5. PRUEBA DE FLOTA DE VEHÍCULOSCORPODIB GENERAL MOTORS COLMOTORES - SENA - USANDO MEZCLAS DE BIODIESEL B10, B20, B30 Y BIODIESEL PURO

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1 5. PRUEBA DE FLOTA DE VEHÍCULOS GENERAL MOTORS COLMOTORES - SENA - USANDO MEZCLAS DE BIODIESEL B10, B20, B30 Y BIODIESEL PURO 5.1 INTRODUCCION El siglo XXI se inicia en medio de una gran preocupación sobre la sostenibilidad del desarrollo bajo los esquemas planteados a partir de la revolución industrial de principios del siglo precedente. Se está hablando de nuevos modelos para satisfacer la necesidad de energía de las sociedades y en particular sobre como satisfacer la necesidad de desplazamiento, el transporte de bienes y de personas, lo que se conoce como movilidad sostenible. Una solución a esta problemática, es el uso de combustibles de origen vegetal (bioetanol, biodiesel y biogás) ya que éstos, a diferencia de los combustibles fósiles, no contribuyen al incremento de CO 2, ya que gracias al efecto de la fotosíntesis, el CO 2 que se produce en su combustión retorna a las plantas, generando así un ciclo de balance neutro, evitando el efecto invernadero y sus consecuencias en el cambio climático. Los combustibles renovables acercan el ciclo energético a los procesos naturales de aprovechamiento de la energía solar, mediante la conversión de la biomasa en combustibles amigables a los ecosistemas como son el bioetanol y el biodiesel. Estos combustibles se constituyen en una respuesta adecuada para la transición de los motores clásicos de ciclo Otto y Diesel, a soluciones más avanzadas cuyo desarrollo a plenitud puede tomar varias décadas, un tiempo que puede ser muy largo antes de vulnerar en forma irreversible el hábitat del planeta con consecuencias impredecibles, por decir lo menos. 290

2 Las mezclas de combustible fósil y de origen vegetal reducen la contaminación atmosférica, disminuyendo la concentración de los hidrocarburos sin quemar en los gases de exhosto y no genera problemas en el funcionamiento del motor. Las mezclas de combustibles vegetales reducen las emisiones de azufre y aromáticos, debido a que con el uso de combustibles vegetales se logra una mayor oxigenación, obteniendo una combustión más completa que con el uso de combustible fósil. El biodiesel es un combustible renovable derivado de los aceites vegetales. Actualmente es producido y utilizado en toda Europa y ha ido ganando espacio a nivel mundial como energía alternativa debido a sus muchas ventajas. Con el consumo de biodiesel se reduce el nivel neto de emisiones de CO 2, el humo visible y los olores nocivos. Funciona con normalidad en motores diesel sin modificar en mezclas de hasta el 30%, reduciendo substancialmente las emisiones y mejorando la potencia del vehículo. Como su punto de inflamación es superior, la manipulación y el almacenamiento son más seguros que en el caso del combustible diesel convencional. 5.2 PROPIEDADES DEL BIODIESEL Los motores diesel requieren un combustible que sea limpio al quemarlo, además de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que opera. El biodiesel es el único combustible alternativo que puede usarse directamente en cualquier motor diesel, sin ser necesario ningún tipo de modificación excepto las mangueras de suministro de combustible. Como sus propiedades son similares al combustible diesel de petróleo, se pueden mezclar ambos en cualquier proporción, sin ningún problema. En Estados Unidos y en Europa, existen ya numerosas flotas de transporte público que utilizan biodiesel en sus distintas mezclas. Las bajas emisiones del biodiesel hacen de él un combustible ideal para el uso en las áreas marinas, parques nacionales, bosques y, sobretodo, en las grandes ciudades. El biodiesel tiene muchas ventajas como combustible, por ejemplo, puede obtenerse 291

3 a partir de cultivos abundantes en nuestro país, como la palma u otros, generando un crédito para el sector agrícola y aumento del empleo. En la siguiente tabla se pueden observar las propiedades del Biodiesel, el mismo que se usa en el desarrollo de las pruebas de dinamómetro para compararlos con respecto del diesel del petróleo. Tabla 5. 1 Propiedades típicas de los combustibles diesel y biodiesel. Propiedad Biodiesel Diesel Metil éster >96,5% 0 Densidad a 15º C Mín 0.86 máx g/cc Mín máx g/cc Viscosidad a 40º C Mín. 3.5 máx. 5.0 Mín. 2 máx 4.5 mm2/s mm2/s Flash point >110º C >55º C Número de cetano > Carbono residual <0.3% >0.15% Glicerol libre < 0.02% Contenido de < 0.8% monoglicérido Contenido de diglicérido < 0.2% Contenido de triglicérido < 0.2% Número ácido (mg KOH/g) < 0.5 < 0.3 Poder calorífico 33,175 Mj/l 35,700 Mj/l Fuente: Especificaciones de ECOPETROL. 5.3 EMISIONES CONTAMINANTES A LA ATMÓSFERA Emisiones por la combustión del biodiesel Como se mencionaba anteriormente, la quema de las mezclas de biodiesel con petrodiesel genera una reducción neta de la emisión de CO 2 a la atmósfera, puesto que el biodiesel tiene el componente de captura de CO 2 por parte de las plantas de las cuales se extrae. 292

4 Luz solar CO2 CO2 CO2 CO2 (Biomasa) Cultivo de palma africana Producción del biodiesel Transporte de biodiesel Distribucion del biodiesel Consumo final del biodiesel Figura 5. 1 Ciclo de emisión y captura de CO 2 por la combustión del biodiesel. Si se reemplaza el petrodiesel por biodiesel (B100) por ejemplo, en los buses urbanos, se puede obtener una reducción neta de emisión de hasta un 79% comparada con el petrodiesel 1. Usando una mezcla del 20% de Biodiesel (B20) las emisiones generadas por los buses urbanos se pueden disminuir hasta en un 16% (ver Grafica 5.1). 1 An Overview of Biodiesel and Petroleum Diesel Life Cycles. NRL. May

5 Emision neta de CO2 en el ciclo de vida del biodiesel y del diesel gr CO2 neto/bhp-h Reduccion del 15% Diesel B20 B100 Reduccion del 79% Fuente: NRL. Canadá May Grafica 5. 1 Emisión neta CO 2 en los ciclos de vida del diesel y biodiesel. El efecto del biodiesel en la calidad del aire se rige por reacciones complejas que se suscitan en el proceso de combustión y de las interacciones de las emisiones contaminantes. Estudios recientes han mostrado que el uso de biodiesel reduce contaminantes del aire. Es así como usando sólo biodiesel (B100) como combustible en los buses urbanos y demás vehículos, se reducen emisiones de material particulado (MP) hasta en un 32%, de monóxido de carbono (CO) en 35% y de óxidos de azufre (SO x ) en 8% 2 en comparación con el diesel. La Environment Protection Agency -EPA enfatiza en el control de estos contaminantes puesto que presentan alto riesgo para la salud humana. 2 Midwest Research Institute USA

6 Porcentaje de reducción de las emisiones contaminantes del biodiesel (B100) respecto al diesel % CO MP SOx Emision contaminante Fuente : Midwest Research Institute USA Grafica 5. 2 Emisión de gases de combustión usando biodiesel puro vs. diesel del petróleo. Porcentaje de reducción de las emisiones contaminantes del biodiesel (B20) respecto al diesel % CO MP SOx Emision contaminante Fuente : Midwest Research Institute USA Grafica 5. 3 Emisión de gases de combustión usando biodiesel mezclado en un 20% con diesel vs. diesel del petróleo. 295

7 5.4 OBJETIVOS Para validar los resultados obtenidos y demostrados ampliamente en los laboratorios de Estados Unidos y Europa, realizó pruebas en Bogotá, las cuales fueron diseñadas para cumplir los siguientes objetivos. Pruebas con mezclas de Biodiesel B10, B20, B30 y B100, en un motor diesel, acondicionado en el banco de pruebas con dinamómetro y analizador de opacidad. Pruebas dinámicas en vehículo bajo condiciones controladas en Bogotá. Estas pruebas se llevaron a cabo en colaboración con General Motors - Colmotores y el Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, utilizando una camioneta Chevrolet LUV 2,300 cc y un chasis de CAMION NPR, y un banco de pruebas especialmente diseñado para tal fin PRUEBA EN DINAMOMETRO Para medir la eficiencia y potencia de un motor con fuerza motriz rotatoria generalmente se utiliza un dinamómetro. Este dispositivo mide el par de un motor transformando el par rotatorio existente en el cigüeñal del motor, en un momento de fuerza estacionario. La pruebas se desarrollaron en el banco de pruebas de General Motors - Colmotores y del SENA, bajo diferentes condiciones de acuerdo a protocolos obtenidos para tal fin. 296

8 5.5.1 Resultados Potencia asociada con el uso de las mezclas biodiesel vs. diesel En las siguientes gráficas se presentan los resultados obtenidos de la prueba en dinamómetro para un cambio en tercera, de acuerdo al protocolo de General Motors Colmotores. Potencia Vs Mezcla de biodiesel Potencia (HP) B10 B20 B30 B100 Potencia (HP) mezcla Biodiesel Potencia (HP) Diesel Mezcla Fuente : General Motors Colmotores - SENA, Julio de Grafica 5. 4 Potencia vs. mezcla de biodiesel prueba en dinamómetro. Con el uso de las mezclas de Biodiesel se puede observar un incremento en la potencia del vehículo que en promedio es del 18% Prueba de opacidad El Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente DAMA, regula según la resolución 05 de 1996 el porcentaje de opacidad generado en los humos de fuentes móviles a Diesel. Para el cumplimiento de la normatividad de la ciudad de Bogotá se hace necesario el análisis de este factor. El valor máximo permisible para el vehículo de pruebas Chevrolet LUV 2,300 cc modelo 2001 es del 40%. En la siguiente figura se pueden observar los resultados obtenidos por la quema de las mezclas de combustible de biodiesel y diesel del petróleo. 297

9 Relacion % de opacidad Vs mezcla biodiesel % opacidad Diesel puro B10 B20 B30 Combustible Fuente : General Motors Colmotores - SENA, Julio de Grafica 5. 5 Porcentaje de opacidad vs. tipo de mezcla de biodiesel. Como se puede observar en la figura anterior, el vehículo de pruebas cumple con los requerimientos de la norma vigente para el control de emisiones a la atmósfera de vehículos diesel. 5.6 CONCLUSIONES En términos generales, las pruebas dinamométricas, permitieron corroborar el efecto benéfico desde el punto de vista ambiental del biodiesel empleado en forma pura y en mezcla con el diesel. Los resultados de las pruebas demuestran al comparar las mezclas Dieselbiodiesel Vs diesel la opacidad disminuye apreciablemente alcanzando hasta un 17% de reducción con el uso del biodiesel puro. En cuanto al comportamiento dinámico del vehículo con el uso de Biodiesel y Diesel no se noto diferencia apreciable. 298

10 Se mejoró el proceso de combustión como resultado de una combustión mas completa del combustible. Análisis internacionales sobre la emisión de gases contaminantes a la atmósfera muestran que con mezclas de hasta el 20% de biodiesel se pueden obtener reducciones de CO de hasta en un 6.4%, MP (material particulado) de hasta en un 6% de óxidos de azufre en un 1.5%. 299