Producción, caracterización y desempeño del biodiesel en un motor diésel con mezclas B5, B10 y B20

En este proyecto de investigación se caracterizó el aceite residual de cocina y el diésel PEMEX; se produjo y caracterizó biodiesel a partir del aceite residual de cocina, además se caracterizaron las mezclas de biodieseldiésel PEMEX B5, B10, B20. Asimismo, se evaluó el desempeño del motor diésel co...

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Detalhes bibliográficos
Autor: VICTOR HUGO CASTILLO BARRAGAN
Formato: tesis de maestría
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2016
País:México
Recursos:Universidad Autónoma Metropolitana
Repositorio:Repositorio Institucional de la UAM Iztapalapa
Idioma:español
OAI Identifier:oai:bindani.izt.uam.mx:zw12z530q
Acesso em linha:https://doi.org/10.24275/uami.zw12z530q
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:info:eu-repo/classification/LEM/Diesel engine -- Alternative fuels
info:eu-repo/classification/LEM/Biodiesel fuels
info:eu-repo/classification/LEM/Combustibles de biodiesel
info:eu-repo/classification/LEM/Motor diesel -- Combustibles alternos
info:eu-repo/classification/cti/1
Descrição
Resumo:En este proyecto de investigación se caracterizó el aceite residual de cocina y el diésel PEMEX; se produjo y caracterizó biodiesel a partir del aceite residual de cocina, además se caracterizaron las mezclas de biodieseldiésel PEMEX B5, B10, B20. Asimismo, se evaluó el desempeño del motor diésel con las mezclas de biodiesel diésel –Pemex, B5, B10 y B20, y también se midieron las emisiones del motor diésel. En el capítulo uno se realizó la caracterización del aceite residual de cocina y la producción de biodiesel a partir de aceite de cocina usado, por medio de una reacción de transesterificación y catálisis básica homogénea. Con la finalidad de encontrar las condiciones óptimas de la reacción, se evaluaron tres diferentes catalizadores, el primero fue hidróxido de sodio (NaOH); el segundo, hidróxido de potasio (KOH); y el tercero, hidróxido de calcio (Ca(OH)2), usando 1% en peso de catalizador; se exploraron tres diferentes temperaturas de reacción 40 °C, 45 °C y 50 °C, con un tiempo de reacción 180 minutos, con una relación molar metanol aceite 6:1. Asimismo, se experimentó con los mismos catalizadores pero ahora sólo con una temperatura de 50 °C y a diferentes tiempos de reacción a partir de 15 minutos hasta 120 minutos en intervalos de 15 minutos, con la misma relación molar metanol aceite 6:1. Las condiciones óptimas de la reacción fueron: una relación molar metanol aceite de 6:1, con el catalizador básico NaOH, y se obtuvo un rendimiento del 82.7 % a una temperatura de 50 °C y con un tiempo de reacción de 75 min. Posteriormente, se analizó el hidróxido de sodio (NaOH) a cuatro temperaturas de reacción 40 °C, 45 °C, 50 °C y 55 °C, tomando una muestra cada 15 minutos hasta llegar a dos horas es decir, se toma una muestra a los 15, 30,45...120 minutos. Las muestras tomadas fueron diluidas en una solución de ciclohexano (4:1), para elaborar un análisis cromatográfico. Con una relación molar metanol aceite 6:1 y con el catalizador básico NaOH, se obtuvo un rendimiento del 85.5 % a una temperatura de 50 °C y con un tiempo de 75 min. Esto se realizó con la finalidad de obtener la cinética de la reacción de transesterificación, obteniendo una energía de activación de 73,474 kJ/kg. En el capítulo dos se presenta la caracterización del biodiesel y de las mezclas de biodiesel-diésel PEMEX, B5, B10 y B20, los parámetros medidos fueron: índice de yodo, índice de saponificación, índice de esteres, índice de acidez. Los parámetros que determinaron la calidad del biodiesel fueron: el porcentaje de humedad, índice de peróxido, el punto de nube, la densidad, la viscosidad, el poder calorífico superior. Se utilizó la espectrometría infrarroja para determinar los picos característicos del biodiesel y las mezclas B5, B10 y B20. Para determinar el índice de yodo se utilizó la norma NMX-F-152-SCFI-2011; para el índice saponificación se utilizó la Norma mexicana NMX-F-174-SCFI-2006; para el número de acidez, se utilizó la norma NMXK-418-1976; para el poder calorífico inferior se utilizó el equipo IKA C2000, se utilizó el método dinámico a 25ºC que cumple con las normas ASTM D1989, D240, D5865, D4809, D5468 y E711. El aceite presenta un índice de saponificación de 261.63 miliequivalentes de KOH /100g de muestra, con un índice de acidez de 0.81 y el biodiesel tiene una acidez de 0.65. El porcentaje de humedad del biodiesel fue 0.65g y la viscosidad y densidad se encuentran dentro de las normas ASTM con 0.94 g/ml y 0.86 centistoks, respetivamente. La espectrometría infrarroja muestra picos característicos que representan los grupos funcionales de los aceites y el biodiesel. El ACU y el aceite virgen presentan vibraciones similares, lo que indica que la estructura de la materia prima es similar. La mezcla B10 tiene un poder calorífico de 45956 kJ/kg. En el capítulo tres se evalúo el desempeño del motor diésel y sus emisiones. Las emisiones se midieron con el analizador de gases BOSH modelo BEA 350. Las emisiones medidas fueron CO, CO2, inquemados y opacidad. Las emisiones se de gases nocivos como CO se reducen en promedio 13.6 % al igual que la opacidad en 6.2 %, sin embargo, la emisión de CO2 y HC aumenta 4.7 % y 10.3% respectivamente Para el desempeño del motor diésel se utilizó un módulo experimental del motor diésel modelo TQ-Plint “Merlín 2”, se midió, la potencia, el torque, la eficiencia térmica y el consumo específico de combustible, utilizando como combustible al diésel-Pemex y las mezclas de biodiesel-diésel Pemex, B5, B10 y B20. El mejor desempeño del motor diésel se obtuvo con la mezcla B10 obteniendo un aumento en el torque del 22 %, un aumento en la potencia del 21 % y un aumento en la eficiencia térmica de alrededor del 33 %, y disminuyendo el consumo de combustible en un 27%. La investigación realizada en este trabajo muestra que el biodiesel a partir de ACU funciona como un aditivo del diésel para su quema en el motor diésel, además no se realizaron cambios o ajustes en el motor. También la calidad del biodiesel producido depende directamente de la materia prima, sin embargo, una materia prima como el ACU para la producción de biodiesel arrojó resultados que se encuentran en rangos aceptables para su producción.En los seis anexos se muestran los procedimientos de la utilización de las normas mexicanas utilizadas en este proyecto de investigación para la producción de biodiesel.

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