CON BIODIESEL, ELABORADO A PARTIR DE ACEITE USADO Y OLEÍNA DE PALMA AFRICANA

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1 Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIESEL No. 2-D (automotriz) CON BIODIESEL, ELABORADO A PARTIR DE ACEITE USADO Y OLEÍNA DE PALMA AFRICANA (Elaeis guineensis) EN MEZCLAS DE ALTOS PORCENTAJES, PARA SU EVALUACIÓN EN UN MOTOR ESTACIONARIO DE COMBUSTIÓN INTERNA. Leslie Mariana Flores Barrios Asesorado por el Ing. José Eduardo Calderón García Guatemala, noviembre de 2008

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3 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIESEL No. 2-D (automotriz) CON BIODIESEL, ELABORADO A PARTIR DE ACEITE USADO Y OLEÍNA DE PALMA AFRICANA (Elaeis guineensis) EN MEZCLAS DE ALTOS PORCENTAJES, PARA SU EVALUACIÓN EN UN MOTOR ESTACIONARIO DE COMBUSTIÓN INTERNA. TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR LESLIE MARIANA FLORES BARRIOS ASESORADO POR EL ING. JOSÉ EDUARDO CALDERÓN GARCÍA AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO GUATEMALA, NOVIEMBRE DE 2008

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5 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA DECANO: VOCAL I: VOCAL II: VOCAL III: VOCAL IV: VOCAL V: SECRETARIA: Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Inga. Glenda Patricia García Soria Inga. Alba Maritza Guerrero de López Ing. Miguel Ángel Dávila Calderón Br. Milton De León Bran Br. Isaac Sultán Mejia Inga. Marcia Ivónne Véliz Vargas TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO DECANO: EXAMINADOR: EXAMINADORA: EXAMINADOR: SECRETARIA: Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Ing. Benjamín Piedrasanta Ing. Federico Guillermo Salazar Rodríguez Ing. Carlos Salvador Wong Davi Inga. Marcia Ivónne Véliz Vargas

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7 HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación titulado: ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIESEL No. 2-D (automotriz) CON BIODIESEL, ELABORADO A PARTIR DE ACEITE USADO Y OLEÍNA DE PALMA AFRICANA (Elaeis guineensis) EN MEZCLAS DE ALTOS PORCENTAJES, PARA SU EVALUACIÓN EN UN MOTOR ESTACIONARIO DE COMBUSTIÓN INTERNA, tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería Química, con fecha 20 febrero de Leslie Mariana Flores Barrios

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9 ACTO QUE DEDICO A: DIOS: Es a él a quién debo únicamente toda la sabiduría, conocimiento y lo que soy hasta este día. MIS PADRES: Egberto Alejandro Flores Hernández y Lesbia Clementina Barrios de León. Por su amor y dedicación. Ustedes son el mejor y más grande ejemplo de sabiduría, persistencia, esfuerzo y trabajo. Sin ustedes nada de esto hubiera sido posible. MIS HERMANOS: Alejandro, Werner, Wendy, Iván y David, Lucy y Rossi. Por su apoyo y por creer siempre en mí. MIS SOBRINOS: Por su amor y por hacer mis días inusuales. FAMILIA PACAY GODINEZ: Por su amor y apoyo. MIS AMIGOS: Marco Antonio, Karlita, Claudia, Cecy, Luis Chavarría, Iván, Viví, Marcela, Karen, Sabrina, Lesbia, Miranda, Rosario y Guicho, Juan José, Luis, Raúl Bolaños, José Galicia, Luis Fernando Gamboa, Javier, Omar, Elvis, Gabriel. Por su amistad incondicional durante todo este tiempo.

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11 AGRADECIMIENTOS A: Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Casa de estudios que me brindó formación y conocimiento a través de éstos años y de donde llevó los mejores recuerdos. Ing. José Eduardo Calderón García Por su asesoría y atención durante la realización del presente trabajo Ing. César Alfonso García Por su valioso aporte para la revisión y elaboración del presente trabajo. Ing. Williams Álvarez, Liseli de León Por su incondicional apoyo para la culminación de este trabajo de graduación. Ing. Telma Maricela Cano, Ing. Mario Mérida: Por su valioso aporte para la revisión y elaboración del presente trabajo. Los Asistentes de Investigación Darío Barraza y Gerardo Robles por su incondicional apoyo y ayuda en la realización de la fase experimental del presente trabajo de investigación

12 Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniería Por permitirme utilizar las instalaciones y equipo del Centro de Investigaciones para la realización de éste trabajo de investigación Ministerio de Energía y Minas Por su colaboración e interpretación de los resultados del presente trabajo de investigación. Escuela de Ingeniería Mecánica Por su autorización y ayuda para la realización de las pruebas del biocombustible.

13 ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE ILUSTRACIONES LISTA DE SÍMBOLOS GLOSARIO RESUMEN HIPÓTESIS ESTADÍSTICA OBJETIVOS INTRODUCCIÓN III V VII IX XI XII XIII 1. ANTECEDENTES 1 2. MARCO TEÓRICO Biocombustibles Qué es Biodiesel? Definiciones Definición general de Biodiesel Definición Técnica para Biodiesel ASTM 10 D 6751 y mezclas de Biodiesel Mezcla de Biodiesel Registro EPA y pruebas de efectos 11 sobre la salud Producción de Biodiesel Motores de Combustión Interna Estructura y funcionamiento Cámara de combustión Sistema de bombeo 15 I

14 Sistema de alimentación Encendido Refrigeración Sistema de arranque Tipos de Motores Motor convencional del tipo Otto Motor Diesel Motor de dos tiempos Motor Wankel MÉTODO DE INVESTIGACIÓN RESULTADOS DISCUSIÓN DE RESULTADOS 31 CONCLUSIONES 35 RECOMENDACIONES 37 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 39 BIBLIOGRAFÍA 41 APÉNDICE 43 ANEXOS 55 II

15 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES FIGURAS 1. Reacción de transesterificación básica. 2. Diagrama de flujo del proceso 3. Mezclas Biodiesel a partir de oleína vrs. RPM 4. Mezclas Biodiesel a partir de aceite usado vrs. RPM 5. Análisis MEM para Biodiesel, a partir de aceite usado. 6. Análisis MEM para Biodiesel, a partir de oleína. 7. Acuerdo Ministerial del Ministerio de Energía y Minas. 8. Cuadro 9 del acuerdo ministerial Características y especificaciones de calidad para diesel 2-D. 9. Tabla valores de F para nivel de significancia Tabla valores de F para nivel de significancia TABLAS I. Plantas de Biodiesel en producción en España. II. Plantas de Biodiesel en construcción en España III. Plantas de Biodiesel en proyecto en España. IV. Tabla comparativa de análisis de propiedades del Biodiesel como combustible a partir de oleína y aceite usado de palma africana. V. Capacidad calorífica calculada para mezclas de diesel con alto porcentajes de Biodiesel a partir de oleína de palma africana. VI. Capacidad calorífica calculada para mezclas de diesel con alto porcentajes de Biodiesel, a partir de oleína de palma africana. III

16 VII. RPM y potencia de un motor con mezclas de Biodiesel en altos porcentajes y diesel 2-D (automotriz) VIII. Resumen análisis de varianza para Biodiesel, preparado a partir de oleína IX. Resumen análisis de varianza para Biodiesel, preparado a partir de aceite usado de palma africana. X. Datos originales RPM en un motor estacionario de un pistón, utilizando Biodiesel a partir de aceite usado. XI. Datos originales de las revoluciones por minuto en un motor estacionario de un pistón, utilizando Biodiesel a parir de oleína de palma africana. XII. RPM y potencias calculadas para mezclas de Biodiesel diesel utilizados en un motor estacionario de un pistón. XIII. Calor de combustión calculada para mezclas de Biodiesel-diesel. XIV. Análisis de varianzas de datos obtenidos de Biodiesel a partir de oleína. XV. Análisis de varianzas de datos obtenidos de Biodiesel a partir de aceite usado. IV

17 LISTA DE SÍMBOLOS SÍMBOLO d T F P % Ɖ N RPM Cp MJ MÍN. MÁX. DESCRIPCIÓN Distancia Torque Fuerza de freno Potencia Porcentaje Sumatoria Número de datos Revoluciones por minuto Poder calorífico Mega joule Mínimo Máximo V

18 VI

19 GLOSARIO Aceite fijo Mezcla de triglicéridos que se hallan acumulados en los tejidos de plantas oleaginosas; son insolubles en agua, no volátiles y a temperatura ambiente son líquidos. Ácidos grasos Ácidos mono carboxílicos de la fórmula general R- COOH, en donde R representa una cadena de hidrocarburo generalmente lineal, no ramificada, de 12 a 24 átomos de carbono y que componen a los triglicéridos. Biodiesel Mezcla de esteres cuyas propiedades son muy similares a las del aceite combustible diesel, formada a partir de los ácidos grasos de los triglicéridos que componen a los aceites y grasas. Combustible Sustancia carburante, cuya energía química, liberada en la reacción de combustión, busca aprovecharse. Combustión Reacción química entre compuestos carburantes y oxígeno que mediante una fuente de ignición genera dióxido de carbono y agua junto con la liberación de la energía química del combustible Diesel Una fracción muy importante del procesamiento del petróleo compuesta por una mezcla líquida de hidrocarburos pesados de cadenas largas (como C14H30) y compuestos nafténicos, de apariencia aceitosa y color amarillo. VII

20 Diesel 2-D Nombre utilizado para denominar al Diesel destinado para el uso comercial Esteres Compuestos químicos derivados de los ácidos carboxílicos que se caracterizan por tener el grupo acilo unido a otra molécula mediante un átomo de oxígeno Esterificación Reacción mediante la cual los ácidos carboxílicos se convierten en esteres con la adición de catalizadores ácidos. Glicerina Alcohol de tres átomos de carbono saturados, en el que cada uno de ellos tiene unido un grupo hidroxilo. Petróleo Líquido bituminoso espeso formado por muchos compuestos orgánicos en los que predominan cadenas de carbono e hidrógeno que se encuentra debajo de la superficie de la tierra y es utilizado como combustible y como materia prima en la industria química. Transesterificación Reacción en la que los triglicéridos se convierten en esteres y glicerina con la utilización de catalizadores alcalinos. VIII

21 RESUMEN El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo, obtener Biodiesel a partir de oleína de palma africana y Biodiesel de palma africana, a partir de aceite usado en la industria alimenticia, para su comparación fisicoquímica. Posteriormente se realizó un análisis de su funcionamiento en un motor estacionario de un pistón, utilizando para ello mezclas en alto porcentajes de Biodiesel con el Diesel 2-D (automotriz) Para ello, se llevó a cabo la reacción de transesterificación, para la obtención de Biodiesel a partir de oleína y aceite usado de palma africana (Elaeis guineenssis) a nivel de planta piloto, se procedió a realizar los análisis fisicoquímicos para la determinación de las propiedades de las muestras como combustible, comparándolas a los estándares de las normas ASTM requeridas para el diesel comercial 2-D. Estos análisis fueron realizados por el Laboratorio Técnico del Ministerio de Energía y Minas, encontrándose que ambas muestras cumplen únicamente con 9 de las 10 las especificaciones de la norma según Acuerdo Ministerial Número publicado en el Diario de Centro América en fecha 13 de noviembre de En la segunda parte experimental, se utilizó los biocombustibles en un motor estacionario de un pistón para observar su funcionamiento, calculándose la potencia generada en el motor y la cantidad de revoluciones por minuto alcanzadas en cada una de las mezclas. IX

22 En función de estudios existentes del funcionamiento del Biodiesel utilizando mezclas en bajos contenidos de Biodiesel, para la investigación, se utilizaron mezclas del 50, 60, 70, 80, 90 y 100 por ciento de Biodiesel, encontrándose que las revoluciones por minuto, en un motor estacionario de un pistón, son directamente proporcionales a la cantidad de Biodiesel presente en la mezclas. Adicionalmente el estudio determinó, que las revoluciones por minuto y potencias generadas en el motor estacionario son mayores para las mezclas en las cuales se utiliza Biodiesel a partir de oleína de palma africana. X

23 HIPÓTESIS ESTADÍSTICA Hipótesis nula Ho: El rendimiento de la mezcla de Biodiesel con diesel comercial, medido como la potencia producida y las revoluciones por minuto en un motor de combustión interna de un pistón, no muestra diferencias significativas en relación con el diesel No. 2-D (automotriz). Hipótesis alternativa Hi: El rendimiento de la mezcla de Biodiesel con diesel 2-D, medido con la potencia producida y las revoluciones por minuto en un motor de combustión interna, muestra diferencias significativas en relación con el diesel No. 2-D (automotriz) XI

24 XII

25 OBJETIVOS GENERAL Realizar un Análisis comparativo de Dieses 2D (Automotriz) con Biodiesel en un motor de combustión interna en mezclas de alta concentración, obtenido a partir de aceite usado y aceite refinado de palma africana por medio del método de transesterificación a nivel de planta piloto. ESPECÍFICOS: 1. Evaluar las características fisicoquímicas del Biodiesel, obtenido a partir de aceite usado y aceite refinado de aceite de palma africana. 2. Comparar la potencia y revoluciones por minuto de las mezclas con altos contenidos de Biodiesel, obtenido a partir de aceite usado y aceite refinado con las producidas con el diesel comercial. 3. Determinar la potencia y revoluciones por minuto de los dos combustibles obtenidos con mezclas de Biodiesel al, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 por ciento. XIII

26 XIV

27 INTRODUCCIÓN Los biocombustibles son un posible sustituto de los combustibles fósiles actuales y su estudio y elaboración se han incrementado debido al alza en el precio de éstos por ser recursos no renovables. Por el contrario, los biocombustibles provienen de materias primas renovables y el proceso de elaboración y obtención es de menor costo, por lo que la industria de los biocombustibles tiene un futuro prometedor. Guatemala es un país que cuenta con un amplio sector que dispone de tierras de vocación agrícola y climas apropiados para cultivos energéticos, es decir, para la generación de biocombustibles, eliminando significativamente, la dependencia del petróleo en el país, además descubriendo un nuevo nicho de mercado para el desarrollo sostenible del país, convirtiéndose en un generador de empleo para muchas personas en diferentes sectores. El Biodiesel es el sustituto derivado de aceite de origen vegetal que vendría a sustituir al combustible diesel que se deriva del petróleo. Este biocombustible puede utilizarse en los motores en mezclas de bajos porcentajes o sustituirlo por completo. El presente trabajo analizará el comportamiento de dos diferentes tipos de Biodiesel obtenidos a partir de aceite usado de palma africana y aceite refinado de palma africana (oleína), y su utilización en un motor de combustión interna de un pistón, utilizando para ello mezclas diesel de altas concentraciones XV

28 conteniendo 50%, 60%, 70%, 80%, 90% y 100% de biocombustible, para su comparación con un tipo de diesel comercial. XVI

29 1. ANTECEDENTES El estudio y elaboración de biocombustibles se ha incrementado debido a la demanda a nivel mundial de encontrar alternativas que sean más económicas, además de tener en cuenta, que el petróleo no es un recurso renovable. El Biodiesel es el nuevo producto que podría sustituir al diesel y lo más importante es que no posee esta desventaja ya que se produce a partir de fuentes renovables o de desecho. Guatemala es un país que cuenta con las condiciones adecuadas para el desarrollo de la industria de los biocombustibles, ya que posee las condiciones adecuadas y con una de las plantaciones mas grandes de palma africana, como es ya de conocimiento general, el Biodiesel es elaborado a partir de aceites fijos y por lo tanto una alternativa clara para el desarrollo de la agroindustria. Tras el paso del huracán Mitch, en 1998, el paisaje de Guatemala y en especial el de Izabal ha cambiado, con la destrucción de las plantaciones bananeras, los productores se vieron obligados a cambiar las plantaciones por un cultivo más resistente, y encontraron en la palma africana un sustituto que, además de los usos actuales la fabricación de aceite de cocina, jabones, velas, repostería y concentrado para animales, tiene un nuevo potencial como sustituto del diesel derivado del petróleo, que se ha encarecido en los últimos años. Según el IV Censo Nacional Agropecuario 2003, hay 45 mil manzanas sembradas con palma africana en Escuintla, Quetzaltenango, San Marcos, 1

30 Suchitepéquez, Retalhuleu, San Marcos e Izabal, siendo el quinto cultivo con mayor extensión detrás del café, caña de azúcar, cardamomo y hule. La producción estimada para 2006 es de 150 mil toneladas métricas. Los ejecutivos de la Corporación Agroindustrial del Caribe, S.A. (Agrocaribe) buscan la maquinaria que necesitan para montar la primera planta de Biodiesel del país. Al operar la planta, Agrocaribe podría llegar a producir hasta 52 millones de galones de Biodiesel, según el rendimiento y el cuidado del proceso, lo que se estima en un 15 % del consumo anual del diesel, y de lograr que todos los productores se unieran, así como ampliar las plantaciones, Guatemala podría lograr a mediano plazo su autosuficiencia energética, y abastecer a industrias y vehículos. La estimación del precio de venta promedio de la tonelada de palma africana es de US$ Actualmente hay sembradas en el mundo cinco millones de hectáreas de palma que representan 16 millones de toneladas de producción anuales, equivalente a un consumo de un 1,7 kilo per cápita. Colombia es el cuarto productor (2%) de palma de aceite en el mundo después de Malasia (46%), Indonesia (31.3%) y Nigeria (5.1%). Siendo Alemania el principal productor de Biodiesel en el mundo, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%. Los países como Brasil, España, Argentina y Estados Unidos tienen producciones altas de Biodiesel y lo venden en algunas gasolineras, sin embargo en Guatemala apenas se ha iniciado la investigación de la elaboración y utilización de Biodiesel siendo la empresa Octagon la primera empresa que ya utiliza el biocombustible en su flotilla de camiones. 2

31 En las siguientes tablas, se muestra algunos datos acerca de la producción y venta de Biodiesel en España Tabla I. Plantas de Biodiesel en producción en España Plantas de Biodiesel en Producción: 11 Nombre Localidad Provincia Producción Proyectada (Tn) Biocarburantes Almadén Almadén Ciudad Real Biodiesel Andalucia 2004 (Bida) Fuentes de Andalucia Sevilla Biodiesel Caparroso Caparroso Navarra Biodiesel CLM, S.L. Santa Olalla Toledo Bionet Europa Reus Tarragona Bionor Transformación Berantevilla Alava Bionorte San Martín del Rey Aurelio Asturias Combustibles Ecológicos Biotel Barajas de Melo Cuenca Grupo Ecológico Natural SL (Gen Oli Balear) Llucmajor Baleares Idae Alcalá de Henares Madrid Stocks del Vallés Barcelona Barcelona Tabla II. Plantas de Biodiesel en construcción en España Plantas de Biodiesel en Construcción: 21 Nombre Localidad Provincia Producción proyectada (Tn) Acciona-Repsol Cabreros del Río Leon Acor Olmedo Valladolid Albabio Najar Almeria Becco Villaverde Villaverde Madrid Bercam Los Yébenes Toledo Biocarburantes de Zierbena Bilbao Vizcaya Biocemsa Elda Alicante Biocombustibles Andaluces, S.L Arahal Sevilla Biocombustibles de Castilla y León San Cristóbal de Zamora Entreviñas Biodiex El Carpio Cordoba Bioenergética Extremeña Valdetorres Badajoz COANSA SOS Cuétara Andujar Jaen Combunet Monzón Huesca Entabán Huesca Huesca Entabán Sevilla Sevilla Gebiosa Pontejos Cantabria Linares Biodiesel Technologies Linares Jaen Natura Energía Renovable (Ocaña) Ocaña Toledo

32 Odarpi Castrogeriz Burgos Olcesa Biodiesel Tarancón Cuenca RNC Grupo Sagredo Briviesca Burgos Tabla III. Plantas de Biodiesel en proyecto en España Plantas de Biodiesel en Proyecto: 12 Nombre Localidad Provincia Producción Proyectada. (Tn) Biocarburantes de Galicia Begonte Lugo Bionor Sur I Palos de la Frontera Huelva BioOils Energy "La Rábida" Palos de la Frontera Huelva DosBio (Ebro Puleva) Jédula Jédula Cadiz ecomotion Madrid Madrid Madrid Energías Renovables del Bierzo Paredes de Nava Palencia Entaban Biocombustibles Galicia El Ferrol A Coruña Iniciativas Bioenergéticas Calahorra La Rioja Nátura Biodiesel Alicante Alicante Alicante Natura Energía Renovable (El Musel) Gijón Asturias Transportes Ceferino Martinez Girona Girona UTE Isolux Infinita Renovables Corsan Covian Castellón Castellon La Universidad de San Carlos cuenta con tres trabajos de graduación siendo Jorge Antonio Quintero Jordán, quien realizó la primera investigación de tesis titulada: Biodiesel de higuerillo (Ricinos communis L.) como combustible en un motor diesel, Herbert Roberto Romero Erazo con su trabajo de investigación titulado Elaboración, Análisis y Comparación de Biodiesel a partir de Aceite de Palma usado (Elaeis guineensis) mediante dos procesos, a nivel de Planta Piloto y Nelson Dario Barraza quien realizó el estudio Análisis comparativo de la obtención de Biodiesel a partir de aceite crudo de Palma Africana, por medio de las reacciones esterificación-transesterificación y solo transesterificación a nivel laboratorio y Planta Piloto. Sin embargo en ninguna de las tres anteriores investigaciones se realizó un análisis comparativo de Biodiesel obtenido de dos diferentes fuentes, aceite de palma africana refinado (oleína) y usado, ni se realizaron pruebas en un motor de combustión interna, con mezclas de altos contenidos de Biodiesel. 4

33 2. MARCO TEÓRICO 2.1. Biocombustible El biocombustible es el término con el cual se denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa organismos recientemente vivos o sus desechos metabólicos, tales como el estiércol de la vaca. Es una fuente renovable de energía, a diferencia de otros recursos naturales como el petróleo, carbón y los combustibles nucleares. Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, con la ventaja de que son renovables y tienen bajo impacto en el deterioro ambiental. Los biocombustibles más usados y desarrollados son el bioetanol y el Biodiesel. El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maíz, caña de azúcar o remolacha. Brasil es el principal productor de Bioetanol (45% de la producción mundial), Estados Unidos representa el 44%, China el 6%, La Unión Europea el 3%, India el 1% y otros países el restante 1%. El Biodiesel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps o canola, los cuales son cultivados para este propósito. El principal productor de Biodiesel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%. 5

34 2.2. Qué es el Biodiesel? Se fabrica a partir de aceites vegetales, que puede ser oleína o aceite de desecho. Biodiesel no es lo mismo que aceite crudo vegetal y es producido en un proceso químico. El Biodiesel es un combustible sustituto del gas-oil para motores diesel, el cual puede ser producido partiendo de materias primas agrícolas (aceites vegetales y/o grasas animales), metanol o etanol. El Biodiesel posee las mismas propiedades del combustible diesel empleado como combustible para automóviles, camiones, ómnibus y puede ser mezclado en cualquier proporción con el diesel obtenido de la refinación del petróleo. No es necesario efectuar ninguna modificación en los motores para poder emplear este combustible. Importantes fabricantes de vehículos europeos efectuaron pruebas con resultados satisfactorios en automóviles, camiones. En Estados Unidos es el único combustible alternativo que responde a las directivas EPA Tier I Health Effects Sección 211 (b) de Clean Air Act. El Biodiesel, desde el punto de vista de la inflamabilidad y toxicidad, es más seguro que el diesel proveniente del petróleo, no es peligroso para el ambiente y es biodegradable. Entre otras ventajas respecto del diesel derivado del petróleo son: Emisiones: Monóxido de carbono (CO): la emisión durante la combustión del Biodiesel en motores diesel es del orden del 50% inferior ( comparada con aquella que produce el mismo motor con combustible diesel ). Es 6

35 conocida la toxicidad del monóxido de carbono sobre todo en las ciudades. Dióxido de azufre (SO 2 ): no se produce emisión de dióxido de azufre por cuanto el Biodiesel no contiene azufre. El dióxido de azufre es nocivo para la salud humana así como para la vegetación. Material particulado: esta emisión con el empleo del Biodiesel se reduce del 65% respecto del combustible diesel. Las partículas finas son nocivas para la salud. Productos orgánicos aromáticos: el Biodiesel no contiene productos aromáticos (benceno y derivados) siendo conocida la elevada toxicidad de los mismos para la salud. Balance de dióxido de carbono (CO 2 ): el dióxido de carbono emitido durante la combustión del Biodiesel es totalmente reabsorbido por los vegetales. Por lo tanto el Biodiesel puede ser considerado un combustible renovable Definiciones El término Biodiesel tiene una definición técnica específica que ha sido acordada por medio de un dificultoso proceso por miembros de la industria y del gobierno con la total aprobación de la American Society of Testing and Materials (ASTM), la primera organización que define los estándares para combustibles y aditivos de combustibles. 7

36 La definición es empleada para propósitos tales como designación alternativa de combustibles, registración EPA u otros propósitos regulatorios. Hay dos definiciones para elegir: una definición general que es simple, para todo público y la definición técnica que podría ser adoptada por los clientes para definiciones legales o por entidades del gobierno para propósitos regulatorios Definición general de Biodiesel: Biodiesel es un combustible renovable, doméstico para motores de encendido diesel y es derivado de aceites tales como el aceite de soja, canola, girasol, palma africana, etc., que alcanza las especificaciones de la Norma ASTM D Definición técnica para Biodiesel ASTM D 6751 y mezclas de Biodiesel: Biodiesel es un combustible compuesto de mono-alkyl esteres de cadena larga derivados de ácidos grasos obtenidos de aceites vegetales y grasa animal, designado como B100 y alcanza los requerimientos de la Norma ASTM D Mezcla de Biodiesel: Es una mezcla de combustible Biodiesel alcanzando los requerimientos de la Norma ASTM D 6751 con combustible diesel derivado del petróleo, designado BXX donde XX representa el porcentaje de Biodiesel en la combinación Registro EPA y pruebas de efectos sobre la salud: Todos los combustibles y aditivos de combustibles deben estar registrados con la US EPA y sujetos a las regulaciones por los efectos sobre la salud contenidos en el 40 CFR Part 79. 8

37 Las compañías deben registrar sus combustibles individualmente con la EPA en orden de comercializarlos legalmente al público. Para registrar sus combustibles las compañías deben completar las pruebas sobre efectos para la salud aplicable a su combustible especifico o hacer arreglos con una entidad que ha completado las pruebas para poder usar los registros de esa entidad. El National Biodiesel Board ha completado las pruebas requeridas sobre efectos para la salud como parte de la industria del Biodiesel y ha establecido criterios para hacer las pruebas a compañías buscando registrar sus Biodiesel con la EPA. Todo combustible que no alcanza las metas ASTM D 6751 no es considerado Biodiesel y por lo tanto no cae bajo el paraguas NBB. La adopción de D 6751 por la FTA asistirá a EPA y la industria del Biodiesel a prevenir de combustibles no registrados de ser vendidos ilegalmente como Biodiesel. 9

38 2.3. Producción de Biodiesel Básicamente se elabora mediante la transesterificación de aceites con alcohol metílico o etílico en ambiente básico. Los promotores a emplear pueden ser soda cáustica o metilato sódico, ambos en solución metanólica o etanólica. Desde el punto químico el Biodiesel es una mezcla de los esteres metílicos de los ácidos grasos triglicéridos de los aceites vegetales y o grasas animales empleados como materia prima, tales como la colza, girasol, palma, soya. Otras posibilidades son emplear grasas animales de bajo costo y el aceite exhausto empleado para frituras. La reacción de transesterificación es la siguiente: 10

39 El proceso de obtención de Biodiesel se describe con el siguiente diagrama 11

40 2.4. Motores de combustión interna: Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos: El motor cíclico Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica. El motor diesel, llamado así en honor del ingeniero alemán Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de electricidad, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y algunos automóviles. Tanto los motores Otto como los diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos. El motor rotatorio. La turbina de combustión Estructura y funcionamiento Los motores Otto y los diesel tienen los mismos elementos principales. 12

41 Cámara de combustión: La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistón muy ajustado al interior. La posición hacia dentro y hacia fuera del pistón modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistón y las paredes de la cámara. La cara exterior del pistón está unida por un eje al cigüeñal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistón. En los motores de varios cilindros el cigüeñal tiene una posición de partida llamada espiga de cigüeñal y conectada a cada eje, con lo que la energía producida por cada cilindro se aplica al cigüeñal en un punto determinado de la rotación. Los cigüeñales cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad del movimiento del eje. Un motor puede tener de 1 a 28 cilindros Sistema de bombeo: El sistema de bombeo de combustible de un motor de combustión interna consta de un depósito, una bomba de combustible y un dispositivo que vaporiza o atomiza el combustible líquido. Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los motores Otto. En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se conduce a los cilindros a través de un tubo ramificado llamado colector de admisión. Muchos motores cuentan con un colector de escape o de expulsión, que transporta los gases producidos en la combustión. 13

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