Bioqueroseno Coco

PROYECTO DE FIN DE MSTER N 10/03

PRODUCCIN Y PROPIEDADES

DE BIOQUEROSENO A PARTIR

DE ACEITE DE COCO

Directores: Laureano Canoira Magn Lapuerta

Realizado por: Mara Rodrguez de la Rubia Gassol

Diciembre de 2010

E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES

Produccin y propiedades de bioqueroseno a partir de aceite de coco

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ndice

Captulo 1. Introduccin. 5

1.1. Justificacin...... 5

1.2. Antecedentes 7

1.3. Objetivos 8

Captulo 2. Combustibles en aviacin 9

2.1. Combustibles de origen fsil.. 9

2.2. Combustibles de origen renovable 9

Captulo 3. Revisin bibliogrfica... 11

Captulo 4. Normativa. 16

Captulo 5. Combustibles de partida y produccin de

bioqueroseno 17

5.1. El aceite de coco.. 17

5.2. El queroseno. 18

5.3. Produccin de bioqueroseno. 19

5.4. Elaboracin de mezclas.. 20

Captulo 6. Caracterizacin de los combustibles 21

6.1. Propiedades medidas. 21

6.2. Combustibles ensayados 21

6.3. Ensayos realizados. 22

6.3.1. Composicin elemental. 23

6.3.2. Contenido en agua. 24

6.3.3. Densidad.. 25


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6.3.4. Estabilidad a la oxidacin.. 28

6.3.5. Lubricidad. 32

6.3.6. Perfil de esteres metlicos. 34

6.3.7. Poder calorfico... 37

6.3.8. Punto de obstruccin de filtro fro, POFF... 40

6.3.9. Viscosidad... 42

Captulo 7. Conclusiones..................................................... 46

Captulo 8. Trabajos futuros. 48

Bibliografa 49

Anexo 1. Poder calorfico de combustibles lquidos o slidos.. 51

Anexo 2. Resumen de resultados .. 56


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Captulo 1. Introduccin

1.1. Justificacin

Existen varias causas por las que el uso de combustibles alternativos frente a combustibles fsiles est creciendo en los ltimos aos. La primera de ellas es la dependencia del petrleo, materia prima que est en manos de unos pocos pases polticamente inestables y, por tanto, sometida a fuertes variaciones en el precio. Desde enero de 2003 hasta julio de 2008 el precio del queroseno se increment en un 462%, llegando a alcanzar valores de 3.89 $/galn. Y pese a que, debido a la crisis econmica mundial, su precio baj drsticamente hasta acercarse a los 1.26 $/galn en febrero de 2009, desde entonces su precio no ha dejado de subir situndose en octubre de 2010 en 2.25 $/galn. Esto ha provocado que un objetivo de muchos pases sea conseguir un mercado de combustibles diversificado en el que, adems, se d preferencia al uso de fuentes locales frente a las importaciones. Es decir, se persigue el autoabastecimiento para lograr mayor seguridad y estabilidad1.

Figura 1. Spot Prices for Crude Oil and Petroleum Products. Energy Information Administration. Official Energy Statistic from the U.S. Government. Release date:

01/12/2010

1 Vase APPA (2009).


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La segunda causa es el problema del cambio climtico. Las emisiones de gases de efecto invernadero (en adelante, GEI) que provocan el calentamiento global y, como consecuencia de ste, el cambio climtico siguen creciendo. A mediados del siglo XVIII, es decir, antes de la revolucin industrial, el nivel de CO2 atmosfrico, que es el principal GEI, era de 280 partes por milln (en adelante, ppm). Dos siglos ms tarde, hacia 1960, era de 315 ppm, y actualmente alcanza concentraciones de 387 ppm. Para evitar efectos climticos graves, la temperatura no debera subir ms de dos grados este siglo, con lo que la concentracin de CO2 en la atmsfera no debera sobrepasar el nivel de 400 ppm, lo que implica un nivel total de GEI de 450 ppm. Para estabilizar en este siglo los gases de efecto invernadero al citado nivel tendran que registrarse fuertes reducciones, entre un 30% y un 50% hacia 2050, tras un mximo en torno a 2015. La necesidad de dar respuesta a estos problemas ha dado lugar a varios acuerdos internacionales, entre los que destaca el Protocolo de Kioto (1997). En l se recoge el compromiso de los pases desarrollados para reducir las emisiones de GEI, se regula el comercio de emisiones entre pases y se establecen mecanismos de ayuda para que los pases menos desarrollados puedan cumplir sus compromisos de reduccin de emisiones. El objetivo fijado para Espaa fue no superar el 15% de incremento sobre los niveles de emisin de 1990 en las emisiones anuales medias que se produjeran en el periodo 2008-2012. Sin embargo, en el ao 2005 dicho incremento superaba ya el 50%. La Unin Europea puso en marcha el mercado de CO2 a travs de la Directiva 2003/87/CE que a su vez fue traspuesta al ordenamiento jurdico espaol por la Ley 1/2005, de 1 de marzo. En la citada normativa se cubren, en los 27 estados miembros, las emisiones de CO2 de las siguientes actividades: centrales trmicas, cogeneracin, otras instalaciones de combustin de potencia trmica superior a 20 MW como calderas, motores o compresores, refineras, coqueras, siderurgia, cemento, cermica, vidrio y papeleras. El comercio de derechos de emisin es un instrumento de mercado mediante el que se crea un incentivo o desincentivo econmico que persigue un beneficio medioambiental: reducir colectivamente las emisiones de gases contaminantes a la atmsfera. El derecho de emisin es el derecho a emitir, desde una instalacin afectada por este rgimen, una cantidad determinada de gases a la atmsfera. El derecho de emisin es transferible, es decir, se puede comprar o vender. Las instalaciones afectadas por el comercio de derechos de emisin deben entregar una cantidad de derechos de emisin equivalente a las emisiones reales producidas. No se establecen lmites de emisin individuales, pero s un lmite global y la citada obligacin de cubrir las emisiones con derechos. Es decir, si una instalacin emite ms CO2 de lo que se le ha permitido tendr


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que invertir en derechos de emisin y si emite menos podr vender sus propios derechos y obtener un beneficio econmico. El 20 de diciembre de 2006 la Comisin europea adopt una propuesta legislativa para incluir el sector de la aviacin en el rgimen comunitario de comercio de derechos de emisin (European Union Emissions Trading System, EU ETS). El 8 de julio de 2008 el Parlamento Europeo y el Consejo acordaron que todos los vuelos con aterrizaje o despegue en un aeropuerto comunitario estaran incluidos en el sistema europeo de comercio de derechos de emisin desde el 1 de enero de 2012. Unos meses ms tarde, el 19 de noviembre, se adopt la Directiva 2008/101/CE, en la que se incluyen las actividades de aviacin en el EU ETS, que ha sido traspuesta al derecho espaol mediante la Ley 13/2010, de 5 de julio. Por lo tanto, en el ao 2012 la aviacin tendr que reducir sus emisiones al 97% de la media anual que se registr en el periodo 2004-2006. El 85% de esos derechos los asignar el Gobierno de forma gratuita y el 15% restante tendrn que comprarlo en el mercado de derechos. Para 2013 las emisiones se limitan al 95% de la media anual para ese mismo periodo y, adems, desde el 1 de enero de ese ao desaparecer el Plan Nacional de Asignacin, momento en el cual los derechos se asignarn a escala comunitaria. Ante esta situacin, las compaas areas se han planteado seriamente el uso de otro tipo de combustibles que disminuyan sus costes y que adems reduzcan sus emisiones de gases de efecto invernadero. Pero los combustibles utilizados para aviacin deben cumplir unas condiciones muy restrictivas para garantizar la seguridad durante todo el vuelo, lo cual determina que todas las iniciativas de sustitucin del petrleo a corto y medio plazo pasen por el empleo de los biocombustibles, descartando de momento los motores elctricos o hbridos, as como el uso del hidrgeno.

1.2. Antecedentes El rea de mquinas y motores trmicos de la UCLM posee una larga trayectoria en el desarrollo de trabajos de investigacin relacionados con la caracterizacin de biocombustibles, centrndose en concreto en los utilizados como combustibles para automocin. Varios ejemplos son Garca (2009), Rodrguez (2007), Herreros (2009), Lyons (2010), Pozo (2010), Rez (2010), Marchena (2010), Blzquez (2010) y Valdueza (2009). Este trabajo, junto con el realizado paralelamente por Diego Rubn Koss, Produccin de bioqueroseno a partir de aceite de palmiste, son los primeros que se desarrollan en el rea relacionados con biocombustibles para aviacin. Adems, ya se ha comenzado un Proyecto de Fin de Carrera que continuar desarrollando este tema, tomando como punto de partida estos dos trabajos.


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1.3. Objetivos

Los objetivos de este trabajo son los siguientes. El primero es el estudio de la viabilidad como combustible para aviacin de la destilacin de un biodiesel (FAME) generado a partir de aceite de coco. Adems se estudiar la posibilidad de utilizar el combustible obtenido como biodiesel de automocin para climas rticos, donde es necesario un punto de obstruccin de filtro fro (POFF) muy bajo. Se estudiar el bioqueroseno obtenido puro y mezclado con el queroseno de origen fsil. Las mezclas estudiadas sern bioqueroseno al 5% (B5), al 10% (B10) y al 20% (B20) v/v. El segundo objetivo es el estudio del residuo generado en el proceso, fraccin pesada de la destilacin (Bottom), para su utilizacin como combustible de automocin (UNE EN 14.214) o como combustible de calefaccin (UNE EN 14.213). Este trabajo se estructura de la siguiente manera. En primer lugar se realiza una descripcin general de los combustibles comnmente utilizados en el sector de la aviacin y de sus alternativas (captulo 2). Posteriormente se revisa la bibliografa disponible (captulo 3) y la normativa que resulta de aplicacin (captulo 4). A continuacin se caracteriza el combustible de partida y se describe el proceso de produccin del bioqueroseno (captulo 5), para despus describir el plan de ensayos llevado a cabo y los resultados alcanzados (captulo 6). El trabajo finaliza con unas conclusiones (captulo 7) y un apartado dedicado a identificar posibles trabajos futuros (captulo 8).


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Captulo 2. Combustibles en aviacin

2.1. Combustibles de origen fsil El combustible que se utiliza en la actualidad para aviacin tanto civil como militar es una fraccin ligera del petrleo, el queroseno2. En el caso de la aviacin civil el ms utilizado es el Jet A1 y en el caso de la aviacin militar el JP-83. Otras fuentes fsiles tambin utilizadas, aunque en menor medida, son las arenas bituminosas, las pizarras bituminosas y el gas natural condensado. Existen otros combustibles fsiles, alternativos al queroseno, denominados de forma genrica combustibles sintticos. Entre ellos podemos encontrar los siguientes: - ULS. Combustible sintetizado a partir de petrleo en un proceso que

reduce al mnimo su contenido en azufre. - CTL. Combustible sinttico procedente de procesos Fischer Tropsch a

partir de carbn - GTL. Combustible sinttico procedente de procesos Fischer Tropsch a

partir de gas natural - Hidrgeno lquido (criogenizado): obtenido a partir de hidrocarburos,

generalmente gas natural

2.2. Combustibles de origen renovable Dentro de los combustibles de origen renovable es preciso distinguir entre los biocombustibles y el hidrgeno. Los primeros son combustibles lquidos que proceden de materiales biolgicos no fosilizados, fundamentalmente plantas. Los grandes grupos de biocombustibles son los siguientes. - BTL (Biomass To Liquid). Combustible sintetizado a partir de biomasa

mediante procesos Fischer-Tropsch. - Bioqueroseno. Obtenido a partir de aceites vegetales con bajo

contenido en carbono, como el aceite de coco. - Bioetanol. Obtenido a partir de la fermentacin de azcares.

Segn la materia prima y el procedimiento por los que se obtienen podemos distinguir entre biocombustibles de primera, segunda y tercera generacin.

2 En general, sobre los combustibles para la aviacin, vase OBSA (2009).

3 En Koss (2010), en el epgrafe 1.2. Tipos de querosenos para turbinas de aviacin, se

realiza una clasificacin de los mismos en funcin de sus usos y caractersticas principales.


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Los biocombustibles de primera generacin son obtenidos a partir de cultivos alimenticios o forrajeros tradicionales. El bioetanol se obtiene a partir de cultivos cuyo contenido principal es el azcar, como caa de azcar, maz, remolacha azucarera, sorgo y yuca. Y el biodiesel se obtiene a partir de cultivos cuyo contenido principal es el aceite, como la colza, la palma aceitera, el babas, el coco, el ricino o el aguacate. Los biocombustibles de segunda generacin son los denominados lignocelulsicos, en los cuales no slo se aprovecha la semilla sino toda la planta. Permiten aprovechar residuos forestales y tambin cultivos tradicionales. Este tipo de materiales tambin se puede utilizar para sinterizar BTL. Adems, permite la explotacin de otro tipo de cultivos que prosperan en terrenos ridos que no son aptos para cultivos de alimentacin, como la jatropha o la camelina. Otra fuente para este tipo de biocombustibles son los desechos de la industria alimenticia y del sector servicios, como las grasas vegetales y los aceites de fritura usados. Incluso es posible el uso de residuos orgnicos urbanos. Los biocombustibles de tercera generacin son los biocombustibles tecnolgicamente ms avanzados. Su materia prima son algas unicelulares de las que obtiene biodiesel mediante sintetizacin.

Por otro lado, el hidrgeno lquido (criogenizado) se obtiene a partir de la hidrlisis de agua pura mediante energa elctrica. Su uso se est considerando seriamente como una alternativa aunque su desarrollo se plantea a muy largo plazo.

Finalmente, una alternativa a los combustibles lquidos en la que se est trabajando es la propulsin elctrica mediante el uso de bateras, fundamentalmente pilas de hidrgeno, que obtienen la energa elctrica mediante reacciones qumicas o mediante la energa solar fotovoltaica, donde la energa de propulsin se obtiene a partir de clulas fotovoltaicas de silicio. El uso de esta tecnologa tambin se plantea a largo plazo.


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Captulo 3. Revisin bibliogrfica En la actualidad se estn estudiando diversos procedimientos para la produccin de bioquerosenos. Segn se ha indicado, el procedimiento que se analiza en este trabajo (destilacin FAME) consiste en la obtencin de bioquerosenos a partir de la destilacin del metil ster de aceite de coco, tomando como bioqueroseno la fraccin ligera de esa destilacin. Acerca de este procedimiento no se han encontrado referencias bibliogrficas. La literatura relacionada con la produccin de bioquerosenos para el sector de la aviacin es, en efecto, an escasa, y se refiere a otro tipo de procesos. En primer lugar, es posible encontrar diversos estudios sobre la caracterizacin de distintos metil steres de cidos grasos, para comprobar si su uso como bioquerosenos es o no viable. Las aportaciones ms destacables son las siguientes. - Dunn (2001) estudia las propiedades de un combustible formado por

mezclas de metil ster de soja entre un 10% y un 30% con los querosenos JP-8 y JP-8+100. Uno de los resultados que se alcanzan es que mezclas con tan solo un 10% en volumen de biodiesel de soja pueden limitar la operacin de la aeronave a bajas alturas, donde la temperatura ambiente no descienda de -29C. Incorporando aditivos al biodiesel de soja esa temperatura puede descender a -37C y sometindolo a procesos de winterizacin se logra reducir esa temperatura hasta -47C, que es el valor de referencia especificado para el JP-8.

- En Dagaut y Gail (2007) se examina la oxidacin del queroseno Jet A1 y

se compara con la de un bioqueroseno compuesto por una mezcla de queroseno y metil ster de colza en proporcin 80/20 molar. Los datos obtenidos muestran que este bioqueroseno tiene una reactividad ligeramente superior a la del Jet A1, mientras que no se observ una modificacin importante en la distribucin de los productos, dejando a un lado la formacin de pequeos metil steres procedentes de la oxidacin del metil ster de colza.

- Korres, Karonis, Lois, Linck y Gupta (2008) estudian el comportamiento

del queroseno JP5 frente al diesel y a un biodiesel elaborado a partir de grasas animales en un motor diesel y llegan a la conclusin de que el empleo de biodiesel reduce significativamente la emisin de partculas pero incrementa las emisiones de NOx as como el consumo total de combustible. Tambin se comprueba que la mezcla de biodiesel con queroseno incrementa el consumo especialmente a alta carga.


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- Wagutu, Chhabra, Thoruwa y Mahunnah (2009) estudian seis biocombustibles procedentes de cultivos de jatropha, croton, calodendrum y coco, as como de aceites comerciales de girasol y soja, obtenidos todos ellos mediante transesterificacin con metanol utilizando hidrxido de sodio como catalizador. Se analiza la viscosidad, el punto de inflamacin, las temperaturas de destilacin, la corrosin al cobre, el ndice de cetano, el contenido de cenizas y el poder calorfico. Los resultados muestran que el porcentaje de insaturados es mayor para el ster de croton (86.6%), siendo para los steres de jatropha y calodendrum del 65.2% y 61.2%, respectivamente, mientras que para el ster de coco es slo de un 2.8%. La viscosidad de los steres se encuentra en un rango de valores de entre 4.16 y 4.63 mm2/s, excepto el ster de coco, cuya viscosidad es de 2.71 mm2/s, que es la ms cercana al queroseno (2.35 mm2/s). Los steres resultaron ser menos voltiles que los combustibles diesel, siendo el ster de coco el ms voltil de los steres. El punto de inflamacin de los steres es mucho mayor (>100C) que el de los diesel derivados del petrleo, tanto los de automocin como el queroseno. Los steres de jatropha, girasol y soja superan el estndar ASTM D6751 para el punto de inflamacin (>130C), mientras que todos los steres cumplen la norma europea EN14214 para biodiesel (>101C). La densidad de los steres es entre un 2% y un 4% mayor que la del diesel derivado del petrleo para automocin, y entre un 10% y un 12% mayor que la del queroseno. El poder calorfico de los steres es como media un 12% menor que la de los diesel. La conclusin general alcanzada es que el ster de coco es el que ms se aproxima al queroseno, mientras que el resto de steres estudiados muestra propiedades muy cercanas al diesel de automocin.

En segundo lugar, se han realizado estudios relativos a la produccin de bioquerosenos mediante procedimientos distintos a la destilacin FAME, siendo los ms relevantes los procedimientos Fischer-Tropsch (FT) y los querosenos parafnicos sintticos bioderivados (Bio-SPK). Respecto a procedimientos Fischer-Tropsch se pueden destacar las siguientes aportaciones. - Hileman, Stratton y Donohoo (2010) analizan la composicin qumica y

el contenido energtico de diversos combustibles de aviacin. La energa especfica del combustible o poder calorfico (energa por unidad de masa) es importante de cara a determinar la viabilidad de los combustibles alternativos debido a que la aeronave debe volar distancias fijas antes de repostar. Como la mayora de las aeronaves vuelan con un exceso de capacidad de tanque la densidad energtica del combustible (energa por unidad volumen) tiene una importancia secundaria en relacin con la energa especfica. Una aproximacin de primer orden usando la ecuacin Breguet muestra que el uso de querosenos parafnicos sintticos puros, como los obtenidos mediante sntesis Fischer-Tropsch o hidroprocesamiento de aceites renovables,


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puede reducir el consumo energtico de la aeronave un 0.3%. Asimismo, los combustibles con reducida energa especfica, como los metil steres de cidos grasos (biodiesel y bioqueroseno) y alcoholes, dan lugar a un incremento de volumen de combustible y a un descenso del poder calorfico. La eficiencia energtica no se ve afectada negativamente si esos combustibles se emplean en el transporte terrestre. Ms an, los metil steres de cidos grasos y los alcoholes resultan ms adecuados para su empleo en aplicaciones de transporte terrestre.

- Gill, Tsolakis, Dearn y Rodrguez (2010), analizan tanto la teora como

la tecnologa de los procesos Fischer-Tropsch para la elaboracin de combustibles diesel, en concreto Gas-to-Liquid (BTL), Biomass-to-Liquid (BTL) y Coal-to-Liquid (CTL). La conclusin alcanzada es que se pueden llevar a cabo variaciones en el proceso F-T para alcanzar los compromisos que se requerirn en futuras normativas de emisiones. Para hacerlo hay que mejorar las emisiones que se producen a la salida del motor as como en el rendimiento del tratamiento que se realiza al EGR (exhaust gas recirculation). Los combustibles diesel producidos a partir de mecanismos F-T tienen unas propiedades muy deseables, incluyendo un elevado nmero de cetano. Aqu se analiza cmo estas propiedades influyen en las emisiones contaminantes y se recogen los resultados de estudios realizados durante los ltimos aos. Ha quedado demostrado en diversas publicaciones que la reduccin de los niveles de emisiones se debe a varias caractersticas fsicas y qumicas de los combustibles diesel elaborados mediante procesos F-T, pero no todas ellas contribuyen de la misma manera en esa reduccin.

- Cottineau (2008) exlica cmo Universal Oil Products (UOP) ha

desarrollado un bioqueroseno a partir de la jatropha que satisface o mejora las propiedades del queroseno tradicional utilizado en la aviacin comercial. Su punto de cristalizacin es -47C y su punto de inflamacin es 38C. Las autoridades de la aviacin militar han pedido a UOP el desarrollo de un bioqueroseno para su uso. Al programa de ensayos en vuelo con bioqueroseno de Air New Zealand se han unido UOP y quince compaas areas como Air France, All Nipon Airlines, Gulf Air, SAS y KLM, que representan el 15% del uso total de queroseno en la aviacin civil. Tambin participan organizaciones ambientales como WWF y el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales. A partir del ejemplo de la jatropha, se est estudiando la produccin de bioqueroseno a partir de algas. El proyecto est sometido a criterios estrictos, como por ejemplo que los materiales empleados no deben competir con materiales empleados como alimentos y que los modos de produccin de bioqueroseno deben ser competitivos con respecto a los del queroseno. Estos criterios son semejantes a los utilizados por Airbus en otro proyecto. Segn Airbus, el bioqueroseno debe satisfacer hasta el 30% de las necesidades de la aviacin civil en 2030.


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- World news (2010) habla del proceso PRENFLO de Uhde, que se ha incorporado al proyecto BioTFuel, en el que participan, adems de Uhde, cinco socios franceses, y que tiene por objeto las diversas fases tecnolgicas de la cadena Biomass to liquid, que incluyen el secado y prensado de la biomasa, el torrefactado, la gasificacin y la purificacin del gas de sntesis y finalmente su conversin en biocombustible de segunda generacin usando una sntesis Fischer-Tropsch. La contribucin al proyecto de Uhde descansa en el proceso de gasificacin PRENFLO. El proyecto incluye la construccin y puesta en marcha, prevista para 2012, de dos plantas piloto en Francia para producir biodiesel y bioqueroseno a partir de la gasificacin de biomasa utilizando el proceso PRENFLO de Uhde.

Respecto a querosenos parafnicos sintticos bioderivados (Bio-SPK), el estudio ms destacable es el siguiente. - Kinder y Rahmes (2009) documentan un estudio llevado a cabo por un

consorcio de empresas de los sectores de la aviacin y de la fabricacin de aeronaves, motores y componentes, en el que se distingue entre el procedimiento de elaboracin del biocombustible y las pruebas de vuelo realizadas para el examen de su comportamiento de cara a su certificacin para el uso en la aviacin comercial.

Por un lado, el procedimiento consta de las siguientes fases: primera, el aceite se limpia para eliminar impurezas utilizando procedimientos de limpieza de aceite estndar; segunda, el aceite se convierte en parafina de cadena corta, mediante un proceso en el que se eliminan las molculas de oxgeno del aceite convirtiendo, por reaccin con hidrgeno, todas las olefinas en parafinas de cadena corta con un nmero de carbonos en el rango de un diesel, de tal manera que al eliminar los tomos de oxgeno el poder calorfico del combustible obtenido aumenta y al eliminar las olefinas aumenta la estabilidad trmica del combustible, as como su estabilidad a la oxidacin; tercera, se isomerizan y craquean las parafinas, convirtindose en parafinas con un nmero de carbonos en el rango del queroseno; finalmente, el producto obtenido es un combustible denominado Bio-SPK que contiene el tipo de partculas propio de un queroseno convencional procedente del petrleo. Por otro lado, se han probado diversas composiciones del bioquersoeno obtenido mediante este procedimiento, mezcladas al 50% con Jet A1, en vuelos de aeronaves de tres compaas areas distintas. En la tabla que se muestra a continuacin se recoge el plan de ensayos de esas pruebas, cuya ejecucin permiti constatar el cumplimiento de las diversas normas de la ASTM correspondientes a las propiedades del queroseno de aviacin comercial.


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Compaa aerea Air New Zealand Continental Airlines Japan Airlines

Aeronave Boeing 747-400 Boeing 737-800 Boeing 747-300

Motor Rolls-Royce CFM International Pratt & Whitney

RB211-524G CFM56-7B JT9D-7R4G2

Materia prima del Bio-SPK

50% jatropha 47.5% jatropha,

2.5% algas

42% camelina

8% algas/jatropha

Fecha de vuelo 30-dic-08 07-ene-09 30-ene-09

Tabla 1. Plan de ensayos para el Bio-SPK


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Captulo 4. Normativa La normativa que resulta de aplicacin se puede consultar en Koss (2010).


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Captulo 5. Combustibles de partida y produccin de bioqueroseno

5.1. El aceite de coco El aceite de coco es un aceite vegetal que contiene cerca del 90% de triglicridos saturados extrados mediante el prensado de la pulpa o la carne del coco, fruto del cocotero (Cocos nucifera).

Figura 2. Cocos nucifera y su fruto, el coco

La muestra empleada en este estudio es aceite de coco Acros Organics (code 3654750000, N CAS: 8001-21-8) y su composicin de cidos grasos es la siguiente:

Acidos saturados % m/m

Caproico 0.5

Caprlico 7.5

Cprico 7.0

Larico 47.0

Mirstico 16.5

Palmtico 8


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Esterico 4

Acidos insaturados % m/m

Palmitoleico 1

Oleico 5

Linoleico 2.5

Linolnico 1

ndice de yodo (g yodo / 100 g) 10

ndice de saponificacin (mg KOH / g) 257

Tabla 2. Composicin de cidos grasos del aceite de coco

5.2. El queroseno Los reactores de aviacin estn recorridos por un flujo gaseoso continuo, por lo que a diferencia de los motores de combustin interna, las caractersticas qumicas relativas al autoencendido carecen de inters. Las propiedades determinantes de un carburante para reactores estn relacionadas con la composicin de la mezcla aire-carburante, la radiacin de llama y la formacin de residuos carbonosos. Adems tiene gran importancia el punto de cristalizacin, ya que en los vuelos a gran altura la temperatura exterior puede alcanzar -50C. Como ya se ha comentado, el queroseno es el combustible utilizado actualmente en aviacin. Su composicin corresponde a la fraccin hidrocarbonada C10-C13, tienen un contenido en aromticos inferior al 25% en volumen para minimizar la formacin de humos y depsitos carbonosos durante su combustin y un contenido en azufre inferior al 0.3% en peso. Se obtiene a partir de la destilacin atmosfrica del crudo, en concreto, a la fraccin de la destilacin comprendida entre 145 y 240C, ms o menos ampliada segn las circunstancias. Para que la combustin se desarrolle satisfactoriamente, el queroseno debe mezclarse ntimamente con el aire, por lo que propiedades como la volatilidad, la tensin superficial y la viscosidad tiene gran importancia para conseguir una correcta pulverizacin y penetracin del chorro. Por otra parte, los combustibles de los reactores circulan a travs de zonas calientes del avin pudiendo alcanzar temperaturas elevadas, por lo que es importante controlar la estabilidad trmica, especialmente en vuelos supersnicos en los que el calentamiento cintico provoca una elevacin de la temperatura de los depsitos. En cuanto al comportamiento en fro, el punto de cristalizacin fijado es de -47C, muy difcil de conseguir porque el queroseno contiene pequeas cantidades de agua disuelta que se deposita en finas gotas que comienzan a helarse a una temperatura prxima a los 0C. Para evitarlo se aaden


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aditivos anticongelantes que absorben el agua y bajan el punto de cristalizacin. El queroseno empleado en este estudio es un queroseno comercial sin aditivar procedente de la Compaa Logstica de Hidrocarburos (CLH) y obtenido por la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas de la Universidad Politcnica de Madrid. Al no tener aditivos, ser necesario comprobar, por tanto, que su punto de cristalizacin cumpla con la especificacin (-47C).

5.3. Produccin de bioqueroseno La elaboracin del bioqueroseno estudiado en este proyecto se ha realizado en el laboratorio de combustibles de la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas de la Universidad Politcnica de Madrid. El mtodo seguido ha sido el siguiente. El aceite de coco refinado, se somete a un proceso de transesterificacin, es decir, el aceite se mezcla con metanol en presencia de un catalizador bsico, metxido sdico, dando lugar de forma cuantitativa a un metil ster y glicerina. Tras este proceso se obtuvieron 150 mL de FAME de coco, cuya densidad es 0.867 g/mL, por tanto:

150 mL x 0.867 g/ mL = 130.05 g de FAME de coco A continuacin, el FAME de coco se destila a 2 torr mediante una bomba de vaco. El intervalo de ebullicin considerado ha sido 47 - 105 C2tor. Una vez realizada la destilacin se obtienen una fraccin ligera y otra fraccin pesada. La fraccin ligera es el bioqueroseno, del cual se obtienen 125 mL. Su densidad es 0.851 g/ mL, por lo tanto:

125 mL x 0.851 g/ mL = 106.4 g de fraccin ligera que es un 81.8% en masa sobre el FAME de partida. La fraccin pesada, es decir, el residuo que queda sin destilar tiene una masa de 16.2 g, es decir, un 12.55% en masa sobre el FAME de partida. Esto indica que las prdidas en el proceso de destilacin ascienden a 7.45 g, un 5.7% en masa sobre el FAME de partida.


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5.4. Elaboracin de mezclas Se han realizado mezclas del bioqueroseno obtenido con el queroseno comercial en distintas concentraciones para analizar el comportamiento de las mismas

- B5. Mezcla de queroseno comercial con un 5% en volumen de bioqueroseno



Queroseno (mL) Bioqueroseno (mL) Mezcla (mL)

B5 142.5 7.5 150

B10 135 15 150

B20 120 30 150

Tabla 3. Volumen de las mezclas realizadas

Siguiendo con esta nomenclatura, el bioqueroseno puro ser B100.


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Captulo 6. Caracterizacin de los combustibles

6.1. Propiedades medidas Los ensayos realizados sobre las muestras obtenidas se han llevado a cabo en el Laboratorio de Mquinas y Motores Trmicos de la ETSII de la Universidad de Castilla-La Mancha. El criterio para decidir qu ensayos concretos se realizaban sobre cada muestra ha tenido en cuenta tanto el instrumental del que se dispone en el citado laboratorio como las especificaciones tcnicas que deben cumplir los combustibles para satisfacer la normativa, recogida en Koss (2010). Las propiedades de los combustibles que han sido medidas son:

- Composicin elemental - Contenido en agua - Densidad a temperatura ambiente y a 15C - Estabilidad a la oxidacin - Lubricidad - Perfil de steres metlicos - Poder calorfico - Punto de obstruccin de filtro fro (POFF) - Viscosidad a -20C y a 40 C

6.2. Combustibles ensayados Las muestras ensayadas han sido las siguientes:

Figura 3. Muestras de los combustibles ensayados


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- Queroseno - B5. Mezcla de queroseno comercial con un 5% en volumen de

bioqueroseno - B10. Mezcla de queroseno comercial con un 10% en volumen de

bioqueroseno - B20. Mezcla de queroseno comercial con un 20% en volumen de

bioqueroseno - Bioqueroseno (B100): Fraccin ligera de la destilacin del FAME de

coco - Bottom: Fraccin pesada de la destilacin del FAME de coco - FAME de coco, Metil ster de aceite de coco obtenido por

transesterificacin - Aceite de coco

6.3. Ensayos realizados En la tabla que se presenta a continuacin se recogen los ensayos realizados sobre los distintos combustibles:

Queroseno B5 B10 B20 B100 Bottom FAME de

coco

Composicin elemental

Contenido en agua

Densidad Tamb

Densidad 15C

Estabilidad a la oxidacin

Lubricidad

Perfil de steres metlicos

Poder calorfico

POFF

Viscosidad a 40C

Viscosidad a -20C

Tabla 4. Relacin de ensayos realizados a los distintos combustibles

Ensayo realizado Adems, se ha medido el contenido en agua del aceite de coco. En el Anexo 2 se presentan en forma de tabla todos los resultados obtenidos para los diferentes ensayos y se realiza una comparacin de los mismos con los lmites establecidos con las normas relativas a querosenos y biodiesel.


23

6.3.1. Composicin elemental Para medir los porcentajes de C, H, N y S se utiliza un analizador elemental, que es un equipo capaz de detectar todos los elementos citados mediante diversos mecanismos y dar el resultado en porcentaje en masa de cada uno de ellos en base seca. El analizador elemental utilizado en los ensayos es el modelo LECO CHNS-932 (figura 4).

Figura 4. Analizador elemental LECO CHNS-932.

Este analizador consta de los siguientes componentes principales:

- Plataforma de muestras. En ella estn colocadas las cpsulas que

contienen la muestra. Permite descargar la muestra en el horno. - Horno. Es el encargado de llevar a cabo la combustin de la

muestra a una temperatura de 950C. - Inyector de oxgeno. Se encarga de inyectar la cantidad de oxgeno

puro necesaria para el proceso de combustin. - Tubo de oxidacin. Contiene trixido de tungsteno y virutas de

cobre. Su misin es permitir la conversin completa de los xidos de azufre a dixido de azufre, mediante el aumento o la reduccin de oxgeno.

- Clulas de deteccin por infrarrojo. Se trata de tres clulas cuya misin es medir las cantidades de carbono, hidrgeno y azufre de la muestra.

- Clula de conductividad. Es una clula que mide la cantidad de nitrgeno de la muestra.

- Carcasa. Es la caja que soporta el sistema electrnico y mecnico del analizador.


24

Este equipo realiza la combustin de aproximadamente 2 mg de muestra

a 1000 C en atmsfera altamente oxidante. Los gases de la combustin

se dirigen a distintas celdas en las que se contabiliza individualmente el

porcentaje de cada elemento. El contenido en carbono, hidrgeno y azufre

se determina mediante absorcin de infrarrojos y el contenido en nitrgeno

mediante conductividad trmica.

Los resultados para los distintos combustibles as como las desviaciones tpicas asociadas a las medidas se recogen en la tabla 5.

C (%) C H (%) H O (%)

FAME de coco 73.053 0.041 12.085 0.027 14.862

B100 72.346 0.073 12.117 0.132 15.537

Bottom 75.295 0.105 12.375 0.057 12.330

Queroseno 85.897 0.354 13.884 0.073 0.219

B5 84.836 0.155 13.682 0.156 1.482

B10 83.444 0.204 13.368 0.154 3.188

B20 82.139 0.213 13.459 0.022 4.402

Tabla 5. Composicin elemental de los combustibles

6.3.2. Contenido en agua Para medir el contenido en agua de cada muestra se ha utilizado un equipo de medida Karl Fischer, 831 KF Coulometer, de la marca Metrohm. El procedimiento para llevar a cabo este ensayo se describe detalladamente en Garca (2009).

Figura 5. Medidor del contenido en agua, 831 KF Coulomener


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La medida se obtiene en partes por milln (ppm) pero el valor de referencia que aparece en la normativa est en mg/kg, por lo tanto ser necesario realizar el cambio de unidades a las medidas tomadas. La relacin entre unidades es la siguiente:

1 ppm = 1000 mg/g = 1 mg/kg El contenido en agua se ha medido para todos los combustibles. Para garantizar la repetitividad de la medida se realizaron cinco ensayos para cada muestra. Los resultados as como la desviacin tpica para cada conjunto de datos se presentan a continuacin:

Contenido en agua (mg/kg) Media

(mg/kg)

Queroseno 49.1 47.4 46.6 49.3 45.5 47.6 1.6

B5 55.0 55.1 52.8 52.9 53.4 53.8 1.1

B10 79.7 81.2 77.8 82.6 81.4 80.5 1.8

B20 115.9 119.9 113.5 109.5 109.9 113.7 4.3

B100 274.5 272.8 274.7 279.3 293.0 278.9 8.3

Bottom 122.9 91.4 129.8 115.7 95.5 111.1 16.9

Aceite de coco 922.3 930.7 948.8 941.9 969.9 942.7 18.3

Tabla 6. Contenido en agua de los distintos combustibles

El contenido en agua es una especificacin que slo aparece en la normativa relativa a los biodiesel, tanto de automocin como de calefaccin, y no en la que deben cumplir los querosenos. Los lmites para esta propiedad, que se pueden consultar en Koss (2010), se han recogido en la siguiente tabla.

Combustible Normativa Contenido en agua (mg/kg)

Querosenos

ASTM D1655 ---

DEFSTAN 91-91 ---

DEF STAN 91-86 ---

DEF STAN 91-87 ---

FAME automocin UNE EN 14214 mx. 500

FAME calefaccin UNE EN 14213 mx. 500

Tabla 7. Lmite para el contenido en agua

Se puede comprobar que todos los combustibles analizados cumplen la normativa de biosiesel respecto al contenido en agua, tanto para automocin como para calefaccin.

6.3.3. Densidad Para calcular la densidad del combustible se utiliza la frmula:


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cbt = mcbt / Vcbt El equipo utilizado es una balanza de precisin y un picnmetro.

Figura 6. Bscula de precisin y picnmetro

La masa del combustible se pesa en una balanza de precisin y el volumen de combustible ser el volumen del picnmetro que utilicemos. Para calcular dicho volumen se llena el picnmetro de agua destilada y se pesa, obteniendo as la masa de agua destilada, y por otro lado se calcula la densidad del agua aplicando la siguiente frmula:

ag (g/mL) =1.003 2.368 10-4 T (C)

Para el caso de temperatura ambiente ser: ag (23C) = 0.9976 g/ mL Y para el caso de temperatura a 15C ser: ag (15C) = 0.9994 g/ mL Por lo tanto, el volumen del picnmetro ser para cada caso:

T = 23C , Vpic = mag / 0.9976 T = 15C , Vpic = mag / 0.9994

Una vez obtenido el volumen, se pesa la masa de combustible y se calcula con la frmula:

cbt = mcbt / Vpic Para medir la densidad a 15C, el procedimiento se ha realizado dentro de una campana climtica, en la que las muestras permanecieron tiempo suficiente para alcanzar dicha temperatura.


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Figura 7. Campana climtica

La densidad a temperatura ambiente se ha medido para el bioqueroseno. El resultado se presenta en la siguiente tabla:

ag (g/ mL) mag (g) Vpic (mL) mB100 (g) B100 (g/mL)

Tamb = 23C 0.998 10.29 10.31 8.97 0.870

Tabla 8. Densidad a Tamb del bioqueroseno puro

La densidad a 15C se ha medido para todos los combustibles excepto el aceite de coco puro. Los resultados se recogen en la siguiente tabla:

T = 15C ag (g/ mL) mag (g) Vpic (mL) mcbt (g) cbt (g/mL) cbt (kg/m3)

Queroseno 0.9994 9.30 9.31 7.46 0.802 802

B5 0.9994 9.30 9.31 7.49 0.805 805

B10 0.9994 9.30 9.31 7.51 0.807 807

B20 0.9994 9.30 9.31 7.56 0.812 812

B100 0.9994 9.30 9.31 8.07 0.867 867

Bottom 0.9994 9.30 9.31 8.18 0.879 879

Tabla 9. Densidad a 15C de las distintas muestras de combustibles

Una vez alcanzados los resultados para la densidad a 15C se compara con los valores que aparecen especificados en la normativa recogida en Koss (2010). Dichos valores se han resumido en la siguiente tabla:


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Combustible Normativa 15C (kg/m3)

Querosenos

ASTM D1655 775 a 840

DEFSTAN 91-91 775 a 840

DEF STAN 91-86 788 a 845

DEF STAN 91-87 775 a 840

FAME automocin UNE EN 14214 860 a 900

FAME calefaccin UNE EN 14213 860 a 900

Tabla 10. Lmite para la densidad a 15C

Realizando la comparacin se observa que el queroseno y las tres mezclas ensayadas, B5, B10 y B20, cumplen la normativa de querosenos relativa a densidad, mientras que los productos de la destilacin del FAME, tanto el bioqueroseno como la fraccin pesada, tienen una densidad demasiado elevada, cumpliendo la especificacin de densidad de los biodiesel tanto la de los utilizados para automocin como la de los utilizados para calefaccin.

6.3.4. Estabilidad a la oxidacin La estabilidad a la oxidacin es un parmetro limitado en la normativa de biodiesel, tanto para uso en calefaccin como automocin. La norma a aplicar para realizar la medida de esta propiedad es la EN 15751. Sin embargo, no es un parmetro limitado como tal en la normativa de querosenos de aviacin. Para estos combustibles existe otro mtodo, denominado mtodo de las gomas potenciales, que se describe en la norma UNE 51-118-83, que a su vez se corresponde con las normas ASTM D 873-79 e INTA 15 04 78 D. Esta norma se puede consultar en Koss (2010). En este trabajo se ha medido la estabilidad a la oxidacin aplicando la norma EN 15751, por tanto los resultados sern comparables con los lmites establecidos para biodiesel de calefaccin y automocin. El equipo de medida utilizado para este ensayo ha sido un Rancimat 743 de la marca Metrohm. El procedimiento para llevar a cabo este ensayo se describe detalladamente en Valdueza (2010).


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Figura 8. Equipo de medida de la estabilidad a la oxidacin, Rancimat

Los resultados para la oxidacin de cada combustible se muestran en las figuras 9 a 14. En ellas se puede observar que para el queroseno y las mezclas, la oxidacin de las muestras no llega a producirse durante todo el tiempo del ensayo. Para el bioqueroseno y la fraccin pesada de la destilacin s ocurre, siendo de 22.73 horas para el B100 y de 1.81 para el Bottom.

Figura 9. Resultado de estabilidad a la oxidacin del queroseno


30

Figura 10. Resultado de estabilidad a la oxidacin del B5



31




32

Figura 14. Resultado de estabilidad a la oxidacin del Bottom

Los lmites establecidos en la normativa para esta propiedad se recogen en la tabla siguiente.

Combustible Normativa

Estabilidad a la oxidacin, 110C (h)

Querosenos

ASTM D1655 ---

DEFSTAN 91-91 ---

DEF STAN 91-86 ---

DEF STAN 91-87 ---

FAME automocin UNE EN 14214 mn 6.0

FAME calefaccin UNE EN 14213 mn. 4.0

Tabla 11. Lmites para la estabilidad a la oxidacin

De la comparacin de los resultados de los ensayos con sus correspondientes lmites se desprende que el Bottom no cumple la UNE EN 14213 relativa a biodiesel para calefaccin y que el B100 cumple la especificacin de estabilidad a la oxidacin para biodiesel de automocin.

6.3.5. Lubricidad Para realizar esta medida se ha utilizado un equipo de lubricidad con mini cmara climtica y medida de la huella de desgaste HFRR. El


33

procedimiento para llevar a cabo este ensayo se describe detalladamente en Pozo (2010).

Figura 15. Equipo de medida de la lubricidad

La lubricidad se ha medido para todos los combustibles aunque es un parmetro que slo se limita en la normativa relativa a querosenos, no es una propiedad especificada en la norma de biodiesel ni de automocin ni de calefaccin. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla siguiente.

valor x (m)

valor y (m)

Media (m)

Media corregida (m)

Media corregida (mm)

Queroseno 665.0 602.5 634 639 0.64

B5 343.7 325.0 334 346 0.35

B10 287.9 243.8 266 280 0.28

B20 249.4 198.2 223 238 0.24

B100 296.0 224.0 260 304 0.30

Tabla 12. Resultados para la lubricidad

En las figuras 16 y 17 aparece la foto de la huella dejada por el queroseno.

Figura 16. Huella del queroseno valor y Figura 17. Huella del queroseno valor x


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Los lmites establecidos en la normativa se muestran en la siguiente tabla.

Combustible Normativa Lubricidad (mm)

Querosenos

ASTM D1655 ---

DEFSTAN 91-91 mx. 0.85

DEF STAN 91-86 ---

DEF STAN 91-87 ---

FAME automocin UNE EN 14214 ---

FAME calefaccin UNE EN 14213 ---

Tabla 13. Lmites para la lubricidad

De la comparacin de los resultados de los ensayos con los lmites establecidos se desprende que la lubricidad cumple la normativa.

6.3.6. Perfil de steres metlicos El perfil de steres metlicos se ha medido siguiendo dos procedimientos. El primero de ellos es un procedimiento propio del Laboratorio de Combustibles de la ETSI de Minas de la UPM. El equipo utilizado para realizar este anlisis es un GC-MS (Gas Chromatography Mass Spectrometry) de la marca Hewlett-Packard, GC 6850MS 5975 C, y la columna de GC es HP 5MS (30 m x 0.25 mm x 0.25 m). Para determinar cada uno de los componentes del combustible analizado se compara cada pico de ster con una biblioteca de patrones. De esta forma todos los steres quedan identificados cualitativa y cuantitativamente. Los resultados alcanzados se presentan en la tabla siguiente.

ster metlico FAME coco comercial

FAME % m/m

B100 % m/m

Bottom % m/m

C8 8 8.3 17.3 ---

C10 6 3.0 7.0 Trazas

C12 49 5.,5 66.7 16.3

C14 18 14.9 8.9 46.1

C16 9 6.4 0.1 26.0

C18 2 2.5 n.d 2.2

C18:1 6 7.5 Trazas 8.7

C18:2 2 1.9 n.d 0.7

Tot. 100 100 100 100

Tabla 14. Perfil de steres metlicos del Laboratorio de Combustibles de ETSIM


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El segundo procedimiento se ha llevado a cabo aplicando la prenorma preEN 14103:2009 en el laboratorio del Instituto de Energas Renovables de Albacete. Se ha utilizado la prenorma ya que el contenido en steres menores, entre C6 y C12, debe tenerse en cuenta en las muestras correspondientes a la fraccin ligera de la destilacin del FAME, es decir, en el bioqueroseno. La norma, sin embargo slo considera los steres entre el C14:0 y el C24:1. En este anlisis se ha determinado el contenido de ster total y de cada uno de los steres extrapolando la ecuacin 2 de la prenorma, correspondiente al ster linolico. El contenido de ster total es el correspondiente a la concentracin, en masa, de los steres comprendidos entre el C6:0 y el C24:1, tomando como 100% la masa de biodiesel inyectado. El contenido de cada ster corresponde a la concentracin, en masa, de cada ster, tomando como 100% la masa de biodiesel inyectado. Las muestras analizadas han sido FAME de coco, B100 y Bottom. De cada una de ellas se han ensayado varias muestras cuyos resultados se presentan en las tablas 15, 16 y 17. En los anlisis realizados a las disoluciones de FAME de coco y de B100 se han detectado tres steres con tiempos de retencin menores que el del C14:0 (16.85 min). El ster 1 eluye a los 10.098 min, el ster 2 eluye a los 12.54 min y el ster 3 eluye a los 14.78 min. Estos picos pueden corresponder a los steres del C6:0, C8:0, C10:0 y C12:0, pero para identificarlos sera necesario compararlos con los patrones correspondientes. En el caso de la fraccin pesada de la destilacin, en los anlisis realizados a las distintas muestras slo aparece un pico con tiempo de retencin menor al del C14:0 y corresponde al definido como ster 3 en el anlisis de bioqueroseno. Respecto a los resultados alcanzados para el FAME, se observa que no existe repetitividad en la medida para el contenido de steres menores. Por esta razn no se ha calculado el resultado final como media de cada una de las medidas. En el caso del B100, el contenido de ster total tambin vara entre las disoluciones de una misma muestra. Esto se debe a que la concentracin de ster 3 vara notablemente. Puesto que no se produce repetitividad en la medida no se ha considerado conveniente calcular la media entre ellas como resultado final.


36

prEN 14103:2009

Contenido en ster (% en masa) FAME1 FAME2 FAME3 FAME4 FAME5 FAME6

ster total 51.19 69.80 66.69 50.17 50.41 63.93

ster 1 1.37 4.23 3.60 1.32 1.25 3.30

ster 2 1.79 3.69 3.30 1.75 1.70 3.01

ster 3 20.73 31.59 29.72 20.38 20.58 28.22

C14:0 10.71 13.17 12.81 10.59 10.80 12.58

C16:0 6.55 7.11 7.17 6.57 6.60 6.96

C16:1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C18:0 2.33 2.37 2.36 2.35 2.31 2.33

C18:1 5.49 5.62 5.65 5.53 5.47 5.57

C18:2 1.42 1.45 1.46 1.42 1.41 1.44

C18:3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C20:0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C20:1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C22:0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C22:1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C24:0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

C24:1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Tabla 15. Perfil de steres metlicos del FAME de coco de Albacete

prEN 14103:2009

Contenido en ster (% en masa) B1001 B1002 B1003 MediaB100

ster total 46.83 58.32 64.98 ---

ster 1 1.98 2.62 3.47 2.69

ster 2 2.54 3.37 4.04 3.32

ster 3 27.46 36.43 40.72 ---

C14:0

8.83 11.18 11.92 10.64

C16:0

2.56 2.86 2.94 2.79

C16:1

0.00 0.00 0.00 0.00

C18:0

0.39 0.41 0.41 0.40

C18:1

1.08 1.12 1.14 1.11

C18:2

0.32 0.33 0.34 0.33

C18:3

0.00 0.00 0.00 0.00

C20:0

1.66 0.00 0.00 0.55

C20:1

0.00 0.00 0.00 0.00

C22:0

0.00 0.00 0.00 0.00

C22:1

0.00 0.00 0.00 0.00

C24:0

0.00 0.00 0.00 0.00

C24:1

0.00 0.00 0.00 0.00

Tabla 16. Perfil de steres metlicos del B100 de Albacete


37

prEN 14103:2009

Contenido en ster (% en masa) Bottom1 Bottom2 Bottom3 MediaBottom

ster total 74.22 77.77 73.29 75.09

ster 3 0.57 0.45 0.45 0.49

C14:0

16.77 17.29 16.51 16.86

C16:0

20.68 21.19 20.53 20.80

C16:1

0.00 0.00 0.00 0.00

C18:0

8.82 8.97 8.83 8.87

C18:1

21.14 21.51 20.98 21.21

C18:2

5.50 5.59 5.46 5.51

C18:3

0.08 0.07 0.00 0.05

C20:0

0.31 0.31 0.32 0.32

C20:1

0.21 0.20 0.21 0.21

C22:0

0.08 0.07 0.00 0.05

C22:1

0.00 0.00 0.00 0.00

C24:0

0.00 0.00 0.00 0.00

C24:1

0.00 0.00 0.00 0.00

Tabla 17. Perfil de steres metlicos del Bottom de Albacete

6.3.7. Poder calorfico El poder calorfico se mide en una bomba calorimtrica, en concreto la bomba calorimtrica 1351 de marca Parr. El procedimiento para llevar a cabo este anlisis se describe detalladamente en Garca (2009). Este equipo nos da el valor del poder calorfico superior a volumen constante. El valor de referencia de la norma se refiere al poder calorfico inferior a presin constante, por lo que habr que hacer una conversin para poder realizar la comparacin.

Figura 18. Bomba calorimtrica para la medida del poder calorfico


38

La relacin entre los poderes calorficos, desarrollada en el Anexo 1 de este trabajo, viene dada por la siguiente expresin:

= 213.65 0.77 0.88 Por lo tanto, ser necesario utilizar la composicin elemental de cada muestra para realizar la conversin. El poder calorfico superior se ha medido para todos los combustibles excepto para el FAME de coco. Para cada una de las muestras se ha repetido tres veces el mismo ensayo para garantizar la repetitividad de la medida. Se ha tomado como valor final la media aritmtica de las tres medidas calculando adems la desviacin tpica del conjunto de medidas. En las tablas 18 a 23 se recogen los resultados obtenidos.

Queroseno mcbt (g) longalambre quemado (cm) PCS (MJ/kg)

Ensayo 1 0.5062 5.8 47.3632

Ensayo 2 0.5025 6.3 47.4598

Ensayo 3 0.5009 4.3 47.3874

Media

47.4035

queroseno

0.0503

Tabla 18. Poder calorfico superior a volumen constante del queroseno

B5 mcbt (g) longalambre quemado (cm) PCS (MJ/kg)

Ensayo 1 0.5006 5.4 45.4387

Ensayo 2 0.5012 6.5 45.1522

Ensayo 3 0.5001 4.2 45.3564

Media

45.3158

B5

0.1475

Tabla 19. Poder calorfico superior a volumen constante de la mezcla B5


Ensayo 1 0.5045 5.6 44.6397

Ensayo 2 0.5002 7.1 44.5672

Ensayo 3 0.5019 4.0 44.2158

Media

44.4742

B10

0.2267



39


Ensayo 1 0.5021 8.0 43.9310

Ensayo 2 0.5017 7.4 43.8751

Ensayo 3 0.5014 5.3 44.0058

Media

43.9373

B20

0.0656



Ensayo 1 0.5016 7.4 37.4450

Ensayo 2 0.5007 6.5 37.9435

Ensayo 3 0.5017 9.7 37.5876

Media

37.6587

100

0.2567

Tabla 22. Poder calorfico superior a volumen constante del bioqueroseno, B100

Bottom mcbt (g) longalambre quemado (cm) PCS (MJ/kg)

Ensayo 1 0.5087 5.7 39.3466

Ensayo 2 0.5025 7.3 39.6489

Ensayo 3 0.5009 5.9 39.1564

Media

39.3840

Bottom

0.2484

Tabla 23. Poder calorfico superior a volumen constante de la fraccin pesada de la destilacin, Bottom

Aplicando la relacin entre poderes calorficos se obtienen los resultados recogidos en la tabla 24.

PCSv (MJ/kg) H (%) O (%) PCIp (MJ/kg)

Queroseno 47.4035 13.884 0.219 47.3970

B5 45.3158 13.682 1.482 45.3171

B10 44.4742 13.368 3.188 44.4671

B20 43.9373 13.459 4.402 43.9371

B100 37.6587 12.117 15.537 37.6574

Bottom 39.3840 12.375 12.33 39.3773

Tabla 24. Poder calorfico inferior a presin constante de los combustibles

A continuacin se comparan los resultados obtenidos con los valores exigidos en la normativa recogida en Koss (2010).


40

Combustible Normativa PCIp (MJ/kg)

Querosenos

ASTM D1655 mn. 42.9

DEFSTAN 91-91 mn. 42.8

DEF STAN 91-86 mn. 42.8

DEF STAN 91-87 mn. 42.8

FAME automocin UNE EN 14214 ---

FAME calefaccin UNE EN 14213 mn. 35

Tabla 25. Lmite para el poder calorfico inferior

Como se observa en la figura 19, ninguna de las fracciones de la destilacin del FAME de coco, B100 y Bottom, cumplen la especificacin de poder calorfico para querosenos. S lo hacen el queroseno puro y las tres mezclas analizadas La fraccin pesada, Bottom, cumple la norma UNE de FAME para calefaccin.

Figura 19. Poder calorfico de los combustibles

6.3.8. Punto de obstruccin de filtro fro, POFF El equipo utilizado para la realizacin de este ensayo ha sido el medidor de punto de obstruccin de filtro en fro de la marca ISL FPP 5Gs que se observa en la Figura 10. El procedimiento para llevar a cabo este ensayo se describe detalladamente en Garca (2009).

05

1015202530354045505560

Queroseno B5 B10 B20 B100 Bottom

Poder calorfico inferior (MJ/kg)


41

Figura 20.Equipo de medida del punto de obstruccin de filtro fro, POFF

Se han analizado el queroseno, el bioqueroseno, las mezclas y la fraccin pesada de la destilacin. Los resultados alcanzados se presentan en las tablas 24 a 26. Del primero y del ltimo se realizaron dos medidas para garantizar la repetitividad del resultado. De las dems muestras slo se hizo un ensayo, ya que la cantidad de combustible de la que se dispone es reducida y en cada anlisis se necesitan 50 mL de muestra.

Queroseno POFF (C)

Ensayo 1 -30

Ensayo 2 -29

Media -29.5

Tabla 26. POFF del queroseno

POFF (C)

B5 -33

B10 -33

B20 -31

B100 -10

Tabla 27. POFF del B100 y de las mezclas

Bottom POFF (C)

Ensayo 1 23

Ensayo 2 23

Media 23

Tabla 28. POFF del Bottom


42

Una vez obtenidos los resultados para el POFF de los diferentes combustibles se comparan con los valores de referencia de la normativa. nicamente existe lmite para esta propiedad en la norma de biodiesel de automocin (tabla 28). El POFF no es un requerimiento especificado en la norma para los querosenos.

UNE EN 14214 POFF (C)

CLIM

AS

TE

MP

LA

DO

S Grado A 5

Grado B 0

Grado C -5

Grado D -10

Grado E -15

Grado F -20

CLIM

AS

R

TIC

OS

clase 0 -20

clase 1 -26

clase 2 -32

clase 3 -38

clase 4 -44

Tabla 29. Lmite para el POFF de los biodiesel de automocin

El combustible analizado como bioqueroseno, B100, cumple la especificacin de POFF de los biodiesel de automocin hasta un grado D que corresponde a pases con climas templados. Sin embargo, las mezclas podran emplearse en pases con climas rticos, en concreto las mezclas B5 y B10 cumplen la norma hasta la clase 2 y la mezcla B20 la cumple hasta la clase 1. Se observa que la fraccin pesada de la destilacin, Bottom, tiene un POFF de 23C, lo cual significa que para poder ser utilizado como combustible de calefaccin necesitara un tratamiento previo de calentamiento.

6.3.9. Viscosidad Para medir la viscosidad se ha utilizado un viscosmetro sumergido en un bao para controlar la temperatura. Para la medida de la viscosidad a 40C el bao era de agua y en el caso de la viscosidad a -20C se ha utilizado un bao de lquido anticongelante. El procedimiento para llevar a cabo este ensayo se describe detalladamente en Garca (2009).


43

Figura 21. Viscosmetro serie 75 Figura 22. Bao y dedo fro

El viscosmetro empleado es un viscosmetro capilar Cannon-Fenske de la marca AFORA con n de serie 29966, modelo 5354/2B (serie 75). Su valor para la constante es:

Cte (40C) = 0.0098 +/- 0.0001 Cte (100C) = 0.0097 +/- 0.0001

En el caso de la viscosidad a -20C habr que aproximar el valor de la constante con una recta, considerando los valores de la constante a 40 y 100C.

T (C) constante

100 0.0097

40 0.0098

Tabla 30. Valores para la constante del viscosmetro

La aproximacin mediante una recta se representa en la siguiente grfica:


44

Figura 23. Aproximacin mediante una recta del valor de la constante del

viscosmetro

Utilizando la ecuacin de la recta obtenida, el valor de la constante a -20C para este viscosmetro es:

Cte (-20C) = (-2 10-6) (-20) + 0.0099 = 0.0099 La viscosidad debe medirse a -20C para poder ser comparada con el valor de referencia de la normativa, pero como el POFF del biocombustible es -10C no es posible realizar dicho ensayo. En su lugar se ha medido la viscosidad a 40C. Los resultados son los siguientes:

B100 (T = 40C) tmedido (min) t (s) constante Viscosidad (mm2/s)

Ensayo 1 3.52 232 0.0098 2.2736

Ensayo 2 3.52 232 0.0098 2.2736

Media

2.2736

Tabla 31. Viscosidad a 40C del bioqueroseno

Los resultados de la viscosidad a -20C para las dems muestras se presentan a continuacin:

T = -20C tmedido (min) t (s) constante Viscosidad

(mm2/s)

Queroseno 5.28 232 0.0099 2.2968

B5 5.51 351 0.0099 3.4749

B10 6.03 363 0.0099 3.5937

B20 6.45 405 0.0099 4.0095

Tabla 32. Viscosidad a -20C de los distintos combustibles

y = -2E-06x + 0.0099

0,00965

0,0097

0,00975

0,0098

0,00985

0,0099

0,00995

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120


45

A continuacin se comparan los resultados obtenidos con los valores especificados en la normativa.

Combustible Normativa Viscosidad-20C (mm2/s)

Querosenos

ASTM D1655 mx. 8

DEFSTAN 91-91 mx. 8

DEF STAN 91-86 mx. 8

DEF STAN 91-87 mx. 8

Tabla 33. Lmite para la viscosidad de los querosenos

Combustible Normativa Viscosidad40C (mm2/s)

FAME automocin UNE EN 14214 3.5 a 5.0

FAME calefaccin UNE EN 14213 3.5 a 5.0

Tabla 34. Lmite para la viscosidad de los biodiesel

De la comparacin se deduce que la viscosidad del bioqueroseno, B100, es demasiado baja y no cumple los lmites marcados por la normativa de biodiesel. Las mezclas tienen una viscosidad a -20C menor de 8, por lo que s cumplen el valor establecido en la normativa de querosenos.


46

Captulo 7. Conclusiones Tal y como se plante en el epgrafe 1.3., el primer objetivo de este trabajo es el estudio de la viabilidad como combustible para aviacin de un bioqueroseno (B100) obtenido a partir de la destilacin de un metil ster (FAME) generado a partir de aceite de coco, en concreto de la fraccin ligera. Tras realizar la caracterizacin del citado bioqueroseno se ha determinado que la densidad, el poder calorfico y la viscosidad no cumplen con los lmites establecidos por la normativa al respecto. S lo hace la lubricidad (ver tabla A2.2). Por lo tanto, se puede concluir que el bioqueroseno analizado en este trabajo no se puede utilizar en estado puro como combustible de aviacin sin realizar sobre l ningn tratamiento que mejore las citadas propiedades. Adems, del anlisis de la viabilidad del denominado bioqueroseno, B100, como biodiesel de automocin, se observa que se cumplen los requisitos establecidos en la normativa respecto al contenido en agua, la densidad y la estabilidad a la oxidacin (ver tabla A2.3). Respecto al POFF, no cumple los lmites establecidos para climas rticos. S sera un combustible viable en climas templados hasta un grado D. Sin embargo, la viscosidad es demasiado baja, quedando fuera del rango establecido en la normativa de biodiesel de automocin. En cuanto a las mezclas analizadas, las tres cumplen los lmites establecidos en la normativa de querosenos respecto a densidad, lubricidad, poder calorfico y viscosidad (ver tabla A2.2). Esto implica que el bioqueroseno analizado en este trabajo podra ser viable como combustible de aviacin utilizado en mezclas de como mximo el 20% en volumen con queroseno comercial. Habra que analizar el resto de propiedades que aparecen en la citada normativa para garantizar la viabilidad de las mezclas. Acerca del segundo objetivo consistente en el estudio de la fraccin pesada de la destilacin (Bottom) para su utilizacin como combustible de automocin (UNE EN 14.214) o como combustible de calefaccin (UNE EN 14.213), se puede concluir lo siguiente. Por un lado, el uso del Bottom como combustible de automocin debe descartarse, ya que su POFF tiene un valor muy elevado (23C). Por otro lado, para utilizarlo como combustible de calefaccin se cumplen las especificaciones de contenido en agua y densidad, pero no se cumplen las relativas a viscosidad ni a estabilidad a la oxidacin (ver tabla A2.4).


47

Adems, su elevado POFF implica que para poder ser utilizado como combustible de calefaccin necesitara un tratamiento previo de calentamiento.


48

Captulo 8. Trabajos futuros Tal y como se ha sealado en las conclusiones, las mezclas analizadas cumplen los lmites establecidos en la normativa de querosenos respecto a densidad, lubricidad, poder calorfico y viscosidad. Esta conclusin da lugar a dos posibles actuaciones. En primer lugar, sera interesante continuar el anlisis de las mezclas estudiando el resto de propiedades que aparecen especificadas en las citadas normas. La primera de las propiedades a analizar sera el punto de cristalizacin, ya que es una de las ms restrictivas. En Koss (2010) se calcula el punto de cristalizacin para un bioqueroseno obtenido mediante la destilacin de un FAME de palmiste (-15C) as como para mezclas del mismo con queroseno comercial aditivado y sin aditivar. El resultado obtenido es que se cumple la limitacin establecida en la normativa (-47C) en mezclas de hasta un 10% de bioqueroseno con queroseno aditivado. Adems, se calcula el POFF del bioqueroseno de palmiste puro (-5C). En este trabajo se ha calculado el POFF del bioqueroseno de coco puro y es an menor (-10C), por lo que se podra esperar que el punto de cristalizacin tambin fuese menor que el de bioqueroseno de palmiste y por tanto que las mezclas con queroseno aditivado cumplieran hasta un determinado porcentaje de mezcla la limitacin establecida en la normativa. Una vez calculado el punto de cristalizacin para los combustibles analizados en este trabajo y el POFF para los combustibles analizados en Koss (2010) se podra establecer una relacin entre ambas propiedades. En segundo lugar, se podran estudiar porcentajes de mezcla mayores ya que, aunque en este trabajo slo se ha analizado hasta un 20% en volumen, parece posible que pueda aumentar el contenido en bioqueroseno mantenindose la viabilidad de la mezcla. En el epgrafe 6.3.4. de este documento se analiza la estabilidad a la oxidacin aplicando la EN 15751especificada en la norma para biodiesel de automocin. Sin embargo, no es un parmetro limitado como tal en la normativa de querosenos de aviacin ya que para estos combustibles existe otro mtodo, denominado mtodo de las gomas potenciales, que se describe en la norma UNE 51-118-83. Se podra realizar el ensayo de gomas potenciales a los combustibles analizados en este trabajo y establecer una relacin entre estos dos mtodos.


49

Bibliografa APPA (2009), Hacia una aviacin ms ecolgica gracias al uso de biocarburantes, Marzo 2009 (www.eppa.es). Blzquez J.M. (2010), Estudio de las propiedades del biodisel de ricino y de sus emisiones contaminantes en un motor diesel, PFC, UCLM 2010. Cottineau J. (2008), Green Chemistry. Bio motor fuels. The aviation industry unveils bio-kerosene, Info Chimie Magazine, 45 (490), p. 27. Dagaut P. y Gail S. (2007), Kinetics of gas turbine liquid fuels combustion: Jet A1 and biokerosene, Proceedings of the American Society of Mechanical Engineers Turbo Expo, vol. 2, 2007, 93-101. Dunn R. (2001), Alternative jet fuels from vegetable oils, en Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, vol. 44-6, 2001, 1751-1757. Garca R. (2009), Estudio de mezclas basadas en bioetanol sobre las emisiones de un motor diesel, Tesis doctoral, UCLM 2009. Gill S.S., Tsolakis A., Dearn K.D., Rodrguez-Fernndez J. (2010),

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50

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(4), P. 8.


51

Anexo 1. Poder calorfico de combustibles lquidos o slidos

A1.1. Poder calorfico del combustible en base seca El contenido energtico de un combustible se expresa por medio de su poder calorfico. Sin embargo, existen dos diferencias entre el poder calorfico que realmente se utiliza como referencia energtica y el que se mide en los calormetros:

- En la gran mayora de las mquinas trmicas solo se aprovecha el poder calorfico inferior, ya que los productos quemados se expulsan en fase gaseosa. Sin embargo, en los calormetros se mide el poder calorfico superior, ya que el agua condensa cuando se enfran los productos hasta la temperatura inicial (lo cual es necesario para cuantificar el calor liberado en la combustin).

- Las mquinas que queman o transforman biomasa (calderas, hornos, gasificadores) son mquinas de flujo continuo. En estas mquinas, los procesos de combustin ocurren a presin constante, por lo que el poder calorfico que tiene inters es el correspondiente a presin constante. Sin embargo, el poder calorfico se mide en calormetros que son bombas de volumen constante. En cuanto a los motores de combustin interna, en los que se queman los combustibles lquidos, aunque son mquinas que no evolucionan ni a volumen ni a presin constante, la referencia ms habitual suele ser la de presin constante, ya que, en una escala temporal superior a su ciclo termodinmico, tambin pueden asimilarse a mquinas de flujo continuo.

Por estas razones, es necesario calcular, en primer lugar, el poder calorfico a presin constante a partir del poder calorfico a volumen constante, y posteriormente, el poder calorfico inferior a partir del superior (ya a presin constante). Para ambos clculos se toma como referencia la siguiente reaccin de combustin estequiomtrica del combustible:

mf (YC,YH,YN,YO,YS) + mO2 mCO2 + mH2O + mN2 + mSO2

Puede observarse que no se ha indicado el nitrgeno inerte del aire.

Adems, se ha supuesto que todo el nitrgeno del combustible se

convierte en N2 (que es el que aparece indicado en la reaccin). Otra

opcin no menos realista, que conducira a resultados distintos, sera

suponer que el nitrgeno del combustible se invierte en NO2. Los balances

de masa resultan:


52

mCO2 = YC mf 12

44

mH2O = YH mf 2

18

mN2 = YN mf

mSO2 = YS mf 32

64

mO2 = mCO2 44

32+ mH2O

18

16 + mSO2

64

32- mf YO =

= mf

OSHC YYYY 8

3

8

El primer paso es calcular el PCI a presin constante a partir del de

volumen constante. Para ello, deben tenerse en cuenta tres conceptos:

- El poder calorfico es el calor liberado (calor desprendido hasta que los productos recuperan la temperatura inicial de los reactivos) por unidad de masa de combustible.

- El calor a volumen constante es una energa interna, mientras que el calor a presin constante es un entalpa. Por tanto, el calor liberado a volumen constante es la diferencia entre las energas internas de productos y de reactivos a temperatura constante, mientras que a presin constante es la diferencia entre las entalpas de productos y de reactivos a temperatura constante.

mf PCIv,s = Uf + UO2 (UCO2 + UH2O + UN2 + USO2) mf PCIp,s = Hf + HO2 (HCO2 + HH2O + HN2+ HSO2)

- Las diferencias entre entalpa y energa interna solo son perceptibles

en gases, pero no en lquidos ni en slidos, debido a su bajo volumen especfico. Por tanto:

Hf=Uf

A partir de la ltima igualdad se obtiene:

mfPCIp,s - mO2hO2 + mCO2hCO2 + mH2OhH2O + mN2hN2 + mSO2hSO2 =

= mfPCIv,s - mO2uO2 + mCO2uCO2 + mH2OuH2O + mN2uN2 + mSO2uSO2

mfPCIp,s=mfPCIv,s-mO2(uO2-hO2) + mCO2(uCO2-hCO2) + mH2O(uH2O-hH2O) +

+ mN2(uN2-hN2) + mSO2(uSO2-hSO2)


53

Aplicando la definicin de la entalpa (h=u+pv) y la ecuacin de estado

de los gases ideales:

mfPCIp,s = mfPCIv,s + mO2RO2T - mCO2RCO2T - mH2ORH2OT - mN2RN2T

mSO2RSO2T

Haciendo uso de los balances anteriores y dividiendo por la masa del

combustible:

PCIp,s = PCIv,s + T

22222 29

3

118

3

8SOSNNOHHCOCOOSHC RYRYRYRYRYYYY

=

= PCIv,s + T

SSOONNOOHOHOCCOO YRRYRYRYRRYRR 22222222 2983

11

3

8

Teniendo en cuenta los valores de las constantes de cada gas (ver

tabla):

O2 N2 CO2 H2O SO2

PM

(kg/kmol)

32 28 44 18 64

R (J/kgK) 259.82 296.94 188.96 461.91 129.91

PCIp,s = PCIv,s + T (-2078.59 YH-259.82 YO-296.94 YN)

Sustituyendo el valor de la temperatura estndar (T=298 K) y dividiendo por 1000 para dar los resultados en kJ/kg:

PCIp,s = PCIv,s -619.42 YH- 77.43 YO- 88.49 YN

Y si en vez de las fracciones msicas se usan los porcentajes de cada

componente:

PCIp,s = PCIv,s - 6.19 H 0.77 O - 0.88 N (1)

El segundo paso es el clculo del poder calorfico inferior a volumen

constante a partir del superior que realmente se mide, que tambin es a

volumen constante. La diferencia es el calor latente de vaporizacin del

agua de los productos, que en este caso se identifica con la energa

interna de vaporizacin:


54

PCIv,s = PCSv,s - b

OH

m

m 2 uv = PCSv,s -9 YH uv

Y dado que la energa interna de vaporizacin en condiciones de

temperatura estndar (298 K) es 2305.1 kJ/kg:

PCIv,s = PCSv,s -20745.9 YH

Y expresando esta relacin en kJ/kg y en funcin de porcentajes:

PCIv,s = PCSv,s -207.46 H (2)

Combinando las ecuaciones (1) y (2):

PCIp,s = PCSv,s -213.65 H 0.77 O - 0.88 N (3)

Este resultado no coincide exactamente, si bien es parecido, al propuesto

por las normas ASTM D240-02 (2007) y UNE-51123 (1986) para el clculo

del poder calorfico inferior a presin constante a partir de la medida en

bomba calormtrica (superior y a volumen constante) de hidrocarburos

lquidos (O=0, N=0), normas que proponen:

PCIp,s = PCSv,s -212.2 H (ASTM D240-02 / UNE 51123)

Tambin es parecida a las que proponen, para biocombustibles slidos, la

especificacin tcnica CEN/TS 14918 (2005) y la norma UNE 164001 EX

(2005):

PCIp,s = PCSv,s -212.2 H 0.8 (O + N) (CEN/TS 14918)

PCIp = PCSv -212.2 H 0.8 O (UNE 164001 EX)

A1.2. Poder calorfico del combustible en base hmeda

Cuando el combustible contiene una cantidad significativa de humedad (como es el caso habitual de la biomasa) suele interesar calcular su poder calorfico en base hmeda. Para ello hay que partir de la siguiente reaccin:

mf (YC,YH,YN,YO,YS) + mH2Of + mO2 mCO2 + mH2O + mN2+ mSO2 donde:

mfh=mf (YC,YH,YN,YO,YS) + mH2Of El poder calorfico se reduce por dos causas: - La presencia de masa sin contenido energtico


55

- La sustraccin de calor necesaria para la evaporacin del agua

Por tanto, la expresin del poder calorfico inferior a presin constante es:

PCIp,h = OfHf

OfHvfsp

mm

mhmPCI

2

2,

En funcin de la fraccin msica de agua en el combustible:

Yh=YH2Ofh = OfHf

OfH

mm

m

2

2

El poder calorfico (en kJ/kg) queda:

PCIp,h = PCIp,s (1-Yh) - hvYh= PCIp,s (1-Yh) 2442.5 Yh

Y expresndolo en funcin del contenido porcentual de agua, h:

PCIp,h = PCIp,s (1-0.01h) 24.43 h (4)


56

Anexo 2. Resumen de resultados

Queroseno B5 B10 B20 B100 Bottom FAME de

coco Aceite de

coco

Composicin elemental

C (%) 85.897 84.836 83.444 82.139 72.346 75.295 73.053 ---

H (%) 13.884 13.682 13.368 13.459 12.117 12.375 12.085 ---

O(%) 0.219 1.482 3.188 4.402 15.537 12.330 14.862 ---

Contenido en agua (mg/kg) 47.6 53.8 80.5 113.7 278.9 111.1 --- 942.7

Densidad Tamb (kg/m3) --- --- --- --- 870 --- --- ---

Densidad 15C (kg/m3) 802 805 807 812 867 879 --- ---

Estabilidad a la oxidacin (h) >90 >90 >90 >90 22.63 1.81 --- ---

Lubricidad (mm) 0.64 0.35 0.28 0.24 0.30 --- --- ---

Perfil de steres metlicos --- --- --- --- ver tablas 14 y 16

ver tablas 14 y 17

ver tablas 14 y 15

---

Poder calorfico superior (MJ/kg)

47.4035 45.3158 44.4742 43.9373 37.6587 39.3840 --- ---

Poder calorfico inferior (MJ/kg)

47.3970 45.3171 44.4671 43.9371 37.6574 39.3773 --- ---

POFF (C) -29.5 -33 -33 -31 -10 23 --- ---

Viscosidad a 40C (mm2/s) --- --- --- --- 2.2736 --- --- ---

Viscosidad a -20C (mm2/s) 2.2968 3.4749 3.5937 4.0095 --- --- --- ---

Tabla A2.1. Resultado de los ensayos realizados a los distintos combustibles

--- No medido


57

NORMATIVA RELATIVA A QUEROSENOS DE AVIACIN

Contenido en agua

Densidad 15C


Lubricidad PCI POFF Viscosidad a

40C Viscosidad a

-20C

Queroseno NL C NL C C NL NL C

B5 NL C NL C C NL NL C



B100 NL NC NL C NC NL NL NC

Tabla A2.2. Comparacin de los resultados de los ensayos con la normativa relativa a querosenos de aviacin

C Cumple la normativa NC No cumple la normativa NL No hay limitacin


58

NORMATIVA RELATIVA A BIODIESEL DE AUTOMOCIN

Contenido en agua

Densidad 15C



40C Viscosidad a

-20C

Queroseno C NC C NL NL clase 1 --- NL

B5 C NC C NL NL clase 2 --- NL



B100 C C C NL NL Grado D NC NL

Bottom C C C NL NL NC --- NL

Tabla A2.3. Comparacin de los resultados de los ensayos con la normativa relativa a biodiesel de automocin

NORMATIVA RELATIVA A BIODIESEL DE CALEFACCIN

Contenido en agua

Densidad 15C



40C Viscosidad a

-20C

Bottom C C NC NL C NC --- NL

Tabla A2.4. Comparacin de los resultados de los ensayos con la normativa relativa a biodiesel de calefaccin

C Cumple la normativa NC No cumple la normativa NL No hay limitacin --- No medido

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Bioqueroseno Coco