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Producción y propiedades del bioqueroseno a partir de aceite de palmiste

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Diego Rubén Koss

PRODUCCIÓN Y PROPIEDADES DEL BIOQUEROSENO A PARTIR

DE ACEITE DE PALMISTE

TRABAJO FINAL MASTER EN ENERGIAS RENOVABLES Y EFICIENCIA

ENERGETICA

Dirigida por: D. Laureano Canoira López D. Magín Lapuerta Amigo

2010


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Agradecimientos: A Combustibles Ecológicos BIOTEL SL. Al Laboratorio de Combustibles y Petroquímica de la Fundación Gómez Pardo.

A la Escuela de Minas de la UPM, por abrirme todas sus puertas desde el primer momento. A la Universidad de Castilla La Mancha, por darme la posibilidad de realizar este máster. A Laureano Canoira, por guiarme y apoyarme con fuerte empeño durante todo el período de este trabajo. A Magín Lapuerta, por haberme tenido en cuenta para este proyecto y por sus inmensas colaboraciones al mismo. A mi novia, por respaldarme y aguantarme día a día. A mi familia, que a la distancia hicieron y hacen posible que yo esté finalizando este proceso. A Alberto Llamas, por su paciencia y docencia en los primeros pasos de este proyecto. A Ana Al-lal, por estar siempre y brindar su colaboración cuando era necesario. A Emilio García, por estar permanentemente disponible con su apoyo, presencia y conocimiento. A María Rodríguez, que ha sido mi compañera a distancia de gran parte de este proyecto.


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INDICE CAPITULO 1: INTRODUCCION 1.1 JUSTIFICACION E INTRODUCCION 1.2 OBJETIVOS

CAPITULO 2: REVISION BIBLIOGRAFICA 2.1 TIPOS DE QUEROSENOS DE TURBINA DE AVIACION 2.2 EL ACEITE DE PALMISTE 2.3 ANTECEDENTES DEL USO DE BIOCARBURANTES EN

AVIACION

CAPITULO 3: NORMATIVA 3.1 QUEROSENOS PARA TURBINA DE AVIACION CIVIL 3.2 QUEROSENOS PARA TURBINA DE AVIACION MILITAR 3.3 BIODIESEL

CAPITULO 4: PLAN DE ENSAYOS

4.1 COMBUSTIBLES, MATERIAS PRIMAS Y MEZCLAS ANALIZADAS

4.1.1 Querosenos a. Queroseno sin aditivos b. Queroseno con aditivos

4.1.2 Aceite de Palmiste a. Aceite puro de Palmiste b. FAME de Palmiste


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4.1.3 Productos de destilación del FAME a. Destilado ligero (Bioqueroseno) b. Fondo de Destilado

4.1.4 Mezclas

4.2 MATRIZ EXPERIMENTAL

CAPITULO 5: ENSAYOS Y RESULTADOS RELATIVOS A LAS

MATERIAS PRIMAS, MEZCLAS Y COMBUSTIBLES PUROS

5.1 COLOR Y ASPECTO 5.2 RENDIMIENTOS 5.3 ACIDEZ 5.4 CONTENIDO DE AGUA 5.5 PUNTO DE INFLAMACIÓN 5.6 DENSIDAD 5.7 PUNTO DE CRISTALIZACIÓN 5.8 PODER CALORÍFICO 5.9 PUNTO DE HUMO 5.10 CORROSIÓN A LA TIRA DE COBRE 5.11 VISCOSIDAD 5.12 PERFIL DE ESTERES METÍLICOS 5.13 POFF 5.14 TABLAS DE RESULTADO Y COMPARATIVAS

CAPITULO 6: CONCLUSIONES CAPITULO 7: PROYECCIONES FUTURAS BIBLIOGRAFIA


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CAPITULO 1: INTRODUCCION 1.1 JUSTIFICACION E INTRODUCCION Desde hace unos años se evidencian los inconvenientes relacionados con los combustibles convencionales (fósiles) que actualmente abastecen a los medios de transporte, como son la automoción y la aviación entre otros.

Las consecuencias del uso de los mismos se reflejan en los fenómenos climáticos, sociopolíticos y económicos que suceden actualmente, destacando por su gran importancia:

a) el calentamiento global como consecuencia de las emisiones de CO2, como resultado de la combustión de los combustibles fósiles. b) la dependencia del sistema energético de los países productores de los combustibles tradicionales, encontrándose de manera muy concentrada en unos pocos de ellos, razón por la cual provocan una inestabilidad en su precio, ocasionando una inevitable escasez en un futuro a corto o medio plazo de estos combustibles mencionados (ya que son no renovables a escala humana).

A partir de estos problemas globales se han desarrollado nuevas alternativas para poder reemplazarlos. Los biocarburantes pueden ser una alternativa para solventar una gran parte de la demanda energética en medios de transporte tanto terrestre como aéreos.

Actualmente la legislación exige que el mercado europeo de biodiesel para transporte y calefacción alcance los 10 millones de toneladas anuales en 2010. Según datos de la UE, la capacidad de producción es actualmente de sólo 2.4 millones de toneladas anuales. Los países del sur de Europa que disfrutan de climas templados, con un número de horas de sol más elevado que los países nórdicos, resultan particularmente atractivos para desarrollar biocombustibles. Por otra parte, esta solución tecnológica permite compensar las emisiones de CO2 a la atmósfera. Por todo ello, el biocombustible se convierte en una energía renovable, atractiva y competitiva.

En transporte terrestre, el biodiesel y el bioetanol son una alternativa para utilizarlos en motores diesel y de encendido provocado respectivamente. Los bioquerosenos, por su elevado poder calorífico y su bajo punto de cristalización, son los más adecuados para cubrir una parte de la demanda de combustible en el transporte aéreo.


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La industria está explorando alternativas fiables al queroseno de aviación que son sostenibles y tienen una menor huella de carbono. Las exigencias mínimas actuales de combustible para aviones se basan principalmente en poseer un punto de congelación muy bajo y un contenido energético alto. El aceite de palmiste es un producto que por su composición y propiedades físico-químicas, similares a la del coco, podría cumplir los requerimientos necesarios de un combustible de turbina para aviación. Si bien las posibilidades de un reemplazo total son muy improbables, se podría sustituir proporciones significativas de queroseno fósil con bioquerosenos de este tipo.

________________ Este trabajo cuenta con otro proyecto paralelo de similares características, pero que en ese caso analiza al aceite de coco, pero ante los mismos parámetros de las normas internacionales para combustibles de turbinas de aviación civil y militar. Ambos trabajos analizan los bioquerosenos en mezcla con queroseno de origen fósil, con el fin de ser un potencial reemplazo del combustible convencional. Cabe agregar que los resultados y las conclusiones de estos trabajos serán punto de partida para otro que se realizará con posterioridad, con el objetivo de completar y profundizar las posibilidades reales de estos bioquerosenos en su empleo como alternativa benéfica para el medio ambiente en el sector del transporte aéreo. Y con el propósito de disminuir la emisión de gases de efecto invernadero, en uno de los sectores que más CO2 aportan a la atmosfera. En el caso del estudio del aceite de palmiste, fue posible su realización gracias a la gentileza de la Escuela de Minas de la Universidad Politécnica de Madrid, en brindar sus laboratorios y equipos para poder realizar la mayoría de los ensayos y análisis de este trabajo, a su secretario y profesor Laureano Canoira; a la empresa BIOTEL S.L., que fue la interesada en obtener la viabilidad técnica de estas materias primas y la que proporcionó las mismas para sus posteriores análisis para comprobar su uso como combustibles ecológicos; al laboratorio de petróleo de la Fundación Gómez Pardo, que complementó con sus equipos la posibilidad de realizar ensayos que de otra manera hubiesen sido imposibles de realizar.


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1.2 OBJETIVOS 1.- Comprobar si las propiedades físico-químicas de las mezclas utilizadas en este trabajo se encuentran dentro de los rangos estipulados por las normativas para ser considerados combustibles para turbinas de aviación.

a.- Evaluar las características del bioqueroseno de Palmiste como posible mezcla con queroseno de aviación.

b.- Comprobar el rendimiento en producción de FAME, destilado ligero y destilado pesado, respecto al aceite original de Palmiste utilizado.

c.- Analizar las mezclas al 5,10 y 20% v/v de bioqueroseno con queroseno comercial sin aditivar, y verificar si sus propiedades cumplen con la normativa para combustibles de turbina de aviación civil y/o militar.

d.- Analizar las mezclas al 5,10 y 20% v/v de bioqueroseno con queroseno con aditivos (JET A-1), y verificar si sus propiedades cumplen con la normativa para combustibles de turbina de aviación civil y/o militar.

2.- Estudiar la fracción pesada del destilado del biodiesel (FAME) de Palmiste, para su posible utilización como biocombustible en calefacción y/o automoción.


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CAPITULO 2: REVISION BIBLIOGRAFICA

2.1 TIPOS DE QUEROSENOS PARA TURBINAS DE AVIACION Los dos tipos de querosenos que comenzaron a usarse en portaviones fueron el JP4 y el JP5, debido a su alto punto de inflamación; más tarde en los años 70 el JP4 fue evolucionado al JP8 por su volatilidad. El consumo de queroseno fue incrementándose en los últimos años, como puede verse en el gráfico 1, en el año 2000 se triplicó su consumo con respecto al año 1970.

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1.3.1 Queroseno JP4 ó Jet B Este combustible presenta algunas desventajas como son las pérdidas por evaporación a grandes altitudes y el riesgo de incendio durante su manipulación. En los años 70 el “wide cut” o Jet B fue sustituido por el JP5 exceptuando el uso en zonas de Canadá y Alaska por su adaptación a climas fríos.

1.3.2 Queroseno JP5 Se trata de un combustible destinado a las aeronaves militares, sobre todo de la Marina, utilizado en motores turborreactores o turbohélices cuyo punto de inflamación mínimo es de 60 ºC, presenta un punto de cristalización máximo de -46 ºC. Está formado con diferentes aditivos: anticongelante, anticorrosión y antioxidante.

Gráfico 1: Consumo del queroseno de aviación en las últimas décadas


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1.3.3 Queroseno JP8 Carburante de las aeronaves militares propulsadas por motores turborreactores o turbohélices, tiene características muy similares a las del Jet A-1, pero con aditivos anticongelante, anticorrosión y antioxidante.

1.3.4 Queroseno JP8+100 Es el JP-8 pero con la incorporación de aditivos mejoradores de propiedades fisicoquímicas especificas.

1.3.5 Queroseno Jet A-1 Este queroseno posee un punto de congelación de - 47 °C, propiedad que lo hace adecuado para largos vuelos internacionales, especialmente en rutas polares y en invierno. Es un combustible que se emplea comúnmente en aviación civil comercial, tiene un punto de inflamación de 38 ºC y no sólo se utiliza como combustible sino que también sirve de lubricante y como intercambiador de calor, para enfriar el aceite del motor, el circuito hidráulico y el equipo de aire acondicionado.

1.3.6 Combustible AVGAS Gasolina con plomo de aviación para aeronaves con motores de explosión, es altamente inflamable y volátil. Debido al alto contenido en plomo, tiende a desaparecer del mercado. Está formado por una combinación compleja de hidrocarburos parafínicos, cicloparafínicos, aromáticos y olefínicos con números de carbonos mayores de C3 y posee un punto de ebullición de 170 ºC. Es un producto extremadamente inflamable y combustible, es estable a temperatura ambiente.


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2.2 EL ACEITE DE PALMISTE El fruto de la palma africana o palma aceitera (Elaeis guineensis L.) da dos clases de aceite: el aceite de palma, que se obtiene de la cubierta carnosa del fruto, y el aceite de palmiste, que procede de la almendra de la nuez. El aceite de palmiste (crudo) se obtiene exprimiendo los palmistes (almendras). Sin embargo, como norma general, se obtiene prensando y extrayendo las semillas, y posteriormente el producto se refina (aceite de palmiste refinado). Es una de las plantas oleaginosas más importantes. Se considera como una de las de mayor rendimiento de aceite por hectárea y su cultivo no presenta ajustes significativos en sus prácticas de fertilización año tras año. Probablemente se originó en regiones tropicales, en la costa este de América y en África Occidental. Hay pruebas de que la gente que vivía en África Occidental y Central elaboraba aceite de este fruto ya en el siglo XV. Las primeras referencias del aceite de palmiste llegaron a Europa en 1443, de manos del navegante portugués, Gil Eannes. El aceite fue importado a Europa en 1850, para satisfacer las necesidades de grasa en una población creciente. La invención de la margarina en 1869, junto con un aumento continuo del uso de las grasas vegetales, provocó un crecimiento en la demanda. Esto condujo al cultivo del palmiste, que actualmente crece en regiones tropicales, por todo el mundo. Estas plantas crecen a una altura de aprox. 20 m y florecen a temperaturas de 24-27°C. No dan fruto en los primeros 4 años, y después producen aprox. 50 frutos. Las áreas principales en las que actualmente se cultiva son: África Occidental, Indonesia, Malasia, Filipinas, Brasil y Colombia. La cosecha empieza cuando el fruto empieza a desprenderse de los racimos de fruta. Entonces, estos racimos se abren con cuchillos. Cada uno de ellos contiene más de 2.000 piezas de fruta, con una base dura rodeada de pulpa blanda. El aceite de palmiste se obtiene de la semilla carnosa y el aceite de palma de la pulpa de la que se le ha eliminado la semilla. En condiciones ideales, los cultivos pueden producir hasta 20 toneladas de racimos por hectárea y por año, de los cuales se puede extraer hasta el 25% de aceite de palma (cinco toneladas) y el 5% de aceite de palmiste (una tonelada). Esta cantidad es mayor que la cantidad producida por cualquier otra fuente de aceite vegetal. A diferencia de las semillas carnosas, las semillas de la palma (palmistes) son extremadamente duras (lo que las convierte en aptas para el almacenaje), y esto


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significa que no es necesario extraer el aceite en el mismo lugar donde se cosecha. El contenido de aceite es entre un 46-53% y el aceite se obtiene -una vez que el producto se ha secado, desmenuzado y acondicionado- mediante presión o descamación y extracción. A temperatura ambiente, el aceite de palmiste crudo (o grasa, dependiendo de la temperatura) es sólido, de color amarillento-marrón y tiene un olor y gusto característicos. Una vez se ha refinado, se convierte en un aceite de semilla blanco-amarillento con un sabor típicamente neutro y agradable. El aceite es muy saturado, con énfasis en el ácido láurico, lo que lo hace fundamentalmente diferente del aceite de palma. El aceite de palmiste, de hecho, tiene una mayor semejanza al aceite de coco. El aceite de palmiste se utiliza actualmente en la producción de margarina y de jabones de procesos fríos, y también en la industria cosmética. En la industria del aluminio, el aceite de palmiste se utiliza como grasa en los procesos de embutición profunda para cubiertas de protección de aluminio. En el sector alimentario, el aceite de palmiste se utiliza para cocinar y para cocinar al horno.

Fotografía 1 y 2: Frutos de la Palma


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Fotografía 3: Rama con frutos de la Palma

Tabla 1: Características Físico-Químicas del Aceite de Palmiste

Características Fisco- Químicas

MIN MAX

Punto de fusión °C 23 30

Densidad a 40/25 °C 0,9 0,92

Índice de Yodo 14,5 19,5 Materia Insaponificable % --- 1,5

Índice de Refracción a 40 °C 1,448 1,452 Índice de Saponificación 240 255

Tabla 2: Perfil de Ácidos Grasos promedio del Aceite de Palmiste

Nombre (Acido) Tipo Concentración

Caproico C 6:0 <0,8 Caprilico C8:0 2,4 – 6,2

Caprico C10:0 2,6 – 5,0

Laurico C12:0 41 - 55 Miristico C14:0 14 - 16

Palmitico C16:0 6,5 - 10 Esteárico C18:0 1,3 – 3,0

Oleico C18:1 12 - 19

Linoleico C18:2 1,0 – 3,5 Linolenico C18:3 -------

------------ C20:0 – 24:1 -------


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2.3 ANTECEDENTES DEL USO DE BIOCARBURANTES EN AVIACION Características de los biocarburantes potenciales de aviación y sus materias primas • Producido a partir de los azúcares, almidones, aceites o grasas de los productos

agrícolas con tecnologías convencionales • Hechos de alimentos sostenibles que no son fuentes de consumo humano tales

como algas, babasú, camelina, halófitas y jatropha. • Las algas son plantas fotosintéticas simples. Pueden ser cultivadas en agua

contaminada o con sal. Son capaces de producir hasta 250 veces más aceite que la soja de 1ª generación.

• El Babasú es un árbol nativo de Brasil, posee una nuez con alto contenido de aceite.

• La Camelina es un cultivo energético, que crece en rotación con cultivos de trigo y otros cereales.

• Las Halófitas crecen en terreno salino, donde ninguna otra especie puede crecer en buenas condiciones.

• La Jatropha recupera los terrenos baldíos, se usa como barrera natural para los cultivos y crece en suelos pobres.

• El “Switch grass”, un pasto resistente, necesita poca agua y rinde una elevada producción de biomasa.

• Las emisiones de gases de efecto invernadero en ciclo de vida son de hasta un 85% inferior a las emisiones tradicionales de los combustibles para aviación.

Experiencias exitosas

a) Distintas empresas aéreas internacionales han realizado pruebas de vuelos reales utilizando combustibles alternativos, ya sean sintéticos o biocarburantes. En casi todos los casos se usaron mezclas con combustible convencional. • Airbus voló un A380 en 2008 con un motor alimentado por combustible

líquido a partir de gas, obtenido por el método de Fischer Tropsch. • Qatar Airways voló un Airbus 340-600 con una mezcla del 50% de GTL (Gas

to Liquid) en los cuatro motores, el 12 de Octubre de 2009. • United Airlines voló un Airbus A319 con dos motores en una mezcla del 40%

de GTL, el 30 de abril 2010.


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• Virgin Atlantic voló un Boeing 747-400, el 23 de febrero de 2008 con un motor funcionando en una mezcla del 20% de biodiesel de aceite de babasú y aceite de coco.

b) En 2008-09 se llevaron a cabo cuatro pruebas en motor con un 50% de biocombustibles: • Air New Zealand voló un Boeing 747-400 en un motor en con 50% de

biocombustibles derivados de la jatropha y 50% de queroseno, el 30 de diciembre 2008.

• Continental Airlines voló un avión Boeing 737-800 con un 50% de combustible para aviones y un 50% de una mezcla de bioquerosenos de algas y jatropha, el 7 de enero 2009.

• JAL (Japan Airlines) voló con un 50% de biocombustibles (camelina, jatropha y algas) y 50% de queroseno en un Boeing 747-300 con motores de P & W el 30 de enero de 2009.

• KLM (Royal Dutch Airlines) voló un avión Boeing 747 con un motor de GE utilizando una mezcla de camelina al 50% el 23 de noviembre de 2009, el primer vuelo de pasajeros con biocombustibles.

Estas pruebas demostraron que el uso de biocombustibles a partir de estas fuentes como combustibles “drop-in" es válido técnicamente. • No se precisan adaptaciones muy importantes en los aviones • Los biocombustibles se pueden mezclar con el combustible existente • El motor con la mezcla de biocombustibles mostró, en algunos casos, una

mejora en la eficiencia del combustible.


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CAPITULO 3: NORMATIVA 3.1 QUEROSENOS PARA TURBINAS DE AVIACION CIVIL

ASTM D 1655: Especificación Americana normalizada para combustibles de turbina de aviación civil. Esta norma internacional incluye los requisitos de los combustibles comerciales de turbina de aviación para uso civil. No incluye a todos los combustibles avalados para motores alternativos de turbina de aviación, sino más bien, define los tipos específicos de combustible de aviación para uso civil: Jet A, y Jet A-1. Los combustibles deberán ser muestreados y probados adecuadamente para evaluar su conformidad con los requisitos detallados en cuanto a composición, volatilidad, fluidez, combustión, corrosión, estabilidad térmica, contaminantes y aditivos.

Tabla 3: Detalle de los requerimientos de los combustibles para turbina de aviación de la norma ASTM 1655

Propiedad

JET A o JET A-1 Método ASTM COMPOSICION Acidez Total mg KOH/g máx 0,10 D3242 1. Aromáticos vol % máx 25 D1319 2. Aromáticos vol % máx 26,5 D6379 Azufre, mercaptano masa % máx 0,003 D3227 Azufre, masa total máx 0,30 D1266, D2622, D4294, o D5453 VOLATILIDAD Temperatura de destilación máx 205 D86, D2887 10% Recuperado, temperatura máx anotar 50% Recuperado, temperatura anotar 90% Recuperado, temperatura 300 Residuo de destilación % máx 1,5 Perdida destilación % máx 1,5 Punto de Inflamación ºC mín 38 D56 o D3828 Densidad (15ºC), kg/m3 775 a 840 D1298 o D4052 FLUIDEZ Punto de Cristalización ºC máx -40 jet A D5972, D7153, D7154, o D2386

-47 jet A-1 Viscosidad -20ºC, mm2/s máx 8,00 D445 COMBUSTION

Poder neto de combustión PCI, MJ/kg mín 42,8 D4529, D3388, o D4809 Uno de los siguientes requisitos deberán ser cumplidos (1) Punto de Humo, mm, ó mín 25 D1322 (2) Punto de Humo, mm, y mín 18 D1323 naftalenos, vol, % máx 3,0 D1840 CORROSION Tira de Cobre, 2hs a 100ºC máx Nº 1 D130 ESTABILIDAD TERMICA (2,5 hs a temperatura controlada de 260ºC min) Caída de presión de filtro, mm, Hg máx 25 D3241 Depósitos en tubo menor a 3 CONTAMINANTES Gomas existentes, mg/100mL máx 7,00 D381, IP540 Microsoparmotor, M Rating D3948 Sin aditivo de conductividad eléctrica mín 85 Con aditivo de conductividad eléctrica mín 70 ADITIVOS ver 5.2 Conductividad eléctrica, pS/m D2624


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DEF STAN 91-91: Combustibles para Turbinas. Queroseno de aviación tipo JET A-1.

Esta norma es para estandarizar combustibles de turbina de aviación, que la Aviación Civil del Reino Unido (CAA) ha acordado que esté bajo la autoridad del Director de Defensa del grupo de combustibles.

Especifica los requisitos de un grado de queroseno como combustible de turbina de aviación, para ser usado en motores de aviones de turbina de gas. El combustible citado en esta especificación deberá disponer de propiedades y rendimiento satisfactorio cuando se utilice en aviones apropiados o en motores operados por la Corona, o para los que el organismo CAA certifique.

Tabla 4: Detalle de requerimientos de combustibles para turbina de aviación de la norma DEF STAN 91-91

Características Unidades Queroseno JET A-1 Método ASTM/IP Aspecto Claro y brillante Visual Color Saybolt Anotar D 156 / D 6045 Partículas mg/l máximo 1,0 D 5452 / IP 423 Acidez Total mg KOH/g máximo 0,015 D 3242 / IP 354 Aromáticos aromáticos % V/V máximo 25 D 1319 / IP 156 o aromáticos % V/V máximo 26,5 D 6379 / IP 436 Sulfuro, mercaptano masa % m/m máximo 0,002 D 3227 / IP 342

Sulfuro masa total % m/m máximo 0,3 D 2622, D 4294/ IP 336

Componentes de refinería componentes hidroprocesados % V/V anotar componentes hidroprocesados severamente % V/V anotar Destilación Punto inicial ºC anotar D 86 / IP123 10% Recuperado, temperatura ºC máximo 205,0 50% Recuperado, temperatura ºC anotar 90% Recuperado, temperatura ºC anotar Punto final ºC máximo 300,0 Residuo % V/V máximo 1,5 Perdida % V/V máximo 1,5 Punto de Inflamación ºC máximo 38 IP 170 Densidad (15ºC) kg/m3 775 a 840 D 4052 / IP 365 Punto de Cristalización ºC máximo -47,0 D 2386 / IP 16 Viscosidad -20ºC mm2/s máximo 8,000 D 445 / IP 71 Punto de Humo: D 1322 / IP 57 Punto de Humo, mm, ó mm máximo 25 Punto de Humo, mm, y mm máximo 18 naftalenos % V/V 3,0 D 1840 Calor de Combustión PCI MJ/kg mínimo 42,8 Corrosión al Cobre (2hs a 100ºC) Escala Norma mínimo 1 D130 / IP154 Estabilidad Térmica (JFTOT) D 3241 / IP 323 temperatura de ensayo ºC mínimo 260 depósitos Escala Norma máximo < 3 presión diferencial mmHg máximo 25 Gomas actuales mg/100 ml máximo 7 IP 540 Tolerancia al agua: característica interfase Escala Norma máximo 1b D 1094 / IP 289 Índice de separación del agua Escala Norma mínimo 85 D 3948 Conductividad eléctrica pS/m 50 a 450 D 2624 / IP 274 Lubricidad mm máximo 0,85 D 5001


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UNE 51118: Determinación a la estabilidad a la oxidación de combustibles para aviación Esta norma tiene por objeto establecer un método para determinar la tendencia de los combustibles para motores y turbinas de aviación, a formar gomas y depósitos en condiciones de envejecimiento acelerado. Los resultados indican la estabilidad de estos combustibles a ser almacenados Fundamento: El combustible se oxida, bajo condiciones prescritas, en una bomba llena de oxigeno y se pesa los precipitados que se formen (A), gomas insolubles (B) y total de gomas solubles (C). Precipitado: Consiste en el sedimento y materias en suspensión del combustible envejecido, después de filtrarlo, pasando por el mismo filtro los lavados del recipiente de la muestra. Gomas Insolubles: Son los depósitos adheridos al recipiente de la muestra, después de retirar de éste, el combustible envejecido, el precipitado y las gomas solubles. Las gomas insolubles se obtienen determinando el incremento de peso del recipiente de la muestra. Gomas Solubles: Son los productos deteriorados presentes al final del periodo de envejecimiento especificado. Estos productos deteriorados están disueltos en el combustible envejecido y son al mismo tiempo la porción la porción soluble en la mezcla de tolueno y acetona, de los depósitos adheridos al recipiente de la muestra. Las gomas solubles se obtienen como residuo no volátil por evaporación del combustible envejecido más los lavados del recipiente con la mezcla de tolueno y acetona.

Tabla 5: Características de envejecimiento

mg/100ml Combinación de residuos

Gasolina para aviación Combustible para turborreactores

Gomas potenciales Suma de gomas insolubles

y solubles. B + C.

Precipitado Precipitado A si es

necesario.

Residuo potencial total

Suma del Precipitado, A, si es necesario, gomas insolubles, B y gomas solubles C, o sea A + B +

C.


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3.2 QUEROSENOS PARA TURBINAS DE AVIACION MILITAR STANAG 3747 O DEF STAN 91-86: Combustible para turbinas de aeronaves militares embarcadas. En emergencias es combustible alternativo en los motores Diesel principales y auxiliares en barcos. Otras denominaciones: AVCAT, TR5. Los F34 y F35 son sustitutivos pero nunca deben ser almacenados en barcos por razones de seguridad naval.

Tabla 6: Especificaciones esenciales de combustible tipo JP-5 para turbinas de aviación.

F 44 COMBUSTIBLE JP-5 PARA TURBINAS DE AVIACION

MIL-DTL-5624 U

SUSTITUTIVOS ACEPTABLES F-34

EMERGENCIA F-35

CARACTERISTICAS ESENCIALES LIMITES UNIDADES

Color incoloro o amarillo

Densidad (15ºC) 0,788 a 0,845 kg/L

Punto de inflamación, min. 60 ºC

Punto de congelación, máx. -46 ºC

Inhibidor antihielo 0,10 a 0,15 % v/v

Materias solidas, máx. 1 mg/L


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STANAG 3747 O DEF STAN 91-87: Combustible para turbinas de aeronaves militares. Puede emplearse como combustible alternativo al gasóleo nacional (TF-03) y gasóleo OTAN (F-54), solo o mezclado en cualquier proporción. Su empleo en motores diesel ocasiona, fundamentalmente, obstrucción inicial de filtros, pérdida de potencia, aumento de consumo, perdidas de lubricidad y fluctuaciones en la presión de combustible. Tabla 7: Especificaciones esenciales de combustible tipo JP-8 para turbinas de aviación.

F-34 COMBUSTIBLE JP-8 PARA TURBINAS DE AVIACION MIL-DTL-83133 E

SUSTITUTIVOS ACEPTABLES NINGUNO

EMERGENCIA F-35, F-44

Características esenciales LIMITES UNIDADES

Color incoloro o amarillento


Punto de inflamación, min 38 ºC


Inhibidor antihielo 0,10 a 0,15 % v/v


Tiempo de filtración, máx. 15 min.

Conductividad eléctrica a Tº ambiente 150 a 450 pS/m

Actualmente existe el JP-8 mas aditivos (JP-8+100) que sirven para mejorar la estabilidad térmica que exigen las nuevas turbinas militares (Tabla 8). No debe emplearse en motores diesel. Los aditivos aprobados son los SPEC AID 8Q462 o el aeroshell perfomance additive 101.


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Tabla 8: Especificaciones esenciales de combustible tipo JP-8+100 para turbinas de aviación.

F 37 COMBUSTIBLE JP-8+100 PARA TURBINAS DE AVIACION MIL-DTL-5624 U

SUSTITUTIVOS ACEPTABLES F-34

EMERGENCIA F-35

CARACTERISTICAS ESENCIALES LIMITES UNIDADES

Color incoloro o amarillento


Punto de inflamación, min 38 ºC



Tiempo de filtración, máx. 15 min.


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3.3 BIODIESEL UNE EN 14213: Combustible para calefacción. Esteres metílicos de ácidos grados (FAME). Requisitos y métodos de ensayo.

Esta norma europea especifica los requisitos y los métodos de ensayo de los esteres metílicos de ácidos grasos (FAME) comercializados y suministrados para su empleo bien como combustible de calefacción a una concentración del 100%, bien como un componente mezcla en la producción de dicho combustible. La concentración al 100% es aplicable para los equipos diseñados o adaptados para tal fin. Tabla 9: Requisitos aplicables y métodos de ensayos de la norma UNE EN 14213.

Características Unidad Limites Método de

Ensayo Mínimo Máximo

Contenido de ester % m/m 96,5 - EN 14103

Densidad (15ºC) kg/m3 860 900 EN ISO 3675

EN ISO 12185

Viscosidad 40ºC mm2/s 3,5 5,0 EN ISO 3104

ISO 3105

Punto de Inflamación ºC 120 - prEN ISO 3679

Contenido de Azufre mg/kg - 10,0 prEN ISO 20846

prEN ISO 20884

Residuo de carbón (en 10% de residuo destilado) % m/m - 0,30 EN ISO 10370

Contenido de cenizas sulfatadas % m/m - 0,02 ISO 3987

Contenido de agua mg/kg - 500 EN ISO 12937

Contaminación total mg/kg - 24 EN 12662

Estabilidad a la oxidación, 110ºC Horas 4 EN 14112

Índice de Acido mg KOH/g - 0,50 EN 14104

Índice de Yodo gr yodo/100g - 130 EN 14111

Esteres de metilo poliinsaturados (>= a 4 dobles % m/m - 1

enlaces)

Contenido de monoglicéridos % m/m - 0,80 EN 14105

Contenido de diglicéridos % m/m - 0,20 EN 14105

Contenido de triglicéridos % m/m - 0,20 EN 14105

Glicerol libre % m/m - 0,02 EN 14105

EN 14106

Temperatura de obturación de filtro frío CFPP ºC - j EN 116

Punto de vertido ºC - 0,00 ISO 3016

Valor calorífico neto MJ/kg 35 - DIN 51900


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UNE EN 14214: Combustibles de automoción: Esteres metílicos de ácidos grasos (FAME) para motores diesel. Requisitos y métodos de ensayo.

Esta norma europea proporciona todas las características, requisitos y métodos de ensayo relevantes para los ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), que se utilizan como combustible de automoción. Especifica los requisitos y los métodos de ensayo de los FAMEs comercializados y suministrados para su empleo bien como combustible de automoción en motores diesel al 100%, bien como un diluyente para dicho combustible de acuerdo con los requisitos de la norma UNE-EN 590. La concentración del 100% es aplicable al combustible que se utilice en vehículos con motores adaptados.

Tabla 10: Requisitos generales aplicables y métodos de ensayo de la norma UNE EN 14214

Características Unidad Limites Método de

Ensayo Mínimo Máximo

Contenido en FAME % m/m 96,5 - EN 14103

Densidad (15ºC) kg/m3 860 900 EN ISO 3675

EN ISO 12185

Viscosidad 40ºC mm2/s 3,5 5,0 EN ISO 3104

Punto de Inflamación ºC 101 - EN ISO 3679

EN ISO 2719

Contenido de Azufre mg/kg - 10,0 EN ISO 20846

EN ISO 20884

Residuo carbonoso (sobre el 10% de residuo destilado) % m/m - 0,30 EN ISO 10370

Número de cetanos 51 EN ISO 5165

Contenido de cenizas sulfatadas % m/m - 0,02 ISO 3987

Contenido de agua mg/kg - 500 EN ISO 12937

Contaminación total mg/kg - 24 EN 12662

Corrosión a la tira de cobre (3hs a 50ºC) clasificación clase 1 EN ISO 2160

Estabilidad a la oxidación, 110ºC horas 6 - pr EN 15751

EN 14112

Índice de Acidez mg KOH/g - 0,50 EN 14104

Índice de Yodo gr yodo/100g - 120 EN 14111 Esteres de metilo poliinsaturados (>= a 4 dobles enlaces) % m/m -

1

Contenido en metanol % m/m - 0,20 EN 14110

Contenido de monoglicéridos % m/m - 0,80 EN 14105

Contenido de diglicéridos % m/m - 0,20 EN 14105

Contenido de triglicéridos % m/m - 0,20 EN 14105

Glicerol libre % m/m - 0,02 EN 14105-6

Glicerol total % m/m - 0,25 EN 14105

Metales del grupo I (Na+K) mg/kg - 5,00 EN 14108-9

POFF verano ºC 0 EN 116

invierno ºC -15

Metales del grupo II (Ca+Mg) mg/kg - 5,00 EN 14538

Contenido de fósforo mg/kg - 4,00 EN 14107


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CAPITULO 4: PLAN DE ENSAYOS El plan consiste en la realización de ensayos específicos para cada tipo de combustible o materia prima seleccionada. La elección de éstos, estará determinada por las normas internacionales (ver Capitulo 3) respectivas para cada tipo de sustancia.

4.1 Combustibles y materias primas analizadas

4.1.1 Querosenos: Se han utilizado dos tipos de queroseno de origen fósil

a. Queroseno sin aditivos: Es el combustible de aviación sin contenido de aditivos. Fue suministrado por la Compañía Logística de Hidrocarburos (CLH). b. Queroseno con aditivos: Es el combustible de aviación con aditivos que se añaden en su formulación: disipador de electricidad estática para prevenir el riesgo de autoignición, antioxidante para evitar la formación de gomas y peróxidos y otros aditivos como: anticongelantes que disminuyen el punto de congelación del agua precipitada en los depósitos del combustible, anticorrosivos que protegen contra la corrosión de las superficies metálicas del sistema de combustible, inhibidor de escarchado del sistema de combustible para evitar la formación de cristales, aditivos para evitar la volatilidad excesiva y si existe la evidencia de colonias bacterianas dentro del sistema de carburante se puede añadir el aditivo biocide. Fue suministrado por la empresa REPSOL YPF.

4.1.2 Aceite de Palmiste a. Aceite Puro de Palmiste: Aceite proveniente de la almendra de la Palma. Suministrado por la empresa Combustibles Ecológicos Biotel S.L. b. Biodiesel de Palmiste (FAME): La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un éster por otro alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base. En este caso la materia prima inicial fue el aceite de palmiste. El FAME de Palmiste se obtuvo a través de dos vías diferentes: La primera por una transesterificación directa del aceite, y la segunda con una esterificación previa para reducir la acidez (2,18%).


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4.1.3 Productos de destilación del FAME a. Destilado ligero (Bioqueroseno): Fracción ligera (FAME de cadenas cortas) que se destilan del FAME de Palmiste.

b. Fondo de Destilación: Fracción pesada (FAME de cadenas largas), que queda en el matraz de destilación después de la destilación del FAME de Palmiste.

4.1.4 Mezclas realizadas a. B5 + queroseno sin aditivos: Mezcla de queroseno sin aditivos con un 5% de bioqueroseno de palmiste. b. B5 + queroseno con aditivos: Mezcla de queroseno con aditivos mejoradores, con un 5% de bioqueroseno de palmiste. c. B10 + queroseno sin aditivos: Mezcla de queroseno sin aditivos con un 10% de bioqueroseno de palmiste. d. B10 + queroseno con aditivos: Mezcla de queroseno con aditivos mejoradores, con un 10% de bioqueroseno de palmiste. e. B20 + queroseno sin aditivos: Mezcla de queroseno sin aditivos con un 20% de bioqueroseno de palmiste. f. B20 + queroseno con aditivos: Mezcla de queroseno con aditivos mejoradores, con un 20% de bioqueroseno de palmiste.

4.2 Matriz experimental Tabla 11: Matriz de ensayos para Materias Primas

Materia Prima \Ensayo Acidez Viscosidad Contenido de H2O

Aceite de Palmiste SI NO SI

FAME de Palmiste SI SI NO


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Tabla 12: Matriz de ensayos para Combustibles

Combustible/Prop. medida

Poder Calorífico (PCI en MJ/kg)

Punto de Inflamación

(en ºC)

Punto de humo (en

mm)

Corrosión al Cobre (Clase de

Color)

Punto de Cristalización

(en ºC)

Fondo de Destilación SI SI NO SI NO

Destilado Ligero (Bioqueroseno Palmiste) SI SI NO NO SI

Queroseno s/aditivos SI SI SI SI SI

Queroseno c/aditivos SI SI SI SI SI

B 5 + queroseno con ad. SI SI SI SI SI



B 5 + queroseno sin ad. SI SI SI SI SI

B 10 + queroseno sin ad. SI SI SI SI SI

B 20 + queroseno sin ad. SI SI SI SI SI Tabla 12 (Cont.)

Combustible /Prop. medida Densidad (kg/m3)

POFF (en ºC) Viscosidad (mm2/seg)

Acidez (mg KOH/g)

Fondo de Destilación SI SI SI SI

Destilado Ligero (Bioqueroseno Palmiste) NO SI NO NO

Queroseno s/aditivos SI SI NO NO

Queroseno c/aditivos SI SI NO NO

B 5 + queroseno con ad. SI SI NO NO



B 5 + queroseno sin ad. SI SI NO NO



La medición de acidez y contenido de agua para el aceite de palmiste se realiza para verificar si es necesario un pre tratamiento de este aceite antes de la transesterificación. Los ensayos que figuran como NO realizados en la tabla anterior, se justifican bien por no poseer muestra suficiente necesaria para realizarlos, porque la norma no lo requiere para ese tipo de combustible, como es el caso del punto de humo y cristalización para el Fondo de destilación, o bien porque no se contaba con el equipo necesario para los mismos (Viscosidad excepto fondo de destilado). En el caso del POFF para la mayoría de las muestras (excepto bioqueroseno y fondo de destilación), no se pudieron culminar a causa de que el funcionamiento del equipo cuenta con un límite de descenso de temperatura demasiado elevado (-18ºC) para el tipo de sustancia utilizada (mezclas y querosenos).


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CAPITULO 5: ENSAYOS Y RESULTADOS RELATIVOS A LAS MATERIAS PRIMAS, MEZCLAS Y COMBUSTIBLES PUROS 5.1 COLOR Y ASPECTO

B5 con queroseno

sin aditivos

B10 con queroseno

sin aditivos

B20 con queroseno

sin aditivos

B5 con queroseno

con aditivos

B10 con queroseno

con aditivos

B20 con queroseno

con aditivos

Color y aspecto de las mezclas de bioquerosenos con querosenos sin y con aditivos

Queroseno sin aditivos

Queroseno con aditivos

Color y aspecto de queroseno sin y con aditivos


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Destilado Ligero (Bioqueroseno)

Fondo de destilación

Color y aspecto del Destilado ligero y el fondo de destilación Las normas respectivas estipulan que los colores, ya sea para combustibles JP-5, JPs-8 o combustibles diesel para calefacción o automoción, sean incoloros o amarillos. Como se aprecia en las imágenes, todas las muestras están dentro de los requerimientos. Para un JET A-1 el color requerido según la norma DEF STAN es claro y brillante, donde se observa también, que las mezclas cumplen ese parámetro.


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5.2 RENDIMIENTOS

Las cantidades y rendimientos respectivos fueron los siguientes: Tabla 13: Cantidades de Aceite, FAME y destilados obtenidos en los procesos de obtención del Bioqueroseno de Palmiste

PALMISTE (g) 08/04/10 PALMISTE (g) 19/04/10 (ESTERIFICADO)

ACEITE UTILIZADO 743,5 783

FAME OBTENIDO 422 *1 433,8 *2

DESTILADO LIGERO 164,6 (a 113ºC) 146,5 (a 114ºC)

FONDO DE DESTILADO 236 283,8

*1: 248,1 g de Metanol utilizado. Y de los 422 g de FAME obtenido, se destilaron 403 g, ya que lo restante

se usó para unos ensayos necesarios.

*2: Se esterificó con 221,5 g de Metanol y se agrega 125 g más en la transesterificación. Para compensar

las pérdidas en el proceso de esterificación. - La segunda muestra se esterificó para aumentar el rendimiento. Pese a que el mismo se mantuvo en la muestra esterificada, es posible mejorarlo modificando el proceso de lavado en frío, el cual en este proyecto el palmitato de metilo precipitó, reduciendo el rendimiento y dificultando la separación de fases.

Tabla 14: Rendimientos de los destilados en relación al aceite utilizado y al FAME obtenido

Porcentajes de: SIN ESTERIFICACION CON ESTERIFICACION

FAME en relación al Aceite 56,76% 55,40%

Destilado ligero en relación al Aceite 22,14% 18,71%

Destilado ligero en relación al FAME 40,84% 33,77%

Fondo de destilado en relación al FAME 58,56% 65,42%

Proceso de esterificación del Aceite de Palmiste:

La acidez del aceite, hace inadecuado el proceso de transesterificación directo, debido a la formación de jabones, sin embargo puede realizarse un proceso indirecto, llevando a cabo una esterificación del aceite con un catalizador ácido. El catalizador utilizado fue ácido p-toluensulfúrico, el proceso se realizo a una temperatura de 60ºC, manteniendo una agitación contante de 600 RPM. La razón molar metanol/aceite usada fue de 6:1. Se mantiene en el reactor durante 4 horas. Cada 60 minutos se retiran 10mL del reactor para comprobar acidez. A esa porción se le agrega 0,14 g de CaO para neutralizar el ácido, se centrifuga a 3500 RPM unos minutos para eliminar las sales formadas y luego se lleva al rotavapor para eliminar el metanol. Pasada las 4 horas la acidez desciende a 0,07%. Se corta la agitación del reactor, se agregan 14,4 g de CaO, pero se mantiene la temperatura de 60ºC hasta la mañana siguiente para que no se solidifique la mezcla.


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Al día siguiente, se aprecia la sal formada en el fondo del reactor, se elimina y luego se centrifuga el aceite a 3500 RPM durante 10 minutos para eliminar los últimos restos de sal. Posteriormente se vuelve a colocar el aceite en el reactor para el proceso de transesterificación. Proceso de transesterificación del Aceite de Palmiste: Para este paso se utiliza metoxido de sodio como catalizador básico. El metoxido de sodio (al 30%) se disuelve en una cantidad necesaria de metanol para alcanzar una razón molar metanol/aceite de 7:1. Se agrega a la muestra (a una temperatura de 60ºC) del reactor proveniente de la etapa anterior de esterificación. A la mañana siguiente se quita la glicerina depositada en el fondo del reactor, se lleva el FAME al rotavapor para le evaporación de metanol. Para la purificación en seco, se coloca el FAME en el reactor y se agrega MAGNESOL (al 2%), se agita a 800 RPM y se lleva a 77ºC durante 30 minutos. Se deja decantar toda la noche. Al día siguiente se recupera el FAME de la fase superior con algo de dificultad (existe la posibilidad de mejorar rendimientos, optimizando este paso). Se centrifuga el FAME a 3000 RPM durante 5 minutos, y por último se filtra el FAME a través de un filtro grueso y luego uno fino.

Esquema 1: Ejemplo de reacción química de la transesterificación de un triglicérido

El rendimiento obtenido de FAME en relación al aceite es relativamente bajo, se intentó aumentarlo realizando una esterificación previa a otra muestra del aceite, con el fin de disminuir su acidez y su consecuente formación de jabones. Pero pese a ese pretratamiento el rendimiento se mantuvo bajo. La recuperación del FAME del reactor no fue de la manera más eficiente, quedando parte de él mezclada con restos de magnesol en el fondo del reactor. Se podría mejorar el rendimiento, optimizando esa etapa de la transesterificación. Destilación: Se destila a una presión de 2 Torr. La primer gota cayó a una temperatura de entre 25º-35ºC, y el proceso se detiene cuando se alcanza la temperatura de 113ºC y ésta no aumenta durante 10 minutos.


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5.3 ACIDEZ

5.2.1 Aceite Norma de Referencia: ISO UNE-EN 660 Grado de acidez: Contenido de ácidos grasos libres determinado según la norma UNE-EN ISO 660. Descripción: Se disuelve una porción de aceite para el análisis en un disolvente mixto y se valora con disolución 0,1M de hidróxido de potasio, utilizando fenolftaleína como indicador para detectar el punto final de valoración. Resultados de Acidez en Aceite de Palmiste: Aceite sin previa esterificación se obtuvo una acidez de: 2,18% (en masa) Aceite esterificado: 0,07 % La acidez del aceite de Palmiste, como se esperaba, desciende significativamente luego de la esterificación.

5.2.2 FAME Norma de Referencia: UNE-EN 14104 Índice de Acidez: “número de miligramos de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los ácidos grasos libres presentes en 1 g de FAME, según norma UNE-EN 14104 Descripción: Ídem Aceite La acidez obtenida fue la siguiente: Para el FAME de palmiste se obtuvo una acidez de: 0,74 mg KOH/g Para el Fondo de destilación de palmiste se obtuvo una acidez de: 0,78 mg KOH/g La acidez del FAME y del fondo de destilación fue analizada a partir de la muestra sin previa esterificación. Tal vez allí esté la razón de la alta acidez presentada y por lo tanto el fondo de destilado supera el máximo de 0,50 mg KOH/g, necesario para cumplir con las normas UNE EN 14213 y 14214.


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5.4 CONTENIDO DE H2O Descripción del método: La medida del contenido de agua se realiza mediante el método Karl Fisher por medio de valoraciones columbimétricas. La muestra previamente pesada se introduce en el recipiente de valoración de un equipo Karl Fisher que induce la generación de yoduro en el ánodo por oxidación electroquímica. Cuando se ha valorado toda el agua el exceso de yoduro se detecta mediante un electrodo de punto final electrométrico (la ausencia de yodo). De la cantidad de yoduro generado se calcula la cantidad de electricidad requerida de acuerdo con la Ley de Faraday. El contenido de agua es proporcional al yoduro generado El resultado para el aceite puro de Palmiste fue de: 442,12 ppm

Fotografía 4: Equipo para el ensayo de contenido de agua

5.5 VISCOSIDAD Descripción del método: Consiste en medir la velocidad con la que recorre un fluido entre dos puntos de referencia, dentro de un viscosímetro determinado (Esquema 1), a una temperatura de 40ºC. La norma de referencia para este ensayo es la EN ISO 3104. Se mide el tiempo en el cual recorre esa distancia y a través de la siguiente formula de la norma se convierte en valor de velocidad.

Segundos x 0,01445 = mm2/seg.


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Esquema 2: Viscosímetro. Descripción de la medida de viscosidad cinemática

Los Resultados para Viscosidad son:

FAME de Palmiste………………..2,94 mm2/s Fondo de Destilación……………..5,32 mm2/s Las normas UNE 14213 y 14214 estipulan un valor de entre 3,5 y 5 mm2/s. El fondo de destilado (que entraría en esta comparación), se aleja pero por un escaso margen del máximo requerido por estas normas.

5.6 PERFIL DE ESTERES METILICOS Determinación del porcentaje de esteres metílicos de ácidos grasos presentes en la muestra mediante cromatografía en fase gaseosa realizada de acuerdo a un procedimiento interno Laboratorio de Combustible y Petroquímica Fundación Gómez Pardo por GCMS, utilizando calibración interna (heptadecanoato metílico)

Distancia que debe recorrer el fluido, sumergido a una temperatura de 40ºC


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Tabla 15: Perfil de esteres metílicos de las muestras de destilados de FAME de palmiste

Ester met. Palmiste

FAME

% m/m Dest.

ligero

% m/m Fondo

de destilación

C8:0 56,6

3,6 C10:0 3,5 Trazas C12:0 90,8 19,0 C14:0 15 2,1 19,7 C16:0 8,5 9,9 C18:0 1,7 12,8 C18:1 17,1 32,7 C18:2 1,1 5,9 Total 100 100 100

Gráfico 2: Porcentaje de ésteres en el Fondo de destilación de FAME de Palmiste


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Gráfico 3: Porcentaje de ésteres en el destilado ligero de FAME de Palmiste

Gráfico 4: Comparativa entre los ésteres que componen el fondo de destilación frente al destilado ligero

La diferencia de porcentajes de esteres metílicos entre el destilado ligero y el fondo de destilación es muy clara. El primero cuenta en su mayoría con cadenas inferiores a C14, y el segundo su mayor porcentaje se encuentra sobre las cadenas C14. Esto marca que el destilado fue realizado óptimamente.


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A partir de aquí en adelante, al destilado ligero de lo denominará Bioqueroseno de Palmiste 5.7 PUNTO DE INFLAMACION Es la menor temperatura a la cual el producto se vaporiza en cantidad suficiente para formar con el aire una mezcla capaz de inflamarse momentáneamente cuando se le acerca una llama. Es una indicación del riesgo al fuego, asociado al combustible. Este parámetro es usado en las regulaciones de seguridad y transporte para clasificar los materiales en inflamables y combustibles, definiéndose a partir de esto los recaudos que deben considerarse durante su distribución y almacenaje. Norma de referencia: IP 170. Los equipos utilizados fueron: un ABEL IP (fotografía 5). Y Pensky Martens. Descripción del método Abel:

El queroseno se sitúa en la copa del equipo Abel y se calienta a una velocidad indicada (1ºC/min). Se dirige una pequeña llama hacia la copa a intervalos regulares (30 seg.) y el punto de inflamación se toma a la temperatura más baja a la cual, la aplicación de la llama, hace que los vapores que están sobre la muestra se enciendan claramente sobre la copa. Descripción del método Pensky-Martens:

La muestra de combustible se vierte en un vaso de latón de dimensiones especificadas, y se llena hasta la marca que se aprecia en el interior del vaso, el aparato de medida está provisto de una tapa de dimensiones especificadas. Una fuente de ignición se dirige hacia el vaso que contiene la muestra de combustible, a intervalos regulares con interrupción simultánea de la agitación, hasta que se detecta un destello.


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Fotografía 5: Equipo Abel IP. Punto de Inflamación (Flashpoint)

Los resultados obtenidos en ºC para el punto de inflamación con el equipo ABEL IP fueron: Queroseno con aditivos…………………………..43

B 5 con queroseno con aditivos……………….43,5

B 10 con queroseno con aditivos……………..45

B 20 con queroseno con aditivos……………..45,5

Queroseno sin aditivos………………………..….12

B 5 con queroseno sin aditivos…………………16

B 10 con queroseno sin aditivos……………….21

B 20 con queroseno sin aditivos……………….21

Con el equipo de Pensky Martens:

Fondo de destilación………………………………….82

Se utilizó el equipo Pensky Martens para el fondo de destilación, por la limitación en la temperatura de ensayo del equipo ABEL IP (para temperaturas bajas que las requeridas para este combustible).


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Gráfico 5: Relación del punto de inflamación entre las muestras y las normas para JET A, JET A-1, JP-5 y JPs-8

El punto de inflamación de la norma para el JP-5 es muy estricto, lo que hace que ninguna mezcla alcance ese valor. En cambio para el JET A-1 y los JPs-8 las mezclas con queroseno con aditivos superan el valor necesario, aunque no ocurre lo mismo con las mezclas con queroseno sin aditivos, muy por debajo de la línea de los 38ºC. En el caso del punto de inflamación para el fondo de destilado, se utilizo el equipo Pensky Martens, por el hecho de que ABEL IP no alcanza las temperaturas requeridas de ensayo. El valor de este combustible no cumple con los requisitos para las normas de biodiesel para calefacción ni para automoción, de 120 y 101 ºC respectivamente.

5.8 DENSIDAD Definición:

Es la masa de líquido por unidad de volumen medida a 15 °C con la unidad de medida estándar de kg/m3.

JET A-A1 y

LOS JP-8

38


38

Descripción del método:

Se coloca un hidrómetro con escalas de densidad esperadas sobre un recipiente con el líquido a medir. Cuando el hidrómetro flota estable, se lee la marca del hidrómetro, y se mide la temperatura del líquido. Luego se convierte la densidad a 15ºC a través de la siguiente fórmula:

ρr= ρt 1 – [23 x 10-6 (t-r) – 2 x 10-8 (t-r)2]

Donde: ρr: Lectura del higrómetro a temperatura de referencia, r ºC , y ρt Lectura de higrómetro en la escala del mismo cuya temperatura de referencia es tºC Norma de Referencia del ensayo de densidad: ASTM D-1298

Los resultados expresados en kg/m3 son los siguientes:

Queroseno con aditivos………………..…791,0

B 5 con queroseno con aditivos……….802,3

B 10 con queroseno con aditivos……..805,5

B 20 con queroseno con aditivos……..811,8

Queroseno sin aditivos………………..….793,0

B 5 con queroseno sin aditivos……..…800,0

B 10 con queroseno sin aditivos…..….804,2

B 20 con queroseno sin aditivos……...812,0

Fondo de destilación………………….……..882,0 *

* En el valor de densidad del fondo de destilación no fue necesario realizar la conversión, ya que la misma fue tomada a los 15ºC.


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Gráfico 6: Medida de densidad de las muestras, se aprecia el rango de las normas del JET A, JET A-1 Y JPs-8

Gráfico 7: Medida de densidad de las muestras, se aprecia el rango de la norma del Queroseno JP-5

JET A-A1

y JPs-8

JP-5


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Se aprecia que todas las mezclas alcanzan un valor que se encuentra dentro del rango estipulado por las normas de combustibles tanto de aviación civil como militar.

Gráfico 8: Tendencia de la evolución de la densidad de las muestras, con la incorporación de bioqueroseno

en querosenos con y sin aditivos

El gráfico nos muestra que el incremento de bioqueroseno hace aumentar la densidad del combustible. Esta característica se observa tanto en las mezclas con queroseno con aditivos, como en las con queroseno sin aditivos.

5.9 PUNTO DE CRISTALIZACION

Definición:

El punto de cristalización es la temperatura a la cual se obtiene el primer compuesto de parafina (mezcla de hidrocarburos saturados sólidos). La formación de cristales de parafina puede obturar válvulas de admisión. El punto de congelación de un combustible de aviación es la temperatura más baja a la cual el combustible se mantiene libre de los cristales de hidrocarburos sólidos que pueden restringir el flujo de combustible a través de los filtros.

La temperatura del combustible en el depósito de las aeronaves que normalmente cae durante el vuelo, depende de la velocidad de la aeronave, la altitud y la duración del vuelo. El punto de congelación del combustible debe ser siempre inferior a la temperatura del depósito mínimo de funcionamiento.

Para la determinación del punto de cristalización, se ha utilizado la norma ASTM D 2386


41

Descripción del método: Consiste en introducir 25 ml de queroseno en el tubo de ensayo (limpio y seco), junto con el tapón de corcho y el agitador: se prepara un baño de nieve carbónica y acetona (-78ºC), luego se enfría la muestra. A continuación se agita el combustible hasta observar los primeros cristales de parafina, se anota la temperatura obtenida (T1). Se registra también la temperatura a la cual los cristales de hidrocarburos formados por el enfriamiento de la muestra desaparecen cuando la misma es sometida a calentamiento (T2). El valor del punto de cristalización es el promedio entre T1 y T2.

Fotografía 6: Equipo para ensayos de Punto de Cristalización

Tabla 16: Resultado del ensayo del punto de cristalización

1er Ensayo Repetición Punto de

Cristalización

T1º C T2º C T1º C T2º C

Queroseno puro sin aditivos -45,0 -40,0 -- -- -42,5

B5 con queroseno sin aditivos -45,0 -40,0 -- -- -42,5

B10 con queroseno sin aditivos -45,0 -41,0 -- -- -43

B20 con queroseno sin aditivos -44,0 -40,0 -41,0 -39,0 -41

Queroseno puro con aditivos -62,0 -- -- -- -62

B5 con queroseno con aditivos -60,0 -- -- -- -60

B10 con queroseno con aditivos -47,0 -46,0 -51,0 -49,0 -48,3

B20 con queroseno con aditivos -43,0 -40,0 -- -- -41,5

Bioqueroseno de Palmiste -15,5 -15,0 -- -- -15,3


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El valor del queroseno con aditivos solo pudo comprobarse hasta le temperatura de -62 por cuestiones técnicas, pero no significa que haya cristalizado a tal temperatura. Por la dificultad de observar con claridad la formación de cristales, ocasionada por el inmediato empañamiento del cristal en el momento de la visualización, los ensayos de algunas muestras (B20 con queroseno sin aditivos y B10 con queroseno con aditivos) debieron repetirse. En esos casos se promediaron ambos resultados.

Gráfico 9: Comparación del Punto de Cristalización de las muestras respecto a la normas para JET A, JET A-1,

JPs-8 y JP-5

Como se observa en el gráfico anterior, los valores de las normas son muy variables en este parámetro. El más permisivo es el JET A (-40ºC) y el cual todas las mezclas estudiadas cumplen con ese requerimiento. Pero de las mezclas solo los B5 y B10 con queroseno aditivado, logran cumplir con los valores de los JP-5, JPs-8 y JET A1, con -46 y -47ºC respectivamente.

-46

JET A-1 y

JPs-8

JP-5

-47

-40

JET A

ºC


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5.10 PODER CALORIFICO

El poder calorífico inferior (PCIp) a presión constante corresponde al calor cedido al entorno cuando una unidad de combustible en condiciones de referencia se quema completamente, en estado de régimen permanente, de tal manera que los productos salen también en condiciones de referencia y la totalidad del agua producida por la combustión del hidrógeno está en estado de vapor.

El poder calorífico superior (PCSv) a volumen constate se define de manera similar, pero ahora considerando que la totalidad del agua producida por la combustión del hidrógeno está como líquida. Es importante destacar que en estas definiciones nada se dice del agua en los productos que, por provenir del aire del combustible, no ha sido formada químicamente por la combustión. Descripción del método:

El calor de la combustión consiste en quemar una muestra de combustible en un calorímetro de bomba de oxígeno en condiciones controladas. El valor se calcula a partir de observaciones de temperatura antes, durante y después de la combustión, con la asignación adecuada de las correcciones termoquímicas y de transferencia. La norma de referencia es la ASTM D 240. Se ha utilizado la bomba calorimétrica de LECO (Fotografía 7), que es un aparato que permite determinar el calor producido por la combustión de sustancias diversas, pero en particular de los combustibles hidrocarbonados, según la norma citada anteriormente. En cada ensayo se utiliza 1 gramo de muestra de queroseno, aplicando una presión de 440 psi en la bomba calorimétrica.

El calorímetro consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro, de manera que la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente, si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica. Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias, de esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.


44

Los Resultados de la bomba calorimétrica son expresados en PCS, hubo que realizar un estudio de contenido de C-H de las mezclas para determinar el contenido de Hidrógeno en masa para convertir PCS a PCI, según la fórmula de la normativa respectiva, que es el valor necesario para poder comparar con las normas de combustible para aviación, automoción y calefacción. La tabla de resultados de C-H de las muestras es el siguiente:

Tabla 17: Tabla con porcentajes de C y de H de las 6 mezclas analizadas

Con aditivos Sin aditivos

% C % H %O % C % H %O

B5 84,47 14,24 1,29 84,79 13,1 2,11

B10 84,17 13,97 1,86 84,17 13,82 2,01

B20 82,57 14,11 3,32 82,73 13,13 4,14

Para la conversión se utilizaron las siguientes fórmulas:

1)

PCIp,s = PCSv,s – 0,2122 H (ASTM D240)

Donde: PCIp,s: Poder Calorífico Inferior a presión constante PCSv,s: Poder Calorífico Superior a volumen constante H= % en masa, de Hidrógeno en muestra

2)

PCIp,s = PCSv,s -213,65 H – 0,77 O – 0,88 N (Ver ANEXO I)

Donde: PCIp,s: Poder Calorífico Inferior a presión constante PCSv,s: Poder Calorífico Superior a volumen constante H= proporción de Hidrógeno en muestra O= proporción de Oxígeno en muestra N= proporción de Nitrógeno en muestra


45

Los resultados de PCS y PCI fueron los siguientes:

Tabla 18: Valores de PCS y PCI de las muestras analizadas

Muestra PCS (MJ/kg) PCI1 (MJ/kg) PCI2 (MJ/kg)

Bioqueroseno de Palmiste 37,57 -- --

Queroseno con aditivos 46,04 -- --

B5 + queroseno con aditivos 45,68 42,66 42,64



Queroseno sin aditivos 45,88 -- --

B5 + queroseno sin aditivos 45,31 42,53 42,51



Fondo de destilación 37,85 -- --

Las mezclas que se convirtieron a PCI son solo las seleccionadas para el analisis de cantidad de C-H. Ya que era fundamental contar con la cantidad de Hidrogeno en masa de las muestras. El contenido de O para la formula 2, se lo determinó de la siguiente manera: % O = 100 – (%C+%H). El descenso en el poder calorífico ronda los 6,5 % entre PCS y PCI. Esto hace que rebaje el mínimo estipulado por las normas (42,8 MJ/kg), si bien es un leve incumplimiento, todas quedan fuera del requisito para este parametro. Las muestras que no se convirtieron a PCI fue por no obtener las proporciones de H,O y N. Por lo tanto las muestras de Bioqueroseno y fondo de destilación no podrán compararse con ninguna norma, ya que éstas están en PCI.


46

Gráfico 10: Comparación de PCI de las mezclas (Formula Nº 1 y 2), con a las normas para JET-A, JET-A1.

Se aprecia en el gráfico la pequeña diferencia entre las mezclas (principalmente las B5 y B10) respecto al mínimo requerido por las normas para combustibles JET A y JET A-1.

Gráfico 11: tendencia de los valores de PCI mientras aumenta el % de bioqueroseno en mezclas con aditivos

42,8


47

Gráfico 12: tendencia de los valores de PCI mientras aumenta el % de bioqueroseno en mezclas sin aditivos

La tendencia observada en los gráficos 11 y 12, nos marca que el incremento de bioqueroseno en las mezclas disminuye progresivamente el poder calorífico tanto con el queroseno con, como con el queroseno sin aditivos.

Fotografía 7: Bomba calorimétrica LECO para la realización de los ensayos de Poder Calorífico


48

5.11 PUNTO DE HUMO Definición: Es la altura máxima de una llama sin que se produzca humo cuando el combustible se quema bajo condiciones especificadas y comparada con combustibles de referencia. Es otro ensayo para controlar la calidad de la combustión. Descripción del método: La muestra se quema en una lámpara normalizada (fotografía 8) provista de una escala de medida. La altura máxima de una llama cuidadosamente definida que puede obtenerse sin formación de humo, medida en milímetros. Previo a la medición de altura de llama es necesario determinar un factor de corrección estipulado por la norma. Este factor se lo determina calibrando el ensayo con sustancias estandarizadas (tolueno e iso-octano), y se deberá utilizarlo para optimizar las lecturas directas de las llamas de las muestras. El factor de corrección determinado fue de 1,07. La norma de referencia es la ASTM D 1322.

Fotografía 8: Equipo para ensayo de punto de humo


49

Las medidas (en mm) obtenidas fueron:

Queroseno sin aditivos…………..…….23,9

B 5 con queroseno sin aditivos………24,0

B 10 con queroseno sin aditivos….…24,6

B 20 con queroseno sin aditivos….…27,2

Queroseno con aditivos……………..….27,1

B 5 con queroseno con aditivos…..…26,8

B 10 con queroseno con aditivos…...27,6

B 20 con queroseno con aditivos…...29,1

Gráfico 13: Comparación de altura de llama del Punto de Humo respecto a las normas para JET A Y JET A-1.

Las mezclas con queroseno con aditivos cumplen cómodamente el mínimo necesario para combustibles JET A y JET A-1. Pero referido a las mezclas con queroseno sin aditivar, la única que supera el valor requerido es la B20 con queroseno sin aditivos, gracias a la mayor proporción de bioqueroseno en la misma.


50

Gráfico 14: Evolución del Punto de Humo, incorporando bioqueroseno en querosenos con aditivos.

Gráfico 15: Evolución del Punto de humo, incorporando bioqueroseno en querosenos sin aditivos

Se comprueba que existe una diferencia a favor entre las muestras con queroseno aditivado vs el queroseno sin aditivar. Además se percibe que al aumentar la cantidad de querosenos en muestras, estas aumentan el la altura de la llama observada.

5.12 CORROSION AL COBRE

Definición:

El combustible no debe corroer los materiales con los que está en contacto durante su distribución y uso. Para ello, los fabricantes de motores y equipos involucrados en el sistema de combustible, controlan muy estrictamente, para asegurar la compatibilidad del combustible jet, antes de aprobar los materiales usados con este fin. El combustible jet contiene compuestos potencialmente corrosivos, como mercaptanos y ácidos orgánicos, aunque limitados por las especificaciones.


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Descripción del método:

Una tira de cobre pulida se sumerge en una determinada cantidad de muestra, dentro de un recipiente cerrado (fotografía 10), es calentada a una temperatura y durante un tiempo determinado dependiendo de las características del material a ser analizado. Luego de ese período de tiempo se saca la tira y después de ser lavada es comparada (de acuerdo al color) con los estándares de corrosión a la tira de cobre de la ASTM D 130 (fotografía 11).

Fotografía 9: Equipo para ensayo de corrosión al cobre

Los resultados de la totalidad las muestras realizadas en este ensayo (Queroseno sin aditivos, B5 c/queroseno sin aditivos, B10 c/queroseno sin aditivos, B20 c/queroseno sin aditivos, Queroseno con aditivos, B5 c/queroseno con aditivos, B10 c/queroseno con aditivos, B20 c/queroseno con aditivos, el bioqueroseno de Palmiste y el fondo de destilación) fueron de clase 1a. Todas las normativas

estudiadas en este trabajo requieren clase 1a.


52

Fotografía 10: Bomba donde se coloca la tira de cobre y dentro del combustible

Fotografía 11: Test con las clases de corrosión a la tira de cobre, determinada por diferentes colores. La tira

de cobre (derecha).

El cambio de color en la totalidad las muestras analizadas fue casi imperceptible, concluyendo así, que le corrosión a la tira de cobre, para éstas, es mínimo.


53

5.13 POFF Descripción del método:

Es la temperatura más baja a la cual 20 mL del combustible pasan a través de un filtro en 60 segundos. El POFF (Cold Filter Plugging Point, CFPP) predice la mínima temperatura a la cual el motor puede operar con ese combustible. La medida del POFF tanto para el diesel como para el biodiesel se realiza utilizando el mismo método en el cual la muestra se enfría en determinadas condiciones, se aspira con una pipeta y se hace pasar por un equipo de filtración. El método se repite disminuyendo en cada etapa 1°C y finaliza cuando se superan los 60 segundos para salir de la pipeta o cuando el combustible no gotea en su totalidad antes que la temperatura disminuya otro grado centígrado. La temperatura inicial de este último filtrado se registra como POFF. Normativa de referencia: EN 116

Fotografía 12: Equipo para el ensayo de POFF (Punto de Obstrucción de Filtro en Frío)

Resultados obtenidos: Bioqueroseno de Palmiste…………….-5ºC Fondo de destilación de Palmiste……….-2ºC El valor requerido de POFF para biodiesel depende del país, de acuerdo al clima y de la estación del año, Para el POFF la norma europea EN 14214 (Biodiesel para automoción) en España establece un mínimo permitido de 0°C en verano y de -15°C en invierno (Real Decreto 1700/2003, de 15 de diciembre). En Biodiesel para calefacción el valor es de -6ºC para cualquier época del año. Por lo tanto, el fondo de destilación puro es apto para uso en épocas estivales para automóviles, pero no lo es para calefacción.


54

5.14 TABLAS DE RESULTADO Y COMPARATIVAS Tabla de valores de ensayos a combustibles Tabla 19: Resultados de ensayos a combustibles y mezclas

Combustible\Ensayo

Poder Calorífico (PCI en MJ/kg)

Pto. de Inflamación

(en ºC)

Punto de

humo (en mm)

Corrosión al Cobre (Nivel de Color)


(en ºC)

Densidad (kg/m3)

P.O.F.F. (ºC)

Bioqueroseno Palmiste 37,57

(PCS) -- -- -- -15 -- -5

Queroseno c/aditivos 46,04

(PCS) 43 27,1 1a -62 791 Nd*

B 5 + queroseno con ad. 42,66 43,5 26,8 1a -60 802,3 Nd*

B 10 + queroseno con ad. 42,21 45 27,6 1a -48,25 805,5 Nd*

B 20 + queroseno con ad. 41,22 45,5 29,1 1a -41,5 811,8 Nd*

Queroseno s/aditivos 45,88

(PCS) 12 23,9 1a -42,5 793 Nd*

B 5 + queroseno sin ad. 42,53 16 24 1a -42,5 800 Nd*

B 10 + queroseno sin ad. 42,15 21 24,6 1a -43 804,2 Nd*

B 20 + queroseno sin ad. 41,22 21 27,2 1a -41 812 Nd*

*: El equipo solo alcanza los -18ºC, no se aprecia obstrucción de filtro.

Tabla 20: Resultados de ensayos a Fondo de Destilación

Combustible\Ensayo Densidad (kg/m3)

Viscosidad (mm2/seg)


(en ºC)

Acidez (mg

KOH/g)

Corrosión al Cobre (Nivel de Color)

P.O.F.F. (ºC)

Poder Calorífico (PCS en MJ/kg)

Fondo de Destilación 882,0 5,23 82 0,78 1a -2 37,85


55

Tablas comparativas de cumplimiento entre las mezclas analizadas y los parámetros de las respectivas normas para querosenos de aviación

REFERENCIAS:

B5 CON QUEROSENO SIN ADITIVOS

Tabla 21: Cumplimiento de la mezcla B5+Queroseno sin aditivos de las normas internacionales para

combustibles de turbina de aviación

ENSAYO \ NORMA JET A JET A-1 JP-5 JP-8 JP-8+100

Color -- --


Densidad (15º)


Poder Calorífico

-- -- --

Punto de Humo

-- -- --

Corrosión a la tira de Cobre

-- -- --

El B5 CON QUEROSENO SIN ADITIVOS cumple con los requisitos especificados en las normas para Color, Densidad (15ºC) y corrosión a la tira de cobra. Los parámetros de Punto de Humo y Poder Calorífico y Punto de Cristalización se encuentran con una desviación del 10% en todas las normas (Salvo en la JET A donde si cumple los valores requeridos en éste último). El parámetro que posee un incumplimiento total es el de Punto de Inflamación.

: CUMPLIMIENTO DE LA NORMA

: INCUMPLIMIENTO DE LA NORMA, MAYOR A UN 10%

: INCUMPLIMIENTO DE LA NORMA, CON UNA DE DESVIACION ENTRE 0 Y 10%


56

B10 CON QUEROSENO SIN ADITIVOS

Tabla 22: Cumplimiento de la mezcla B10+Queroseno sin aditivos de las normas internacionales para



Color -- --


Densidad (15º)


Poder Calorífico

-- -- --

Punto de Humo

-- -- --


-- -- --

El B10 CON QUEROSENO SIN ADITIVOS no presenta diferencias respecto a la mezcla anterior, el porcentaje de parámetros cumplidos de las normas es el mismo. Aunque los valores que obtuvo en Punto de Humo y Punto de inflamación son mejores que el B5, pero al igual que esta, no alcanzan los valores límites requeridos por ninguna de las normas en estos dos parámetros.


57

B20 CON QUEROSENO SIN ADITIVOS Tabla 23: Cumplimiento de la mezcla B20+Bioqueroseno sin aditivos de las normas internacionales para



Color -- --


Densidad (15º)


Poder Calorífico

-- -- --

Punto de Humo

-- -- --


-- -- --

El B20 CON QUEROSENO SIN ADITIVOS presenta similares comportamientos al B10 en los parámetros de Color, Densidad (15ºC) y Punto de Inflamación, aunque alcanza un escalón más en el cumplimiento de los requisitos en los valores de Punto de Humo, superando el límite mínimo requerido por las normas. En contraposición queda muy fuera de los límites en el Punto de Cristalización (Salvo para JET A, y JP-5 donde en este último está dentro del 10% de desviación).


58

B5 CON QUEROSENO CON ADITIVOS

Tabla 24: Cumplimiento de la mezcla B5+Bioqueroseno con aditivos de las normas internacionales para



Color -- --


Densidad (15º)


Poder Calorífico

-- -- --

Punto de Humo

-- -- --


-- -- --

En el caso del B5 CON QUEROSENO CON ADITIVOS, nos permite observar que los aditivos del queroseno marcan una diferencia muy grande en las características físico-químicas críticas del combustible. Se observa en la tabla 24 que el requisito no alcanzado con amplitud es únicamente el punto de inflamación de los querosenos para aviación militar JP-5, pero cumpliendo la gran mayoría de los demás parámetros ensayados para los querosenos de uso civil y querosenos militares, salvo en el ensayo de poder calorífico, en el cual el porcentaje de falta de cumplimiento es inferior al 10%, encontrándose muy cerca del requisito solicitado por las normas.


59





Color -- --


Densidad (15º)


Poder Calorífico

-- -- --

Punto de Humo

-- -- --


-- -- --

El B10 CON QUEROSENO CON ADITIVOS Solamente queda fuera del límite el punto de inflamación del JP-5. No presenta diferencias significativas con la mezcla al 5%, cumpliendo así mismo con la misma proporción de parámetros de estas normas.


60





Color -- --


Densidad (15º)


Poder Calorífico

-- -- --

Punto de Humo

-- -- --


-- -- --

En la tabla 26 vemos que el B20 CON QUEROSENO CON ADITIVOS queda fuera del límite del punto de cristalización de casi todas las normas de queroseno para turbinas de aviación, salvo para el JET A, y en el JP-5 la desviación en ese requisito es inferior al 10%. Es evidente que el aumento de bioqueroseno en la mezcla analizada hace que este parámetro sea incumplido en la mayoría de los casos. A su vez, también, el parámetro del Punto de inflamación para el JP-5 no es alcanzado, al igual que las mezclas anteriores. En el caso del poder calorífico, la situación es similar a todas las muestras ya mencionadas.


61

Tabla comparativa de cumplimiento entre el fondo de destilación y los parámetros de las respectivas normas para diesel

Tabla 27: Cumplimiento del fondo de destilación de a las normas internacionales para diesel de calefacción y

automoción.

ENSAYO \ NORMA

UNE-EN

14213 (Calefacción)

UNE-EN

14214 (Automoción)

Densidad (15ºC)

Viscosidad


Corrosión a la tira de Cobre --

Acidez

POFF VERANO VERANO

INVIERNO INVIERNO

Poder Calorífico

--

Como se ve en la tabla 27, existe un cumplimiento parcial del fondo de destilación. Ya que los valores del punto de inflamación y acidez, tanto para la norma de biodiesel de calefacción como para la de automoción están desviados en más del 10% de lo necesario. La viscosidad, en amarillo, nos indica que se encuentra alejado del valor de la norma en menos de un 10%. El poder calorífico si bien figura como cumplida, falta la conversión a PCI, valor real para poder comprar con la normativa respectiva. Se recomienda realizar más repeticiones de los ensayos que no cumplen los valores necesarios, ya sea los que están con un gran margen de diferencia o bien por los que no lo están tanto. También sería conveniente realizar la acidez a un fondo de destilación proveniente de un FAME con previa esterificación.


62

CAPITULO 6: CONCLUSIONES - Las mezclas que cumplen con las normativas para combustibles de turbinas de aviación civil casi en su totalidad, respecto a los parámetros estudiados en este trabajo son la B5 con queroseno con aditivos y la B10 con queroseno con aditivos. Quedando solamente el poder calorífico inferior excluido del mínimo requerido, pero resaltando que solo por un porcentaje mínimo, en ambos casos. - Las mezclas que mejor se comportan en relación a la normativa de combustibles de turbina de aviación militar también son las B5 y B10 con queroseno con aditivos, incumpliendo solamente con el Punto de Inflamación. - Se observa una significativa diferencia a favor, entre las mezclas que cuentan con queroseno con aditivos en relación a las que no. Principalmente en los parámetros de Punto de Inflamación, Punto de Humo y Punto de Cristalización. - Se observó que el bioqueroseno de palmiste, optimiza los parámetros de Punto de Inflamación y Punto de Humo de las mezclas analizadas. - Por otra parte, el bioqueroseno aleja a las mezclas de valores óptimos en ciertas propiedades como ser el Punto de Cristalización y el Poder Calorífico. __________________________________________________________________ - El rendimiento obtenido de FAME es relativamente bajo. Es posible aumentarlo optimizando la etapa de purificación en seco del FAME, que debe hacerse a temperatura elevada para evitar la precipitación del palmitato de metilo en frio. ___________________________________________________________________ - El fondo de destilación de FAME de palmiste puro, posee un cumplimiento parcial en relación a la normativa para biodiesel de calefacción UNE EN 14213. - Respecto a la normativa para biodiesel de automoción UNE EN 14214, el comportamiento es similar que al de calefacción. - Los parámetros principales que desvían significativamente al fondo de destilación del cumplimiento de ambas normas son: la acidez (se ha medido en el FAME obtenido sin esterificación previa), el punto de inflamación y el POFF para época invernal y por último la viscosidad, en este caso una deviación leve.


63

CAPITULO 7: PROYECCIONES FUTURAS

1) Realizar ensayos de las normativas estudiadas, que no han sido parte de este estudio, ya sea por la complejidad de los mismos o por falta de equipos en funcionamiento para tal objetivo:

Bioqueroseno y mezclas Fondo de Destilación

Viscosidad Contenido de éster

Acidez Total mg KOH/gr Contenido de Azufre

Azufre, mercaptano masa % Residuo de carbón (en 10% de residuo destilado)

Azufre, masa total Contenido de cenizas sulfatadas

Estabilidad térmica Contenido de agua

Gomas existentes, mg/100mL Contaminación total

Conductividad eléctrica, pS/m Estabilidad a la oxidación, 110ºC

Lubricidad Índice de Yodo

Tolerancia al agua: característica interfase

Esteres de metilo

Glicerol libre

Punto de vertido

Glicerol total

Na+K

Ca+Mg

Contenido de fósforo

2) Completar algunos análisis de las normativas respectivas, en los cuales ya sea por falta de muestra o por limitantes de los equipos, fue imposible su ejecución. Como ser punto de humo corrosión a la tira de cobre, densidad para el bioqueroseno para el primer caso y POFF para todas las mezclas, en el segundo.


64

4) Estudiar las posibilidades de incluir o utilizar a la glicerina como sustrato o en otras alternativas de investigación, ya que se obtiene como subproducto en la producción de FAME. 5) Investigar con otras fuentes ricas en aceites productores de FAME similares a las características del coco y palmiste. 6) Optimar el lavado en seco del FAME, controlando rigurosamente la temperatura de esa etapa del proceso.


65

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67

ANEXOS ANEXO I

PODER CALORIFICO DE COMBUSTIBLES LIQUIDOS o SOLIDOS

Poder calorífico del combustible en base seca El contenido energético de un combustible se expresa por medio de su poder

calorífico. Sin embargo, existen dos diferencias entre el poder calorífico que realmente se

utiliza como referencia energética y el que se mide en los calorímetros:

• En la gran mayoría de las máquinas térmicas solo se aprovecha el poder calorífico inferior, ya que los productos quemados se expulsan en fase gaseosa. Sin embargo, en los calorímetros se mide el poder calorífico superior, ya que el agua condensa cuando se enfrían los productos hasta la temperatura inicial (lo cual es necesario para cuantificar el calor liberado en la combustión).

• Las máquinas que queman o transforman biomasa (calderas, hornos, gasificadores) son máquinas de flujo continuo. En estas máquinas, los procesos de combustión ocurren a presión constante, por lo que el poder calorífico que tiene interés es el correspondiente a presión constante. Sin embargo, el poder calorífico se mide en calorímetros que son bombas de volumen constante. En cuanto a los motores de combustión interna, en los que se queman los combustibles líquidos, aunque son máquinas que no evolucionan ni a volumen ni a presión constante, la referencia más habitual suele ser la de presión constante, ya que, en una escala temporal superior a su ciclo termodinámico, también pueden asimilarse a máquinas de flujo continuo.

Por estas razones, es necesario calcular, en primer lugar, el poder calorífico a

presión constante a partir del poder calorífico a volumen constante, y posteriormente, el

poder calorífico inferior a partir del superior (ya a presión constante). Para ambos cálculos

se toma como referencia la siguiente reacción de combustión estequiométrica del

combustible:

mf (YC,YH,YN,YO,YS) + mO2 → mCO2 + mH2O + mN2 + mSO2

Puede observarse que no se ha indicado el nitrógeno inerte del aire. Además, se ha

supuesto que todo el nitrógeno del combustible se convierte en N2 (que es el que aparece

indicado en la reacción). Otra opción no menos realista, que conduciría a resultados

distintos, sería suponer que el nitrógeno del combustible se invierte en NO2. Los balances

de masa resultan:

mCO2 = YC mf 12

44


68

mH2O = YH mf 2

18

mN2 = YN mf

mSO2 = YS mf 32

64

mO2 = mCO2 44

32+ mH2O

18

16 + mSO2

64

32- mf YO = mf

−++ OSHC YYYY 83

8

El primer paso es calcular el PCI a presión constante a partir del de volumen

constante. Para ello, deben tenerse en cuenta tres conceptos:

• El poder calorífico es el calor liberado (calor desprendido hasta que los productos recuperan la temperatura inicial de los reactivos) por unidad de masa de combustible.

• El calor a volumen constante es una energía interna, mientras que el calor a presión constante es un entalpía. Por tanto, el calor liberado a volumen constante es la diferencia entre las energías internas de productos y de reactivos a temperatura constante, mientras que a presión constante es la diferencia entre las entalpías de productos y de reactivos a temperatura constante.

mf PCIv,s = Uf + UO2 – (UCO2 + UH2O + UN2 + USO2)

mf PCIp,s = Hf + HO2 – (HCO2 + HH2O + HN2+ HSO2)

• Las diferencias entre entalpía y energía interna solo son perceptibles en gases, pero no en líquidos ni en sólidos, debido a su bajo volumen específico. Por tanto:

Hf=Uf

A partir de la última igualdad se obtiene:

mfPCIp,s - mO2hO2 + mCO2hCO2 + mH2OhH2O + mN2hN2 + mSO2hSO2 =

= mfPCIv,s - mO2uO2 + mCO2uCO2 + mH2OuH2O + mN2uN2 + mSO2uSO2

mfPCIp,s=mfPCIv,s-mO2(uO2-hO2) + mCO2(uCO2-hCO2) + mH2O(uH2O-hH2O) +

+ mN2(uN2-hN2) + mSO2(uSO2-hSO2)

Aplicando la definición de la entalpía (h=u+pv) y la ecuación de estado de los gases

ideales:

mfPCIp,s = mfPCIv,s + mO2RO2T - mCO2RCO2T - mH2ORH2OT - mN2RN2T – mSO2RSO2T

Haciendo uso de los balances anteriores y dividiendo por la masa del combustible:


69

PCIp,s = PCIv,s + T

−−−−

−++ 22222 293

118

3

8SOSNNOHHCOCOOSHC RYRYRYRYRYYYY =

= PCIv,s + T ( ) ( )

−+−−−+

− SSOONNOOHOHOCCOO YRRYRYRYRRYRR 22222222 2983

11

3

8

Teniendo en cuenta los valores de las constantes de cada gas (ver tabla):

O2 N2 CO2 H2O SO2

PM (kg/kmol) 32 28 44 18 64

R (J/kgK) 259.82 296.94 188.96 461.91 129.91

PCIp,s = PCIv,s + T (-2078.59 YH-259.82 YO-296.94 YN)

Sustituyendo el valor de la temperatura estándar (T=298 K) y dividiendo por 1000

para dar los resultados en kJ/kg:

PCIp,s = PCIv,s -619.42 YH- 77.43 YO- 88.49 YN

Y si en vez de las fracciones másicas se usan los porcentajes de cada componente:

PCIp,s = PCIv,s - 6.19 H – 0.77 O - 0.88 N (1)

El segundo paso es el cálculo del poder calorífico inferior a volumen constante a

partir del superior que realmente se mide, que también es a volumen constante. La

diferencia es el calor latente de vaporización del agua de los productos, que en este caso

se identifica con la energía interna de vaporización:

PCIv,s = PCSv,s - b

OH

m

m 2 uv = PCSv,s -9 YH uv

Y dado que la energía interna de vaporización en condiciones de temperatura

estándar (298 K) es 2305.1 kJ/kg:

PCIv,s = PCSv,s -20745.9 YH

Y expresando esta relación en kJ/kg y en función de porcentajes:

PCIv,s = PCSv,s -207.46 H (2)

Combinando las ecuaciones (1) y (2):

PCIp,s = PCSv,s -213.65 H – 0.77 O - 0.88 N (3)

Este resultado no coincide exactamente, si bien es parecido, al propuesto por las

normas ASTM D240-02 (2007) y UNE-51123 (1986) para el cálculo del poder calorífico

inferior a presión constante a partir de la medida en bomba calormétrica (superior y a

volumen constante) de hidrocarburos líquidos (O=0, N=0), normas que proponen:


70

PCIp,s = PCSv,s -212.2 H (ASTM D240-02 / UNE 51123)

También es parecida a las que proponen, para biocombustibles sólidos, la

especificación técnica CEN/TS 14918 (2005) y la norma UNE 164001 EX (2005):

PCIp,s = PCSv,s -212.2 H – 0.8 (O + N) (CEN/TS 14918)

PCIp = PCSv -212.2 H – 0.8 O (UNE 164001 EX)

Poder calorífico del combustible en base húmeda Cuando el combustible contiene una cantidad significativa de humedad (como es el

caso habitual de la biomasa) suele interesar calcular su poder calorífico en base húmeda.

Para ello hay que partir de la siguiente reacción:

mf (YC,YH,YN,YO,YS) + mH2Of + mO2 → mCO2 + mH2O + mN2+ mSO2

donde: mfh=mf (YC,YH,YN,YO,YS) + mH2Of

El poder calorífico se reduce por dos causas:

• La presencia de masa sin contenido energético

• La sustracción de calor necesaria para la evaporación del agua

Por tanto, la expresión del poder calorífico inferior a presión constante es:

PCIp,h = OfHf

OfHvfsp

mm

mhmPCI

2

2,

+

−

En función de la fracción másica de agua en el combustible:

Yh=YH2Ofh = OfHf

OfH

mm

m

2

2

+

El poder calorífico (en kJ/kg) queda:

PCIp,h = PCIp,s (1-Yh) - hvYh= PCIp,s (1-Yh) – 2442.5 Yh

Y expresándolo en función del contenido porcentual de agua, h:

PCIp,h = PCIp,s (1-0.01h) – 24.43 h


71

ANEXO II

TABLA REQUISITOS DE LA NORMATIVA ASTM D1655


72

ANEXO III

TABLA REQUISITOS DE LA NORMATIVA DEF STAN 91-91


73

ANEXO IV

TABLA REQUISITOS DE LA NORMATIVA UNE EN 14213


74

ANEXO V

TABLA REQUISITOS DE LA NORMATIVA UNE EN 14214


75

ANEXO VI



76

ANEXO VII


producciÓn y propiedades del bioqueroseno a partir … fin de master-dk.pdf · combustible sino...

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