Aplicaciones del Etanol

Transcripción

1 Facultad de Ingeniería - UBA Técnicas Energéticas Aplicaciones del Etanol

2 Etanol (C2H5OH) Obtención más común a partir de la fermentación de carbohidratos. Materias primas: Sustancias ricas en sacarosa Sustancias ricas en almidón Sustancias ricas en celulosa

3 Producción 2.5 gal (9.5 lts) etanol 27% vol. MAIZ 1 bushel = 35 lts 1.5 lbs (680 gr) aceite de maíz 12.4 lbs (5.6 Kg) alimento proteico 3 lbs (1.36 Kg) gluten 17 lbs (7.7 Kg) CO2

4 Usos Inicialmente se empleó como aditivo para naftas. Luego, con la crisis del petróleo se utilizó como combustible Finalmente, una de sus aplicaciones fue utilizarlo como oxigenador de las naftas.

5 Etanol vs. Nafta Fórmula PM Curva Calor latente de Densidad destilación vaporización PCI N octano g/mol C g/cm3 kcal/kg kcal/kg RON MON Nafta C4-C ,72-0, Etanol C2H5OH 46,1 78,3 0, ETANOL Pto. ebullición alto: dificultad en el arranque. Notar que la temperatura de ebullición es similar a la de operación de un motor en régimen estacionario. Calor latente de vaporización alto: operación del motor a menor temperatura. Menor PM: sus vapores ocuparán mayor volumen. Mejor N octano: mayor avance al encendido. Menor PCI: menor energía obtenible por kg de combustible

6 Relación A/C estequiométrico Nafta tomando i-octano como referencia C 8 H ,5 O N 2 8CO 2 + 9H 2 O + 47N 2 G 12.5*32 47* / = G = 12.5* * 28 = 1716 = aire aire A C aire estequiométrico aire A/ Cestequiomé trico = = = = Gcomb 114 g comb gcombcomb g g

7 Relación A/C estequiométrico Etanol C 2 H 5 OH + 3O ,3N 2 2CO 2 + 3H 2 O + 11,3N 2 G 3* * A / C = = 3* * = g A / G= = 46 = 46 = estequiométrico Cestequiométrico aire Gaire Gcomb g g aire aire gcomb comb

8 Suministro de combustible al motor Ningún motor trabaja con la relación A/C estequiométrica por varios motivos, entre ellos, el rendimiento de la reacción. λ = A / C estequiométrico A / C real La relación λ puede variar en un motor entre 0.8 y 1.2, dependiendo de cada caso particular.

9 Suministro de combustible al motor Surge entonces que para un motor alimentado a nafta debe modificarse el sistema de suministro de combustible para utilizarlo con etanol, ya que nunca puede suministrar una relación cercana a 9:1

10 Mezclas? Si se emplean mezclas de etanol nafta, los requerimientos estequiométricos de aire serán: Mezcla A/C esteq. E25 14,56 E50 13,47 E75 11,81 No hay problemas de suministro con bajas concentraciones de etanol. Además, la presencia de etanol genera un exceso de aire que mejora la combustión.

11 Encendido El mejor número de octano permite adelantar el encendido de forma tal de obtener mayores presiones al final de la carrera de compresión. Si se pudiera variar la relación de compresión, con mayor RON y MON puede ser mayor. Múltiple de admisión más frío: controlar que las bujías tengan el grado térmico apropiado. Una bujía muy fría puede fallar por depósitos que impiden la formación de la chispa.

12 Factibilidad técnica Mezclas hasta 30% de etanol requieren cambios menores en los motores A mayor concentración de alcohol, mayor octanaje de la nafta Mayor duración de los aceites Mejor llenado cámara de comb. x menor temp. de la mezcla Máxima relación E85 por cuestiones de seguridad.

13 Ensayos 14 vehículos ensayados a gasolina sin reformas, y otros 13 ensayados con alconafta con ligeras reformas (motor 6 cilindros) Contaminantes ( gramos / milla emitidos ) Chevrolet Lumina HC CO NOx Modificada con E85 0,08 2,25 0,16 Modificada con E50 0,08 2,50 0,16 Modificada con gasolina sin plomo 0,13 2,70 0,20 Estándar con gasolina sin plomo 0,16 3,00 0,50 Contaminantes (% de reducción frente al promedio) Número de vehículos testeados HC CO NOx Datos obtenidos de internet

14 Ensayos Bhp Potencia al Freno vs Velocidad de Rotación - Motor IKA 6L rpm Max Pot de Seguridad Max Pot uso continuo (E25) (E50) (E75) (E50) con encend adelantado (E75) con encend. adelantado NAFTA SUPER Ensayos realizados durante el 2005 en FIUBA (resultados en condiciones de ensayo)

15 Ensayos qc g/hp. h Consumo especifico de combustible vs Velocidad de rotación - Motor IKA 6L rpm Manual del motor Nafta Super (E25) (E50) sin reg. encend (E50) con encend reg (E75) sin reg encend (E75) con encend reg Ensayos realizados durante el 2005 en FIUBA (resultados en condiciones de ensayo)

16 Ventajas Se puede obtener de recursos renovables Combustión más limpia menores emisiones No contribuye al efecto invernadero si se obtiene de origen vegetal Miscible con H2O, biodegradable y poco tóxico

17 Desventajas Poder Calorífico menor al de los combustibles derivados del petróleo El empleo de este combustible puro forma mezclas inflamables en el tanque cuya llama es invisible. Debido a que es corrosivo, el tanque debe ser de acero inoxidable, las conexiones de teflón, y el carburador y múltiple de admisión de aluminio. El precio por litro es mayor que el de las naftas. Requiere modificaciones en el motor para utilizarlo puro o en altas concentraciones. Al ser higroscópico, permite la proliferación de bacterias que atacan las partes metálicas del motor. Por esto, requiere un control sobre el contenido de agua.

18 Factibilidad de implementación en Argentina Nuestro país es uno de los principales exportadores de aceites vegetales del mundo. Se implementó el uso de alconaftas durante la crisis del petróleo desde 1979 hasta 1988 (Plan Alconafta) Ley en nuestro país para consumir un 5% de biodiesel y un 5% de etanol.

19 Utilización actual a nivel global Brasil a incrementado sostenidamente el consumo de alconafta desde la década del 70 ( m3de alcohol en 1976 vs m3 en 2000) Algunas importantes ciudades de los EEUU están obligadas a utilizar alconaftas durante los meses de invierno, cuando la polución aumenta. En EEUU, hay unos 3 millones de vehículos capaces de utilizar E85. El Senado de ese país impulsa una ley que obligue al consumo de m3 anuales para el Muchas empresas constructoras de autos fabrican versiones para utilizarse con alconaftas: ej. SAAB fabricará el modelo 9-5 Sport en el 2005, GM realizó diversos estudios sobre distintos modelos (ej. Lumina)

20 Referencias Informe técnico realizado por YPF, Etanol, Calimá, Colasanti y Marolda, Puesta a punto y ensayo de un motor de combustión interna con combustibles alternativos, Trabajo Profesional de Ing. Mecánica, FIUBA, Trabajo de Andres Colasanti (Alumno de TE)