UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
CALCULAR Y PROBAR EL PORCENTAJE DE DIÉSEL EN EL
BIODIESEL PARA EL ÓPTIMO FUNCIONAMIENTO DE UN
MOTOR EN LA CIUDAD DE QUITO.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
MARCO ANDRES FIGUEROA NOGUERA
DIRECTOR: ING. EDWIN TAMAYO MSc.
© Universidad Tecnológica Equinoccial.2016
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 0401583513
APELLIDO Y NOMBRES: Figueroa Noguera Marco Andrés DIRECCIÓN: Santarrira calle Aloag y Escudero OE5290
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2636-015
TELÉFONO MOVIL: 0992816154
DATOS DE LA OBRA
TITULO: CALCULAR Y PROBAR EL PORCENTAJE
DE DIÉSEL EN EL BIODIESEL PARA EL ÓPTIMO FUNCIONAMIENTO DE UN
MOTOR EN LA CIUDAD DE QUITO.
AUTOR O AUTORES: Figueroa Noguera Marco Andrés FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: 15/06/2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: ING. EDWIN TAMAYO MSc
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: Mínimo 250 palabras Este trabajo se calculó y probó el porcentaje de diésel en el biodiesel para el óptimo funcionamiento de un motor en la ciudad de Quito.
Para ello se Utilizaron dos métodos importantes en la investigación el primero fue el método investigativo que aporto con la información necesario del diésel, el biodiesel, y el funcionamiento de los motores de ignición por compresión el método de experimentación gracias a los datos obtenidos por este método dio pasa al método de experimentación mediante este
método se realizó las 5 mezclas entre el diésel que se expende en el Ecuador y el biodiesel de palma.
Estas cinco mezclas resultantes del método de experimentación fueron utilizadas en una prueba de ruta en la ciudad de Quito la cual ya fue probada con 100% biodiesel que empezó desde Los dos puentes en el sur de Quito hasta el redondel del Condado Shopping al norte de Quito y el regreso que empezó desde el redondel ya mencionado hasta el punto de inicio los dos puentes. En esta prueba de ruta se logró ver el consumo de la mezcla la potencia del vehículo con las 5 mezclas, las rpm a las que trabajo el vehículo, el kilometraje recorrido durante la prueba también el tiempo de duración de la prueba.
Con los datos obtenidos de la prueba y datos obtenidos por el método de investigación de ruta se procedió a calcular la eficiencia térmica que permite saber que tan bien el motor utiliza el combustible suministrado además se realizó 6 gráficos de potencia vs rpm para determinar cuál es la mejor mezcla entre el diésel y el biodiesel.
PALABRAS CLAVES: Calcular y probar el porcentaje de diésel en el biodiesel.
ABSTRACT: This research was done with the idea of finding the effective and efficient combination of diesel and biodiesel for diesel whence; it was calculated and tested the percentage of diesel in biodiesel for optimum engine operation in the city of
test in the city of Quito, the same which was approved with 100% biodiesel which started from, the sector of the two bridges in the south of Quito, to the rondure of the Condado Shopping sector in the north of Quito, and the return which started from the rondure previously mentioned until the start of the two bridges.
In this road test, the consumption of the mixture was successfully observed, the potency of the vehicle with the 5 mixtures, the RPM in which the vehicle worked, the distance traveled in the test, as well as the tests duration time.
With this data obtained from said test, and data obtained by the road investigation method, we proceeded to calculate the provided potency, which is the potency that is provided to the motor through the fuel, so was achieved the realization of 6 graphics of potency vs rpm to determine how best mixture between diesel and biodiesel.
KEYWORDS Calculate and test the percentage of the biodiesel tell.
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, FIGUEROA NOGUERA MARCO ANDRES, CI 0401583513 autor del
proyecto titulado: CALCULAR Y PROBAR EL PORCENTAJE DE DIÉSEL
EN EL BIODIESEL PARA EL ÓPTIMO FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR
EN LA CIUDAD DE QUITO previo a la obtención del título de INGENIERO
AUTOMOTRÍZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las
Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo
144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la
SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de
graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información
de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública
respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial
a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de
generar un Repositorio que democratice la información, respetando las
políticas de propiedad intelectual vigentes.
DECLARACIÓN
Yo MARCO ANDRÉS FIGUEROA NOGUERA, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Calcular y probar el porcentaje de diésel en el biodiesel para el óptimo funcionamiento de un motor en la ciudad de Quito”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Marco Andrés Figueroa Noguera, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e
industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de
DEDICATORIA
Este Trabajo lo dedico a mis padres, por el esfuerzo y el apoyo brindado en el
ámbito estudiantil y personal, ya que gracias a ellos puedo culminar una meta
más de mi vida y poder ser un profesional. A mi hermana por ser un referente
de valores y dedicación a seguir.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por darme la fuerza necesaria para salir adelante y cumplir
mis metas cada día, agradezco a mis padres por el apoyo, comprensión, y
cariño brindado en todo momento de mi vida, a mi hermana por el apoyo
desinteresado y el buen ejemplo.
A mi tutor de tesis el MSc. Ing. Edwin Tamayo por la ayuda, enseñanzas y
colaboración brindada para el desarrollo de este trabajo de titulación, y sobre
todo por el tiempo dedicado a guiarme y sacar a la luz un trabajo que espero
sea el apoyo para futuras generaciones.
A mis maestros por el conocimiento impartido a lo largo de mi carrera
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ix
ABSTRACT x
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 3
2.1. HISTORIA DEL BIODIESEL 3
2.1.1. BIOCOMBUSTIBLES EN ECUADOR 4
2.1.1.1. Producción de biodiesel en el Ecuador 4
2.2. DEFINICION DE BIODIESEL 5
2.2.1. COMO SE PRODUCE EL BIODIESEL 5
2.2.2. MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DEL BIODIESEL 6
2.2.2.1. Conversión de la materia prima en aceite vegetal 7
2.2.2.2. Transformación química de los aceites en ésteres 7
2.2.2.3. Transesterificacion 8
2.2.2.4. Purificación del Biodiesel 8
2.2.2.5. Características Químicas del Biodiesel en el Ecuador. 8
2.2.2.6. Diésel 10
2.2.2.7. Comparación Química entre Diésel y Biodiesel 12
2.2.2.8. Índice de Cetano 14
2.2.2.9. Punto de Inflamación 14
2.2.2.10. Poder Calorífico 15
2.3. MOTOR DIÉSEL 15
2.3.1. CICLO DE TRABAJO DEL MOTOR DIÉSEL 15
2.3.2. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE 17
2.3.3. DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE 18
2.3.4. BOMBA DE ALIMENTACIÓN 18
ii
2.3.5.1. Tipos de Filtros 19
2.3.5.2. Bomba de Inyección 19
2.3.5.3 Bomba de Inyección Lineal 20
2.3.6. BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA CAV TIPO DPC 21
2.3.6.1 Dispositivo de Sobrecarga 21
2.3.6.2 Regulador de Revoluciones 21
2.3.6.3. Sistema de Inyección Common Rail 22
2.3.6.4. Funcionamiento del sistema 22
2.3.6.5. Combustión en Motores Diésel 23
2.3.7. SISTEMAS DE INYECCIÓN 24
2.3.7.1. Sistemas de Inyección Directa 24
2.3.7.2. Sistemas de Inyección Indirecta 24
2.3.7.3. Factores para una Buena Combustión 25
2.4. EFICIENCIA TÉRMICA DEL MOTOR DIÉSEL 25
2.4.1. TORQUE Y POTENCIA MOTOR 26
2.4.2. TORQUE 27
2.4.3. DENSIDAD 27
2.4.4. POTENCIA DE COMBUSTIBLE 28
3. METODOLOGÍA 29
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS 31
4.1 EQUIPOS Y HERRAMIENTAS 31
4.1.2. VEHÍCULO DE PRUEBA 31
4.2 COMBUSTIBLES UTILIZADOS 34
4.2.1 BIODIESEL LA FABRIL 34
4.2.2 DIÉSEL PETRO ECUADOR 35
4.2.3. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DEL VEHÍCULO 36
4.3 TALLER DONDE SE REALIZÓ EL MANTENIMIENTO 37
4.3.1. CAMBIO DE FILTRO DE AIRE 40
iii
4.3.3. REVISIÓN DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN 41
4.3.4. REVISIÓN DE NEUMÁTICOS 42
4.4. TANQUE DE COMBUSTIBLE DE LA PRUEBA DE RUTA 43
4.4.1. CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE DE COMBUSTIBLE
PARA LA PRUEBA DE RUTA 45
4.5. RUTA DE PRUEBA 47
4.5.1. INCLINACIÓN DE LA RUTA 49
4.5.2. RUTA DE PRUEBA 10% BIODIESEL – 90% DIÉSEL 50
4.5.3. IMÁGENES DE LA PRUEBA DE RUTA 10% BIODIESEL
90% DIÉSEL 51
4.5.3. RUTA DE PRUEBA 20% BIODIESEL – 80% DIÉSEL 52
4.5.4. IMÁGENES DE LA PRUEBA DE RUTA 20% BIODIESEL
80% DIÉSEL 53
4.5.5. RUTA DE PRUEBA 30% BIODIESEL – 70% DIÉSEL 54
4.5.6. IMÁGENES DE LA PRUEBA DE RUTA 30% BIODIESEL
70% DIÉSEL 55
4.5.7. RUTA DE PRUEBA 40% BIODIESEL – 60% DIÉSEL 56
4.5.8. IMÁGENES DE LA PRUEBA DE RUTA 40%BIODIESEL
60% DIÉSEL 57
4.5.9. RUTA DE PRUEBA 50% BIODIESEL – 50% DIÉSEL 58
4.5.10. IMÁGENES DE LA PRUEBA DE RUTA 50% BIODIESEL
50% DIÉSEL 59
4.5.11. ANÁLISIS GENERAL DE LAS PRUEBAS DE RUTA 60
4.6. CÁLCULO DE LA DENSIDAD 62
4.7. FÓRMULAS UTILIZADAS 63
4.7.1. CÁLCULO DE EFICIENCIA TÉRMICA DE CADA UNA DE
LAS MEZCLAS 65
4.8. CÁLCULOS Y GRAFICAS DE LA POTENCIA DEL DIÉSEL
Y DE LAS MEZCLAS CON EL BIODIESEL 71
iv
5.1. CONCLUSIONES 87
5.2. RECOMENDACIONES 88
BIBLIOGRAFÍA 89
v
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Norma NTE INEN 2482-2009. Requisitos biodiesel 9
Tabla 2. Norma INEN 1489:2012. Requisitos del Diésel No. 1 10
Tabla 3. Norma INEN 1489:2012. Requisitos Diésel Premium No. 2 11
Tabla 4. Norma INEN 1489:2012. Requisitos Diésel contenido Azufre 11
Tabla 5. Propiedades del Biodiesel vs Diésel derivado del Petróleo 12
Tabla 6. Características químicas de las mezclas diésel biodiesel 13
Tabla 7. Ficha Técnica del Vehículo de prueba 32
Tabla 8. Resultados de la Prueba de Ruta 61
Tabla 9. Densidades de las Mezclas Diésel Biodiesel 63
Tabla 10. Resultados de Eficiencia térmica 70
Tabla 11. Diésel al 100% 72
Tabla 12. Datos de la Mezcla 10%Biodiesel-90%Diésel 74
Tabla 13. Datos de la Mezcla 20%Biodiesel-80%Diésel 76
Tabla 14. Datos de la Mezcla 30%Biodiesel-70%Diésel 78
Tabla 15. Datos de la Mezcla 40%Biodiesel-60%Diésel 79
Tabla 16. Datos de la Mezcla 50%Biodiesel-50%Diésel 82
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Ciclo de Funcionamiento Motor Diésel 15
Figura 2. Ciclo Teórico del motor Diésel a Volumen constante 16
Figura 3. Sistema de Alimentación de Combustible 17
Figura 4. Filtro de Combustible Diésel Simple 19
Figura 5. Bomba de Inyección Lineal 20
Figura 6. Bomba de Inyección Rotativa 21
Figura 7. Sistema Common Rail 23
Figura 8. Inyección Directa 24
Figura 9. Tipos de Cámara de Inyección Indirecta 25
Figura 10. Vehículo de Prueba 32
Figura 11. Producción Biodiesel LAFABRIL 35
Figura 12. Caneca de diésel 36
Figura 13. Mantenimientos de vehículo de Prueba 38
Figura 14. Desmontaje de filtro de combustible 38
Figura 15. Drenaje de trampa de agua de filtro de combustible 39
Figura 16. Instalación del Filtro de combustible 39
Figura 17. Extracción del Filtro de aire usado 40
Figura 18. Filtro de aire nuevo 40
Figura 19. Inspección de nivel de aceite 41
Figura 20. Inspección del sistema de suspensión 42
Figura 21. Neumático de Hyundai Terracan 42
Figura 22. Tabla de presión de neumáticos de Hyundai Terracan 43
Figura 23. Tanque de combustible milimetrado para la prueba 44
Figura 24. Materiales para adaptación de tanque de combustible 44
Figura 25. Colocación acoplamiento Manguera Tanque Combustible 45
Figura 26. Manguera de alimentación de combustible. 45
Figura 27. Instalación tanque combustible secundario en auto prueba. 46
Figura 28. Sujeción tanque combustible secundario asientos post. 46
vii
Figura 30. Colocación del diésel en el tanque de combustible 51
Figura 31. Kilometraje inicial de vehículo y Av. Necochea 51
Figura 32. Subida por la Av. Necochea y Túnel de San Roque 52
Figura 33. Tanque combustible mezcla 20% biodiesel–80% diésel 53
Figura 34. Los dos puentes e ingreso al túnel de san diego. 54
Figura 35. Tanque combustible mezcla 3 y Punto inicio tercera prueba 55
Figura 36. Radar velocidad, Llegada redondel condado 56
Figura 37. Tanque combustible con 4 mezcla Inicio cuarta prueba ruta. 57
Figura 38. Bajada hacia los túneles y Av. Occidental. 58
Figura 39. Kilometraje inicial y depósito de combustible con mezcla 5 59
Figura 40. Redondel del Condado. 60
Figura 41. Materiales Utilizados para el cálculo de la densidad 63
Figura 42. Curva de potencia 100% Diésel 73
Figura 43. Curva potencia y rpm de mezcla 10% Biodiesel-90%Diésel 75
Figura 44. Curva potencia y rpm de mezcla 20% Biodiesel-80%Diésel 77
Figura 45. Curva potencia y rpm de mezcla 30% Biodiesel-70%Diésel 79
Figura 46. Curva potencia y rpm de mezcla 40% Biodiesel-60%Diésel 81
Figura 47. Curva potencia y rpm de mezcla 50% Biodiesel-50%Diésel 83
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1. 92
Factura de Mantenimiento del vehículo de prueba
ANEXO 2. 93
Orden de Trabajo del Mantenimiento
ANEXO 3. 94
ix
RESUMEN
Este trabajo se realizó con la idea de encontrar la combinación eficiente entre
el diésel y el biodiesel por lo cual se calculó y probo el porcentaje de diésel en
el biodiesel para el óptimo funcionamiento de un motor en la ciudad de Quito.
Para ello se utilizaron dos métodos importantes en la investigación el primero
fue el método investigativo que aporto con la información necesario del diésel,
el biodiesel, y el funcionamiento de los motores de ignición por compresión,
gracias a los datos obtenidos por este método dio pasa al método de
experimentación mediante este método se realizó las 5 mezclas entre el diésel
que se expende en el Ecuador y el biodiesel de palma.
Estas cinco mezclas resultantes del método de experimentación fueron
utilizadas en una prueba de ruta en la ciudad de Quito la cual ya fue probada
con 100% biodiesel que inicio desde los dos puentes en el sur de Quito hasta
el redondel del Condado Shopping al norte de Quito y el retorno que empezó
desde el redondel ya mencionado hasta el punto de inicio los dos puentes. En
esta prueba de ruta se logró ver el consumo de la mezcla, la potencia del
vehículo, las rpm, el kilometraje recorrido durante la prueba también el tiempo
de duración de la prueba.
Con los datos obtenidos de la prueba y datos obtenidos por el método de
investigación de ruta se procedió a calcular la eficiencia térmica que permite
saber que tan bien el motor utiliza el combustible suministrado además se
realizó 6 gráficos de potencia vs rpm para determinar cuál es la mejor mezcla
x
ABSTRACT
This research was done with the idea of finding the effective and efficient
combination of diesel and biodiesel for diesel whence; it was calculated and
tested the percentage of diesel in biodiesel for optimum engine operation in
the city of Quito.taking into account parameters like calorific power, cetane
index and previously realized investigations which by using biodiesel at 100%,
demonstrated that it lowered rendition, that is why it was determined which is
the best combination of these two fuels and avert the loss of potency.
For this purpose two important methods for investigation were used, the first
was the research method, which gave the necessary data for the diesel,
biodiesel and the workings of the compression engines, and the second was
the experimental method; the data from the research method gave way to the
experimental method, through which 5 mixtures were created between the
diesel that is sold in Ecuador and the Biodiesels obtained from the palm leaf.
These five mixtures we have as a result of the experimental method were
utilized in a road test in the city of Quito, the same which was approved with
100% biodiesel which started from, the sector of the two bridges in the south
of Quito, to the rondure of the Condado Shopping sector in the north of Quito,
and the return which started from the rondure previously mentioned until the
start of the two bridges.
In this road test, the consumption of the mixture was successfully observed,
the potency of the vehicle with the 5 mixtures, the RPM in which the vehicle
worked, the distance traveled in the test, as well as the tests duration time.
With this data obtained from said test, and data obtained by the road
investigation method, we proceeded to calculate the provided potency, which
is the potency that is provided to the motor through the fuel, so was achieved
the realization of 6 graphics of potency vs rpm to determine how best mixture
1
1.
INTRODUCCIÓN
Los biocombustibles son a futuro los sucesores de los combustibles actuales
derivados del petróleo a nivel mundial, la utilización de estos combustibles
alternativos se remonta en épocas pasadas gracias a Rudolph Diésel y su
motor, que trabajaba con aceite de maní pero fue relegado por el diésel que
hoy se usa .Una de las opciones para reducir la contaminación ambiental, es
la sustitución del diésel por biodiesel, un biocombustible compuesto por
aceites vegetales o animales que al ser combustionado no produce CO2,
este tipo de biocombustibles tiene características similares al diésel derivado
del petróleo.
El Gobierno Ecuatoriano ha creado algunas leyes que busquen beneficiar la
industrialización del biodiesel en el país, por lo que, se ha emitido el decreto
Ejecutivo No. 1303 de 17 de septiembre de 2012 que permite la mezcla de
diésel y biodiesel en bajas cantidades para ser vendido en el país. Estas leyes
permiten disminuir la dependencia de combustibles derivados del petróleo
como también ayudan a la utilización de fuentes alternativas de energía como
el uso parcial de biocombustibles mezclados con combustibles fósiles.
En Quito los niveles de contaminación son muy altos, por lo cual, el sector
automotriz, el sector petrolero y el gobierno buscan combustibles alternativos
para disminuir CO2 y mejorar la calidad de vida de los habitantes, una de las
principales alternativas es el uso del biodiesel en mezcla o al 100% pero
diferentes pruebas han determinado que al usar este combustible alternativo
en una ciudad que se encuentra a 2800 m a nivel del mar como Quito el motor
tiende a bajar su rendimiento.
Por lo tanto, en el presente trabajo se evidenciará la conveniencia de usar
biodiesel y diésel en diferentes combinaciones para satisfacer las
necesidades de los usuarios de combustibles alternativos. Por lo cual el
objetivo general de esta investigación es: calcular y probar el porcentaje de
diésel en el biodiesel para el óptimo funcionamiento de un motor en la ciudad
2 Para cumplir con el objetivo general es necesario conocer los componentes
químicos del biodiesel y el diésel para obtener parámetros y llegar a una
mezcla óptima. Adaptar un vehículo a diésel con un tanque de prueba para
realizar correctamente las mezclas y determinar el consumo de las diferentes
mezclas. Realizar una prueba de ruta en la ciudad de Quito que permita
conocer el comportamiento del vehículo al usar las diferentes combinaciones
de diésel y biodiesel. Comparar la potencia en las diferentes mezclas del
3
2.
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se investigará información, datos, definiciones características
de los elementos que se van a estudiar y que aporten con la investigación a
realizarse.
2.1. HISTORIA DEL BIODIESEL
El primer proceso de transesterificación de aceite fue en 1853, realizado por
los científicos E. Duffy y J. Patrick. Años después, Rudolph Diésel mostro en
la feria internacional de París un motor que funciona con aceite de maní y
obtiene el primer lugar gracias a su invención. Rudolph Diésel tenía una gran
convicción que el futuro de su motor era funcionar con combustibles naturales.
El motor diésel evidencio ser más eficiente que los motores más
representativos de aquella época como lo eran los motores a vapor que en
esa época funcionaban a carbón, aceites procesados y así logró gran acogida
mundial(Pochat, 2009).
El biodiesel lamentable mete en los años veinte, los fabricantes de los motores
a diésel decidieron cambiar el uso de aceites naturales, vegetales por diésel
derivado del petróleo. Henry Ford fu otro de los hombres importantes en el
mundo automotriz que impulsó la creación de vehículos que funcionaran a
biodiesel en el transcurso de los años el biodiesel reapareció en los momentos
de la crisis del petróleo como una gran alternativa (Pochat, 2009).
Otra aparición del biodiesel fue en la segunda Guerra Mundial debido a los
escases del diésel. El aumento del petróleo resurgió la predilección en utilizar
el biodiesel como una alternativa al diésel. A pesar de todos los esfuerzos el
biodiesel fue relegado a combustible alternativo.
Los primeros pasos para la fabricación de biodiesel a gran escala fueron en
Austria y Alemania y en 1985, en Silberberg se creó la primera fábrica de
biodiesel que se llama RME (Rapeseed Methyl Ester), en la que se extraía
4 En estos días los países pioneros en la producción del biodiesel a gran escala
son Alemania Francia (Pochat, 2009).
2.1.1. BIOCOMBUSTIBLES EN ECUADOR
El Ecuador comenzó su plan de producción de gasolina combinada al 5% con
etanol el cual se denominó ecopaís. Hoy existen 43 estaciones que proveen
de este combustible en la ciudad de Guayaquil. De parte de la producción
industrial en el Ecuador tiene una capacidad de alrededor de 40 millones de
litros de etanol al año. Pero el gobierno tiene planes de expansión de la
producción de etanol a 400 millones de litros al año. Esto quiere decir una
gran ampliación en la capacidad productiva en 360 millones de litros
adicionales. El gobierno planea una estrategia para transformar una matriz
productiva y aumentar la producción de etanol y biodiesel ya si responder a la
gran demanda de estos biocombustibles(ProEcuador, 2013).
2.1.1.1. Producción de biodiesel en el Ecuador
El ecuador tiene un gran excedente en la producción de palma que es usado
para la elaboración de biodiesel. Por lo que el gobierno menciona que en lugar
de exportar materia prima se le ponga un valor agregado como lo es la
elaboración del biodiesel (COMERCIO, 2013).
Según los datos de la Fundación de Fomento de Exportaciones de Aceite de
Palma y sus Derivados de Origen Nacional (Fedepal), en el año 2012 se
elaboró 480 000 toneladas métricas de biodiesel, con un excedente de 270
000, casi 100 000 más que el 2010, lo que da una tendencia al alza.
La Fabril exporto 16,6 millones de galones a EE.UU., Alemania y Perú, desde
el 2005. Y hoy quiere convertirse en el principal proveedor del país. La Fabril
cuenta con dos fábricas de elaboración de biocombustible en Guayaquil y
Montecristi. Tiene una capacidad para producir 12 000 toneladas métricas por
5 Además, ha adoptado como estrategia el fortalecimiento de la cadena de
producción. Se ha implementado tecnología para mejorar el rendimiento de
los cultivos y cumplir la normativa ambiental. Además, ayudo con grandes
créditos crédito para insumos agrícolas y maquinaria a más de 2 000
agricultores de Santo Domingo, Los Ríos y Esmeraldas (COMERCIO, 2013) .
2.2. DEFINICION DE BIODIESEL
El biodiesel es un biocombustible natural, alternativo elaborado en base a los
aceites vegetales y grasas animales. Las características del biodiesel son
prácticamente similares a las del diésel común en cuanto a densidad y número
de cetano.
Además, dependiendo de la materia prima el biodiesel presenta un punto de
inflamación superior. Por lo antes dicho, el biodiesel puede combinarse en
diferentes proporciones con el diésel para su uso en motores e incluso
sustituirlo. (Camús, 2006)
La ASTM (American Society for Testing and Material Standard, asociación
internacional de normativa de calidad) lo define como ésteres monoalquílicos
de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos sustituibles como
aceites vegetales o grasas de animales, y que son utilizados en motores de
ignición de compresión.
Los ésteres más usados, son los de metanol y etanol (obtenidos a partir de la
transesterificación de cualquier tipo de aceites vegetales o grasas animales o
de la esterificación de los ácidos grasos) gracias a su bajo coste y sus ventajas
químicas y físicas (Camús, 2006).
2.2.1. COMO SE PRODUCE EL BIODIESEL
La Producción de biodiesel inicia de un aceite vegetal, que se somete a un
proceso llamado transesterificación, en el cual se hidrolizan los enlaces
6 liberados en la hidrólisis y un alcohol sencillo que se utiliza como reactivo
general mente el metanol o etanol (Garcia.L, 2003).
Este proceso se hace alrededor de 60ºC en presencia de un catalizador por
lo general hidróxido de sodio o hidróxido potásico y como subproducto se
obtiene glicerina, que tiene infinidad de aplicaciones en los sectores agrario,
industrial, de la medicina, los cosméticos y la alimentación.
A partir de 1.000 kg de aceite, 156 kg de metanol y 9,2 kg de hidróxido potásico
se consigue obtener 965 kg de biodiesel y 178 kg de glicerina sin refinar con
una recuperación de 23 kg de metanol (Garcia.L, 2003).
2.2.2. MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DEL BIODIESEL
En el mudo existen diferentes materias primas para elaborar biodiesel como
lo son grasas animales, vegetales e incluso grasas genéticamente elaboradas
para mejorar la calidad del biodiesel a continuación se detalla algunas de ellas. • Aceites vegetales convencionales
· Aceite de girasol
· Aceite de colza
· Aceite de soja
· Aceite de coco
· Aceite de palma
• Aceites de semillas modificadas genéticamente
· Aceite de girasol de alto oleico • Grasas animales
· Sebo de vaca
· Sebo de búfalo
• Aceites de fritura usados • Aceites de otras fuentes
· Aceites de producciones microbianas
· Aceites de micro algas modificadas genéticamente
7
2.2.2.1. Conversión de la materia prima en aceite vegetal
Para empezar con la fabricación de biodiesel por transesterificación es
indispensable que el aceite a usar tenga unas características determinadas
para que el biodiesel final cumpla las especificaciones necesarias para una
buena combustión.
Para lograr esto el aceite en bruto es tratado mediante procesos de
desgomado, filtración, neutralización y secado, cuyos procedimientos
dependen de la naturaleza del aceite bruto. Así se puede logara obtener un
aceite refinado que no contiene sólidos en suspensión, posee el mínimo de
acidez (<1%) y el mínimo de humedad (<0.5%), apto para su
transesterificación en biodiesel (Herreras Y, 2007).
2.2.2.2. Transformación química de los aceites en ésteres
Una vez obtenido el aceite refinado generalmente se lo hace reaccionar con
un alcohol monovalente como el metanol, en presencia de un catalizador
básico (condiciones de presión y temperatura menos exigentes).
La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un
alcohol se la realiza después de haber obtenido el aceite refinado libre de
impurezas generalmente se lo hace reaccionar con un alcohol monovalente
como el metanol, en presencia de un catalizador básico (condiciones de
presión y temperatura menos exigentes).
Estequiométricamente, el rendimiento básico de la reacción es
aproximadamente igual a uno, por lo que se obtiene la misma masa de
biodiesel que de aceite vegetal inicial. Además, la estequiometría entre el
alcohol y la glicerina es similar en términos Básicos, requiriéndose en principio
8
2.2.2.3. Transesterificacion
La reacción de transesterificación se efectúa entre los triglicéridos del aceite
y un exceso de metanol, común mente en presencia de un catalizador básico
que por lo general son hidróxido de sodio o metilito de sodio a una temperatura
que puede variar entre 40 °C y 110 °C.
Durante este proceso existen reacciones secundarias que dan lugar a
productos indeseables que contaminan los ésteres. Dichos productos no
deseados, los jabones, disminuyen la conversión y el rendimiento de la
reacción, y harán necesarias etapas posteriores de purificación (Herreras Y,
2007).
2.2.2.4. Purificación del Biodiesel
Esta es una de las etapas importante de la producción del biodiesel es la
purificación ya que al finalizar la reacción de transesterificación son varios los
subproductos que se encuentran en el reactor que habrá que clasificar de los
ésteres metílicos o biodiesel.
También se separa de los compuestos del aceite que no han llegado a
reaccionar tri, di, monoglicéridos y ácidos grasos libres, se encuentra en el
medio el metanol que se colocó en exceso, los restos del catalizador básico,
la glicerina, y los productos de las reacciones secundarias también son
separados del producto final que es el biodiesel Jabón y agua (Herreras Y,
2007).
2.2.2.5. Características Químicas del Biodiesel en el Ecuador.
El Biodiesel para ser expedido, elaborado en el Ecuador necesita cumplir
algunas características químicas necesarias como densidad, punto de
inflamación índice de cetano que permiten una calidad mejor de combustible
9
Tabla 1 . Norma NTE INEN 2482-2009. Requisitos biodiesel
REQUISITOS UNIDAD Mínimo Máximo
Métodos de Ensayo
Densidad a 15° C kg/m3 860 900
ASTM D 1298
Punto de Inflamación °C 120 --
ASTM D 93
Punto de Turbidez °C Reportar1
Agua y sedimento % --- 0.05
ASTM D 179
Contenido de Agua mg/kg --- 500
ASTM D 95 Viscosidad Cinemática a
40° C mm2/S 3,5 5
ASTM D 445
Cenizas Sulfatadas % (m/m) --- 0.02
ASTM D 874
Contenido de Azufre mg/kg --- 10
ASTM D 1552
W Carbón Residual 2 % --- 0.05
ASTM D 4530 Corrosión lámina de
cobre Clasificación --- 3
ASTM D 130
Número de cetano - 49 ---
ASTM D 613 Temperatura de
destilación al 90%
recuperado °C --- 360
ASTM D 1160
wGlicerina libre % -- 0.02
ASTM D 6584
wGlicerina total % -- 0.25
ASTM D 6584
Wcontenido de ésteres % 96,5 -- EN 14103
Índice de yodo g yodo/100 g --- 120 EN 14111
Wcontenido de metanol % -- 0.2
ASTM D 4815 EN 14110
Contenido de fósforo mg/kg --- 10
ASTM D 4951 Contenido de metales
alcalinos (Na + K) mg/kg --- 5 EN 14108
Contenido de metales
alcalinos (Ca + Mg) mg/kg -- 5
prEN 14538
Número de acidez mg KOH/g --- 0.5
10
2.2.2.6. Diésel
Es un combustible empleado por el motor diésel el cual es un tipo de
combustible más denso que la gasolina y posee un poder calorífico mayor
para el mismo volumen. En un motor a gasolina se provoca la explosión de la
mezcla con una chispa, evitando el autoencendido o detonación. Mientras en
un motor a diésel se basa en la inflamación espontanea del combustible, El
grado de detonación (auto inflamación) del diésel se mide por el número de
cetano (es una medida de calidad de auto encendido del diésel, Entre más
corto sea el intervalo entre el momento en que se inyecta el combustible y
empieza a quemarse, más alto es el número de cetano). Mientras mayor sea
el rango de octanaje de la gasolina, más lento es el quemado y a mayor
número de cetano del diésel más rápido se quema(Santander, 2005).
Para que el diésel pueda ser expendido en el Ecuador tiene que cumplir con
las siguientes características químicas que se muestran en tabla 2 a
continuacion.
Tabla 2 . Norma INEN 1489:2012. Requisitos del Diésel No. 1
REQUISITOS UNIDAD MÍNIMO MÁXIMO
MÉTODO DE ENSAYO
Punto de inflamación °C 40 -
NTE INEN 1 047
Agua y sedimento
% en
volumen - 0.05
NTE INEN 1 494 Residuo carbonoso sobre
el 10% del residuo de la
destilación % en peso - 0.15
NTE INEN 1 491 Viscosidad cinemática a
37,8°C cSt 1,3 3
NTE INEN 810
Azufre % en peso - 0.3
NTE INEN 1 490 Corrosión a la lámina de
cobre - No.2
NTE INEN 927 Índice de cetano
calculado 52.0
NTE INEN 1 495
11 Para que el diésel Premium pueda ser expendido en el Ecuador tiene que
cumplir con las siguientes características químicas que se muestran en tabla
3 a continuacion.
Tabla 3 . Norma INEN 1489:2012. Requisitos del Diésel Premium No. 2
REQUISITOS UNIDAD MÍNIMO MÁXIMO
MÉTODO DE ENSAYO
Punto de inflamación °C 51 - NTE INEN 1 047
Agua y sedimento
% en
volumen - 0.05 NTE INEN 1 494
Residuo carbonoso sobre el 10% del residuo de la
destilación % en peso - 0.15 NTE INEN 1 491
Cenizas % en peso - 0.01 NTE INEN 1 492
Temperatura de
destilación del 90% °C - 360 NTE INEN 926
Viscosidad cinemática
a 37,8°C cSt 2,5 6 NTE INEN 810
Azufre % en peso - 0.7 NTE INEN 1 490
Corrosión a la lámina
de cobre - - No.3 NTE INEN 927
Índice de cetano
calculado - 52.0 NTE INEN 1 495
(NTE INEN 1489:2012. Productos derivados del petróleo. Diésel. Requisitos. 2012.)
En Ecuador el diésel de bajo contenido de azufre debe que cumplir con las
siguientes características químicas para ser expendido como se muestran en
tabla 4 a continuacion.
Tabla 4 . Norma INEN 1489:2012. Requisitos del Diésel de bajo contenido de Azufre
REQUISITOS UNIDAD MÍNIMO MÁXIMO
MÉTODO DE ENSAYO
Punto de
inflamación °C 51 -
NTE INEN 1 047
Agua y sedimento % en volumen - 0.05
12
Tabla 4 . Norma INEN 1489:2012. Requisitos del Diésel de bajo contenido de Azufre continuación
REQUISITOS UNIDAD MÍNIMO MÁXIMO
MÉTODO DE ENSAYO
Residuo
carbonoso sobre el 10% del residuo
de la destilación % en peso - 0.15
NTE INEN 1 491
Cenizas % en peso - 0.01
NTE INEN 1 492 Temperatura de
destilación del
90% °C - 360 NTE INEN 926
Viscosidad cinemática a
37,8°C cSt 2.5 6 NTE INEN 810
Azufre % en peso - 0.05
NTE INEN 1 490 Corrosión a la
lámina de cobre - - No.3 NTE INEN 927
Índice de cetano
calculado - 52.0
NTE INEN 1 495
(NTE INEN 1489:2012. Productos derivados del petróleo. Diésel. Requisitos. 2012.)
2.2.2.7. Comparación Química entre Diésel y Biodiesel
A continuación, en la tabla 5 se observa las características químicas del diésel
y el biodiesel y se realiza una comparación entre estos dos combustibles para
conocer sus semejanzas y sus diferencias.
Tabla 5 . Propiedades del Biodiesel vs Diésel derivado del Petróleo
PROPÍEDADES BIODIESEL DIÉSEL
NORMA DE COMBUSTIBLE ASTM D795 ASTM PS121
COMPOSIÓN C12-C22 FAME C10-C21 HC
METILESTER
95.5 > 98%
(NORMAS)
13
Tabla 5. Propiedades del Biodiesel vs Diésel derivado del Petróleo continuación
PROPÍEDADES BIODIESEL DIÉSEL
AZUFRE (% PESO) 0-0.00124 0.05 MAX.
AGUA (% PESO) 0.05% MAX 161
O2 11 0
HIDROGENO 12 13
N° CETANO 48-55 40-55
PCI 37700 41860
VISCOSIDAD CINEN. (40°) 1.9-6.0 13 – 4.9
PUNTO DE INFLAMACIÓN 100-170 60-80
PUNTO DE EBULLICIÓN 182 – 338 188 - 343
GRAVEDAD ESPESÍFICA
(KL/L) (60°F) 0.88 0.85
RELACION
AIRE/COMBUSTIBLE 13.8 15
(Tyson, 2001)
En la tabla 6 se observan las caracteristicas químicas del Diésel de palma y
Biodiesel en mezclas B10 B20 B30 B40 B50 obtenidas mediante pruebas de
laboratorio.
Tabla 6 . Características químicas de las mezclas diésel biodiesel
Propiedades Unidades B10 B20 B30 B40 B50
Gravedad °Api 34.9 34.3 33.8 33.3 32.9
Contenido de
Azufre % Wt 0.104 0.09 0,007 0,006 0,0005
Viscosidad
40°C Mm2/S 3.1821 3.3462 3.4107 3.5342 3.6345
Punto de
fluidez °C -6 -6 -3 -3 -3
Corrosión
14
Tabla 6. Características químicas de las mezclas diésel biodiesel continuación
Propiedades Unidades B10 B20 B30 B40 B50
Cenizas
sulfatadas % Peso <0.005 <0.005 <0.005 <0.005 <0.005 Poder
calorífico kcal/Kg 45016 44432 44317 42347 41120
(Mónica Cuéllar, 2007)
2.2.2.8. Índice de Cetano
Este índice indica la mayor o menor inflamabilidad de un combustible que se
usan en motores de combustión interna, tipo diésel. A mayor sea el número
de cetano, más rápido es la inflamabilidad del combustible.
Sabiendo que la combustión en los motores diésel es consecuencia solo de
la presión y la temperatura, en el caso de un combustible con un menor
número de cetano tiene lugar un retardo en el encendido, que produce un
exceso de vibraciones y ruidos conocidos como el golpeteo diésel.
Los motores diésel de baja potencia requieren de combustibles con número
de cetano entre 30 y 50, mientras que los diéseles mayor potencia necesita
de 55-70 (MotorGiga, 2011).
2.2.2.9. Punto de Inflamación
El punto de inflamabilidad o también llamado flash point es la temperatura
mínima a la que un combustible libera vapores que, al mezclarse con el aire,
se pueden encender en presencia de una fuente de ignición o punto caliente.
Si la temperatura es mayor de la de inflamación el combustible alcanzará un
valor de temperatura tal que si se acerca una fuente externa de calor se
encenderá, pero si se retira la fuente externa de calor la llama se sostendrá
por sí sola. Esta inflamación no suele mantenerse, por lo que se origina una
llama instantánea produciéndose el fenómeno que se conoce como centelleo.
A esa temperatura se la llama punto de inflamación para medir el punto de
inflamabilidad se usa un medidor automático de punto de Inflamación por
15
2.2.2.10. Poder Calorífico
El poder calorífico se lo puede definir como la cantidad de energía por unidad
de más que se desprende al producirse una reacción de oxidación por lo
general al poder calorífico se lo expresa en julios por gramo o kilojulios por
kilos (BOTTA, 2012).
2.3. MOTOR DIÉSEL
Es un motor de embolo con formación de la mezcla interior, heterogenia y
autoencendido. En el tiempo de compresión se comprime la mezcla a unos 30
a 55 bar en motores de aspiración o a 80 a 110baren motores sobre
alimentados y se calientan a unos 700 a 900 °C. Esta temperatura es
suficiente para provocar el autoencendido del combustible inyectado antes de
alcanzar el punto muerto superior del émbolo (Bosch, Manual de la tecnica del
automovil, 2005).
2.3.1. CICLO DE TRABAJO DEL MOTOR DIÉSEL
En la figura 1 se observar los diferentes siclos de funcionamiento de un motor
a diésel como son admisión compresión trabajo y escape.
16
Tiempo de Admisión
Se abre la válvula de entrada de aire del cilindro, al bajar el pistón aspira el
aire a través del filtro colector, de modo que el cilindro queda lleno de aire
puro.
Tiempo de Compresión
Al subir el pistón comprime el aire hasta dejarlo reducido a un volumen de 12
a 24 veces menor, con lo que se puede alcanzar una temperatura cercana a
600°C que permite la auto inflamación del diésel, a una presión entre 36 a 45
Kg/cm2, mientras que en los motores de gasolina la presión efectiva a la que
llega la mezcla no pasa de 15Kg/cm2.
Tiempo de Combustión
Se inyecta un pequeño chorro de diésel controlado por el acelerador. Debido
a la gran presión a que entra y la forma del inyector el diésel se pulveriza y al
contacto con el aire a una temperatura elevada se vaporiza en inflama. El calor
desarrollado dilata los gases y eleva la presión de trabajo hasta 50 o 90kg de
acuerdo a la forma de la culata.
Tiempo de Escape
A l finalizar el tiempo de combustión Se abren las válvulas de escape y permite
la evacuación de los gases ya combustionados hacía el ambiente (Santander,
2005).
En la figura 2 se observa los 4 ciclos del motor diésel teóricos a un volumen
constante
Figura 2. Ciclo Teórico del motor Diésel a Volumen constante
17
2.3.2. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE
En la figura 3 se observa el proceso de alimentación de combustible desde el
tanque hacia la bomba y luego a los inyectores.
Figura 3. Sistema de Alimentación de Combustible
(Bosch, Sistemas de Inyeccion Diesel , 2009)
Este sistema se encarga de llevar el combustible (Diésel) en óptimas
condiciones y en cantidades perfectamente dosificadas desde el tanque hasta
los inyectores. Para garantizar un buen rendimiento en el motor a diésel deben
cumplirse los siguientes requisitos:
Cada cilindro reciba, en su momento del ciclo y atendiendo a las condiciones
de régimen y carga del motor, la cantidad precisa de combustible. Que la
pulverización, la presión y la penetración del combustible con la uniformidad
de este en el interior de la cámara sea tal que halle el aire necesario para su
perfecta combustión.
Este sistema se divide en dos circuitos que son circuito de baja presión y
circuito de alta presión los cuales permiten que el combustible llegue desde el
tanque hacia la bomba de inyección además tiene como misión el entregar la
cantidad correcta de combustible limpio a su debido tiempo en la cámara de
18
2.3.3. DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE
Está compuesto de una boca de llenado con un tamiz que impide el ingreso
de grandes impurezas, contiene también la cañería de aspiración de
combustible y este a su vez contiene un pre filtro y otra cañería de retorno
(Martinez, 2000).
2.3.4. BOMBA DE ALIMENTACIÓN
Permite aspirar el combustible y llevarlo a la bomba inyectora a una presión
entre 1 y 2 kg/cm2 y a un caudal suficiente para cualquier condición de trabajo
del motor General mente sobre la bomba de alimentación se monta una
bomba manual de cebado usada tanto para llenar el circuito de combustible,
purgar el sistema cuando ingresa aire.
Válvula de retención asegura en todo momento el suministro a presión a la
bomba de inyección. Válvula de descarga limita la presión de entrada de
combustible a la bomba de inyección y permite el retorno del combustible
sobrante al depósito.
Válvula de rebose permite el retorno al depósito las burbujas de aire o de
vapores que contiene el combustible. Decantadores de Agua este elemento
elimina agua contenida en el combustible que dañaría los elementos de
inyección y altera la combustión (Martinez, 2000).
2.3.5. ELEMENTOS FILTRANTES
El filtro de combustible es un elemento fundamental para el buen
funcionamiento de un motor a diésel, permite que no ingrese partículas sólidas
al sistema de inyección ya que la tolerancia entre los elementos móviles de
las bombas de inyección y los inyectores llegan a ser del orden de 3 milésimas
de milímetros.
Su superficie lisa debe asegurar la estanqueidad para eliminar con mayor
19 se encuentra en la cañería de aspiración y a la entrada de la bomba de
alimentación y El filtro que se encuentra entre la bomba de alimentación y la
bomba de inyección
2.3.5.1. Tipos de Filtros
Filtro de tamiz metálico
Filtro de tándem o por etapas (Martinez, 2000).
En la figura 4 se observa un filtro de combustible y sus elementos filtrantes de
la marca Bosch.
Figura 4. Filtro de Combustible Diésel Simple (Bosch, Sistemas de Inyeccion Diesel , 2009)
2.3.5.2. Bomba de Inyección
Este tipo de bombas es de constitución muy robusta y de una fiabilidad
mecánica contrastada, sus inconvenientes es su tamaño, peso y que están
limitadas a un número de revoluciones que las hacen aptas para vehículos
pesados, pero no para turismos. Envía el combustible suficiente a una elevada
presión (entre 130 y 250 bar) pero en una cantidad muy pequeña y en el orden
establecido a cada inyector para que pueda ser introducido en el interior de la
cámara existen dos tipos de bombas de inyección Bomba de Inyección Lineal,
20
2.3.5.3 Bomba de Inyección Lineal
La bomba de inyección en línea basa su principio de funcionamiento en el
desplazamiento de un embolo de carrera total constante que se mueve
mediante un árbol de levas. El control cronológico de la alimentación de
combustible está a cargo del árbol de levas que se encuentra de la bomba de
inyección que junto con otros elementos como los inyectores forma el grupo
de inyección y están constituidos por:
Bomba de inyección se encarga de generar la alta presión necesaria
para que el combustible salga hacia la bomba de alimentación.
El regulador mecánico basa su funcionamiento en los efectos de la
fuerza centrífuga en ellos se disponen unas masas acopladas al árbol de levas
de la bomba de inyección, de manera que se desplacen, separándose, cuando
la velocidad de rotación del árbol de levas de la bomba aumenta.
Bomba de alimentación mecánica Se encarga de aspirar e impulsar el
combustible del depósito hacia la cámara de inyección de la bomba para que
sea enviado hacia los inyectores(Martinez, 2000).
En la figura 5 se observa en despiece de una bomba de inyección lineal con
sus principales elementos.
Figura 5. Bomba de Inyección Lineal
21
2.3.6. BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA CAV TIPO DPC
Cumple la misma función que una bomba de inyección lineal y algunos de sus
mecanismos son iguales sus principales diferencias se encuentran en el
sistema de reglaje de caudal máximo, la incorporación de una válvula
electromagnética de paro, la incorporación de un dispositivo de sobrecargo
para el arranque y un regulador MIN-MAX diferente (Martinez, 2000).
2.3.6.1 Dispositivo de Sobrecarga
Este dispositivo permite obtener a bajas revoluciones un caudal superior al
caudal de plena carga con el fin de facilitar el arranque, la sobrecarga se
consigue aumentando el desplazamiento máximo de los émbolos de bombeo.
2.3.6.2 Regulador de Revoluciones
El regulador es de tipo mecánico, que puede ser de regulación continua
MAX-MIN. En esta última posición presenta una última variación al incorporar un
muelle que tiene una palanca de tope de ralentí en vez de la de par de motor.
Electro válvula de paro permite el corte de paso de combustible a la válvula
dosificadora (Martinez, 2000). Como se observa en la figura 6
Figura 6. Bomba de Inyección Rotativa
22
2.3.6.3. Sistema de Inyección Common Rail
A diferencia de los sistemas convencionales con bombas individuales de
accionamiento directo, en este tipo de inyección que separado total mente la
generación de presión y la inyección, La presión de inyección se puede
generar independientemente del número de revoluciones de motor y de la
cantidad de combustible a inyectar pudiendo ser elegida dentro de
determinados límites gracias a una computadora que recibe información de
los diferentes sensores con los que cuenta el sistema (Martinez, 2000).
2.3.6.4. Funcionamiento del sistema
En este sistema por conducto común para generar presión se utiliza una
bomba de Alta presión, independiente mente del régimen y carga del motor.
El combustible es acumulado en el interior de un conducto de alta presión.
Una computadora es la encargada de controlar la duración de inyección, la
presión. Para ello utiliza una válvula electromagnética en cada uno de los
inyectores y diferentes sensores como son:
Sensor del pedal de acelerador
Sensor de posición del cigüeñal
Sensor del árbol de levas
Sensor de presión de sobrealimentación
Sensor de presión del Rail
Sensor de temperatura del líquido refrigerante y sensor de aire
Sensor de flujo de Aire
Gracias al sensor del pedal del acelerador la computadora interpreta el
deceso del conductor abriendo o cerrando la aleta de aceleración
dependiendo de la posición del pedal del acelerador.
El sensor de posición del cigüeñal y de revoluciones es utilizado junto al
sensor de poción del árbol de levas para conocer la posición y el tiempo del
23 El sensor de flujo de aire informa al conductor la cantidad de aire ingresado
al motor en el momento de aspiración para adaptar la combustión a los límites
exigidos por las normas de contaminación.
El sensor de temperatura de aire permite saber a la temperatura que ingresa
el aire a la cámara igual que el sensor de temperatura de aceite que permite
determinar la temperatura del motor. El sensor de presión de riel permite saber
la presión del combustible en el riel que alcanza un máximo de 1.600 bar
(Martinez, 2000).
En la figura 7 se observa los componentes principales del sistema de
inyección Common Rail
Figura 7. Sistema Common Rail (revistamotor.eu, 2012)
2.3.6.5. Combustión en Motores Diésel
La combustión en los motores a diésel se realiza a presión constante y en
motores a Otto se realiza a volumen constante, la mezcla de estos dos son
los que utilizan los nuevos motores a diésel. Existen dos tipos de inyección
24 se pueden clasificar en Motor con pre cámara de combustión, Motor con
cámara de turbulencia.
2.3.7. SISTEMAS DE INYECCIÓN
2.3.7.1. Sistemas de Inyección Directa
En este tipo de sistemas el combustible es Inyectado directamente en la
cámara de combustión que por lo general se encuentra en el pistón gracias al
inyector con múltiples orificios el diésel ingresa a una alta presión y no
necesita bujías de pre calentamiento como se observa en la figura 8.
Figura 8. Inyección Directa (Martinez, 2000)
2.3.7.2. Sistemas de Inyección Indirecta
Este sistema cuenta con una precamara donde se inyecta el combustible y en
la cual da inicio la combustión, General mente el inyector es de un solo orificio
encarado con el conducto estrecho que une la antecámara y la cámara
principal que es donde termina de realizarse el total de combustión este tipo
25 aire que ingresa a la pre cámara para la combustión como se observa en la
figura 9.
Figura 9. Tipos de Cámara de Inyección Indirecta (Martinez, 2000)
2.3.7.3. Factores para una Buena Combustión
-La diferencia de la temperatura del aire y la del autoencendido del
combustible inversamente proporcionales por lo que se refiere a velocidades
de encendido.
-La presión en la cámara de combustión factor que debe relacionar entre
combustible frio y aire caliente, intercambio de calor entre ellos y una
evaporación y por tanto encendido más o menos rápido.
-La pulverización del combustible cuanto más fino sean las partículas más
rápido se producirá la combustión (Martinez, 2000).
2.4. EFICIENCIA TÉRMICA DEL MOTOR DIÉSEL
Los motores diésel generan un poder térmico mayor que los motores gasolina
la eficiencia térmica se mide en porcentaje y revela como el motor utiliza el
combustible que se le proporciono. La mayoría de motores de combustión
26 causa una gran cantidad de calor junto con la potencia. El sistema de
enfriamiento tira el calor que no realiza trabajo útil en el motor.
El motor diésel tiene una eficiencia térmica del 55% aproximada mente esto
indicar que casi la mitad de combustible produce potencia y la otra mitad
produce calor (Davila, 2001).
Formula
η =
PUPC
[1]
Donde:
Pu: Potencia Útil en kilowatt (Kw)
Pc: Potencia de combustible en kilowatt (Kw)
(Yunus A. Çengel, 2011)
2.4.1. TORQUE Y POTENCIA MOTOR
El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, que
permite conocer que tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede
trabajar (Klapper, 2009).
Formula de potencia
𝑃 = 𝑀 × 𝑊
[2]
Donde:
P: Potencia en kilowatt (Kw)
M: Momento de Giro Newton metro (Nm)
W: Velocidad Angular (rad/s)
27
2.4.2. TORQUE
El torque del motor es una fuerza que crean los cuerpos en rotación, y es la
capacidad del motor para realizar un trabajo. También se la denomina como
el producto de la fuerza por la distancia (Par = Fuerza x Distancia), y se mide
en newton/metros.
En el motor de combustión interna produce una explosión por la mezcla de
aire y gasolina que empujan el pistón y envían un movimiento rectilíneo al
cigüeñal y este lo transforma en circular vertical en rotatorio, a continuación,
se plantea la fórmula de torque (Klapper, 2009).
Fórmula Torque
𝑇 = 𝑓 ∗ 𝑑 [3]
Donde:
f: Fuerza en Newton (N)
d: Distancia en metros (m)
T: Torque en Newton metro
(Yunus A. Çengel, 2011)
2.4.3. DENSIDAD
La densidad en el contorno de la química y de la física, la densidad es la
magnitud que refleja el vínculo que existe entre la masa de un cuerpo y su
volumen (WordPress, 2008).
Fórmula Densidad
𝑑 =
𝑚𝑣 [4]
28 m: masa en gramos
v: volumen en mililitros
(Yunus A. Çengel, 2011)
2.4.4. POTENCIA DE COMBUSTIBLE
Es la potencia que se suministra al motor por medio de la gasolina y se la
puede calcular de la siguiente manera:
Fórmula Potencia de Combustible
𝑃𝐶 = 𝐶𝑔 × 𝑑 × 𝑃𝑐𝑎𝑙
[5]
Donde:
Pc: Potencia Combustible kilowatt (Kw)
Cg: Caudal de gasolina litros (lts)
d: densidad Kilogramos / Litros (kg/lts)
Pcal: Poder calórico en kilo calorías/Kilogramos (kcal/kg)
29
3.
METODOLOGÍA
En este capítulo se analiza, se describe los diferentes métodos de
investigación que se aplicaron para el desarrollo del presente trabajo. Los
métodos investigativos aplicados a esta tesis son: Método investigativo,
Método Experimental, Método Cuantitativo.
La investigación científica permite buscar métodos de investigación más
apropiados, de acuerdo al tipo de investigación que se vaya a realizar, es por
ello, que la mezcla de un combustible natural como lo es el biodiesel y un
combustible derivado del petróleo como lo es el diésel han derivado a la
aplicación de los métodos de investigación antes referidos.
El método investigativo permitió profundizar en el tema central del trabajo,
recopilando la mayor cantidad de información sobre el biodiesel para conocer
la historia, características, producción, formula química del biodiesel y el
diésel que son los principales objetos de estudio, así como se investigara las
diferentes normas que regulan la producción del diésel y biodiesel en el
Ecuador. Otra parte fundamental de la investigación necesaria para el
desarrollo de la tesis son los componentes principales y funcionamiento de los
motores diésel, así como las fórmulas de eficiencia térmica, potencia y torque
las cuales serán utilizadas en el análisis de resultados. El método de
investigación permitirá cotejar diferentes teorías que representen en la
utilización del biodiesel y diésel en el funcionamiento de los automóviles
adicional mente este método ayudará también a reunir los parámetros
necesaria.
Con los datos obtenidos gracias al método investigativo se llegó a desarrollar
el objeto de este trabajo mezclando el diésel y biodiesel experimentando los
volúmenes de un combustible con el otro para logara 5 mezclas diferentes que
para ser utilizadas en una prueba de ruta de larga distancia para saber cuál
es la mejor combinación que necita el motor diésel antes de realizar la prueba
de ruta se realizó una inspección y chequeo mecánico al automóvil Hyundai
Terracan .Para así obtener datos que permitan realizar los cálculos para
30 Con los datos obtenidos gracias al método de experimentación e investigación
se calculó la densidad con la fórmula [4] ya que es un dato necesario para
calcular la potencia suministrada por el combustible otro cálculo realizado fue
la potencia útil con la fórmula [2] para conocer cuál es la potencia en
condiciones reales del vehículo de prueba usando diésel al 100% y para
calcular la eficiencia térmica en la formula [1] además se calculó la eficiencia
térmica con la fórmula [1] ya que indica como aprovecha el motor el
combustible que está utilizando y así se determinó cual es la mejor mezcla.
Con la ayuda del método cuantitativo para recoger, procesar y analizar los
datos obtenidos en la prueba de ruta sobre variables previamente
determinadas con los resultados obtenidos de esta prueba y los resultados
obtenidos gracias a los cálculos realizados se graficó curvas de potencia de
cada una de las mezclas de diésel y biodiesel para determinar si existe
disminución en la potencia con las diferentes mezclas y se realizó una curva
de potencia usando 100% diésel para comparar con las curvas obtenidas de
las diferentes mezclas. Así lograr encontrar la mejor mezcla diésel y biodiesel
para el correcto funcionamiento de un motor diésel en la ciudad de Quito, este
método también estudia la asociación o relación entre las variables que han
sido cuantificadas, lo que ayuda aún más en la interpretación de los
31
4.
ANÁLISIS Y RESULTADOS
En este capítulo se realizará los análisis de resultados obtenidos, mediante
las pruebas de ruta de las diferentes combinaciones de diésel y biodiesel
además se calculará la potencia suministrada en cada una de las mezclas de
diésel biodiesel.
4.1 EQUIPOS Y HERRAMIENTAS
En esta tesis se utilizarán diferentes tipos de máquinas y herramientas que
ayudarán a medir calcular probar para así obtener los resultados deseados en
la investigación.
4.1.2. VEHÍCULO DE PRUEBA
El vehículo de prueba fue escogido ya que cuenta con las siguientes
características:
Se encuentra en buen estado su motor, carrocería neumáticos y cuenta con los permisos necesarios para circular en la ciudad de Quito.
Posee un motor que pude usar combustibles alternativos como el biodiesel.
Permite realizar la conexión de manera fácil del tanque de prueba hacia la bomba ya que esto es necesario para realizar las pruebas de
la mezcla diésel biodiesel en diferentes proporciones.
El vehículo será parte fundamental en la investigación ya que con él se realizó
las pruebas de rutas con diferentes combinaciones de diésel y biodiesel para
determinar y conocer cuál es la mejor mezcla para un motor a diésel en la
ciudad de Quito.
El vehículo a utilizar es un Hyundai Terracan 2.5 4x4 año 2006 de color negro
con una bomba de inyección rotativa usa combustible diésel posee turbo
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Figura 10. Vehículo de Prueba
En las tablas 7 se observa las caracteristicas técnicas del vehiculo de prueba
como son potencia cilindrada torque rpm que serviran como datos para la
investigacion.
Tabla 7 . Ficha Técnica del Vehículo de prueba
Modelo Terracan
Motor
2.5 TD (100 Hp)
Numero de puertas
5
Potencia máxima
100 CV /3800rpm.
Velocidad máxima
145 (145) km/h
Aceleración 0 - 100 km/h
19.1 (20.1) s
Capacidad depósito
75 l
Año de la puesta en
producción 2001 años
tipo Coupe
Todoterreno
Número de plazas
5
Longitud
4710 mm.
Anchura
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Tabla 7. Ficha Técnica del Vehículo de prueba Continuación
Distancia entre ejes
2750 mm.
Vía delantera
1500 mm.
Vía trasera
1500 mm.
Capacidad maletero min.
1170 l
Capacidad maletero max.
1955 l
Posición del motor
Longitudinal
Cilindrada -real-
2477 cm3
Par máximo
240 Nm /2000rpm.
Sistema de combustible
Diésel common
Turbina
turbocompresores
Distribución
OHC Construcción de los
cilindros inline
Número Cilindros
4
Diámetro del cilindro
91.1 mm.
Recorrido del cilindro
95 mm.
Ratio de compresión
21
Número de válvulas por
cilindro 2
Combustible
Diésel
Drive Tracción en las cuatro
ruedas (4x4)
Número de engranaje
(transmisión manual) 5