Vialidad del Biodisel como Alternativa de Combustible para el Transporte - Alejandra Castro González

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería

Protocolo de ensayos con biodiesel en dinamómetro de banco simulando condiciones reales de un vehículo

Laboratorio de Control de Emisiones

CONTENIDO 1) Objetivo 2) Justificaci贸n 3) Protocolo de ensayos - Estructuraci贸n de los ensayos - Protocolo experimental

4) An谩lisis de resultados 5) Conclusiones

1) Objetivo Desarrollo de un nuevo protocolo de evaluaci贸n de emisiones contaminantes para motores diesel en un dinam贸metro de banco.

2) Justificación Las condiciones de tránsito cambian con el tiempo debido a múltiples factores. Tal es el caso del crecimiento de la población, tecnología de los vehículos, cambios en el transporte público, transformación en la red de carreteras, nuevas legislaciones para mantener el equilibrio ecológico, entre otras. De no renovar las pruebas actuales que regulan los niveles de contaminación, se considera que dejan de ser una herramienta confiable de estimación de emisiones para la certificación de motores.

3) Protocolo de ensayos  Estructuración de los ensayos

Ruta de un vehículo diesel en Ciudad Universitaria

Puntos de Incidencia 500

5

98

Prueba

400

PROPUESTOS

350

Torque (Nm)

1 2 3 4

Torque (Nm) 98 110 125 121

SIMULADOS

450

300

11

7

150

8 2

1

10

9 3

100

4

5

6

50 0 700

1000

1300

1600 RPM

1900

2200

Gr谩fica de dispersi贸n que representa los puntos de operaci贸n

869 1684 1838 1944 2072

6 81 2200 7 172 1573 8 167 1756 9 164 1894 10 168 2021 11 261 1948 Puntos de operaci贸n propuestos

250 200

RPM

2500

Mercedes Benz OM366LA del a単o 1992

Instrumentaci贸n general del equipo

Mezcla de biodiesel

ďƒ˜ Protocolo experimental

INSTRUMENTACIÓN Y PREPARACIÓN DEL EQUIPO

PUESTA A PUNTO DEL MOTOR Y REVISIÓN DE PARÁMETROS DEL EQUIPO

EJECUCIÓN, MONITOREO Y MUESTREO DEL ENSAYO

ALMACENAMIENTO DE DATOS

REPETICIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA OTRO PUNTO DE OPERACIÓN O PARA CORROBORAR DATOS  Se verificó que el combustible fuera suficiente.

 Que el equipo fuese nuevamente calibrado para repetir las mismas características en el ensayo siguiente.

 Para los puntos de operación restantes del mismo combustible se repitió el procedimiento Ejecución, monitoreo y muestreo del ensayo seleccionado y Almacenamiento de datos.

ANÁLISIS DE RESULTADOS  Se identifico la aproximación de los puntos de operación realizados con los propuestos.

 Identificados los puntos, se realizó la discriminación de datos y la determinación de los factores de ponderación.

 Gráficas de barras para la comparación y análisis de emisiones contaminantes por cada uno de los combustibles.

5) An谩lisis de resultados

Puntos de operaci贸n de los ensayos

Puntos de operación concordantes ÁREA

1

2

3

COMBUSTIBLE

Torque (Nm)

RPM

Diesel PEMEX

101

1875

B5

92

1882

B10

89

1896

B20

92

1890

UBA

90

1888

Diesel PEMEX

102

1766

B5

108

1761

B10

109

1765

B20

106

1791

UBA

104

1781

Diesel PEMEX

88

2021

B5

95

2029

B10

98

2055

B20

87

2052

UBA

90

2064

COMBUSTIBLE

Torque (Nm)

RPM

CO2 [g/s]

CO [mg/s]

HC [mg/s]

NOx [mg/s]

PM10 [mg/s]

PM2.5 [mg/s]

UBA

90

2064

5.65

8.86

10.24

62.45

0.22

0.41

Donde: FP: Factor de ponderación. i: Número de área.

N: Número de puntos del área PT: Puntos totales de las áreas

Datos ponderados y emisiones totales ÁREAS

COMBUSTIBLE

FACTOR DE PONDRACIÓN

CO2 [g/s]

CO [mg/s]

HC [mg/s]

NOx [mg/s]

PM10 [mg/s]

PM2.5 [mg/s]

1

Diesel PEMEX

0.18

0.90

1.79

1.23

12.07

0.03

0.06

2

Diesel PEMEX

0.21

0.96

1.05

1.28

14.45

0.03

0.07

3

Diesel PEMEX

0.61

3.43

6.81

4.98

44.17

0.14

0.25

5.28

9.64

7.49

70.69

0.20

0.38

0.64 0.65 2.81

1.15 2.18 3.83

1.30 1.27 3.65

9.34 9.75 32.77

0.04 0.01 0.17

0.04 0.01 0.17

4.10

7.17

6.22

51.86

0.22

0.22

0.91 1.03 3.71

1.53 1.92 4.25

1.58 1.64 6.14

11.78 14.46 45.66

0.04 0.06 0.19

0.07 0.09 0.31

5.65 0.87 1.00 2.69

7.70 1.30 1.83 4.57

9.36 1.59 1.69 5.25

71.90 11.63 14.49 31.68

0.29 0.04 0.06 0.15

0.47 0.04 0.08 0.15

4.56 0.86 1.00 3.45

7.70 1.82 2.23 5.40

8.53 1.62 1.74 6.24

57.79 10.26 13.45 38.09

0.25 0.03 0.06 0.13

0.27 0.06 0.08 0.25

5.31

9.45

9.60

61.81

0.22

0.39

1 2 3

B5 B5 B5

1 2 3

B10 B10 B10

1 2 3

B20 B20 B20

1 2 3

UBA UBA UBA

Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales:

Emisiones de CO2 [mg/s] 6000.00

5647.08

5283.74

Emisiones de HC [mg/s] 5313.82

4561.29

5000.00

4098.33

4000.00 3000.00 2000.00 1000.00 0.00 Diesel PEMEX

B5

B10

B20

10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

9.64

9.45 80.00

7.17

7.70

7.49 6.22

B5

B10

B20

UBA

Emisiones de NOx [mg/s]

Emisiones de CO [mg/s] 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

8.53

Diesel PEMEX

UBA

9.60

9.36

7.70

71.90

70.69

70.00

57.79

51.86

60.00

61.81

50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 Diesel PEMEX

B5

B10

B20

UBA

Diesel PEMEX

B5

B10

B20

UBA

Emisiones de PM10 y PM2.5 en [mg/s] 0.50

0.47

0.45

0.39

0.38

0.40 0.35

0.29

0.30

0.27 0.25 0.22 0.22

0.25

0.22

0.20 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Diesel PEMEX

B5

B10 PM10[mg/s]

B20 PM2.5[mg/s]

UBA

Variaci贸n de gases criterio respecto al Diesel PEMEX 28%

30% 25%

20% 14%

10%

7% 2%

1%

-2%

0% B5

B10

B20

UBA

-10% -13%

-14% -17%

-18%

-20%

-20%

-20% -22% -26%

-27%

-30% CO2

CO

HC

NOx

Variaci贸n de PMS10 y PM2.5 respecto a Diesel PEMEX 47% 50% 40%

20%

28%

24%

30% 14%

13% 4%

10% 0% B5

B10

B20

UBA

-10% -20% -30% -40%

-29% -41%

-50% PM10

PM2.5

Concentraci贸n de HAP en part铆culas emitidas de diferentes combustibles DIESEL: Feb 19,2010, 7min, 1200rpm 120

B5 s/cat, Mar 3,2010, 17min, 700 rpm 110

B10 s/cat, Mar 3,2010, 16min, marcha

100

B20, s/cat, Mar 3,2010, 22min, marcha

90

DUBA+Oryxe: Mar 5,2010, 18min, marcha

70 60 50 40 30 20 10

B(ghi)Per

DB(ac)Ant

Per

B(a)Pir

B(e)Pir

B(k)Flt

I(123-cd)P

PAH

B(b)Flt

Trif

Cris

B(a)A

Pir

Flt

Ant

Fen

Fluo

0 Nafta

mg g-1

80

6) Conclusiones  Por ser la primera vez que se aplica este protocolo, se recomienda incorporar otros rubros tales como: medición de consumo, opacidad, determinación de curvas de potencia y torque. Esto permitirá balancear las emisiones contaminantes con las prestaciones.

 Se logró comparar sólo tres puntos de operación. Sin embargo, esto no fue impedimento para la estimación de las emisiones contaminantes, ya que se aplicaron factores de ponderación que corrigieron las emisiones producidas por el motor y, de esta manera se representan las emisiones totales de la ruta de trabajo del vehículo simulado.

 Las emisiones de las mezclas de biodiesel (B5, B10 y B20) utilizadas en esta investigación no siguen un patrón de comportamiento.

 En pruebas realizadas por el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) se encontró que las emisiones de mezclas de biodiesel tampoco siguen una tendencia descrita en la literatura. Esto indica que no es tan simple la decisión de elegir un combustible para la reducción de emisiones en la Ciudad de México.

 Se encontró que la mezcla B5 presentó los niveles más bajos en las emisiones gaseosas, aunque no así en las partículas PM10. No obstante, este combustible muestra una importante disminución de PM2.5 lo cual se considera de mayor importancia debido a la peligrosidad que tienen éstas en la salud humana (son más fácil de inhalar).

Cabello humano 60 µm de diámetro

 La mezcla B10 obtuvo los valores más altos tanto en gases criterio como en material particulado, incluso por arriba de los valores de diesel PEMEX.

 El Diesel UBA (15 ppm de azufre) presenta una ligera variación en la disminución de los gases criterio respecto al diesel PEMEX, aunque las emisiones de material particulados del UBA aumentaron considerablemente. Esto indica que no ofrece una ventaja significativa.

 Con base en lo anterior se aprecia que la mezcla B5 bajo las condiciones establecidas puede ser un combustible viable en los motores diesel, en función de la producción de biodiesel, emisiones contaminantes y prestaciones mecánicas.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN