7/23/2019 (1)Anlisis Del Desempeo de Un Motogenerador Al Usar Biodiesel Como Combustible

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Fajardo Cuadro, Juan Gabriel; Navas, Oscar; Daz, AndrsAnlisis del desempeo de un motogenerador al usar biodiesel como combustible

Ingeniera de Recursos Naturales y del Ambiente, nm. 4, 2005, pp. 4-8

Universidad del Valle

Cali, Colombia

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Ingeniera de Recursos Naturales y del Ambiente,

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4Ingeniera de Recursos Naturales y del Ambiente, Volumen II, No. 2 - Edicin No. 4Facultad de Ingeniera EIDENAR

* Recibido : Febrero 2006 * Aceptado: J unio 2006

Reflexion

J uan Gabriel Fajardo Cuadro, M.Sc.Profesor AsistenteUniversidad Tecnolgica de BolvarCartagena-Colombia.

Oscar Navas, Ing.Universidad Tecnolgica de BolvarCartagena-Colombia.

Andrs Daz, Ing.Universidad Tecnolgica de BolvarCartagena-Colombia.

Grupo de Investigacin en Uso Racional de la Energa y Mecnica de Fluidos

Aplicada EOLITO

Universidad Tecnolgica de Bolvar

Cartagena-Colombia.

RESUMEN

Los motores diesel al trabajar con biodiesel experimen-tan una prdida de potencia. En este trabajo se estudia-ron las caractersticas del desempeo y emisiones de unmotogenerador usando diesel AGRALE M-80.

PALABRAS CLAVES

Biodiesel, Desempeo, Motores, Emisiones

Anlisis del desempeo de un motogenerador al usar

biodiesel como combustible

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5Facultad de Ingeniera EIDENAR

ABSTRACT

When working with biodiesel, diesel engines present a

power drop out. In the present paper we have studied thecharacteristics of performance, engine emissions whenusing a AGRALE M-80diesel motor-generator unit.

KEY WORDS

Biodiesel, performance, engines, emissions.

1. INTRODUCCIN

El biodiesel se ha introducido en la industria automotrizcomo un combustible alternativo cuyos productos decombustin contaminan mucho menos que los combus-tibles convencionales; sin embargo, los motores alutilizar biodiesel experimentan una prdida de potencia.En el presente trabajo se busca analizar el desempeode los motores al emplear biodiesel y mezclas debiodiesel y ACPM a diferentes porcentajes. Para lograreste objetivo general se realizaron las siguientes activi-dades:

- Instrumentacin de un motogenerador

- Anlisis del desempeo mecnico de unmotogenerador al usar diferentes mezclas de

ACPM y biodiesel.

- Anlisis del desempeo ambiental de unmotogenerador al usar diferentes mezclas de

ACPM y biodiesel.

1.1. Lista de smbolos

Eficiencia del MotorEficiencia del generador

$/kW-h Costo de kW-h

Precio del combustible por flujovolumtrico estndar de combustible($/h)

CCOMB

Consumo de combustibleI Corriente electricaV VoltajeLHV Poder calorfico inferiorLHV

VPoder calorfico inferior volumtrico

PMAX

Potencia mxima entregada cada caso por el motor de la planta elctrica al trabajar con ACPM o Biodiesel

flujo volumtrico estndar de combustible (m3/s)

B100 Biodiesel puroB20 Mezcla de 20% Biodiesel y 80% ACPMB50 Mezcla de 50% Biodiesel y 50% ACPMB0 ACPM (100%)

2. METODOLOGA

Con el objeto de validar los resultados se utiliz unaplanta elctrica motor AGRALE M-80, generador BRUSHde 7 kWa, suministrndole mezclas de biodiesel y

ACPM en diferentes porcentajes (B100, B50, B20 yB0).

2.1. Instrumentacin de la planta elctrica

En la experimentacin se utiliz una planta elctrica,un banco de bombillos (con el cual se le exige carga ala planta elctrica), un tacmetro anlogo para medir lasRPM del motor, un dispositivo para medir el consumo decombustible, termocuplas tipo K con su indicadordigital para medir las temperaturas de los gases deescape y del aceite y un opacmetro para medir elporcentaje de opacidad de los gases de escape.

La potencia del motor se determin a partir de la

potencia elctrica (voltaje y corriente) entregada por elgenerador elctrico acoplado al motor de la plantaelctrica, con la ayuda de una pinza amperimtrica y unvoltmetro. Un esquema ilustrativo de la instrumenta-cin de la planta elctrica se muestra en la figura 1 ysus especificaciones se presentan en la tabla 1.

Analisis del desempeo de un motogenerador al usar biodiesel como combustible.

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Reflexion

Los resultados presentados en la tabla 2 indican que lapotencia disminuye a medida que se aumenta el porcen-taje de biodiesel en la mezcla.

Figura 2. Comparacin de curvas de potencia del motorde una planta elctrica

En la tabla 2 se muestran los porcentajes de prdida depotencia que experimenta la planta elctrica al trabajarcon biodiesel puro (B100) y las mezclas B20 y B50.Estos porcentajes se calcularon comparando el valormximo de potencia entregado por la planta al utilizarB100, B20 y B50 con el valor mximo que entregaba laplanta cuando trabajaba con ACPM.

En la figura 2 se comparan las curvas de potencia delmotor de la planta elctrica al trabajar con biodiesel puro(B100), diesel (ACPM) y las mezclas B20 y B50.

Figura 1. Esquema ilustrativo de la instrumentacin dela planta elctrica

2.2. Desempeo del motor de la planta elctricaal utilizar ACPM o Biodiesel como combustible

El desempeo de un motor puede caracterizarse por suscurvas de torque y potencia, obtenidas segn procedi-mientos estndar de la SAE. Sobre dinammetros debanco se establece una carga mecnica determinada yse permite que el motor se estabilice en una velocidad de

rotacin.

Debido a que las experimentaciones se realizaron enuna planta elctrica, la potencia se determin de formaindirecta; es decir, a partir de la corriente y el voltaje (Ec.1) entregados por el generador elctrico acoplado almotor de la planta, en lugar de un dinammetro de banco,estableciendo cargas elctricas en vez de cargas mec-

nicas. Esta prctica es recomendada por ASME cuandose quiere determinar el desempeo del motor de unaplanta elctrica (Figura 1). La eficiencia del generador seasumi constante.

(1)

Tabla 2 Prdida de potencia

.

Tabla 1. Especificaciones de la planta elctrica

FRECUENCIA(RPM)

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Figura 3. Curvas de eficiencia del motor de una plantaelctrica operando con B100, B20 y B50

La Figura 3 muestra que la diferencia entre la eficienciade ambos combustibles es pequea, lo cual hace delbiodiesel una alternativa viable para reemplazar al diesel.

La tendencia observada en el proyecto, en cuanto alconsumo de combustible (Figura 4), fue de un leveincremento para el biodiesel de aproximadamente 14 %con respecto al diesel (ACPM).

(2)

La eficiencia de un motor se define como la relacin entrela potencia que ste entrega y el calor que le suministrael combustible (Ec. 2). La figura 3 ilustra la eficiencia enfuncin de las revoluciones (rpm) del motor de la plantaelctrica al trabajar con diesel o con biodiesel puro.

Figura 4. Consumo especfico de combustible del motorde una planta elctrica operando con diesel (ACPM) ybiodisel (B100, B50 y B20.)

Figura 5. Porcentaje de opacidad producido por los

diferentes tipos de mezcla

2.4. Temperatura de los gases de escape y tempe-ratura de aceite

En la Figura 6 se observa que las temperaturas de losgases de escape es mayor empleando biodiesel purodebido a la mayor presencia de carbono en su composi-cin.

Tambin se aprecia que la temperatura del aceite en

ambos combustibles presenta la misma tendencia y nose detecta una diferencia significativa o aumento consi-derable.

2.3. Emisiones contaminantes de los motores decombustin interna

Claramente se observa en la Figura 5 la existencia deuna gran reduccin de la cantidad de material particulado

producido en la combustin a medida que se aumenta lacantidad de biodiesel utilizado.

Figura 6. Temperatura de los gases de escape y delaceite del motor de una planta elctrica operando con

B100, B50 y B20.

Analisis del desempeo de un motogenerador al usar biodiesel como combustible.

FRECUENCIA(RPM)

FRECUENCIA(RPM)

TEMPERATURA

ESCAPE (OC)

ACPM

TEMPERATURA ACEITE

(OC) ACPM

TEMPERATURA

ESCAPE (OC)

BIODISEL

TEMPERATURA ACEITE(OC) BIODISEL

(RPM)

MEZCLAS

TIEMPO(min)

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3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el presente estudio se desarrollaron la instrumenta-cin y los procedimientos necesarios con el objeto deevaluar la alternativa de utilizacin de Biodiesel comocombustible en motores de encendido por compresin.

Al investigar los aspectos relacionados con la potencia,el rendimiento, el consumo de combustible y las emisio-nes se encontraron los siguientes resultados:

. La potencia disminuye cuando se utiliza Biodieselcomo combustible o se aumenta su porcentaje en lamezcla, debido al menor poder calorfico delbiocombustible con respecto al del diesel convencio-nal.

. El consumo de combustible aumenta para el biodiesel

4. BIBLIOGRAFA

2.5. Valoracin econmica

La valoracin econmica se realiz teniendo en cuentalos costos de los fluidos de trabajo bsicamente secomparan los costos de produccin de un kilovatio hora

(Kw.-h) de energa elctrica operando la planta condiesel y con biodiesel puro.

El costo del kilovatio-hora se determin de la siguienteecuacin:

Figura 7. Valoracin econmica

donde PotMAX

es la potencia mxima entregada

en cada caso por el motor de la planta elctrica al trabajarcon ACPM, B100, B20 o B50 (Figura 7).

y sus mezclas, entre 14% y 20% para B20 y B50,respectivamente. Este aspecto tambin est relacio-nado con el menor poder calorfico del biocombustible.

. La opacidad de los humos disminuye en tanto se

agrega biodiesel a la mezcla, entre 20% y 30% paraB20 y B50, respectivamente, dependiendo directa-mente de la afinacin del motor y del buen estado desus componentes (sistema de inyeccin).

Se presentan las recomendaciones para un prximoestudio:

. Realizar el estudio anterior en un vehculo paraanalizar el comportamiento del biodiesel en unafuente mvil (pruebas de carretera).

. Estudiar el comportamiento del biodiesel y susdiferentes mezclas en motores de mayor tamao ytipos marinos.

Asme (1997). Performance test codes- Reciprocantinginternal combustion engines, USA.p12.

Beltrn, R.(1998). Principios de conversin trmica deenerga. Uniandes. Colombia.p 3-6.

Corpodib (1998). Proyecto para la produccin de biodiesela partir de palma africana en Colombia.p 2.

AUTORES

J uan Gabriel Fajardo Cuadro.M.Sc. Profesor Inge-niero Mecnico Universidad Tecnolgica de Bolvar,Cartagena, Colombia.

jfajardo@unitecnologica.edu.co

Oscar Navas, Ingeniero Mecnico Universidad Tecnol-gica de Bolvar, Cartagena, Colombia.

Andrs Daz, Ingeniero Mecnico Universidad Tecnol-gica de Bolvar, Cartagena, Colombia.

Reflexion

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