El Biodiesel
Mauricio Alejandro Vargas Navarro 3 ยบ D Mecรกnica Automotriz
Índice: -Fundamentación. -Introducción. -Motores diesel de 4 tiempo. _Tiempo de admisión. _Tiempo de Compresión. _Tiempo de Explosión (Trabajo). _Tiempo de Escape. - Motores Otto de 4 Tiempos. _ 1º Tiempo de admisión. _ 2º Tiempo de Compresión. _ 3º Tiempo de Explosión. _ 4º Tiempo de Escape.
-Sistemas de inyección: _Bombas de inyección en línea: * Bomba de inyección en línea estándar PE. * Bomba de inyección en línea con válvula de corredera.
_Bombas de inyección rotativa: * Bomba de inyección rotativa de émbolo axial. * Bomba de inyección rotativa de émbolos radiales. -Ventajas
del diesel. -Desventajas del Diesel. -Biocombustibles: ¿QUE SON LOS BIOCOMBUSTIBLE?
-Biodiesel. -Motor Biodiesel. -Relaci贸n de Compresi贸n en motores Biodiesel, Diesel y ciclo Otto. -驴Deben tenerse precauciones al utilizar Biodiesel? - Principales ventajas del biodiesel. -Principales desventajas del biodiesel. -Reciclaje. -Conclusi贸n. -Glosario.
Fundamentación: Los motores diesel requieren un combustible que sea limpio al quemarlo además de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que opera. El biodiesel es el único combustible alternativo que pueda usarse directamente en cualquier motor diesel, sin ser necesario ningún tipo de modificación excepto las mangueras de suministro de combustible y eso solo en automóviles antiguos. Como sus propiedades son similares al combustible diesel del petróleo, se pueden mezclar ambos en cualquier proporción sin ningún problema. En Estados Unidos y en Europa por ejemplo existen ya numerosas flotas de transporte público que utilizan biodiesel en sus distintas mezclas. Las bajas emisiones del biodiesel lo convierten en un combustible ideal para el uso en áreas marinas, parques nacionales, bosques pero sobretodos en las grandes ciudades.
Introducción: A causa de la reciente subida del petróleo y el calentamiento global se ha iniciado la búsqueda de fuentes de energía renovables, siendo una de ellas el uso de biocombustibles entre estos destaca el biodiesel. Este combustible ofrece múltiples ventajas si se compara con otros biocombustibles dado que cualquiera puede fabricarlo en casa con los utensilios adecuados, además puede usarse para su fabricación material de desecho (como el aceite usado de restaurantes o el hogar). El biodiesel es un nuevo tipo de diesel, alternativo, renovable, limpio, hecho de triglicéridos. Para su fabricación se pueden usar cualquier tipo de aceite vegetal ya sea virgen o reciclado; también puede obtenerse de oleaginosas como la colza, girasol o palma. En algunos casos es posible incluso obtenerlo de grasas animales, aunque es mucho más costoso.
Motores Diesel de 4 tiempos (Ciclo teórico y práctico relación de compresión) Tiempo de Admisión: Este es el primer tiempo del motor en el cual el pistón efectúa su primera carrera o desplazamiento desde el PMS al PMI, en donde el cilindro se llena de aire de la atmosfera, debidamente purificado a través del filtro. El aire pasa por el colector y la válvula de admisión, que se supone que se abre instantáneamente y que permanece abierta, con objeto de llenar todo el volumen del cilindro. Durante este tiempo, la muñequilla del cigüeñal gira 180ª.
Tiempo de Compresión: El segundo tiempo Comienza cuando las dos válvulas están completamente cerradas y el pistón comprime el aire a gran presión, quedando solo aire alojado en la cámara de combustión. La muñequilla del cigüeñal gira otros 180ª y completa la primera vuelta del árbol motor. La presión alcanzada en el interior de la cámara de combustión mantiene la temperatura del aire por encima de los 600ªC, superior al punto de inflamación de combustible.
Tiempo de Explosión (Trabajo): Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Como la presión en el interior del cilindro es extremadamente alta. El combustible, que debido a la alta presión de inyección sale finalmente pulverizado, se inflama al contacto con los aires calientes, produciéndose la combustión del mismo. Se eleva la temperatura interna, la mientras dura la inyección o aportación de calor se supone constante y, a continuación, se realiza la expansión y desplazamiento del pistón hacia el PMI. Durante este tiempo, o carrera de trabajo, el pistón efectúa su tercer recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180 grados.
Tiempo de escape: Durante este cuarto tiempo la válvula de escape se abre instantáneamente y permanece abierta. El pistón, durante su recorrido ascendente, expulsa a la atmosfera los gases remanentes que no han salido, efectuando el barrido de gases quemados lanzándolos al exterior. La muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 180 grados, complementando las dos vueltas del árbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo. El diagrama de distribución correspondiente a esta carrera.
Motores Otto de 4 Tiempos (Ciclo teórico y práctico relación de compresión)
Primer tiempo o admisión: En esta fase la válvula de admisión se abre y se provoca el descenso del pistón del PMS al PMI en el cual se aspira la mezcla aire combustible. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º. Segundo tiempo o compresión: Al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.
Tercer tiempo o explosión: Al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima provocando el salto de la chispa en la bujía, iniciando la inflamación de la mezcla. Una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior
del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.
Cuarto tiempo o escape: En esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.
Sistemas de inyección: Bombas de inyección en línea: Bomba de inyección en línea estándar PE: El comienzo de suministro queda determinado por un taladro de aspiración que se cierra por la arista superior del émbolo. Una arista de mando dispuesta de forma inclinada en el émbolo, que deja libre la abertura de aspiración, determina el caudal de inyección. La posición de la varilla de regulación es controlada con un regulador mecánico de fuerza centrifuga o con un mecanismo actuador eléctrico.
Bomba de inyección en línea con válvula de corredera: Esta bomba se distingue de una bomba de inyección en línea convencional, por una corredera que se desliza sobre el émbolo de la bomba mediante un eje actuador convencional, con lo cual puede modificarse la carrera previa, y con ello también el comienzo de suministro o de inyección. La posición de la válvula corredera se ajusta en función de diversas magnitudes influyentes. En comparación con la bomba de inyección en línea estándar PE, la bomba de inyección en línea con válvula de corredera tiene un grado de libertad de adaptación adicional.
Bombas de inyección rotativa: Bomba de inyección rotativa de émbolo axial: Esta bomba consta de una bomba de aletas que aspira combustible del depósito y lo suministra al interior de la cámara de bomba. Un émbolo distribuidor central que gira mediante un disco de levas, asume la generación depresión y la distribución a los diversos cilindros. Durante una vuelta del eje de accionamiento, el embolo realiza tantas carreras como cilindros del motor a de abastecer. Los resaltes de leva en el lado inferior del disco de levase deslizan sobre los rodillos del anillo de rodillos y originan así en el émbolo distribuidor un movimiento de elevación adicional al movimiento de giro.
Bomba de inyección rotativa de émbolos radiales: Esta bomba se caracteriza por utilizar émbolos radiales para generar presión. Pueden ser dos o cuatro émbolos radiales que son accionados por un anillo de levas. Una electroválvula de alta presión dosifica el caudal de inyección. El comienzo de la inyección se regula mediante el giro del anillo de levas, con el variador de avance. Igual que en la bomba de émbolo axial controlada por electroválvula, todas las señales de control y regulación se procesan en dos unidades de control electrónicas ECU (unidad de control de bomba y unidad de control de motor).Mediante la activación apropiada del elemento actuador se regula el número de revoluciones.
Ventajas del Diesel: -Tiene mucha menos evaporación que la gasolina. Además, de darle más potencia a los motores. -El
combustible diesel lleva un proceso menor de refinación, por lo que solía ser más económico. - También contiene una densidad energética mayor que la de la gasolina, por ejemplo un litro de diesel tiene 38 mil KJoules mientras que un litro de gasolina tiene 33 mil KJoules. Es por esto y por que el motor de los diesel es más eficiente, lo que hace que los sean más rendidores en kilometraje por litro que los motores a gasolina.
Desventajas del Diesel: -Se requiere más limpieza a los motores, los ensucia más que la gasolina o el gas. - El diesel genera óxidos de nitrógeno, partículas sólidas y componentes propios del petróleo y refinación, generando la lluvia ácida, smog y problemas respiratorios.
Biocombustibles: ¿QUE SON LOS BIOCOMBUSTIBLE? Etimológicamente un biocombustible es un combustible de origen biológico. No obstante, más exactamente los biocombustibles son aquellos combustibles obtenidos de una fuente biológica, de manera renovable a partir de restos orgánicos.
Biodiesel: El biodiesel es un metílico que se obtiene principalmente partir de aceites vegetales, entre ellos los aceites de colza, girasol, palma, aunque también se pueden utilizar los aceites de fritura usados y las grasas animales. Los aceites extraídos de las plantas oleaginosas se transforman en biodiesel mediante un proceso denominado transesterificación. Este biocarburantes se utiliza como sustituto de la gasolina en los motores de compresión (Diesel), aunque también puede ser empleado para la combustión en calderas de calefacción. A diferencia de otros combustibles, los biocarburantes o biocombustibles presentan la particularidad de utilizar productos vegetales como materia prima. Esto es la causa de que sea preciso tener en cuenta las características de los mercados agrícolas, junto a la complejidad que ya de por sí presentan los mercados energéticos. En este sentido, hay que destacar que el desarrollo de la industria de los biocombustibles no depende principalmente de la disponibilidad local de materia prima, sino de la existencia de una demanda suficiente. Al asegurar la existencia de una demanda de biocombustibles, el desarrollo de su mercado puede aprovecharse para potenciar otras políticas como la agrícola, favoreciendo la creación de empleo en el sector primario, la fijación de población en el ámbito rural, el desarrollo industrial y de actividades agrícolas, y reduciendo a la vez los efectos de la desertización gracias a la plantación de cultivos energéticos. El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diesel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diesel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo. El biodiesel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir éste por elastómeros sintéticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodiesel.
Motor Biodiesel: El sistema Diesel se utiliza además del Bioetanol hace ya algún tiempo se viene fabricando Biodiesel a partir de aceites vegetales para ser utilizados en este tipo motores. Como aceite de partida se puede utilizar cualquier tipo de aceite o grasa, ya sea usado o sin usar. Es típico utilizar aceites de fritura usados en los restaurantes de comida rápida. La utilización directa de un aceite vegetal en un motor diesel es posible, aunque hay que introducir modificaciones en el motor. Uno de los inconvenientes es que estos aceites se congelan a temperaturas moderadamente bajas. Aun así hay algunas personas que los utilizan de este modo. Pero el sistema más habitual es la transformación de estos aceites a través de un proceso de esterificación. De este modo, a partir de alcohol metílico, hidróxido sódico y aceite vegetal se obtiene un éster que se puede utilizar directamente en un motor diesel sin modificar. Este tipo de transformación se empezó a realizar por particulares mediante rudimentarios medios caseros, e incluso hay alguno que otro diseño casero de producción más o menos continua de biodiesel. Ahora ya hay empresas que se encargan de reciclar aceites usados para su transformación en biodiesel. Luego lo venden como aditivo a las empresas petroleras.
Relación de Compresión en motores Biodiesel, Diesel y ciclo Otto: La relación de compresión en un motor de combustión interna es el número que permite medir la proporción en que se ha comprimido la mezcla del aire (Motor Diesel) dentro de la cámara de combustión de un cilindro
Los Motores biodiesel, obtenido a partir del aceite de soya y aceite reciclado de frituras la relación de compresión a llegado a ser de “19,5/1” La relación de compresión en los motores diesel suele ser de 7:1 a 10:1 La Relación de compresión gasolina 14:1 a 25:1.
¿Deben tenerse precauciones al utilizar Biodiesel? El Biodiesel tiene un efecto solvente que pueda liberar depósitos acumulados en las paredes del tanque o en las tuberías, pertenecientes a combustible diesel anterior y deben tomarse precauciones la primera vez que se realiza el paso al Biodiesel. La liberación de depósitos puede estorbar los filtros inicialmente y deben tomarse precauciones para evitar que estos depósitos consigan llegar a los filtros de combustible del motor. Con el tiempo, el Biodiesel ablandará y degradará ciertos tipos de elastómeros y compuestos de caucho natural usados en mangueras y sistemas de sellado de bombas de combustible más viejas. Deben tenerse precauciones al utilizar altos porcentajes de mezcla para asegurarse de que el sistema de carburante existente en motores más viejos no contiene los compuestos de elastómeros incompatibles con el biodiesel. Los fabricantes recomiendan que las gomas butílicas o naturales no entren en contacto con biodiesel puro, caso contrario quedarán pegajosas y se disolverán. La mayoría de los vehículos construidos después de 1994 poseen tuberías y sellos completamente sintéticos, con lo cual no sufrirán este problema. Los vehículos más viejos necesitarán ser supervisados. El Biodiesel tiene un punto de gel más alto. Biodiesel 100 por ciento, designado B100, se pone fangoso en 32°F. Una mezcla de 20 por ciento de biodiesel, 80 por ciento de diesel regular, B20, tiene un punto del gel de 3 a 10°F, según el NBB. Como el diesel regular, el punto del gel se puede bajar más con los aditivos tales como el kerosén, los cuales se mezclan con el diesel en invierno en áreas de clima frío.
Principales ventajas del biodiesel:
-El Biodiesel es el único combustible alternativo que funciona en cualquier motor diesel convencional, sin ser necesaria ninguna modificación. Puede almacenarse en cualquier lugar donde el diesel de petróleo se guarda. -El Biodiesel puede usarse puro o mezclarse en cualquier proporción con el combustible diesel de petróleo. La mezcla más común es de 20% de biodiesel con 80% diesel de petróleo, denominado "B20." - El Biodiesel contiene 11% de oxígeno en peso y no contiene azufre. El uso de biodiesel puede extender la vida útil de motores porque posee mejores cualidades lubricantes que el combustible de diesel de petróleo, mientras el consumo, encendido, rendimiento, y torque del motor se mantienen prácticamente en sus valores normales. -El ciclo biológico en la producción y el uso del Biodiesel reduce aproximadamente en 80% las emisiones de anhídrido carbónico, y casi 100% las de dióxido de azufre. La combustión de Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemado, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromáticos. Biodiesel, además proporciona significativas reducciones en la emanación de partículas y de monóxido de carbono, que el diesel de petróleo. Biodiesel proporciona un leve incremento o decremento en óxidos de nitrógeno dependiendo del tipo motor. - El Biodiesel es seguro manejar y transportar porque es biodegradable como el azúcar, 10 veces menos tóxico que la sal de la mesa, y tiene un flash-point de aproximadamente 150º C comparado al diesel de petróleo cuyo flash-point es de 50º C. -Puedes producirlo en casa a bajo precio (si se usa aceites reciclados). -No es afectado por las variaciones en el precio del petróleo
Principales desventajas del biodiesel: Uno de los mayores inconvenientes hoy en día es que su coste todavía no lo hace competitivo frente al diesel convencional. Respecto a las propiedades técnicas, tiene menor poder calorífico, si bien no supone una pérdida de potencia ni incremento significativo de consumo. Otra desventaja es que tiene menor estabilidad a la oxidación, siendo esto importante a la hora del almacenamiento, y tiene peores propiedades en frío, que lo hace incompatible a temperaturas muy bajas. Estas dos últimas propiedades se pueden rectificar añadiendo algún aditivo. -A bajas temperaturas puede llegar a solidificarse y producir obstrucciones en los conductos. - Es incompatible con algunos materiales ya que en estado puro puede llegar
a dañar por ejemplo el caucho y algunas pinturas. -Su utilización produce la pérdida de potencia del vehículo. -Dedicar tierra cultivable a la producción de biocombustibles puede disminuir la destinada a producir alimentos para humanos y animales, impactando así su cantidad y elevando su precio. - Se ha señalado que la necesidad de contar con combustibles alternativos puede llevar a la ocupación de tierras boscosas o selváticas para la producción de cultivos energéticos. En países como Malasia o Sumatra, grandes extensiones de tierra fueron deforestadas para plantar palma de aceite, materia prima de la producción de biodiesel. En estos casos no sólo se perdió la biodiversidad vegetal, sino que con ella se perdieron poblaciones de fauna local. -El biodiesel, al estar hecho de triglicéridos, puede dañar partes del automóvil (como las juntas y los conductos de alimentación de los vehículos), que están hechos de goma. Sin embargo el 80% de los vehículos diesel fabricados en los últimos 10 años pueden usar biodiesel sin problema.
Reciclaje: Tipos de residuos que se utilizan como combustibles alternativos Es importante aclarar que estamos hablando de combustibles derivados de residuos, es decir, normalmente los residuos van en primer lugar a instalaciones de tratamiento adecuadas (gestores autorizados por la Comunidades Autónomas), y a partir de los mismos se elabora un combustible adecuado para su utilización en los hornos de cemento. Los residuos que se utilizan en las fábricas de cemento como combustibles alternativos: Combustibles líquidos: •
Aceites minerales usados. Disolventes, pinturas, barnices y otros residuos líquidos.
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Residuos de hidrocarburos.
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Conclusión: En síntesis Los biocombustibles más utilizados en el mundo son el Bioetanol y el biodiesel. Como podemos ver hay diversas formas de fabricar estos dos combustibles, algunas mas contaminantes que otras; por esto debemos aún tener en cuenta su nivel de contaminación saber cual será la mejor forma de fabricar estos biocombustibles en especial el biodiesel. Estos biocombustibles están despertando una llamada fiebre del oro en este caso por los productos capaces de generar el llamado biodiesel o Bioetanol como el maíz lo cual origina un gran desequilibrio en el comercio mundial de este producto dada su utilización la cual afecta a la economía del mundo y en la fermentación para producir Bioetanol. .
BibliografĂa:
http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibl es/Biodiesel.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_cuatro_tiempos http://www.inti.gov.ar/upt/pdf/Biodiesel_vs_Diesel.pdf http://www.biodisol.com/biodiesel-que-es-el-biodiesel-definicionde-biodiesel-materias-primas-mas-comunes/ http://www.overde.com.ar/FRAMES/informes/biodiesel.htm http://biodiesel.com.ar/biodiesel-preguntas-frecuentes http://www.recuperaresiduosencementeras.org/reportaje.asp? id_rep=97 http://www.bioenergeticos.gob.mx/index.php/introduccion/definicio n-ventajas-y-desventajas.html http://www.sura.com/blogs/autos/gasolina-diesel.cuestion.aspx