Biodiesel Una Revisión Del Desempeño Mecánico Y Ambiental

Biodiesel

Una revisión del desempeño mecánico y ambiental

John R. Agudelo S.*, Pedro Benjumea**,

Edwin Gómez Meneses*** y Juan Fernando Pérez Bayer***

Resumen

En este artículo se presenta una revisión bibliográfica de investigaciones relevantes relaciona-

das con el desempeño mecánico y ambiental de motores diesel, utilizando diversos combustibles,

entre ellos el diesel convencional y alquilésteres obtenidos de aceites vegetales (biodiesel).

Aunque las tendencias observadas dependen fuertemente del tipo de aceite del que provienen

los alquilésteres, se puede concluir que a medida que se incrementa el porcentaje de biodiesel

en las mezclas biodiesel-diesel disminuye la potencia y aumenta el consumo de combustible.

También disminuyen el CO, Hc, material particulado, hollín y la opacidad de humos. De otro

lado, los Nox aumentan o disminuyen dependiendo de la afinación del motor.

La potencia disminuye entre 2 y 10% para B30 y B100 respectivamente. El consumo de

combustible aumenta entre 10 y 24%, para el biodiesel y sus mezclas, debido al menor poder

calorífico del biocombustible comparado con el del diesel convencional. Las emisiones de CO

diminuyen de 10 a 50%, hc 12 a 55%, con B30 y B100 respectivamente. La opacidad de humos

disminuye entre 0 y 30% y los Sox entre 20 y 100%, debido al escaso contenido de azufre del

biodiesel. La reducción «global» de CO2 es de 16 a 78,4% para B20 y B100 respectivamente.

La ventaja medioambiental de tipo global del biodiesel es el cierre del ciclo de vida del CO2

(emisión nula), pues las plantas oleaginosas por medio del proceso de fotosíntesis toman este

gas y lo transforman en oxígeno.

Palabras clave: Biodiesel, Motores diesel, desempeño mecánico, emisiones contami-

nantes.

Abstract

In this paper, a review of different investigations about mechanical performance and

emissions from diesel engines fuelled by several fuels, such as conventional diesel fuel and

alternative fuels derived from vegetable oils, is presented. Although, the observed trends,

strongly, depend on the type of vegetable oil used as raw material, it is possible to conclude

that an increase in biodiesel percent in the biodiesel - diesel blends, leads to a decrease in power

* Ingeniero Mecánico (Universidad de Antioquia); Doctor en Ciencias Térmicas (Universidad Politécnica de Madrid). Grupo Ciencia y Tecnología del Gas y Uso Racional de la Energía de la Universidad de Antioquia. jragude@udea.edu.co

** Ingeniero de Petróleos (Facultad de Minas); Master en Ingeniería del Gas (Saldford). Profesor Escuela de Procesos y Energía, Facultad de Minas, Universidad Nacional sede Medellín.

*** Estudiantes de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional sede Medellín.

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and an increase in fuel consumption. Smoke opacity and emissions of CO, HC, particulate matter and soot are also reduced. In regard to nox, an increase or a decrease could be expected depending on the tuning of the engine.

Power diminishes between 2 and 10% for B30 and B100 respectively. Fuel consumption increases between 10 and 24% for biodiesel and its blends due to the biodiesel lesser heating value. Emissions of co diminish from 10 to 50%, HC from 12 to 55%, for B30 and B100 respectively. Smoke opacity decreases between 0 and 30% and SOx emissions also diminish between 20 to 100% due to the lesser content of sulfur in the biodiesel. The global reduction of CO2 is between 16 and 78,4% for B20 and B100.

The environmental advantage from biodiesel, is the life cycle of CO2 being closed.

Key words: Biodiesel, diesel engines, mechanical performance, emissions.

INTRODUCCIÓN

La crisis petrolera de los años setenta dio comienzo a la búsqueda de nuevas

alternativas energéticas, cuyo fin fue reemplazar los recursos de origen fósil parcial

o totalmente; y se incrementaron además los controles estadísticos de la actividad

petrolera en el ámbito mundial, lo cual arrojó información que tuvo en alerta a todas

las naciones.

Desde el año 1991 hasta el 2001 se observó una tendencia mundial creciente del consumo anual del petróleo en torno al 2%. Varios autores coinciden en que hacia el 2025 el precio del petróleo se hará insostenible debido a que las reservas se calculan hasta el 2040 [1-3].

En Colombia se comienza a visualizar un panorama preocupante, ya que el

informe estadístico presentado por la empresa colombiana de petróleos -ECOPETROL-

hasta el año 1999 señala que las reservas probadas de crudo y de gas disminuyeron

en 7,6% y 4%, respectivamente, con lo que la autosuficiencia del país, según

estimados, sería hasta el 2006 en crudo y sus derivados y hasta el 2010 en gas natural

[4]. Estos datos los reitera la Facultad de Minas de la Universidad Nacional, que

afirma que de no encontrar nuevas reservas se producirá un fuerte golpe en la

balanza de pagos del país a partir del 2005 y tres años después éste perderá su

autosuficiencia, lo cual le restará oportunidades de crecimiento, desarrollo y bien-

estar [5].

Otro elemento de juicio al momento de usar combustibles fósiles es su potencial

de generación de emisiones contaminantes, entre los cuales se encuentran el dióxido

de Carbono (CO2), principal gas causante del efecto invernadero; monóxido de

Carbono (CO), que tiene efectos letales sobre el hombre; óxidos de nitrógeno (NOx) e

hidrocarburos inquemados o parcialmente quemados (HC), principales formadores

de smog fotoquímico en presencia de luz; emisiones sulfurosas (SOx), causantes de la

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lluvia ácida, generador de sulfatos, y material particulado, causante de enfermedades respiratorias y cáncer [6-8].

Además de dicho impacto ambiental es importante destacar la mala calidad del

diesel colombiano, el cual se encuentra clasificado actualmente como grado Nº 4 por

ECOPETROL. De acuerdo con la norma STM D975-02, este grado es apto para trabajar en

motores diesel estacionarios a bajas y medias velocidades, no obstante en Colombia

este combustible es utilizado en las fuentes móviles (tractocamiones, buses y auto-

móviles). En la tabla 1 se encuentran los límites permisibles en cuanto al contenido de

azufre para diferentes combustibles diesel. Obsérvese que para la fecha, el diesel

corriente colombiano contiene cerca de 13 veces más azufre que el diesel europeo y

norteamericano [9]. Adicionalmente, la capacidad de producción de diesel premium

sólo permite que éste sea distribuido en la capital del país, en la cual se concentra

cerca del 40% de la flota de vehículos con motores diesel del país.

Tabla 1

Límites permisibles para el contenido de azufre de los combustibles diesel

Combustible EEUU Europa Colombia Premium colombiano A partir del 2011

Europa y EEUU

Contenido de

azufre [ppm] 350 350 4500 1000 10

Fuente: Revista Ingeniería Química.

En la tabla 2 se muestran las inversiones estimadas que requerirían las refinerías europeas para desulfurar el combustible diesel y la gasolina [10].

Tabla 2

Costos de inversión en las refinerías europeas [ En gigaeuros]

Nivel de azufre De 350 a 50 ppm De 50 a 30 ppm De 50 a 10 ppm

Gasolina 6,8 1,5 4,8

Diesel 8,4 2,4 6,7

TOTAL

15,3

3,9

11,5

Fuente: Revista Ingeniería Química.

Es importante resaltar que el contenido de azufre en los combustibles, además de causar la lluvia ácida, genera un incremento en el material particulado -sulfatos- e interviene negativamente en la entrada de tecnologías nuevas de motores diesel al país, pues los nuevos motores diesel traen sistemas de postratamiento de gases de escape, que se dañan rápidamente si el combustible no es apropiado.

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Una alternativa que ha generado impactos positivos en los países europeos y en

Estados Unidos, en cuanto a los motores de encendido por compresión (motores

diesel), es el llamado biodiesel, combustible que proviene de cultivos energéticos

(plantas oleaginosas) o de grasas animales, lo cual ofrece la característica de energía

renovable, biodegradable y no tóxica, es decir que es un recurso que puede generarse

naturalmente al derivarse de cultivos energéticos que están sometidos a ciclos, por

esto se puede afirmar que este tipo de energía se mantiene más o menos constante

en la naturaleza [11].

Como lo expresa Shafer [12], la mejor solución para usar un combustible

alternativo es que el motor sea compatible con ambos y que además el nuevo sea

ambientalmente

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