SISTEMAS AUTOMOTRICES

COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS: BIODIESEL

ALUMNO: CONTRERAS FLORES LUIS ENRIQUE

PROFESOR: CRUZ OSORIO ADOLFO

GRUPO: 5SM1

Fecha de entrega: 16 de Mayo de 2014

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN

INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES

BIODIESEL

Definición y Características

Se trata de un combustible que se obtiene por la transesterificación de triglicéridos (aceite). El producto obtenido es muy similar al gasóleo obtenido del petróleo (también llamado petrodiésel) y puede usarse en motores de ciclo diésel, aunque algunos motores requieren modificaciones.

El proceso de transesterificación consiste en combinar el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como residuo glicerina que puede ser aprovechada por la industria cosmética, entre otras.

La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, pues es la planta con mayor rendimiento de aceite por hectárea, aunque también se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso, la materia prima es muy barata y además se reciclan lo que en otro caso serían residuos.

Físicamente es un líquido que puede tener un color que puede ir desde un tono amarillo claro hasta uno oscuro, y que es prácticamente inmiscible con el agua; además de tener una viscosidad similar a la del diésel que se obtiene del petróleo, se puede mezclar con éste con la finalidad de reducir las emisiones contaminantes de los vehículos automotores con motores de ciclo Diésel.

Las mezclas más comunes son las B5 (5% de biodiesel y 95% de diésel de origen fósil), así como la B20 (20% de biodiesel con un 80% de diésel de origen fósil) y que pueden usarse generalmente sin modificar el motor, sin embargo también se puede emplear un 100% de biodiesel pero es necesario ciertas modificaciones del motor que le permitan evitar problemas de mantenimiento y de desempeño.

El biodiesel típico tiene un punto de ignición de 150°C y una densidad de 0.88 g/cm3.

La densidad energética de un carburante disminuye con el aumento de la presencia de oxígeno, por lo que el biodiesel (el cual presenta dos átomos de oxígeno en su estructura) posee menos energía por unidad de volumen que el diésel.

Consideraciones al utilizar Biodiesel

El cuidado y mantenimiento de los vehículos que utilizan biocombustible es muy parecido al de los autos de combustible convencional. Sin embargo, deben vigilarse dos problemas: el crecimiento de algas en el tanque de combustible y la

acumulación de barro. Estos dos problemas pueden bloquear el filtro de combustible, afectando el rendimiento del biocombustible. Para evitar estos problemas, cambia el filtro de combustible con regularidad, usa alguicidas para controlar el crecimiento de algas y mantén tu tanque de combustible lleno de manera que no haya oportunidad para el crecimiento de algas o lodo.

Filtros

Cuando un coche ha estado parado mucho tiempo (con diésel mineral dentro), puede que aparezca agua en el depósito y lo oxide (el agua es un problema frecuente del diésel mineral). Si luego se llena el depósito de biodiesel, desprenderá las partículas de óxido, que podrían atascar los filtros.

Encendido

Opcional: retarda el tiempo de inyección 2 o 3 grados para compensar que el biodiesel tiene mayor número de cetano. El motor pierde un poco de la potencia extra del biodiesel, pero es más silencioso y se calienta menos, reduciendo las emisiones de óxidos de nitrógeno.

Caucho

Con el tiempo el biodiesel puede corroer las piezas de caucho del sistema de combustible, especialmente el biodiesel puro (100%, B100). Los coches más modernos (desde mediados de los noventa) son de materiales resistentes, y algunos motores antiguos también funcionan con biodiesel sin problemas. Si es necesario pregunta al fabricante de tu coche. El mejor material es el vitón.

Diferencias entre Diesel y Biodiesel

Ventajas

El biodiesel es un carburante ecológico que posee grandes ventajas medioambientales.

El Biodiesel (Ésteres metílicos de ácidos grasos) no daña el medio ambiente por ser un combustible de origen vegetal en su estado 100% puro. Su uso en el referido estado sería completamente inocuo con nuestro medio. Para poder usarse se debería efectuar unas pequeñas modificaciones técnicas en los motores diésel, como sería modificar el compuesto de la goma y/o cauchos de los manguitos y latiguillos del circuito del combustible. Ello es debido a que el biodiesel 100% tiene la particularidad de disolver la goma. Desde los años 90, casi todos los fabricantes de vehículos (principalmente marcas alemanas), ya han sustituido dichos conductos fabricados con materiales plásticos o derivados, que el Biodiesel 100% puro no los disuelve.

Se produce a partir de materias primas renovables.El Biodiesel se produce a partir de aceites vegetales, vírgenes y reciclados. El aceite vegetal virgen se extrae de la semilla cultivada dejando atrás la harina de semilla que puede usarse como forraje animal. El aceite es refinado antes de incorporarlo al proceso de producción del biodiesel. Aunque existen más de trescientos tipos de oleaginosas, las más comunes en la producción de biodiesel son la colza, la soja, el girasol y la palma.

Los aceites reciclados proceden de la recogida de sectores como la hostelería, alimentarios, cocinas domésticas, etc.

Con el reciclaje de los aceites usados, evitamos su vertido, salvaguardando la contaminación de las aguas subterráneas, fluviales y marinas, así como la vida que en ellas habita. Y evitamos su uso en la alimentación animal (piensos).

Con los aceites vegetales, se contribuye de manera significativa al suministro energético sostenible, lo que permite reducir la dependencia del petróleo, incrementando la seguridad y diversidad en los suministros, así como el desarrollo socioeconómico del área rural (producción de oleaginosas con fines energéticos), y la conservación de nuestro medio ambiente.

Mejora la combustión, reduciendo claramente emisiones de hollín (hasta casi un 55% desapareciendo el humo negro y olor desagradable).

Dado que la molécula de biodiesel aporta, por unidad de volumen, más átomos de oxígeno que lo que aporta el mismo volumen de gasóleo convencional, la presencia de inquemados es menor utilizando biodiesel dado que hay menos moléculas de carbono elemental (hollín) y menos de monóxido de carbono (CO).

Produce, durante su combustión menor cantidad de CO2 que el que las plantas absorben para su crecimiento (ciclo cerrado de CO2).

El dióxido de carbono CO2 que emite a la atmósfera el Biodiesel durante la combustión es neutro, ya que es el mismo que captó la planta oleaginosa utilizada para extraer el aceite durante su etapa de crecimiento. Con lo cual, la combustión de Biodiesel no contribuye al efecto invernadero, es neutra y ayuda a cumplir el protocolo de Kyoto.

El uso de una tonelada de Biodiesel, evita la producción de 2.5 toneladas de dióxido de carbono (CO2). No contiene prácticamente nada de azufre. Evita las emisiones de SOx (lluvia ácida o efecto invernadero).El Biodiesel no contiene azufre, agente que se encuentra en el gasóleo por su poder de lubricación.

En la actualidad los modernos gasóleos bajos en azufre, por su proceso de desulfuración pierden el poder de lubricación, incrementando el ruido y desgaste de los motores. Las compañías petroleras deben por este motivo aditivar el gasóleo con aditivos químicos y sintéticos para parar esa anomalía. En Francia se aditiva todo el gasóleo que se comercializa en EESS con Biodiesel al 2% como aditivo lubricador.

No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromáticas cancerígenas (Hidrocarburos aromáticos policíclicos).

El Biodiesel, como combustible vegetal no contiene ninguna sustancia nociva, ni perjudicial para la salud, a diferencia de los hidrocarburos, que tienen componentes aromáticos y bencenos (cancerígenos). La no-emisión de estas sustancias contaminantes disminuye el riesgo de enfermedades respiratorias y alergias.

Es fácilmente biodegradable, y en caso de derrame y/o accidente, no pone en peligro ni el suelo ni las aguas subterráneas.

El Biodiesel, es biodegradable (aprox. 21 días), su origen vegetal lo hace compatible con la naturaleza y la ausencia de compuestos químicos y sintéticos lo hace inocuo con nuestro medio.

No es una mercancía peligrosa (el punto de inflamación se encuentra por encima de 110º C).

El Biodiesel tiene su punto de inflamación por encima de 110ºC, por eso no está clasificado como mercancía peligrosa, siendo su almacenamiento y manipulación segura.

Posee un alto poder lubricante y protege el motor reduciendo su desgaste así como sus gastos de mantenimiento.

El Biodiesel por ser su origen los aceites vegetales, tiene un alto poder de lubricación, alargando la vida de los motores, reduciendo el ruido en los mismos, así como notablemente abaratando los costes de mantenimiento.

Así mismo como característica del Biodiesel, cabe reseñar el poder detergente, que mantiene limpios los sistemas de conducción e inyección del circuito de combustible de los motores.

Es el único combustible no contaminante alternativo a los motores de gasóleo convencional.

El Biodiesel, es el único combustible renovable alternativo en los motores diésel.

Desventajas

A bajas temperaturas puede empezar a solidificar y formar cristales, que pueden obstruir los conductos del combustible.

Por sus propiedades solventes, puede ablandar y degradar ciertos materiales, tales como el caucho natural y la espuma de poliuretano. Es por esto que puede ser necesario cambiar algunas mangueras y retenes del motor antes de usar biodiesel en él, especialmente con vehículos antiguos.

Sus costos aún pueden ser más elevados que los del diésel de petróleo. Esto depende básicamente de la fuente de aceite utilizado en su elaboración.

El transporte en la Unión Europea

Consumo energético del transporte.o Representa el 45% de la demanda total de derivados del petróleo.

o El 98% de la energía consumida en el transporte procede de

combustibles fósiles. Emisiones contaminantes.

Los medios de locomoción son responsables del 87% de las emisiones de CO, del 66% del NOx, del 60% de CO2 y del 5% de SO2.

Estándares y regulación

Los esteres metílicos de los ácidos grasos ( FAME ), denominados biodiesel, son productos de origen vegetal o animal, cuya composición y propiedades están definidas en la norma EN 14214 , con excepción del índice de yodo, cuyo valor máximo queda establecido en 140.

El Biodiesel aparece regulado en el Real Decreto 61/2006, de 31 de enero, por el que se determinan las especificaciones de gasolinas, gasóleos, fuelóleos y gases licuados del petróleo y se regula el uso de determinados biocarburantes.

Aunque existen aproximadamente 300 especies de oleaginosas, las materias primas con las que se produce habitualmente el biodiesel son:

Girasol Colza Soja Palma Palmiste Aceites vegetales reciclados Grasas animales

Estados Unidos de América

La producción anual de biodiesel en este país fue de aproximadamente 570 millones de litros en 2004, (80% a partir de la soya, 19% de grasa amarilla y un 1% de otros cultivos). En enero de 1999 sólo algunas flotas utilizaban biodiesel, para septiembre de 2001, el número se incrementó en más de un 100%.

La principal aplicación vehicular que se tiene del biodiesel en este país está en las flotas vehiculares del ejército así como de agencias gubernamentales, sin embargo los gobiernos estatales y el Ministerio de

Energía han venido trabajando en expandir el mercado del biodiesel en base al reconocimiento que obtuvo el empleo de biodiesel (B100) como combustible alterno. Entre los gobiernos estatales más activos en promover el uso del biodiesel

se encuentra el de Minessota; que a partir del año 2005 promovió un mandato para que el diésel destinado al autotransporte contenga un 2% de biodiesel.

Entre los años 1995 y 2003, los subsidios a la soya aumentaron a 12 billones de dólares. La cantidad de tierra en donde se cultivaba la soya se incrementó en un millón de acres anualmente entre el año 1997 y el 2001.

Uno de los aspectos que ha permitido el crecimiento del mercado del biodiesel es establecimiento de normas de calidad; en diciembre de 2001 la Asociación Americana para la Evaluación y Materiales (ASTM) publicó una especificación para el biodiesel (D6751). Por su parte la Barra Nacional del Biodiesel estableció la Comisión Nacional para la Acreditación del Biodiesel para desarrollar e implementar un programa voluntario para la acreditación de productores y comercializadores de biodiesel.

Unión Europea

La Unión Europea es líder mundial en la producción y consumo de biodiesel, tan sólo en el año 2004 produjo alrededor de 2.2 billones de litros de biodiesel y donde los tres principales países productoras de este bioenergético son: Alemania (con 1.4 millones de toneladas), Francia (0.35 millones de toneladas) e Italia (0.32 millones de toneladas).

Alemania y Austria han concentrado sus esfuerzos a la promoción del B100, en contraste con el uso exclusivo de B5 en Francia. En Italia, la mitad de la producción de biodiesel es utilizada para emplearlo como aceite de calefacción y el resto para utilizarlo como mezcla B5.

Han sido dos factores que han permitido a la Unión Europea convertirse en los líderes en la producción de biodiesel. La primera tiene que ver con una Política Agrícola en Común (CAP) que está orientada a una política de cultivos de los miembros de la Unión Europea en donde se promovió el subsidio a los productores de granos, oleaginosas y cultivos proteínicos que dedicaran un 10% de sus tierras para la producción de insumos para obtener el biodiesel.

El segundo factor son los altos impuestos en los combustibles, que han permitido establecer subsidios directos a los biocombustibles a partir de una parcial o total exención de impuestos, tan sólo en el año de 1994 el Parlamento Europeo exento en un 90% los impuestos al biodiesel, en Alemania el biodiesel está exento al 100% de impuestos.

Con la finalidad de promover la aceptación tanto de consumidores como de fabricantes de automóviles, en 1993 las autoridades de Alemania presentaron la norma de aseguramiento de calidad del biodiesel DIN 51606 que remplazó a la EN

14214 publicada por el Comité Europeo de Normalización. Es preciso mencionar que desde el origen de la industria del biodiesel ha trabajado conjuntamente con la industria automotriz.

En cuanto al rendimiento de combustible de los vehículos que utilizan biodiesel y según el estudio “Análisis del Ciclo de Vida de Combustibles alternativos para el Transporte” que realizó el Ministerio de Medio Ambiente del Gobierno de España se puede concluir que el rendimiento de combustible cuando se utilizan mezclas B5 y B10 varía muy poco en comparación con el empleo de diésel de origen fósil.

México

En México se tiene muy poca experiencia con el uso del biodiesel, dentro de los proyectos de biodiesel destaca el de la planta de biodiesel de Grupo Energéticos en Cadereyta, Nuevo León que produce este biocombustible a partir de aceites y grasas recicladas de la cafetería del Instituto Tecnológico de Monterrey, la producción de ésta planta es de 300 m3 al mes, aunque según su directivo puede llegar a los 600 m3 al mes. Con esta producción se abastece de una mezcla B20 a un autobús de transporte de personal, así como a dos vehículos compactos propiedad del Instituto.

Otro proyecto es el de la Universidad Vasconcelos de Oaxaca, en el que producen una mezcla B20 a partir de aceites vegetales de desecho, en la etapa demostrativa se tiene una producción de 3,6 m3 al mes de biodiesel el cual es consumido por un autobús propiedad de la Universidad.

Según el estudio “Potenciales y Viabilidad del Uso de Bioetanol y Biodiesel para el Transporte en México” menciona que una alternativa para la introducción y empleo de biodiesel en México se puede basar en materias primas de bajo costo, como es el caso de los aceites y grasas recicladas. Y que a un mediano plazo se requerirán esquemas de incentivos para llegar a una meta de sustituir de entre el 2% al 5% del diésel de petróleo (año 2012), para lo cual se requieren entre otras cosas: el aumento significativo de los cultivos oleaginosos, la instalación de 10 plantas industriales con una capacidad de 100 000t/año o más de 140 plantas pequeñas con una capacidad de 5 000 t/año, así como inversiones de alrededor de $3,100 millones de pesos.

Legislación existente.

Actualmente en México no se cuenta con un marco legal que permita el empleo de biodiesel como combustible en los vehículos automotores, así como el correspondiente que permita normar la calidad y su comercialización.

Uno de los primeros pasos se dio recientemente con la aprobación de la Ley para el Desarrollo y Promoción de los Bioenergéticos y que según sus desarrolladores, permitirá impulsar la agroindustria para la producción de etanol y otros biocombustibles como alternativa para contar con la autosuficiencia energética a través de fuentes renovables.

Sin embargo, en ésta no se especifican claramente los mecanismos financieros y fiscales que se utilizarán para detonar y mantener el mercado del etanol. Asimismo en esta ley no se contempla la obtención de biodiesel a partir de grasas animales y desechos de aceites vegetales.

Otro instrumento que está en discusión entre los legisladores es la Ley para el Aprovechamiento de las Fuentes Renovables de Energía, en la cual se pretende cubrir un amplio abanico de diversas fuentes de energía renovables y su posible aplicación (electricidad, térmico, mecánicas, biocombustibles, etc.), de forma compatible con atribuciones de planeación energética del sector. Dentro de esta ley se propone un programa con metas de penetración de las energías renovables (incluyendo el etanol y el biodiesel para su uso en el transporte), compatible con un crecimiento de la oferta energética nacional.

Aplicación de Biodiesel en vehículos automotores

Según la página biodiesel.org, de origen estadounidense, en Estados Unidos de América los vehículos de fábrica que pueden utilizar biodiesel son:

MARCA MODELO Proporción de Biodiesel aprobada

AUDI

A6 TDI 2014* B5 y hasta por encima de B20A7 TDI 2014 B5 y hasta por encima de B20A8 L TDI 2014 B5 y hasta por encima de B20Q5 TDI 2014* B5 y hasta por encima de B20Q7 TDI 2014* B5 y hasta por encima de B20A3 TDI 2015 B5 y hasta por encima de B20

BMW

328d Sedan 2014 B5535d Sedan 2014 B5X5 xDrive 35d Sedan 2014 B5740Ld xDrive 2014 B5

Chrysler

RAM ProMaster Cargo Van 2014 B5RAM 1500 EcoDiesel 2014 B20RAM 2500/3500 Regular/Quad Cab B20RAM Chassis Cab 2014 B20

Ford

Transit Commercial Van 2015 B20Super Duty F250/350/450 2014* B20Chassis Cab F350/F450/F550 B20Super Duty F650/F750 B20

GM

Chevrolet Express Cargo Van 2500/3500 2014 B20Chevrolet Cruze 2014 B20Chevrolet Silverado 2500HD/3500 HD 2014/2015

B20

Chevrolet Colorado 2015 B20GMC Savana 2500/3500 2014 B20GMC Sierra 2500 HD/ 3500 HD 2014/2015 B20GMC Sierra Denali 2500 HD/3500 HD 2014 B20GMC Canyon 2015 B20

Jeep Grand Cherokee 2014 B20Mazda Mazda 6 Diesel B20

Mercedes-Benz

Sprinter Passenger/Crew/Cargo Van 2014* B5 y hasta por encima de B20E250 BlueTEC Sport Sedan 2014 B5 y hasta por encima de B20GL350 BlueTEC SUV 2014 B5 y hasta por encima de B20ML350 BlueTEC SUV 2014 B5 y hasta por encima de B20GLK250 BlueTEC SUV B5 y hasta por encima de B20

PorscheCayenne Diesel 2014* B20Macan Diesel 2015 B20

VolksWagen

Beetle TDI 2014 B5 y hasta por encima de B20Beetle Convertible TDI 2014 B5 y hasta por encima de B20Golf TDI (4-door) 2014 B5 y hasta por encima de B20Jetta TDI 2014* B5 y hasta por encima de B20Jetta SportWagen TDI 2014* B5 y hasta por encima de B20Passat TDI 2014* B5 y hasta por encima de B20Touareg TDI Sport/Lux 2014* B5 y hasta por encima de B20

CATERPILLAR

C7 ACERT B20C9 ACERT B20C11 ACERT B20C13 ACERT B20C15 ACERT B20

HINO J05E-TP B20J08E-VC B20J08E-VB B20J05E-UG B20

ISUZU 4JJ1-TC B5 y hasta B20

4HK1-TC B5 y hasta B20

MACK

MP7 B20MP8* B20MP8 505 Econodyne+ B20MP10 B20

VolvoD11 B20D13* B20D16 B20

* Disponibles en México

Motores que pueden utilizar Biodiesel

MARCA MODELO Proporción de Biodiesel aprobada

CUMMINS

ISB6.7* B20ISC8.3* B20ISL9 B20ISX11.9 B20ISX15* B20

Detroit - Diesel

DD13 B5 y hasta B20DD15/DD15TC B5 y hasta B20DD16 B5 y hasta B20SERIES 60* B20

NAVISTAR

MAXXFORCE 7* B20MAXXFORCE DT* B20MAXXFORCE 9 B20MAXXFORCE 10 B20MAXXFORCE 11 B20MAXXFORCE 13 B20MAXXFORCE 15 B20

PACCARPX-7 B5PX-9 B5MX-13* B5

* Disponibles en México

Referencias

http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/ 466/2/biodiesel.pdf

http://www.ehowenespanol.com/tipos-vehiculos-utilizan- biocombustible-sobre_302397/

http://www.ebb-eu.org/index.php http://biodiesel.org/docs/default-source/ffs-engine_manufacturers/

2013-diesel-vehicle-list.pdf?sfvrsn=10