con un combustible confiable a un costo razonable.
El primer tipo de biodiesel que se produjo comercialmente se hizo a partir de aceite de
canola en 1988, en Austria. En los inicios de la tecnología del biodiesel, el combustible
obtenido era de una calidad cuestionable, algunas veces contaminado por la reacción
parcial de los productos o por ácidos grasos libres (FFA, por sus siglas en inglés). En los
últimos 15 años se han logrado grandes avances al ampliarse la variedad de aceites
disponibles en el mercado. Se desarrollaron nuevas tecnologías para procesar diferentes
materias primas a los más altos niveles de producción y se crearon estándares sofisticados
de producción para asegurar la más alta calidad del combustible.1
En 1988, en Austria, empezó a operar una planta de producción de biodiesel de
aproximadamente 500 toneladas métricas (TM) por año. En los años siguientes se pusieron
en operación nuevas plantas, hasta que en 1991, en Austria, inició la primera planta a escala
industrial, con una capacidad de 10,000 TM/año.1
Pronto se establecieron plantas más grandes por todo Europa: Livorno, Italia (capacidad de
80,000 TM/año); Rouen, Francia (capacidad de 120,000 TM/año), la cual es la planta de
producción de biodiesel más grande en el mundo; y plantas en Alemania, Suecia y
República Checa.1
Los avances en la investigación confirman las ventajas del biodiesel en la reducción de
emisiones contaminantes y disminución en el desgaste de motores, comprobado por
millones de pruebas en carretera que validan los resultados.
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Se prevé para el futuro un gran crecimiento y aceptación para el uso del biodiesel. La
información recabada por el Instituto Austriaco de Biocombustibles, reporta que
actualmente hay 16 países produciendo biodiesel y otros 13 países en los cuales empieza a
ser de gran interés.
1. BIOCOMBUSTIBLES
Existen al menos tres formas de utilizar aceites vegetales, aceites vegetales usados y grasas
animales en motores diesel:
Usar aceite vegetal (nuevo o usado).
Aceite vegetal mezclado con diesel.
Convertir el aceite vegetal en biodiesel.
1.1. Aceite Vegetal Nuevo
El problema principal del aceite vegetal como combustible, es su alto grado de viscosidad
en comparación con el diesel. Al usarlo, debe ser calentado para que pueda ser atomizado
correctamente por los inyectores del combustible; de lo contrario, no se quemará
apropiadamente formando depósitos en los inyectores y en las cabezas de los cilindros,
obteniéndose un bajo desempeño, altas emisiones y una vida reducida del motor.
Esto también puede suceder con aceites con un alto contenido de yodo, como el aceite de
linaza, el cual puede formar grandes depósitos epóxicos, que son degradantes del motor.
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1.2. Aceite Vegetal Usado
A temperaturas muy altas, como las encontradas en los motores de combustión interna,
ocurren polimerizaciones en el aceite, ocasionando el mal funcionamiento del motor. A
temperaturas bajas se forman ceras que bloquean el sistema de inyección. El aceite puede
contener ácidos e impurezas que favorecen la corrosión en la bomba del inyector.
1.3. Mezclas con Diesel
Las mezclas de diesel con aceite vegetal reducen las emisiones contaminantes, mas no las
elimina. Las mezclas más comunes son de 30% diesel y 70% aceite vegetal, y de 50%
diesel y 50% aceite vegetal. Estas mezclas siguen teniendo desventajas a bajas temperaturas
formando depósitos sólidos que obstruyen los inyectores del motor. Se recomienda
precalentar estas mezclas antes de entrar a los inyectores para evitar problemas de
taponamiento y deterioro del motor.
1.4. Biodiesel
El biodiesel tiene muchas ventajas sobre los aceites vegetales. Trabaja en cualquier motor
diesel sin necesidad de hacerle modificaciones. Tiene mejores propiedades a bajas
temperaturas que los aceites, se puede usar mezclado con diesel o puro, y a diferencia de
los aceites vegetales, se han hecho pruebas en diferentes países que comprueban sus
ventajas y versatilidad.
2. BIODIESEL
Los aceites vegetales y grasas animales pueden contener hasta 14 tipos diferentes de ácidos
grasos (Tabla 1) que se transforman químicamente en alkil ésteres (biodiesel). La cantidad
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de cada uno de estos ácidos grasos presentes en el aceite vegetal o grasa animal influye en
algunas propiedades del biodiesel. Altos contenidos en ácidos grasos saturados incrementan
la temperatura en la que se observan pequeños cristales sólidos a medida que el
combustible se enfría (punto de oscuridad). Así mismo, los altos contenidos de ácidos
grasos saturados aumentan el índice para medir la facilidad con la que se inflama el
combustible en los motores diesel (número de cetanos), reducen emisiones de Óxidos de
Nitrógeno (NOx) y mejoran la estabilidad. Con mayor cantidad de polinsaturados se reduce
el punto de oscuridad, el número de cetanos y la estabilidad, y aumentan las emisiones de
NOx (Tabla 2).
El término biodiesel se refiere al combustible puro. Las mezclas del biodiesel (BXX)
indican la composición del combustible: XX % de biodiesel en la mezcla y 1-XX % el
contenido de diesel. Es decir, B100 es biodiesel puro y B20 una mezcla de 20% de
biodiesel y 80% de diesel.
El biodiesel y sus mezclas solo deben ser usados en motores diesel; por otra parte, no se
deben poner mezclas de biodiesel o biodiesel puro en motores de gasolina.
Se obtienen 3.2 unidades de energía del biodiesel por cada unidad de energía utilizada para
producirlo. Esta estimación incluye la energía del diesel utilizado en maquinaria agrícola y
equipo de transporte, combustibles fósiles para producir fertilizantes y pesticidas,
combustible fósil usado para producir vapor y electricidad, y el metanol usado en el
proceso de manufactura.
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Tabla 1. Fórmula Estructural de los Ácidos Grasos de los Aceites.
Ácido Graso No. De Carbonos y
Dobles Enlaces Estructura Química
Caprílico C8 CH3(CH2)6COOH
Cáprico C10 CH3(CH2)8COOH
Láurico C12 CH3(CH2)10COOH
Mirístico C14 CH3(CH2)12COOH
Palmítico C16:0 CH3(CH2)14COOH
Palmitoléico C16:1 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH
Esteárico C18:0 CH3(CH2)16COOH
Oléico C18:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Linoléico C18:2 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linolénico C18:3 CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Araquídico C20:0 CH3(CH2)18COOH
Eicosenóico C20:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH
Behénico C22:0 CH3(CH2)20COOH
Éurcico C22:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH
Tabla 2. Propiedades del Combustible en Función de la Composición.
Saturado Monoinsaturado Polinsaturado
Ácido Graso Enlace simple Enlace doble 2 ó más enlaces
dobles
Número de Cetanos Alto Medio Bajo
Punto de Nubosidad Alto Medio Bajo
Estabilidad Alto Medio Bajo
Emisiones de NOx Reducción Incremento
ligero Incremento
grande
2.1. TRANSESTERIFICACIÓN
Los aceites y grasas, desde el punto de vista químico, están formados principalmente por
triglicéridos, es decir, ésteres con tres cadenas moleculares de ácidos grasos unidas a una
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molécula de glicerol. En la reacción de transesterificación se hacen reaccionar los
triglicéridos con un alcohol en presencia de un catalizador ácido o básico. El catalizador
rompe los triglicéridos y libera los ésteres, los cuales se combinan con el alcohol formando
alkil-ésteres (biodiesel). La glicerina se obtiene como subproducto, la cual precipita al
fondo del reactor, ocasionando la formación de dos fases.
CH2OCOR’’’ CH2OH R’’’COOR
| Catalizador |
CH2OCOR’’ + 3 ROH CH2OH + R’’COOR
| |
CH2OCOR’ CH2OH R’COOR
Triglicérido Alcohol Glicerina Alkil ésteres
Reacción de Transesterificación
Aproximadamente el 20% de la molécula del aceite vegetal es glicerina, la cual hace al
aceite vegetal pegajoso y grueso. Durante la transesterificación se remueve el glicerol del
aceite, ocasionando que disminuya su viscosidad.
2.1.1. Alcohol
Para producir biodiesel, los ésteres en la molécula de aceite vegetal se deben separar de la
glicerina. Durante la transesterificación la glicerina se reemplaza por un alcohol, el cual
puede ser metanol o etanol. Para la producción de biodiesel, se recomienda el uso de
metanol, debido a que proporciona una reacción de transesterificación estable; sin embargo,
el metanol es un alcohol muy agresivo que puede disolver algunos recipientes plásticos, por
lo que requiere extrema precaución en su manejo.
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El término “metil éster” se utiliza para denominar al biodiesel obtenido a partir de metanol
y “etil éster” con etanol. Un término general es “alkil éster” el cual no especifica el tipo de
alcohol utilizado.
Sin importar cual de los dos alcoholes se use o el tipo de aceite vegetal, la reacción de
transesterificación siempre es la misma: el rompimiento de las moléculas de triglicéridos en
tres ésteres y una molécula de glicerina. Cada uno de los ésteres se une a un alcohol para
formar alkil ésteres (biodiesel).
2.1.2. Catalizador
Para lograr el rompimiento de las moléculas de triglicéridos es necesario adicionar un
catalizador a la reacción. Los catalizadores utilizados para la transesterificación son:
hidróxido de sodio (NaOH) e hidróxido de potasio (KOH). La función del catalizador es
romper la molécula de triglicérido y liberar los ésteres, para que se combinen con el alcohol
obteniendo biodiesel. Por otro lado, el catalizador precipita junto con la glicerina al fondo
del reactor.
2.1.3. Ácidos Grasos Libres
Las grasas y aceites son comúnmente llamados ácidos grasos debido a que tienen un pH
ácido. El aceite vegetal usado es más ácido que el nuevo debido a que ya se ha calentado o
freído.
Los ácidos grasos libres se obtienen al someter a altas temperaturas los aceites vegetales.
Estos ácidos grasos flotan entre los triglicéridos, libres para unirse a cualquier molécula
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básica. Los ácidos grasos libres incrementan la temperatura de gelatinización del aceite
vegetal. Por eso los aceites vegetales hidrogenados son sólidos a temperatura ambiente. En
la producción de biodiesel es importante neutralizar los ácidos grasos libres por lo que se
necesita agregar catalizador adicional a la reacción de transesterificación. La cantidad extra
de catalizador que se necesita va a depender de la acidez del aceite vegetal.
La cantidad de metanol que se utiliza para la producción de biodiesel es del 20% del
volumen del aceite vegetal. La cantidad de NaOH que se utiliza es de 0.35% del volumen
del aceite vegetal, y una cantidad extra en caso de estar usando aceite vegetal usado. La
cantidad extra de NaOH necesaria para neutralizar los ácidos grasos libres se determina por
medio de una titulación (Apéndice A).
2.2. EMISIONES
Al sustituir el diesel por biodiesel, se reducen las emisiones de dióxido de carbono (CO2),
causante del calentamiento global. Cuando las plantas como la soya crecen, toman el CO2
del ambiente para poder desarrollarse y producir semilla de soya. Una vez extraído el aceite
de las semillas, éste se convierte en biodiesel que al quemarse produce CO2 conjuntamente
con otras emisiones, las cuales regresan a la atmósfera. Este ciclo no agrega una
concentración neta de CO2 al ambiente ya que la siguiente cosecha de semillas de soya
reutilizará ese CO2 para poder crecer.
Sin embargo, cuando se queman combustibles fósiles, el 100% del CO2 producido se
agrega a los niveles de concentración de CO2 presentes en el aire. En el proceso de
producción del biodiesel, se utilizan combustibles fósiles, lo que hace que el reciclaje de
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CO2 con biodiesel no sea del 100%, pero al sustituir biodiesel por diesel se reduce el ciclo
de vida de las emisiones de CO2 en un 78%. El B20 reduce el CO2 en un 15.66%.
El biodiesel reduce las emisiones de partículas al ambiente, hidrocarbonos (HC) y
monóxido de carbono (CO) en la mayoría de los motores modernos de combustión interna.
Esto ocurre debido a que el B100 contiene el 11% en peso de oxígeno. La presencia de
oxígeno en el combustible permite que éste se consuma completamente, obteniendo
emisiones contaminantes casi nulas.
Uno de los primeros beneficios que la gente puede notar al utilizar biodiesel o mezclas de
éste, es el olor. Usando biodiesel se puede mejorar el aroma que sale de los escapes, el cual
se asemeja a olor de frituras.
El biodiesel tiene las siguientes ventajas en emisiones en comparación con el diesel:
Reducción del 100% de las redes de CO2.
Reducción del 100% de dióxido de azufre (SO2).
Reducción del 40 al 60% de hollín.
Reducción del 10 al 50% de CO.
Reducción del 10 al 68% de HC.
Reducción de todos los hidrocarbonos aromáticos policíclicos (PAHs, por sus siglas
en inglés) y específicamente la reducción de los siguientes cancerígenos:
o Fenantrén 97%
o Benzofloroantén 56%
o Benzapireno 71%
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o Aldehídos y compuestos aromáticos 13%
Reducción o incremento del 5 al 10% de NOx dependiendo de la edad del vehículo
y estado del motor.
La Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) ha realizado
pruebas para 80 emisiones diferentes del biodiesel en motores diesel y ha concluido que
los beneficios son reales y predecibles en un rango muy amplio de mezclas de biodiesel
(Figura 1).
Porciento de biodiesel
Figura 1. Promedio del Impacto de las Emisiones del Biodiesel en Motores de Combustión
Interna1.
2.3. BIODEGRADACIÓN Y TOXICIDAD
El biodiesel es biodegradable y no tóxico. El B100 se degrada igual que el azúcar y es
menos tóxico que la sal de mesa.2 Los estudios han probado que el biodiesel se degrada
Porc
enta
je d
el c
am
bio
de
las
emis
ion
es
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hasta cuatro veces más rápido que el diesel, con una biodegradación de hasta el 98% en tres
semanas.
Algunas emisiones (hidrocarbonos y micro partículas) de la combustión del diesel son
tóxicas o se sospecha que causan cáncer y algunas otras enfermedades mortales. Utilizando
biodiesel se puede eliminar el 90% de estas emisiones. El B20 reduce del 20 al 40% las
emisiones tóxicas.
Las emisiones reducidas del biodiesel, el olor agradable, la biodegradación y su toxicidad
nula lo convierten en un combustible ideal para preservar el medio ambiente.
2.4. LUBRICIDAD
Entre el 0.4-5% de biodiesel mezclado con diesel incrementa la lubricidad del
combustible.3 La lubricidad es un indicador de cómo el combustible lubrica el sistema de
inyección y el motor. En un tiempo al diesel se le adicionaba azufre para aumentar su
lubricidad. Cuando un combustible con azufre se quema produce SO2, el principal
componente de la lluvia ácida.4 Con la tendencia actual de las normas ambientales por bajar
el contenido de azufre en los combustibles, el biodiesel se convierte en una excelente
opción para aumentar la lubricidad sin afectar el rendimiento del combustible.
2.5. APLICACIONES
Cuando se utiliza biodiesel en motores de combustión interna, tienden a incrementarse las
emisiones de NOx. Pero cuando el biodiesel se utiliza en calderas o en calentadores
residenciales, las emisiones de NOx tienden a disminuir. El combustible se quema de
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manera muy distinta en estas aplicaciones, dando como resultado diferencias en las
emisiones.
El biodiesel puede ser usado en una gran variedad de aplicaciones: 5
Calderas, linternas y estufas.
Sustituto de queroseno.
Sustituto de combustible para motores de aeronaves a escala.
Como solvente de pintura no-automotriz y otros adhesivos químicos.
Desengrasante de motores.
Lubricante para maquinaria.
Limpiador de derrames de petróleo en mar o tierra.
2.6. VENTAJAS DEL BIODIESEL
En comparación con el diesel, el biodiesel muestra las siguientes ventajas significativas:
Mínimas diferencias en torque, potencia y consumo de combustible de los motores.
Mayor punto de ignición (reduce el peligro de explosiones por emanación de gases
durante el almacenamiento).
Índice de cetano promedio de 55.
Mayor lubricidad (favorece el funcionamiento del circuito de alimentación y de la
bomba de inyección).
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2.6.1. Ventajas Técnicas (Uso)
No se requieren mayores modificaciones en los motores diesel convencionales para
su uso, obteniéndose rendimientos similares.
Su utilización sustitutiva no demanda modificaciones de la infraestructura de
distribución y venta de combustibles líquidos ya instalada.
Transporte y almacenamiento más seguros dado el alto punto de inflamación del
biodiesel.
2.6.2. Ventajas Ambientales
El biodiesel puro (B100) reduce las emisiones de todos los contaminantes,
incluyendo materias particuladas, excepto el NOx.
En el balance general se reduce el smog potencial.
Se reducen en un 75% los niveles de hidrocarburos poliaromáticos (cancerígenos).
El benzo(a) antraceno se reduce en un 50%, Figura 2.
Alta biodegrabilidad, comparable con la dextrosa.
Al no contener azufre, permite el uso de catalizadores para mejorar la combustión y
minimización de gases de escape.
2.6.3. Ventajas Socioeconómicas
Viabiliza el autoabastecimiento de combustible al productor agropecuario (en
términos de microeconomía).
Independiza a los países agroproductores del abastecimiento de combustibles fósiles
por parte de los países productores de petróleo (en términos de macroeconomía).
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Los proyectos de inversión asociados a una sustitución en cualquier escala
constituyen una fuente potencial de nuevos empleos.
Figura 2. Caracterización de Biodiesel, Reducción de Emisiones.
2.7. DESVENTAJAS DEL BIODIESEL
El biodiesel contiene 8% menos energía por galón que el diesel comercial, 12.5% menos
energía por libra (Tabla 3). La diferencia entre estos dos resultados se debe al hecho de que
el biodiesel es ligeramente más denso que el diesel, así que hay un poco más de libras en un
galón de diesel. Todo el biodiesel, sin importar la materia prima de la que proviene, provee
casi la misma cantidad de energía.
Tabla 3. Comparación de la Energía entre Diesel y Biodiesel.
Btu/lb Btu/gal
Diesel 18,300 129,050
Biodiesel (B100) 16,000 118,170
La diferencia en el contenido energético se puede notar cuando se usa B100. Si se está
usando B20, la diferencia en potencia, torque, y economía del combustible debe ser entre 1
y 2% dependiendo del tipo de diesel que se esté usando para la mezcla. Cuando la cantidad
de biodiesel en las mezclas es menor a B20, disminuyen las diferencias del contenido
06/10/2005Gerardo D. López - Coordinador
Intenacional Red IV.E CYTED10
Caracterización del biodiesel
Reducción de las Emisiones
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
HC CO MP
NOx
SOx
PAH
nPAHsm
og
Contaminantes
Po
rcie
nto
s
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energético. En mezclas B5 o menores no hay diferencia en el desempeño comparado con el
diesel puro.
Otra desventaja del biodiesel es que a bajas temperaturas tiende a formar depósitos y a
solidificarse, tapando los inyectores, filtros y líneas de combustible del motor.
También se ha observado que el biodiesel incrementa las emisiones de NOx en muchos
motores. El biodiesel no contiene nitrógeno, por lo que el incremento de NOx en las
emisiones se debe a la reacción del nitrógeno del aire en la cámara de combustión a alta
presión y temperatura. Se han observado diferencias en la cantidad de las emisiones de
NOx dependiendo de la materia prima con la que se elaboró el biodiesel, siendo el valor
más alto con aceite de soya.
2.7.1. Factibilidad Económica
Alta dependencia del costo de las materias primas.
Generación de un subproducto (glicerina) cuya purificación a grado técnico solo es
viable para grandes producciones.
2.7.2. Aspectos Técnicos
Problemas de fluidez a bajas temperaturas (menores a 0°C).
Escasa estabilidad oxidativa (vida útil/período máximo de almacenamiento inferior
a seis meses).
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Incompatible con una serie de plásticos y derivados del caucho natural (eventual
sustitución de algunos componentes del motor: mangueras, juntas, sellos,
diafragmas, partes de filtros y similares).
Cuando se carga en tanques sucios por depósitos provenientes del gasoil, al
“limpiar” dichos depósitos por disolución parcial, puede terminar obstruyendo las
líneas de combustible.
3. REACTOR TIPO BATCH CON AGITACIÓN
Los reactores tipo batch con agitación para la producción de biodiesel deben tener al menos
cuatro componentes fundamentales:
Tanque con agitación
Agitador
Calentador
Válvulas de globo y tuberías
3.1. TANQUE CON AGITACIÓN
El tanque de agitación o el procesador de biodiesel es un contenedor grande donde el aceite
vegetal y el metanol se pueden mezclar rápidamente. La reacción se llevará a cabo más
eficientemente entre más rápido y vigoroso sea el mezclado. El material óptimo para un
tanque de mezclado es el acero inoxidable, seguido de polietileno.
Los tanques mezcladores deberán tener un fondo cónico con el fin de permitir que la
glicerina se drene fácil y eficientemente. Debajo de esta forma cónica deberá colocarse una
válvula de globo. Una vez que se hayan separado los reactantes, la glicerina se puede
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separar del biodiesel colocando una cubeta bajo el procesador y abriendo la válvula para
permitir que la glicerina drene hacia la cubeta. La válvula se deberá cerrar una vez que la
glicerina haya salido completamente, es decir, en el momento en que empiece a fluir
biodiesel. La forma cónica permite que la glicerina drene completamente sin mezclarse con
el biodiesel.
3.2. AGITADOR
El mejor tipo de mezclador es un agitador mecánico. Éste consiste en un motor eléctrico
con una flecha larga y propela. Si no se cuenta con un agitador mecánico, se puede elaborar
uno con un motor de la capacidad adecuada, propela y tubo.
3.3. CALENTADOR
Cuando la temperatura se encuentra por debajo de 20°C, o cuando el aceite vegetal se
encuentre sólido o grumoso, será necesario calentar los reactivos antes, durante y
posiblemente después del mezclado. La temperatura ideal para el mezclado es de 50°C.
3.4. VÁLVULAS DE GLOBO Y TUBERÍAS
Para la tubería se recomiendan secciones cortas de acero hasta de 5 plg de longitud, ya que
las secciones más largas se oxidarán. Las tuberías de poliéster o de vinilo pueden usarse por
tiempos cortos antes de que se degraden. El tipo de Cloruro de Polivinilo (PVC, por sus
siglas en inglés) usado en tuberías caseras puede ser una buena opción para procesadores
de biodiesel a baja escala. El Cloruro de Polivinilo Postclorado (CPVC, por sus siglas en
inglés), que es un tipo de PVC, se puede usar para altas temperaturas y es más resistente a
los químicos. El cobre también ofrece una buena resistencia a los químicos y es muy fácil
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de manejar. Para tuberías de cobre y acero se recomiendan válvulas de estaño. Las tuberías
de polietileno son de muy buena calidad, muy resistentes a los químicos, pero muy
costosas. La mejor opción es usar tuberías de acero inoxidable, pero dado el costo tan
elevado, se recomienda comenzar con tuberías de PVC o CPVC. Más adelante se puede
instalar tubería de cobre, polietileno o acero inoxidable.
4. BIODIESEL B100
El B100 tiene propiedades muy similares al diesel (Tabla 4), por lo que puede usarse en
motores diesel sin necesidad de hacerles ninguna modificación. A pesar de su similitud con
el diesel, deben de tomarse en cuenta algunas consideraciones importantes en el manejo y
aplicación del B100.
Es muy buen solvente por lo que suaviza y disuelve sedimentos en el tanque de
combustible y sistema de inyección producidos por el diesel convencional. Se debe limpiar
el tanque de combustible para remover todos estos sedimentos antes de empezar a utilizarlo
con el fin de lograr un buen funcionamiento.
El B100 se congela a temperaturas más altas que el diesel. La mayoría del B100 comienza
su punto de oscuridad entre 1.67ºC y 15.56ºC, por lo que se pueden necesitar líneas de
combustible térmicas aún en climas moderados. Cuando el B100 comienza a convertirse en
gel, la viscosidad también comienza a aumentar, hasta niveles mucho más altos que el
diesel, lo cual puede causar incrementos de tensión en bombas de combustible y en
sistemas de inyección. La principal razón por la que la gente prefiere usar mezclas de
biodiesel se debe a las bajas temperaturas.
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El B100 puede degradar o ablandar componentes de hule en mangueras y empaques,
causando fugas o degradándolos. Esto puede causar salpicaduras de combustible sobre el
motor caliente, daños en la bomba del combustible u obstrucción de los filtros por la
degradación de las mangueras. Cuando se usa B100 se debe considerar que no es
compatible con algunos metales y plásticos. Se forman niveles altos de sedimentos si tiene
contacto por mucho tiempo con cobre, o aleaciones de cobre (bronce, latón), con carbón,
estaño, zinc (es decir, con superficies galvanizadas). Estos niveles altos de sedimentos
pueden causar obstrucciones en los filtros. Con el tiempo, el B100 puede hacer permeables
algunos tipos de plásticos (polietileno, polipropileno), por lo que no deben ser usados para
almacenamiento.
Tabla 4. Propiedades Selectivas entre Diesel y Biodiesel.
Propiedad Diesel Biodiesel
Norma ASTM D975 ASTM D6751
Valor más bajo de calentamiento,
Btu/gal ~129,050 ~118,170
Viscosidad cinemática, a 40ºC 1.3-4.1 4.0-6.0
Gravedad Específica kg/l a 60ºC 0.85 0.88
Densidad, lb/gal a 15ºC 7.079 7.328
% en Vol. De agua y sedimento 0.05 máx. 0.05 máx.
% en peso de Carbón 87 77
% en peso de Hidrógeno 13 12
% en Oxígeno, por dif. 0 11
% en peso de Azufre 0.05 máx. 0.0 a 0.0024
Punto de Ebullición, ºC 180 a 340 315 a 350
Punto de Inflamación, ºC 60 a 80 100 a 170
Punto de Oscuridad, ºC - 15 a 5 - 3 a 12
Punto de Fluidez, ºC - 35 a -15 - 15 a 10
Número de cetanos 40-55 48 a 65
Lubricidad SLBOCLE, gramos 2,000 a 5,000 >7,000 Lubricidad HFRR, micrones 300-600 <300
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4.1. ESPECIFICACIONES DE CALIDAD
La norma de calidad en los Estados Unidos para el B100 es la ASTM D6751-03 (Tabla 5).
Esta especificación tiene como finalidad asegurar la calidad de biodiesel que se usará como
mezcla al 20% y niveles menores.
La norma de calidad se basa en las propiedades físicas y químicas necesarias para la
operación segura y satisfactoria de los motores diesel. No toma en cuenta las materias
primas o los procesos de manufactura para producir biodiesel.
Tabla 5. Requisitos para el Biodiesel (B100), según la Norma ASTM D6751-03.
Propiedad Método ASTM Límites Unidades
Punto de Inflamación D93 130.0 min. ºC
Agua y Sedimentos D2709 0.050 máx. % Vol.
Viscosidad Cinemática, 40ºC D445 1.9 - 6.0 mm2/s
Cenizas Sulfatadas D874 0.020 máx. % masa
Azufre D5453 0.0015 máx. (S15)
0.05 máx. (S500) % masa
Número de Cetanos D613 47 min.
Residuos de Carbón D4530 0.050 máx. % masa Acidez D664 0.80 máx. mg KOH/g
Glicerina libre D6584 0.020 máx. % masa
Glicerina total D6584 0.240 máx. % masa
Contenido de fósforos D4951 0.001 máx. % máx.
Temperatura de destilación, 90% D1160 360 máx. ºC
La definición de biodiesel que da la norma ASTM D6751, junto con los límites en sus
propiedades físicas y químicas, elimina ciertos biocombustibles que han sido llamados
erróneamente en el pasado biodiesel. Los combustibles que no cumplan con la definición y
las propiedades de la tabla anterior no son biodiesel y no deben confundirse con éste, por
ejemplo: aceite vegetal crudo, grasa animal, grasas o aceites con baja conversión, etc.
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Algunos de los métodos de análisis enlistados en la Tabla 5 tienen más de una función para
asegurar que el combustible se aproveche correctamente en los motores de combustión
interna y garantizar que se ha producido B100 de alta calidad. A continuación se describe la
intención de cada requisito de calidad de la Tabla 5:
Se requiere que el diesel tenga un punto de inflamación mínimo para evitar
posibles incendios o explosiones. El punto de inflamación del B100 es generalmente
más alto que el del diesel (150ºC y 70ºC respectivamente). El metanol residual en
un combustible es un problema de seguridad ya que aún en cantidades muy
pequeñas reduce el punto de inflamación. El metanol residual, que puede estar
presente en el biodiesel con puntos de inflamación bajos y fuera de especificación,
puede afectar las bombas de combustible, empaques y elastómeros, y causar
propiedades bajas de combustión.
El agua y sedimento se refiere a la presencia de gotas libres de agua y partículas de
sedimento. El nivel permitido para B100 es igual al nivel permitido para el diesel.
El B100 puede no cumplir con las especificaciones del contenido de agua, debido a
técnicas deficientes de secado durante su elaboración o al contacto con agua en
exceso durante su almacenamiento o transportación. El exceso de agua puede causar
corrosión y propicia un ambiente para el crecimiento de microorganismos. La
oxidación del combustible también puede aumentar los niveles de sedimento, así
que este método de análisis puede ser usado en conjunto con el número ácido y la
viscosidad para determinar si los combustibles se han oxidado demasiado durante el
almacenamiento.
- 23 -
Algunos motores requieren de una viscosidad mínima debido al potencial de
pérdida de energía causada por la bomba de inyección o por fugas en el inyector.
Esto no constituye un problema para el B100 ya que la viscosidad mínima es igual
que la del diesel. La viscosidad máxima se limita por el diseño de los sistemas de
inyección de combustible en los motores. Los combustibles con viscosidades
mayores pueden causar una combustión deficiente que producirá depósitos, así
como una penetración más profunda de la atomización del combustible en el
cilindro, ocasionando una dilución elevada de aceite de motor con el combustible.
La prueba de cenizas sulfatadas mide la cantidad de catalizador álcali residual en el
biodiesel, así como cualquier otra ceniza que forme compuestos que puedan
contribuir a la formación de depósitos en el inyector o presencia de hollín en el
sistema de combustión.
La cantidad de azufre se limita para poder reducir emisiones de sulfatos y de ácido
sulfúrico y proteger el sistema catalítico del escape. El biodiesel generalmente
contiene menos de 15 ppm de azufre.
Se requiere un número de cetanos adecuado para un buen funcionamiento del
motor. El diesel debe tener un número de cetanos mínimo de 40 en los Estados
Unidos. Valores altos de cetanos aseguran las propiedades de encendido frío y
minimizan la emisión de humo blanco. El límite de la norma ASTM para B100 es
de 47 cetanos debido a que este nivel es identificado como “Combustible Diesel
Premium” por la Conferencia Nacional de Pesos y Medidas, así como por el hecho
de que 47 cetanos es el número más bajo encontrado en el biodiesel en Estados
Unidos.
- 24 -
El punto de oscuridad es importante ya que asegura un buen desempeño en
temperaturas frías. El punto de oscuridad del B100 es generalmente más alto que el
del diesel.
Los residuos de carbón proporcionan una medida de la tendencia de los depósitos
de carbón en un combustible y son una aproximación de la tendencia de que se
formen depósitos de carbón en el motor.
La acidez del biodiesel es el principal indicador de los ácidos grasos libres y puede
ser elevada si el combustible no se elabora apropiadamente o cuando ha sucedido
una degradación oxidativa. Una acidez mayor a 0.80 puede ser asociada con
depósitos en el sistema de combustión reduciendo la vida de las bombas de
combustible y filtros.
Los valores de glicerina libre y total nos indican la cantidad de grasas sin
conversión o parcialmente convertidas, así como la glicerina presente en el
combustible. Una conversión incompleta de los aceites y grasas a biodiesel puede
causar un alto contenido de glicerina total. Una remoción incompleta de glicerina
puede causar un alto contenido de glicerina libre y total. Si estos números son
demasiado elevados pueden causar la presencia de hollín en el motor, el sistema de
combustión y en los tanques de almacenamiento.
El contenido de fósforo se limita a 10 ppm como máximo en el biodiesel ya que el
fósforo puede dañar los convertidores catalíticos.
La norma D6751 estipula que “El biodiesel a simple vista debe de estar libre de agua sin
disolver, sedimentos y partículas suspendidas”. El B100 debe tener un aspecto claro aunque
pueda variar en su color. El color del biodiesel no determina la calidad de éste.
- 25 -
Aunque actualmente existen normas para determinar la calidad del B100 todavía no hay
ninguna norma que regule la calidad de las mezclas de biodiesel. La manera de asegurar la
calidad de las mezclas de biodiesel es usando diesel y biodiesel que cumplan con las
normas de calidad, después de hacer la mezcla es extremadamente difícil determinar la
calidad del biodiesel que se usó en ésta. Las mezclas por debajo de B5 no alteran la calidad
del diesel y permanecen dentro de los valores de la norma.
4.2. VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL BIODIESEL
Las especificaciones de la norma ASTM permiten utilizar una gran cantidad de materias
primas y procesos para la producción de biodiesel. La especificación prescribe la cantidad
aceptable de variación en el producto final. Algunas de las propiedades del biodiesel
dependen ampliamente de la materia prima de la que proviene.
La química de las diferentes grasas y aceites usados comúnmente para el biodiesel es muy
similar a la composición química del diesel, la cual contiene cientos de compuestos. Cada
molécula de grasa o aceite está hecha de una estructura central de glicerina de tres
carbonos, y a cada uno de estos carbonos está ligada una cadena larga de ácidos grasos.
Esta cadena de ácidos grasos es la que reacciona con el etanol para producir metil éster o
biodiesel. La estructura central de glicerina se convierte en glicerina y es vendida como un
subproducto del proceso de elaboración del biodiesel. Las grasas y aceites contienen 10
tipos comunes de ácidos grasos que tienen entre 12 y 22 carbonos conteniendo el 90% de
ellos entre 16 y 18 carbonos. Estas cadenas de ácidos grasos pueden ser saturadas,
monoinsaturadas y polinsaturadas. Debido a los límites de las especificaciones, la
diferencia en los niveles de saturación puede afectar algunas de las propiedades del
- 26 -
biodiesel. Lo que hace diferente una materia prima de otra es que están constituidas de
diferentes proporciones de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y polinsaturados
(Figura 3).
El biodiesel ideal debería hacerse solamente de ácidos grasos monoinsaturados.
Figura 3. Composición de Diversas Materias Primas del Biodiesel.
4.3. CONTENIDO ENERGÉTICO
El contenido inherente de energía del diesel, medido generalmente en BTU/GAL, es el
factor más grande en la economía del combustible, los caballos de fuerza y el torque del
combustible. El contenido energético del diesel puede variar hasta el 15% dependiendo del
proveedor y de la estación del año. Esta variación se debe a los cambios de composición del
diesel, y se determina por las prácticas de refinamiento y mezclado.
En el B100 los métodos de refinamiento y mezclado no tienen un efecto significativo sobre
el contenido energético (Figura 4). La razón por la cual el B100 no varía mucho es porque
Saturado Poliinsaturado Monoinsaturado
Ca
no
la
Co
lza
Gir
aso
l
Ma
iz
Oli
va
So
ya
Ca
ca
hu
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Alg
od
ón
Gra
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lla
Ma
nte
ca
Seb
o d
e
res
Pa
lma
Co
co
- 27 -
el contenido energético de las grasas y aceites usados para su elaboración no varía tanto
como los compuestos usados para elaborar diesel. Por lo tanto, el B100 hecho a partir de las
materias primas más comunes tendrá el mismo impacto sobre la economía del combustible,
la potencia y el torque. En Estados Unidos el B100 tiene un contenido energético levemente
más bajo que el diesel (12.5% por Lb u 8% por Gal), como se muestra en la Figura 3. Las
pérdidas de potencia, torque y economía del combustible son similares a la diferencia en el
contenido energético.
Figura 4. Poder Calorífico del Diesel y B100.
El contenido energético de las mezclas de biodiesel con diesel es proporcional a la cantidad
de biodiesel en la mezcla y al valor en BTU del biodiesel y del diesel usado para la mezcla.
Por ejemplo, el uso de B20 tiene una pérdida de la economía del combustible del 1% como
promedio y rara vez reportan cambios en el torque o en la potencia.
Die
sel
co
merc
ial
Ma
nte
ca
Seb
o c
om
est
ible
Seb
o n
o c
om
est
ible
Gra
sa a
maril
la 1
Gra
sa a
maril
la 2
Ca
no
la
So
ya
- 28 -
4.4. PROPIEDADES DE FLUJO FRÍO
A diferencia de la gasolina, el diesel y biodiesel pueden comenzar a congelarse o a
gelatinizarse a medida que la temperatura desciende. Si el combustible se gelatiniza, tapa
los filtros y no puede ser bombeado del tanque del combustible al motor. Existen tres
pruebas usadas para medir las propiedades de flujo frío de los combustibles para motores
diesel: punto de oscuridad, punto frío de taponamiento de filtros y punto de fluidez.
4.4.1. Punto De Oscuridad
Es la temperatura en la que se observan pequeños cristales sólidos a medida que el
combustible se enfría. Esta es la medida más conservadora de las propiedades de flujo frío,
y la mayoría de los combustibles pueden ser usados sin problemas por debajo del punto de
oscuridad y por encima del punto frío de taponamiento de filtros.
4.4.2. Punto Frío De Taponamiento De Filtros (PFTF)
Es la temperatura en la que se forma una cantidad considerable de cristales los cuales
causan taponamiento en el filtro de prueba. El PFTF es menos significativo que el punto de
oscuridad, y se considera como el mejor indicador de bajas temperaturas de operación.
4.4.3. Punto De Fluidez
Es la temperatura en la que el combustible contiene tantos cristales aglomerados que
esencialmente forman un gel sin ninguna fluidez. Esta medida tiene poco valor práctico ya
que el combustible ha tapado el filtro mucho antes de llegar a su punto de fluidez. Sin
embargo, el punto de fluidez se usa como un indicador para saber si el combustible puede
ser bombeado.
- 29 -
El punto de oscuridad del B100 comienza de -1.11ºC a 0.00ºC para la mayoría de los
aceites vegetales que están hechos primordialmente de cadenas de ácidos grasos mono o
polinsaturados y puede ascender hasta 26.67ºC o más en grasas animales o aceites de
frituras que han sido altamente saturados. Algunos ejemplos de los puntos de oscuridad, de
fluidez y punto frío de taponamiento de los filtros del B100 se pueden ver en la Tabla 6. Se
puede notar que el punto de fluidez del B100 es usualmente unos cuantos grados más bajo
que el punto de oscuridad, así que cuando el biodiesel empieza a enfriarse, la gelatinización
puede ocurrir rápidamente con solo unos grados de diferencia.
Tabla 6. Datos de Flujo Frío para Diferentes B100.
Método de Prueba Punto de oscuridad
ASTM D2500
Punto de Fluidez
ASTM D97
Punto Frío de
Taponamiento
de filtro IP 309
B100 °F °C °F °C °F °C
Metil Ésteres de Soya 38 3 25 -4 28 -2
Metil Ésteres de Canola 26 -3 25 -4 24 -4
Metil Ésteres de Manteca 56 13 55 13 52 11
Metil Ésteres de Sebo Comestible 66 19 60 16 58 14
Metil Ésteres de Sebo No Comestible 61 16 59 15 50 10
Los tanques y las líneas de combustible usados para el B100 se deben diseñar para las
propiedades de flujo frío del biodiesel que se está utilizando y el clima en el que se
encuentra. Se debe asegurar que las bombas, líneas y despachadores del combustible estén
protegidos del clima frío y de los vientos helados con equipo de calentamiento aprobado. El
combustible que se encuentra en tanques por encima del suelo debe ser calentado a un
rango de temperatura entre 5°F y 10°F por encima del punto de oscuridad.
Una vez que se empiezan a formar cristales, estos regresarán a solución cuando se caliente
el combustible. Sin embargo, el proceso puede ser lento si el combustible se está calentando
- 30 -
parcialmente o de manera muy lenta. Los cristales que se forman en el diesel o biodiesel
pueden precipitar al fondo del tanque y formar una capa de gel. Esto se puede prevenir por
medio de agitación ya que ayuda a que se disuelvan los cristales. Si el B100 se ha
gelatinizado completamente, lo recomendado es calentarlo entre 37.78ºC y 43.33ºC para
fundir los compuestos mayormente saturados, en caso de que se requiera usar el
combustible de inmediato.
4.4.4. Número de Cetanos
La mayoría del B100 actual que cumple con la norma D6751 cumple con un número de
cetanos mayor de 47. Esto es comparado con el mínimo de 40 para el diesel, cuyo promedio
nacional esta entre 42 y 44. Por lo tanto el biodiesel tiene un número de cetanos más alto
que la mayoría del diesel, lo cual se cree que proporciona un encendido más fácil y una
operación silenciosa. El B100 altamente saturado, como el que proviene de grasas animales
y aceite de frituras, puede tener un número de cetanos de 70 o mayor. Los combustibles
polinsaturados comunes que contienen altos niveles de los ácidos grasos C18:2 y C18:3
incluyen los aceites de soya, girasol, maíz y canola.
La Figura 5 muestra el número de cetanos de varios metil ésteres de ácidos grasos puros. La
Figura 6 muestra el número de cetanos de varias muestras de biodiesel.
- 31 -
Figura 5. Número de Cetanos de Combustibles Hechos a Partir de Ácidos Grasos Puros.
Figura 6. Número de Cetanos del Diesel y Biodiesel Producido de Diferentes Aceites.
No.
De
Cet
an
os
Tipos de metil ésteres de ácidos grasos libres
Die
sel
com
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al
Die
sel
Man
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Seb
o c
om
esti
ble
Seb
o n
o c
om
esti
ble
Gra
sa a
ma
rill
a 1
Gra
sa a
ma
rill
a 2
Can
ola
Soya
- 32 -
4.5. ESTABILIDAD
La estabilidad es un término muy amplio pero realmente se refiere a dos problemas en
particular: estabilidad de almacenamiento a largo plazo o envejecimiento y estabilidad a
temperaturas y/o presiones elevadas a medida que el combustible se recircula a través del
sistema del motor. La estabilidad de almacenamiento a largo plazo es conocida
comúnmente como estabilidad de oxidación, y la estabilidad de los combustibles a
temperaturas elevadas se conoce comúnmente como estabilidad térmica. De momento no
existe ninguna norma que regule los parámetros para la estabilidad del biodiesel.
En el biodiesel, el envejecimiento y oxidación pueden causar acidez alta, viscosidad
elevada y formación de sedimentos que ocasionan el taponamiento de los filtros. Si la
acidez, la viscosidad y las mediciones de sedimentos exceden los límites de las normas, el
B100 se degrada hasta el punto en el que se encuentra fuera de especificación y no puede
ser utilizado. El biodiesel con estabilidad de oxidación elevada tardará más tiempo en llegar
a la condición de excederse en las especificaciones, mientras que el biodiesel con
estabilidad de oxidación baja tardará menos tiempo en excederse en las especificaciones. El
monitoreo constante de la acidez y la viscosidad del B100, puede proporcionar una idea
para saber si el combustible se está oxidando con muestras durante la recepción del B100 y
periódicamente durante su almacenamiento.
En algunos casos los depósitos del efecto de limpieza o solvencia del B100 se pueden
confundir con sedimentos que se podrían formar durante el almacenamiento a medida de
que el combustible envejece.
- 33 -
Existen algunas guías que sirven para identificar los combustibles y las condiciones que
proporcionarán los niveles más altos de estabilidad.
Entre más alto sea el nivel de instauración habrán más probabilidades de que el
combustible se oxide. Como regla general, los ácidos grasos saturados (como el
16:0 ó 18:0) son estables. Cada vez que el nivel de instauración aumenta (por
ejemplo de 18:1 a 18:2 a 18:3) la estabilidad del combustible baja por un factor de
10. Así un combustible compuesto principalmente de cadenas de hidrocarburos con
tres dobles enlaces es 100 veces más inestable que un combustible hecho de cadenas
con un solo doble enlace. Los puntos de instauración en la molécula del biodiesel
pueden reaccionar con oxígeno, formando peróxidos que se disocian en ácidos y
sedimentos.
El calor y la luz solar aceleran este proceso, por lo que no se recomienda almacenar
el B100 en la intemperie en recipientes transparentes durante el verano.
Algunos metales tales como el cobre, estaño, bronce, plomo, latón y zinc aceleran el
proceso de degradación y forman niveles aun más altos de sedimentos que los que
se formarían normalmente.
Mantener el biodiesel libre de oxígeno ayuda a reducir o eliminar su oxidación
alargando su vida de almacenamiento. De manera comercial esto se hace utilizando
nitrógeno en los tanques de almacenamiento o almacenando el biodiesel en tanques
sellados.
Los antioxidantes, ya sea naturales o adicionados en forma de aditivos, pueden
incrementar significativamente la vida de almacenaje o estabilidad del B100
- 34 -
El tiempo máximo recomendado para el almacenamiento del B100 menos estable es de 8
meses, mientras que para el más estable puede ser de 1 año o más.
Actualmente no se cuenta con mucha experiencia en almacenamiento de B100 para
períodos mayores a 6 meses, así que al combustible que se vaya a almacenar por más
tiempo se le deben de adicionar antioxidantes y se le debe de analizar periódicamente la
acidez, sedimentos y la viscosidad, para asegurar que sigue dentro de los parámetros de la
norma ASTM D6468.
4.6. CONTAMINACIÓN POR MICROORGANISMOS
Se recomienda adicionar biocidas al biodiesel y combustibles tradicionales siempre que se
presenten problemas biológicos. Si la contaminación biológica es un problema, se debe de
controlar la contaminación con agua, ya que la mayoría de los microorganismos crecen en
la interfase combustible-agua. Las colonias anaeróbicas, comúnmente reductoras de azufre,
pueden existir en los sedimentos y en la superficie del tanque ocasionando corrosión. Los
biocidas que comúnmente se usan para los combustibles tradicionales también sirven para
el biodiesel, debido a que los microorganismos crecen bajo las mismas condiciones en
ambos combustibles.
4.7. EFECTO DE LIMPIEZA
Los metil ésteres han sido usados como limpiadores y solventes de compuestos orgánicos
volátiles (COV) por décadas. El B100 que cumple con los estándares de la norma de
calidad ASTM D6751, tiene una tendencia a disolver sedimentos acumulados en tanques de
almacenamiento y tanques de combustible diesel. Estos sedimentos disueltos pueden tapar
- 35 -
los filtros y en algunos casos pueden reventar los filtros, enviando todos los sedimentos al
sistema de inyección. Si se tiene pensado utilizar B100 por primera vez, se debe limpiar el
tanque de combustible y cualquier parte del sistema de inyección donde pueda haber
depósitos.
El nivel de limpieza depende de la cantidad de sedimentos en el sistema, así como el nivel
de mezcla de biodiesel que se esté usando. El efecto de limpieza es mayor con B100 y
mezclas con 35% o más biodiesel, comparado con el B20 o mezclas menores.
Normalmente los usuarios no limpian sus tanques de combustible antes de empezar a usar
B20, aun así es importante tener unos filtros extras a la mano y monitorear más de cerca los
posibles taponamientos en filtros. El efecto de limpieza en el B20 es demasiado bajo así
que la mayoría de los problemas que se pudieran encontrar son insignificantes, pero se
puede encontrar con algún taponamiento de filtros al usar por primera vez B20.
Cualquier superficie se debe de mantener libre de salpicaduras de biodiesel ya que puede
remover algunos tipos de pinturas. Todo lo que se utilice para limpiar biodiesel debe de ser
considerado como combustible y debe de tratarse como tal.
4.8. COMPATIBILIDAD DE MATERIALES
EL B100 tiene la capacidad de degradar, reblandecer y filtrarse a través de algunas
mangueras, empaques, sellos, elastómeros, pegamentos y plásticos. En caso de que el motor
o sus componentes no sean compatibles con biodiesel, éstos deben reemplazarse con otros
que si sean compatibles. Materiales como el Teflón, Viton, Nylon y plásticos fluorinados
son compatibles con el B100.
- 36 -
Es aconsejable monitorear una vez al mes si no hay fugas, desgaste o deterioramiento de
los componentes del motor. Esto es aconsejable hacerlo hasta un año después de haber
empezado a usar biodiesel.
Algunos vehículos anteriores a 1993 tienen componentes incompatibles al B100, los carros
más modernos por lo general ya son compatibles.
La mayoría de los tanques diseñados para almacenar diesel se pueden usar para almacenar
biodiesel sin ningún problema. Los materiales aceptables para el almacenamiento de
biodiesel son: aluminio, acero, polietileno fluorinado, polipropileno fluorinado, teflón y la
mayoría de las fibras de vidrio. El estaño, bronce, cobre, plomo, latón y zinc aceleran la
oxidación del diesel y biodiesel y crean sedimentos y sales cuando reaccionan con algunos
de los componentes del combustible. Se deben de evitar soldaduras de plomo y zinc, así
como tuberías de cobre, reguladores de estaño y accesorios de cobre. El combustible o los
accesorios tenderán a cambiar de color y los sedimentos pueden tapar los filtros de
combustible. El equipo dañado debe ser reemplazado con acero inoxidable, acero al carbón
o aluminio.
5. BIODIESEL B20
Al mezclar B100 al 20% con diesel se obtiene una mezcla llamada B20. En esta mezcla de
se minimizan las diferencias de las propiedades entre el diesel y el biodiesel manteniendo
algunos beneficios del B100.
- 37 -
La popularidad del B20 se debe a que representa un buen balance entre el costo, las
emisiones, desempeño en climas fríos, compatibilidad de materiales y solvencia. Un nivel
de mezcla superior al 20% puede proporcionar mayor reducción de emisiones de CO, PM y
HC; teniendo un gran impacto en emisiones de NOx dependiendo en la aplicación
(incremento en la mayoría de los motores diesel, disminución en calderas o en calentadores
domésticos). Mezclas con niveles más altos de biodiesel reducen significativamente los
hidrocarburos policíclicos aromáticos y otros compuestos tóxicos o cancerígenos presentes
en el diesel exhausto. Con niveles de biodiesel por encima del 20%, las propiedades de
flujo frío se convierten en un tema de preocupación, el efecto de limpieza es más severo, y
las mangueras y empaques se verán mayormente afectados.
5.1. PROPIEDADES DE FLUJO FRÍO
Mezclar biodiesel con diesel regula por dilución los problemas de flujo frío. La mezcla
también hace práctico el uso de aditivos, ya que éstos son efectivos en la porción de diesel
de la mezcla. Cuando se hacen mezclas de biodiesel y diesel, las variables claves son las
propiedades de flujo frío del diesel que se usó para la mezcla, las propiedades del biodiesel,
la proporción de la mezcla y la efectividad de los aditivos.
Las propiedades de flujo frío del B100 dependen de su composición, las cuales afectan las
propiedades de flujo frío de la mezcla (Figuras 7-12).
- 38 -
Figura 7. Resultados del Punto de Oscuridad, Mezcla Biodiesel/Diesel.*
* SME= metil éster de soya, CME= metil éster de canola, LME=metil éster de manteca, ETME= metil éster de sebo comestible, ITME=metil éster de sebo no comestible, LYGME= grasa amarilla baja en ácidos grasos
libres, HYMGE= grasa amarilla alta en ácidos grasos. Como nota, desde que se hicieron estas pruebas, se
descubrió que el contenido de ácidos grasos libres de la materia prima, sea grasa amarilla o algún tipo de
grasa animal, no tiene efecto sobre las propiedades del combustible. Así, el LYGME y HYMGE se tomaron
como dos muestras diferentes de metil ésteres de grasa amarilla.
Pu
nto
de
ob
scu
ridad
, ºC
Concentración de biodiesel, %
- 39 -
Figura 8. Resultados del Punto de Fluidez, Mezcla Biodiesel/Diesel.
Figura 9. Resultados del Punto de Oscuridad, Mezcla Biodiesel/Diesel
(Mezcla de Biodiesel 0-10%).
Pu
tno
de
Flu
idez
, ºC
Concentración de biodiesel, %
Pu
nto
de
osc
uri
dad
, ºC
Concentración de biodiesel, %
- 40 -
Figura 10. Resultados del Punto de Fluidez, Mezcla Biodiesel/Diesel
(Mezcla de Biodiesel 0-10%).
Figura 11. Resultados del Punto Frío de Taponamiento de Filtros,
Mezcla Biodiesel/Diesel.
Pu
nto
de
flu
idez
, ºC
Concentración de biodiesel, ºC
Pu
nto
frí
o d
e ta
po
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ien
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ltro
s (P
FT
F),
ºC
Concentración de biodiesel, %
- 41 -
Figura 12.Resultados del Punto Frío de Taponamiento de Filtros, Mezcla Biodiesel/Diesel
(Mezcla de Biodiesel 0-10%).
Se han desarrollado diferentes tipos de aditivos para biodiesel, y se han observado buenos
resultados en biodiesel de canola, a diferencia del biodiesel de soya. Algunos de estos
aditivos se comportan de diferente manera en los mismos tipos de biodiesel (de un tipo de
biodiesel de canola a otro). Se tiene la teoría de que la manera en la que se producen los
aceites es lo que hace variar el funcionamiento de los aditivos. Los aceites son comúnmente
crudos o llevan un pretratamiento antes de convertirse en biodiesel. El pretratamiento de los
aceites remueve algunos compuestos que pueden afectar el funcionamiento de los aditivos.
La mejor manera de saber si un aditivo funciona con el tipo de biodiesel que se está usando
es haciendo pruebas, es decir, usando el B100 en los motores sobre todo en las épocas de
invierno.
Si se tienen problemas con el flujo frío del biodiesel, se puede disminuir la mezcla a un 0%
de biodiesel en el invierno, y a un 30% de biodiesel en el verano.
Pu
nto
frí
o d
e ta
po
nam
ien
to d
e fi
ltro
s (P
FT
F),
ºC
Concentración de biodiesel, %
- 42 -
5.2. MEZCLAS DE BIODIESEL B20
El mezclado del biodiesel depende de una variedad de factores, incluyendo el volumen de
B100 requerido para la mezcla, el nivel de mezclado final, capacidad de almacenamiento y
espacio disponible, equipo y costos de operación y requerimientos de mezclas del cliente.
Una vez que se mezcla el biodiesel con el diesel, se mantienen mezclados como un solo
combustible y no tienden a separarse con el tiempo (considerando que el combustible se
mantiene a temperaturas por encima del punto de oscuridad). Una vez mezclado, el B20 y
mezclas menores deben ser manejadas exactamente igual que el diesel convencional.
5.3. EMISIONES
El impacto en las emisiones del B20 es menor que en mezclas mayores. Las investigaciones
han mostrado que las emisiones de NOx varían de manera lineal (Figura 1) con el nivel de
mezclado del biodiesel. El B20 reduce los niveles de CO, PM, HC y compuestos tóxicos
del aire. Como se muestra en la Figura 1, las tendencias de las emisiones de CO, HC y PM
muestran una desviación del comportamiento lineal en las mezclas más bajas, originando
un impacto más suave por unidad de biodiesel quemado en contraste a las mezclas más
altas. Las emisiones de NOx pueden variar dependiendo de la fuente del biodiesel y algunas
mezclas de B20 pueden tener emisiones de NOx neutrales, mientras que las reducciones de
HC, PM y CO parecen no cambiar con la composición del biodiesel.
En las mezclas hasta 20% con aceite caliente, las emisiones de NOx también son lineales
pero el biodiesel proporciona reducciones en lugar de incrementos. Por cada 1% de
- 43 -
biodiesel agregado, las emisiones de NOx se reducen 1%. El B20 reduce las emisiones de
NOx en un 20%.
5.4. EFECTO DE LIMPIEZA
Las mezclas del 20% o menos de biodiesel minimizan cualquier efecto de limpieza o
problemas de solvencia con los sedimentos acumulados en tanques, aunque en algunos
casos se pueden observar taponamientos menores en filtros durante las semanas iniciales
del uso de B20. Las mezclas mayores al 20% deberán ser almacenadas en tanques secos y
limpios como se recomienda hacer con el combustible diesel convencional. El hecho de
usar B20 por un año o más probablemente no limpiará los tanques y no es un sustituto de
limpieza profunda de los tanques cuando se hacen preparaciones para el almacenamiento de
mezclas mayores o de B100.
5.5. COMPATIBILIDAD DE MATERIALES
El B20 o las mezclas menores minimizan la mayoría de los problemas asociados con la
compatibilidad de materiales. En los últimos 10 años, el uso de B20 ha probado su
compatibilidad con todos los elastómeros existentes en los sistemas de combustible diesel,
aún con aquellos sensibles a mezclas mayores, como el hule de nitrilo. El B20 se puede
degradar más rápido que el diesel, si metales como el cobre, bronce, estaño o zinc están
presentes en los sistemas de combustible. Si ocurre taponamiento de los filtros más
frecuentemente con B20 que con diesel, se deberá revisar si el sistema de combustible tiene
estos materiales, y si es así, se deberán reemplazar con materiales compatibles al biodiesel.
- 44 -
5.6. LUBRICIDAD
Al mezclar biodiesel con diesel aún en niveles bajos puede incrementar la lubricidad del
combustible. Aún con cantidades con 0.25% de biodiesel se observa un incremento
significativo en la lubricidad del combustible (Figura 13). El nivel exacto de mezclado
requerido para lograr una lubricidad adecuada dependerá de las propiedades del diesel
convencional. La evidencia preliminar sugiere que el biodiesel al 2% aporta la lubricidad
adecuada para la mayoría de los casos.
Figura 13. Datos de Lubricidad para Diferentes Tipos de Biodiesel.
5.7. ESTABILIDAD
Actualmente no se tiene información suficiente acerca del B20 para poder predecir su
oxidación y estabilidad térmica. Comparando los datos con el B100, parece ser que el B20
tiene una vida de almacenamiento más larga. Estos datos también muestran que algunos
Soya ME Canola ME Sebo no comestible Sebo comestible
Manteca Grasa amarilla LFFA Grasa amarilla HFFA
Porciento de Metil Esteres
- 45 -
tipos de B20 tienen buena estabilidad mientras que otros no la tienen, dependiendo del
B100 que se utilizó para la mezcla. Las normas sugieren que la mayoría del B20 puede
estar almacenado de 8 a 12 meses. Se recomienda que el B20 sea usado dentro de los
primeros 6 meses. Se recomienda adicionar aditivos antioxidantes y de estabilidad para
almacenamientos de periodos mayores.
A medida que el biodiesel envejece durante su almacenamiento, la acidez tiende a salirse de
especificación, se pueden formar sedimentos, y la viscosidad puede incrementarse. Se
pueden hacer pruebas de acidez, viscosidad y de agua y sedimentos para asegurar que el
B20 cumpla con las especificaciones del biodiesel o del diesel.