Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Enero – Junio 2018 pp. 20-24 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 2, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: marzo 2018 Fecha de aceptación: mayo 2018
20
1.
1
INTRODUCCIÓN
El biodiesel actúa como un combustible
alternativo prometedor para el aceite diésel. Los
1. Profesor de la Universidad Internacional del Ecuador,
gureyesca@uide.edu.ec
2. arubio@uide.edu.ec
3. amorales@uide.edu.ec
aceites vegetales son una alternativa muy
prometedora al diésel, ya que son renovables y
tienen propiedades similares. Muchos
investigadores han estudiado el uso de aceites
vegetales en motores diésel. Los aceites vegetales
ofrecen casi la misma producción de energía con
una eficiencia térmica ligeramente menor cuando
se usan en motores diésel. La reducción de las
emisiones de los motores es un importante aspecto
de investigación en el desarrollo del motor, con la
Efecto del poder calorífico en la relación de combustión del motor con
distintos tipos de biodiesel
Guillermo Gorky Reyes
1
; Alan Rene Rivera Rubio
2
; Andrés Morales Morales
3
1
Universidad Internacional del Ecuador, gureyesca@uide.edu.ec
2
Universidad Internacional del Ecuador, arubio@uide.edu.ec
3
Universidad Internacional del Ecuador, amorales@uide.edu.ec
Resumen: Debido a las altas emisiones contaminantes producidas por los combustibles
convencionales se ha hecho un estudio comparativo con distintos tipos de biodiesel con relación
a la energía entregada disponible y a la combustión en función de su poder calorífico. Mediante
el análisis de artículos científicos basados en datos experimentales como densidad, poder
calorífico y viscosidad de distintos tipos de biodiesel se calculó la energía que entrega cada tipo
de combustible y su relación de combustión a través de ecuaciones matemáticas. En los
resultados se encontró que los combustibles más aptos son el biodiesel a base de aceite de palma
y a base de aceite de soya ya que su entrega de energía es mucho más alta que la energía del
biodiesel a base de aceite de girasol. Dentro de las comparaciones de los combustibles como el
diésel se comprobó que el biodiesel puede ser una alternativa de energía de alimentación.
Palabras Claves: Poder Calorífico, Relación de Combustión, Combustibles Convencionales,
Eficiencia del Biodiesel.
Effect of the heating value in the combustion ratio of the engine with different
types of biodiesel
Abstract: Due to the high pollutant emissions produced by conventional fuels, a comparative
study has been made with different types of biodiesel in relation to the available energy
delivered along with the combustion according to its heating value. Through the analysis of
scientific articles based on experimental data such as density, heating value and viscosity of
different types of biodiesel; the energy delivered by each type of fuel and its combustion ratio
was calculated through mathematical equations. In the results it was found that the most suitable
fuels as an alternative source of energy is biodiesel produced from palm and soybean oil since its
energy delivery is much higher than the energy of biodiesel produced from sunflower oil. Within
the comparisons of fuels such as diesel it was found that biodiesel can be an alternative of power
supplies.
Keywords: Heating value, Combustion Ratio, Conventional Fuels, Efficiency of Biodiesel.
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creciente preocupación por la protección del medio
ambiente y la estricta recirculación de los gases de
escape. (K. Sivaramakrishnan. 2017).
El uso del biodiesel como combustible
alternativo al diésel común trae ventajas, en lo que
se refiere a la reducción de emisiones
contaminantes; sin embargo, la potencia del motor,
en función de la relación de combustión que toma
en cuenta la presión de compresión y de
combustión, se ven afectados principalmente
debido al bajo poder calorífico de la mayoría de
biodiesel en estado puro.
Tal es que el rendimiento del motor con el
biodiesel o sus mezclas con el combustible diésel
varía en gran medida por la turbulencia del aire de
combustión, la calidad de la mezcla aire-
combustible, la presión del inyector, el inicio real
de la combustión y otros factores. Sin embargo, el
efecto del uso de biodiesel no comestible mezclado
con diésel de petróleo puede evaluarse
determinando la potencia / par motor, la eficiencia
térmica del freno, el consumo específico de
combustible del freno y la generación de
emisiones. El aumento máximo de potencia se
observó para el 50% de biodiesel de jatropha y
mezcla de diésel a velocidad nominal, mientras que
la mejor mejora de consumo de energía específica
de freno se observó con el 20% de biodiesel de
polanga. (M. M. K. Bhuiya a, M. G. Rasula,
2014).
Cuando el biodiesel se compara con el
combustible diésel convencional en las pruebas de
motores, la potencia y el consumo de combustible
están en proporción casi directa al contenido
energético del combustible. (H.M. Mahmudul, F.Y.
Hagos, R. Mamat, A. Abdul Adam, W.F.W. Ishak,
R. Alenezi. 2017).
Fundamentación Teórica
Se ha señalado que el biodiesel
generalmente causa un aumento en las emisiones
de NOx y una disminución en las emisiones de
hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO) y
materia particulada (PM) en comparación con el
diésel. Se ha mencionado que un motor diésel sin
ninguna modificación funcionaría con éxito en una
mezcla de 20% de aceite vegetal y 80% de
combustible diésel sin dañar las partes del motor.
(M. M. K. Bhuiya a, M. G. Rasula, 2014).
En general, el biodiesel que se origina en el
aceite de palma tiene propiedades diferentes en
comparación con otros biodiesel hechos de otras
fuentes orgánicas, así como diésel mineral. Un
motor diésel sin ninguna modificación funcionaría
con éxito en una mezcla de 20% de aceite vegetal y
80% de combustible diésel sin dañar las partes del
motor. (M. M. K. Bhuiya a. M. G. Rasula, 2014).
A medida que aumenta la cantidad de
biodiesel, aumenta el consumo de combustible
específico del freno (BSFC). En algunas
condiciones operativas, como la carga, la presión
de inyección, el tiempo, el diámetro del diámetro
de la boquilla y la velocidad, también afectará el
consumo de combustible del motor de diésel
alimentado con diésel y biodiesel. (M. Vijay
Kumar, A. Veeresh Babu, P. Ravi Kumar. 2016).
El avanzar el tiempo de inyección es muy
efectivo para el uso de biodiesel. Sin embargo, el
retardo en el tiempo de inyección redujo el
rendimiento y resultó en una mezcla de biodiesel
B5 con un rendimiento ligeramente más alto y
emisiones de NO, y un poco menos de emisiones
de hollín que el diésel.
(C.A.HarchM.G.RasulN.M.S.HassanM.M.K.Bhuiy
a. 2014). Dentro de los estudios realizados con
otros aceites, el aceite de salvado de arroz ocupa el
primer lugar entre los aceites vegetales no
convencionales y baratos, de esa manera el uso de
aceite de salvado de arroz como materia prima para
la producción hace que el proceso sea económico
además que genera compuestos bioactivos de valor
agregado.
La configuración permite estudiar la
potencia de frenado del motor, el consumo de
combustible, el consumo de aire, el balance de
calor, la eficiencia térmica, la eficiencia
volumétrica, etc. Las pruebas de rendimiento se
llevaron a cabo con la variable CR cilindro único
de cuatro tiempos motor diésel que utiliza varias
mezclas de biodiesel de aceite de salvado de arroz
crudo y aceite de salvado de arroz refinado
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biodiesel y diésel como combustibles. (Mayank
Chhabra, Ajay Sharma, Gaurav Dwivedi. 2016).
2. METODOLOGÍA
La presente investigación se enfoca en el calcular
el efecto que tienen los diferentes valores de poder
calorífico, según el tipo de biodiesel, en la relación
de combustión del motor y así poder emitir un
criterio con respecto a la calidad de la
pulverización del combustible. Además usa datos
experimentales de (H.M. Mahmudul, F.Y. Hagos,
R. Mamat, A. Abdul Adam, W.F.W. Ishak, R.
Alenezi. 2017), los mismos que muestran los datos
de caracterización de distintos tipos de biodiesel.
El valor de la caracterización que más influye en el
cálculo de la relación de presión es el del poder
calorífico (ver tabla 1).
Tabla 1. Propiedades de los combustibles
Diésel
Biodiesel
a base de
aceite de
palma
Biodiesel
a base de
aceite de
girasol
Biodiesel
a base de
aceite de
soya
Densidad
15°C
[Kg/m
3
]
855
864.42
880
913.8
Viscosidad
40°C [cSt]
3.06
4.5
4.439
4.039
Poder
calorífico
[MJ/kg]
43.8
39.9
39.6
39.76
Tomado de H.M. Mahmudul, et.al., 2017
Para calcular el efecto que tiene el poder calorífico
en el motor, se utilizarán datos de un motor modelo
(ver tabla 2).
Tabla 2. Datos para el cálculo con un motor diésel
Tiempos del motor
4
Relación de compresión
18:1
Diámetro
100 mm
Carrera
100 mm
Eficiencia volumétrica
0.8
Relación aire combustible
17:1
Coeficiente politrópico
1.41
Presión de admisión
1 atm
Temperatura de admisión
300 K
Datos referenciales de un motor modelo
El método cómo se procede con el cálculo consiste
en determinar la cilindrada del motor, para hallar
los volúmenes de admisión y de compresión del
motor. Posteriormente se procede a calcular cada
una de las presiones del ciclo correspondientes al
proceso de compresión y de combustión del motor;
finalmente se hace una relación entre estas
presiones en función del poder calorífico de cada
tipo de combustible.
Las ecuaciones fundamentales y necesarias para
este estudio son aquellas que permiten calcular el
volumen de compresión, el volumen de
combustión en función del poder calorífico del
combustible y finalmente, la relación de
combustión entre estos dos volúmenes calculados.
Ecuaciones matemáticas
Donde:
Vc: Volumen de Compresión
D: Diámetro
C: Carrera
Rc: Relación de Compresión
c
Donde:
Vf: Volumen de Combustión
Cp: Coeficiente Pilotropico
Pf: Poder Calorífico del Combustible
Cp: Coeficiente Politropico
Vc: Volumen de Compresión
Rc: Relación de Combustión
Vf: Volumen de Combustión
Vc: Volumen de Compresión
Donde:
: Calculo del Número de Moles
Pa: Presión de Admisión
V
1
: Volumen 1
V
2
: Volumen 2
C
ug
:
T
a
: Temperatura de Admisión
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r
: Masa de Combustible Real
ar:
Masa del Aire Real
R
a/c
: Relación Aire Combustible
Análisis de los datos, De la tabla 3 se observa que
el diésel es el combustible que más energía libera,
este hecho se debe a que es el combustible con el
poder calorífico más elevado.
Los combustibles que se pueden considerar como
una alternativa al diésel es el biodiesel a base de
aceite de palma y a base de soya, ya que sus
valores son 17 y 7 J más altos que la energía
liberada por el biodiesel a base de aceite de girasol.
En base a las relaciones de combustión se observa
que los biodiesel tienen unas relaciones más cortas
en comparación con el diésel, lo que indica que su
capacidad de completar el proceso de combustión
es más eficiente.
3. RESULTADOS
De los cálculos con el poder calorífico de cada tipo
de biodiesel, se obtuvieron los siguientes valores
(ver tabla 3).
Tabla 3. Energía entregada al ciclo durante el proceso de
combustión
Diésel
1799 J
Biodiesel a base de aceite de palma
1639 J
Biodiesel a base de aceite de girasol
1626 J
Biodiesel a base de aceite de soya
1633 J
Datos calculados con los poderes caloríficos de cada tipo
de combustible
Las relaciones de pulverización al ser calculadas
entre el volumen de combustión y de compresión
del ciclo diésel del motor, determinan la calidad de
pulverización y la capacidad de combustión del
combustible estudiado. Los resultados de estas
relaciones se detallan en la tabla (ver tabla 4).
Tabla 4. Relaciones de combustión con el uso de distintos
combustibles
Diésel
3.033
Biodiesel a base de aceite de palma
2.852
Biodiesel a base de aceite de girasol
2.838
Biodiesel a base de aceite de soya
2.845
Datos calculados con los poderes caloríficos de cada tipo de
combustible
4. CONCLUSIONES
Los tipos de biodiesel estudiados pueden
ser una alternativa real para el diésel de origen fósil
ya que, la energía liberada varía máxima en 10%,
específicamente tomando el biodiesel de menor
energía que es el de girasol.
La eficiencia para completar el proceso de
combustión con el biodiesel a base de girasol es la
más alta, registrando 7% mayor eficiencia; sin
embargo, se debe considerar que su reducido poder
calorífico debe ser compensado con una mayor
cantidad combustible que a su vez requiere de más
tiempo para ser combustionado.
El aceite vegetal tiene potencial como
fuente de energía alternativa. Sin embargo, el
aceite vegetal por sí solo no resolverá nuestra
dependencia del petróleo en sí. El uso de esta y
otras fuentes de energía alternativas podría
contribuir a un suministro de energía más estable.
REFERENCIAS
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Khana, N. Ashwathb, A. K. Azada, M. A.
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Derived Biodiesel.
Mohd Hafizil Mat YasinRizalman Mamatª, Ahmad
Fitri Yusopª, Rafidah Rahimª, Amir Azizª and
Liyana Amer Shahb. (2012). Fuel Physical
Characteristics of Biodiesel Blend Fuels with
Alcohol as Additives.
H.M. Mahmudul, F.Y. Hagos, R. Mamat, A. Abdul
Adam, W.F.W. Ishak, R. Alenezi. (2017)
Production, characterization and performance
of biodiesel as an alternative fuel in diesel
engines – A review Renewable and
Sustainable Energy Reviews 72 (2017) 497–
509. 2017.
Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Enero – Junio 2018 pp. 20-24 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
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Mayank Chhabra, Ajay Sharma, Gaurav Dwivedi.
(2016). Performance evaluation of diesel
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Fuelled with Second Generation Biodiesel.
K. Sivaramakrishnan. (2017). Investigation on
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variable compression multi fuel engine fuelled
with Karanja biodiesel–diesel blend
