UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

E.A.P. Ingeniería Mecánica de Fluídos

EMPLEO DE BIOCOMBUSTIBLES COMO FUENTE DE ENERGIA CALORIFICA EN EL PERU

Autores:Deudor Malpazo, YhonSivipaucar Gómez, ClodoaldoMarcos Huatuco, RubénOlivera Macedo, Lorena

Asesores:Ph.D. Ing. Valderrama Romero, Andrés

Ing. Gamboa Alarcón, Nykue

Plantas Oleaginosas para la obtención del Biodiesel

OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITES OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITES VEGETALESVEGETALES

ACEITE VEGETAL + METHANOL CATALIZADOR ESTERES + GLICERINA

1 TON + 0.15 TON 1.05 TON + 0.1 TON

CalentamientoCalentamiento

Aceites vegetales

FiltraciónFiltración

Transesterificación y separación de fases

Transesterificación y separación de fases

Preparación de

catalizador

Preparación de

catalizadorAlcohol Catalizador

Fase livianaBiodiesel

Fase pesadaAlcohol + glicerina

Tratamiento de glicerina

Tratamiento de glicerina

Lavado(S)Lavado(S)

Agua

Aguas de lavado

Biodiesel purificado

NeutralizaciónNeutralización

Glicerina

Que son los BIOCOMBUSTIBLES?

• Son sustancias que se pueden quemar en estufas, hornos, calderos, motores y otros, para producir energía térmica; son producidas por animales o plantas, por lo tanto son fuente de energía renovable.

Sustancia DensidadKg/l

ComponentesPrincipales% en peso

Temperatura ebullición

°C

Calor de vaporacióKj/kg1)

Poder Calorífic

oMJ/Kg1)

Querosene 0,77…..0,83 87 C, 13H 170….260 - 43

Combustible Diesel

0,815…0,855 86C, 13H 180….360 250 42,5

Petróleo 0,70…1.0 80…83C 25…360 222..352 39,8…46,1

EtanolC2H5OH

0,79 52C,13H,35O 78 904 26,8

Metanol 0,79 38C,12H,50O 65 1110 19,7

Biodiesel 0.89 50C,35H,12º 108 - 40

Características Físico químicas de los diferentes combustibles - biodiesel

Ventajas

• Nueva fuente de energía en el Perú.• Oportunidad para el país para reducir la contaminación

ambiental.• Promover la agricultura y la agroindustria, en la zonas alto

andinas y en la selva.• Generar nuevas inversiones y fuentes de trabajo• Fuente de energía económica y ecológica• Revalorar los métodos de sembrado y cosecha de la cultura

andina.• No es necesario cambios en el sistema para su uso en

mezclas menores de 10% de biodiesel.

Objetivos• Mostrar la viabilidad de aplicación de los

biocombustibles como una nueva alternativa a solucionar parte del problema energético ambiental y económico en el Perú

• Demostrar que se puede reemplazar los combustibles líquidos convencionales (petróleo D2, Kerosene) para la obtención de energía calorífica en el Perú,

• Demostrar experimentalmente las ventajas ecológicas y económicas del reemplazo del D2 por mezclas de D2 con Biodiesel en las cocinas domesticas e industriales.

Estudio• Aplicación del biodiesel en los

quemadores convencionales de baja presión ubicados en cocinas domésticas e industriales , pudiendo emplearse en quemadores industriales que poseen los calderos ubicadas en las industrias, reemplazando de esta manera los combustibles tradicionales y el gas.

Demanda de combustibles en el Perú

Precios Promedio de Combustibles a Nivel Nacional

Fuente: Datos obtenidos de Osinerg

Consumo estimado

Demanda estimada de combustibles derivados

hasta el año 2010

Fuente: Datos obtenidos de Osinerg

AñoDemand

aDiesel

Demanda ajustada Diesel

Oil

5% Vol. de

Biodiesel

2001200220032004200520062007200820092010

56.256.758.559.664.968.272.771.774.477.2

47.748.249.951.156.459.664.263.265.968.6

2.382.412.502.552.822.983.213.163.303.43

Dem. 2010(103

bb/año)

28163 25054 1253

Demanda de biodiesel (DGH-MEN):

Análisis experimental

• Se desarrollo las siguientes etapas1.-Elaboración de los biodiesel a partir de los aceites

vegetales, metanol, hidróxido de sodio.2.-Determinación de las características físico

químicas del D2, kerosene y las mezclas (B5, B10, B20, B30, B40, B50).

3.-Ensayos experimentales en una cocina de uso doméstico

4.-Análisis de resultados

Preparación del Biodiesel

Banco de muestras

Ensayos de Combustión

Termómetro Ambiental

Flama optima

Intensidad de la flama B20

Expansion de la flama B20

Intensidad de la flama B20

Expansion de la flama B20

B50

Disipador

Pulverizador

Resultados de Laboratorio Medición de la Viscosidad

D2 + %Biodiesel Soya Girasol

D2 + 5% Biodiesel 3.637 3.521

D2 + 10% Biodiesel 3.645 3.71

D2 + 20% Biodiesel 3.783 3.688

D2 + 30% Biodiesel4.015 3.783

D2 + 50% Biodiesel 4.117 4.626

100% Biodiesel 5.034 4.675

VISCOSIDAD A 40º (ASTM)

3

3,5

4

4,5

5

5,5

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Porcentaje de mezcla

Vis

cosi

dad

viscosidad de la soya

viscosidad del girasol

Polinómica (viscosidad de lasoya)

Polinómica (viscosidad delgirasol)

Resultados de Laboratorio Medición de la densidad

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

D2 D2 + 10% D2 + 20% D2 + 100%

porcentaje

de

ns

ida

d

densidad de la soya

densidad del girasol

ENSAYOS DE LAS PROPIEDADES FISICAS% BIODIESEL

  0 10 20 100

D2 0.785 g/ml      

D2 + soya 0.785 g/ml 0.79 g/ml 0.80 g/ml 0.83 g/ml

D2 + girasol 0.785 g/ml 0.78 g/ml 0.7925 g/ml 0.8275 g/ml

Análisis de resultados

DIESEL 2 + SOYA

01234567

D2 +0%

D2 +5%

D2 +10%

D2 +20%

D2 +30%

D2 +40%

D2 +50%

% BIODIESEL

L(c

m)

32 PSI

24 PSI

16 PSI

8 PSI

1.LONGITUD DE LA FLAMA EN QUEMADORES DOMÉSTICOS TRABAJANDO CON MEZCLAS DE DIESEL2 Y BIODIESEL

Longitud de la flama de las mezclas de diesel 2 con aceite de soya

A un mismo % de mezcla y aun aumento de presión la longitud de la flama aumenta

Longitud de la flama de las mezclas de diesel 2 con aceite de girasol

DIESEL 2 + GIRASOL

012345678

D2 + 0% D2 + 5% D2 +10%

D2 +20%

D2 +30%

D2 +40%

D2 +50%

% BIODIESEL

L (

cm)

32 PSI

24 PSI

16 PSI

8 PSI

A un mismo % de mezcla y aun aumento de presión la longitud de la flama aumenta.

Tiempo empleado para hervir 1 litro de agua con los quemadores domésticos con mezclas de diesel 2 y biodiesel

Tiempo para hervir 1 litro de agua con mezclas de diesel 2 con aceite de soya

DIESEL 2 + SOYA

00:00

01:12

02:24

03:36

04:48

06:00

07:12

08:24

09:36

10:48

D2 + 0% D2 + 5% D2 + 10% D2 + 20% D2 + 30% D2 + 40% D2 + 50%

% BIODIESEL

t(m

in)

32 PSI

24 PSI

16 PSI

8 PSI

Variación del tiempo que demora para hervir 1 litro de agua con las mezclas de diesel 2 y aceite de soya.Se puede observar tres zonas (0% - 10% ;10% -20% ; 20% - 50%).

Tiempo para hervir 1 litro de agua con mezclas de diesel 2 con aceite de girasol

DIESEL 2 + GIRASOL

00:00

02:24

04:48

07:12

09:36

12:00

14:24

D2 + 0% D2 + 5% D2 + 10% D2 + 20% D2 + 30% D2 + 40% D2 + 50%

% BIODIESEL

t(min

)

32 PSI

24 PSI

16 PSI

8 PSI

Variación del tiempo para hervir 1 litro de agua en función del porcentaje de aceite de girasol en la mezcla.

Conclusiones

1.- De acuerdo a la formación de la mezcla, forma de la flama, longitud de la flama y tiempo que demora para hervir 1 litro de agua el porcentaje óptimo de aceite de soya en mezcla con el petróleo diesel 2 es de 20% en volumen.

2.- De acuerdo a los resultados obtenidos se demuestra que la presión óptima que debe mantenerse en el tanque de la cocina para las mezclas de B20 es de 24 PSI.

3.- La longitud del dardo a 24 PSI para la mezcla de diesel 2 con 20% de aceite de soya es de 4.30 cm. y la longitud del dardo a 24 PSI para la mezcla de diesel 2 con 20% de aceite de girasol es de 5.20 cm.

4.- Emplear una excesiva presión de pulverización en ambas mezclas por encima de 24 PSI, produce la aparición de hollín y residuos grasosos quemados en el agujero de la salida del pulverizador.

5.-Se ha demostrado que es posible el uso de biocombustible en quemadores.

6.-A mayor presión se obtiene mejores característicos de quemado.

Recomendaciones

1.-Se debe encontrar los parámetros de diseño para la fabricación de una cocina que emplee mezclas de petróleo diesel 2 con aceite de soya y aceite de girasol.

2.-Toda cocina con quemador que trabaje con presiones superiores a 1 bar (14,7 PSI), debe emplear un manómetro instalado en el tanque de mezcla.@