BioGen

Una experiencia en la utilización de B-100 en motores.Estudios en un grupo electrógeno funcionando con B-100.

José Hernández GrauUniversidad Politécnica de Cartagena

Departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos Tfno: +34 968 325 988 - Fax: +34 968 325 999

e-mail: jh.grau@upct.es

BioGenGRUPO DE TRABAJOUniversidad Politécnica de Cartagena (UPCT)Departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos José Hernández Grau, Francisco Solano Martos,Departamento de Ingeniería MecánicaGregorio Munuera SauraHIMOINSADepartamento de ExpansiónModesto Allepuz Servicio Post-VentaNicolás GarnésDepartamento PrototiposSamuel Espinar Agencia de Gestión de Energía de la Región de Murcia (ARGEM)José Pablo Delgado Marín y Francisco J. Ayala Schraemli

BioGenAntecedentes

Los generadores eléctricos con motor diesel son la mejor opción, atendiendo a criterios de funcionalidad y económicos en la prestación del servicio, en el suministro eléctrico sin conexión a la red de establecimientos de temporada. Si es requisito que el combustible sea biodegradable y de baja eco-toxicidad, y además hay interés en que la instalación sea ejemplar en la contribución al desarrollo sostenible, el grupo generador debería funcionar con biodiesel 100% (B100).

La Administración regional, a través de la Agencia de Gestión de la Energía (ARGEM) suscribió un Convenio de colaboración con el Ayuntamiento de Cartagena, para estudiar la aplicación de grupos electrógenos en el suministro eléctrico autónomo a los chiringuitos de playa que gestiona.

La ARGEM ha financiado un proyecto piloto para disponer de un generador que consuma B100 pueda ser empleado en el suministro eléctrico a los chiringuito de playa. Este proyecto ha sido una colaboración entre la entidad gestora (ARGEM), usuario (Ayuntamiento – Montice S.L.), suministrador del grupo electrógeno (HIMOINSA), suministrador del combustible (DIESEL MEDITERRANEO) y el responsable del estudio (UPCT).

BioGenProblemática

Las gestiones de la ARGEM resolvieron la problemática de la disponibilidad de B100 conforme a las especificaciones de la norma EN 14214, con lo cual se dispondría de un combustible de origen renovable y que es biodegradable (98,3% en 21 días).

Actualmente la mayoría de los fabricantes de los motores que llevan los grupos electrógenos diesel empiezan a garantizar sus motores para uso de mezclas de gasóleo y biodiesel de hasta un 20% (B20) y en pocos casos hasta el 100 % (B100). Prácticamente no existen experiencias sobre el uso continuado de B100. Se necesita garantizar que el uso del B100 no afectará a la vida útil de los motores.

Es necesario realizar estudios que permita disponer de información sobre: la fiabilidad y necesidades de mantenimiento de la instalación, la emisión sonora y de gases contaminantes, la eficiencia energética y reducción en la emisión de CO2, y los costes económico de inversión y funcionamiento.

BioGenPruebas del grupo electrógeno

A. Preparar una especificación al suministrador del grupo generador necesario, y las adaptaciones necesarias, para cumplir con los requisitos sobre emisión sonora y funcionar con B100 con ciertas garantías. Se van a seguir las recomendaciones del fabricante del motor en cuanto a modificaciones y cambios de aceite y de filtros.

B. Realización de ensayos del grupo previo a su utilización con gasóleo y B100, a desarrollar por la UPCT, con objeto de comparar prestaciones y emisiones, y referentes a: potencia, consumo de combustible, emisiones en el escape…

C. Supervisión de la condición del motor y registro de fallos durante el funcionamiento del grupo operando con B100 en el chiringuito. Durante estos ensayos de larga duración se tomará: una muestra de lubricante cada 220 horas para evaluar el estado del lubricante y el contenido de elementos que aportan información sobre el desgaste, y una muestra de cada partida de combustible.

D. Ensayo de nuevo en la UPCT del grupo para determinar prestaciones y emisiones tras la temporada de utilización en el chiringuito.

E. Identificar los deterioros en el motor que puede conllevar el uso prolongado del B100 en el motor tras la temporada de utilización en el chiringuito.

BioGenGrupo electrógeno HIMOINSAMotor YANMAR 3TNV88-GGE(3 cilindros en línea y refrigerado con agua)

BioGenEnsayos realizados

Ensayos en banco previos a aplicación. Gasóleo A B100 B20

Funcionamiento en aplicación. Ensayos en banco posteriores a aplicación

Gasóleo A B100 (usado en ensayos previos) B100 (usado en chiringuito)

BioGenResultados en pruebas en banco de ensayos

La reducción de potencia al funcionar con B100 respecto al funcionamiento con Gasóleo A es inferior a 1 kW (Criterio: mínima frecuencia de generación 49, 5 Hz)

Potencia máxima

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

GA B20 B100

Po

ten

cia

máx

ima

corr

egid

a (k

W)

3TNV88 1 GA

3TNV88 1 B20

3TNV88 1 B100-1

BioGenResultados en pruebas en banco de ensayos

El consumo en litros/kWh prácticamente es el mismo funcionando con GOA que funcionando con B100.

Se observa una ligera disminución en el consumo después de uso del motor en el chiringuito motivado porque el ensayo inicial se realizó con el motor sin rodaje.

GA0,469

B1000,464

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

Max 100 75 50 25 10

Grado de carga (%)

Co

nsu

mo

esp

ecíf

ico

(l/

kWh

)

11,3 10,3 7,7 5,2 2,6 1,0Potencia (kW)

3TNV88 1 GA

3TNV88 2 GA

3TNV88 1 B100-1

3TNV88 2 B100-1

BioGenResultados en pruebas en banco de ensayos

La emisión de CO2 utilizando GOA se duplica con respecto a utilizar la energía eléctrica.

La emisión de CO2 no neutral utilizando B100 se reduce en más de 6 veces con respecto a la utilización de la energía eléctrica.

GA1233

Electricidad649

B10098

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Max 100 75 50 25 10

Grado de carga (%)

CO

2 (g

/kW

h)

11,3 10,3 7,7 5,2 2,6 1,0Potencia (kW)

Electricidad

3TNV88 1 GA

3TNV88 2 GA

3TNV88 1 B100-1

3TNV88 2 B100-1

BioGenResultados en pruebas en banco de ensayos

Emisión de partículas (PM) se reduce a la mitad consumiendo B100 con respecto al consumo de GOA.

GA1,25

B1000,60

0

1

2

3

4

5

6

7

Max 100 75 50 25 10

Grado de carga (%)

PM

(g

/kW

h)

11,3 10,3 7,7 5,2 2,6 1,0Potencia (kW)

3TNV88 1 GA

3TNV88 2 GA

3TNV88 1 B100-1

3TNV88 2 B100-1

BioGenResultados en pruebas en banco de ensayos

La emisión regulada NOx+HC desciende 1,5 g/kWh para el caso del B100 con respecto a la utilización de GOA. Aunque la emisión de NOx se incrementa ligeramente al funcionar con B100 también se da un descenso en la emisión de HC lo que en conjunto provoca una reducción en la emisión NOx+HC.

GA13,46

B10012,0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Max 100 75 50 25 10

Grado de carga (%)

NO

x +

HC

(g

/kW

h)

11,3 10,3 7,7 5,2 2,6 1,0Potencia (kW)

3TNV88 1 GA

3TNV88 2 GA

3TNV88 1 B100-1

3TNV88 2 B100-1

BioGen

Opacidad en humos en arranque en frío

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Tiempo de toma de muestra

Op

acid

ad m

-1

Gasoleo

B-100

La opacidad en arranque en frío del gasóleo A es mucho más elevada que en B100 llegando casi a duplicarse y alcanzando valores de 0,55 m-1 en índice de absorción.

Resultados en pruebas en banco de ensayos

BioGenResultados pruebas en el chiringuito

BioGenResultados pruebas en el chiringuito

Curva de demanda de potencia diaria en kW

BioGenResultados pruebas en el chiringuito

Curva de demanda de potencia diaria en kVAr

BioGenResultados pruebas en el chiringuito

COMBUSTIBLE SUMINISTRADO

24-jul-2007 / Primer suministro al chiringuito

El B100 suministrado es el mismo que el utilizado en los ensayos en banco de la UPCT (B100 de referencia) El B100 es producido por BIONOR TRANSFORMACIÓN S.A. en su fábrica de Álava y siendo la materia prima aceite reciclado. Contenido en gasóleo del 2%.

7-ago-2007 / Segundo suministro al chiringuito

El B100 suministrado igual que el suministrado el 24-jul-2007.

22-ago-2007 / 1er. Suministro al chiringuito

El B100 suministrado procede de materia prima aceite de soja y contaminado con un 2% de gasóleo.

6-sept-2007 / 2do. Suministro al chiringuito

El B100 suministrado es similar al suministrado el 22-ago-2007.

BioGenResultados pruebas en el chiringuito

PÉRDIDA EN LA MÁXIMA POTENCIA GENERADA POR EL GRUPO

Se observa una reducción de la potencia máxima en algo menos de 1 kW para GOA y de 0,5 kW para B100 después del funcionamiento en el chiringuito. Debido a una reducción en el caudal de inyección de combustible.

Potencia máxima

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

GA B100

Po

ten

cia

máx

ima

corr

egid

a (k

W)

3TNV88 1 GA

3TNV88 1 B100-1

3TNV88 2 GA

3TNV88 2 B100-1

BioGenEstudios de la condición del motor

FILTROS Y ELEMENTOS DEL CIRCUITO DE COMBUSTIBLE

Sin fugas y un estado correcto.

DESGASTE Y DEPÓSITOS EN ELEMENTOS VITALES DEL MOTOR

Menor que él que cabría esperar en el funcionamiento con Gasóleo.

CULATA, CILINDROS Y PISTONES

Presión de compresión correcta. Se mantienen los reglajes de fábrica en válvulas.

Cilindro y pistón

Depósitos en toberas de inyección

BioGenConclusiones

Uso de B100 frente a GA.

Reducción radical de las emisiones de CO2.

Mejora del rendimiento energético del motor.

Reducción de emisión de partículas.

Igual consumo específico en litros.

Menor potencia máxima.

Menor intervalo en cambio de aceite y filtros.

Uso de micro-generador en chiringuito.

Correcta condición del motor después de casi 1400 horas de funcionamiento con B-100 comerciales.

Económicamente es competitivo con el suministro eléctrico teniendo en cuenta que esta aplicación cada temporada hay que instalar y desinstalar la infraestructura se suministro eléctrico.

Emisión sonora pero dentro de los límites establecidos por las ordenanzas municipales.