Motores estacionarios diesel operados con aceite vegetal crudo de jatrofa y palma

  • F. Vargas Álvarez Institución Universitaria Pascual Bravo, Facultad de Ingeniería, Departamento de Mecánica Automotriz
Palabras clave: Aceite vegetal crudo, motores diésel, combustión, emisiones, material particulado

Resumen

La operación de los motores diésel con aceites vegetales crudos como combustible, fue concebido desde su invención; sin embargo, la facilidad de acceso a los combustibles fósiles dejó de lado esta iniciativa, la cual volvió a tomar fuerza a raíz de la crisis de precios del petróleo en los años setenta en adelante. Sumando a lo anterior el hecho de que en Colombia existen vastas zonas con potencial agrícola que no están conectadas a la red eléctrica nacional, donde resulta costoso y difícil disponer de combustible diésel, se hace imperativo proporcionar soluciones energéticas sostenibles y ambientalmente viable.

En este trabajo se utilizó un motor diésel estacionario, de inyección directa, utilizado normalmente en generación eléctrica. Se diseñó, construyó y adaptó un sistema de conversión que permitió operar el motor con aceites vegetales crudos de jatropha y palma, tomando el diésel comercial, como referencia de comparación para todos los parámetros analizados.

La experimentación se realizó en dos condiciones, primero a régimen de giro constante y tres grados de carga y la segunda a grado de carga constante y tres regímenes de giro. Las variables medidas más importantes fueron: eficiencia energética, emisiones contaminantes y análisis químico, morfológico, citotóxico y mutagénico del material particulado.

El consumo específico de combustible (gef) incrementó con ambos aceites crudos respecto del combustible de referencia. Lo anterior obedece a su menor poder calorífico. El dosado relativo (Fr) aumentó, como era de esperarse, con el grado de carga y con el régimen de giro. Esto se explica por la mayor cantidad de combustible inyectada dentro del cilindro. Consecuentemente la temperatura de gases de escape incrementó en ambas situaciones. 

El tiempo de retraso disminuyó con el grado de carga para todos los combustibles debido al incremento en la temperatura media al interior del cilindro, esto se debió probablemente al contenido de oxígeno extra que aportan los aceites, lo que redujo el tiempo de retraso químico. La presión y temperatura máxima de combustión resultaron ser mayores con los aceites. Esto podría obedecer a que la cantidad de combustible inyectada por ciclo y por cilindro era mayor en el caso de los aceites, ya que tienen menor poder calorífico.

Las emisiones de CO y THC (Hidrocarburos totales sin quemar) aumentaron, mientras que las de NOx no variaron significativamente, por su parte la emisión de material particulado incrementó significativamente con el uso de aceites frente al diésel.

Los ensayos en el material particulado MP permiten concluir que en las partículas de hollín de los aceites hay más materia volátil pero esta se encuentra en forma líquida sobre las partículas (impregnados). Y en las pruebas biológicas se encontró finalmente que el material particulado proveniente de la combustión de aceites era más citotóxico y menos mutagénico que el del diésel.

Terminadas las pruebas se desmontó el múltiple de escape, la culata y las válvulas de uno de los cilindros con el fin de realizar una inspección visual. Se encontró en estas piezas depósitos de carbón con espesores hasta de 4 mm, la pieza con mayor espesor de depósitos de hollín fue el múltiple de escape. 

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Referencias

[1] UPME, Informe de avance del plan, normalización para aplicaciones de energias alternativas y difusion. Unidad de Planeacion Minero-Energética . Colombia." GAS Vol. 2. Pp. 46, 2005.

[2] Benjamín, V., Rincón, M., Prada, S. M., Hormaza, F., Moreno, P. A., Leidy, P., ... & Romero, G.. Palma de aceite en Colombia (No. D-2123). Centro de Investigación en Palma de Aceite, Cenipalma [Colombia], 2013.

[3] E. Pedraza, D.Salinas. “Caracerizacion morosiologica de jatripha L. Variedad Brasil cultivada en dos zonas de Colombia”. Acta Agronómica. Vol 59. Iss. 1 p 30-36, 2010.

[4] Benjumea. P. ,Agudelo. J., Rios, L. BIODIESEL: Producción, calidad y caracterización. Ed. Universidad de Antioquia. ISBN:978-958-714-347-8, 2009.

[5] O.M.I. Nwafor “The effect of elevated fuel inlet temperature on performance of diesel engine running on neat vegetable oil at constant speed conditions”. Renewable energy, Vol. 28 Iss. 2,Pg. 171-181, 2003.

[6] O.M.I. Nwafor. “The effect of elevated fuel inlet temperature on performance of diesel engine running on neat vegetable oil at constant speed conditions”. Renewable Energy. Vol. 28. Pg 171–181, 2003.

[7] Pimentel, V.S.B., Analysis of the use palm Oil as Fuel In Diesel Generators. COPPE, 2004.

[8] Belchior, C.R.P., The use of pal oil in diesel engine COBEM, 2005.

[9] Dhar, A. Experimental Investigations of Preheated Jatropha Oil Fuelled Direct Injection Compression Ignition Engine—Part 1: Performance, Emission, and Combustion Characteristics. JAI, 2010.

[10] S. Bari, C.W., “Performance deterioration and durability issues while running a diésel engine with crude palm oil”. SAGE, 2002.

[11] Jan de Jongh, A.T.A., Jatropha oil quality related to use in diesel engines and refining methods. Technical Note, 2007.

[12] S. Y. No. “Inedible vegetable oils and their derivatives for alternative diesel fuels in CI engines: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15. Pg.131–149, 2011.

[13] K. Pramanik. “Properties and use of jatropha curcas oil and diesel fuel blends in com¬pression ignition engine”. Renewable Energy, Vol. 28: p. 239–248, 2003.

[14] Guenter Elsbett, M.B., Engines running on pure vegetable oil as regrowing fuel History, Development, Experience, Chances. Presentation for Shanghai International Sympo¬sium on I.C. Engine Vol 32 p. 1-18, 2003.

[15] Jürgen Bünger , Jürgen Krahl , Hans-Ulrich Franke , Axel Munack ,Ernst Hallier, Mutagenic and cytotoxic effects of exhaust particulate matter of biodiesel compared to fossil diesel fuel. Mutation Research Vol. 415. Pg. 13–23, 1998.

[16] M. Lapuerta, O. Armas, R. Ballesteros, “Diesel particulate emissions from biofuels deri¬ved from spanish vegetable oils” SAE paper Vol 01: p. 1657-2002., 2002.

[17] Agudelo, M.l.P.J.R., Utilización de combustibles alternativos en motores térmicos. Modulo 2: p. 119-124, 2004.

[18] G. H. He, J. Tan, K. You, X. Han, J. Wang. “Characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons emissions of diesel engine fueled with biodiesel and diesel”. Fuel. Vol. 89: p. 2040–2046, 2010.

[19] J. Krahl, G. Knothe, A. Munack, Y. Ruschel, O. Schröder, E. Hallier & J. Bünger. “Comparison of exhaust emissions and their mutagenicity from the combustion of biodiesel, vegetable oil, gas-to-liquid and petrodiesel fuels”. Fuel, Vol. 88(6), 1064-1069, 2009.

[20] Gisela A. Umbuzeiro , A.F., Maria Helena Martins a, F ́abio Kummrowa, Lilian Carvalho , Heinz H. Schmeiser , Jutta Leykauf , Marie Stiborova , Larry D. Claxton., Mutagenicity and DNA adduct formation of PAH, nitro-PAH, and oxy-PAH fractions of atmospheric particulate matter from Sao Paulo, Brazil. Mutation Research, 2008.

[21] Santamaría, A., Santamaría, A. F. A. & Hernández, J. R. B. Diagnóstico de la combustión de biocombustibles en motores (No. LC-0117). Universidad de Antioquia, 2007.

[22] M. Salamanca, J. R. Agudelo , A. Santamaría.”Influence of palm oil biodiesel on the chemical and morphological characteristics of particulate matter emitted by a diesel engine”. Atmospheric Environment. Vol. 62. Pg 220-227, 2012.

[23] F. O. Magín Lapuerta , J. R. Agudelo , A. L. Boehman, “Effect of fuel on the soot nanostructure and consequences on loading and regeneration of diesel parti¬culate filters”. Combustion and Flame. Vol. 159. Pg 844–853, 2012.
Publicado
2016-06-30
Cómo citar
Vargas Álvarez, F. (2016). Motores estacionarios diesel operados con aceite vegetal crudo de jatrofa y palma. Revista CINTEX, 21(1), 45-70. Recuperado a partir de https://revistas.pascualbravo.edu.co/index.php/cintex/article/view/9
Sección
ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN / RESEARCH PAPERS