UNIVERSIDAD AUTONOMA CHAPINGODEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA AGRICOLA

Presentan;

Wilmer Michael Uc Camara

Jos Ignacio Vzquez Chvez

Anastasio Ramrez Corona

Jos Orlando Tapia Ramos

MOTORES DE COMBUSTIN INTERNACombustibles usados en los motores de encendido

por compresin

Grupo 6 2 Equipo 5

Origen y etimologa

La palabra "disel" se deriva del nombre del inventoralemn Rudolf Christian Karl Diesel que en 1892 inventel motor disel.

Al principio consider que el combustible idneo para sumotor era carbn en polvo, pero al intentar inyectarlo en loscilindros caus una explosin que destroz el prototipo.

Despus prob con aceites vegetales y tuvo xitousando aceite de cacahuete.

Finalmente Diesel consigui un producto estable a partir delrefinado del petrleo produciendo lo que hoy conocemoscomo "gasleo, el cual fue utilizado por ser un combustiblems econmico.

Combustibles utilizados en motores de encendido por compresin.

El gasleo; Tambin denominado como petrodiesel, gasoil odiesel, Es una mezcla de hidrocarburos que se obtienepor destilacin fraccionada del petrleo entre 250 C y350 C a presin atmosfrica, de densidad sobre 832 kg/m(0.832 g/cm), compuesto fundamentalmente porparafinas y utilizado principalmente como combustible.

El biodiesel; Es un biocombustible lquido que se obtiene apartir de lpidos naturales como aceites vegetaleso grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesosindustriales de esterificacin y transesterificacin, y que seaplica en la preparacin de sustitutos totales o parcialesdel gasleo obtenido del petrleo.

DIESEL

Composicin

El gasleo derivado del petrleo est compuesto aproximadamente de un75% de hidrocarburos saturados (principalmente parafinas incluyendoisoparafinas y cicloparafinas) y un 25% de hidrocarburos aromticos(incluyendo naftalenos y alcalobencenos).

La frmula qumica general del gasleo comn es C12H23, incluyendocantidades pequeas de otros hidrocarburos cuyas frmulas van desdeC10H20 a C15H28.

Proceso de elaboracinA pesar de que el gasoil se obtiene directamente de la destilacin fraccionada del petrleoentre 250 C y 350 C a presin atmosfrica. El proceso de destilacin del crudo para dieseles un proceso muy complicado que requiere un control muy preciso de las temperaturas ypresiones.Al refinar el crudo se obtiene aproximadamente un 44% de gasolina, un 36% de gasoil y elresto de queroseno, lubricantes, etc.

Propiedades del gasoilLas caractersticas o propiedades del combustible para diesel son:1. Poder calorfico.2. Densidad especifica.3. Punto de inflamacin.4. Punto de vertido.5. Viscosidad.6. Volatilidad.7. Calidad de ignicin (cetno).8. Residuo carbonoso.9. Contenido de azufre.10. Oxidacin y agua.

Poder calorfico

El poder calorfico de un combustible es de importancia capital y esuna indicacin de potencia que puede proporcionar el combustiblecuando se quema, se mide expresado en BTU por libra de combustible.BTU (British Termal Unit es la cantidad de calor necesaria paraaumentar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua). Elgasoil contiene unas 141 000 Btu/gal (42.7MJ/kg); mientras que lagasolina Premium 125 000 BTU/gal (36.6MJ/kg).

Pero el motor diesel multiplica an ms su ventaja inicial por lamanera en que funciona ya que utilizan una relacin decomprensin mucho ms alta (En los motores de gasolina, larelacin de compresin vara entre 6:1 Y 10:1 y en los motoresdiesel, la relacin de compresin vara entre 12:1 y 22:1.).

Densidad especifica

La densidad especfica de un lquido, como el combustible del motor diesel, es larelacin entre la densidad del combustible y la densidad del agua. La densidadespecfica de un combustible afecta su poder calorfico, as como la penetracin alpulverizarlo, tal como ocurre al inyectarlo en la cmara de combustin.Un combustible con una densidad especifica baja del American Petrolium Institute(API) generalmente presenta un mayor poder calorfico por galn que el combustiblesituado ms all en la escala estndar de densidad especifica del API que se extiendeentre 25 y 49 a 15 C.

La densidad API mnima para motores diesel es de 30 y la mxima de 45.

Punto de inflamacin

El punto de inflacin de un aceite es la temperatura a la que debecalentarse el aceite hasta que se forme suficiente vapor inflamable paraque se encienda (inflame) al entrar en contacto con la llama o calor. Elpunto de inflamacin es slo indicador de la combustin y no informasobre la calidad de la ignicin del combustible en el motor.

El punto de inflamacin de los combustibles para dieseles el siguiente: 37.7 C (100 F) para el combustible tipo 1-D 51.7 C (125 F) para el combustible tipo 2-D 54.4 C (130 F) para el combustible tipo 4-DAlgunos pases tienen leyes por las que se especifica elpunto de inflamacin de los combustibles diesel.

Punto de niebla y punto de vertido

El punto de niebla de los combustibles diesel es la temperatura a la cual loshidrocarburos componentes del combustible se toman insolubles (nopueden disolverse) y empiezan a formarse cristales de cera. El punto devertido es la temperatura a la cual una cantidad suficiente de combustiblese torna insoluble para impedir que fluya bajo determinadas condiciones.

Un punto de vertido alto implica que cuando hace fro elgasoil no fluir fcilmente a travs de los filtros y delsistema de alimentacin del motor. Tambin suscaractersticas de pulverizacin pueden ser irregulares.

Viscosidad

La viscosidad afecta el comportamiento de lapulverizacin en las cmaras de combustin.

La viscosidad se mide a 25 C (77 F) y a 50 (122F).

Una viscosidad baja produce una fina niebla, mientrasque la alta suele ocasionar una atomizacin menos fina.

Se recomienda una viscosidad entre1.4 y 20 Centistokes.

Volatilidad

En el caso de los combustibles diesel, la volatilidad se indica al90% de la temperatura de destilacin (temperatura a la cualse destila el 90% del combustible). A medida que la volatilidaddecrece, aumentan los depsitos carbonosos y, en algunosmotores, el desgaste por el uso.Algunos motores producen mayor cantidad de humos cuandodisminuye la volatilidad.

Relacin del nmero de cetno

La cantidad de ignicin de un combustible diesel (facilidad conque se enciende el combustible) y la forma en que quema seexpresan mediante los nmeros de cetno.Una relacin de nmero de cetno se obtiene al comparar elcombustible con el cetno, un hidrocarburo lquido incoloroque presenta unas excelentes cualidades de ignicin y que setoma como 100.Los motores diesel con cmara de pre-combustin (CP)requieren un nmero de cetno mnimo de 35. Los motores deinyeccin directa (ID) requieren un nmero cetno mnimo de40 para obtener buenas caractersticas de arranque.Tpicamente los motores se disean para utilizar ndices decetano de entre 40 y 55.

El nmero de cetno tiene una relacin similar con elcombustible diesel que la que tiene de octano con lagasolina.

Residuos carbonosos

El residuo carbonoso de un residuo diesel (hollndepositado despus de la combustin) es una indicacinde la cantidad de depsitos que se pueden formar, en lacmara de combustin, cuando el combustible se quemaen el motor. Los requisitos estndar permiten un mximode un 0.01% de contenido de cenizas.

Contenido de azufreCuando se quema un combustible que contiene azufre enel motor, ste se combina con el agua, producida durantela combustin del gasoil. Y forma cidos corrosivos. Estoscidos tienden a erosionar las superficies pulidas,aumentar el deterioro del aceite del motor, y producirlodos. Las tolerancias estndar de disel N 1 y N 2permiten un contenido generalmente menor de 0.5%.

GRADOS DE COMBUSTIBLES DIESEL

Existen tres clasificaciones disponibles, de loscombustibles diesel para automviles, promulgados porla American Society of Testng Materials Standards.Tcnicamente se designan como grado 1-D, grado 2-D, ygrado 4-D pero frecuentemente se simplifican hablandode combustible para diesel No 1, No 2 o No 4. Exista ungrado 3-D. pero ya no se fabrica.

El grado 1-D

Es el combustible diesel disponible ms refinado y voltil, la calidadPremium, y se utiliza en motores muy revolucionarios que precisancambios frecuentes de carga y velocidad.El combustible diesel de grado 1-.D tiene unos puntos de niebla ycongelacin inferior al 2-D, que ha sido preparado para el invierno("Winterized") con anticongelantes, que permiten su uso durante todoel ao a temperaturas por debajo de los -67 C (20 F).

Aunque considerado como el mejor combustible dieselque el grado 2-D y no siempre puede conseguirse enlas zonas donde la temperatura ambiental sobrepaselos -6.7 C (20 F).

El grado 2-D

Es el ms comnmente utilizado en los motores diesel deautomviles y de camiones comerciales de tipo medio yde camiones comerciales de tipo medio y pesado. Es uncombustible de baja volatilidad, adecuado para utilizarsesin aditivos a temperaturas por encima de los -6.7C(20F), Y proporciona la mejor economa de combustiblede todos los combustibles diesel.

El grado 4-DEs un gasoil para motores de baja y media velocidad. Es elmenos refinado y contiene los mayores niveles de ceniza yazufre, lo que hace que su uso sea inadecuado en losautomviles exceptuando los motores diesel de los grandescamiones.A medida que aumenta la velocidad del motor, la limpieza yviscosidad del combustible pasan a ser ms crticas respecto aun funcionamiento adecuado del motor diesel.

Aromticos

El contenido de aromticos influye en la temperatura de laflama y las emisiones de NOx durante la combustin.La influencia del contenido de poliaromticos en elcombustible afecta en la formacin de MP(materialparticulado holln) y las emisiones de este tipo dehidrocarburos en el tubo de escape.

Los contaminantes que salen por el escape:

Agua H2O: Sale en forma de vapor, no es considerado enmaterial particulado contaminante, inocuo para el medio y elser humano.

CO2: Dixido de carbono (respirable por el ser humano)

CO: Monxido de carbono(Respirar cantidadesmenores de este gas produce vrtigo, fatiga ycefalea y en cantidades mayores evita eltransporte de oxgeno a la sangre y puedeproducir la muerte)

Los contaminantes que salen por el escape:

NOx: xidos de Nitrgeno (El dixido de nitrgeno causa lesiones y cambiosdestructivos en los pulmones.)

MP: Material Particulado holln (El MP perjudicial para el hombre son laspartculas menores a 10 micrometros, que pueden penetrar en las vasrespiratorias, lo cual tienen el potencial para producir efectos sobre la salud.)

HC: Hidrocarburos (Los hidrocarburos en el aire en concentraciones altasproduce irritacin de las mucosas.)

SOx: Sulfuros (La concentracin de azufre en elcombustible, ayuda a la formacin de bastante materialparticulado, pues afecta directamente el proceso decombustin que no es perfecta al usar combustibles deorigen fsil)

El biodiesel

El biodiesel es un biocombustible lquido con unadensidad de 880 kg/m3.

Se obtiene a partir de grasas animales o aceitesvegetales como la soja, el coco, el aguacate, etc.mediante un proceso llamado transesterificacin detriglicridos (aceite).

El termino "bio" se refiere a su naturaleza renovabley "diesel" se refiere a su uso de motores de estetipo.

El biodiesel posee las mismas propiedades deldiesel usado en automviles.Puede ser usado en cualquier motor diesel deforma pura o mezclado con el diesel.

Historia del biodieselLa transesterificacin de los aceites vegetales fuedesarrollada en 1853 por los cientficos E. Duffy y J. Patrick,muchos aos antes de que el primer motor dieselfuncionara.

El primer modelo de automvil de Rudolf Diesel, funcionpor vez primera en Augusta (Alemania), el 10 de agosto de1893.

En conmemoracin de dicho evento, el 10 de agosto se hadeclarado "Da Internacional del Biodiesel.

Este automvil es un ejemplo de la visin de Diesel, ya queera alimentado por aceite de cacahuete, unbiocombustible, aunque no estrictamente biodiesel,puesto que no era transesterificado.

Historia del biodieselDiesel quera que el uso de un combustible obtenido de labiomasa fuera el verdadero futuro de su motor.

Durante los aos veinte, los fabricantes de motores dieseladaptaron sus propulsores a la menor viscosidad delcombustible fsil (gasleo) frente al aceite vegetal.

El producto a base de petrleo era ms econmico deproducir que la alternativa extrada de la biomasa.

El resultado fue, por muchos aos, la casi completadesaparicin de produccin de combustibles a partir debiomasa.

Fue hasta el ao de 1970, que el biodiesel se desarroll deforma significativa a raz de la crisis energtica que sesuceda en el momento, y al elevado costo del petrleo.

Historia del biodieselLas primeras pruebas tcnicas con biodiesel se llevaron acabo en 1982 en Austria y Alemania.

En el ao de 1985 en Silberberg (Austria), se construy laprimera planta piloto productora de biodiesel a partiraceite de semilla de colza.

En septiembre de 2005 Minnesota fue el primer estadoen obligar a que el diesel comercializado contenga almenos un 2% de biodiesel.

Hoy en da pases como Alemania, Austria, Canad,Estados Unidos, Francia, Italia, Malasia y Suecia sonpioneros en la produccin, ensayo y uso de biodiesel enautomviles.

Materia primaTipo de fruto o semilla Kg de aceite por 100kg del

fruto o semilla

Colza 46.00

Coco 57.00

Semilla de Algodn 15.00

Man 41.50

Mostaza 35.00

Canola 42.00

Maiz 6.50

Palma (hueso) 36.00

Palma (fruto) 20.00

Ssamo 50.00

Soya 18.50

Jatropha 15.00

Girasol 48.00

Proceso de elaboracin

Este proceso prev el empleo de aceites o grasas que contengan acidez libre, y en suprimera fase los cidos grasos libres se transforman tambin en metilester. Esta esuna ventaja ya que no es necesario procesar previamente grasas y o aceites paraeliminar tales impurezas obtenindose adems un rendimiento superior respecto delos triglicridos de partida.

En el mezclador esttico MX 1 se mezclan el alcohol metlico y el aceite que contienecidos grasos libres. Este producto se hace pasar luego a travs del reactor (R 1) quefunciona con catalizador en lecho fijo donde se produce la reaccin de esterificacinde los cidos grasos libres. La corriente proveniente de esta unidad se mezcla en launidad esttica MX 2 con el metanol necesario para la transesterificacin, ms unpequeo exceso del mismo, y el catalizador.

Esta corriente ingresa en el reactor R 2 en el cual se produce latransesterificacin de los triglicridos.

El producto de la reaccin, compuesto por el metilester, la glicerina, elmetanol en exceso y el catalizador, debe ser neutralizado. Para ello semezcla en la unidad esttica MX 3, con un cido mineral en la cantidadnecesaria. Posteriormente en la unidad de destilacin flash FC sedespoja al producto de los voltiles, compuestos fundamentalmentepor el alcohol metlico en exceso. Los vapores de metanol se condensany se envan al tanque de almacenamiento, del cual ser nuevamenteintroducido en el ciclo.

El producto de fondo del evaporador flash FC, que contiene elmetilester, la glicerina, y sales se enva al decantador continuo D, enel cual se separa el metilester del resto de los productos. La faseligera (biodiesel) se enva a la columna de lavado C, mientras la fasepesada (glicerina bruta) que contiene glicerina (aprox 90%),eventuales impurezas y sales se enva al almacenaje. En la columna Ccon agua se lava el metilester quitndole las trazas de glicerina quepuede contener. Se separa el producto lavado de la parte superior dedicha columna, envindose a una unidad de secado y al almacenaje.

Modo de uso del biodieselLas mezclas de biodiesel y diesel convencional constituyen lams habitual forma de usar biodiesel.

Gran parte del mundo utiliza un sistema conocido como la "B"factor que indica la cantidad de biodiesel en cualquier mezclade combustible.

el combustible que contiene 20% de biodiesel tiene laetiqueta B20, mientras que el biodiesel puro se denominaB100.

Las mezclas de biodiesel (B80) en general se puede utilizar enmotores diesel sin modificar.

El biodiesel tambin puede ser utilizado en su forma pura,pero pueden requerir algunas modificaciones del motor paraevitar problemas de mantenimiento y rendimiento.

Ventajas del biodieselDisminuye notablemente las emisiones de partculas en motoresdiesel.

Supone un ahorro entre el 25% y el 80% de las emisiones de CO2

Al no tener compuestos de azufre, no los elimina como gases decombustin (lluvia cida).

No contiene productos aromticos (benceno y derivados) siendoconocida la elevada toxicidad de los mismos para la salud.

Es diez veces menos txico que la sal de cocina.

Por su mayor ndice de cetano y lubricidad reduce el desgaste delas piezas del motor.

Los olores de la combustin del biodiesel son aromas depalomitas de maz o papas fritas.

Es un carburante biodegradable por los que es compatible con lanaturaleza y en caso de accidente no se produce ningunacontaminacin.

Inconvenientes del biodieselPodra generar un aumento de la deforestacin de bosques,expansin indiscriminada de la frontera agrcola,desplazamiento de cultivos alimentarios y ganadera.

Posee un poder calorfico menor que el de los gasleos,aunque el rendimiento de la combustin es algo superior.

A bajas temperaturas puede llegar a solidificarse y producirobstrucciones en los conductos.

Es incompatible con algunos materiales ya que en estadopuro puede llegar a daar por ejemplo el caucho y algunaspinturas.

El biodiesel que es un producto hidrfilo y degradable, porlo cual es necesaria una planificacin exacta de suproduccin y expedicin. El producto se degradanotoriamente ms rpido que el petrodiesel.

Biodiesel de algas

La produccin de biodiesel a partir de algas se encuentraaun en una fase de experimentacin.

Son pocas las pruebas que se han hecho en base a este,pero las que se realizaron han sido exitosas.

Uno de los problemas a resolver con respecto al cultivode algas es encontrar una cepa que contengan un altocontenido en lpidos, que no necesite muchosrequerimientos para crecer rpido y que sumantenimiento sea de bajo costo.

Por esta razn los laboratorios estn realizandoinvestigaciones para extraer aceites de microalgas ya queestas crecen ms rpido y tienen mayor contenido deaceite.

Ventajas de la produccin de biodiesel a base de algas

Las algas tienden a producir cidos aceites que tienen puntos defusin bajos por lo que en climas fros es mucho ms ventajosoque otros tipos de biocombustibles.

Las algas presentan una tasa de crecimiento mucho mayor.

La produccin de aceites a partir de algas es 200 veces mayorque en plantas. Por lo que tambin es mayor la produccin debiodiesel.Poseen un alto rendimiento y por lo tanto un bajo costo.

La produccin de biodiesel de algas tiene las caractersticas dereducir las emisiones de CO2 y compuestos nitrogenados de laatmsfera.Poseen un amplio rango de zonas de crecimiento, por lo quepueden cultivarse en lugares donde no provoquen alteracionesal ecosistema o a la cadena alimenticia.

Comparacin con otras materias primas

materias primas m3/km2

Colza: de 100 a 140

Mostaza (Brassica nigra) 130

Pin (jatropha) 160

Aceite de palma 610

Algas: De 10.000 a 20.000

Produccin de algas para biodiesel

Produccin de algas para biodiesel

Emisiones:

Monxido de carbono (CO) : la emisin durante la combustin del biodiesel en motores diesel es del orden del 50% inferior ( comparada con aquella que produce el mismo motor con combustible diesel ) . Es conocida la toxicidad del monxido de carbono sobre todo en las ciudades.

Dixido de azufre (SO2) : no se produce emisin de dixido de azufre por cuanto el biodiesel no contiene azufre. El dixido de azufre es nocivo para la salud humana as como para la vegetacin.

Emisiones:

Material particulado: esta emisin con el empleo del biodiesel se reduce del 65% respecto del combustible diesel. Las partculas finas son nocivas para la salud.

Productos orgnicos aromticos: el biodiesel no contiene productos aromticos ( benceno y derivados) siendo conocida la elevada toxicidad de los mismos para la salud.

Balance de dixido de carbono (CO2) : el dixido de carbono emitido durante la combustin del biodiesel es totalmente reabsorbido por los vegetales. Por lo tanto el biodiesel puede ser considerado un combustible renovable.

En la siguiente tabla se resumen las caractersticas tpicas del biodiesel y del

diesel petrolfero:

Comparacin con otros combustibles.combustibles Poder calorfico

medido en MJ/kg

Gas natural 53.6

Acetileno 48.55

Propano, Gasolina, Butano

36.0

Gasoil 42.7

Fueloil 40.2

Antracita 34.7

Coque 32.6

Gas de alumbrado 29.3

Alcohol de 95: 28.2

Lignito 20.0

Turba 19.7

Hulla 16.7

Biodiesel: 37.5

combustibles US dlares por galn

La Gasolina 4.24

Petrodiesel 5.02

Biodiesel B100 Aprox 3.10

Biodiesel casero(aceite usado)

Aprox 1

Conclusiones

El biodiesel no es nocivo para la salud humana, para lavegetacin, los animales vivos y no daa monumentos y/oedificios. Por tal motivo su empleo es ventajoso frente alcombustible diesel sobre todo para el transporte pblico en lasgrandes ciudades. Es seguro y fcil de transportar debido a quees biodegradable y posee un punto de inflamacin ms alto queel del combustible petrolfero.

Bibliografa

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA, centro de educacin ocupacional Macrosup, Tecnlogo: H. Esguar J.

Propiedades y caractersticas de combustibles diesel y biodiesel, Wearcheck Ibrica, Autor: J. Ignacio Ciria.

Proceso para la produccin de BIODIESEL (metilester o esteres metlicos de cidos grasos) Refinacin de glicerina, Autor: Ing. Rodolfo J. Larosa.