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El Biodiesel como combustible alternativo
Influencia en los motores Euro 5
Dra. Ing. Petra Sorsche – ACEA – Daimler AG
1ro de Septiembre de 2015
Contenido
1. Historia del motor diesel y la participacion de Mercedes-Benz como
pionero en el tema.
2. Características de la tecnología de los motores diesel Euro 5.
3. Caracterización del Biodiesel.
4. Principales propiedades del Biodiesel y los impactos técnicos.
5. Experiencias con B10 en Argentina – pruebas de durabilidad
6. Consideraciones respecto a depósitos de sodio relacionadas con el
combustible
7. Calidad de diesel en Argentina – contenido de Sodio
8. Calidad de diesel en Argentina – estabilidad de la oxidación de mezclas
FAME
9. Conclusiones
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1. Historia del motor diesel y éxito en Mercedes-Benz
Los motores Diesel han evolucionado notablemente en las últimas 2 décadas, especialmente
en lo que se refiere a la tecnología, performance, emisiones, nivel de ruido y consumo.
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2. Características de la tecnología de motores diésel
Euro V
La normativa Euro 5 para motores diesel incluye varias medidas para la reducción de
emisiones (limpieza de la combustion y gases de escape) y la reducción del consumo de
combustible:
•
Sistema de inyección directa de alta presión “Common rail” (con presiones de hasta 2.200
bar)
•
Inyectores piezo/solenoide con patrón de inyección optimizado.
Catalizadores por oxidación y Filtros de
• MejoraPartículas
de la estrategia de inyección de combustible (inyección multiple).
Elementos de Control de emisiones
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2. Características de la tecnología de los motores
diésel Euro 5:
• Recirculación de los gases de escape mejorada.
• Turbo alimentación de una y dos etapas , de geometría variable.
• Filtro de partículas Diesel (DPF) con regeneración activa, libre de aditivos, a través de la
post-inyección.
• Lubricantes de baja ceniza (bajo azufre /bajo potencial de formación de cenizas) para
protección del DPF.
• Tecnología Stop-start ,que detiene el motor en un estacionamiento periodico del vehiculo
en un semasforo por ejemplo.
Los actuales motores Euro 5 altamente sofisticados con filtro de partículas y catalizadores
requieren combustibles diesel limpios y libres de azufre , de menos de 50 ppm ,para garantizar
su completa durabilidad y reducción de las emisiones gaseosas y el particulado.
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3. Caracterización del Biodiesel :
H
O
Grupo Éster (con oxígeno)
C
El Biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester = FAME) es producido a partir de aceite vegetal, grasa animal o
desechos reciclados de aceite y metanol. El FAME es diferente del diesel derivado del petroleo.
Potenciales
Desafios
• Compite con la producción de alimentos
• Pérdida de paisajes naturales
• Indirectamente cambia el uso de las
tierras
reduciendo los beneficios en CO2
• Riesgos técnicos al aumentar el
contenido
de FAME a causa de sus propiedades
fisico-químicas
• Incremento
de la demanda
de control
El Biodiesel ofrece beneficios pero deben ser evaluados
cuidadosamente
los beneficios
de
totales de emision de CO2. Los impactos técnicos son más desafiantes con la introducción de
calidad del combustible
• Producción sencilla y económica
• Combustible renovable a favor del CO2
• Apoya la agricultura
• Ofrece cierta independencia de las
importaciones de petroleo y derivados
• Ayuda a preservar las reservas de
petroleo.
• Mejora el poder lubricante del diesel
la tecnología de los motores Euro V y VI.
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4. Principales propiedades del Biodiesel e impactos
técnicos sobre los motores Euro V:
Debido a sus propiedades físicas y químicas el Biodiesel puede tener impacto no deseado en la
tecnología del motor.
Los riesgos se incrementan a partir de la tecnología Euro V :
Falla de la bomba de alta
presión debido a pistón
corroído
(Fuente: Bosch)
Envejecimiento: El biodiesel se oxida más rápido que el diesel formando
400
cuando el vehículo queda detenido un tiempo.
350
Comportamiento de evaporación: El FAME se evapora a mayor temperatura
que el diesel, lo que agrava la dilución de aceite en el motor ya que el FAME
no se evapora en conjunto con el diesel. Esto puede incrementar a niveles
Temperatur [°C]
ácidos corrosivos y polímeros dañinos para el sistema de inyección
300
250
200
RME
HVO
EN590 - Diesel
150
100
críticos la dilución y reducir el rendimiento por envejecimiento.
0
20
40
60
80
100
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4. Principales propiedades del Biodiesel e
impactos técnicos sobre los motores Euro V:
Contaminantes: Defectos de producción y solvencia del FAME
puede causar contaminación con metales y ácidos grasos,
provocando depósitos en la boquilla del inyector.
Los contaminantes también reducen la durabilidad de DPF.
Boquilla con
depósitos
(Fuente:
Bosch)
Solvencia en agua: El FAME atrae el agua y como tal incrementa
el riesgo de contaminación microbial del combustible diesel.
Los motores Euro V podran trabajar con Biodiesel sólo si una buena calidad de Biodiesel es
garantizada
y en una proporción limitada a no más del 7 % , ya que no existen técnicas disponibles para
reducir los riesgos relacionados al Biodiesel.
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5. Experiencias con B10 en Argentina – Durabilidad
Los ensayos de durabilidad del B10 en Argentina fueron realizados en 2011 con 2 vehículos Sprinter,
motor OM651 Euro 5 de 4 cilindros. Cada vehículo hizo más de 105.000 kms de uso mixto (ciudad,
montaña, diferentes condiciones climáticas) con combustible B10 de bajo contenido de azufre (
menos de 50 ppm) con máximo PBT .
Resultados:
Pérdida de presión en el filtro de combustible (hasta 2 bar) como resultado de un atascamiento debido
al filtro de combustible, siendo necesario su reemplazo cada 20.000 kms. (40.000 kms con diesel).
Causa raíz: Mezcla de metales (metal+carboxilatos/ácidos grasos), gliceridos.
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5. Experiencias con B10 en Argentina – Durabilidad
•
Problemas de manejo (irregular marcha en ralentí, vibraciones) a causa de depósitos en los
inyectores.
Causa raíz: Cloruro de sodio (aguja) y jabones de sodio (armadura)
Aguja del inyector Armadura/Solenoide
Las irregularidades observadas en ambos vehículos ,con la misma frecuencia fue inaceptable
Esta situacion fue la resultante de los contaminantes y/o envejecimiento del Biodiesel en dicha
proporcion, no aceptable para los motores.
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6. Consideraciones respecto a depósitos de sodio
relacionadas con el combustible :
Métodos de formación de los depósitos de sodio:
Sodio + ácidos carboxilatos/ ácidos grasos  Na-carboxilato
Depósito marrón claro
Sodio + Cloro  ClNa
Depósito blanco, cristalino
Sodio + Sulfuro  Na2SO4
Depósito blanco, cristalino
Posible origen del Sodio:
•
•
•
•
Agentes de secado del Diesel en la refinería (ClNa, Na-sulfato),
Componentes de producción del FAME (OHNa catalizador, agua de lavado ácida HCl)
Aditivos anticorroción de tuberías (NaNO2)
Contaminación por agua (NaCl)
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6. Consideraciones respecto a losdepósitos de
Sodio relacionadas con el combustible:
Posible origen carboxilatos/ácidos grasos:
•
•
•
Procesamiento incompleto o limpieza durante la producción de FAME libre de contaminación de ácidos
grasos.
Envejecimiento del FAME.
Aditivos anticorroción de las tuberías del sistema de inyeccion.
Los depósitos de sodio en el interior del inyector fueron problemas largamente experimentados
en Europa hace algunos años, y sólo fueron solucionados mediante un trabajo del Comité de
estandarización europeo para identificar y eliminar las fuentes de sodio.
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7. Calidad de diesel en Argentina – contenido de
sodio:
Fuente: SGS Alemania
El Diesel B 10 se observó contaminado con sodio frecuentemente. El contenido de sodio se
ha incrementado con el aumento de la mezcla FAME en los últimos años. Incluso rastros de
sodio del orden de 0.1 ppm provocan depósitos internos en el inyector y en el filtro de
combustible.
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8. Calidad de diesel en Argentina – estabilidad de la
oxidación de mezclas FAME:
20 h = Requisito mínimo
del European EN590 (B7)
de acuerdo al método
EN15751
Fuente: SGS Alemania
El diesel de Argentina mezclado con FAME muestra frecuentemente estabilidad a la oxidación
< 20 h. De acuerdo a las experiencias Europeas un mínimo de 20 h de estabilidad a la
oxidación de las mezclas FAME es de suma importancia para la protección de sistema de
inyección.
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9. Conclusiones :
•
La normativa Euro V requiere el uso de combustible diesel de bajo contenido de azufre (
menor de 50 ppm). Existe también un beneficio ecológico para las actuales flotas menores
a Euro V , ya que el uso del mismo permite la inmediata disminución de las emisiones con
combustibles libres de azufre.
•
Mientras la especificación Argentina B100 de Biodiesel incluye todos los requerimientos
necesarios, en la B10 la estabilidad a la oxidación mínima de 20 h de acuerdo al ensayo
Rancimat debe ser necesariamente incluida.
Este es un requisito imprescindible para loscombustibles diesel con > 5 % v/v, hasta un
limite deseado del 7 % v/v, de contenido de biodiesel , en especial para la protección del
sistema de inyección y los filtros.
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9. Conclusiones :
•
El origen del contenido de sodio en Argentina en el combustible B10 parece provenir
principalmente del proceso de producción en la destilacion (eliminación incompleta de
catalizadores NaOH). Debido a que los restos de sodio son perjudiciales para los
dispositivos de los motores diesel, todas las fuentes de sodio deben ser eliminadas.
•
Debido a discusiones medioambientales en torno al cambio en el uso indirecto de la
tierra, competencia con los alimentos el uso restrictivo del biodiesel debería ser
* FIE=Fuel Injection Equipment Manufacturer
evaluado.
Para un apropiado funcionamiento de los sofisticados motores diesel rápidos Euro V, la
mezcla de Biodiesel límite del 7 % v/v debe ser aconsejada para reducir los riesgos técnicos.
Otras bio-alternativas de alta tecnología como el aceite vegetal hidrotratado (HVO) o la 2da
generación de los combustibles diesel a partir de biogas líquido podrían ser mezcladas en
proporciones mayores.
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Mercedes-Benz
Muchas Gracias
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