INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE BIODIESEL EN GASÓLEO EN EL RENDIMIENTO TÉRMICO DE UN MOTOR DIESEL LIGERO ENSAYADO EN TRÁFICO REAL

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1 INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE BIODIESEL EN GASÓLEO EN EL RENDIMIENTO TÉRMICO DE UN MOTOR DIESEL LIGERO ENSAYADO EN TRÁFICO REAL Natalia Fonseca, Jesús Casanova Laboratorio de Motores Térmicos ETSII UPM Robinson Betancourt Labº Biocombustibles, U. de la Frontera Temuco (Chile)

2 Objetivos y contenido Objetivos: Analizar el comportamiento de mezclas de biodiésel producido en la U. de la Frontera en Temuco (Chile) de Brassica Napus en un motor turbodiésel de un turismo en tráfico real. Mezclas con gasóleo comercial (Repsol) desde a 1 % Ensayos con equipos embarcados en la ciudad de Madrid. Contenido: Conclusiones Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 1/15

3 Medida de emisiones PEMS MMAMRyM Ésteres metílicos de Colza FONDEF (Chile) Ensayos de biodiésel (tráfico real) UPM Proy. Coop. Latinoam. Ensayos manteniendo constante las prestaciones del motor Ensayos biodiésel en banco de motor CASANOVA, J. y BARRIOS, C. Análisis experimental de la influencia del porcentaje de éster metílico de aceite de girasol en mezcla con gasóleo sobre el ciclo termodinámico de un motor diesel En Actas de las VI Jornadas Nacionales de Ingeniería Termodinámica (Córdoba, junio 29). Universidad de Córdoba. LAPUERTA, M., ARMAS, O. y RODRÍGUEZ-FERNÁNDEZ, J. Effect of biodiesel fuels on diésel engine emissions. Progress in Energy and Combustion Science 28, vol. 34, número 2, pp Ensayos en banco de rodillos, vehículos ligeros LUJΑN, J.M., BERMÚDEZ, V., TORMOS, B. y PLA, B. Comparative analysis of a DI diesel engine fuelled with biodiesel blends during the European MVEG-A cycle. Performance and emissions (II). Biomass and Bioenergy 29 Vol. 33, pp KAWANO, D., ISHII, H. y GOTO, Y. Effect of Biodiésel Blending on Emission Characteristics of Modern Diésel Engine. SAE Technical Paper KENNETH, D. R. y otros. Impact of Biodiesel Blends on Fuel Consumption and Emissions in Euro 4 Compliant Vehicles. SAE Technical Paper FONTARAS, G. y otros Effects of biodiésel on passenger car fuel consumption, regulated and non-regulated pollutant emissions over legislated and real-world driving cycles. Fuel 29, vol 88, número 9, pp Ensayos en tráfico real SENDA, J., OKUI, N., TSUKAMOYO, T. y FUJIMOTO, H. On-Board Measurement of Engine Performance and Emissions in Diésel Vehicle Operated with Bio-diésel Fuel SAE Technical Paper , 24. Qué pasa si se usa biodiésel en un turismo con motor reglado para gasoil en tráfico real urbano??? Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 2/15

4 Metodología. Medida de emisiones a bordo On-board equipments NO X & O 2 analyzer HORIBA MEXA 72 Flow meter MIVECO NO / NO 2 analyzer SENSORS NDUV BENCH Lambda meter ETAS LA4 HC analyzer ThermoFID PT Signal line Differential pressure Sensor Cold line CO / CO 2 analyzer SIGNAL 9 PM analyzer MAHA MPM-4 Heated line Filter Pitot tube p T Air cooler Sample tube EXHAUST GASES Sampling tube Engine zone RPM sensor Centralauto TB86 Oil temperature sensor Water temperature sensor Control zone RADAR Doppler GHM Engineering DRS1 GPS HAICOM-26 Weather station SKYWATCH GEOS 11 Data acquisition system Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 3/15

5 Ejemplo de datos medidos en tráfico real 7 6 Caudal real (l/min) Régimen (rev/min) 7 6 Caudal (l/min) Régimen (rev/min) Velocidad (km/h) Velocidad (km/h) Tiempo (s) Concentración (ppmv) Concentración CO (ppm) Concentración HC (ppm) Concentración NOx (ppm) Concentración CO2 (%) Concentración CO2 (%) Tiempo (s) Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 4/15

6 Metodología. Cálculos Cálculo de caudales másicos de emisiones obtenidos de los datos registrados en tiempo real Caudales másicos de emisiones m x g s ppm 1 x 6 m m 3 x 3 esc 3 m *q s esc * pe RT mol *M 3 m x x g x mol x Consumo de combustible: m f m 1 esc A F EST g s Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 5/15

7 Motor y vehículo Marca y modelo SEAT León Marca motor Volkswagen Tipo motor (Diesel) BKD Alimentación Turbo + postenfriado Cilindrada (cm 3 ) Filtro de partículas No Normativa emisiones EU4 Caja de cambios Manual (6) Potencia (kw) 13 Año de matriculación 28 Número relaciones 6 km antes de Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 6/15

8 Combustible: biodiésel + gasóleo Obtenido de Brassica Napus en Universidad de la Frontera (Temuco, Chile) Análisis propiedades: Labº Biocombustibles UFRO (Chile) Fundación Gómez-Pardo UPM Exportado de UFRO a UPM. Se analizó el contenido de biodiésel de cada muestra Gasóleo comercial de la misma partida (Repsol). Contenido de biodiésel: 3,85 % Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 7/15

9 Combustible: análisis elemental Análisis Elemental Biodiésel Chile Gasóleo comercial % (m/m) C 76,35 84,3 % (m/m) H 13,41 14,56 % (m/m) N,27 %( m/m) S,486 % (m/m) O 1,24 1,13514 C 1, 1, H 2,19 2,81 O,174,115 Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 8/15

10 Combustible: PCI y densidad de las mezclas Combustibles puros PCI (m) kj/kg Densidad kg/ dm 3 PCI (V) kj/dm 3 Gasóleo comercial ,6, , Biodiésel Chile 37.45,6, ,8 Mezclas biodiésel + gasóleo Denominación % biodiésel medido % biodiésel Chile % gasóleo comercial Densidad mezcla (kg/m 3 ) PCI (kj/kg) B 3,85, 1, 841, ,6 B1 11,3 7,75 92,25 844, ,4 B3 31,3 28,55 71,45 852, , B4 42,5 4,2 59,8 857,5 4.65,4 B5 51,7 49,77 5,23 861,3 4.89,1 B1 98,75 98,7 1,3 88, ,4 Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 9/15

11 . Consumo Velocidad media Tendencia a disminuir consumo al aumentar velocidad media Tres estilos de conducción: suave, normal y agresivo. 8,5 Consumo (L/1 km) 8 7,5 7 6,5 6 5,5 B B1 B3 B4 B5 B Velocidad media (km/h) Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 1/15

12 . Consumo de combustible y emisioens de CO 2 Consumo de combustible (L/1 km) B B1 B3 B4 B5 B1 No es la tendencia esperada. Menor PCI mayor consumo Por qué? 25 Factor de emisión CO 2 (g/km) B B1 B3 B4 B5 B1 Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 11/15

13 . Eficiencia G.P. Velocidad media Eficiencia Global Positiva = Energía de tracción positiva Energía térmica del combustible Esencialmente es el rendimiento térmico medio del motor,3 Eficiencia global +,28,26,24,22 B B1 B3 B4 B5 B1, Velocidad media (km/h) Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 12/15

14 . Prestaciones del vehículo Se observa: Régimen de giro pomediado (rev/min) TOTAL Lineal (TOTAL) R 2 =, Reducción del régimen medio de motor Reducción de la aceleración media Reducción en las prestaciones del motor % de biodiésel Justificación: Aceleción media positiva (m/s2) 1,6 1,55 1,5 1,45 1,4 TOTAL Lineal (TOTAL) R 2 =,6149 Reglajes de motor descompensados con biodiésel Respuesta del motor diferente con biodiésel a requerimientos del conductor % de biodiésel Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 13/15

15 Modificación de las prestaciones del motor Energía utilizada en tracción, calculada de la velocidad, viento frontal, pendiente, etc. Energia utilizada en tracción (kwh/km),173,168,163,158,153,148 R 2 =, % de biodiésel TOTAL Lineal (TOTAL) Energía química del combustible consumido. Energía térmica conumida (kwh/km),75,7,65,6,55,5 R 2 =,9544 TOTAL Logarítmica (TOTAL) Eficiencia,28,27,26,25,24,23,22,21,2 Eficiencia Global Positiva R 2 =, % de biodiésel TOTAL Lineal (TOTAL) El rendimiento térmico medio del motor aumenta % de biodiésel Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 14/15

16 Conclusiones Se observa una tendencia inesperada en el consumo de combustible La tendencia en el consumo observada se debe principalmente a una reducción en las prestaciones del motor, posiblemente causado por respuesta inadecuada de la electrónica de control La Eficiencia Global Positiva (rendimiento térmico medio del motor) mejora, posiblemente por el contenido en oxígeno y por trabajar el motor en condiciones diferentes. Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 15/15

17 Gracias por su atención Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 16/15

18 Circuitos urbanos Altura s.n.m. (m ) Elevación circuito CAST Distancia (km ) Altura s.n.m. (m) Elevación circuito LR Distancia (km ) Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 17/15

19 Reducción de las prestaciones del motor Potencia efectiva motor (kw) Régimen motor (rev.min (-1) ) Porcentaje de utilización del motor. B4 (gasóleo comercial 6%). SEAT LEON turbodiésel 2L Potencia efectiva motor (kw) Porcentaje de utilización del motor. B6 (gasóleo comercial 1%). SEAT LEON turbodiésel 2L Régimen motor (rev.min (-1) ) Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 18/15

20 Emisiones contaminantes Factor de emisión B B1 B3 B4 B5 B1 CO (mg/km) NOx/1 (mg/km) HC x 1 (mg/km) PM (mg/km) Tendencias diferentes a las obtenidas en banco de motor y banco de rodillos. - Catalizador de oxidación? - Operación en transitorios? Influencia del contenido de biodiésel en gasóleo en el rendimiento térmico de un motor diesél ligero en tráfico real 19/15