Documentos del II Congreso Boliviano de Ing. Mecanica Electromecanica, Realizado el 2005 en Oruro-Bolivia

1. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
FACULTAD TÉCNICA
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
“ANÁLISIS COMPARATIVO DE USO DE
COMBUSTIBLE DIESEL - BIODIESEL EN
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA”
Msc. Ing. Ricardo Paz Zeballos

2. ASPECTOS GENERALES
Constantemente se vienen buscando nuevas fuentes de energía para
lograr sustituir al petróleo, el cual es un energético de carácter no
renovable.
Esta búsqueda viene direccionada por dos aspectos fundamentales los
cuales son:
• La disminución de recursos energéticos no renovables y el incremento
continúo en el costo de los mismos.
• El daño que ocasiona a la capa de ozono y al medio ambiente el
creciente incremento de los distintos gases contaminantes emitidos por
los motores de combustión interna los cuales utilizan combustibles
convencionales.
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3. ASPECTOS GENERALES
El intentar sustituir la gasolina y el diesel, ha llevado al desarrollo de
motores que suplanten a estos combustibles, entre ellos se puede
citar:
o Motores a gasolina transformados a Gas Natural Comprimido.
o Vehículos eléctricos en base a la transformación de la energía solar.
o Vehículos híbridos los cuales son la unión de motores eléctricos y
motor de combustión interna.
o Vehículos a hidrógeno.
o Otros.
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4. ASPECTOS GENERALES
EL USO DEL BIODIESEL ES UNA ALTERNATIVA REAL QUE
REMPLAZA AL COMBUSTIBLE DIESEL CON LAS VENTAJAS
SIGUIENTES:
• ES UN COMBUSTIBLE ALTERNATIVO ELABORADO CON
MATERIA PRIMA RENOVABLE.
• TIENE PROPIEDADES SIMILARES AL DIESEL, SE PUEDEN
MEZCLAR AMBOS EN DIFERENTES PROPORCIONES PARA SU
UTILIZACION.
• SE TIENE MENORES EMISIONES DE GASES CONTAMINANTES
HACIA EL MEDIO AMBIENTE.
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5. OBJETIVO
EVALUAR EL COMPORTAMIENTO DE UN MOTOR DE
COMBUSTION INTERNA DIESEL CUANDO EL MISMO
TRABAJA CON UN COMBUSTIBLE ALTERNATIVO COMO ES
EL BIODIESEL. GENERANDO INFORMACION EN CUANTO A
SUS PRESTACIONES DE POTENCIA, MOMENTO TORSOR,
CONSUMO DE COMBUSTIBLE Y EMISION DE GASES
CONTAMINANTES.
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6. OBJETIVOS COMPLEMENTARIOS
DAR A CONOCER EL USO DEL BIODIESEL COMO UNA
ALTERNATIVA PARA SER UTILIZADO EN VEHÍCULOS
QUE FUNCIONAN CON MOTORES DIESEL.
OBTENER DATOS COMPARATIVOS DE POTENCIA,
MOMENTO TORSOR Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE,
UTILIZANDO DIFERENTES MEZCLAS DE DIESEL Y
BIODIESEL.
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7. BIODIESEL
EL BIODIESEL ES UN COMBUSTIBLE
OBTENIDO A PARTIR DE ACEITES
VEGETALES O GRASAS ANIMALES.
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8. PROPIEDADES DEL BIODIESEL
EL BIODIESEL ES EL ÚNICO COMBUSTIBLE
ALTERNATIVO ELABORADO CON MATERIA PRIMA
RENOVABLE, QUE PUEDE USARSE DIRECTAMENTE EN
CUALQUIER MOTOR DIESEL, SIN SER NECESARIO
NINGÚN TIPO DE MODIFICACIÓN EN EL MISMO.
COMO SUS PROPIEDADES SON SIMILARES AL
COMBUSTIBLE DIESEL, SE PUEDEN MEZCLAR AMBOS EN
DIFERENTES PROPORCIONES.
LAS EMISIONES DEL BIODIESEL HACEN DE EL UN
COMBUSTIBLE IDEAL PARA EL USO EN AREAS URBANAS
COMO SER LAS GRANDES CIUDADES.
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9. ATRIBUTOS DEL BIODIESEL
SE PUEDEN REALIZAR MEZCLAS EN
DISTINTOS PORCENTAJES, SIENDO LOS MAS
USUALES EL B-20 Y B-50.
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10. EMISIONES
LA UTILIZACIÓN DEL B-20 REDUCE LA CANTIDAD DE
PARTÍCULAS EN EL ESCAPE, EL HUMO VISIBLE, LOS
HIDROCARBUROS NO QUEMADOS Y EL MONÓXIDO DE
CARBONO
DIESEL B-20
Número de Cetano 40/48 48/52
Azufre (% en peso) 0,3/0,05 0,02/0,03
Oxígeno (% en peso) 0 2/2,5
Poder calorífico
18.500 17.900
(BTU/LB)
Densidad (G/ML) 0,84/0,865 0,85/0,86
Viscosidad 2/3,2 3/3,5
FUENTE: Southwest Research Institute
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11. VENTAJAS
• Competitivo frente a otras tecnologías que reducen la contaminación
• Complementa todas las nuevas tecnologías de diesel para reducción
de gases contaminantes
• Rendimiento similar al del combustible diesel
• No requiere nueva infraestructura ni adiestramiento
• No es necesario cambiar o convertir motores
• No altera el equipo de mantenimiento
• No altera el tiempo de recarga de combustibles
• No altera el torque
• No altera el consumo
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12. VENTAJAS
• Mejora notablemente la lubricación en el circuito y en la bomba
de inyección
• Mejora las condiciones de funcionamiento invernal
• Mejora las condiciones anti-explosión e incendio
• La mezcla se puede hacer en el momento de carga o previamente
• La mezcla es estable y no se separa en fases
• Los esteres de soja se guardan en tanques similares a los de diesel,
no son tóxicos y no forman mezclas explosivas con el aire.
EN LA COMBUSTIÓN SE REDUCE:
80% de anhídrido carbónico.
100% de dióxido de azufre.
90% de hidrocarburos totales no quemados.
75 – 90% de hidrocarburos aromáticos.
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13. LIMITACIONES
SU COMBUSTIÓN PUEDE ACARREAR UN CIERTO
INCREMENTO DE ÓXIDOS DE NITRÓGENO.
PRESENTA PROBLEMAS EN SU ALMACENAMIENTO EN
PERIODOS SUPERIORES A LOS 6 MESES.
SU PODER SOLVENTE ES MUY SUPERIOR A LA DEL
DIESEL.
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14. CARACTERÍSTICAS DEL BIODIESEL (B-50) EN
COMPARACIÓN CON EL DIESEL
BIODIESEL DIESEL
B-50
Punto de ignición 65 52
Azufre % máximo 0,02 0,05
Número de Cetano 50 42
Aromáticos Mucho
menor
Oxígeno Mucho
mayor
Punto Nube (ºC) - 13.33 - 14.44
Punto de - 17.77 - 20.55
Fluidificación (ºC)
Biodegradabilidad (%) 38 26
Lubricidad (BOCLE, 5.000 4.000
gramos)
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15. DURACIÓN DEL MOTOR CON BIODIESEL
PRUEBAS REALIZADAS POR VOLKSWAGEN BRASIL
VEHÍCULO PASSAT CON 1.6 CC. INYECCIÓN INDIRECTA
TIEMPO DE PRUEBA 1300 HORAS.
100 Hrs. A MÁXIMA POTENCIA.
300 Hrs. A MÁXIMO TORQUE.
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16. DESARROLLO
OBTENCION DEL BIODIESEL.
OBTENCION DEL MOTOR
MONTAJE DEL MOTOR EN UN
DINAMÓMETRO
OBTENCION DE LA POTENCIA, PAR
TORSOR Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE.
COMPARACION CUALITATIVA DE LA
EMISIÓN DE GASES
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17. DESARROLLO EXPERIMENTAL
ANÁLISIS DEL
COMBUSTIBLE
OBTENIDO
17

18. DATOS OBTENIDOS DEL ANÁLISIS
BIODIESEL OBTENIDO Vs. BIODIESEL REQUERIDO
EN MOTORES CAT
DENSIDAD A 15 °C 0.8766 g/cm3 DENSIDAD A 15oC 0.86 - 0.90 g/cm3
TEMPERATURA DE TEMPERATURA DE
158 °C 100°C Mínimo
INFLAMACIÓN INFLAMACIÓN
VISCOSIDAD A 40 °C 4.46 cSt. VISCOSIDAD A 40°C 4.0 – 6.0 cSt
18

19. MOTOR MONTADO EN EL DINAMÓMETRO
19

20. TABLERO DE CONTROL DEL DINAMÓMETRO
PRESIÓN DE
MEDIDOR DE ACEITE MEDIDOR DEL PAR
REVOLUCIONES
REGULACIÓN TEMPERATURA TEMPERATUR REGULACIÓN DE
DEL MOTOR DEL A DEL ACEITE CARGA
20
REFRIGERANTE

21. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL
MOTOR UTILIZADO EN EL ENSAYO
MARCA TOYOTA
MODELOS DE VEHICULOS HILUX, CARAVAN, DINA
MODELO DE MOTOR 3L
N° DE CILINDROS 4 CILINDROS EN LINEA
CILINDRADA 3000 C.C.
CAMARA DE COMBUSTIÓN PRE CAMARA DE COMBUSTIÓN
REVOLUCIONES DEL MOTOR 750 – 6800 r.p.m.
POTENCIA Hp (r.p.m) 75 (6800)
TIPO DE BOMBA DISTRIBUIDOR
ASPIRACIÓN DEL MOTOR SIMPLE
21

22. CONDICIONES DE ENSAYO CON EL MOTOR
UTILIZANDO COMBUSTIBLE DIESEL
TEMPERATURA AMBIENTE DE 15 A 17 °C.
TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE DEL MOTOR
DE 78 A 82 °C.
MEDIDA DE COMBUSTIBLE UTILIZANDO UNA PROBETA
DE 500 ml.
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23. RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO
CON EL MOTOR UTILIZANDO DIESEL
CONSUMO DE
PORCENTAJE DE PAR MOTOR
COMBUSTIBLE
ACELERACIÓN Nm
ml/min
25 16 27
50 47 50
75 67 50
100 67 50
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24. ENSAYO CON EL MOTOR UTILIZANDO
BIODIESEL 100% COMO COMBUSTIBLE
CONDICIONES DE TRABAJO SIMILARES AL DEL ENSAYO
ANTERIOR
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25. RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO
UTILIZANDO BIODIESEL COMO COMBUSTIBLE
CONSUMO DE
PORCENTAJE DE PAR MOTOR
COMBUSTIBLE
ACELERACIÓN Nm
ml/min
25 15 26
50 47 50
75 68 50
100 68 49
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26. DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO UTILIZANDO
COMBUSTIBLES AL 50%
CONSUMO DE
PORCENTAJE DE PAR MOTOR
COMBUSTIBLE
ACELERACIÓN Nm
ml/min
25 16 26
50 46 50
75 67 50
100 68 50
26

27. COMPARACIÓN DE DATOS OBTENIDOS CON
DIESEL, BIODIESEL Y MEZCLAS AL 50%
COMPARACIÓN DEL PAR MOTOR
DIESEL BIODIESEL 50% - 50%
PORCENTAJE DE PAR MOTOR PAR MOTOR PAR MOTOR
ACELERACIÓN Nm Nm Nm
25 16 15 16
50 47 47 46
75 67 68 67
100 67 68 68
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28. COMPARACIÓN DE CURVAS DEL PAR
MOTOR
80
70
60
50
PAR TO RSO R Nm
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100 120
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
PAR TORSOR DIESEL PAR TORSOR BIODIESEL
PAR TORSOR AL 50%
28

29. COMPARACIÓN DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
DIESEL BIODIESEL 50% - 50%
PORCENTAJE DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE (ml/min)
ACELERACIÓN
25 27 26 26
50 50 50 50
75 50 50 50
100 50 49 50
29

30. COMPARACIÓN DE CURVAS DEL CONSUMO DE
COMBUSTIBLE
60
C O N SU M O D E C O M B U STIB LE m l/min.
50
40
30
20
10
0
0 50 100 150
PORCENTAJE DE ACELERACIÓN
CONSUMO DE COMBUSTIBLE DIESEL
CONSUMO DE COMBUSTIBLE BIODIESEL
CONSUMO DE COMBUSTIBLE AL 50%
30

31. POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLE DIESEL.
POTENCIA DEL MOTOR EN
VELOCIDAD
Hp
2500 r.p.m - 25% aceleración 5.12
3750 r.p.m. - 50% aceleración 25.09
5250 r.p.m. - 75% aceleración 50.09
6800 r.p.m. - 100% aceleración 64.88
POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLE BIODIESEL.
VELOCIDAD POTENCIA DEL MOTOR EN Hp
2500 r.p.m - 25% aceleración 4.80
3750 r.p.m. - 50% aceleración 25.09
5250 r.p.m. - 75% aceleración 50.83
6800 r.p.m. - 100% aceleración 65.84
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32. POTENCIA OBTENIDA CON COMBUSTIBLES AL 50%.
VELOCIDAD POTENCIA DEL MOTOR EN Hp
2500 r.p.m - 25% aceleración 5.12
3750 r.p.m. - 50% aceleración 24.56
5250 r.p.m. - 75% aceleración 50.09
6800 r.p.m. - 100% aceleración 65.84
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33. PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN BOLIVIA (SEGÚN
GRUTASOL).
PRODUCCIÓN AÑO PRODUCCIÓN MES PRODUCCIÓN DÍA
BBL BBL BBL
754,777 62,898 2,029
PRECIO ESTIMADO DEL BIODIESEL PARA EL
CONSUMO (SEGÚN GRUTASOL NOVIEMBRE 2003).
3.12 Bs./Litro
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34. CONCLUSIONES
• Como se demostró en los ensayos realizados, los valores
obtenidos de par torsor, potencia y consumo de
combustible utilizando ambos tipos de combustible, no
presentan variaciones significativas, por lo cual queda
comprobado las ventajas en cuanto a prestaciones del
motor que ofrece el uso de biodiesel.
34

35. CONCLUSIONES
• Realizando una comparación subjetiva de los gases
emitidos por el motor utilizando biodiesel, se pudo
observar la disminución de los mismos, basándose en color
de los gases de combustión tipo de referencia utilizada en
muchos ensayos realizados fuera del país.
• Otro aspecto positivo que se pudo demostrar es el
hecho de que no se requiere realizar ningún trabajo de
reingeniería, en los componentes del sistema de
alimentación de combustible del motor, aspecto que es
preponderante para la vialidad del consumo de este tipo
de combustible.
35

36. CONCLUSIONES
El costo de venta del biodiesel según GRUTASOL, será similar
que el combustible Diesel, pero en este caso con tendencia a
disminuir, aspecto positivo para lograr su consumo con
mayor facilidad.
36

37. TRABAJOS FUTUROS
REALIZAR ENSAYOS EN DIVERSOS MOTORES.
REALIZAR PRUEBAS DE DESGASTES EN MOTORES,
CON KILÓMETROS DE RECORRIDO UTILIZANDO EL
COMBUSTIBLE BIODIESEL.
37

38. MUCHAS GRACIAS
38