- 1 -

I. ANTECEDENTES

El Biodiesel es un combustible líquido que se obtiene a partir de materias primas

renovables como aceites vegetales, aceites vegetales usados o grasas animales. Los aceites

vegetales que más se utilizan son los extraídos de la soya, la colza, la palma y el girasol.

Aunque estas especies suelen ser las materias primas más utilizadas en su producción, se

puede obtener a partir de más de 300 especies vegetales. El hecho de que también se pueda

obtener a partir de la transformación del aceite vegetal usado ha cobrado fuerza ante la

necesidad de reciclar este aceite, procedente principalmente de negocios de comida frita. El

término biodiesel se refiere, en general, a los alkil ésteres obtenidos a partir de estos aceites

mediante un proceso llamado transesterificación. Este biocombustible solo es aplicable en

los casos donde se usa diesel como combustible.

Durante la década de los años 70’s, muchos países desarrollados, principalmente Estados

Unidos, enfrentaron una crisis en el suministro de combustibles derivados del petróleo. Esto

desencadenó una búsqueda de combustibles alternos producidos a partir de recursos

domésticos. En el año de 1982, se desarrolló una mezcla de biodiesel y de diesel en Austria,

y se introdujo a los Estados Unidos en 1989. De acuerdo con Werner Körbitz, miembro de

la Sociedad Americana de Químicos Especialistas en Aceite (AOCS, por sus siglas en

inglés), del Instituto Austriaco de Biocombustibles, localizado en Viena, el desarrollo del

biodiesel se generó con la finalidad de:

a) asegurar el suministro de un combustible renovable para el sector de transporte,

b) contar con un combustible no contaminante,

c) reducir los riesgos de seguridad y salud,

- 2 -

d) proveer al cliente con un combustible confiable a un costo razonable.

El primer tipo de biodiesel que se produjo comercialmente se hizo a partir de aceite de

canola en 1988, en Austria. En los inicios de la tecnología del biodiesel, el combustible

obtenido era de una calidad cuestionable, algunas veces contaminado por la reacción

parcial de los productos o por ácidos grasos libres (FFA, por sus siglas en inglés). En los

últimos 15 años se han logrado grandes avances al ampliarse la variedad de aceites

disponibles en el mercado. Se desarrollaron nuevas tecnologías para procesar diferentes

materias primas a los más altos niveles de producción y se crearon estándares sofisticados

de producción para asegurar la más alta calidad del combustible.1

En 1988, en Austria, empezó a operar una planta de producción de biodiesel de

aproximadamente 500 toneladas métricas (TM) por año. En los años siguientes se pusieron

en operación nuevas plantas, hasta que en 1991, en Austria, inició la primera planta a escala

industrial, con una capacidad de 10,000 TM/año.1

Pronto se establecieron plantas más grandes por todo Europa: Livorno, Italia (capacidad de

80,000 TM/año); Rouen, Francia (capacidad de 120,000 TM/año), la cual es la planta de

producción de biodiesel más grande en el mundo; y plantas en Alemania, Suecia y

República Checa.1

Los avances en la investigación confirman las ventajas del biodiesel en la reducción de

emisiones contaminantes y disminución en el desgaste de motores, comprobado por

millones de pruebas en carretera que validan los resultados.

- 3 -

Se prevé para el futuro un gran crecimiento y aceptación para el uso del biodiesel. La

información recabada por el Instituto Austriaco de Biocombustibles, reporta que

actualmente hay 16 países produciendo biodiesel y otros 13 países en los cuales empieza a

ser de gran interés.

1. BIOCOMBUSTIBLES

Existen al menos tres formas de utilizar aceites vegetales, aceites vegetales usados y grasas

animales en motores diesel:

Usar aceite vegetal (nuevo o usado).

Aceite vegetal mezclado con diesel.

Convertir el aceite vegetal en biodiesel.

1.1. Aceite Vegetal Nuevo

El problema principal del aceite vegetal como combustible, es su alto grado de viscosidad

en comparación con el diesel. Al usarlo, debe ser calentado para que pueda ser atomizado

correctamente por los inyectores del combustible; de lo contrario, no se quemará

apropiadamente formando depósitos en los inyectores y en las cabezas de los cilindros,

obteniéndose un bajo desempeño, altas emisiones y una vida reducida del motor.

Esto también puede suceder con aceites con un alto contenido de yodo, como el aceite de

linaza, el cual puede formar grandes depósitos epóxicos, que son degradantes del motor.

- 4 -

1.2. Aceite Vegetal Usado

A temperaturas muy altas, como las encontradas en los motores de combustión interna,

ocurren polimerizaciones en el aceite, ocasionando el mal funcionamiento del motor. A

temperaturas bajas se forman ceras que bloquean el sistema de inyección. El aceite puede

contener ácidos e impurezas que favorecen la corrosión en la bomba del inyector.

1.3. Mezclas con Diesel

Las mezclas de diesel con aceite vegetal reducen las emisiones contaminantes, mas no las

elimina. Las mezclas más comunes son de 30% diesel y 70% aceite vegetal, y de 50%

diesel y 50% aceite vegetal. Estas mezclas siguen teniendo desventajas a bajas temperaturas

formando depósitos sólidos que obstruyen los inyectores del motor. Se recomienda

precalentar estas mezclas antes de entrar a los inyectores para evitar problemas de

taponamiento y deterioro del motor.

1.4. Biodiesel

El biodiesel tiene muchas ventajas sobre los aceites vegetales. Trabaja en cualquier motor

diesel sin necesidad de hacerle modificaciones. Tiene mejores propiedades a bajas

temperaturas que los aceites, se puede usar mezclado con diesel o puro, y a diferencia de

los aceites vegetales, se han hecho pruebas en diferentes países que comprueban sus

ventajas y versatilidad.

2. BIODIESEL

Los aceites vegetales y grasas animales pueden contener hasta 14 tipos diferentes de ácidos

grasos (Tabla 1) que se transforman químicamente en alkil ésteres (biodiesel). La cantidad

- 5 -

de cada uno de estos ácidos grasos presentes en el aceite vegetal o grasa animal influye en

algunas propiedades del biodiesel. Altos contenidos en ácidos grasos saturados incrementan

la temperatura en la que se observan pequeños cristales sólidos a medida que el

combustible se enfría (punto de oscuridad). Así mismo, los altos contenidos de ácidos

grasos saturados aumentan el índice para medir la facilidad con la que se inflama el

combustible en los motores diesel (número de cetanos), reducen emisiones de Óxidos de

Nitrógeno (NOx) y mejoran la estabilidad. Con mayor cantidad de polinsaturados se reduce

el punto de oscuridad, el número de cetanos y la estabilidad, y aumentan las emisiones de

NOx (Tabla 2).

El término biodiesel se refiere al combustible puro. Las mezclas del biodiesel (BXX)

indican la composición del combustible: XX % de biodiesel en la mezcla y 1-XX % el

contenido de diesel. Es decir, B100 es biodiesel puro y B20 una mezcla de 20% de

biodiesel y 80% de diesel.

El biodiesel y sus mezclas solo deben ser usados en motores diesel; por otra parte, no se

deben poner mezclas de biodiesel o biodiesel puro en motores de gasolina.

Se obtienen 3.2 unidades de energía del biodiesel por cada unidad de energía utilizada para

producirlo. Esta estimación incluye la energía del diesel utilizado en maquinaria agrícola y

equipo de transporte, combustibles fósiles para producir fertilizantes y pesticidas,

combustible fósil usado para producir vapor y electricidad, y el metanol usado en el

proceso de manufactura.

- 6 -

Tabla 1. Fórmula Estructural de los Ácidos Grasos de los Aceites.

Ácido Graso No. De Carbonos y

Dobles Enlaces Estructura Química

Caprílico C8 CH3(CH2)6COOH

Cáprico C10 CH3(CH2)8COOH

Láurico C12 CH3(CH2)10COOH

Mirístico C14 CH3(CH2)12COOH

Palmítico C16:0 CH3(CH2)14COOH

Palmitoléico C16:1 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH

Esteárico C18:0 CH3(CH2)16COOH

Oléico C18:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

Linoléico C18:2 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

Linolénico C18:3 CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

Araquídico C20:0 CH3(CH2)18COOH

Eicosenóico C20:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH

Behénico C22:0 CH3(CH2)20COOH

Éurcico C22:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH

Tabla 2. Propiedades del Combustible en Función de la Composición.

Saturado Monoinsaturado Polinsaturado

Ácido Graso Enlace simple Enlace doble 2 ó más enlaces

dobles

Número de Cetanos Alto Medio Bajo

Punto de Nubosidad Alto Medio Bajo

Estabilidad Alto Medio Bajo

Emisiones de NOx Reducción Incremento

ligero Incremento

grande

2.1. TRANSESTERIFICACIÓN

Los aceites y grasas, desde el punto de vista químico, están formados principalmente por

triglicéridos, es decir, ésteres con tres cadenas moleculares de ácidos grasos unidas a una

- 7 -

molécula de glicerol. En la reacción de transesterificación se hacen reaccionar los

triglicéridos con un alcohol en presencia de un catalizador ácido o básico. El catalizador

rompe los triglicéridos y libera los ésteres, los cuales se combinan con el alcohol formando

alkil-ésteres (biodiesel). La glicerina se obtiene como subproducto, la cual precipita al

fondo del reactor, ocasionando la formación de dos fases.

CH2OCOR’’’ CH2OH R’’’COOR

| Catalizador |

CH2OCOR’’ + 3 ROH CH2OH + R’’COOR

| |

CH2OCOR’ CH2OH R’COOR

Triglicérido Alcohol Glicerina Alkil ésteres

Reacción de Transesterificación

Aproximadamente el 20% de la molécula del aceite vegetal es glicerina, la cual hace al

aceite vegetal pegajoso y grueso. Durante la transesterificación se remueve el glicerol del

aceite, ocasionando que disminuya su viscosidad.

2.1.1. Alcohol

Para producir biodiesel, los ésteres en la molécula de aceite vegetal se deben separar de la

glicerina. Durante la transesterificación la glicerina se reemplaza por un alcohol, el cual

puede ser metanol o etanol. Para la producción de biodiesel, se recomienda el uso de

metanol, debido a que proporciona una reacción de transesterificación estable; sin embargo,

el metanol es un alcohol muy agresivo que puede disolver algunos recipientes plásticos, por

lo que requiere extrema precaución en su manejo.

- 8 -

El término “metil éster” se utiliza para denominar al biodiesel obtenido a partir de metanol

y “etil éster” con etanol. Un término general es “alkil éster” el cual no especifica el tipo de

alcohol utilizado.

Sin importar cual de los dos alcoholes se use o el tipo de aceite vegetal, la reacción de

transesterificación siempre es la misma: el rompimiento de las moléculas de triglicéridos en

tres ésteres y una molécula de glicerina. Cada uno de los ésteres se une a un alcohol para

formar alkil ésteres (biodiesel).

2.1.2. Catalizador

Para lograr el rompimiento de las moléculas de triglicéridos es necesario adicionar un

catalizador a la reacción. Los catalizadores utilizados para la transesterificación son:

hidróxido de sodio (NaOH) e hidróxido de potasio (KOH). La función del catalizador es

romper la molécula de triglicérido y liberar los ésteres, para que se combinen con el alcohol

obteniendo biodiesel. Por otro lado, el catalizador precipita junto con la glicerina al fondo

del reactor.

2.1.3. Ácidos Grasos Libres

Las grasas y aceites son comúnmente llamados ácidos grasos debido a que tienen un pH

ácido. El aceite vegetal usado es más ácido que el nuevo debido a que ya se ha calentado o

freído.

Los ácidos grasos libres se obtienen al someter a altas temperaturas los aceites vegetales.

Estos ácidos grasos flotan entre los triglicéridos, libres para unirse a cualquier molécula

- 9 -

básica. Los ácidos grasos libres incrementan la temperatura de gelatinización del aceite

vegetal. Por eso los aceites vegetales hidrogenados son sólidos a temperatura ambiente. En

la producción de biodiesel es importante neutralizar los ácidos grasos libres por lo que se

necesita agregar catalizador adicional a la reacción de transesterificación. La cantidad extra

de catalizador que se necesita va a depender de la acidez del aceite vegetal.

La cantidad de metanol que se utiliza para la producción de biodiesel es del 20% del

volumen del aceite vegetal. La cantidad de NaOH que se utiliza es de 0.35% del volumen

del aceite vegetal, y una cantidad extra en caso de estar usando aceite vegetal usado. La

cantidad extra de NaOH necesaria para neutralizar los ácidos grasos libres se determina por

medio de una titulación (Apéndice A).

2.2. EMISIONES

Al sustituir el diesel por biodiesel, se reducen las emisiones de dióxido de carbono (CO2),

causante del calentamiento global. Cuando las plantas como la soya crecen, toman el CO2

del ambiente para poder desarrollarse y producir semilla de soya. Una vez extraído el aceite

de las semillas, éste se convierte en biodiesel que al quemarse produce CO2 conjuntamente

con otras emisiones, las cuales regresan a la atmósfera. Este ciclo no agrega una

concentración neta de CO2 al ambiente ya que la siguiente cosecha de semillas de soya

reutilizará ese CO2 para poder crecer.

Sin embargo, cuando se queman combustibles fósiles, el 100% del CO2 producido se

agrega a los niveles de concentración de CO2 presentes en el aire. En el proceso de

producción del biodiesel, se utilizan combustibles fósiles, lo que hace que el reciclaje de

- 10 -

CO2 con biodiesel no sea del 100%, pero al sustituir biodiesel por diesel se reduce el ciclo

de vida de las emisiones de CO2 en un 78%. El B20 reduce el CO2 en un 15.66%.

El biodiesel reduce las emisiones de partículas al ambiente, hidrocarbonos (HC) y

monóxido de carbono (CO) en la mayoría de los motores modernos de combustión interna.

Esto ocurre debido a que el B100 contiene el 11% en peso de oxígeno. La presencia de

oxígeno en el combustible permite que éste se consuma completamente, obteniendo

emisiones contaminantes casi nulas.

Uno de los primeros beneficios que la gente puede notar al utilizar biodiesel o mezclas de

éste, es el olor. Usando biodiesel se puede mejorar el aroma que sale de los escapes, el cual

se asemeja a olor de frituras.

El biodiesel tiene las siguientes ventajas en emisiones en comparación con el diesel:

Reducción del 100% de las redes de CO2.

Reducción del 100% de dióxido de azufre (SO2).

Reducción del 40 al 60% de hollín.

Reducción del 10 al 50% de CO.

Reducción del 10 al 68% de HC.

Reducción de todos los hidrocarbonos aromáticos policíclicos (PAHs, por sus siglas

en inglés) y específicamente la reducción de los siguientes cancerígenos:

o Fenantrén 97%

o Benzofloroantén 56%

o Benzapireno 71%

- 11 -

o Aldehídos y compuestos aromáticos 13%

Reducción o incremento del 5 al 10% de NOx dependiendo de la edad del vehículo

y estado del motor.

La Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) ha realizado

pruebas para 80 emisiones diferentes del biodiesel en motores diesel y ha concluido que

los beneficios son reales y predecibles en un rango muy amplio de mezclas de biodiesel

(Figura 1).

Porciento de biodiesel

Figura 1. Promedio del Impacto de las Emisiones del Biodiesel en Motores de Combustión

Interna1.

2.3. BIODEGRADACIÓN Y TOXICIDAD

El biodiesel es biodegradable y no tóxico. El B100 se degrada igual que el azúcar y es

menos tóxico que la sal de mesa.2 Los estudios han probado que el biodiesel se degrada

Porc

enta

je d

el c

am

bio

de

las

emis

ion

es

- 12 -

hasta cuatro veces más rápido que el diesel, con una biodegradación de hasta el 98% en tres

semanas.

Algunas emisiones (hidrocarbonos y micro partículas) de la combustión del diesel son

tóxicas o se sospecha que causan cáncer y algunas otras enfermedades mortales. Utilizando

biodiesel se puede eliminar el 90% de estas emisiones. El B20 reduce del 20 al 40% las

emisiones tóxicas.

Las emisiones reducidas del biodiesel, el olor agradable, la biodegradación y su toxicidad

nula lo convierten en un combustible ideal para preservar el medio ambiente.

2.4. LUBRICIDAD

Entre el 0.4-5% de biodiesel mezclado con diesel incrementa la lubricidad del

combustible.3 La lubricidad es un indicador de cómo el combustible lubrica el sistema de

inyección y el motor. En un tiempo al diesel se le adicionaba azufre para aumentar su

lubricidad. Cuando un combustible con azufre se quema produce SO2, el principal

componente de la lluvia ácida.4 Con la tendencia actual de las normas ambientales por bajar

el contenido de azufre en los combustibles, el biodiesel se convierte en una excelente

opción para aumentar la lubricidad sin afectar el rendimiento del combustible.

2.5. APLICACIONES

Cuando se utiliza biodiesel en motores de combustión interna, tienden a incrementarse las

emisiones de NOx. Pero cuando el biodiesel se utiliza en calderas o en calentadores

residenciales, las emisiones de NOx tienden a disminuir. El combustible se quema de

- 13 -

manera muy distinta en estas aplicaciones, dando como resultado diferencias en las

emisiones.

El biodiesel puede ser usado en una gran variedad de aplicaciones: 5

Calderas, linternas y estufas.

Sustituto de queroseno.

Sustituto de combustible para motores de aeronaves a escala.

Como solvente de pintura no-automotriz y otros adhesivos químicos.

Desengrasante de motores.

Lubricante para maquinaria.

Limpiador de derrames de petróleo en mar o tierra.

2.6. VENTAJAS DEL BIODIESEL

En comparación con el diesel, el biodiesel muestra las siguientes ventajas significativas:

Mínimas diferencias en torque, potencia y consumo de combustible de los motores.

Mayor punto de ignición (reduce el peligro de explosiones por emanación de gases

durante el almacenamiento).

Índice de cetano promedio de 55.

Mayor lubricidad (favorece el funcionamiento del circuito de alimentación y de la

bomba de inyección).

- 14 -

2.6.1. Ventajas Técnicas (Uso)

No se requieren mayores modificaciones en los motores diesel convencionales para

su uso, obteniéndose rendimientos similares.

Su utilización sustitutiva no demanda modificaciones de la infraestructura de

distribución y venta de combustibles líquidos ya instalada.

Transporte y almacenamiento más seguros dado el alto punto de inflamación del

biodiesel.

2.6.2. Ventajas Ambientales

El biodiesel puro (B100) reduce las emisiones de todos los contaminantes,

incluyendo materias particuladas, excepto el NOx.

En el balance general se reduce el smog potencial.

Se reducen en un 75% los niveles de hidrocarburos poliaromáticos (cancerígenos).

El benzo(a) antraceno se reduce en un 50%, Figura 2.

Alta biodegrabilidad, comparable con la dextrosa.

Al no contener azufre, permite el uso de catalizadores para mejorar la combustión y

minimización de gases de escape.

2.6.3. Ventajas Socioeconómicas

Viabiliza el autoabastecimiento de combustible al productor agropecuario (en

términos de microeconomía).

Independiza a los países agroproductores del abastecimiento de combustibles fósiles

por parte de los países productores de petróleo (en términos de macroeconomía).

- 15 -

Los proyectos de inversión asociados a una sustitución en cualquier escala

constituyen una fuente potencial de nuevos empleos.

Figura 2. Caracterización de Biodiesel, Reducción de Emisiones.

2.7. DESVENTAJAS DEL BIODIESEL

El biodiesel contiene 8% menos energía por galón que el diesel comercial, 12.5% menos

energía por libra (Tabla 3). La diferencia entre estos dos resultados se debe al hecho de que

el biodiesel es ligeramente más denso que el diesel, así que hay un poco más de libras en un

galón de diesel. Todo el biodiesel, sin importar la materia prima de la que proviene, provee

casi la misma cantidad de energía.

Tabla 3. Comparación de la Energía entre Diesel y Biodiesel.

Btu/lb Btu/gal

Diesel 18,300 129,050

Biodiesel (B100) 16,000 118,170

La diferencia en el contenido energético se puede notar cuando se usa B100. Si se está

usando B20, la diferencia en potencia, torque, y economía del combustible debe ser entre 1

y 2% dependiendo del tipo de diesel que se esté usando para la mezcla. Cuando la cantidad

de biodiesel en las mezclas es menor a B20, disminuyen las diferencias del contenido

06/10/2005Gerardo D. López - Coordinador

Intenacional Red IV.E CYTED10

Caracterización del biodiesel

Reducción de las Emisiones

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

HC CO MP

NOx

SOx

PAH

nPAHsm

og

Contaminantes

Po

rcie

nto

s

- 16 -

energético. En mezclas B5 o menores no hay diferencia en el desempeño comparado con el

diesel puro.

Otra desventaja del biodiesel es que a bajas temperaturas tiende a formar depósitos y a

solidificarse, tapando los inyectores, filtros y líneas de combustible del motor.

También se ha observado que el biodiesel incrementa las emisiones de NOx en muchos

motores. El biodiesel no contiene nitrógeno, por lo que el incremento de NOx en las

emisiones se debe a la reacción del nitrógeno del aire en la cámara de combustión a alta

presión y temperatura. Se han observado diferencias en la cantidad de las emisiones de

NOx dependiendo de la materia prima con la que se elaboró el biodiesel, siendo el valor

más alto con aceite de soya.

2.7.1. Factibilidad Económica

Alta dependencia del costo de las materias primas.

Generación de un subproducto (glicerina) cuya purificación a grado técnico solo es

viable para grandes producciones.

2.7.2. Aspectos Técnicos

Problemas de fluidez a bajas temperaturas (menores a 0°C).

Escasa estabilidad oxidativa (vida útil/período máximo de almacenamiento inferior

a seis meses).

- 17 -

Incompatible con una serie de plásticos y derivados del caucho natural (eventual

sustitución de algunos componentes del motor: mangueras, juntas, sellos,

diafragmas, partes de filtros y similares).

Cuando se carga en tanques sucios por depósitos provenientes del gasoil, al

“limpiar” dichos depósitos por disolución parcial, puede terminar obstruyendo las

líneas de combustible.

3. REACTOR TIPO BATCH CON AGITACIÓN

Los reactores tipo batch con agitación para la producción de biodiesel deben tener al menos

cuatro componentes fundamentales:

Tanque con agitación

Agitador

Calentador

Válvulas de globo y tuberías

3.1. TANQUE CON AGITACIÓN

El tanque de agitación o el procesador de biodiesel es un contenedor grande donde el aceite

vegetal y el metanol se pueden mezclar rápidamente. La reacción se llevará a cabo más

eficientemente entre más rápido y vigoroso sea el mezclado. El material óptimo para un

tanque de mezclado es el acero inoxidable, seguido de polietileno.

Los tanques mezcladores deberán tener un fondo cónico con el fin de permitir que la

glicerina se drene fácil y eficientemente. Debajo de esta forma cónica deberá colocarse una

válvula de globo. Una vez que se hayan separado los reactantes, la glicerina se puede

- 18 -

separar del biodiesel colocando una cubeta bajo el procesador y abriendo la válvula para

permitir que la glicerina drene hacia la cubeta. La válvula se deberá cerrar una vez que la

glicerina haya salido completamente, es decir, en el momento en que empiece a fluir

biodiesel. La forma cónica permite que la glicerina drene completamente sin mezclarse con

el biodiesel.

3.2. AGITADOR

El mejor tipo de mezclador es un agitador mecánico. Éste consiste en un motor eléctrico

con una flecha larga y propela. Si no se cuenta con un agitador mecánico, se puede elaborar

uno con un motor de la capacidad adecuada, propela y tubo.

3.3. CALENTADOR

Cuando la temperatura se encuentra por debajo de 20°C, o cuando el aceite vegetal se

encuentre sólido o grumoso, será necesario calentar los reactivos antes, durante y

posiblemente después del mezclado. La temperatura ideal para el mezclado es de 50°C.

3.4. VÁLVULAS DE GLOBO Y TUBERÍAS

Para la tubería se recomiendan secciones cortas de acero hasta de 5 plg de longitud, ya que

las secciones más largas se oxidarán. Las tuberías de poliéster o de vinilo pueden usarse por

tiempos cortos antes de que se degraden. El tipo de Cloruro de Polivinilo (PVC, por sus

siglas en inglés) usado en tuberías caseras puede ser una buena opción para procesadores

de biodiesel a baja escala. El Cloruro de Polivinilo Postclorado (CPVC, por sus siglas en

inglés), que es un tipo de PVC, se puede usar para altas temperaturas y es más resistente a

los químicos. El cobre también ofrece una buena resistencia a los químicos y es muy fácil

- 19 -

de manejar. Para tuberías de cobre y acero se recomiendan válvulas de estaño. Las tuberías

de polietileno son de muy buena calidad, muy resistentes a los químicos, pero muy

costosas. La mejor opción es usar tuberías de acero inoxidable, pero dado el costo tan

elevado, se recomienda comenzar con tuberías de PVC o CPVC. Más adelante se puede

instalar tubería de cobre, polietileno o acero inoxidable.

4. BIODIESEL B100

El B100 tiene propiedades muy similares al diesel (Tabla 4), por lo que puede usarse en

motores diesel sin necesidad de hacerles ninguna modificación. A pesar de su similitud con

el diesel, deben de tomarse en cuenta algunas consideraciones importantes en el manejo y

aplicación del B100.

Es muy buen solvente por lo que suaviza y disuelve sedimentos en el tanque de

combustible y sistema de inyección producidos por el diesel convencional. Se debe limpiar

el tanque de combustible para remover todos estos sedimentos antes de empezar a utilizarlo

con el fin de lograr un buen funcionamiento.

El B100 se congela a temperaturas más altas que el diesel. La mayoría del B100 comienza

su punto de oscuridad entre 1.67ºC y 15.56ºC, por lo que se pueden necesitar líneas de

combustible térmicas aún en climas moderados. Cuando el B100 comienza a convertirse en

gel, la viscosidad también comienza a aumentar, hasta niveles mucho más altos que el

diesel, lo cual puede causar incrementos de tensión en bombas de combustible y en

sistemas de inyección. La principal razón por la que la gente prefiere usar mezclas de

biodiesel se debe a las bajas temperaturas.

- 20 -

El B100 puede degradar o ablandar componentes de hule en mangueras y empaques,

causando fugas o degradándolos. Esto puede causar salpicaduras de combustible sobre el

motor caliente, daños en la bomba del combustible u obstrucción de los filtros por la

degradación de las mangueras. Cuando se usa B100 se debe considerar que no es

compatible con algunos metales y plásticos. Se forman niveles altos de sedimentos si tiene

contacto por mucho tiempo con cobre, o aleaciones de cobre (bronce, latón), con carbón,

estaño, zinc (es decir, con superficies galvanizadas). Estos niveles altos de sedimentos

pueden causar obstrucciones en los filtros. Con el tiempo, el B100 puede hacer permeables

algunos tipos de plásticos (polietileno, polipropileno), por lo que no deben ser usados para

almacenamiento.

Tabla 4. Propiedades Selectivas entre Diesel y Biodiesel.

Propiedad Diesel Biodiesel

Norma ASTM D975 ASTM D6751

Valor más bajo de calentamiento,

Btu/gal ~129,050 ~118,170

Viscosidad cinemática, a 40ºC 1.3-4.1 4.0-6.0

Gravedad Específica kg/l a 60ºC 0.85 0.88

Densidad, lb/gal a 15ºC 7.079 7.328

% en Vol. De agua y sedimento 0.05 máx. 0.05 máx.

% en peso de Carbón 87 77

% en peso de Hidrógeno 13 12

% en Oxígeno, por dif. 0 11

% en peso de Azufre 0.05 máx. 0.0 a 0.0024

Punto de Ebullición, ºC 180 a 340 315 a 350

Punto de Inflamación, ºC 60 a 80 100 a 170

Punto de Oscuridad, ºC - 15 a 5 - 3 a 12

Punto de Fluidez, ºC - 35 a -15 - 15 a 10

Número de cetanos 40-55 48 a 65

Lubricidad SLBOCLE, gramos 2,000 a 5,000 >7,000 Lubricidad HFRR, micrones 300-600 <300

- 21 -

4.1. ESPECIFICACIONES DE CALIDAD

La norma de calidad en los Estados Unidos para el B100 es la ASTM D6751-03 (Tabla 5).

Esta especificación tiene como finalidad asegurar la calidad de biodiesel que se usará como

mezcla al 20% y niveles menores.

La norma de calidad se basa en las propiedades físicas y químicas necesarias para la

operación segura y satisfactoria de los motores diesel. No toma en cuenta las materias

primas o los procesos de manufactura para producir biodiesel.

Tabla 5. Requisitos para el Biodiesel (B100), según la Norma ASTM D6751-03.

Propiedad Método ASTM Límites Unidades

Punto de Inflamación D93 130.0 min. ºC

Agua y Sedimentos D2709 0.050 máx. % Vol.

Viscosidad Cinemática, 40ºC D445 1.9 - 6.0 mm2/s

Cenizas Sulfatadas D874 0.020 máx. % masa

Azufre D5453 0.0015 máx. (S15)

0.05 máx. (S500) % masa

Número de Cetanos D613 47 min.

Residuos de Carbón D4530 0.050 máx. % masa Acidez D664 0.80 máx. mg KOH/g

Glicerina libre D6584 0.020 máx. % masa

Glicerina total D6584 0.240 máx. % masa

Contenido de fósforos D4951 0.001 máx. % máx.

Temperatura de destilación, 90% D1160 360 máx. ºC

La definición de biodiesel que da la norma ASTM D6751, junto con los límites en sus

propiedades físicas y químicas, elimina ciertos biocombustibles que han sido llamados

erróneamente en el pasado biodiesel. Los combustibles que no cumplan con la definición y

las propiedades de la tabla anterior no son biodiesel y no deben confundirse con éste, por

ejemplo: aceite vegetal crudo, grasa animal, grasas o aceites con baja conversión, etc.

- 22 -

Algunos de los métodos de análisis enlistados en la Tabla 5 tienen más de una función para

asegurar que el combustible se aproveche correctamente en los motores de combustión

interna y garantizar que se ha producido B100 de alta calidad. A continuación se describe la

intención de cada requisito de calidad de la Tabla 5:

Se requiere que el diesel tenga un punto de inflamación mínimo para evitar

posibles incendios o explosiones. El punto de inflamación del B100 es generalmente

más alto que el del diesel (150ºC y 70ºC respectivamente). El metanol residual en

un combustible es un problema de seguridad ya que aún en cantidades muy

pequeñas reduce el punto de inflamación. El metanol residual, que puede estar

presente en el biodiesel con puntos de inflamación bajos y fuera de especificación,

puede afectar las bombas de combustible, empaques y elastómeros, y causar

propiedades bajas de combustión.

El agua y sedimento se refiere a la presencia de gotas libres de agua y partículas de

sedimento. El nivel permitido para B100 es igual al nivel permitido para el diesel.

El B100 puede no cumplir con las especificaciones del contenido de agua, debido a

técnicas deficientes de secado durante su elaboración o al contacto con agua en

exceso durante su almacenamiento o transportación. El exceso de agua puede causar

corrosión y propicia un ambiente para el crecimiento de microorganismos. La

oxidación del combustible también puede aumentar los niveles de sedimento, así

que este método de análisis puede ser usado en conjunto con el número ácido y la

viscosidad para determinar si los combustibles se han oxidado demasiado durante el

almacenamiento.

- 23 -

Algunos motores requieren de una viscosidad mínima debido al potencial de

pérdida de energía causada por la bomba de inyección o por fugas en el inyector.

Esto no constituye un problema para el B100 ya que la viscosidad mínima es igual

que la del diesel. La viscosidad máxima se limita por el diseño de los sistemas de

inyección de combustible en los motores. Los combustibles con viscosidades

mayores pueden causar una combustión deficiente que producirá depósitos, así

como una penetración más profunda de la atomización del combustible en el

cilindro, ocasionando una dilución elevada de aceite de motor con el combustible.

La prueba de cenizas sulfatadas mide la cantidad de catalizador álcali residual en el

biodiesel, así como cualquier otra ceniza que forme compuestos que puedan

contribuir a la formación de depósitos en el inyector o presencia de hollín en el

sistema de combustión.

La cantidad de azufre se limita para poder reducir emisiones de sulfatos y de ácido

sulfúrico y proteger el sistema catalítico del escape. El biodiesel generalmente

contiene menos de 15 ppm de azufre.

Se requiere un número de cetanos adecuado para un buen funcionamiento del

motor. El diesel debe tener un número de cetanos mínimo de 40 en los Estados

Unidos. Valores altos de cetanos aseguran las propiedades de encendido frío y

minimizan la emisión de humo blanco. El límite de la norma ASTM para B100 es

de 47 cetanos debido a que este nivel es identificado como “Combustible Diesel

Premium” por la Conferencia Nacional de Pesos y Medidas, así como por el hecho

de que 47 cetanos es el número más bajo encontrado en el biodiesel en Estados

Unidos.

- 24 -

El punto de oscuridad es importante ya que asegura un buen desempeño en

temperaturas frías. El punto de oscuridad del B100 es generalmente más alto que el

del diesel.

Los residuos de carbón proporcionan una medida de la tendencia de los depósitos

de carbón en un combustible y son una aproximación de la tendencia de que se

formen depósitos de carbón en el motor.

La acidez del biodiesel es el principal indicador de los ácidos grasos libres y puede

ser elevada si el combustible no se elabora apropiadamente o cuando ha sucedido

una degradación oxidativa. Una acidez mayor a 0.80 puede ser asociada con

depósitos en el sistema de combustión reduciendo la vida de las bombas de

combustible y filtros.

Los valores de glicerina libre y total nos indican la cantidad de grasas sin

conversión o parcialmente convertidas, así como la glicerina presente en el

combustible. Una conversión incompleta de los aceites y grasas a biodiesel puede

causar un alto contenido de glicerina total. Una remoción incompleta de glicerina

puede causar un alto contenido de glicerina libre y total. Si estos números son

demasiado elevados pueden causar la presencia de hollín en el motor, el sistema de

combustión y en los tanques de almacenamiento.

El contenido de fósforo se limita a 10 ppm como máximo en el biodiesel ya que el

fósforo puede dañar los convertidores catalíticos.

La norma D6751 estipula que “El biodiesel a simple vista debe de estar libre de agua sin

disolver, sedimentos y partículas suspendidas”. El B100 debe tener un aspecto claro aunque

pueda variar en su color. El color del biodiesel no determina la calidad de éste.

- 25 -

Aunque actualmente existen normas para determinar la calidad del B100 todavía no hay

ninguna norma que regule la calidad de las mezclas de biodiesel. La manera de asegurar la

calidad de las mezclas de biodiesel es usando diesel y biodiesel que cumplan con las

normas de calidad, después de hacer la mezcla es extremadamente difícil determinar la

calidad del biodiesel que se usó en ésta. Las mezclas por debajo de B5 no alteran la calidad

del diesel y permanecen dentro de los valores de la norma.

4.2. VARIACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL BIODIESEL

Las especificaciones de la norma ASTM permiten utilizar una gran cantidad de materias

primas y procesos para la producción de biodiesel. La especificación prescribe la cantidad

aceptable de variación en el producto final. Algunas de las propiedades del biodiesel

dependen ampliamente de la materia prima de la que proviene.

La química de las diferentes grasas y aceites usados comúnmente para el biodiesel es muy

similar a la composición química del diesel, la cual contiene cientos de compuestos. Cada

molécula de grasa o aceite está hecha de una estructura central de glicerina de tres

carbonos, y a cada uno de estos carbonos está ligada una cadena larga de ácidos grasos.

Esta cadena de ácidos grasos es la que reacciona con el etanol para producir metil éster o

biodiesel. La estructura central de glicerina se convierte en glicerina y es vendida como un

subproducto del proceso de elaboración del biodiesel. Las grasas y aceites contienen 10

tipos comunes de ácidos grasos que tienen entre 12 y 22 carbonos conteniendo el 90% de

ellos entre 16 y 18 carbonos. Estas cadenas de ácidos grasos pueden ser saturadas,

monoinsaturadas y polinsaturadas. Debido a los límites de las especificaciones, la

diferencia en los niveles de saturación puede afectar algunas de las propiedades del

- 26 -

biodiesel. Lo que hace diferente una materia prima de otra es que están constituidas de

diferentes proporciones de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y polinsaturados

(Figura 3).

El biodiesel ideal debería hacerse solamente de ácidos grasos monoinsaturados.

Figura 3. Composición de Diversas Materias Primas del Biodiesel.

4.3. CONTENIDO ENERGÉTICO

El contenido inherente de energía del diesel, medido generalmente en BTU/GAL, es el

factor más grande en la economía del combustible, los caballos de fuerza y el torque del

combustible. El contenido energético del diesel puede variar hasta el 15% dependiendo del

proveedor y de la estación del año. Esta variación se debe a los cambios de composición del

diesel, y se determina por las prácticas de refinamiento y mezclado.

En el B100 los métodos de refinamiento y mezclado no tienen un efecto significativo sobre

el contenido energético (Figura 4). La razón por la cual el B100 no varía mucho es porque

Saturado Poliinsaturado Monoinsaturado

Ca

no

la

Co

lza

Gir

aso

l

Ma

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Ca

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ón

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res

Pa

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Co

co

- 27 -

el contenido energético de las grasas y aceites usados para su elaboración no varía tanto

como los compuestos usados para elaborar diesel. Por lo tanto, el B100 hecho a partir de las

materias primas más comunes tendrá el mismo impacto sobre la economía del combustible,

la potencia y el torque. En Estados Unidos el B100 tiene un contenido energético levemente

más bajo que el diesel (12.5% por Lb u 8% por Gal), como se muestra en la Figura 3. Las

pérdidas de potencia, torque y economía del combustible son similares a la diferencia en el

contenido energético.

Figura 4. Poder Calorífico del Diesel y B100.

El contenido energético de las mezclas de biodiesel con diesel es proporcional a la cantidad

de biodiesel en la mezcla y al valor en BTU del biodiesel y del diesel usado para la mezcla.

Por ejemplo, el uso de B20 tiene una pérdida de la economía del combustible del 1% como

promedio y rara vez reportan cambios en el torque o en la potencia.

Die

sel

co

merc

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nte

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est

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Seb

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maril

la 1

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la 2

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ya

- 28 -

4.4. PROPIEDADES DE FLUJO FRÍO

A diferencia de la gasolina, el diesel y biodiesel pueden comenzar a congelarse o a

gelatinizarse a medida que la temperatura desciende. Si el combustible se gelatiniza, tapa

los filtros y no puede ser bombeado del tanque del combustible al motor. Existen tres

pruebas usadas para medir las propiedades de flujo frío de los combustibles para motores

diesel: punto de oscuridad, punto frío de taponamiento de filtros y punto de fluidez.

4.4.1. Punto De Oscuridad

Es la temperatura en la que se observan pequeños cristales sólidos a medida que el

combustible se enfría. Esta es la medida más conservadora de las propiedades de flujo frío,

y la mayoría de los combustibles pueden ser usados sin problemas por debajo del punto de

oscuridad y por encima del punto frío de taponamiento de filtros.

4.4.2. Punto Frío De Taponamiento De Filtros (PFTF)

Es la temperatura en la que se forma una cantidad considerable de cristales los cuales

causan taponamiento en el filtro de prueba. El PFTF es menos significativo que el punto de

oscuridad, y se considera como el mejor indicador de bajas temperaturas de operación.

4.4.3. Punto De Fluidez

Es la temperatura en la que el combustible contiene tantos cristales aglomerados que

esencialmente forman un gel sin ninguna fluidez. Esta medida tiene poco valor práctico ya

que el combustible ha tapado el filtro mucho antes de llegar a su punto de fluidez. Sin

embargo, el punto de fluidez se usa como un indicador para saber si el combustible puede

ser bombeado.

- 29 -

El punto de oscuridad del B100 comienza de -1.11ºC a 0.00ºC para la mayoría de los

aceites vegetales que están hechos primordialmente de cadenas de ácidos grasos mono o

polinsaturados y puede ascender hasta 26.67ºC o más en grasas animales o aceites de

frituras que han sido altamente saturados. Algunos ejemplos de los puntos de oscuridad, de

fluidez y punto frío de taponamiento de los filtros del B100 se pueden ver en la Tabla 6. Se

puede notar que el punto de fluidez del B100 es usualmente unos cuantos grados más bajo

que el punto de oscuridad, así que cuando el biodiesel empieza a enfriarse, la gelatinización

puede ocurrir rápidamente con solo unos grados de diferencia.

Tabla 6. Datos de Flujo Frío para Diferentes B100.

Método de Prueba Punto de oscuridad

ASTM D2500

Punto de Fluidez

ASTM D97

Punto Frío de

Taponamiento

de filtro IP 309

B100 °F °C °F °C °F °C

Metil Ésteres de Soya 38 3 25 -4 28 -2

Metil Ésteres de Canola 26 -3 25 -4 24 -4

Metil Ésteres de Manteca 56 13 55 13 52 11

Metil Ésteres de Sebo Comestible 66 19 60 16 58 14

Metil Ésteres de Sebo No Comestible 61 16 59 15 50 10

Los tanques y las líneas de combustible usados para el B100 se deben diseñar para las

propiedades de flujo frío del biodiesel que se está utilizando y el clima en el que se

encuentra. Se debe asegurar que las bombas, líneas y despachadores del combustible estén

protegidos del clima frío y de los vientos helados con equipo de calentamiento aprobado. El

combustible que se encuentra en tanques por encima del suelo debe ser calentado a un

rango de temperatura entre 5°F y 10°F por encima del punto de oscuridad.

Una vez que se empiezan a formar cristales, estos regresarán a solución cuando se caliente

el combustible. Sin embargo, el proceso puede ser lento si el combustible se está calentando

- 30 -

parcialmente o de manera muy lenta. Los cristales que se forman en el diesel o biodiesel

pueden precipitar al fondo del tanque y formar una capa de gel. Esto se puede prevenir por

medio de agitación ya que ayuda a que se disuelvan los cristales. Si el B100 se ha

gelatinizado completamente, lo recomendado es calentarlo entre 37.78ºC y 43.33ºC para

fundir los compuestos mayormente saturados, en caso de que se requiera usar el

combustible de inmediato.

4.4.4. Número de Cetanos

La mayoría del B100 actual que cumple con la norma D6751 cumple con un número de

cetanos mayor de 47. Esto es comparado con el mínimo de 40 para el diesel, cuyo promedio

nacional esta entre 42 y 44. Por lo tanto el biodiesel tiene un número de cetanos más alto

que la mayoría del diesel, lo cual se cree que proporciona un encendido más fácil y una

operación silenciosa. El B100 altamente saturado, como el que proviene de grasas animales

y aceite de frituras, puede tener un número de cetanos de 70 o mayor. Los combustibles

polinsaturados comunes que contienen altos niveles de los ácidos grasos C18:2 y C18:3

incluyen los aceites de soya, girasol, maíz y canola.

La Figura 5 muestra el número de cetanos de varios metil ésteres de ácidos grasos puros. La

Figura 6 muestra el número de cetanos de varias muestras de biodiesel.

- 31 -

Figura 5. Número de Cetanos de Combustibles Hechos a Partir de Ácidos Grasos Puros.

Figura 6. Número de Cetanos del Diesel y Biodiesel Producido de Diferentes Aceites.

No.

De

Cet

an

os

Tipos de metil ésteres de ácidos grasos libres

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sel

com

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Die

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Seb

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Gra

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Can

ola

Soya

- 32 -

4.5. ESTABILIDAD

La estabilidad es un término muy amplio pero realmente se refiere a dos problemas en

particular: estabilidad de almacenamiento a largo plazo o envejecimiento y estabilidad a

temperaturas y/o presiones elevadas a medida que el combustible se recircula a través del

sistema del motor. La estabilidad de almacenamiento a largo plazo es conocida

comúnmente como estabilidad de oxidación, y la estabilidad de los combustibles a

temperaturas elevadas se conoce comúnmente como estabilidad térmica. De momento no

existe ninguna norma que regule los parámetros para la estabilidad del biodiesel.

En el biodiesel, el envejecimiento y oxidación pueden causar acidez alta, viscosidad

elevada y formación de sedimentos que ocasionan el taponamiento de los filtros. Si la

acidez, la viscosidad y las mediciones de sedimentos exceden los límites de las normas, el

B100 se degrada hasta el punto en el que se encuentra fuera de especificación y no puede

ser utilizado. El biodiesel con estabilidad de oxidación elevada tardará más tiempo en llegar

a la condición de excederse en las especificaciones, mientras que el biodiesel con

estabilidad de oxidación baja tardará menos tiempo en excederse en las especificaciones. El

monitoreo constante de la acidez y la viscosidad del B100, puede proporcionar una idea

para saber si el combustible se está oxidando con muestras durante la recepción del B100 y

periódicamente durante su almacenamiento.

En algunos casos los depósitos del efecto de limpieza o solvencia del B100 se pueden

confundir con sedimentos que se podrían formar durante el almacenamiento a medida de

que el combustible envejece.

- 33 -

Existen algunas guías que sirven para identificar los combustibles y las condiciones que

proporcionarán los niveles más altos de estabilidad.

Entre más alto sea el nivel de instauración habrán más probabilidades de que el

combustible se oxide. Como regla general, los ácidos grasos saturados (como el

16:0 ó 18:0) son estables. Cada vez que el nivel de instauración aumenta (por

ejemplo de 18:1 a 18:2 a 18:3) la estabilidad del combustible baja por un factor de

10. Así un combustible compuesto principalmente de cadenas de hidrocarburos con

tres dobles enlaces es 100 veces más inestable que un combustible hecho de cadenas

con un solo doble enlace. Los puntos de instauración en la molécula del biodiesel

pueden reaccionar con oxígeno, formando peróxidos que se disocian en ácidos y

sedimentos.

El calor y la luz solar aceleran este proceso, por lo que no se recomienda almacenar

el B100 en la intemperie en recipientes transparentes durante el verano.

Algunos metales tales como el cobre, estaño, bronce, plomo, latón y zinc aceleran el

proceso de degradación y forman niveles aun más altos de sedimentos que los que

se formarían normalmente.

Mantener el biodiesel libre de oxígeno ayuda a reducir o eliminar su oxidación

alargando su vida de almacenamiento. De manera comercial esto se hace utilizando

nitrógeno en los tanques de almacenamiento o almacenando el biodiesel en tanques

sellados.

Los antioxidantes, ya sea naturales o adicionados en forma de aditivos, pueden

incrementar significativamente la vida de almacenaje o estabilidad del B100

- 34 -

El tiempo máximo recomendado para el almacenamiento del B100 menos estable es de 8

meses, mientras que para el más estable puede ser de 1 año o más.

Actualmente no se cuenta con mucha experiencia en almacenamiento de B100 para

períodos mayores a 6 meses, así que al combustible que se vaya a almacenar por más

tiempo se le deben de adicionar antioxidantes y se le debe de analizar periódicamente la

acidez, sedimentos y la viscosidad, para asegurar que sigue dentro de los parámetros de la

norma ASTM D6468.

4.6. CONTAMINACIÓN POR MICROORGANISMOS

Se recomienda adicionar biocidas al biodiesel y combustibles tradicionales siempre que se

presenten problemas biológicos. Si la contaminación biológica es un problema, se debe de

controlar la contaminación con agua, ya que la mayoría de los microorganismos crecen en

la interfase combustible-agua. Las colonias anaeróbicas, comúnmente reductoras de azufre,

pueden existir en los sedimentos y en la superficie del tanque ocasionando corrosión. Los

biocidas que comúnmente se usan para los combustibles tradicionales también sirven para

el biodiesel, debido a que los microorganismos crecen bajo las mismas condiciones en

ambos combustibles.

4.7. EFECTO DE LIMPIEZA

Los metil ésteres han sido usados como limpiadores y solventes de compuestos orgánicos

volátiles (COV) por décadas. El B100 que cumple con los estándares de la norma de

calidad ASTM D6751, tiene una tendencia a disolver sedimentos acumulados en tanques de

almacenamiento y tanques de combustible diesel. Estos sedimentos disueltos pueden tapar

- 35 -

los filtros y en algunos casos pueden reventar los filtros, enviando todos los sedimentos al

sistema de inyección. Si se tiene pensado utilizar B100 por primera vez, se debe limpiar el

tanque de combustible y cualquier parte del sistema de inyección donde pueda haber

depósitos.

El nivel de limpieza depende de la cantidad de sedimentos en el sistema, así como el nivel

de mezcla de biodiesel que se esté usando. El efecto de limpieza es mayor con B100 y

mezclas con 35% o más biodiesel, comparado con el B20 o mezclas menores.

Normalmente los usuarios no limpian sus tanques de combustible antes de empezar a usar

B20, aun así es importante tener unos filtros extras a la mano y monitorear más de cerca los

posibles taponamientos en filtros. El efecto de limpieza en el B20 es demasiado bajo así

que la mayoría de los problemas que se pudieran encontrar son insignificantes, pero se

puede encontrar con algún taponamiento de filtros al usar por primera vez B20.

Cualquier superficie se debe de mantener libre de salpicaduras de biodiesel ya que puede

remover algunos tipos de pinturas. Todo lo que se utilice para limpiar biodiesel debe de ser

considerado como combustible y debe de tratarse como tal.

4.8. COMPATIBILIDAD DE MATERIALES

EL B100 tiene la capacidad de degradar, reblandecer y filtrarse a través de algunas

mangueras, empaques, sellos, elastómeros, pegamentos y plásticos. En caso de que el motor

o sus componentes no sean compatibles con biodiesel, éstos deben reemplazarse con otros

que si sean compatibles. Materiales como el Teflón, Viton, Nylon y plásticos fluorinados

son compatibles con el B100.

- 36 -

Es aconsejable monitorear una vez al mes si no hay fugas, desgaste o deterioramiento de

los componentes del motor. Esto es aconsejable hacerlo hasta un año después de haber

empezado a usar biodiesel.

Algunos vehículos anteriores a 1993 tienen componentes incompatibles al B100, los carros

más modernos por lo general ya son compatibles.

La mayoría de los tanques diseñados para almacenar diesel se pueden usar para almacenar

biodiesel sin ningún problema. Los materiales aceptables para el almacenamiento de

biodiesel son: aluminio, acero, polietileno fluorinado, polipropileno fluorinado, teflón y la

mayoría de las fibras de vidrio. El estaño, bronce, cobre, plomo, latón y zinc aceleran la

oxidación del diesel y biodiesel y crean sedimentos y sales cuando reaccionan con algunos

de los componentes del combustible. Se deben de evitar soldaduras de plomo y zinc, así

como tuberías de cobre, reguladores de estaño y accesorios de cobre. El combustible o los

accesorios tenderán a cambiar de color y los sedimentos pueden tapar los filtros de

combustible. El equipo dañado debe ser reemplazado con acero inoxidable, acero al carbón

o aluminio.

5. BIODIESEL B20

Al mezclar B100 al 20% con diesel se obtiene una mezcla llamada B20. En esta mezcla de

se minimizan las diferencias de las propiedades entre el diesel y el biodiesel manteniendo

algunos beneficios del B100.

- 37 -

La popularidad del B20 se debe a que representa un buen balance entre el costo, las

emisiones, desempeño en climas fríos, compatibilidad de materiales y solvencia. Un nivel

de mezcla superior al 20% puede proporcionar mayor reducción de emisiones de CO, PM y

HC; teniendo un gran impacto en emisiones de NOx dependiendo en la aplicación

(incremento en la mayoría de los motores diesel, disminución en calderas o en calentadores

domésticos). Mezclas con niveles más altos de biodiesel reducen significativamente los

hidrocarburos policíclicos aromáticos y otros compuestos tóxicos o cancerígenos presentes

en el diesel exhausto. Con niveles de biodiesel por encima del 20%, las propiedades de

flujo frío se convierten en un tema de preocupación, el efecto de limpieza es más severo, y

las mangueras y empaques se verán mayormente afectados.

5.1. PROPIEDADES DE FLUJO FRÍO

Mezclar biodiesel con diesel regula por dilución los problemas de flujo frío. La mezcla

también hace práctico el uso de aditivos, ya que éstos son efectivos en la porción de diesel

de la mezcla. Cuando se hacen mezclas de biodiesel y diesel, las variables claves son las

propiedades de flujo frío del diesel que se usó para la mezcla, las propiedades del biodiesel,

la proporción de la mezcla y la efectividad de los aditivos.

Las propiedades de flujo frío del B100 dependen de su composición, las cuales afectan las

propiedades de flujo frío de la mezcla (Figuras 7-12).

- 38 -

Figura 7. Resultados del Punto de Oscuridad, Mezcla Biodiesel/Diesel.*

* SME= metil éster de soya, CME= metil éster de canola, LME=metil éster de manteca, ETME= metil éster de sebo comestible, ITME=metil éster de sebo no comestible, LYGME= grasa amarilla baja en ácidos grasos

libres, HYMGE= grasa amarilla alta en ácidos grasos. Como nota, desde que se hicieron estas pruebas, se

descubrió que el contenido de ácidos grasos libres de la materia prima, sea grasa amarilla o algún tipo de

grasa animal, no tiene efecto sobre las propiedades del combustible. Así, el LYGME y HYMGE se tomaron

como dos muestras diferentes de metil ésteres de grasa amarilla.

Pu

nto

de

ob

scu

ridad

, ºC

Concentración de biodiesel, %

- 39 -

Figura 8. Resultados del Punto de Fluidez, Mezcla Biodiesel/Diesel.

Figura 9. Resultados del Punto de Oscuridad, Mezcla Biodiesel/Diesel

(Mezcla de Biodiesel 0-10%).

Pu

tno

de

Flu

idez

, ºC

Concentración de biodiesel, %

Pu

nto

de

osc

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, ºC

Concentración de biodiesel, %

- 40 -

Figura 10. Resultados del Punto de Fluidez, Mezcla Biodiesel/Diesel

(Mezcla de Biodiesel 0-10%).

Figura 11. Resultados del Punto Frío de Taponamiento de Filtros,

Mezcla Biodiesel/Diesel.

Pu

nto

de

flu

idez

, ºC

Concentración de biodiesel, ºC

Pu

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frí

o d

e ta

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FT

F),

ºC

Concentración de biodiesel, %

- 41 -

Figura 12.Resultados del Punto Frío de Taponamiento de Filtros, Mezcla Biodiesel/Diesel

(Mezcla de Biodiesel 0-10%).

Se han desarrollado diferentes tipos de aditivos para biodiesel, y se han observado buenos

resultados en biodiesel de canola, a diferencia del biodiesel de soya. Algunos de estos

aditivos se comportan de diferente manera en los mismos tipos de biodiesel (de un tipo de

biodiesel de canola a otro). Se tiene la teoría de que la manera en la que se producen los

aceites es lo que hace variar el funcionamiento de los aditivos. Los aceites son comúnmente

crudos o llevan un pretratamiento antes de convertirse en biodiesel. El pretratamiento de los

aceites remueve algunos compuestos que pueden afectar el funcionamiento de los aditivos.

La mejor manera de saber si un aditivo funciona con el tipo de biodiesel que se está usando

es haciendo pruebas, es decir, usando el B100 en los motores sobre todo en las épocas de

invierno.

Si se tienen problemas con el flujo frío del biodiesel, se puede disminuir la mezcla a un 0%

de biodiesel en el invierno, y a un 30% de biodiesel en el verano.

Pu

nto

frí

o d

e ta

po

nam

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to d

e fi

ltro

s (P

FT

F),

ºC

Concentración de biodiesel, %

- 42 -

5.2. MEZCLAS DE BIODIESEL B20

El mezclado del biodiesel depende de una variedad de factores, incluyendo el volumen de

B100 requerido para la mezcla, el nivel de mezclado final, capacidad de almacenamiento y

espacio disponible, equipo y costos de operación y requerimientos de mezclas del cliente.

Una vez que se mezcla el biodiesel con el diesel, se mantienen mezclados como un solo

combustible y no tienden a separarse con el tiempo (considerando que el combustible se

mantiene a temperaturas por encima del punto de oscuridad). Una vez mezclado, el B20 y

mezclas menores deben ser manejadas exactamente igual que el diesel convencional.

5.3. EMISIONES

El impacto en las emisiones del B20 es menor que en mezclas mayores. Las investigaciones

han mostrado que las emisiones de NOx varían de manera lineal (Figura 1) con el nivel de

mezclado del biodiesel. El B20 reduce los niveles de CO, PM, HC y compuestos tóxicos

del aire. Como se muestra en la Figura 1, las tendencias de las emisiones de CO, HC y PM

muestran una desviación del comportamiento lineal en las mezclas más bajas, originando

un impacto más suave por unidad de biodiesel quemado en contraste a las mezclas más

altas. Las emisiones de NOx pueden variar dependiendo de la fuente del biodiesel y algunas

mezclas de B20 pueden tener emisiones de NOx neutrales, mientras que las reducciones de

HC, PM y CO parecen no cambiar con la composición del biodiesel.

En las mezclas hasta 20% con aceite caliente, las emisiones de NOx también son lineales

pero el biodiesel proporciona reducciones en lugar de incrementos. Por cada 1% de

- 43 -

biodiesel agregado, las emisiones de NOx se reducen 1%. El B20 reduce las emisiones de

NOx en un 20%.

5.4. EFECTO DE LIMPIEZA

Las mezclas del 20% o menos de biodiesel minimizan cualquier efecto de limpieza o

problemas de solvencia con los sedimentos acumulados en tanques, aunque en algunos

casos se pueden observar taponamientos menores en filtros durante las semanas iniciales

del uso de B20. Las mezclas mayores al 20% deberán ser almacenadas en tanques secos y

limpios como se recomienda hacer con el combustible diesel convencional. El hecho de

usar B20 por un año o más probablemente no limpiará los tanques y no es un sustituto de

limpieza profunda de los tanques cuando se hacen preparaciones para el almacenamiento de

mezclas mayores o de B100.

5.5. COMPATIBILIDAD DE MATERIALES

El B20 o las mezclas menores minimizan la mayoría de los problemas asociados con la

compatibilidad de materiales. En los últimos 10 años, el uso de B20 ha probado su

compatibilidad con todos los elastómeros existentes en los sistemas de combustible diesel,

aún con aquellos sensibles a mezclas mayores, como el hule de nitrilo. El B20 se puede

degradar más rápido que el diesel, si metales como el cobre, bronce, estaño o zinc están

presentes en los sistemas de combustible. Si ocurre taponamiento de los filtros más

frecuentemente con B20 que con diesel, se deberá revisar si el sistema de combustible tiene

estos materiales, y si es así, se deberán reemplazar con materiales compatibles al biodiesel.

- 44 -

5.6. LUBRICIDAD

Al mezclar biodiesel con diesel aún en niveles bajos puede incrementar la lubricidad del

combustible. Aún con cantidades con 0.25% de biodiesel se observa un incremento

significativo en la lubricidad del combustible (Figura 13). El nivel exacto de mezclado

requerido para lograr una lubricidad adecuada dependerá de las propiedades del diesel

convencional. La evidencia preliminar sugiere que el biodiesel al 2% aporta la lubricidad

adecuada para la mayoría de los casos.

Figura 13. Datos de Lubricidad para Diferentes Tipos de Biodiesel.

5.7. ESTABILIDAD

Actualmente no se tiene información suficiente acerca del B20 para poder predecir su

oxidación y estabilidad térmica. Comparando los datos con el B100, parece ser que el B20

tiene una vida de almacenamiento más larga. Estos datos también muestran que algunos

Soya ME Canola ME Sebo no comestible Sebo comestible

Manteca Grasa amarilla LFFA Grasa amarilla HFFA

Porciento de Metil Esteres

- 45 -

tipos de B20 tienen buena estabilidad mientras que otros no la tienen, dependiendo del

B100 que se utilizó para la mezcla. Las normas sugieren que la mayoría del B20 puede

estar almacenado de 8 a 12 meses. Se recomienda que el B20 sea usado dentro de los

primeros 6 meses. Se recomienda adicionar aditivos antioxidantes y de estabilidad para

almacenamientos de periodos mayores.

A medida que el biodiesel envejece durante su almacenamiento, la acidez tiende a salirse de

especificación, se pueden formar sedimentos, y la viscosidad puede incrementarse. Se

pueden hacer pruebas de acidez, viscosidad y de agua y sedimentos para asegurar que el

B20 cumpla con las especificaciones del biodiesel o del diesel.