00

Estudio Preliminar del Biodiesel en Motores Representativos para Vehículos en Circulación en la

ZMVM

Estudio Preliminar del Biodiesel en Motores Estudio Preliminar del Biodiesel en Motores Representativos para VehRepresentativos para Vehíículos en Circulaciculos en Circulacióón en la n en la

ZMVMZMVM

B25B25

M en C Gabriel López VidalDirección de Seguridad y Medio Ambiente

Laboratorio de Emisiones Vehicularesy Ensayo de Motores

XII Foro de Avances de la Industriade la Refinación

Septiembre 5 y 6, 2006.

B30B30

11

Que es el Biodiesel ?Que es el Biodiesel ?Que es el Biodiesel ?

Que es el Biodiesel?

22

Biodiesel

•El Biodiesel es un combustible que es producido a base de fuentes biológicas renovables ( soya, canola, maíz, biomasa, yuca, etc. ) o grasas animales.

•Es una alternativa para motores a diesel, se mezcla en concentraciones desde 5 hasta el 40 % con el combustible diesel comercial.

•Los componentes principales del Biodiesel son el ESTER METILICO, TERAMILESTER y algunos otros en menor cantidad.

33

Proceso de obtenciProceso de obtencióón de fuentes naturalesn de fuentes naturales

ACEITE VEGETAL*

PURIFICACIONPURIFICACION

SEPARACION

REACCION DE TRANSESTERIFICACIONACEITE VEGETAL+ ALCOHOL* + CATALIZADOR

BIODIESEL GLICEROL

* alcohol: Metanol o Etanol

FUENTE: LADETEL – LABORATORY FOR CLEAN TECHNOLOGIES DEVELOPMENT. www.biodieselbrasil.com.br

• SOYA, GIRASOL, CANOLA, ALGODÓN,

ETC.

44

Planta productora de Biodiesel en BrasilPlanta productora de Biodiesel en Brasil

55

Biodiesel en automotores y motores estacionarios Biodiesel en automotores y motores estacionarios en Brasil.en Brasil.

B5, B30, B100B5, B30, B100Hasta B100Hasta B100

B10B10

FUENTE: LADETEL – LABORATORY FOR CLEAN TECHNOLOGIES DEVELOPMENT. www.biodieselbrasil.com.br

Hasta B100Hasta B100

66

VehVehíículos que emplean Biodiesel (B25 y B30) culos que emplean Biodiesel (B25 y B30) en Brasilen Brasil

B30B30

B25B25

FUENTE: LADETEL – LABORATORY FOR CLEAN TECHNOLOGIES DEVELOPMENT. www.biodieselbrasil.com.br

77

BiodieselBiodiesel enen EuropaEuropa

PRODUCCIÓN EN MILES DE TONELADAS

FUENTE: The Future of Biodiesel in Latin America.-Ricardo Castello Branco Petrobras/Cenpes, Rio de Janeiro -24/06/2004

88

Biodiesel en AlemaniaBiodiesel en Alemania

EN MILES DE TONELADAS

•FUENTE: The Future of Biodiesel in Latin America.-Ricardo Castello Branco Petrobras/Cenpes, Rio de Janeiro -24/06/2004

99

Producción de Vehículos de Pasajerosa Diesel en Europa.

Producción de Vehículos de Pasajerosa Diesel en Europa.

P r o d u c c ió n d e V e h í c u lo s d e P a s a je r o s a D ie s e l e n E u r o p a ( I n t e r n a t i o n a l E x p e r i e n c e i n I m p r o v in g F u e l E f f i c i e n c y . M i c h e l l P . W a ls h . , S a o P a u lo 2 0 0 4 )

1010

Tendencia del mercado de VehTendencia del mercado de Vehíículos de Pasajeros en culos de Pasajeros en EUA.EUA.

La estra teg ia tecnológ ica para increm entar la e fic ienc ia de m otores. ( L igh D uty M arket, C harles E . F resse, V . G enera l M oto rs, C h icago 2005. )

1111

Biodiesel en México

• En 01 Julio de 2005, el secretario de Energía inauguróuna planta productora de Biodiesel en el Municipio de Cadereyta, Nuevo León.

• Esta planta emplea grasas animales para producción de Biodiesel.

• Su capacidad inicial es de 600,000 litros mensuales y se incrementaría a 1 Millón de litros para el segundo semestre de 2006.

1212

Disponibilidad de combustible Diesel en EUA para vehículos de servicio pesado

Figura 6.- Disponibilidad de combustible Diesel de bajo azufre para uso automotriz ( Highway ) y para otras aplicaciones de 2006 a 2010 en EUA.

HWY.- Highway ( Carretera o Autopista ) NR.- Nonroad ( Fuera de carretera o ruta ) L & M.- Locomotive and Marine ( Ferrocarril y Marino) Fuente: Highway Diesel Progress Review, Report 2, March 2004.

Fuente: USEPA, Ultra low Sulfur Diesel Fuel Implementation, Work Shop , New Orleans, Louisiana, November 15, 2004.

1313

Tendencia Tecnológica de 2007 a 2010EPA/EURO

F ig u r a 5 . - T e n d e n c ia s T e c n o lo g ic a s d e 2 0 0 7 a 2 0 1 0 e n s is te m a s r e d u c to r e s d e N O x y P a r t í c u la s ( E P A y E U R O ) .

Fuente: USEPA, Ultra low Sulfur Diesel Fuel Implementation, Work Shop, New Orleans, Louisiana, November 15, 2004.

SCR.- Selective Catalytic Reduction ( Reducción Catalítica Selectiva), CDPF.- Catalyzed Diesel Particulate Filter (Filtro Catalítico de Partículas Diesel), EGR Exhaust Gas Recirculation ( Recirculación de Gases de Escape).

1414

Debate del uso de Debate del uso de BiocombustiblesBiocombustibles vsvs ActualesActuales

ahorros de energahorros de energííaa

Conforme a estudios de la Universidad de Cornell y la Universidad de Berkeley, reportan que las plantas que transforman el Maíz, la Soya y Aceite de Girasol en combustibles, consumen más energía fósil que la que resulta al generar el combustible que producen (Etanol o Biodiesel ).

En términos de energía ( utilizada y producida ), para la producción de Etanol y Biodiesel el estudio reporta:

•El Maíz requiere 29% más energía.•Las biomasas agrícolas requieren 45 % más energía.•La biomasa de madera requiere 57% más energía.•Las plantas de soya requieren 27% más energía.•Las plantas de girasol requieren 118% más energía.

FUENTE: HYDROCARBON PROCESSING, SEPTEMBER 2005

1515

Evaluaciones Preliminares en el IMP con Biodiesel y Diesel Comercial

Evaluaciones Preliminares en el IMP Evaluaciones Preliminares en el IMP con Biodiesel y Diesel Comercialcon Biodiesel y Diesel Comercial

1616

Consideraciones para evaluaciConsideraciones para evaluacióón y uso del n y uso del Biodiesel en MBiodiesel en Mééxico.xico.

•Selección de Protocolos de Prueba estandarizados.

•Selección de Motores Representativo de vehículos en Circulación en la ZMVM.

•Conocer el efecto en emisiones reguladas y principalmente en NOx y Partículas.

•Estudios adicionales en emisiones no reguladas ( amoniaco, C1-C12, C12-C22, tamaño de partícula ( PM10, PM2.5 y menores a la micra ).

•Estudios en recorrido, empleando automotores en circulación con equipo On Board Emission ( Emisiones Reguladas y Desempeño ).

•Determinar su efecto en compuestos tóxicos ( aldehídos, cetonas, dioxinas y furanos )

1717

Fundamentos de los métodos de prueba.

EPA-98, 2004 y 2007

CICLOS TRANSITORIOS

EURO III

13 MODOS

EPA.- Reproduce las condiciones de manejo de un vehículo automotor a diesel en condiciones de tráfico en carretera y ciudad ( Ciclos Transitorios )

EURO III.- Reproduce las condiciones de manejo de un vehículo automotor a diesel en condiciones de manejo continuo ( carretera ) o estado estable.

1818

Infraestructura del IMP, principio de evaluaciInfraestructura del IMP, principio de evaluacióón:n:

FUENTEI

FLUJO DE AIRE

EMISIONES NO DILUIDAS

II

EMISIONES DILUIDAS III

ESQUEMA DE COMPORTAMIENTO DE LAS EMISIONES CONTAMINANTES EN LOS VEHICULOS A DIESELFUNDAMENTOS Y PRINCIPIOS DE MUESTREO Y ANALISIS DE

EMISIONES DEL LABORATORIO DEL IMP

1919

GASES DE

ESCAPE

COMPUTADORA CENTRAL

MOTOR

DINAMOMETRO

AIRE

BANCO DE ANALIZADORES

BOLSAS DE MUSTREO

BOLSAS DE AIRE

TUNEL DE DILUCION

VENTURIS

SIMULACION TORQUE

POSITIVO

SIMULACION TORQUE

NEGATIVO

"CICLO TRANSIENT"

Esquema de OperaciEsquema de Operacióón del Laboratorio del IMPn del Laboratorio del IMP

ESQUEMA DE OPERACION DEL LABORATORIO DE EMISIONES DIESEL

DEL INSTITUTO MEXICANO DEL PETROLEO

CONSUMO DE

COMBUSTIBLE

CENTRODE

SEGURIDAD

UNIDADCLIMATICA

MICROBALANZA

MONITOREODE

PARAMETROS

2020

Consideraciones para evaluación del Biodieselen México.

1.- Selección de Motores representativa de vehículos en circulación en la ZMVM.

S/C

EPA-91

EPA-94

EPA-98

EPA-2004

EPA-2007

2121

Consideraciones para evaluaciConsideraciones para evaluacióón del n del Biodiesel en MBiodiesel en Mééxico (2).xico (2).

2.- Selección de Mezclas de Biodiesel con Combustible Pemex Diesel

Pemex Diesel Comercial ( ZMVM )

Biodiesel Importado

Mezcla ( B40 )

Mezcla ( B30 )

Mezcla ( B20 )

Mezcla ( B10 )

Pemex Diesel ZMVM( Línea Base )

Mezcla ( B5 )

+ =

2222

CaracterizaciCaracterizacióón de Combustiblesn de Combustibles

Ensayo UnidadesMetodo ASTM-D

Pemex Diesel Comercial

Pemex Diesel

Comercial + 5 %

Biodiesel

Pemex Diesel

Comercial + 10%

Biodiesel

Pemex Diesel

Comercial + 15%

Biodiesel

Pemex Diesel

Comercial + 20%

Biodiesel

Biodiesel 100 %

Indice de Cetano 976-04a 52,35 52,19 52,17 52,23 51,87 44,47Densidad a 20 ºC Kg/l 1298-99 0,8398 0,8421 0,8441 0,8465 0,8489 0,8854

Viscosidad a 40 ºC mm2/s (cSt ) 445-04 3,386 3,498 3,610 3,738 3,928 6,867Contenido de Azufre % Peso 4294 0,046 0,043 0,042 0,041 0,038 0,02

TIE ºC 86 208,3 205.9 206,7 212,9 215,8 164,150% ºC 86 282,8 286,4 290,5 296,4 299,5 335,6TFE ºC 86 363,4 362,1 362,3 362,7 362,1 343,3

2323

DesempeDesempeñño sin y con Biodiesel ( Bo sin y con Biodiesel ( B--40 ) en 40 ) en Motor EPAMotor EPA--91.91.

EFECTO EN DESEMPEÑO SIN BIODIESEL, MOTOR EPA-91.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

648 800 950 1120 1290 1440 1600 1760 1920 2080 2240 2400 2550

RPM

TORQ

UE (

nm )

0

20

40

60

80

100

120

140

160

POTE

NCI

A ( K

w )

TORQUE ( nm ) POTENCIA ( Kw )

TORQUE MAXIMAPOTENCIA MAXIMA

EFECTO EN EL DESEMPEÑO CON BIODIESEL, MOTOR EPA-91

0

100

200

300

400

500

600

700

800

648 800 950 1120 1290 1440 1600 1760 1920 2080 2240 2400 2550

RPM

TORQ

UE

( nm

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

PO

TEN

CIA

( K

w )

TORQUE ( nm ) POTENCIA ( Kw )

TORQUE MAXIMA POTENCIA MAXIMA

2424

Efecto en las emisiones con mezclas de Efecto en las emisiones con mezclas de Biodiesel.Biodiesel.

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

( g/K

w-h

r )

EMISIONES

ESTUDIO PRELIMINAR DEL EFECTO EN EMISIONES SIN Y CON BIODIESEL ( B5, B10, B20, B30 Y B40 ) EN MOTOR EPA-91

PEMEX DIESEL BIODIESEL ( B5 ) BIODIESEL (B10)BIODIESEL (B20) BIODIESEL ( B30 ) BIODIESEL (B40)

CO NOxHC PARTICULAS

C ON LA M EZ C LA D E B IOD IESEL ( B 40 ) , SE OB SER VA UN A R ED UC C ION D E:

15 % EN P A R T IC ULA S.N Ox y C O SE R ED UC EN EN C ER C A D EL 5%.EN H ID R OC A R B UR OS N O SE OB SER VA C A M B IO

2525

Efecto en la opacidad con mezclas de BiodieselEfecto en la opacidad con mezclas de Biodiesel

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

( g/K

w-h

r )

OPACIDAD

ESTUDIO PRELIMINAR DEL EFECTO EN OPACIDAD SIN Y CON BIODIESEL ( B5, B10,B20, B30 Y B40 ), MOTOR EPA-91.

PEMEX DIESEL BIODIESEL ( B5 ) BIODIESEL (B10) BIODIESEL (B20)BIODIESEL (B30) BIODIESEL (B40)

A B C

SE OBSERVA UNA TENDENCIA EN LA REDUCCION DE OPACIDAD CON CADA MEZCLA DE BIODIESEL, EL EFECTO ES MAYOR AL USAR LA MEZCLA ( B40 ).

2626

Conclusiones:Conclusiones:

• Se observó una disminución mayor de partículas con la mezcla B40 y pequeñas disminuciones en NOx e HC.

• Se observó en este estudio preliminar, una tendencia en la disminución de la Opacidad, siendo mayor con B40.

• Otros datos obtenidos indicaron que con el uso de Biodiesel, no hay detrimento en desempeño del motor (potencia, torque, velocidad y consumo de combustible). Sin embargo habrá que hacer evaluaciones más exhaustivas para corroborarlo.

• Se observó una reducción en emisiones reguladas, destacando el efecto en partículas y no se apreciaron cambios significativos en el consumo decombustible.

2727

Acciones Futuras con el BiodieselAcciones Futuras con el Biodiesel

•Se sugiere una evaluación más detallada, en motores representativos de los vehículos en circulación en la ZMVM.

•Seria recomendable cuantificar las emisiones no reguladas como; HPA, Hidrocarburos ligeros ( C1-C12 ), Hidrocarburos Semivolatiles ( C12 a C22 ), Tamaño de Partícula ( PM10 y PM 2.5), Amoniaco, Aldehídos y Cetonas.

•Así mismo, cuantificar las emisiones de gases efecto invernadero CO2 y CH4.

•Finalmente, se requiere comprobar la magnitud de las emisiones reguladas y desempeño tanto en condiciones controladas como en rutas representativas de la ZMVM, empleando equipo a bordo ( On Board Emission ).