Caracterización del biodiesel y análisis de su influencia en las propiedades físico-químicas de los materiales afectados por su uso en automoción

Laburpena

En el desarrollo de esta Tesis Doctoral se ha analizado la compatibilidad del biodiesel comercial con el motor diesel, para lo cual se han realizado los siguientes estudios: 1. Estudio fisico-químico inicial del biodiesel y de sus mezclas. El biodiesel es un combustible renovable derivado de aceites o grasas de origen vegetal o animal. El prefijo bio- hace referencia a su naturaleza renovable y biológica en contraste con el combustible diesel tradicional derivado del petroleo"; mientras que diesel se refiere a su uso en motores de este tipo. El biodiesel está compuesto por ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME: Fatty Acid Methyl Ester) cuyas propiedades están definidas en la Norma UNE-EN 14214. Siguiendo dicha Norma durante este estudio se han medido propiedades tales como la densidad, viscosidad, flash point o calor de combustión;" se ha determinado, mediante cromatografía de gases, el contenido en glicerol libre, en glicéridos y en glicerol total y, mediante espectrometría de emisión, se ha determinado el contenido en fósforo y en metales de los grupos I (sodio y potasio) y II (calcio y magnesio). Para realizar este estudio se han preparado un total de 19 mezclas diesel/biodiesel, variando la proporción de biodiesel a intervalos constantes de 5% en volumen. En la preparación de las mezclas, se han empleado diesel y biodiesel comerciales adquiridos a las mismas empresas que, posteriormente, suministraron el combustible para los ensayos realizados en el banco de pruebas. Todas las muestras fueron sometidas, en igualdad de condiciones, a los mismos análisis, cuyos resultados han permitido extraer interesantes conclusiones acerca de la influencia de la concentración de biodiesel en la mezcla, sobre los parámetros analizados. 2. Estudio de compatibilidad de los materiales poliméricos del sistema de alimentación de combustible, con el biodiesel y sus mezclas. Durante este estudio se evalúa como varían las propiedades mecánicas y dimensionales de los polímeros de construcción de los componentes del sistema de alimentación de combustible. La mayor parte de los componentes del sistema de combustible han sido fabricados con polímeros (Boca de carga, Depósito de carburante, Conectores, Palas de la bomba de vacío, Rampa de inyección, Colector de admisión…), con lo cual, el objetivo final de este trabajo, es estudiar la compatibilidad de estos materiales poliméricos con el biodiesel y sus mezclas. Con ello se pretende como única finalidad, contestar a una serie de preguntas que todo usuario de biodiesel puede plantearse: • ¿El biodiesel deteriora los polímeros del sistema de combustible más rápidamente que el diesel? • En los sistemas de alimentación de combustible de los vehículos actuales ¿hay que sustituir alguno de sus componentes, por otro fabricado con un material más resistente, al utilizar biodiesel? Para responder a estas preguntas, hay que determinar la degradación producida por la acción del biocombustible sobre los materiales poliméricos utilizados en la fabricación del sistema de alimentación de combustible del motor diesel, comparándolo con el efecto producido por los combustibles convencionales. Este estudio se centra en los materiales poliméricos, ya que cada vez éstos están más presentes en el vehículo y además, en la bibligrafía ya pueden encontrarse numerosos estudios que tratan la corrosion de diferentes metales con el biodiesel. Para llevar a cabo este estudio, se han inyectado probetas de ensayo de los 10 tipos de polímeros utilizados en la construcción del sistema de combustible de un motor diesel convencional y actual. Además, se ha estudiado el comportamiento de otro polímero fabricado expresamente para resistir el contacto con el biodiesel. Los polímeros se sumergen en B0, B20 y B100 a las temperaturas a las cuales va a operar el sistema de combustible (60 y 90 ºC). El seguimiento de su envejecimiento se realiza retirando probetas de cada uno de los combustibles, tras períodos de 250, 1000 y 1500 horas y analizando como varían las siguientes propiedades: • Color, densidad y variación dimensional. • Resistencia a la tracción (UNE-EN ISO 527-1,2 y a la Flexión (ISO 178) • Resistencia al impacto Charpy (UNE-EN ISO 179-1) 3. Estudio compatibilidad del motor diesel con el biodiesel y sus mezclas. Para realizar este estudio se ensayan tres motores diferentes alimentados cada uno de ellos con B0, B20 y B100, monitorizando a lo largo de los ensayos diferentes parámetros (desgaste, consumo y potencia, emisiones contaminantes, seguimiento del aceite lubricante…) Los tres motores fueron ensayados siguiendo un ciclo EMA (Engine Manufacturers Association) durante 480 horas y alimentados con combustibles comerciales. Estos combustibles fueron analizados, con la finalidad de descartar la falta de calidad de los mismos, como causa de posibles fallos del motor.