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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.@