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

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

CONTENIDO

Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración

Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones

ANTECEDENTES

Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones

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

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)

CARACTERÍSTICAS FASE III

Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones

FASE III: PRUEBAS DE LARGA DURACIÓN CON

BIODIÉSEL DE PALMA EN UNA FLOTA DE CAMIONES

DE TRANSPORTE

8

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.

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

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

RENDIMIENTO DE COMBUSTIBLE

Prestamos de las instalaciones y vehículos

Rendimiento de combustible

El biodiésel no afectó el rendimiento de combustible.

•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

Resultados Metales de desgaste (ASTM D6595–00)

El desgaste del motor fue normal y acorde al kilometraje de uso.

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

OPACIDAD DE HUMOS

10.000 km

•Más de 30 tomas por vehículo •Según la norma NTC 4231 del 2002

•Equipo Utilizado Wager 6500

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]

VIDEOSCOPÍAS

Shell

Videoscopías Videoscope

SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Videoscopías vehículo con mezcla B20

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

MICROSCOPIA INYECTORES

•Microscopia a inyector nuevo vs inyector B20 a 100.000 km

Análisis de toberas de inyección por SEM

Inyector nuevo

Inyector a 100.000 km B20

1000 m

Pruebas especiales de desempeño (Recuperación en Plano)

1000 m

7%

Pruebas especiales de desempeño (Recuperación en Pendiente)

25% 28% 29%

Pruebas especiales de desempeño (Capacidad de Arranque en Pendiente)

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

CONCLUSIONES

Antecedentes Características Fase III Componentes de las pruebas de larga duración Seguimiento variables de operación de los vehículos Conclusiones

AUDITORIA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

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

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)

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

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

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN