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PRUEBAS DE LARGA DURACIÓN CON BIODIÉSEL
DE PALMA EN UNA FLOTA DE CAMIONES
Johan A. Reyes B. *, Jesús A. García-Núñez.*, Julia R. Acero R.**, José A. Sarmiento**, Elkin Espítia F.***
* Centro de Investigación en Palma de Aceite- CENIPALMA, Colombia ** Instituto Colombiano del Petróleo- ECOPETROL-ICP, Colombia
*** General Motors Colmotores- GM- COLMOTORES, Colombia
14th AOCS Latin America Congress and Exhibition on Fats and Oils. Cartagena 2011
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EQUIPO DE TRABAJO
CENIPALMA Johan Augusto Reyes Darlis Adriana Varón
José Leonardo Amórtegui Ronald Arturo Carranza
Eloina Mesa Fuquen Jesús Alberto García Núñez
ECOPETROL-ICP Julia Raquel Acero Reyes José Aristóbulo Sarmiento
Luisa Fernanda Núñez Jorge Enrique Veira José Luis Sarmiento
Edgar Fernando Castillo GM - COLMOTORES
Elkin Espitia Henry García Santiago Avila
ECOPETROL S.A. Néstor Fernando Saavedra Trujillo
Hans Ronald Moreno Jorge Alberto Gaviria
GM-COLMOTORES
Santiago Chamorro Micolta Ricardo Bernal Duque
CENIPALMA
José Ignacio Sanz Scovino
EQUIPO DIRECTIVO
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CONTENIDO
Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración
Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones
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ANTECEDENTES
Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones
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Viabilidad técnica del uso de biodiésel de palma en Colombia (Programa Nacional de Biodiésel )
ANTECEDENTES
• Caracterización biodiésel de palma
2005
• Estudio en banco de ensayos y motores
2006 • Pruebas de
Larga Duración Buses-Transmilenio
2007–2008
• Pruebas de Larga Duración Camiones- Coordinadora
2009-2010
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ANTECEDENTES
No hay afectación del desempeño del motor, ni del consumo de combustible en mezclas hasta B30.
Mejoras en número de cetano, lubricidad y contenido de azufre.
Desempeño y consumo de combustible de las mezclas similar al de diesel fósil.
Reducción de CO2 y material particulado.
Desgaste proporcional al kilometraje
FASE III (2009-2010)
FASE II
(2007-2008)
FASE I (2005-2006)
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CARACTERÍSTICAS FASE III
Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones
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FASE III: PRUEBAS DE LARGA DURACIÓN CON
BIODIÉSEL DE PALMA EN UNA FLOTA DE CAMIONES
DE TRANSPORTE
8
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INTEGRACION SECTORIAL-ACADÉMICO Y GUBERNAMENTAL
Auditoria y validación resultados y metodología.
Administración del proyecto, montaje y
adecuación de la estación y seguimiento a
las variables de operación.
Montaje y adecuación de la estación, Control calidad combustibles y
pruebas de chasis dinamométrico.
Suministro de Vehículos, pruebas
de desempeño, inspecciones cada
25000 km y revisión sistema de
combustible.
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Tipo de operación Paqueteo
Alturas
>2000 msnm.
INNOVACIÓN FASE III
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 10000 20000 30000 40000 50002 TIME (sec)
Alt
itu
de (
masl)
BOGOTÁ
Chevrolet NKR III, MY 2010 ensamblados por GM Colmotores.
10 Vehículos
• 60% del parque automotor de vehículos livianos de carga
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Duración 18 Meses. Tiempo de los camiones rodando 14 Meses
III FASE EN CIFRAS
Se consumieron aprox 47.000 galones de combustible
Se recorrieron en total de 920.000 km, los cuales corresponden a 102.000 km en promedio /veh.
Grupo de Trabajo: 15 personas de 6 entidades de 4 sectores diferentes.
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OBJETIVO
PRIMEROS 50.000 km
SEGUNDOS 50.000 km
Construcción estación
almacenamiento-mezcla
50.000 km Revisión sistemas de
inyección
100.000 km Revisión sistemas
de inyección
Pruebas adicionales
LÍNEA PRELIMINAR
2009 2010
Evaluar el desempeño de una flota de vehículos comerciales, tipo NKR-III operados con diferentes porcentajes de mezcla de diesel - biodiésel de
palma (B5, B10 y B20) bajo condiciones reales de operación.
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COMPONENTES DE LAS PRUEBAS DE LARGA DURACIÓN
Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones
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COMPONENTES DE LAS PRUEBAS DE LARGA DURACIÓN
Línea base mezcla de diesel - biodiésel de palma al 5% (B5)
Auditoría externa
Administración de la estación y del
proyecto
Calidad de los combustibles y las mezclas utilizadas
Medición de las emisiones de los vehículos con las
mezclas
Seguimiento variables operación de los
vehículos
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Tanques almacenamiento (Sistema de calentamiento y aislamiento)
Blender (Sistema de mezclado y
despacho)
Sistema de recibo y conducción
Estación de almacenamiento y mezcla de combustibles
Préstamo de las instalaciones y vehículos
Suministro del blender
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Calidad de biodiésel de Palma y mezclas diesel-biodiésel
Propiedad Método Unidad Requisito Proveedor
1
Proveedor
1
Proveedor
2
Apariencia visual visual --- Amarillo
brillante
Amarillo
brillante
Amarillo
brillante
Densidad a
15 C
ASTM
D4052 kg/m3 860-900 875 875 875
Gravedad API a
60 F
ASTM
D1298 API Reportar 30,0 30,1 30,1
Humedad Karl
Fischer
ASTM
E203 ppm 500 máx 340 259 259
Número ácido ASTM
D664
mg
KOH/g 0,5 máx 0,30 0,22 0,45
Punto de fluidez ASTM
D97 C Reportar 12 15 15
Glicerina libre ASTM
D6584 % masa 0,02 máx 0,020 0,011 0,009
Glicerina total ASTM
D6584 % masa 0,25 máx 0,180 0,140 0,190
Monoglicéridos ASTM
D6584 % masa 0,8 máx 0,50 0,37 0,60
Diglicéridos ASTM
D6584 % masa 0,2 máx 0,08 0,13 0,11
Triglicéridos ASTM
D6584 % masa 0,2 máx 0,16 0,14 0,04
Contenido de
metanol EN 14110 % masa 0,2 máx 0,04 0,07 <0.01
Contenido de
FAME EN 14103 % masa 96,50 mín 98,50 97,20 98,59
Viscosidad a
40 C
ASTM
D445 mm2/s 1,9-6,0 4,5 4,6 4,4
Destilación
(PFE)
ASTM
D86 C 360 máx 348 350 336
Contaminación
total EN 12662 mg/kg 24 máx 11 24 24
Índice de yodo EN 14111 g yodo/
100g 120 máx 53 50 55
Punto de
inflamación
ASTM
D93 C 120 mín --- --- ---
El biodiésel de palma suministrado por los proveedores cumplió con las especificaciones de calidad exigidos
por la norma colombiana
Verificación por parte de Ecopetrol-ICP y Cenipalma.
Cumplimiento de estándares de calidad y especificaciones establecidas en: Resoluciones 182087 y 182142, NTC 5444, NTC 1438.
B100
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Medición de las emisiones de los vehículos con las mezclas diesel- biodiésel de palma
Las emisiones de hidrocarburos totales (HC), Óxido de carbono (CO) y material particulado (MP) disminuyeron con el incremento de concentración de biodiésel.
Los óxidos de nitrógeno variaron de acuerdo con la carga aplicada.
Las emisiones de dióxido de carbono tuvieron un ligero aumento proporcional al
porcentaje de biodiesel en la mezcla, debido a una mejor combustión.
Laboratorio de Motores del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP). Vehículo para pruebas especiales NKR III proporcionado por GM-Colmotores.
Acompañamiento de Cenipalma y la auditoria de la Universidad de Antioquia.
MP
HC
CO
CO2
NOx
Torque
Potencia
CVS
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SEGUIMIENTO VARIABLES DE OPERACIÓN DE LOS VEHÍCULOS
Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones
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SEGUIMIENTO VARIABLES DE OPERACIÓN DE LOS VEHÍCULOS
Rendimiento de combustible
Calidad aceite lubricante
Opacidad humos de
escape
Videoscopías cámara de
combustión
Revisión sistemas de
inyección
Evaluaciones de desempeño
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RENDIMIENTO DE COMBUSTIBLE
Prestamos de las instalaciones y vehículos
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Rendimiento de combustible
El biodiésel no afectó el rendimiento de combustible.
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•Resultados de metales de desgaste •Resultados de parámetros fisicoquímicos
•Resultados análisis IR
ANÁLISIS ACEITES LUBRICANTES
2000 km 4000 km 5000 km
8000 km
Shell
Análisis de Aceites Lube Analyst
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Resultados Metales de desgaste (ASTM D6595–00)
El desgaste del motor fue normal y acorde al kilometraje de uso.
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
2000 4000 5000 8000
B5 B10 B20
Rango de viscosidad
Viscosidad Cinemática
Vis
cosi
dad
@ 1
00
°C
Kilometraje de uso del aceite
AB
A BA A A A BA A BA
Resultados Análisis fisicoquímicos (ASTM D445–09)
Las propiedades fisicoquímicas del aceite no se vieron afectadas por el
uso del biodiésel de palma
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OPACIDAD DE HUMOS
10.000 km
•Más de 30 tomas por vehículo •Según la norma NTC 4231 del 2002
•Equipo Utilizado Wager 6500
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Índice de opacidad
0
4
8
12
16
20
24
28
3000 13000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
Ín
dic
e d
e O
pa
cid
ad
[%
]
Frecuencia de muestreo [Km]
B5 B10 B20
Límite Bogotá (25,2%)
Ingreso diésel bajo azufre en Bogotá (50 ppm)
Límite Colombia (28%)
[km]
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SISTEMA DE COMBUSTIBLE
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Videoscopías vehículo con mezcla B20
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Inspección Bomba de Combustible
Vehículo B5-2153 B10-2151 B20-2155
PIEZAS CON
CONTACTO CON
COMBUSTIBLE
BOMBA DE
INYECCIÓN
100.000 km
(124.046/100.177)
100.000 km
(133.925/104.411)
100.000 km
(135.105/102.373)
Pistón de
avance
Válvula de
retorno
Válvula
reguladora de
presión
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MICROSCOPIA INYECTORES
•Microscopia a inyector nuevo vs inyector B20 a 100.000 km
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Análisis de toberas de inyección por SEM
Inyector nuevo
Inyector a 100.000 km B20
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1000 m
Pruebas especiales de desempeño (Recuperación en Plano)
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1000 m
7%
Pruebas especiales de desempeño (Recuperación en Pendiente)
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25% 28% 29%
Pruebas especiales de desempeño (Capacidad de Arranque en Pendiente)
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Pruebas especiales de desempeño
75,15
65,5572,09
64,34
71,5265,76
Velocidad [km/h] Tiempo [s]
Pruebas de aceleración a 2600 m.s.n.m., Distancia 0-1000 [m]
B5 B10 B20
78,18
63,29
75,78
62,94
77,52
62,54
Velocidad [km/h] Tiempo [s]
Pruebas de aceleración a 400 m.s.n.m., Distancia 0-1000 [m]
B5 B10 B20
39,01
48,32
39,66
49,00
39,03
49,34
Velocidad [km/h] Tiempo [s]
Gradeability 7% pendiente 2600 m.s.n.m.,Distancia 0-400 m
B5
B10
B20
44,70
98,82
43,62
99,53
43,68
100,30
Velocidad [km/h] Tiempo [s]
Gradeability 7% pendiente 2600 m.s.n.m.,Distancia 0-1000 m
B5
B10
B20
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CONCLUSIONES
Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones
AUDITORIA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
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Metodología
• La metodología adoptada es ampliamente aceptada en el ámbito internacional para pruebas de larga duración en vehículos.
• Las técnicas analíticas y la metodología de recolección de datos usadas, son las adecuadas para este tipo de pruebas, cumpliendo con normas y estándares nacionales e internacionales.
• El control de calidad implementado con los combustibles garantizó la calidad de las mezclas empleadas
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Desempeño
• El biodiésel no afectó el rendimiento de consumo de combustible de los camiones ensayados
• La opacidad de humos no superó los límites regulados y tampoco se vió afectada con el uso de biodiésel
• El biodiésel no afectó la capacidad de aceleración de los camiones (altura sobre el nivel mar y pendientes)
• El biodiésel no afectó la capacidad de arranque en pendiente (altura sobre el nivel del mar)
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Aceite
• El contenido de metales mostró que las concentraciones de biodiésel empleadas no afectaron el desgaste del motor
• La viscosidad y el índice de acidez total (TAN) del aceite no se vieron afectados por el uso de biodiésel
• No se apreciaron variaciones en la apariencia visual del aceite, ni formación de emulsiones al usar biodiésel
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Inspección
• Videoscopías y estado de inyectores mostraron condiciones de desgaste normales del vehículo
• Desarme de bombas: desgaste normal, revisar pautas de conducción y obstrucción línea de combustible. No depende del tipo de combustible
• La inspección visual y las videoscopías no mostraron desgaste de materiales poliméricos. Se observó corrosión visible en el interior del tanque independiente del combustible
• Desgaste de las toberas: Variaciones dimensionales dentro de rangos normales
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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN