Presentación de La Norma UNIT 1100-2005 - Biodiesel - B100

Calidad del biodiesel ydesempeño de los motores

Presentación de la Norma UNIT 1100:2005Biodiesel (B100) – Combustible para mezcla con destilados

medios de petróleo

Paysandú, Junio de 2006

Ing Quím Edison SaucedoJefe del Departamento de Apoyo Tecnológico

ANCAP, División Medio Ambiente, Seguridad Industrial y Gestión de [email protected]

Criterios generales que guiaron el trabajo de normalización en UNIT (1)

• Elaborar una norma separada para el biodiesel neto (B100), independiente de otros productos conexos o derivados (destilados medios de petróleo y mezclas), apto en sí mismo para uso en motores diesel, pero dirigido principalmente a la preparación de mezclas.

• Tipificar el producto de una manera amplia en base a su origen, pero sin indicar materias primas o procesos de elaboración específicos.

• Tomar como referencia principal las normas EN 14214 y ASTM D 6751.

Criterios generales que guiaron el trabajo de normalización en UNIT (2)

• Suprimir algunas propiedades en base a su menor significación o superposición entre ellas.

• Adoptar límites de especificación mínimos aceptables.• Adoptar los métodos de ensayo prescriptos en las referencias

seleccionadas.

• Siguiendo las referencias anteriores:

Tomar como base las especificaciones existentes para el gasoil de petróleo (ANCAP, ASTM D 975, EN 590, WWFC 2002), diseñado para motores diesel de encendido por compresión.Incorporar requisitos propios del biodiesel para aquellas propiedades que han revelado un efecto importante en el desempeño del motor.

El desempeño del motor diesel se evalúa en base a las siguientes características

• Facilidad de arranque• Desarrollo de potencia• Nivel de ruido• Economía de combustible• Desgaste (lubricidad)• Operabilidad a baja temperatura• Duración del filtro• Emisiones de escape

• Facilidad de arranque• Desarrollo de potencia• Nivel de ruido• Economía de combustible• Desgaste (lubricidad)• Operabilidad a baja temperatura• Duración del filtro• Emisiones de escape

El funcionamiento del motor, evaluado según esas características, depende de:

• el diseño del motor

• el combustible

Problemas potenciales del motor operado con biodiesel neto o con mezclas de alto tenor (1)

• Taponamiento y obstrucción de filtros.• Bloqueo de toberas y orificios de inyección y de conductos, pasajes y

drenajes del sistema de alimentación de combustible.• Aumento de la presión de inyección con excesiva caída de presión.• Pegado y rotura de anillos de pistón.• Formación de depósitos sobre inyectores, pistones y ranuras de pistón.• Atascamiento de la bomba de combustible por viscosidades altas.• Escasez de alimentación de combustible al motor (caída de potencia)

por viscosidades altas.• Desgaste acelerado de válvulas, agujas y pistones de la bomba de

inyección y de los inyectores.

• Taponamiento y obstrucción de filtros.• Bloqueo de toberas y orificios de inyección y de conductos, pasajes y

drenajes del sistema de alimentación de combustible.• Aumento de la presión de inyección con excesiva caída de presión.• Pegado y rotura de anillos de pistón.• Formación de depósitos sobre inyectores, pistones y ranuras de pistón.• Atascamiento de la bomba de combustible por viscosidades altas.• Escasez de alimentación de combustible al motor (caída de potencia)

por viscosidades altas.• Desgaste acelerado de válvulas, agujas y pistones de la bomba de

inyección y de los inyectores.

Problemas potenciales del motor operado con biodiesel neto o con mezclas de alto tenor (2)

• Corrosión de metales.• Degradación severa del aceite lubricante: disminución

inicial de viscosidad, seguida de un aumento después de varias horas. Disminución del número básico y aumento del número ácido.

• Remoción de suciedades incrustadas en el tanque y en el sistema de alimentación de combustible.

• Problemas de arranque y operación en frío.• Hinchamiento, endurecimiento y fragilización de

elastómeros (sellos, tuberías, juntas), recubrimientos de cables eléctricos y pegamentos.

• Corrosión de metales.• Degradación severa del aceite lubricante: disminución

inicial de viscosidad, seguida de un aumento después de varias horas. Disminución del número básico y aumento del número ácido.

• Remoción de suciedades incrustadas en el tanque y en el sistema de alimentación de combustible.

• Problemas de arranque y operación en frío.• Hinchamiento, endurecimiento y fragilización de

elastómeros (sellos, tuberías, juntas), recubrimientos de cables eléctricos y pegamentos.

Causas atribuibles a las propiedades del biodiesel

• Formación de depósitos por exceso de metales formadores de cenizas.

• Abrasión por cenizas.• Formación de sedimentos por polimerización o

cristalización de moléculas pesadas.• Cristalización y gelificación a bajas temperaturas.• Oxidación, polimerización y degradación a ácidos,

aldehídos y cetonas.• Hidrólisis de los ésteres con formación de ácidos libres.• Acumulación de agua, crecimiento microbiano y

formación de lodos asociados.• Baja volatilidad del combustible

• Formación de depósitos por exceso de metales formadores de cenizas.

• Abrasión por cenizas.• Formación de sedimentos por polimerización o

cristalización de moléculas pesadas.• Cristalización y gelificación a bajas temperaturas.• Oxidación, polimerización y degradación a ácidos,

aldehídos y cetonas.• Hidrólisis de los ésteres con formación de ácidos libres.• Acumulación de agua, crecimiento microbiano y

formación de lodos asociados.• Baja volatilidad del combustible

Criterios de calidad específicos exigidos al biodiesel

• Ausencia de ácidos grasos libres.• Limitación de los ésteres poli-insaturados.

• Conversión completa de los triglicéridos a mono-alquil ésteres.

• Remoción completa de:la glicerina producidael catalizadorel exceso de alcohol

Elevada conversión de triglicéridos a monoglicéridos

Contenido de:

• ésteres monoalquílicos (> 96,5 %)• monoglicéridos . . . . . . (≤ 0,8 %) • diglicéridos . . . . . . . . (≤ 0,2 %)• triglicéridos . . . . . . . . (≤ 0,2 %)• glicerina total . . . . . . . (≤ 0,25 %)

Hinchamiento de elastómeros

Fotos: Robert Bosch GmbH

O-ring de caucho nitrilo deformado

Depósitos sobre el inyector de combustible

Gasoil, 200 h operación

SME, éster metílico de soja

Foto: Instituto de Pesquisas Tecnologicas (IPT), Brasil

Purificación de los ésteres monoalquílicos

Quitar los remanentes de:

• glicerina libre• catalizador

(cenizas sulfatadas, sodio y potasio)• metanol empleado en exceso• ácidos grasos libres (índice de acidez)• agua y sedimentos (agua libre y agua total)• calcio y magnesio


Depósitos insolubles de productos de

envejecimiento del biodiesel

Acumulación de lodo en bancada de válvulas de camión tractor operado con B20

Desgaste del pistón de válvula de alivio de bomba de combustible de un camión tractor operado con B20.

Despiece de inyector de combustible desgastado, perteneciente a camión tractor operado con B20

Fuente: McCormick, RL et.al., Operating Experience and Teardown Analysis for Engines Operated on Biodiesel Blends (B20), NRELCP-540-38509, 2005.

Oxidación por agua libre

Eje de accionamiento y embrague de bomba distribuidora oxidados


Oxidación y taponamiento de filtros

RME: Éster metílico de colza

GasoilFotos: Robert Bosch GmbH

Limitación de algunos componentes perjudiciales

• éster del ácido linolénico• ésteres de ácidos poli-insaturados

(≥ 4 dobles enlaces)• fósforo

Laqueado de piezas

Pistón de bomba distribuidorarotativa laqueado por sustancias insolubles de la polimerización

del biodiesel

Pistón nuevo


Limitación de algunas propiedadesfísicas/ operativas

• viscosidad• número de cetano• corrosividad• formación de residuo carbonoso • punto de inflamación• propiedades en frío

Corrosión por ácidos

Piezas de latón atacadas por el ácido fórmico producido en la degradación de los ésteres metílicos de colza (RME)


Depósitos sobre el inyector de combustible

Gasoil

RME, 70000 km

RME, 97000 kmGlicéridosNa2CO3


Efecto del alcohol sobre el punto de inflamación del biodiesel

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100

Concentración de biodiesel en la mezcla

Pu

nto

de

En

turb

iam

ien

to, ºC

SojaCanolaSebo vacuno

Punto de enturbiamiento mezclas de gasoil con biodiesel de distintos orígenes

Fuente: Kinast, J.A., “Production of Biodiesel from Multiple Feedstocks and Properties of Biodiesel and Biodiesel/ Diesel Blends”, NREL/SR-510-31460, 2003

-30

-25

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-15

-10

-5

0

5

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Concentración de biodiesel en la mezcla, %

Pu

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de

es

cu

rrim

ien

to, ºC

SojaCanolaSebo vacuno

Punto de escurrimiento mezclas de gasoil con biodiesel de distintos orígenes

Fuente: Kinast, J.A., “Production of Biodiesel from Multiple Feedstocks and Properties of Biodiesel and Biodiesel/ Diesel Blends”, NREL/SR-510-31460, 2003

Estabilidad

• tiempo de inducción Rancimat

Corrosión por ácido fórmico

Punta de inyector97000 km con RME

Detalle


Las propiedades del B100 recogidas en la Norma UNIT 1100 pueden ser:

del grueso de sus componentesDependientes

o de impurezas o componentes minoritarios

el desempeño inmediato

o el desempeño a largo plazoQue afecten

directamente el desempeño del motor, o bien

al medio ambiente, la seguridad, la saludQue afecten

afectadas por la estabilidad del combustible

o relativamente invariantes en el tiempo(En un marco temporal)

Comparación de especificaciones para elgasoil ANCAP (abril 2005) y el biodiesel UNIT 1100:2005

(1)

Gasoil ANCAP Biodiesel UNIT 1100mín Máx mín Máx

Contenido de ésteres % ---- ---- 96,5 ----

Viscosidad a 40 ºC mm2/s 1,8 5,8 1,9 6,0

Punto de inflamación ºC 52 ---- 100 ----

Residuo de carbón % ---- 0,15 * ---- 0,10

Número de cetano ---- 45 ---- 45 ---

Contenido de cenizas sulfatadas % ---- 0,005 * ---- 0,02

Contenido de agua y sedimentos % (v/v) ---- 0,05 ---- 0,05

Contenido de agua (Karl Fischer) mg/kg ---- ---- ---- 500

Corrosión de la tira de cobre ---- ---- Clase 3 ---- Clase 3

Propiedad Unidad


(2)

Gasoil ANCAP Biodiesel UNIT 1100mín Máx mín Máx

Estabilidad a la oxidación, 110 ºC Horas ---- ---- 6,0 ---

Índice de acidez mg KOH/g ---- ---- ---- 0,80

Éster de ácido linolénico % ---- ---- ---- 12,0

Ésteres poli-insaturados (≥ 4 =) % ---- ---- ---- 1,0

Contenido de alcohol % ---- ---- ---- 0,20

Contenido de monoglicéridos % ---- ---- ---- 0,80

Contenido de diglicéridos % ---- ---- ---- 0,20

Contenido de triglicéridos % ---- ---- ---- 0,20

Glicerol libre % ---- ---- ---- 0,02

Propiedad Unidad


(3)

Gasoil ANCAP Biodiesel UNIT 1100

Mín Máx mín Máx

Glicerol total % ---- ---- ---- 0,25

Punto de escurrimiento ºC ---- - 5 ---- ----

Punto de enturbiamiento ºC ---- ---- ---- Informar

Punto de taponamiento de filtro en frío (CFPP) ºC ---- 0 * ---- Informar

Destilación 90% recuperado ºC ---- 360 ---- ----

Contenido de azufre total % ---- 0,80 ---- ----

Contenido de sodio + potasio mg/kg ---- ---- ---- 10

Contenido de calcio + magnesio mg/kg ---- ---- ---- 5

Contenido de fósforo mg/kg ---- ---- ---- Informar

Propiedad Unidad

Impacto sobre las emisiones de escape

Fuente: US EPA, A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions, Draft Technical Report, October 2002.

33

Muchas gracias

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