UTILIZACIÓN BIOCOMBUSTIBLES MOTORES · 2014-10-01 · Laboratorio de Motores 1....
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Laboratorio de Motores
UTILIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES EN MOTORES
Jornada: uso sostenible del tractor agrícola
Escuela Politécnica Superior. HuescaMariano Muñoz Rodríguez. Profesor Titular
2 de octubre de 2014
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Laboratorio de Motores
BIOCOMBUSTIBLES1. Biocombustibles‐Política energética2. Tipos de biocombustibles3. Biocombustibles‐Motores
– Alcoholes y derivados en motores– Utilización de alcoholes en MEP– Utilización de alcoholes en MEC– Utilización de aceites en MEC– Utilización de biodiesel en MEC
4. El biodiesel en la UE
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1. Biocombustibles‐Política energética
• Objetivos básicos de política energética de la UE– Reducir las importaciones de petróleo
• Elevada dependencia energética exterior: 50%
– Aumentar la fiabilidad del suministro de energía • En 2020 sustitución del 20% de los carburantes tradicionales en el sector transporte
– Potenciar un uso más limpio y eficiente de la energía en vehículos
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1. Biocombustibles‐Política energética
• Biocombustibles– Permiten alcanzar los objetivos de política energética– Mitigan los problemas asociados a los excedentes agrícolas
– Reducen las emisiones contaminantes y de efecto invernadero
– Generan actividad industrial y empleo– Afectan al precio de productos alimentarios
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2. Tipos de biocombustibles• Biocombustibles: combustibles de origen vegetal (energía renovable)
• Tipos de materia prima vegetal:– Maíz, cebada, trigo, caña de azúcar, etc:
• Alcoholes– Colza, soja, girasol, palma, oliva, etc:
• Aceites– Residuos de bosques y de cultivos:
• Gases y líquidos combustibles
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2. Tipos de biocombustibles• Tipos de biocombustibles
– Alcoholes: metanol, etanol (MEP)• Derivados de alcoholes: MTBE, ETBE
– Aceites vegetales: girasol, colza, soja, etc. (MEC)• Derivados de aceites vegetales: biodiesel
– Aceites de pirólisis de la biomasa (MEC)– Gases pobres (MEP)– Biogas (motores de gas)
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3. Biocombustibles‐MotoresPeculiaridades de funcionamiento de los motores
Requisitos de todo combustible:•MEP, evaporarse fácilmente
•MEC, buena pulverización
•Facilidad en los arranques en frío
•Combustión sin formación de depósitos y completa
•El combustible debe minimizar el desgaste y corrosión
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3. Biocombustibles‐MotoresAlcoholes y derivados en motores
• Se utilizan en motores de gasolina (MEP)• El número de octano (NO) es mayor que el de la gasolina:– Gasolina: NO=95‐98– Etanol (ETBE): NO=106 (114)
• El número de cetano (NC) es bajo:– Gasóleo: NC=50– Etanol (ETBE): NC=5 (<0)
• Poder calorífico: bajo
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• Combustibles con bajo contenido en alcoholes (<10%)– No se requieren modificaciones complejas y costosas.
• Regular la inyección/carburación
– Las emisiones son del mismo orden que las de la gasolina.
– Idéntico rendimiento y potencia.
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de alcoholes en MEP
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• Combustibles con alto contenido en alcoholes (85‐95%)– Se requiere un rediseño específico del motor.
• Sistema de admisión.• Regular la inyección/carburación.• Modificar la relación de compresión.• Nuevo reglaje del encendido.• Sustitución de cauchos, plásticos y metales de construcción.
• Reformulación del aceite lubricante.
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de alcoholes en MEP
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• Combustibles con alto contenido en alcoholes (85‐95%)– Las emisiones:
• NOx mejoran• CO similar• Aldehídos aumentan
– Rendimiento y potencia: • Mejoran (por el rediseño)
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de alcoholes en MEP
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• Los alcoholes no se adaptan bien a los motores diesel. – Gran resistencia a la autoinflamación– No se mezclan bien con el gasóleo– No lubrican bien el sistema de inyección
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de alcoholes en MEC
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• El motor diesel se puede adaptar a los alcoholes– Reducir la relación de compresión– Instalar bujías– Lubricación especial de la bomba de inyección
• Modificaciones importantes
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de alcoholes en MEC
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• Se requieren modificaciones importantes del motor– Nuevo sistema de inyección: mejorar pulverización– Rediseñar cabeza de los pistones: alta turbulencia– Intensificar refrigeración– Sistema de arranque con gasóleo– Motor Elsbett
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de aceites en MEC
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• Mezclas binarias gasóleo‐aceite– Los problemas desaparecen con mezclas gasóleo y aceite hasta 15%.
– Se requieren lubricantes de altas prestaciones– Hay que aumentar la frecuencia de las revisiones.
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de aceites en MEC
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• Se prefiere modificar el aceite que el motor: (biodiesel) – Viscosidad del biodiesel ≈ gasóleo (buena pulverización)
• No modificar sistema de inyección
– Número de cetano biodiesel ≈ gasóleo (buena combustión)
• No modificar cabeza pistones/culata
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de biodiesel en MEC
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• Se puede utilizar biodiesel puro en la mayoría de los motores fabricados desde 1994– Limitaciones (muy ligeras)
• Algunos problemas de arranque en frío• Cuidados de almacenamiento• Posible ataque a sellos y juntas
• Se puede emplear sin limitaciones una mezcla de gasóleo y hasta 20% biodiesel
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de biodiesel en MEC
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• Prestaciones del motor– Potencia del motor: se reduce un ̴10%– Par motor: se reduce un ̴10%– Consumo de combustible: aumenta 12‐15%– Emisiones contaminantes: en general se reducen– Gases de efecto invernadero: se reducen notablemente
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3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de biodiesel en MEC
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Comparación emisiones EMC respecto al gasóleo
0
50
100
150
Tipo de emisión
Porc
enta
je
CO HC NOx SO2 Partíc.
60 %50 %
105 %
0 %
35 %
biodiesel
3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de biodiesel en MEC
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Emisión de CO2
Gasóleo3.2 Tn CO2/1000 litros
Biodiesel0.7-1.2 Tn CO2/1000 litros
Reducción de CO2
Gasóleo Biodiesel 2-2.5 Tn CO2/1000 litrosGasolina Etanol 2 Tn CO2/1000 litros
Reducción de gases de efecto invernadero
3. Biocombustibles‐MotoresUtilización de biodiesel en MEC
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Ensayos en el LAM• Combustible: biodiesel a partir de aceite de girasol
• Tipos de ensayo– Potencia y consumo (Directiva 88/195 CE, Directiva 88/1268 CE)
• Plena carga y cargas parciales
– Contaminantes (Directiva 88/77 CE)• Ciclo de 13 fases con opacidad
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• Marca motor: Isuzu (Diesel)• Descripción: 4 cilindros en línea. Dos
válvulas por cilindro• Cilindrada: 1488 c.c.• Diámetro x carrera: 76x82 mm• Relación de compresión: 22:1• Alimentación: Inyección indirecta mecánica
y turbocompresor (sin intercooler)• Presión máxima turboalimentación: 0.7 bar
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Negro: gasóleo puroMorado: biodiesel puro
Potencia: disminuye 1.5%
Consumo combustible: aumenta 14%
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Los biocombustibles son aptos para ser utilizados en motores
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4. El biodiesel en la UE• Producción anual UE (2013): ̴9.5 millones Tn• Alemania
– Primer productor europeo: ̴2.5 millones Tn– Se emplea biodiesel puro en vehículos
• Francia– Segundo productor de biodiesel– Se emplea mezclado
• Al 30% en flotas cautivas • Al 5% en gasóleo de automoción
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4. El biodiesel en la UE• Austria
– País pionero en programas de bioenergía– Se emplea biodiesel puro en vehículos – Muchas cooperativas agrícolas
• Se autoabastecen de combustible: biodiesel
• España– Varias plantas de biodiesel (50% de su capacidad)– Se emplea biodiesel en algunas flotas cautivas
• Mezclado hasta 20%– Primer productor de etanol de la UE
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