1 Curso de Biodiesel. Maestría en Energía. Facultad de Ingeniería Tema 8 – 1º Parte Propiedades del biodiesel Dr. Iván Jachmanián [email protected]Laboratorio de Grasas y Aceites Facultad de Química. Universidad de la República. Montevideo. Uruguay. Propiedades del Gasoil Requerimiento de los motores Diesel Propiedades del biodiesel Motores de combustión interna La combustión se da en el interior del motor (cámara de combustión) y los gases se expanden produciendo trabajo: Reactivos → Productos + Energía Motor reciprocante de 4 tiempos: (ignición por chispa) Válvulas Pistón Agua Biela Eje Bujía Leva de entrada Leva de salida 1.- Admisión 2.- Compresión 3.- Explosión 4.- Emisión (*) Enciclopedia Wikipedia Ciclo de Otto 1-2: Compresión adiabática 2-3: Admisión 3-4: Expansión adiabática 4-1: Escape
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Propiedades del biodiesel · Viscosidad de ésteres de sebo vacuno Métodos de medida de viscosidad Diferentes tipos de viscosímetros capilares según rangos:
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Curso de Biodiesel. Maestría en Energía. Facultad de Ingeniería
� Propiedad de un fluido de resistirse a deformarse cuando se lo somete a una fuerza tangencial.
� Afecta directamente la calidad de la atomización del combustible en la cámara de combustión.
Requerimientos de la normativa
3,0
Mínimo
Límites
6,0
Máximo
UNIT-ISO 3104
mm2/sViscosidad a 40 ºC
Método de ensayo
UnidadPropiedad
Viscosidad dinámica: µ (Pa.s, P)
Viscosidad cinemática: ν = µ / ρ (mm2/s, St)
Inconvenientes de combustibles muy viscosos
• Nebulización insuficiente.
• Combustión incompleta.
• Formación de depósitos carbonosos en boquillas de
inyectores.
• Mayor empuje de la bomba de inyección:
• mayor presión en inyección.
• mayor volumen de combustible inyectado.
• leve adelanto de la inyección.
Viscosidades (mm2/s) a 40ºC
4.9-Sebo
Gasoil Nº2
Girasol
Soja
Colza
Maíz
Ricino
2.7
4.437.1
4.230.0
4.837.0
4.534.9
~ 20 (!)297
Éster metílicoAceite
⇒ Drástico descenso de viscosidad como consecuencia de la transesterificación.⇒ Alta viscosidad de aceites vegetales: principal impedimento para el uso de los mismos sin modificar.
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5.5618:0
4.3216:0
3.2414:0
Viscosidad (mm2/s, 40ºC)FAME
→ Al aumentar el largo de cadena aumenta la viscosidad
Esteres metílicos saturados
3.2718:3
3.6418:2
4.4518:1
5.5618:0
Viscosidad (mm2/s, 40ºC)
FAME
→ Al aumentar el grado de insaturación disminuye la viscosidad
Esteres metílicos de 18 carbonos
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temperatura (ºC)
Vis
cosid
ad c
inem
ática (m
m2 /s)
Gasoil
Viscosidad de ésteres de sebo vacuno Viscosidad de ésteres de sebo vacuno
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temperatura (ºC)
Vis
cosid
ad c
inem
ática (m
m2 /s)
Esteres metílicos
Gasoil
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temperatura (ºC)
Vis
cosid
ad c
inem
ática (m
m2 /s) Esteres etílicos
Esteres metílicos
Gasoil
Viscosidad de ésteres de sebo vacuno
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temperatura (ºC)
Vis
cosid
ad c
inem
ática (m
m2 /s)
Esteres isopropílicos
Esteres etílicos
Esteres metílicos
Gasoil
Viscosidad de ésteres de sebo vacuno
8
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0,0030 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034 0,0035
1/T (K-1)
Ln ΞΞ ΞΞ
(cP
)
M
E
1-P
2-P
1-B
2-B
DF2
Lnµµ µµ
(cP)
Viscosidad de ésteres de sebo vacuno Métodos de medida de viscosidad
Diferentes tipos de viscosímetros capilares según rangos:
Algunos tipos de viscosímetros y sus rangos (ASTM D 445)
Predicción de la viscosidad a partir de la composición:
(*) Allen et al., 1999, Predicting the viscosity of biodiesel fuels from their fatty acid ester composition, Fuel 78:1319-1326.
Viscosidades a 40 ºC de ésteres etílicos (□) y metílicos (○) puros(*) :
Saturados C8 a C18:
µ EMsat, C8-C18 = 1.05 x 10-4M2 – 0.0242 M + 2.15µ EEsat, C8-C18 = 1.16 x 10-4M2 – 0.0264 M + 2.28
Relación con composición: ↑ largo cadena: ↑ NC↑ ramificaciones: ↓ NC↑ insaturaciones: ↓ NC
Ignition Quality Tester (IQT)
CNIQT = 93.99 x (ID-1.512) -0.658 + 3.547
• Método alternativo al motor de cetano.• Mide el retardo en la ignición (ID).• Requiere menor volumen de muestra (< 100 mL) y la determinación es más rápida (< 20 min).• Equipamiento económico.• Buena correlación con NC determinado con motor de cetano.• ASTM D6890 cubre ID de 3.6 a 5.5 ms (equivalente a CN de 55.3 a 40.5).
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NC muy alto (no suele ocurrir): combustión “temprana”, pobre mezcla con aire, combustión incompleta.
NC muy bajo: combustión “tardía” (operación forzada), operación a una temperatura menor a la adecuada, mayor desgaste, combustión incompleta.
En el caso del biodiesel:
- NC superior al del material graso de origen.- NC adecuado y en general superior al del gasoil.- Aumenta con largo de cadena, aumenta con aumento de saturación. - Leve efecto del tipo de alcohol.
NC de aceites y sus ésteres metílicos
564235-61Palma
62-35-48Sebo
47-DF2
Nº Cetano
48-5638110-126Colza
54-5837110-143Girasol
46-5638117-143Soja
Ester metílicoAceiteÍndice de
Iodo
� NC del ésteres metílicos muy superior al del aceite de origen.
NC de ésteres de ácidos grasos
27
44
59
91
85
n-Propílico
28
54
62
93
92
n-Butílico
272318:3
403818:2
685918:1
988718:0
938616:0
EtílicoMetílico
�NC aumenta con:•Aumento del largo de cadena del ácido graso•Disminución de las insaturaciones en el ácido graso
�Tendencia variable con el tipo de alcohol
Predicción del NC a partir de la composición:
Ecuación deducida a partir de relevamiento de datos de NC para biodiesel de diferente origen(*):
NC = 61.1 + 0.088 x P12:0 + 0.133 x P14:0 + 0.15 x P16:0
– 0.101 x P18:0 – 0.039 x P18:1 – 0.243 x P18:2 – 0.395 x P18:3
Bamgboye y Hansen, 2008, Prediction of cetane number of biodiesel fuel from the fatty acidmethyl esterInt. Agrophysics 22: 21-29.