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Nury Sanchez Hernandez
1
y Abdel Galvez
2
Recibido: 29/02/2024 y Aceptado: 11/07/2024
ENERLAC. Volumen VIII. Número 1. Junio, 2024
ISSN: 2602-8042 (impreso) / 2631-2522(digital)
1.- MAN ENERGY SOLUTIONS, Alemania
Regional Sales Manager (LATAM) (Retrots & Upgrades)
nury_lizbeth@yahoo.com
2.- Sinergia Ingenieria, S.A.
Managing Director
abdel.galvez@gmail.com
Eciency and emissions of the compression-ignition
internal combustion engine powered by vegetable oils
Eciencia y emisiones del motor de
combustión interna de encendido por
compresión impulsado por aceites
vegetales
92
93
Las nuevas estrategias energéticas que tienen los diferentes países a nivel mundial suponen un reto
e impulso para las industrias y los investigadores, obligándolos a encontrar nuevas soluciones para
satisfacer la demanda energética atendiendo las nuevas demandas ambientales. El uso de aceites
vegetales y aceites de cocina usados se ha estudiado últimamente como combustibles alternativos
para motores diésel en algunas aplicaciones como el transporte, la generación de energía, la propulsión
híbrida o marina. La Organización de las Naciones Unidas (ONU), tiene como objetivo limitar el
calentamiento global a 1,5 °C, para lograr esta tarea, se requerirían transiciones “rápidas y de gran
alcance” en tierra, energía, industria, edicios, transporte y ciudades. Las emisiones netas globales
de CO2 producido por el hombre tendrían que reducirse en un 45% para 2030 con respecto a los
niveles de 2010, y continuarían disminuyendo hasta alcanzar el “cero neto” alrededor de 2050. Hay
que tener en cuenta que los aceites vegetales se pueden producir en casi todas partes en plantas
relativamente pequeñas y en cuanto a los aceites de cocina usados, estaríamos contribuyendo con
el uso de un material de desecho que debe ser eliminado. El presente trabajo se centrará en una
revisión bibliográca de artículos cientícos, así como de literatura de relevancia para el tema estudiado
buscando enfocarse en las soluciones que presenta el mercado utilizando motores de combustión
interna cuyo combustible es a base de aceites vegetales.
The new energy strategies that dierent countries have worldwide entail a challenge and impulse for
industries and researchers, forcing them to nd new solutions to meet energy demand by meeting new
environmental demands. The use of vegetable oils and used cooking oils are studied lately as alternative
fuels for diesel engines in some applications such as transportation, power generation, hybrid or marine
propulsion. The United Nations (UN), aims to limit global warming to 1.5 ° C, to achieve this task, would
require “rapid and far-reaching” transitions in land, energy, industry, buildings, transport and cities.
Global net emissions of man-made CO2 would have to be reduced by 45% by 2030 from 2010 levels,
and continue to decline until reaching “net zero” by about 2050. Keep in mind that vegetable oils can
be produced almost everywhere in relatively small plants and as for used cooking oils, we would be
contributing with the use of a waste material that must be eliminated. The present work will focus on a
bibliographic review of scientic articles, as well as literature of relevance to the subject studied seeking
to focus on the solutions presented by the market using internal combustion engines whose fuel is
based on vegetable oils.
PALABRAS CLAVE: Generación de energía, Biocombustribles, Aceites Vegetales, Motores de Com-
bustion Interna (CI)de encendido por compresión, SVO (Aceite Vegetal Puro), WCO (aceite de cocina
usado), HVO (Aceite Vegetal Hidrogenado).
KEYWORDS: Power Generation, Biofuels, Vegetable Oils, Compresion-Ignition Internal Combustion,
Engines (IC), SVO (Straight Vegetable Oil), WCO (Waste Cooking Oil), HVO (Hydrogenated Vegetalbe
Oil).
Resumen
Abstract
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Los biocombustibles líquidos son conocidos
desde el comienzo de la revolución industrial.
Biocombustibles se derivan de un material
biológico y puede ser producido desde cualquier
fuente de carbón, usualmente plantas, pero
también las hay de origen animal. Las fuentes
típicas de biocombustible liquido probadas son
aceites de varias semillas aceiteras, tales como
el aceite de palma, estearina de palma, aceite
de colza, aceite de girasol y aceite de jatropha
(piñón) también como aceites no vegetales y
grasas del pescado, aves de corral y animales
terrestres. Biocombustibles líquidos altamente
renados, como los producidos a través de la
transestericación de aceites vegetales o grasas
animales son también aprobados en motores
de combustión interna. Es en el sistema de
alimentación de combustible donde las mayores
investigaciones para la mayoría de los motores de
velocidades medianas toman lugar.
Las plantas de motores que operan con
biocombustible líquido nacen como una
alternativa para suplir de una energía estable a la
red, ya que algunas soluciones de energía limpias
como la generación solar y eólica que dependen
directamente de las condiciones climáticas del
momento.
Motivados por el crecimiento de la población, la
preocupación por el agotamiento de las reservas
de petróleo y por el deterioro ambiental, se ha
impulsado el desarrollo de energías alternativas
basadas en recursos renovables y menos
contaminantes, como la luz solar, las mareas, el
agua y la biomasa.
El uso de aceite vegetales para el funcionamiento
de los motores de combustión interna es un área
en la que se sigue desarrollando investigaciones, a
pesar de que su uso ha venido de los años 1900.
Es importante conocer las propiedades de los
materiales de las piezas que están confeccionados
1. INTRODUCCIÓN
2. ANTECEDENTES
Los aceites vegetales usados contienen sólidos y
ácidos grasos libres debido a la descomposición
del aceite durante el proceso de fritura. Los
residuos de aceite usados se vuelven dañinos
para el medio ambiente, como contribución a
este remedio, la recuperación se convierte en una
necesidad.
(Tadashi Murayama, 1995) La utilización de
biocombustibles en motores diésel no es una
práctica reciente. El motor Diesel original que
Rudolph Diesel diseñó funcionaba con aceite
vegetal. Usó aceite de maní para alimentar uno de
sus motores en la Exposición de París en 1900.
En 1911, el Dr. Rudolf Diesel fue citado diciendo:
“El motor Diesel puede ser alimentado con aceites
vegetales y ayudaría considerablemente en el
desarrollo de la agricultura de los países que lo
utilizarán”.
estos motores y su comportamiento cuando se
exponen a las variaciones del aceite vegetal.
Los aceites vegetales se pueden obtener a partir
de más de 300 especies vegetales. El hecho
de que también se pueda reciclar a partir de
la transformación del aceite vegetal usado ha
cobrado fuerza ante la necesidad de descartar
este aceite, procedente principalmente de
negocios de comida frita.
Uno de los datos más relevantes en la historia
es que en la década de los 70, muchos países
desarrollados enfrentaron una crisis en el
95
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
suministro de combustibles derivados del petróleo.
Esto desencadeno que se despertara el interés
nuevamente por la búsqueda de combustibles
alternos.
¿Por qué es importante hacer esta
investigación?
Es importante dado que hoy en día tenemos
problemas mundiales tanto de calentamiento
global, como dependencia del petróleo el cual
es controlado por países en especíco. Tener
el conocimiento de que elementos que son de
uso diario y domestico pueden ser reciclados y
aprovechados como fuente de alimentación para
motores de combustión nos permite ahorros
económicos y reducción en la contaminación
del medio ambiente. El proceso de obtener
aceite vegetal también es menos complejo que
el del petróleo, lo que permite que países no
desarrollados puedan producir su biocombustible
y se podría buscar una independencia del
monopolio de combustibles fósiles que se tiene.
• Reconocer la eciencia y emisiones del motor de
combustión interna de encendido por compresión
(MEC) impulsado por aceites vegetales.
• Explorar los métodos de uso de aceite vegetal
en el motor de combustión: Aceite vegetal
directamente empleado (SVO), Uso de aceites
residuales de cocina (WCO) y Aceite vegetal
hidrogenado (HVO).
• Comparar la eciencia del motor de combustión
impulsado por aceites vegetales versus similares
impulsados a diésel.
• Presentar los aspectos relacionados al
mantenimiento y ciclo de vida del motor de
combustión impulsado con aceites vegetales.
3.1 Objetivo General:
3.2 Objetivos Especícos:
• Mostrar los retos de la temperatura sobre la
viscosidad del aceite vegetal y el combustible
diésel en el encendido del motor.
• Estudiar el impacto de los aceites vegetales en
los motores desde el punto de vista de combustión
y control de emisiones
96
4. MOTOR DE COMBUSTIÓN IMPULSADO POR
ACEITE VEGETALES ENFOQUE GENERAL.
Los biocombustibles de primera generación para
motores diésel se producen a partir de aceites
vegetales. Las fuentes de energía renovables
y alternativas son cada vez más exigentes y
necesarias debido a los aumentos en los precios
del petróleo crudo y las emisiones de gases de
escape debido a los combustibles fósiles en todo
el mundo. En segundo lugar, los biocombustibles
producto de aceites vegetales, son renovables
ya que las hortalizas que producen semillas
oleaginosas se pueden plantar año tras año.
En tercer lugar, son “más verdes” para el medio
ambiente, ya que rara vez contienen elementos
de azufre en ellos. Esto hace que los estudios de
combustibles vegetales se vuelvan actuales entre
las diversas investigaciones populares.
Lo mismo ocurre con la evaluación del rendimiento
de los motores diésel cuando se alimentan
con aceites vegetales. Se han realizado varias
investigaciones y los resultados de las pruebas
han demostrado que los aceites vegetales son
sustitutos factibles del combustible diésel. El
principal problema del uso de aceites vegetales
en motores diésel es la alta viscosidad de dichos
combustibles. Los métodos químicos y térmicos
son las dos técnicas para reducir la viscosidad de
los aceites vegetales.
El método térmico utiliza el precalentamiento de
los combustibles, lo que aumenta la temperatura
y reduce la viscosidad. La mezcla de combustible
tiene la ventaja de mejorar el uso del combustible
de aceite vegetal con un procesamiento mínimo
del combustible y sin modicaciones en el motor.
Los aceites vegetales poseen casi los mismos
valores calorícos que el combustible diésel. Pero
una gran desventaja de los aceites vegetales es
su alta viscosidad inherente.
Los motores diésel modernos tienen sistemas
de inyección de combustible que son sensibles
a los cambios de viscosidad. La alta viscosidad
puede conducir a una atomización deciente del
combustible, a una combustión incompleta, a la
coquización de los inyectores de combustible, a
la carbonización del anillo y a la acumulación de
combustible en los combustibles lubricantes.
Como lo arma (Vrabie et al, 2016), las grasas
y aceites (lípidos) consisten en 95-98% de
triglicéridos. Los componentes menores presentes
en los aceites incluyen ácidos grasos libres, mono
y diglicéridos, fosfolípidos, tocoferoles, esteroles,
colorantes naturales, así como compuestos
olorosos más o menos volátiles.
Los triglicéridos están compuestos por una
molécula de glicerol estericada con tres
moléculas de ácidos grasos similares o diferentes.
Una veintena de ácidos grasos se encuentran en
la naturaleza y sus numerosas combinaciones
posibles con las tres funciones alcohólicas
del glicerol producen una amplia variedad de
triglicéridos y, por lo tanto, de aceites.
97
5. MÉTODOS DE UTILIZACIÓN DE ACEITE VEGETAL COMO
COMBUSTIBLE:
5.1 Aceite vegetal directamente empleado (SVO)
El uso de aceites vegetales como combustible
diésel depende de los precios del mercado
mundial de los productos minerales y, por lo tanto,
es de especial interés en la actualidad solo para
los países con un gran exceso de producción
de aceites vegetales. Es esencial medir tres
parámetros característicos para garantizar que el
combustible utilizado es realmente aceite vegetal
puro y para conrmar el origen vegetal: densidad,
viscosidad y valor de yodo.
La especicación de densidad es adecuada para
excluir materiales distintos del aceite vegetal o
para detectar mezclas de aceite vegetal con
otros líquidos (productos derivados del petróleo,
glicerol, etc.). La densidad de los aceites vegetales
es ligeramente variable entre 900 y 960 kg/m3.
La viscosidad de los aceites vegetales directos
(SVO) es mucho mayor que la del combustible
diésel: aumenta con la longitud de la cadena de
carbono. La alta viscosidad de SVO causa una
disminución en la tasa de inyección debido a las
pérdidas de presiones en las bombas de inyección
de combustible, ltros e inyectores, la mala
atomización del combustible y la vaporización
por parte de los inyectores, lo que conduce a una
combustión incompleta dentro de la cámara de
combustión.
Esto da como resultado una menor eciencia
termodinámica y un aumento en las emisiones
de hollín y las partículas. La viscosidad es un
indicador rápido de la calidad del combustible
antes de su uso, especialmente si la naturaleza
de la materia prima no se conoce bien, o si el
aceite podría haberse deteriorado o polimerizado
durante el almacenamiento.
Gran cantidad de publicaciones indican que el
uso de SVO reduce la vida del motor, a causa de
una acumulación de depósitos de carbono dentro
del motor y también por los impactos negativos
del SVO sobre el lubricante del motor. Tanto los
depósitos de carbono como la acumulación
excesiva de SVO en el lubricante son causadas
por el alto punto de ebullición y la viscosidad
del SVO cuando se compara con el punto de
ebullición del combustible diésel.
Comparado con el combustible diésel, todos
los aceites vegetales son mucho más viscosos,
mucho más reactivos a oxígeno y tienen una
mayor temperatura de enturbiamiento y punto de
vertido. Los motores diésel con aceites vegetales
ofrecen un desempeño y emisiones aceptables en
el motor por periodos cortos. El uso a largo plazo
genera problemas operativos y de durabilidad.
98
5.1.1 Impacto en la combustión del motor al usar aceites directamente (SV)
La alta viscosidad de los aceites modica
radicalmente los fenómenos asociados a la
pulverización del combustible y por tanto el tiempo
de combustión, ya perturbado por el bajo índice
de cetano de estos aceites, muy por debajo del
límite 51 impuesto por la norma Diesel EN 590.
Los aceites vegetales contienen cantidades
signicativas de oxígeno. Sus características de
encendido son, por ejemplo, un mal arranque del
motor en frío, fallos de encendido y retardo del
encendido, y este último incluye una combustión
incompleta. Los depósitos de carbón alrededor
del oricio de la boquilla, las ranuras superiores
del segmento del pistón y los segmentos del
pistón son los principales problemas durante el
uso de aceite vegetal como combustible.
Además, algunas de las dicultades mencionadas
anteriormente se amplicarán aún más con
las mejoras en las tecnologías de los motores
diésel. El uso directo de aceites vegetales con
tecnologías actualmente en desarrollo será cada
vez más crítico.
Según (Sisi et al, 2020), se registraron las
características de rendimiento y emisión de los
combustibles SVO y se compararon con las del
combustible diésel puro, este estudio presentado
busca atender la demanda por combustible
sustentable en la isla de Vanatu.
El par aplicado en el motor se mostró y registró
en el software de monitoreo Dynosoft conectado
a un transductor de celda de carga electrónica
conectado a la unidad de dinamómetro. La
conguración experimental, que se muestra en
la Figura 1, consistía en un banco de pruebas
del motor con tres fuentes de suministro de
combustible que constaban de dos cilindros de
2000 ml y uno de 250 ml ubicados sobre el motor
y que tenían tres válvulas de salida separadas.
99
5.1.2 Metodologia
En este estudio se emplea un motor QC386D con
las siguientes características:
Cuatro aceites vegetales diferentes: coco, coco
virgen, Tamanu y Nangae se obtuvieron de
Vanuatu. Los aceites de coco, tamanu y nangae
se extrajeron de las nueces secas utilizando el
método de prensado de tornillo, mientras que
el aceite de coco virgen se extrajo del molino de
copra que no se expuso a mucho calor.
Las plantas de Tamanu y Nangae no son comunes
y las pruebas de los aceites de estas plantas
como SVO contribuirán a los esfuerzos globales
En cada carga ajustada, se registraron lecturas
de consumo de combustible en mililitros por
segundo, propiedades de los gases de escape
con el analizador de gases y los datos de rpm,
potencia de frenado, temperatura de los gases
de escape, temperatura ambiente, temperatura
del aire de admisión, temperatura del refrigerante
del motor, torque y presión de aceite que se
mostraban en la computadora con el software
Dynosoft. Combustibles SVO con la válvula de
suministro de combustible diésel cerrada durante
el proceso de lectura y registro.
Los combustibles diésel y SVO se utilizaron para
impulsar el motor con una relación de compresión
constante y rpm variables y se realizaron los análisis
de rendimiento y emisiones. En cada prueba, se
midieron las rpm, la potencia de frenado, el par, la
para encontrar nuevos combustibles renovables.
Los cuatro aceites anteriores se probaron como
aceites vegetales directos por sus propiedades,
así como por sus características de rendimiento y
emisiones utilizando un motor diésel.
temperatura de los gases de escape y las emisiones
de gases de escape, en particular monóxido de
carbono, óxidos de nitrógeno, dióxido de carbono,
dióxido de azufre y oxígeno.
En cada condición de operación, se obtuvieron
las características de rendimiento y los niveles
de emisión de escape y se repitió el mismo
procedimiento para otras cargas. La repetibilidad
de las mediciones de emisiones de gases de
escape fue del 61%.
Los resultados encontrados, según (Sisi et al),
mostraron que la viscosidad cinemática de los
SVO es más alta que el diésel, mientras que la
densidad para TMO (tamanu oil) resultó ser la
más alta de todos los aceites probados y fue
aproximadamente un 10 % más alta que el diésel.
100
El poder caloríco de todos los SVO es menor que
el del diésel, lo que normalmente se debe al mayor
contenido de oxígeno de los biocombustibles. Se
puede ver que la viscosidad cinemática de todos
los SVO disminuye signicativamente cuando
la temperatura se incrementó de 28 a 73°C. La
Debido a la necesidad de adaptar el tiempo de
combustión, el uso de aceites vegetales en los
motores diésel generalmente conduce a un mayor
nivel de Monóxido de carbono (CO), Hidrocarbono
(HC) y Materia Particulada (PM). En cambio, debido
a su combustión más lenta y a las temperaturas
más bajas en la cámara de combustión, los aceites
vegetales reducen las emisiones de NOx. Las
diferencias pueden aumentar con el kilometraje,
la edad de la tecnología del motor y el grado de
obstrucción del motor. También se han realizado
experimentos sobre el uso de aceites vegetales en
mezclas.
Según Vrabie et al, en su estudio se realizaron
pruebas con mezclas 25/75 de aceite de girasol o
cártamo en gasóleo. En el experimento, las pruebas
se han llevado a cabo para evaluar el rendimiento
y las características de emisión de gases de un
motor diésel alimentado con aceite vegetal y sus
reducción de la viscosidad de los SVO fue mayor
que la del diésel.
5.1.3 Impacto en las emisiones
mezclas de 25%, 50% y 75% de aceite vegetal
con combustible diésel ordinario por separado.
Se selecciona un motor diésel de la serie Lister
Petter T para el estudio y se monta en un banco de
pruebas. El motor es del tipo TS2, de 9,5
KW de capacidad, régimen jo, refrigerado por aire
e inyección directa.
La Figura 5 muestra la comparación de las
emisiones de CO de diferentes combustibles con
diferentes cargas del motor. Dentro del rango
experimental, las emisiones de CO del aceite
vegetal y las mezclas de aceite vegetal y diésel son
casi todas más altas que las del combustible diésel
puro. Solo en el punto de plena carga del motor,
las emisiones de CO2 del aceite vegetal y de las
mezclas de aceite vegetal/combustible diésel fue
inferiores a las del combustible diésel.
101
Esto se debe posiblemente a dos factores:
• Primero, a plena carga del motor, la
temperatura en el cilindro del motor es más
alta, lo que hace que el aceite vegetal y se
mezcle sea más fácil de atomizar, se puede
lograr una mejor mezcla de aire / combustible
y luego una mejor combustión;
• Segundo, el contenido de oxígeno en
el aceite vegetal hace que sea más fácil
quemarlo a mayor temperatura en el cilindro.
En el rango de carga total del motor, las emisiones
de CO2 del combustible diésel son más altas que
las de los otros combustibles, según se puede
apreciar en la gura No. 6. Esto se debe a que
el aceite vegetal contiene el elemento oxígeno; el
contenido de carbono es relativamente menor en
el mismo volumen de combustible consumido al
mismo tiempo carga del motor, en consecuencia,
las emisiones de CO2 del aceite vegetal y sus
mezclas son menores.
102
Las emisiones de HC del aceite vegetal y las
mezclas de combustible diésel y vegetal son más
bajas que las del combustible diésel, excepto
que el 50 % del aceite vegetal con la mezcla de
combustible diésel al 50 % es un poco más alta
que la del combustible diésel.
A medida que las fuentes de combustibles fósiles
convencionales no renovables se agotan día
a día, los investigadores están continuamente
encontrando nuevas formas de producir y utilizar
combustibles alternativos, renovables y conables.
Debido a las tecnologías convencionales, el
medio ambiente se ha degradado gravemente,
lo que afecta profundamente la vida en la tierra.
Para reducir las emisiones causadas por el
funcionamiento de los motores de encendido por
compresión, el biocombustible producto aceite
de cocina usado (WCO) es uno de los mejores
combustibles alternativos disponibles localmente
en todas partes del mundo.
Se revisan diferentes resultados del estudio
con un claro enfoque en las características de
combustión, rendimiento y emisiones, y el impacto
en la durabilidad del motor. Además, los impactos
ambientales y económicos también se revisan en
este estudio. Al determinar las características de
combustión del biocombustible de WCO, el valor
de presión máxima del cilindro aumenta y la tasa
de liberación de calor y el período de retardo de
ignición disminuyen.
En las características de rendimiento, el consumo
de combustible especíco del freno aumenta
mientras que el consumo de energía especíco del
freno, la potencia de frenado y el par disminuyen.
Reducción del biocombustible de WCO el valor de
las emisiones en un 85% debido a la disminución
de las emisiones de hidrocarburos, SO2, CO y
humos de escape que salvarán efectivamente
el medio ambiente. Sin embargo, el CO2 y el
NOx generalmente aumentan en comparación
con el diésel. Desde la perspectiva del impacto
económico general de la producción en la utilización
de este recurso, el uso de este biocombustible es
económicamente viable debido a la disponibilidad
esperada, el bajo costo de procesamiento y ninguna
modicación requerida en el diseño o la estructura
de la compresión - ignición de los motores.
De acuerdo a lo expuesto por (Yacoob et al, 2021),
WCO no se usa directamente en el motor de
5.2 Uso de aceites residuales de cocina (WCO)
103
encendido por compresión debido a la diferencia
de viscosidad y numero de ácido. Sin embargo,
otras propiedades también varían del diésel de
petróleo. En general, el calor de combustión,
el índice de cetano, la viscosidad y los puntos
de fusión de los ácidos grasos disminuyen con
la insaturación y aumentan con la longitud de
Hay muchas formas de procesar el aceite de
cocina usado (WCO), entre ellos los métodos de
hidrolisis, estericación y el de transestericación.
Estos tratamiento hace que los WCO sean
más compatible con motores de encendido
por compresión modicando las propiedades
sicoquímicas. Estas propiedades modicadas
la cadena. Los hallazgos signicativos de las
propiedades sicoquímicas del aceite de cocina
usado se analizan en la tabla 2.
Tabla 2. Propiedades sicoquímicas del biocombustible de aceite de cocina usado mezclado con
combustible diésel en motores diésel.
afectan las características de pulverización del
combustible, transformándose las características
de combustión cuando se quema en el motor.
104
5.2.1 Características de la combustión
5.2.2 Características de desempeño
Según los resultados expuestos por (Yaqoob et al,
2021), en sus investigaciones, la presión del cilindro
es uno de los factores críticos que determinan
el rendimiento del motor, ya que se utiliza para
calcular cuánto trabajo se transere de los gases
quemados al pistón. La presión del cilindro se
mide usando algunos sensores de desplazamiento
sosticados y medidores de tensión. Se mide en
términos de la presión efectiva media indicada
(IMEP), que es la relación entre la producción
de trabajo y el volumen de barrido del motor o
la presión máxima del cilindro (CPP). El retardo
de encendido se dene como el período entre el
inicio de la inyección de combustible y el inicio
de la combustión, que es uno de los parámetros
fundamentales para cuanticar la combustión.
El retardo de ignición (ID) se dene como el período
comprendido entre el inicio de la inyección de
combustible y el inicio de la combustión, que es uno
de los parámetros fundamentales para cuanticar
la combustión.
Debido a la alta viscosidad de los biocombustibles
WCO, las mezclas también se vuelven más viscosas
que el diésel puro, lo que afecta la atomización
del combustible durante la inyección y perturba la
pulverización prolongada, reduciendo el torque del
motor. Las características del rociado juegan un
papel importante en el rendimiento del motor y las
emisiones de escape., algunos de los combustibles
pueden requerir ligeras modicaciones en el diseño
del motor, como el diseño de la caja del pistón,
debido a las diferencias en las características de
pulverización e inyección. Todas estas mejoras
pueden mejorar la salida del par motor para los
combustibles combinados con
biocombustibles de WCO.
La potencia de frenado se reduce al usar la mezcla
de biocombustible de WCO en comparación con
el diésel de petróleo. Esto se debe al pequeño
poder caloríco del estos. El BSFC (Brake-specic
fuel consumption) se dene como la cantidad de
El período ID prolongado corresponde a la
intensidad de la tasa de liberación de calor de
la fase de combustión premezclada, ya que la
cantidad de mezcla de aire y combustible aumenta
con el tiempo. El ID limita el rango de operación
y combustión del motor de CI. Un período de ID
prolongado puede provocar una temperatura y una
presión muy altas en el interior del cilindro al nal
de la carrera de compresión. Una vez que naliza
el período de retardo de encendido, el proceso
de combustión comienza a partir de la tasa de
liberación de calor, que cambia de negativo a
positivo con un ángulo de manivela.
El efecto de una rata de liberación de calor (HRR)
más alta en la fase de combustión premezclada
para las mezclas de biocombustible de WCO se
observa en forma de presión de cilindro alta. Valor
de HRR y las mezclas posteriores, aunque la
presión del cilindro suba en su caso.
combustible consumido para producir una unidad
de potencia, que es una medida del rendimiento
económico del motor. Usando B100, el BSFC de
un motor diésel es relativamente más alto que
usando combustible B0.
El valor BSFC disminuye al aumentar la carga del
motor porque se reduce la pérdida de calor. El
consumo de energía especíco del freno es otro
factor valioso para observar combustibles de
diferentes valores calorícos en un motor de CI. Los
hallazgos signicativos, expuestos por (Yaqoob
et al, 2021), de las características de rendimiento
del aceite de cocina usado en un motor diésel se
analizan en la Tabla 3.
105
El resumen de la investigación muestra que el
torque motor, BP (brake power) y BSEC (brake-
specic energy consumption) disminuyen al usar
estos biocombustibles y mezclas, y el valor BTE
Tabla 3. Características de rendimiento del biocombustibles de aceite de cocina usado mezclado
con combustible diésel en motores diésel.
(Brake thermal eciency) disminuye o aumenta
según condiciones de funcionamiento, como la
presión de inyección y la geometría de la boquilla
de pulverización.
106
5.2.3 Características de las emisiones
La cantidad de Hidrocarbono (HC) no quemado
en el escape depende del máximo de aire y
combustible dentro del cilindro del motor. La
mayor demora en el encendido también puede
causar una alta emisión de HC a medida que
el combustible se acumula en la cámara de
combustión. La cantidad de emisiones de HC
disminuye para las proporciones más altas de las
mezclas de biocombustibles de WCO en todas
las cargas del motor debido al mayor contenido
de oxígeno y al mayor índice de cetano. La
menor emisión de HC asegura que la combustión
sea perfecta con una buena atomización del
combustible.
En el artículo publicado por Yaqoob et al, se informa
sobre el descubrimiento de que las emisiones
totales de hidrocarburos aromáticos policíclicos en
el motor EURO II eran menores cuando se usaba
biocombustibles de WCO. El motor EURO IV no
mostró un cambio signicativo en las emisiones
de PAH y PCDD/F (polychlorinated dibenzo-p-
dioxins y dibenzofurans).
La cantidad de CO en las emisiones del motor está
directamente relacionada con las propiedades
sicoquímicas del combustible, como la
temperatura máxima dentro del cilindro del motor,
la relación aire-combustible, el tiempo disponible
para la combustión completa y la disponibilidad
de oxígeno a alta velocidad del motor. Sin
embargo, la mayor viscosidad de las mezclas de
WCO generalmente aumenta las emisiones de
CO debido a la menor.
atomización en los motores no modicados.
Con cargas más bajas, la emisión de CO es
incluso menor que la del diésel, pero aumenta con
las cargas más altas. La emisión de CO2 depende
principalmente de la relación de compresión y
la temperatura de los gases de escape. A una
rata de compresión (CR) más baja, el contenido
de emisiones es alto debido a una combustión
adecuada. La cantidad de NOx aumenta al
aumentar la carga del motor, independientemente
del combustible que se utilice.
La temperatura máxima del cilindro está
directamente relacionada con la temperatura
adiabática de la llama, que controla la tasa de
emisión de NOx. La reducción de la emisión de
óxidos de nitrógeno es uno de los principales
objetivos de los investigadores de motores.
Generalmente, la emisión de NOx aumenta con
un aumento en CR. La cantidad de humo en
las emisiones de escape del motor se debe a la
combustión incompleta del combustible, y los
motores con menor emisión de humo son signos
de una buena combustión del combustible.
La emisión de humo aumenta con el aumento de
la potencia de salida debido a que se quema más
combustible dentro del motor, aplicado a todos
los combustibles. A 0 km, el motor B20 mostró
emisiones de HC, PM y CO más bajas que el
motor B. El efecto de las propiedades físicas y
químicas transformadas también se observa en
las características de emisión del combustible.
Para resumir las características de las emisiones, se
puede decir que las emisiones de biocombustibles
de WCO se reducen y tienen un impacto positivo
en el medio ambiente mediante la reducción de
las emisiones de CO2 equivalente.
107
5.2.4 Impactos ambientales
Las emisiones globales de GEI registraron un
record de 54,4 GtCO2 en 2022. Según las
Naciones Unidad en su informe de Brecha de
Emisiones de 2023, las emisiones mundiales de
GEI aumentaron un 1,2% de 2021 a 2022 hasta
alcanzar un nuevo récord de 57,4 gigatoneladas
de CO2 equivalente (GtCO2e) (gura ES.1).
Todos los sectores, excepto el transporte, se
han recuperado plenamente de la caída de las
emisiones inducida por la pandemia de COVID-19
y ya superan los niveles de 2019. Las emisiones
de CO2 procedentes de la combustión de
combustibles fósiles y los procesos industriales
fueron los principales contribuyentes al aumento
general, representando alrededor de dos
tercios de las emisiones actuales de GEI. Las
emisiones de metano (CH4), óxido nitroso
(N2O) y gases uorados (gases F), que tienen
un mayor potencial de calentamiento global
De todos los recursos energéticos que contribuyen
a la demanda mundial de energía, la porción
de petróleo crudo es la más alta de todas. Los
productos nales del petróleo crudo incluyen gas
combustible, GLP, queroseno, gasolina, diésel, fuel
oil y nafta. Las emisiones de CO2 equivalente del
diésel es de 87 g/MJ y el de los biocombustibles
de WCO es de 13 g/MJ (Yaqoob et al, 2021).
y representan aproximadamente una cuarta
parte de las emisiones actuales de GEI, están
aumentando rápidamente: en el V Informe sobre
la Brecha de Emisiones 2023: Récord Batido
2022, las emisiones de gases uorados crecieron
un 5,5 %, seguidas de las de CH4 con un 1,8
% y de N2O con un 0,9 %. Según las primeras
proyecciones, las emisiones netas mundiales de
CO2 por el uso de la tierra, el cambio de uso de
la tierra y la silvicultura (UTCUTS) se mantuvieron
estables en 2022. Las emisiones y absorciones
de CO2 del UTCUTS siguen teniendo las mayores
incertidumbres de todos los gases considerados,
tanto en términos de sus cantidades absolutas
como de sus tendencias (Division et al, 2023).
Esto demuestra que los biocombustibles y
mezcla de WCO provoca un 85 % menos de
emisiones que el diésel. De acuerdo con Yaqoob
et al, utilizando WCO como biocombustible, la
contaminación se controla mediante la reducción
de aguas residuales en un 79%, la reducción de
desechos peligrosos en un 96%, la reducción de
partículas en un 47% y las emisiones de HC en
un 67%.
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Por lo expuesto por (Hunicz et al, 2021) el aceite
vegetal hidrogenado (HVO) es un diésel renovable
que se puede producir a partir de varios aceites
y grasas vegetales que contienen triglicéridos y
ácidos grasos. El término HVO se utiliza para los
combustibles diésel renovables derivados de la
hidrogenación y el hidro craqueo de diferentes
materias primas, como el aceite alto, el aceite
de colza, el aceite de cocina usado y las grasas
animales.
HVO también se conoce como ésteres hidro
procesados y ácidos grasos (HEFA). En general,
tiene propiedades químicas similares a las del
diésel fósil. Algunas diferencias son que tiene una
densidad y contenido de energía más bajos que
el diésel fósil. HVO está libre de azufre, oxígeno e
hidrocarburos aromáticos, y tiene un alto número
de cetano. Hoy en día es la segunda alternativa
de diésel renovable más grande del mundo y se
mezcla con diésel fósil que se vende como mezclas
en estaciones de servicio de combustible.
HVO tiene una composición química bastante
similar al combustible diésel fósil y se puede utilizar
como combustible renovable en vehículos con
motor diésel existentes (puros o mezclados). HVO
se considera un sustituto del diésel de alta calidad
y, por lo tanto, a menudo se conoce como diésel
renovable. HVO es un combustible diésel parafínico
y se especica en la norma EN 15940: 2016, que
cubre los productos HVO y Fischer-Tropsch GTL
hidro tratados que contienen hasta un 7,0 % (V / V)
de éster metílico de ácidos grasos (FAME).
5.3 Aceite vegetal hidrogenado (HVO)
Las normas de combustible diésel, como EN 590
y ASTM D 975, se cumplen con altas relaciones de
mezcla de HVO. Las normas de biodiésel (FAME)
no son aplicables para HVO. HVO se mezcla hoy
con diésel fósil y se vende en estaciones de servicio
de combustible.
HVO también ha sido aprobado para ser utilizado
como combustible de aviación (bio jet), basado en
ASTM D7566-14. En 2011, se publicó una versión
actualizada de la norma, que permite agregar
hasta un 50% de componentes de base biológica
(HVO) al combustible para aviones convencional.
HVO es, por lo tanto, una alternativa importante
en la implementación de combustibles de aviación
renovables.
Las investigaciones de (Hunicz et al, 2021),
presentas las características de combustión y
emisión de un motor de encendido por compresión
monocilíndrico contemporáneo alimentado con
diésel, ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) y
aceite vegetal hidrotratado (HVO). Estos dos
combustibles directos tienen una participación
cada vez mayor en las cadenas de suministro
automotriz, pero tienen propiedades físicas y de
autoignición sustancialmente diferentes. HVO tiene
una viscosidad más baja y un mayor número de
cetano, y FAME tiene características contrarias.
109
A este respecto, es fundamental considerar las
diferencias en la combustión como una fuerza
impulsora de la formación de emisiones. Sin
ningún análisis detallado, se puede observar que la
combustión de los tres combustibles (FEME; HVO
y DF) funciona de manera similar, sin embargo,
solo si se considera la fase principal de combustión
controlada por difusión. La insensibilidad está
impulsada por la fenomenología del concepto
de combustión multipulso realizado. Es decir, la
combustión piloto principalmente premezclada,
visible como los dos primeros picos característicos,
HRR, actúa como cebador hacia la inyección
principal.
El pulso de inyección principal se enciende
instantáneamente después de llegar a la zona
quemada caliente del piloto, ubicada cerca de las
paredes de la cámara de combustión. El CN más
alto de HVO se maniesta en las características de
encendido del piloto, que es notablemente diferente
en comparación con DF y FAME. Cabe señalar
que las características de combustión de FAME
5.3.1 Efectos de los combustibles comparados en la combustión
y DF son muy similares. Sin embargo, es visible
la combustión de combustible piloto ligeramente
avanzada de FAME.
Una superposición de las características de
combustión derivadas de la Fig 2. El CN (número
de cetano) de los combustibles dan forma a la
combustión piloto premezclada, que forma un
desencadenante directo para la fase principal.
110
El análisis de la combustión de las secciones
anteriores constituye la base para comprender la
respuesta de los combustibles a los cambios en la
presión de inyección. Esta respuesta no monótona
de la combustión piloto a la presión de inyección
indica que hay otro mecanismo involucrado. En
la medida en que exista cierta ambigüedad en el
efecto de la presión de inyección en la combustión
piloto, la inuencia de este parámetro de
5.3.2 Efectos de la presión del combustible en la combustión
calibración en la fase decombustión principal es
transparente en la Fig. 3 para los 3 combustibles
vericados.
111
Ambos biocombustibles tanto HVO como
FEME redujeron aproximadamente a la mitad
las emisiones de PM (material particulado PM10
y PM2.5) en comparación con el DF. Al mismo
tiempo, los biocombustibles producen solo entre
2% y un 3% más de emisiones de NOx. A la luz del
comportamiento de combustión muy similar de
DF, HVO y FAME, las diferencias de combustible
a combustible discutidas anteriormente en
5.3.3 Efectos de la presión del combustible sobre las emisiones
las emisiones son el resultado directo de las
propiedades sicoquímicas. De acuerdo a la g.
4 estas emisiones especícas del combustible
se mantienen a través del barrido de presión de
inyección.
112
6. MOTOR DE INYECCIÓN DIRECTA
(EL COMBUSTIBLE SE VAPORIZA DIRECTAMENTE EN LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN)
Los motores diésel duran mucho, hasta medio
millón de millas o más, y hay muy pocos estudios
minuciosos y a largo plazo sobre los efectos que
produce el aceite de cocina en los motores. Lo que
está claro, sin embargo, es que decir «funcionará
en cualquier motor diésel» es una exageración.
• Unos aceites son mejores que otros.
• Unos motores son más adecuados que
otros.
• Unas bombas de inyección fusionan
mejor que otras.
• Algunos sistemas electrónicos de
distribución de combustible no toleran
los aceites vegetales.
• Hay dudas sobre el uso de aceites
vegetales en los motores de inyección
directa.
• También hay dudas sobre la utilización
como combustible para motores del
aceite de cocina usado.
Debido a este sistema de inyección, los
motores de inyección directa como por ejemplo
camiones, tractores agrícolas y motores
industriales, alimentados con aceites vegetales no
estericados, rápidamente presentan problemas
de funcionamiento. Los mismos consisten en
la formación de sedimentos carbonosos en el
interior del motor y una fuerte dispersión cíclica
que puede conducir a problemas mecánicos a
veces importantes.
En estos casos, si no se quiere modicar el
carburante, de forma que obtengamos biodiesel,
se puede actuar sobre las cámaras de combustión
para que las condiciones de temperatura durante
el funcionamiento aseguren una total combustión
de los aceites vegetales.
Es importante que el aceite este caliente antes de
que llegue a la bomba del inyector y se purgue. Los
problemas con los motores diésel de inyección
directa parecen estar asociados principalmente
con la acumulación de carbono en los inyectores
y eso se puede reducir signicativamente, si no
eliminarse, mediante el uso de aceite vegetal
calentado.
Los motores diésel actuales son motores
ecientes y de combustión limpia. La tecnología
de inyección de combustible es muy sosticada.
Las propiedades del aceite (ejemplo canola) y
el diésel son muy similares, excepto por una
diferencia signicativa en la viscosidad, ya que
el aceite tiene 12 veces la viscosidad del diésel.
Incluso después de calentarlo a alrededor de 80
grados C, sigue siendo seis veces más viscoso
que el diésel. Esto conduce a problemas con el
ujo de aceite desde el tanque de combustible al
motor, bloqueos en los ltros y las subsiguientes
pérdidas de potencia del motor. Incluso si
se utiliza el precalentamiento para reducir la
viscosidad, aún pueden surgir dicultades con el
arranque debido a las temperaturas requeridas
para que los aceites emitan vapores inamables.
Además, los motores pueden sufrir coquización
y engomado, lo que conduce a la adherencia
de los anillos del pistón debido al pirólisis de los
compuestos multienlazados. Los ácidos grasos
poliinsaturados también se oxidan durante el
almacenamiento, lo que provoca la formación
de gomas ya altas temperaturas, donde puede
producirse una compleja polimerización oxidativa
y térmica.
Entre los problemas que se han encontrado del
uso de aceite vegetal directamente en motores DI
esta:
1. Mayor viscosidad (mucho mayor) del
aceite vegetal respecto al diésel normal
proveniente del petróleo. Hay que calentar
el aceite para que los inyectores puedan
pulverizarlo bien. Si no está bien pulverizado
no arde bien y forma depósitos en los
inyectores y en los cilindros, empeora el
rendimiento, aumenta las emisiones
contaminantes y acorta la vida del motor.
113
7.MANTENIMIENTOS Y CICLO DE VIDA DEL MOTOR DE CI
IMPULSADO POR ACEITES VEGETALES:
A manera de poder ilustrar el comportamiento
de los motores de combustión de encendido
por combustión interna impulsados por aceites
vegetales, nos hemos referido al fabricante
nlandés de motores Wartsila.
La electricidad proporcionada por la red, puede
ser estable. Muchas soluciones energéticas
– como la solar y eólica – dependen de las
condiciones del tiempo. Las plantas de energía
a base de biocombustible conscientes de esta
dependencia en los recursos renovables y
ofrecen altos desempeños en general durante
todos los tiempos. De hecho, biocombustibles
tienen mucho más que ofrecer a las personas
de negocio, así como a los ambientalistas. Son
capaces de producir dinero mientras toman en
consideración los problemas ambientales este es
una buena inversión, para ahora y para el futuro.
La demanda de la energía mundial se aumenta
exponencialmente. Al mismo tiempo, hay una
2. Coquización y formación de trompeta
en los inyectores hasta el punto de que la
atomización del combustible no se produce
correctamente o incluso se evita como
resultado de los oricios obstruidos,
3. Depósitos de carbón,
4. Pegado del anillo de aceite,
5. Espesamiento y gelicación del lubricante.
aceite como resultado de la contaminación
por aceites vegetales, y
6. Problemas de lubricación.
Otras desventajas del uso de aceites vegetales
y especialmente grasas animales son la alta
viscosidad (alrededor de 11 a 17 veces mayor
que el combustible diésel), menor contenido
de volatilidades que provoca la formación de
depósitos en los motores debido a una combustión
incompleta y características de vaporización
incorrectas. A altas temperaturas puede haber
algunos problemas con la polimerización de
los ácidos grasos insaturados, aquí es donde
comienza a producirse el entrecruzamiento entre
otras moléculas, provocando que se formen
aglomeraciones muy grandes y, en consecuencia,
se produzca el gomoso.
Aunque algunos motores diésel pueden funcionar
con aceites vegetales puros, los motores
turboalimentados de inyección directa, como
los camiones, son propensos a tener muchos
problemas.
preocupación creciente con el mediamente y en
particular con el cambio climático, haciendo de
la reducción de gases de efecto invernadero una
prioridad.
Las plantas a base biocombustible liquido ofrecen
generación sustentable y permiten la reducción
de gases nocivos. En muchos países, dueños
de plantas energéticas con bajas emisiones se
benecian doblemente. Al vender la electricidad
a la red nacional, así como obtener incentivos
¨verdes¨.
La producción de biocombustible crea
oportunidades laborales locales, así como
promociona la cohesión social y económica.
También mejora la seguridad de la producción
de combustible al reducir la necesidad de
combustibles importados. En algunos casos,
el cultivo de plantaciones para la energía puede
ayudar a la lucha contra la erosión de los suelos.
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Los motores de media velocidad son diseñados
para correr en Heavy Fuel Oil (HFO), y son también
aptos para la operación con biocombustibles
líquidos solamente en contraste con los motores
de alta velocidad más pequeños que requieren
combustibles ligeros de alta calidad o biodiésel.
Los motores de mediana velocidad tienen los años
probados de su valor como sets de generación
de energía bajo las condiciones más extremas del
planeta y con varias calidades de combustible.
En cuanto se optimizan los estándares de
diseño del motor, fabricantes como Wartsila
ha desarrollado un sistema de alimentación de
combustible el cual controla la temperatura y la
viscosidad a lo largo de la planta de energía. Esto
elimina el sobrecalentamiento o enfría puntos que
pueden generar cambios en las características del
combustible. Décadas de experiencia y un sistema
que consiste en separadores, calentadores, ltros
y enfriadores ha ayudado a desarrollar soluciones
óptimas para la eciencia máxima del combustible
con un mínimo de emisiones.
Hemos escogido el motor W-46 con las siguientes
características:
• Sistema de Combustión:
El motor Wartsila 46 está disponible para sistemas
de inyección de combustible convencional u
opcionalmente en carril común para la inyección
de combustible para una operación sin emisiones
y también a baja carga. El sistema completo de
combustión es integrado en un compartimiento
totalmente cubierto para máxima seguridad.
Todas las ltraciones de las válvulas de inyección,
bombas y mangueras son colectadas en un
sistema cerrado.