El Biodiesel como combustible alternativo Influencia en los motores Euro 5. Dra. Ing. Petra Sorsche ACEA Daimler AG 1 ro de Septiembre de 2015

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1 El Biodiesel como combustible alternativo Influencia en los motores Euro 5 Dra. Ing. Petra Sorsche ACEA Daimler AG 1 ro de Septiembre de 2015

2 Contenido 1. Historia del motor diesel y la participacion de Mercedes-Benz como pionero en el tema. 2. Características de la tecnología de los motores diesel Euro Caracterización del Biodiesel. 4. Principales propiedades del Biodiesel y los impactos técnicos. 5. Experiencias con B10 en Argentina pruebas de durabilidad 6. Consideraciones respecto a depósitos de sodio relacionadas con el combustible 7. Calidad de diesel en Argentina contenido de Sodio 8. Calidad de diesel en Argentina estabilidad de la oxidación de mezclas FAME 9. Conclusiones 2 2

3 1. Historia del motor diesel y éxito en Mercedes-Benz Los motores Diesel han evolucionado notablemente en las últimas 2 décadas, especialmente en lo que se refiere a la tecnología, performance, emisiones, nivel de ruido y consumo. 3

4 2. Características de la tecnología de motores diésel Euro V La normativa Euro 5 para motores diesel incluye varias medidas para la reducción de emisiones (limpieza de la combustion y gases de escape) y la reducción del consumo de combustible: Sistema de inyección directa de alta presión Common rail (con presiones de hasta bar) Inyectores piezo/solenoide con patrón de inyección optimizado. Catalizadores por oxidación y Filtros de Partículas Mejora de la estrategia de inyección de combustible (inyección multiple). Elementos de Control de emisiones 4

5 2. Características de la tecnología de los motores diésel Euro 5: Recirculación de los gases de escape mejorada. Turbo alimentación de una y dos etapas, de geometría variable. Filtro de partículas Diesel (DPF) con regeneración activa, libre de aditivos, a través de la post-inyección. Lubricantes de baja ceniza (bajo azufre /bajo potencial de formación de cenizas) para protección del DPF. Tecnología Stop-start,que detiene el motor en un estacionamiento periodico del vehiculo en un semasforo por ejemplo. Los actuales motores Euro 5 altamente sofisticados con filtro de partículas y catalizadores requieren combustibles diesel limpios y libres de azufre, de menos de 50 ppm,para garantizar su completa durabilidad y reducción de las emisiones gaseosas y el particulado. 5

6 3. Caracterización del Biodiesel : Grupo Éster (con oxígeno) H O C El Biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester = FAME) es producido a partir de aceite vegetal, grasa animal o desechos reciclados de aceite y metanol. El FAME es diferente del diesel derivado del petroleo. Potenciales Desafios Producción sencilla y económica Combustible renovable a favor del CO2 Apoya la agricultura Ofrece cierta independencia de las importaciones de petroleo y derivados Ayuda a preservar las reservas de petroleo. Mejora el poder lubricante del diesel Compite con la producción de alimentos Pérdida de paisajes naturales Indirectamente cambia el uso de las tierras reduciendo los beneficios en CO2 Riesgos técnicos al aumentar el contenido de FAME a causa de sus propiedades fisico-químicas Incremento de la demanda de control El Biodiesel ofrece beneficios pero deben ser evaluados cuidadosamente los beneficios de totales de emision de CO2. Los impactos técnicos son más desafiantes con la introducción de calidad del combustible la tecnología de los motores Euro V y VI. 6

7 4. Principales propiedades del Biodiesel e impactos técnicos sobre los motores Euro V: Debido a sus propiedades físicas y químicas el Biodiesel puede tener impacto no deseado en la tecnología del motor. Los riesgos se incrementan a partir de la tecnología Euro V : Envejecimiento: El biodiesel se oxida más rápido que el diesel formando ácidos corrosivos y polímeros dañinos para el sistema de inyección cuando el vehículo queda detenido un tiempo Falla de la bomba de alta presión debido a pistón corroído (Fuente: Bosch) Comportamiento de evaporación: El FAME se evapora a mayor temperatura que el diesel, lo que agrava la dilución de aceite en el motor ya que el FAME no se evapora en conjunto con el diesel. Esto puede incrementar a niveles críticos la dilución y reducir el rendimiento por envejecimiento. Temperatur [ C] RME HVO EN590 - Diesel

8 4. Principales propiedades del Biodiesel e impactos técnicos sobre los motores Euro V: Contaminantes: Defectos de producción y solvencia del FAME puede causar contaminación con metales y ácidos grasos, provocando depósitos en la boquilla del inyector. Los contaminantes también reducen la durabilidad de DPF. Solvencia en agua: El FAME atrae el agua y como tal incrementa el riesgo de contaminación microbial del combustible diesel. Boquilla con depósitos (Fuente: Bosch) Los motores Euro V podran trabajar con Biodiesel sólo si una buena calidad de Biodiesel es garantizada y en una proporción limitada a no más del 7 %, ya que no existen técnicas disponibles para reducir los riesgos relacionados al Biodiesel. 8

9 5. Experiencias con B10 en Argentina Durabilidad Los ensayos de durabilidad del B10 en Argentina fueron realizados en 2011 con 2 vehículos Sprinter, motor OM651 Euro 5 de 4 cilindros. Cada vehículo hizo más de kms de uso mixto (ciudad, montaña, diferentes condiciones climáticas) con combustible B10 de bajo contenido de azufre ( menos de 50 ppm) con máximo PBT. Resultados: Pérdida de presión en el filtro de combustible (hasta 2 bar) como resultado de un atascamiento debido al filtro de combustible, siendo necesario su reemplazo cada kms. ( kms con diesel). Causa raíz: Mezcla de metales (metal+carboxilatos/ácidos grasos), gliceridos. 9

10 5. Experiencias con B10 en Argentina Durabilidad Problemas de manejo (irregular marcha en ralentí, vibraciones) a causa de depósitos en los inyectores. Causa raíz: Cloruro de sodio (aguja) y jabones de sodio (armadura) Aguja del inyector Armadura/Solenoide Las irregularidades observadas en ambos vehículos,con la misma frecuencia fue inaceptable Esta situacion fue la resultante de los contaminantes y/o envejecimiento del Biodiesel en dicha proporcion, no aceptable para los motores. 10

11 6. Consideraciones respecto a depósitos de sodio relacionadas con el combustible : Métodos de formación de los depósitos de sodio: Sodio + ácidos carboxilatos/ ácidos grasos Na-carboxilato Sodio + Cloro ClNa Sodio + Sulfuro Na2SO4 Depósito marrón claro Depósito blanco, cristalino Depósito blanco, cristalino Posible origen del Sodio: Agentes de secado del Diesel en la refinería (ClNa, Na-sulfato), Componentes de producción del FAME (OHNa catalizador, agua de lavado ácida HCl) Aditivos anticorroción de tuberías (NaNO2) Contaminación por agua (NaCl) 11

12 6. Consideraciones respecto a losdepósitos de Sodio relacionadas con el combustible: Posible origen carboxilatos/ácidos grasos: Procesamiento incompleto o limpieza durante la producción de FAME libre de contaminación de ácidos grasos. Envejecimiento del FAME. Aditivos anticorroción de las tuberías del sistema de inyeccion. Los depósitos de sodio en el interior del inyector fueron problemas largamente experimentados en Europa hace algunos años, y sólo fueron solucionados mediante un trabajo del Comité de estandarización europeo para identificar y eliminar las fuentes de sodio. 12

13 7. Calidad de diesel en Argentina contenido de sodio: Fuente: SGS Alemania El Diesel B 10 se observó contaminado con sodio frecuentemente. El contenido de sodio se ha incrementado con el aumento de la mezcla FAME en los últimos años. Incluso rastros de sodio del orden de 0.1 ppm provocan depósitos internos en el inyector y en el filtro de combustible. 13

14 8. Calidad de diesel en Argentina estabilidad de la oxidación de mezclas FAME: 20 h = Requisito mínimo del European EN590 (B7) de acuerdo al método EN15751 Fuente: SGS Alemania El diesel de Argentina mezclado con FAME muestra frecuentemente estabilidad a la oxidación < 20 h. De acuerdo a las experiencias Europeas un mínimo de 20 h de estabilidad a la oxidación de las mezclas FAME es de suma importancia para la protección de sistema de inyección. 14

15 9. Conclusiones : La normativa Euro V requiere el uso de combustible diesel de bajo contenido de azufre ( menor de 50 ppm). Existe también un beneficio ecológico para las actuales flotas menores a Euro V, ya que el uso del mismo permite la inmediata disminución de las emisiones con combustibles libres de azufre. Mientras la especificación Argentina B100 de Biodiesel incluye todos los requerimientos necesarios, en la B10 la estabilidad a la oxidación mínima de 20 h de acuerdo al ensayo Rancimat debe ser necesariamente incluida. Este es un requisito imprescindible para loscombustibles diesel con > 5 % v/v, hasta un limite deseado del 7 % v/v, de contenido de biodiesel, en especial para la protección del sistema de inyección y los filtros. 15

16 9. Conclusiones : El origen del contenido de sodio en Argentina en el combustible B10 parece provenir principalmente del proceso de producción en la destilacion (eliminación incompleta de catalizadores NaOH). Debido a que los restos de sodio son perjudiciales para los dispositivos de los motores diesel, todas las fuentes de sodio deben ser eliminadas. Debido a discusiones medioambientales en torno al cambio en el uso indirecto de la tierra, competencia con los alimentos el uso restrictivo del biodiesel debería ser evaluado. * FIE=Fuel Injection Equipment Manufacturer Para un apropiado funcionamiento de los sofisticados motores diesel rápidos Euro V, la mezcla de Biodiesel límite del 7 % v/v debe ser aconsejada para reducir los riesgos técnicos. Otras bio-alternativas de alta tecnología como el aceite vegetal hidrotratado (HVO) o la 2 da generación de los combustibles diesel a partir de biogas líquido podrían ser mezcladas en proporciones mayores. 16

17 Mercedes-Benz Muchas Gracias 17