utilizaciÓn biocombustibles motores · 2014-10-01 · laboratorio de motores 1....

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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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


• 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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• 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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• 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


• 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


• 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


• 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


• 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


• 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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• 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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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



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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



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%


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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¡Gracias por su atención!

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