El biodisel como alternativa para reducir las emisiones contaminantes en la ciudad de Cuenca

Chica, Fernando

Espinoza, Fernando

Repositorio Digital Universidad Politécnica Salesiana

3Estudio y aplicacióndel biodieselEl biodisel como alternativa para reducir las emisiones contaminantes en la ciudad de Cuenca Ing. Fernando Chica Ing. Fernando Espinoza Carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz UPS Cuenca››››IntroducciónQuizá cuando se pensóen fomentar los procesosindustriales para satisfa-cer las necesidades de lahumanidad, no se consi-deró que simultáneamen-te con el avance tecnoló-gico vendría un enemigosilencioso conocido como¡contaminación ambien-tal! Éste último ha afecta-do tanto a la naturaleza,que al momento la propiaexistencia de la vida se en-cuentra en discusión.Hemos heredado  unplaneta enfermo por causade las actividades del mis-mo hombre. No se ha edu-cado a la gente en el res-peto a la naturaleza, comola única fuente de vida.  Lahumanidad vio como fuen-te inagotable a los recur-sos naturales, y se pensóque su explotación, parabeneficio muchas veces depocos, no causaría mayordaño; o posiblemente losabían pero no les interesó(algo que ocurre hasta laactualidad). Si continua-mos viviendo irresponsa-blemente, aprovechandotodo lo que brinda la natu-raleza para satisfacer nues-tras necesidades sin impor-tar las consecuencias, en-tonces lo menos que pode-mos hacer es preguntarnos¿qué dejaremos comoherencia a las futurasgeneraciones? ¿Un pla-neta devastado, con extin-ción de la mayoría de lasespecies?, ¿un suelo conta-minado con plásticos, conpetróleo y sus derivados?,¿un aire saturado de gasestóxicos?,  ¿o el agua,  quees un liquido vital, se con-vertirá en la mayor necesi-dad de la humanidad por-que ya no estará pura? Los científicos todavíano saben con certeza cómose comporta la naturalezacon los cambios que haprovocado el hombre; estosignifica que la suerte de lahumanidad está en duda,no se sabe a qué extremollegaremos, pero lo más in-teligente no es cruzarse debrazos y esperar, o, peoraún, creer que los paísesdesarrollados nos van adar la solución. Nosotros,desde cada lugar que ocu-pamos, debemos defendernuestro patrimonio, yaque es lo único que tene-mos y es el lugar en dondese criarán nuestros hijos, ylos hijos de nuestros hijos.El automóvil y sus consecuenciasLa aparición del auto-móvil supera ampliamentelos cien años. Desde enton-ces ha demostrado su utili-dad excepcional para eldesarrollo económico, so-cial y como generador delibertad.Las ventajas que pro-porciona son incuestiona-bles, pero no olvidemosque también tiene reper-cusiones negativas para elmedio ambiente y por ob-vias razones para la saludde la población.Los vehículos motoriza-dos provocan la mitad delas emisiones que causanel smog, todo el monóxidode carbono en los centrosde las ciudades, más del25% de las partículas finasy más de la mitad de loscontaminantes tóxicos delaire. Además, el problemaaumenta si el parque au-tomotor es excesivo y ve-tusto, también; se debeconsiderar también la fal-ta  de mantenimiento delos automotores; del mis-mo modo el manejo inefi-ciente del tránsito, con le-yes y reglamentos genera-les con respecto al controlde la contaminación; amás de esto no existe difu-sión del problema, peoraún conciencia ciudadana. PROBLEMÁTICA EN ELCANTÓN CUENCALa ciudad de Cuenca po-see un parque automotorque está alrededor de80.000 vehículos (según ci-fras de Cuencaire). Si com-paramos esta cifra con lasde otras ciudades de ma-yor tamaño y poblaciónpodríamos decir, sin temora equivocarnos, que el par-que automotor de Cuencaes excesivo; esto debido,dejando al margen otrasrazones, a que las distri-buidoras de automotoreshan facilitado el endeuda-miento de sus clientes. Es-to ha creado un aumentodel número de vehículos;prueba de ello es la canti-dad de automotores que4Al momento no existela suficiente produccióna nivel mundial y su cos-to supera en el doble aldel diesel (en nuestropaís);  pero al ser unproducto que se en-cuentra en auge, es desuponer que aumentarásu producción y bajarásu precio.5diariamente circulan pornuestra ciudad, especial-mente en las horas picoque es cuando se hacecomplicado movilizarse; ysi consideramos el númerode personas que se inscri-ben diariamente en cursosde manejo, en horarios ex-tendidos, y con tres escue-las de manejo, significaque en lo posterior habrámás vehículos circulandopor nuestras calles.El aumento descontro-lado de los automotoresha causado problemas so-ciales tanto por el manejoineficiente del tránsito, co-mo por la contaminaciónambiental. Los gases tóxi-cos que son expulsados porlos tubos de escape, prove-nientes de la combustiónde los motores, son cau-santes de afecciones respi-ratorias y de otros malesque la población en la ac-tualidad los identifica muybien; de tal manera que enciertos lugares de la ciudadde Cuenca no quieren lacirculación, en especial debuses, por considerarlos unatentado a la salud, a pe-sar de traer progreso y co-modidad a sus moradores.En realidad, tanto losvehículos a gasolina comoa diesel son fuentes decontaminación móviles, deeso no hay discusión. Peroa simple vista el ciudadanocomún considera que losvehículos a gasolina nocontaminan porque susemanaciones son transpa-rentes,  no así los gases deescape de los motores adiesel, que son considera-dos como los únicos conta-minantes porque sus hu-mos son generalmente os-curos y espesos; sin embar-go, no consideran que lacausa puede ser: la falta demantenimiento delSistema de Inyección, oque estando en buen esta-do la manipulan para con-seguir supuestamentemayor potencia del motor.Otra causa que se debeconsiderar es la calidad delcombustible.Por todo lo expuestopodemos decir que el par-que automotor en Cuencano va a disminuir, tampocoel tránsito, con sólo emitirrecomendaciones, va a me-jorar; pero hay algo que sípodemos disminuir: lacantidad de gases tóxi-cos que diariamenteson despedidos al am-biente. La solución no esdefinitiva, pero es simple yno representa mayorescambios en los automoto-res: se trata de utilizarcombustibles alternos.Consideremos, además,que a futuro puede produ-cirse una crisis energética,debido a la disminución delas reservas de petróleopuesto que es un recursono renovable, también es-tán presentes las tensionesgeopolíticas, y el precio delos hidrocarburos aumentadía a día.  Según reconoci-dos geólogos, a partir del2012 sobrevendrá una cri-sis petrolera parecida a lade los años 70, por el ago-tamiento de las mayoresreservas mundiales. Sabemos que la quemade los hidrocarburos propi-cia  el efecto invernade-ro, el cual produce la des-trucción lenta del equilibrionatural y por lo tanto afec-ta negativamente a la vida››6 ››en  nuestro planeta. De talmanera, es necesario bus-car alternativas que sustitu-yan a los combustibles fósi-les (petróleo y sus deriva-dos)  por los elaborados enbase a productos naturales,que reúnan ciertas condi-ciones, como por ejemplo:que sean renovables, quetengan un bajo costo, y, lomás importante, que el ín-dice de contaminación seanulo o lo más bajo posible.Una fuente principal deenergía renovable es labiomasa, que es toda lamateria orgánica de ori-gen animal o vegetal y losmateriales que nacen de sutransformación natural oartificial. Esto incluye a losresiduos procedentes deactividades agrícolas, ga-naderas y forestales, así co-mo los subproductos de lasindustrias agroalimenticiasy de transformación de lamadera, los gases genera-dos por vertederos y los re-siduos de aceites comesti-bles. Todos estos materia-les producen energía, y deesta manera son materiaprima para los biocom-bustibles. Éstos son total-mente renovables y debensu poder energético al pro-ceso de fotosíntesis (trans-formación de dióxido decarbono y de agua en sus-tancias orgánicas y oxíge-no) de las plantas que sonsu materia prima. Dos biocombustibles,que provienen de la bio-masa, son el etanol y elbiodiesel. Ambos son tanútiles como fuente deenergía, tanto para vehí-culos a motor como paraproducir energía eléctrica.EL ETANOL. Conocidotambién como alcohol an-hidro, se produce con loscarbohidratos contenidosen productos vegetales co-mo caña de azúcar, bana-no, maíz, yuca, maracuyá,etc., mediante un procesode fermentación similar ala elaboración de la cerve-za. Puede ser utilizado demanera pura o mezcladocon gasolina tradicional.La mezcla no afecta la du-rabilidad de la gasolina ybaja las emisiones de gas ala atmósfera. EL BIODIESEL. Es un com-bustible ecológico elabora-do a partir de elementoscien por ciento naturales ybiodegradables. La mate-ria prima básica son losaceites de origen animal ovegetal obtenidos de semi-llas (soya, palma africana,girasol, maní, etc.) y tam-bién reciclando aceite usa-do para cocción. Luego,mediante una reacciónquímica entre los triglicéri-dos contenidos en estosaceites y un alcohol de ba-jo peso molecular (etanolo metanol), se obtiene elbiocombustible. Los proce-sos industriales por los quese obtiene el biodiesel selos conoce como esterifica-ción y transesterificación.El biodiesel no es undescubrimiento de las últi-mas décadas, ya que en1903, en Suiza,  RudolfDiesel utilizó  aceite demaní, en el primer motordiesel, como combustible.El biodiesel puede usar-se como combustible paramotores diesel, empleadocomo sustituto total(B100); también mezcladocon diesel, por ejemplo(B30); o en una proporciónbaja como aditivo del 1 al5%. Las denominacionesB5, B10, B20, B30, etc. Indi-can la proporción (%) debiodiesel utilizado. En la actualidad el biodie-sel es utilizado en muchospaíses del mundo; por ejem-plo en Alemania, Austria yotros países de Europa Cen-tral están utilizando biodie-sel puro (100%); Los france-ses usan mezclas de biodie-sel en porcentajes bajos(5%); en los EE.UU. se ven-den mezclas de biodiesel; enJapón existe gran interéspor producir y utilizar esteproducto; de igual maneraocurre en Latinoamérica,donde los principales pro-ductores de biodiesel sonBrasil, Argentina y Ecuador. Nuestro país es el tercerproductor de combustiblesalternativos en Sudaméri-ca, a través de la empresaproductora de grasas yaceites LA FABRIL (Manta),que está entre los principa-les exportadores de esteproducto. La Fabril se en-cuentra produciendo bio-diesel a partir de aceite re-finado de palma africana ysu principal comprador esla empresa Earth FirstTechnologies, de la Floridaen EE.UU.; de igual formase están negociando conEuropa y Malasia. Actualmente el biodie-sel  se encuentra registra-do como combustible y co-mo aditivo para combusti-bles en la Agencia de Pro-tección del Medio Ambien-te (Enviroment ProtectionAgency – EPA – EE.UU.).PROPIEDADES DEL BIODIESELEl Biodiesel es 100%biodegradable; si se lovierte en la tierra, en apro-ximadamente 21 días desa-parece completamente;además  su toxicidad es in-ferior a la de la sal comúnde mesa; si se somete acombustión  provocará unolor similar a galletas dedulce o al de las papas fri-tas (dependerá del aceitevegetal que se utilice).Tiene un 5% menos deenergía específica con res-pecto al gasoil (diesel), pe-ro se compensa ya que tie-ne mayor número de ceta-no (55), por lo que el ren-dimiento energético deambos combustibles esesencialmente el mismo.Posee la propiedad deprolongar la vida útil delos motores, ya que tienemayor  lubricidad que eldiesel  (algunos expertosaseguran que puede dupli-car la vida útil del motor).  Mientras mayor sea elporcentaje de biodieselusado, mayor será la re-ducción de las emisionesde dióxido de carbono(CO2) y de dióxido sulfuro-so (SO2), de tal maneraque  se puede reducir has-ta un 100 %. Al momento no existe lasuficiente producción a ni-vel mundial y su costo su-pera en el doble al del die-sel (en nuestro país);  peroal ser un producto que seencuentra en auge, es desuponer que aumentará suproducción y bajará su pre-cio. En el Ecuador el dieseles subsidiado por el Estadode tal manera que los cos-tos reales son aproximada-mente iguales.VENTAJAS DEL BIODIESELEl biodiesel supone unadisminución de entre un25% a un 80% de las emi-siones de CO2 producidaspor los combustibles deri-vados del petróleo, consti-tuyendo así un elementoimportante para disminuirlos gases invernadero pro-ducidos por el transporte;además, no tiene com-puestos de azufre por loque no los elimina comogases de combustión. Pue-de combinarse con otroscombustibles formandouna mezcla estable y no sesepara en fases. Finalmen-te, se puede usar comoaditivo para motores a ga-solina (porcentajes bajos).Para usar este biocom-bustible no es necesariorealizar cambios en el mo-tor; no se altera su mante-nimiento; el almacena-miento es similar al deldiesel; y tampoco se alterael consumo.La producción de biodie-sel supone una alternativade uso del suelo que evitalos fenómenos de erosión ydesertificación a los quepueden quedar expuestasaquellas tierras agrícolasque, por razones de merca-do, están siendo abando-nadas por los agricultores.DESVENTAJAS DEL BIODIESELDebido a su mayor ca-pacidad solvente que eldiesel, puede disolver resi-7COMPARACIÓN ENTRE BIODIESEL Y GASOILBiodiesel GasoilPunto de ignición 65 52Azufre % máximo 0,04 0,05Número de cetano 50 42Aromáticos MenorOxigeno MayorPunto nube (ºF) 8 6Punto de fluixidificación (ªF) 0 -5Biodegradabilidad (%) 38 26Lubricidad (BOCLE. Gramos) 5.000 4.000Lubricidad HFRR    Sea 193 492 215Frie 0,13 0,24 0.1Filn 93 32 94››duos existentes en las lí-neas de combustible y ta-ponar los filtros; de tal ma-nera que es convenienteusarlo en vehículos nuevoso en buen estado y cam-biar los filtros en menortiempo.  Tiene una menorcapacidad energética (5%)que el diesel, pero en lapráctica no se nota la dis-minución ya que es com-pensado por el mayor índi-ce de cetano.En el área de la logísticade almacenamiento, sepresentan algunos proble-mas, como por ejemplo: alser un producto hidrófilo ydegradable, su perma-nencia no puede ser porlargo tiempo, lo cual impli-ca que se debe realizar unaplanificación exacta de suconsumo.El rendimiento prome-dio para oleaginosas comogirasol, maní, arroz, algo-dón, soya o ricino ronda los900 litros de biodiesel porhectárea cosechada; estopuede ocasionar que seapoco práctico para paísescon poca superficie cultiva-ble; sin embargo, con inge-niería genética se está me-jorando su producción, amás de la utilización deotros vegetales como la ja-trofa que puede cultivarseincluso en zonas desérticas.Lamentablemente, pro-ducir biodiesel se ha con-vertido en una alternativamuy rentable ya que a  fu-turo posiblemente podrásuplantar al diesel; esto hacausado que exista unagran explotación de plan-taciones de palma, la cualha sido responsable de un87% de la deforestaciónde Malasia hasta el año2000; de igual manera hasucedido en Sumatra yBorneo, en donde millonesde hectáreas de bosque seconvirtieron en tierra decultivo de estas palmeras.También debemos con-siderar que  como se pue-de obtener biocombusti-bles a partir de productosde primera necesidad co-mo son el maíz, la yuca, la8 ››Lamentablemente,producir biodiesel se haconvertido en una alter-nativa muy rentable yaque a  futuro posible-mente podrá suplantaral diesel; esto ha causa-do que exista una granexplotación de planta-ciones de palma, la cualha sido responsable deun 87% de la deforesta-ción de Malasia hasta elaño 2000.9soya, etc., esto podría cau-sar su desabastecimiento ypor ende una escalada in-controlada de su precio, locual afectaría enormemen-te a los países en desarro-llo y del tercer mundo.ESTUDIO Y APLICACIÓNDEL BIODIESEL EN LACIUDAD DE CUENCAEste estudio y aplicacióndel biodiesel para la ciu-dad de Cuenca, lo está lle-vando a cabo la Carrera deIngeniería Mecánica Auto-motriz con el apoyo delCentro de Investigacionesy Postgrados de la UPS;CUENCAIRE; CORPAIRE dela ciudad de Quito; El Mi-nisterio de Energía y Mi-nas; La Ilustre Municipali-dad de Cuenca, La Cámarade Transporte de Cuenca,El centro deI n v e s t i g a c i o n e sAmbientales de laUniversidad Estatal deCuenca y LA FABRIL.Nuestro objetivo es daruna solución inmediata alos problemas de contami-nación que causan los ve-hículos motorizados en laciudad de Cuenca.En tal virtud, hasta elmomento se ha recopiladola información necesariapara realizar este proyec-to; además hemos realiza-do un monitoreo de gasesen los motores de los vehí-culos; también se ha inicia-do con éxito las pruebascon el biocombustible, yen lo posterior se someteráa pruebas de potencia ytorque en la ciudad deQuito.Para el monitoreo quese realiza en la ciudad deCuenca se han tomadovarias unidade, entre lascuales se encuentran busesde transporte urban de laempresa 10 de agosto,además de particulares; atodos estos automotoresno se les ha realizado nin-guna modificación en susmecanismos obviamenteque se ha seleccionado alos que están en excelentescondiciones. Durante todas las prue-bas se alimentará unacomputadora con la infor-mación del monitoreo degases; luego con toda lainformación se realizaráun análisis y se determina-rá cuál es el mejor combus-tible que se sujete a nues-tro medio (geografía, tipode vehículo, carga, poten-cia, tipo de carretera, etc.),y lo más importante, quela contaminación descien-da al nivel más bajo posi-ble; de esta forma lograre-mos mejorar la calidad delaire en la ciudad deCuenca Bibliografía:• Willallan H. Kemp. Bio-diesel basics and beyond,Editorial Aztext Press,2006.• Greg Pahl. Biodiesel gro-winig a new energy eco-nomy, Editorial ChelseaGreen, 2005. • www.energias-renova-bles.com• www.eco.2site.com/in-formes/biodiesel• www.biodieselspain.com››N: DENOMINACIÓN DE LA PRUEBA1 Monitoreo con Diesel 2, en condiciones reales 2 Monitoreo con Diesel Premium, en condiciones reales 3 Monitoreo con B5 (Diesel Premium 95% + Biodiesel 5%), en condiciones reales 4 Monitoreo con B10 (Diesel Premium 90% + Biodiesel 10%), en condiciones reales 

Estudio y aplicación del biodiesel

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