Biodiesel: Los aspectos mecánicos en los vehículos

Transcripción

1 Biodiesel: Los aspectos mecánicos en los vehículos Por Erwan BERNARD Técnico en Motores Preparado para el Centro Nacional de la Producción más Limpia 1

2 INDÍCE Lista de las tablas... 3 Introducción Efectos en el motor... 5 emisiones... 5 opacidad... 6 consumo, potencia, torque... 6 ejemplos % de Biodiesel % de Biodiesel observación Efectos en la bomba y los inyectores... 8 lubricidad compatibilidad de materiales comportamiento a temperaturas bajas estudios Efectos en el aceite ejemplos Efectos en la durabilidad pruebas de durabilidad hechas por Volkwasgen otras pruebas de durabilidad Estándares y garantías especificaciones del Biodiesel en los EEUU resumen de las garantías Conclusión sugerencias de pruebas Referencias Apéndice A Apéndice B

3 LISTA DE LAS TABLAS Tabla: 1. Emisiones medias del Biodiesel comparadas al Diesel convencional Resultados de la lubricidad del Biodiesel mezclado con 2 diferentes Diesel, usando el método HFFR Resultados de la lubricidad del Biodiesel mezclado con 2 diferentes Diesel, usando el método BOCLE Punto Nube del Biodiesel con diferentes concentraciones de Diesel # Características del motor Volkswagen 1.6L, inyección indirecta Especificaciones del Biodiesel en Estados Unidos Resumen de las garantías existentes para vehículos funcionando con Biodiesel Biodiesel B20 comparado con el diesel

4 INTRODUCCIÓN Los biocombustibles toman cada vez más relevancia en el mundo pues están considerados como combustibles alternativos limpios con el hecho de provenir de una fuente renovable. En este reporte se estudiará el interés de este combustible y en particular, el biodiesel y los efectos de este en diferentes aspectos. Efectos en el motor. Efectos en la bomba y los inyectores. Efectos en el aceite. Efectos en la durabilidad. Efectos en la garantía. El Biodiesel es un combustible producido a partir de materias de base renovables, como los aceites vegetales, que se puede usar en los motores diesel. Químicamente constituyen ésteres de alquilo, de metilo y de etilo, con cadenas largas de ácidos grasos. Estas cadenas, al estar oxigenadas, le otorgan al motor una combustión mucho más limpia. Se encuentra registrado como combustible y como aditivo para combustibles en la Agencia de Protección del Medio Ambiente (Environment Protection Agency, EPA) en los Estados Unidos. Este éster puede ser producido a partir de distintas fuentes de aceite, tales como, soja, colza, girasol, maní, palma y grasas animales. El biodiesel puede ser utilizado puro (B100) o mezclado con el diesel de petróleo en diferentes concentraciones. Por ejemplo, B20 significa una mezcla con 20% de biodiesel y 80% de diesel de petróleo y es la mezcla más utilizada en nuestros días. Con cantidades inferiores a 5% de biodiesel, la mezcla es considerada como aditivo y la mezcla puede ser hecha con petrodiesel #1 (keroseno) o #2 (diesel con bajo nivel de azufre). Una de las ventajas del biodiesel es que se puede usar con los motores existentes sin hacer o con pocas modificaciones. 4

5 1. EFECTOS EN EL MOTOR (rendimiento, potencia, emisiones) Numerosas investigaciones fueron hechas sobre el uso del Biodiesel, puro o mezclado, con el fin de conocer los efectos de este en las características típicas del motor como lo son las emisiones, la potencia, el consumo, etc. Emisiones: Tabla 1: Emisiones medias del Biodiesel comparadas al Diesel convencional: Tipo de emisión B100 (%) B20 (20%) Hidrocarburos totales sin quemar (HC) Monóxido de carbono (CO) Partículas en suspensión (PM) Sulfatos Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) Hidrocarburos aromáticos policíclicos nitrogenados (npah) Potencial de destrucción de la capa de ozona Óxidos de nitrógeno (NOx) Fuente: página web El potencial de destrucción de la capa de ozono del Biodiesel es menor que lo del diesel: esta cifra es cercana de 50%. Las emisiones de sulfatos y óxidos de azufre son eliminados con el Biodiesel puro. Estos son componentes principales de la lluvia ácida y se ligan a la formación de partículas (principalmente por el contenido de azufre y el contenido de componentes aromáticos pesados). Las emisiones están reducidas con el uso del Biodiesel. Ensayos muestran que el uso del Biodiesel en los motores diesel provocan una importante reducción de los hidrocarburos totales sin quemar, del monóxido de carbono y de las partículas en suspensión. Las emisiones de los óxidos de nitrógeno están similares o aumentan ligeramente. Monóxido de carbono: Las emisiones del monóxido de carbono (gas venenoso) del Biodiesel son, en promedio, 44% más bajas que las generadas por el diesel. 5

6 Partículas en suspensión: Fue mostrado que respirar las partículas supone un riesgo para la salud (pueden ser cancerígenas). Las emisiones de las partículas en suspensión del Biodiesel son, en promedio, 40% más bajas que las generadas por el diesel. Hidrocarburos totales sin quemar: Las emisiones de los hidrocarburos totales sin quemar (factor contribuyendo a la formación del smog y de la ozono) son, en promedio, 68% más bajas que las generadas por el diesel. Óxidos de nitrógeno: Las emisiones de óxidos de nitrógeno (factor contribuyendo a la formación del smog y de la ozono) aumentan, en promedio, de 6% en comparación a las hechas por el diesel. En realidad, esas cifras dependen mucho del diseño del motor (carros, buses, maquinas de obras públicas, etc), de la composición del combustible y de su utilización. En efecto, según el tipo del motor, su edad, su uso, los datos varían ligeramente pero en general, la tendencia sigue bien las cifras expuestas anteriormente. - Opacidad: El humo negro visible al escape es menos importante al arranque con el Biodiesel. - Consumo, potencia, torque: En general, el uso del biodiesel a altos niveles aumenta al consumo y reduce la potencia del motor hasta 15% en comparación a un motor diesel porque el Biodiesel tiene un poder energético más bajo que el diesel. (121,000 Btu comparado a 135,000 Btu para No. 2 diesel) Pero, con mezclas inferiores a 20%, el impacto es ínfimo y el funcionamiento del motor (consumo, potencia, torque) es similar a el del diesel N 2 Del mismo modo que para las emisiones, la tendencia general del comportamiento del motor es esta pero en función del tipo de motor, de la composición del combustible y de su utilización, las cifras pueden variar. Ejemplos: Muchos estudios han sido hechos con el fin de conocer los efectos del Biodiesel en el motor. En la mayoría, los niveles de mezcla probados son 20% (B20) y puro (B100); es por eso que los ejemplos mostrados abajo son con niveles de 20 y 100% de mezcla. La Universidad de Missouri (Columbia -USA) hizo numerosas pruebas sobre el Biodiesel, supervisadas, en gran parte, por el Señor Leon. G. Schumacher. 100% de Biodiesel (B100): (apéndice A) Estudiaron los efectos del Biodiesel (a partir de aceite de soja) en motores Cummins 5.9L instalados en dos Dodge pickups, uno de 1991 y el otro de 1992 con Biodiesel puro (B100). Luego de casi km con cada vehículo, las conclusiones fueron las siguientes: 6

7 -consumo: similar a el del diesel (-4%), 9.5 km/l para el Biodiesel y 9.9 km/l para el diesel en condiciones similares de utilización. -aceite lubricante: los análisis de aceite mostraron un desgaste normal de los motores. Los niveles de Cromo, Cobre, Hierro, Silicio y Plomo eran más bajos o similares a los medidos cuando los motores que funcionaban con diesel. Además, no encontraron depósitos anormales en los inyectores, en la cabeza de los pistones, en las paredes de los cilindros y en las válvulas. -potencia: al principio de esta prueba, la potencia aumentaba un 3% para el motor de 1991 y disminuía en un 7% para el motor de 1992 pero con el tiempo, los carros produjeron menos potencia. Esto es debido al diseño del motor y a la composición del combustible, pero se puede decir que hubo una ligera baja de la potencia usando biodiesel B100 como conclusión. -emisiones: para el pickup de 1991, el CO, el CO 2 y la opacidad bajaron mientras que los NO x aumentaron. Los HC no cambiaron. Para el pickup de 1992, el CO 2 y la opacidad bajaron, los HC no cambiaron. Los NO x y el CO aumentaron, si para el primer caso citado es normal, para el segundo, no. Pero este incremento fue ligero y no mucho diferente de las valores del diesel. Se puede leer el reporte completo ( Cummins 5.9L Biodiesel Fueled Engines ) en el sitio siguiente: [2] 20% de Biodiesel (B20): (apéndice A) También, estudiaron el efecto del B20 en un Ford F350 con un motor Navistar 7.3L y un Navistar 4700LP con un motor Navistar 5.9L. Los vehículos fueron probados al principio de las pruebas (pre-test) y luego de 6 meses de funcionamiento (post-test), las conclusiones son las siguientes: -consumo: en general, una reducción baja fue observada con el uso del B20. (para el 5.9L, -1.2% pre-test y 2.4% post-test; para el 7.3L, -4.3% pre-test y 1.5% post-test) -potencia: para el 5.9L, la potencia aumentó (+12.8% pre-test, +9% posttest) y para el 7.3L, la potencia bajó (-1.2% pre-test, -3% post-test). -emisiones: Los HC y el CO bajaron pero para el 5.9L, las cifras aumentaron entre el pre-test y el post-test para terminar al mismo nivel que las emisiones hechas por el motor funcionando con diesel. Se puede concluir con el tiempo las emisiones de CO pueden aumentar. 7

8 Se puede leer el reporte completo ( Fueling 5.9L and 7.3L Navistar Engines with Biodiesel- 20 ) en el sitio siguiente: [1] Observación: Fue observado por las numerosas investigaciones que el hecho usar el Biodiesel mezclado genera un liviano aumento de la temperatura de funcionamiento del motor, con respecto al diesel o el Biodiesel solo, lo que puede provocar un sobrecalentamiento de este. Hasta ahora, no se he encontrado una razón de este fenómeno y de hecho, es recomendable averiguar el circuito de enfriamiento del motor y sobretodo el ventilador para evitar conclusiones al respeto. 2. EFECTOS EN LA BOMBA Y LOS INYECTORES Lubricidad: La lubricidad es un factor importante para la durabilidad de todo componente motor, en particular la bomba y los inyectores pues pueden estar lubricado solo por medio del combustible. Una lubricidad pequeña supondrá un desgaste prematuro, al contrario, una lubricidad grande reducirá el desgaste y aumentará el tiempo de vida de los componentes. La utilización del Biodiesel aumenta y mejora la lubricidad del combustible, también con pequeños niveles. Los fabricantes de FIE (para sus iniciales en inglés, Fuel Injection Equipment) adoptaron el uso del HFFR (High Frequency Reciproquing Rig), ISO :1998, y recomiendan que el límite máximo de todo diesel en el diámetro de la marca de desgaste (WSD, Wear Scar Diameter) sea 460 mm. Por el HFFR, entre más pequeño sea el número, mejor es la lubricidad. Tabla 2: Resultados de la lubricidad del Biodiesel mezclado con 2 diferentes Diesel, usando el método HFFR*: Porcentaje de Biodiesel con HFRR Scar (mm) Petrodiesel Diesel #1 (Petrodiesel) Diesel #2 (Diesel con bajo nivel de azufre) *Pruebas efectuadas por Stanadyne Automotive Corp. Fuente: página web 8

9 Por el medio de un otro sistema, el BOCLE (Ball On Cylinder Lubricity Evaluation), la lubricidad fue medida y los resultados confirmaron los vistos arriba. Con ese sistema, la mayor lubricidad corresponde a un BOCLE mayor. Tabla 3: Resultados de la lubricidad del Biodiesel mezclado con 2 diferentes Diesel, usando el método BOCLE*: Porcentaje de Biodiesel con Petrodiesel Diesel #1 BOCLE (gramos) Diesel # 2( con bajo nivel de azufre) BOCLE (gramos) 0.00% % % % % % % % % * Pruebas efectuadas por Engineering Testing Services Fuente: página web En estos cuadros, podemos ver que un porcentaje pequeño de Biodiesel (por ejemplo, 2%), mejora claramente la lubricidad del combustible. El uso del Biodiesel puro (B100) e importantes niveles de mezcla puede afectar y degradar los componentes del sistema de inyección (ver compatibilidad de materiales) que contienen elastómeros o compuestos de caucho natural como mangueras de combustible o juntas de bomba pues no son compatibles con el Biodiesel; lo que implica el cambio de estos componentes antes de utilizarlo a altos niveles de mezcla (>30%) o puro. Según experiencias hechas durante los últimos años, el uso del Biodiesel hasta una concentración de 20% no necesita ningún cambio de componentes pues la afectación está mínima incluso nulo. 9

10 Compatibilidad de materiales: Esta disponible una cantidad significativa de información relativa a la compatibilidad de materiales del biodiesel y sus mezclas. En términos generales, biodiesel no es compatible con elastómeros de caucho natural o metales conteniendo cobre. El efecto en elastómeros se minimiza cuando se utiliza B20. Southwest Research realizo una prueba en los elastómeros que se detallan, utilizando una matriz de diez combustibles basados en biodiesel puro y B20 y B30 mezclados con distintos tipos de diesel de petróleo. Se probo resistencia a la tensión, elongación, dureza y variaciones de volumen. ELASTÓMEROS: Teflón, Nylon 66, Nitrilo, Viton A401C, Viton GFLT, Fluorsiliconas, Poliuretano, Polipropileno. Southwest informó que el biodiesel y las mezclas de biodiesel son compatibles con todos los elastómeros probados aunque hubo pequeñas diferencias con la goma de Nitrilo. Los elastómeros que mejor desempeño tuvieron con el biodiesel son el Teflón, Viton 401C y Viton GFLT. Para depósito de muestras o transporte de biodiesel debe tenerse presente la compatibilidad con metales (cobre). Los contenedores de vidrio tienen un desempeño aceptable. Se han manifestado algunos problemas al utilizar contenedores de polietileno muy delgado y en menor medida de polipropileno. Si se desea depositar en contenedores de plástico se recomienda utilizar polipropileno de alta densidad u otros plásticos con un recubrimiento interior fluorado. Esto es para evitar filtraciones del producto. Este efecto se relaciona con las características disolventes del Biodiesel que causan swelling ó absorción con perdida de las propiedades mecánicas de los polímeros. Precauciones adicionales son necesarias para los siguientes: Los trapos empapados en biodiesel deben ser guardados en contenedores de seguridad o deben dejarse secar individualmente para evitar combustión espontánea. Biodiesel puede atacar algunos tipos de superficies pintadas, por ello se recomienda limpiarlas inmediatamente cuando se salpiquen con biodiesel puro. La exposición prolongada del concreto al biodiesel puede causar deterioros prematuros en el mismo. Comportamiento a temperaturas bajas: Punto Enturbiamiento: temperatura a la cual se observa visualmente la creación de pequeños cristales sólidos cuando el combustible se enfría. Punto Frío de Filtro Taponado: temperatura a la cual un combustible causará el taponamiento del filtro de combustible por componentes del combustible que empezaron a 10

11 cristalizar o solidificar. El CFPP es menos conservador que el punto de enturbamiento y esta considerado, por unos, ser la indicación verdadera para la capacidad del combustible a temperaturas bajas. El Biodiesel tiene un punto de enturbamiento y un punto frío de filtro taponado (CFPP Cold Filter Plugging Point) más alto que el diesel pero no debería tener consecuencias en Costa Rica por sus temperaturas altas a todo lo largo del año. Tabla 4: Punto Nube del Biodiesel con diferentes concentraciones de Diesel #2: Biodiesel (ester metílico de soya) Concentración (% vol.)* Punto de Enturbamiento Grados Celsius ( C) *mezclado con diesel N 2 (con bajo nivel de azufre) Fuente: página web Con el uso del B20, hay un incremento del punto de enturbamiento y del CFPP, en promedio, de 1 a 3 C en comparación al diesel. Ambos dependen de la composición de ácidos grasos de la materia prima utilizada, siendo la fuente aceite de palma se espera que sea un poco superior al de aceite de soya o colza. Estudios: Un estudio fue hecho por Schumacher y al [3] donde colectaron datos de una empresa de buses en San Luis, Missouri (EEUU) que tomó 10 buses de su flota (5 buses con Biodiesel 20%, B20, y 5 buses con diesel con bajos niveles de azufre, N 2 o D2). Este proyecto duró 26 meses y las observaciones hechas son bastante interesantes: -Filtros taponados: Durante unos meses, los buses funcionando con el B20 tenían los filtros de combustible taponados y los buses se descomponían regularmente. La causa de este problema fue la calidad de la mezcla. En efecto, al principio, la mezcla se hacía durante el llenado del tanque del bus, entonces la proporción biodiesel/diesel era aproximada y bien a menudo superior a los 20% requeridos. El circuito de combustible se ensuciaba y el filtro se taponaba pues el biodiesel es un disolvente medio y con proporciones superiores a 30%, la mezcla limpiaba el tanque despegando los sedimentos depositados por el diesel N 2. Posteriormente, no encontraron más problemas pues la mezcla se hacía por el proveedor de combustible. 11

12 -Inyectores: Luego 13 meses de proyecto, encontraron unos problemas con inyectores utilizados por el B20 y los enviaron a Diesel Technology Corporation (DTC). Concluyeron a un problema de cavitación pero no tuvieron respuesta a este fenómeno, entonces sugirieron equipar 3 buses D2 y 3 buses B20 con nuevos inyectores. Al fin del proyecto, enviaron 2 inyectores de cada uno al fabricante de estos con el fin que hicieron análisis sobre el comportamiento y el desgaste de los inyectores. Luego unas pruebas, los inyectores B20 mostraron una buena conducta y no presentaron un desgaste y un ensuciamiento anormal. 3. EFECTOS EN EL ACEITE El aceite permite de lubricar las piezas en movimiento con el fin de limitar el desgaste de estas y de una manera general del motor. Entonces, es importante que la calidad del aceite sea siempre optima a pesar de la utilización de diferentes combustibles en el motor. En cualquier motor diesel, una pequeña cantidad de combustible pasa los anillos del pistón al aceite del motor. Típicamente, se experimenta una mayor dilución del aceite en motores diesel con inyección directa que en motores con inyección indirecta. La dilución del aceite en motores es importante desde dos puntos de vista: -Primero, el combustible diesel es considerablemente más liviano que el aceite y tiene menor poder lubricante, por cual reduce la habilidad del aceite para lubricar el motor. -Segundo, después de un periodo de tiempo, los antioxidantes en el aceite del motor son utilizados por el combustible que filtro y el mismo comienza a polimerizar, causando espesamiento. Obviamente, el excesivo espesamiento del aceite dificulta el libre movimiento del mismo a través del motor resultando una pobre lubricación y mayor desgaste del motor. Volkswagen condujo pruebas de durabilidad a principio de los 80's analizando el motor diesel usando su motor IDI y encontró que el uso de un 100 % de biodiesel no afectaría adversamente el desempeño del motor. Cuando se realizaron las pruebas de durabilidad de 100 % biodiesel en los motores DI, Volkswagen encontró que la dilución del aceite del motor por el biodiesel puro era inaceptablemente alto. De todas formas, esta dilución no aparenta tener efectos sobre la capacidad de lubricación del aceite del motor hasta llegar al punto donde el antioxidante del aceite es totalmente utilizado y se produce el espesamiento del aceite. Este espesamiento se produce más rápido que con el petrodiesel debido a la fracción no saturada de la cadena de ácidos grasos que se encuentran en el biodiesel. Algunos suponen que en la medida que la cadena de ácidos grasos que se encuentran en varios de los aceites vegetales que sirven de base al biodiesel son más insaturados, los problemas potenciales producidos por mezclas con niveles mayores de biodiesel deberían ser mayores. Un análisis de la literatura sobre este tema no respalda esta teoría e indica que las diferencias entre aceites vegetales son muy pequeñas. En esa época, a principios de los 80, Volkswagen recomendaba el uso de mezclas con menos del 30 % de biodiesel para asegurar que no se produjeran problemas por la dilución del aceite. Desde entonces, las tolerancias de los motores y la dilución del aceite por efecto del combustible, se han reducido dramáticamente. Esto ha disminuido los 12

13 problemas por espesamiento del aceite, que podría potencialmente causar la utilización de mezclas con alto contenido de biodiesel en los motores modernos. De todas maneras, los análisis de aceite del motor cuando se utiliza biodiesel o mezclas del biodiesel son alentadores. A la alta lubricidad del biodiesel se le atribuye la reducción de partículas de metal y carbón en el aceite del motor. Informes de pruebas que están ahora disponibles indican que debido a este factor se incrementa la vida útil del motor. Pruebas realizadas por investigadores canadienses [4] [5], como también en la Universidad de Missouri [2], han comprobado importantísimas reducciones de partículas de metal en el aceite, con una variedad de mezclas de biodiesel. En el caso canadiense, se visualizo una reducción del 30 % de limaduras, con una mezcla de solo 10 % de biodiesel. Los ingenieros de Cumrnins, creen que la reducción de partículas de carbón es la causante del extraordinario estado en que se encontraba el motor Cummins 5,9L de inyección directa, que estuvo funcionando durante km con biodiesel puro en la prueba realizada por la Univ. de Missouri. En resumen, las pruebas realizadas utilizando B20 en motores diesel, sean estos nuevos o usados, con inyección directa o indirecta, demuestran que ningún hecho negativo puede ocurrirles y que posiblemente aumente la vida útil de los mismos. El uso de mezclas de biodiesel mayores que B20 en motores con IDI, viejos o nuevos, debería producir resultados iguales o mejores, mientras que el uso de mezclas mayores a B20 puede producir en algunos motores antiguos con DI un espesamiento en el aceite. Unos análisis fueron hechos con el fin de conocer la concentración de diferentes metales contenidos en el aceite pues refleja, con una buena imagen, el desgaste del motor por los diferentes componentes del motor: -hierro: desgaste de las paredes de los cilindros, del (o los) árbol de levas, de las marchas; -aluminio: desgaste de los pistones; -cobre y plomo: desgaste de los cojinetes; -cromo: desgaste de los anillos de los pistones; -silicio: desgaste del material que mueve a través del filtro de combustible y del motor. Casi todos los análisis muestran que el Biodiesel no tiene impacto en el desgaste del motor y que las comparaciones hechas entre el aceite de un motor funcionando con biodiesel y de uno funcionando con diesel N 2 son similares. Ejemplo: La Universidad del Idaho hizo unos ensayos con 3 motores diesel Yanmar 3TN75E-S (3 cilindros, 4 tiempos, aspiración natural, inyección directa) quien funcionaron con 3 combustibles diferentes (diesel a bajos niveles de azufre (2-D), 100% éster metílico de colza (B100 REE, Rape Ethyl Ester) y 100% éster etílico de colza (B100 RME, Rape Methyl Ester)). Los motores siguieron un ciclo de 200 horas según el estándar EMA que fue designado para iniciar los problemas de durabilidad asociados con el uso de los nuevos combustibles alternativos. Entonces, el ciclo es bastante severo. 13

14 Todos los motores mostraron una disminución de la viscosidad del aceite comparado a un aceite lubricante nuevo. Un leve incremento de la viscosidad del aceite motor fue observada con el motor funcionando al diesel 2-D, comparado a el B100 REE y el B100 RME. Pero los análisis de todos los aceites motor estaban dentro de los límites permitidos. (Apéndice B) 4. EFECTO EN LA DURABILIDAD La duración de los motores que utilizan biodiesel ha sido específicamente estudiada en Brasil por Volkswagen, utilizando biodiesel puro y mezclas. En USA, se han comprobado más de de km. recorridos sin ningún tipo de problema. Toda la información indica que la durabilidad de los motores es comparable cuando se usa biodiesel o diesel derivado del petróleo. Prueba de durabilidad hecha por Volkswagen: El objetivo de la prueba fue investigar el comportamiento del biodiesel en motores diesel existentes, utilizando vehículos y motores de producción en línea. Las pruebas fueron realizadas con biodiesel puro en motores diesel Volkswagen 1,6L. con inyección indirecta (IDI), ya sea en banco de pruebas o instalada en un sedan de pasajeros VW Passat o en una unidad de transporte de carga liviana VW Tipo II. Los detalles del motor son los siguientes: Tabla 5: Características del motor Volkswagen 1.6L, inyección indirecta: Nº de cilindros 4 en línea Proceso de combustión 1 Cilindrada cm 3 Diámetro/carrera Relación de compresión 23 Bomba de inyección Cámara de torbellino 76.5 mm/86.4 mm rotativa Volkswagen realizó rigurosas pruebas, utilizando su programa de pruebas de durabilidad para motores diesel en vehículos comerciales livianos, por más de horas con biodiesel puro a los efectos de comprobar el cambio máximo con respecto al combustible diesel existente. El ciclo de la prueba contemplo horas de operaciones a máximo poder y 300 a torque máximo. Más de 19 muestras de aceite lubricante fueron extraídas y analizadas. Después de esta prueba el motor fue desarmado para examinar y medir desgastes. 14

15 Los análisis de las muestras de aceite mostraron niveles aceptables de sólidos y alcalinidad para este tipo de prueba. El desgaste de cojinetes, anillos de pistón, camisas de cilindros y asientos de válvulas permanecieron dentro de las especificaciones de Volkswagen y son consideradas por ellos como correspondientes a un desgaste en condiciones normales. Similares resultados se obtuvieron en las pruebas de durabilidad a campo realizadas por Volkswagen con motores de inyección directa, con la excepción de la comprobación de una ligeramente mayor dilución del aceite al utilizar el biodiesel puro. En ese momento Volkswagen recomendaba reducir la mezcla de biodiesel a utilizar en motores de inyección directa a niveles menores a 30 % para evitar problemas de dilución. A lo largo de estos años, tolerancias en los motores fueron reducidas ante la necesidad de controlar emisiones contaminantes y esto resultó en una menor dilución del aceite de los motores ya sea utilizando petrodiesel o biodiesel. Esto esta demostrado por la garantía total dada por Volkswagen si se utiliza biodiesel en sus nuevos modelos TDI. Otras pruebas de durabilidad: La Universidad de Missouri ha completado una prueba operando por km. un motor de camión liviano Cummins de 5,9L. El desarme de este motor por Cummins demostró el bajo desgaste y la excelente durabilidad del mismo siendo posiblemente menor que con combustible diesel convencional. La mayoría de la información dada es utilizando biodiesel puro que representa, desde el punto de vista de los fabricantes de motores, la mayor diferencia con respecto al diesel de petróleo. Estos resultados positivos de las pruebas de durabilidad con biodiesel puro, los resultados de la utilización de B 20 en USA en más de de km. recorridos, combinado con el hecho de que virtualmente todos los fabricantes de motores diesel mantienen sus garantías sobre los mismos cuando se utiliza B20, implican suficiente evidencia de que el uso de B 20 en motores diesel existentes permite una durabilidad similar a la del diesel de petróleo y puede a lo largo de los años mejorar la durabilidad debido a una combustión más limpia y a la naturalmente elevada lubricidad del biodiesel. 5. ESTÁNDARDES Y GARANTÍAS Con el fin que todos los constructores trabajen en el mismo sentido, en los Estados Unidos,el sector industrial definió un consenso sobre los combustibles que se llama American Society for Testing and Materials (ASTM). Esta entidad agrupa productores de combustible, fabricantes de equipamiento o motores y un tercer grupo como usuarios, agencias del gobierno, consultantes y ellos definen las nuevas normas. 15

16 El estándar para el diesel es ASTM D 975, lo que permite a los constructores de motores y de equipamiento de inyección trabajar alrededor de esta norma. Con el mismo propósito, crearon el estándar ASTM PS (o D-6571) para el Biodiesel. Este estándar cobre el biodiesel puro (B100) y las mezclas petrodiesel-biodiesel hasta un nivel de Biodiesel de 20%. Los niveles de Biodiesel más importantes son aceptados pero necesitan el acuerdo de los fabricantes de motores concernidos. Tabla 6: Especificaciones del Biodiesel en Estados Unidos (a partir de diciembre 2001). Propiedad Método ASTM Valor Unidad Punto de ignición D93 130,0 mín. ºC Sedimento & agua D2709 0,050 máx. % vol. Residuo carbónico D ,050 máx. % masa (muestra 100 %) Ceniza sulfatada D874 0,020 máx. % masa Viscosidad (40_C) D445 1,9 6,0 mm2/sec Sulfuro D5453 0,05 máx. % masa Número cetano D mín. Punto nube D2500 Por cliente ºC Corrosión cúprica D130 Nº 3b máx. Número ácido D664 0,80 máx. Mg KOH/gm Glicerina libre G.C.# 0,020 máx. % masa Glicerina total G.C.# 0,240 máx. % masa + En Estados Unidos existe una considerable cantidad de experiencias con la mezcla de un 20 % de biodiesel con un 80 % de diesel en base a petróleo. El biodiesel, además puede ser usado en su forma pura. ++ O el método de prueba equivalente de la ASTM. # Actualización Australiana del método de prueba USDA. Tabla 7: Resumen de las garantías existentes para vehículos funcionando con Biodiesel. Audi Carros personales Todos los modelos TDI desde 1996 Case - IH Tractores Todos los modelos desde 1971 BMW Carros personales Modelo 525 TDS desde 1997 Caterpillar Motores Series 3114, 3116, 3126, 3176, 3196, 3208, 3306, C-10, C-12, 3406, C-15, C-16, 3456, 3408, 3412, y 3500 Claas Combines, tractors Garantías existen Faryman Diesel Engines Garantías existen Fiatagri Tractores Para los nuevos modelos Ford AG Tractores Para los nuevos modelos 16

17 Holder Tractores Garantías existen Iseki Tractores Series 3000 & 5000 John Deere Tractores, Combines Garantías desde 1987 KHD Tractores Garantías existen Kubota Tractores Series OC, Super Mini, O5, O3 Lamborghini Tractores Series 1000 Mercedes- Benz Carros personales Series C y E 220, C 200 y 220 CDI Mercedes- Benz Trailers, buses Series BR 300, 400, Unimog desde 1988 Same Tractores Desde 1990 Seat Carros personales Todos los modelos TDI desde 1996 Skoda Carros personales Todos los modelos TDI desde 1996 Steyr Tractores Desde 1988 Steyr Lanchas Series M 16 TCAM y M 14 TCAM Valmet Tractores Desde 1991 Volkswagen Carros personales Todos los modelos TDI desde 1996 Volkswagen Carros personales Todos los modelos SDI desde 1996 (EURO-3) Volvo Carros personales Series S80-D, S70-TDI y V70-TDI Fuente: página web Esto es solo una lista indicativa, por favor contactar las empresas para confirmar las informctiones. Cummins, Detroit Diesel, Navistar y Peugeot autorizaron en 2000 el uso del biodiesel en sus motores diesel 6. CONCLUSIÓN La mayoría de los clientes, en el mundo, usa una mezcla de 20% de Biodiesel con 80% de diesel, el B20, para diferentes razones: -El B20 minimiza el impacto del costo del Biodiesel. -Las pautas del EPAct (Energy Policy Act) requiere un mínimo de 20% de mezcla, aunque las mezclas más altas son aceptable. -Una mezcla de 20% mantiene un incremento leve de NOx y siempre dentro de los limites de las emisiones para los motores. -Una mezcla de 20% genera una reducción de las partículas, de los hidrocarburos totales sin quemar, del monóxido de carbono, del dióxido de carbono y de la opacidad de más de 10% cada uno. 17

18 -El B20 no crea problemas mayores con los inconvenientes del filtro de combustible, y la formación de depósitos que resulta de la interacción entre el Biodiesel y los sedimentos y el lodo acumulados que se forman en los tanques de almacenaje de diesel. -Pocos problemas de incompatibilidad de material se conocen con el B20. Mezclas más importantes causaron más problemas con los juntos, las mangueras de caucho salvo si estos estuvieran sustituidos por materiales resistentes al Biodiesel. -El B20 limita el incremento de los puntos de nube y congelación pues tiene una proporción aceptable que los aditivos para el frío pueden controlar. Tabla 8: Biodiesel B20 comparado con el diesel. Beneficio en las emisiones Conversión motores Reduce partículas en suspensión, monóxido de carbono e hidrocarburos totales No necesaria Ajuste y regulación motores No necesaria Torque Potencia Consumo Lubricidad Condiciones invernales Seguridad Punto de ignición Almacenaje Emanaciones Similar Similar Similar Mayor Similar (no relevante en Costa Rica) Sin peligro de explosión por emanaciones Mayor Similar Menos agresivas Fuente: página web Es recomendado durante las primeras semanas de funcionamiento de los vehículos con el Biodiesel, que sea B20 o más hasta B100, aumentar la vigilancia de los motores y de sus componentes con el fin de prevenir las eventuales averías. Como lo vimos en este reporte, cada caso es único y siquiera los efectos de este combustible son, en la mayoría de los casos, similares, se puede presentar efectos diferentes de la teoría por la tecnología del motor, su tipo, su edad, etc. Unos constructores aconsejan aumentar la frecuencia de cambio del aceite y del filtro de combustible por prudencia pero lo que podemos decir es que centenas de empresas, sobretodo en el transporte público, o flotas gubernamentales a través el mundo usan el Biodiesel mezclado con el petrodiesel hasta 20%, lo que prueba que este biocombustible fue validado por varios ensayos y que sus calidades no hacen más dudas. 18

19 Sugerencias de pruebas: Elegir un vehículo liviano y un bus, representativos de la flota automóvil de Costa Rica y recorrer el país para acumular kilómetros. Pero antes es necesario cambiar los inyectores y sustituirlos por nuevos con el fin de quitar toda duda si una avería apareciera. Los filtros de aceite lubricante y de combustible deben ser nuevos así como el aceite. En una primera etapa, llenar el vehículo con el diesel de petróleo y hacer varios miles de kilómetros (alrededor de 5000 km) antes de medir el desempeño del vehículo en un banco dinamométrico (potencia, emisiones, etc), si se puede. Durante el recorrido, tomar muestras de aceite lubricante con el fin de controlar el desgaste del motor. Luego, cambiar el combustible así como los filtros (combustible y aceite), el aceite y tratar de hacer el mismo recorrido con el Biodiesel, para hacer una comparación buena entre los dos combustibles. Medir el desempeño al principio de la prueba una vez que el vehículo haya funcionado con el Biodiesel para asegurarse que el circuito de inyección no estuviera contaminado por residuos del diesel de petróleo. Tomar varias muestras de aceite. Al fin de la prueba, medir otra vez el desempeño con el fin de ver la evolución de motor. Importante: -Escoger vehículos que no tengan un consumo importante de aceite pues la dilución entre el aceite usado y nuevo será relevante y el análisis del aceite no será representativo del desgaste real del motor. -Evitar de circular mucho en San José pues el vehículo estará a menudo al mínimo debido a las presas y el motor va a ensuciarse mucho y también calentar. -Medir la temperatura del circuito de enfriamiento de forma continua para asegurarse no tener un sobrecalentamiento del motor. -Es preferible no tener grandes diferencias de temperaturas y funcionar en las mismas condiciones, o cercanas, entre las pruebas con el diesel de petróleo y el Biodiesel. Se puede medir la temperatura del aire en la manguera de admisión. -Tomar las muestras de aceite al mismo kilometraje en vista de las comparaciones. 19

20 -Asegurarse de la buena calidad del diesel de petróleo y del Biodiesel haciendo análisis de los combustibles. Se puede almacenar el combustible y llenar el vehículo de este almacén con el fin de tener la misma fuente de abastecimiento. -Se puede añadir un tanque suplementario para llenar el vehículo al mismo lugar. -Para las diferentes pruebas y hacer las comparaciones, los vehículos deben estar en buen estado y tener un peso similar, llantas en bueno estado. Respetar las limitaciones de velocidad en las autopistas y las ciudades. 20