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Carburantes - Monografía



 
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Combustibles fósiles. Contaminación. Medio Ambiente. Petróleo. Dióxido de carbono. Hidrocarburos. Isoparafinas. Metano. Etanol. Emisiones



Presentación


Este trabajo comienza con un análisis sobre los carburantes que se utilizan hoy en día y sus inconvenientes, para ver luego cómo alguno de ellos puede reducirse con el uso de alcoholes diluidos en el carburante común. Para ello también se ha buscado información sobre los alcoholes más adecuados para la combustión, con los estudios y algunas pruebas que se han hecho con ellos

1.-Introducción - efectos nocivos de los actuales combustibles



Primero de todo vamos a hacer una pequeña introducción sobre la contaminación de los combustibles fósiles que se utilizan hoy en día para poder analizar sus inconvenientes y posteriormente poder compararlos con la utilización de los alconaftas

El hombre ha vivido mucho tiempo con la idea de que la naturaleza es un bien inagotable, gratuito y eterno. Hoy, por el contrario, descubre que la naturaleza no es inagotable sino temporal, pues es muy frágil y corre el riesgo de desaparecer llevándose consigo en esta extinción a la humanidad entera. Por esta razón es que el tema de la conservación ambiental ha pasado a formar parte de los objetivos fundamentales de la humanidad.

Los agentes contaminantes pueden afectar el aire, las aguas, el suelo, las estructuras y la vida animal y vegetal que se encuentran en ellos. La causa principal de toda la contaminación del aire es la combustión, principalmente de los combustibles fósiles. Teóricamente, cuando ocurre la combustión, el hidrógeno y el carbono del combustible se combinan con el oxígeno del aire para producir calor, luz, dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O), sin embargo las impurezas del combustible, una incorrecta relación de mezcla entre el aire y el combustible o temperaturas de combustión demasiado altas o bajas son causa de la formación de productos secundarios, tales como monóxido de carbono (CO), óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas (MP), hidrocarburos no quemados (HC), plomo y otros. Siendo éstas, las emisiones más importantes de los motores automotrices.

En investigaciones realizadas en algunas ciudades de Europa, se ha estimado que el 80% de la contaminación atmosférica causada por el hombre, se debe a la combustión de carburantes fósiles y que de esta porción, el 50% lo aporta el transporte, con una participación del 73.7% de CO, 53% de HC y 47% de NOx de los totales emitidos en atmósferas urbanas.

No existen en el mundo dos refinerías que produzcan gasolinas exactamente iguales, sin embargo éstas pueden clasificarse de la siguiente manera:

- Gasolina con plomo
- Gasolina sin plomo con alto contenido de hidrocarburos aromáticos
- Gasolina sin plomo con alto contenido de isoparafinas
- Gasolinas con aditivos oxigenados (alcoholes y éteres): metanol, etanol, MTBE y ETBE.

Desde los años 20, se ha utilizado el plomo como aditivo para aumentar la calidad de combustión (antidetonante) de la gasolina, medida por su índice de octano, ya que el plomo ha sido la forma menos costosa, desde el punto de vista económico y energético para obtener calidad octanal en una refinería.

En la actualidad, los autos requieren el uso de gasolinas con altos índices de octano por dos razones básicas: la primera es que si el índice de octano de la gasolina no es el adecuado para el índice de compresión del motor, ocurrirá lo que se conoce como golpeteo del motor debido al autoencendido de la gasolina, lo cual ocasiona pérdidas en el rendimiento y puede dañar el motor de forma catastrófica y la segunda es que mientras más elevado sea el octanaje, mayores serán los índices de compresión permitidos en los motores, con lo cual, aumentan el rendimiento y la economía de combustible de los mismos.

La combustión del carburante en un motor de combustión interna genera una serie de emisiones contaminantes, las cuales dependerán del tipo y calidad del combustible utilizado, de la relación aire/combustible, del sistema de suministro del combustible, del sistema y tiempo de encendido, de la energía del encendido, de la relación de compresión, de la temperatura de combustión, del régimen de carga y del tratamiento ulterior de los gases de escape.

Sin embargo, un estricto programa de inspección y mantenimiento del motor puede lograr disminuciones de las emisiones contaminantes hasta en un 40%, aún así esta disminución no es suficiente en las grandes ciudades, caracterizadas por enormes flotas vehiculares. De esta manera, surgió la idea del diseño de vehículos con control de emisiones, caracterizados por un dispositivo denominado convertidor catalítico, cuya función básica es la transformación de HC, CO y NOx en CO2, vapor de agua, N2 y O2, sin embargo, este dispositivo no puede operar en presencia de plomo, por lo que surgió la necesidad de eliminar el plomo de las gasolinas.

Estos contaminantes son conocidos como los causantes de varios problemas de salud en chicos y adultos:


Dióxido de Carbono:



Es generado principalmente por combustión industrial, vehicular y agrícola. El exceso de CO2 es responsable del “Efecto de Invernadero”, por el cual, la temperatura en el globo terrestre tiende a aumentar y a no ser estable, lo que podrá ocasionar crecimiento de los desiertos, aumento del nivel del mar, inmersión de islas y costas, y otras catástrofes climatológicas.

Monóxido de Carbono:



Es un gas venenoso, incoloro, inodoro e insípido, que al ser inhalado, obstaculiza la capacidad de la sangre para absorber el oxígeno, lo cual afecta la facultad de ver, percibir y pensar, los reflejos se tornan más lentos, causa somnolencia e incluso inconsciencia y a veces puede causar la muerte a los humanos cuando son expuestos a concentraciones mayores a 750 ppm (partes por millón), ya que la sangre tiene una afinidad por el CO de 210 a 240 veces mayor que por el oxígeno. En las embarazadas pone en peligro el crecimiento y desarrollo mental del feto.

Se obtiene por combustión incompleta y se acumula en las urbes metropolitanas por ausencia de corrientes de aire, por alta concentración de fuentes emisoras y por la baja densidad de vegetación y suelo descubierto.

Hidrocarburos no quemados:



Son una gran cantidad de compuestos diferentes, dentro de éstos, según estudios hechos por el Instituto de Oncología en el Castelo Bentivoglio, Italia, se ha demostrado que el benceno es un agente carcinógeno causante de tumores, tanto cuando es ingerido como inhalado en todas las especies de animales estudiadas. Producen irritación de ojos, cansancio y tos, y reaccionan con otras sustancias en el aire y en presencia de luz produciendo oxidantes fotoquímicos, responsables de neblina y disminución de la visibilidad en las urbes metropolitanas. Se producen por combustión incompleta, evaporación y problemas de encendido.

Partículas:



Pueden ser sólidas y/o líquidas, se muestran en el aire como neblinas y/o humos. En parte se obtienen por combustión de combustibles contaminados o por deficiencia de oxígeno. Pueden ser causantes de enfermedades respiratorias y de cáncer en los pulmones.


Óxidos de nitrógeno:



Son producidos por combustión a elevadas temperaturas. Puede incrementar la susceptibilidad a las infecciones virulentas como la gripe, irrita los pulmones y causa bronquitis y neumonía. En unión con el SO2 (dióxido de azufre, formado por combustión de combustibles con contenido de azufre), provocan lluvia ácida con daños a bosques, sistemas acuáticos, agricultura u obras civiles.

Ozono:



Irrita las membranas mucosas del sistema respiratorio. Produce tos, asfixia y mal funcionamiento de los pulmones. Reduce la resistencia contra resfriados y neumonía. Puede agravar las enfermedades crónicas del corazón, asma, bronquitis y enfisema.


Plomo:



En el organismo humano son cuatro los principales sistemas sensitivos al plomo, éstos son:

1. Sistema hemopoyético: El plomo afecta la producción de hemoglobina en diversas etapas de su síntesis. Cuando el nivel de plomo en la sangre alcanza los 50 ug/dl los niveles de producción de hemoglobina son mínimos y se presentan casos de anemia si el nivel de plomo supera los 80 ug/dl en la sangre.

2. Sistema renal: Se pueden presentar daños en los riñones como consecuencia de la exposición a niveles de plomo muy altos.

3. Sistema cardiovascular: Algunos estudios han mostrado posibles relaciones estadísticas entre la presencia de plomo en la sangre y la alta presión sanguínea, sin embargo otros estudios realizados en el Reino Unido, no han encontrado evidencia alguna para apoyar la creencia de que moderados aumentos en la carga corporal de plomo tienen relevancia en los riesgos de enfermedad cardiovascular.

4. Efectos neurocomportamentales: Se piensa que afecta el desarrollo intelectual y el comportamiento de los niños. Puede causar daños neurológicos. Estudios hechos en Inglaterra han concluido que no existen pruebas evidentes lo suficientemente significantes sobre la relación causal entre diferentes niveles de presencia de plomo y el desarrollo intelectual o comportamental en niños. Este elemento afecta los sistemas circulatorios, reproductivos, urinarios y nervioso. Se estima que es el causante de la hiperactividad y reducción de la capacidad de aprendizaje de los niños. Se acumula en los huesos y otros tejidos teniendo efectos duraderos.

El uso de las gasolinas sin plomo puede lograr bajos niveles de emisiones tóxicas, siempre y cuando el motor esté diseñado para su consumo y tenga todos sus dispositivos de control de combustión y de emisiones en buen estado. Sin embargo, si estas gasolinas sin plomo son utilizadas en motores convencionales sin convertidor catalítico se generarán serias implicaciones para la salud, el ambiente y el motor, ya que éstos emitirán mayor cantidad de contaminantes a la atmósfera, que cuando usan gasolina con plomo, además de sufrir daños mecánicos, como lo son: la recesión de los asientos de válvulas y el incremento del requerimiento de octano.

Esto se debe a que en la formulación de gasolina sin plomo, para sustituir el efecto antidetonante de éste (índice de octano), se utilizan proporciones mucho mayores de ciertos hidrocarburos aromáticos, isoparafinas, y compuestos oxigenados, cuyo exceso deberá ser recirculado al motor y/o transformado en el convertidor catalítico, de manera tal que si el motor no posee estos dispositivos, dicho exceso saldrá a la atmósfera como hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno (debido a las altas temperaturas de combustión de los aromáticos). Existen diferentes formas de obtener gasolina sin plomo, cada una de ellas presenta características tóxicas y formas diferentes de obtención:

- Sustancias aromáticas:



Investigaciones realizadas han indicado que el benceno es una peligrosa sustancia cancerígena y causa una variedad de desórdenes sanguíneos tales como la leucemia. En orden de peligrosidad le siguen el tolueno y el xileno. Todas estas substancias están presentes en las gasolinas sin plomo “aromáticas” en composiciones que oscilan, en el caso de Europa, entre 29 y 55% por volumen, en donde el contenido de benceno es de 5%. Sin embargo, aún cuando la cantidad de benceno fuese muy baja, éste se produce también durante la combustión a través de procesos de dimetilación de otras sustancias aromáticas tales como el tolueno y el xileno, encontrados en mayor proporción. En experimentos de carcinogenicidad en ratas, realizados por el Instituto de Oncología y Ciencias Ambientales de Bolonia, Italia, se demostró que la exposición a gasolinas con alto contenido aromático conduce a la formación de tumores generalmente malignos, especialmente tumores del útero.


- Isoparafinas:



Investigaciones apoyadas por el American Petroleum Institute (API) demostraron que la exposición de inhalación de 344 ratas Fischer machos a los vapores de gasolina con alto contenido de isoparafina produce tumores renales benignos y malignos, además de un aumento de los tumores del hígado en ratones femeninos expuestos a inhalación del mismo tipo de gasolina.


- Compuestos oxigenados:



Para mejorar la calidad octanal de la gasolina sin plomo se pueden añadir también compuestos oxigenados, tales como alcoholes (metanol y etanol) y éteres (MTBE y ETBE). En el proceso de combustión, estas sustancias pueden producir formaldehído, el cual es irritante y cancerígeno.

A pesar de todo, los avances de la tecnología han podido reducir la emisiones de los vehículos e incrementar la economía de combustible, sin embargo la polución, hoy en día, continua siendo el mayor inconveniente para el incremento del número de autos y camiones en la calle.
Combustibles alternativos más limpios ofrecen una solución atractiva para este problema ambiental.

2.-Introducción a los diferentes tipos de alcoholes: Metanol y Etano.



Los alcoholes son derivados de simples hidrocarburos (moléculas formadas por carbono e hidrógeno) y se caracterizan por tener un grupo oxidrilo (OH) unido a uno de los átomos de carbono en sus moléculas.

Los alcoholes simples de bajo peso molecular como el metanol son incoloros, volátiles, líquidos, inflamables y solubles en agua. Cuando el peso molecular crece, el punto de ebullición, el punto de fusión y la viscosidad crecen y la solubilidad en agua decrece. Estas propiedades físicas pueden ser alteradas por la presencia de otro grupo funcional (es un átomo o grupo de átomos unidos entre sí y al resto de las moléculas de una determinada manera estructural).
La mayoría de los alcoholes de bajo peso molecular son los de mayor importancia comercial. Son usados como solventes en la preparación de pinturas, anticongelantes, productos farmacéuticos y otros compuestos.

En la gran familia de los alcoholes se encuentran el “etanol” y el “metanol” dos compuestos que mezclados con nafta se están implementando como combustibles alternativos en los motores de automóviles.

2.1-Metanol



También llamado alcohol metílico o alcohol de madera, porque originalmente se obtenía mediante la destilación de ésta en ausencia de aire. Actualmente, con las técnicas existentes puede producirse a partir de fuentes variadas y abundantes: gas natural, carbón, madera e incluso los residuos orgánicos (biomasa), aunque lo más común es producirlo sintéticamente.
Su fórmula química es: CH3-OH.

Es el más simple de los alcoholes. Es incoloro, tóxico y causa ceguera por destrucción irreversible del nervio óptico. Una ingestión de más de 30 ml causa la muerte.

Es usado en la fabricación de ácido acético y otros compuestos químicos. Es un solvente para los plásticos, pintura, barnices y sirve como anticongelante en automóviles.

Su alto octanaje y seguridad hacen que sea el combustible elegido para Las 500 Millas de Indianápolis desde 1965. Además, la reducción en la emisión de contaminantes y las pocas modificaciones (relacionadas con su alta corrosión) necesarias para permitir a los motores nafteros el uso del metanol hicieron que se popularice como un combustible alternativo en vehículos de competición y particulares en otros países del mundo.
Un derivado químico del mismo llamado methyl tertiary butyl ether, MTBE, comenzó a ser usado en nuevos combustibles alternativos para reducir las exhaustivas emisiones de contaminantes.

2.2- Etanol



También llamado alcohol etílico o alcohol de grano, porque es un líquido derivado de los granos de maíz u otros granos. El etanol se puede producir a partir de 3 principales tipos de materias primas:

- Materias ricas en sacarosa como la caña de azúcar, la melaza y el sorgo dulce.
- Materias ricas en almidón como los cereales (maíz, trigo, cebada, etc) y los tubérculos (yuca, camote, papa, malanga, etc).
- Materias ricas en celulosa como la madera y los residuos agrícolas.

Desde el punto de vista técnico, la caña de azúcar es una de las materias primas más atractivas de biomasa. Lo anterior se debe a que los azúcares que contiene se encuentran en una forma simple de carbohidratos fermentables y además durante su procesamiento se genera el bagazo, que se usa como combustible en la producción de etanol. El principal inconveniente de la caña de azúcar son los costes de producción. Además, se requieren tierras fértiles para su cultivo las cuales podrían ser destinadas a la producción de alimentos.

Por su parte, las materias ricas en almidón contienen carbohidratos de mayor complejidad molecular que necesitan ser transformados en azúcares más simples por un proceso de conversión (sacarificación), lo que introduce un paso más en la producción con el consiguiente aumento en los costes de capital y de operación. No obstante lo anterior, existen ciertos cultivos amiláceos como es el caso de la yuca, los cuales se pueden establecer con un mínimo de insumos y en tierras marginales en donde generalmente otras especies más exigentes no se desarrollan.

Finalmente, las materias primas ricas en celulosa son las más abundantes, sin embargo la complejidad de sus azúcares hacen que la conversión de estos en carbohidratos fermentables sea una tarea difícil y poco rentable en la actualidad. Los procesos de hidrólisis ácida y enzimática de sustratos celulósicos se encuentran poco desarrollados a nivel industrial, sin embargo se esperan avances importantes en los próximos años.

La fórmula química del etanol es: CH3-CH2-OH



- Es un líquido inflamable, incoloro y es el alcohol de menor toxicidad.
- Es usado en las bebidas alcohólicas y como desinfectante o solvente.
- Posee un alto octanaje y una mayor solubilidad en gasolina que el metanol.
- Además es usado como un aditivo que se le añade a la gasolina para oxigenarla, llamado Ethyl Tertiary Butyl Ether, ETBE, el cual ayuda a que se produzca una mejor y limpia combustión.

3. A parte de estos existen otros tipos de combustibles alternativos, los mas utilizados són:



E5: Es una mezcla de nafta súper sin plomo con 5 % de etanol anhidro (se entiende por etanol anhídrico al que tiene el 99,5 % como grado de hidratación).
GASOHOL (E10): Es una mezcla que contiene 90% de nafta súper sin plomo y 10% de etanol anhidro por volumen.
ALCONAFTA (E15): Es una mezcla que contiene 15% de etanol anhidro y 85% de nafta súper volumen.

E85: Es una mezcla que contiene 85% de etanol anhidro y 15% de nafta súper sin plomo por volumen.

E93: Es una mezcla que contiene 93% de etanol anhidro, 5% de metanol anhidro y 2% de kerosén por volumen.    E95: Es una mezcla que contiene 95% de etanol anhidro y 5% de nafta súper sin plomo por volumen.

E100: Es etanol anhidro al 100%.

ETBE (ethyl tertiary butyl ether): Es un aditivo que oxigena la nafta ayudando a una combustión más limpia. Se puede añadir a la nafta hasta un 17% del volumen.
M85: Es una mezcla que contiene 85% de metanol anhidro y 15% de nafta súper sin plomo por volumen. Se utiliza en motores originalmente diseñados para gasolina.
M100: Es metanol anhidro al 100%. Se utiliza en motores diseñados originalmente diesel.

MTBE (methyl tertiary butyl ether): Es un aditivo que oxigena la nafta, reduciendo la emisión de monóxido de carbono.

Estas combinaciones son resultado de la mezcla de alcoholes (metanol y etanol), naftas y otros derivados del petróleo (kerosene), los cuales se utilizan con buenos resultados en los EE.UU., Canadá y Brasil.

Es conveniente diluir el alcohol con nafta a usarlo puro porque se mejora el encendido en frío y es posible ver la llama en caso de incendio.

4. Emisiones contaminantes del etanol



Estudios realizados



Una reciente investigación europea sobre el agregado de etanol a la gasolina fue hecha sobre seis vehículos funcionando con E5. Una exhaustiva medida de la emisión de contaminantes se realizó en un dinamómetro usando el protocolo 91/441/EEC (utilizado en la Comunidad Económica Europea). Los vehículos testeados fueron producidos entre 1990 y 1991.

Los carburadores fueron calibrados para operar tan cerca cuanto sea posible del punto de mínimo consumo, siendo el desempeño en estas condiciones comparado con el desempeño del motor con la regulación de fábrica operando con gasolina sin alcohol. Tests de conducción con las nuevas regulaciones fueron realizados. Fueron medidos los niveles de emisión de CO, CO2, NOx y HC en las condiciones del ensayo.

Un aumento en los tenores de alcohol anhidro en la gasolina ha sido reiteradamente considerado como el medio de absorber las sobras circunstanciales de alcohol. Estudios realizados anteriormente aconsejaron como límite superior una mezcla de un 25%, encima de la cual habría problemas de funcionamiento en el vehículo. Si en esos estudios se hubieran modificado adecuadamente las regulaciones de carburación e ignición se podría haber sobrepasado ese límite.

La medición de los niveles de concentraciones de gases del combustible, CO, CO2, HC y NOx dan informaciones acerca de intereses ecológicos y también auxilia a la interpretación de los demás ensayos, dado que los niveles de emisión monitorean la calidad de la combustión (adecuada mezcla de aire y combustible, encendido, etc).

Como característica general, las emisiones de CO y HC tienden a disminuir y las de CO2 y NOx tienden a crecer con un aumento de las revoluciones.


Análisis de los datos



La adición de pequeñas cantidades de etanol a la gasolina, como en el gasoil, vemos que contribuye notablemente en la reducción de las emisiones de CO, y en menor medida con los HC y NOx. Con respecto al CO2 no podemos asegurar que exista una reducción.

El efecto de las mezclas con pequeñas cantidades de etanol con respecto a la producción de ozono es controversial. Estas mezclas de etanol con gasolina son más volátiles que la gasolina común, produciendo un incremento en la emisión de vapores de compuestos orgánicos volátiles (COV). El principal debate se genera en torno a si es necesario ajustar la volatilidad de la gasolina para compensar el aumento de la misma al agregarle etanol.

Si no se balancean los cambios, este incremento puede agravar los problemas del ozono en la ciudad. Estudios previos han concluido que el uso de mezclas de etanol sin una restricción en los índices de volatilidad producen un incremento sustancial en las concentraciones de ozono. Por esta razón el uso de etanol puro es visto principalmente como un hecho para reducir la concentración del ozono urbano, ya que reduce la reactividad de los componentes orgánicos de los gases vehiculares.

Al continuar aumentando el porcentaje de etanol en la mezcla se mantiene como constante una nítida disminución de CO y HC, mientras que la emisión de NOx con respecto a la gasolina pura aumenta con la cantidad de alcohol. En cuanto al CO2 las emisiones siguen siendo similares y hasta un poco mayores.
Comparando las emisiones de mezclas de etanol, en proporciones mayores al 50%, se aprecian en promedio reducciones del 37%, 24% y 20% en las emisiones de CO, HC y NOx respectivamente.

5. Emisiones contaminantes del metanol



Estudios realizados



- En el mismo test y usando las mismas consideraciones anteriores, se testearon 87 Dodge Spirit de 4 cilindros (43 sin modificar y 44 adaptadas para funcionar con mezclas de metanol) y 5 Ford Econoline Vans de 8 cilindros.
- En 1992, el Laboratorio de Estudios Ambientales de Canadá condujo un test de emisión de contaminantes en una Chevrolet Lumina con combustible dual. Comparando exhaustivamente las emisiones del M85 con las de gasolina, el test mostró una consistente reducción de HC y NOx, pero un incremento de CO.

Análisis de los datos



Un ensayo realizado por la empresa alemana Volkswagen destinó una flota de 45 unidades al uso diario alimentando los motores con M15, obteniendo como resultado una reducción de las emisiones de CO entre un 50% y un 60%.

La mayor emisión del metanol es el formaldehído, que es considerado cancerígeno. Lo que vemos es que la Lumina y el Golf consumiendo metanol ambos producen más altos niveles de formaldehído que la gasolina (ambos están por debajo del límite que fija la ley para el año 1997 en California). Los críticos de los vehículos a metanol utilizan este argumento como principal razón contra su uso, pero debe recordarse que sólo una tercera parte del formaldehído relacionado con las emisiones de los vehículos procede directamente del caño de escape, mientras que los dos tercios restantes se deben a la transformación fotoquímica de los HC emitidos.
Los vehículos con M100 emiten un 10% menos de HC que los con gasolina, por lo que el nivel de formaldehído ambiental disminuye con estos vehículos. Además este efecto se ve empequeñecido por la influencia que tiene el metanol sobre otros contaminantes cancerígenos del aire: partículas de gasóleo, butadieno 1-3, compuestos orgánicos policíclicos y benceno.

La Agencia de Protección Ambiental a concluido que los vehículos duales que funcionan con el combustible M85 pueden obtener un 30% de reducción en las emisiones de los COV con respecto a la gasolina (y aproximadamente un 40% de reducción en un vehículo especialmente preparado para funcionar únicamente con M85), mientras que en un vehículo que usa M100 se puede obtener hasta un 80% menos comparado con uno de gasolina (los vehículos que usan M100 no pueden ser duales).

Las emisiones de CO2 en la combustión de M85 son menores que en la de gasolina, mientras que las de producción y distribución del metanol a partir del gas natural (en caso de producirse a partir del carbón las emisiones son casi dos veces más altas) son mucho mayores. Por dicha razón es que la pequeña reducción en la emisión en el automóvil no contribuye en gran medida a disminuir el efecto invernadero.

Analizando los datos vemos que el precio de las mezclas de etanol es entre un 2% y un 80% mayor por litro que el de la gasolina, mientras que el de las mezclas de metanol es entre un 25% y un 30% menor, teniendo en cuenta sólo los costes de producción y distribución. Si se toman en cuenta las cantidades de energía almacenadas por litro en cada combustible el coste de utilización del etanol sigue aumentado con respecto a la gasolina y el del metanol se equipara con el de ésta. Por otro lado, es importante tener en cuenta que de consumirse masivamente alguna de estas mezclas, las producciones de los alcoholes aumentarían disminuyendo en gran medida sus precios.

La principal virtud de utilizar los alcoholes como combustibles alternativos, además de la ecológica analizada exclusivamente en el capítulo anterior, es el mayor rendimiento y la mayor potencia que se obtiene con estos combustibles. Si se construyera un coche preparado especialmente para aprovechar el mayor octanaje y potencia de estas mezclas, el rendimiento aumentaría notablemente obteniéndose por litro de combustible una mayor cantidad de energía, lo que abarataría los costes aún más.

6. Conclusiones



Haciendo un balance general, vemos que los alcoholes son menos contaminantes, no sólo en las emisiones que surgen del vehículo, sino también en todo el ciclo, desde que son producidos hasta que son quemados. Además observamos que ecológicamente no son los combustibles alternativos óptimos, ya que analizando estos datos vemos que la electricidad es menos contaminante todavía.

Los reactivos que generan ozono son menores tanto en las mezclas con metanol como en las con grandes porcentajes de etanol. En estas últimas, si la cantidad de alcohol es chica, se ve que en todo el ciclo producción-consumo las emisiones son similares con respecto a la gasolina, contrariamente a lo que argumentan quienes están en contra de estas mezclas, mientras que si se analiza sólo la combustión la emisión es menor con la mezcla.

Con respecto al CO y NOx no hay diferencias apreciables, pero una contra de los alcoholes es la mayor producción de vapor de agua, que calienta la atmósfera, y menor de sulfatos, que la enfrían, por lo que contribuirían en mayor medida al efecto invernadero. Por otro lado, a la luz de estos datos, el CO2 emitido es menor. Esto disminuiría el calentamiento global, dejando a la vista que este efecto es similar para los 3 combustibles.

Al igual que en el análisis de las emisiones en los vehículos, los formaldehídos emitidos en el ciclo producción-consumo son mayores. Sin embargo al ser menor la producción de HC, que reaccionan fotoquímicamente para transformarse en éstos, el balance general es similar.
También las emisiones tóxicas totales son similares, mientras que las de partículas son considerablemente menores.

7. Aspectos técnicos vinculados al empleo del alcohol como carburante en motores de explosión



La factibilidad técnica de utilizar el alcohol mezclado con motonafta en plantas motrices de automotores está plenamente demostrada por investigaciones y experiencias tanto en el país como en el extranjero.
Una amplia literatura (que en el país se remonta a 1921) documenta tales experiencias e investigaciones, las que pueden resumirse de la siguiente forma:

1. Mezclas de alcohol y nafta con hasta 30J del primero pueden usarse en los motores de explosión interna sin ningún cambio (o con cambios menores) en el motor.

2. La adición del alcohol a la nafta eleva el octanaje de ésta.

3. Al añadirse alcohol en determinadas proporciones, puede evitarse la adición de plomo tetraetilo. Producto importado y causante de buena proporción de la contaminación ambiental originada por los gases de escape de motores.

4. La adición de alcohol a la nafta ayuda además a la limpieza de las bujías, impide o retarda la carbonización en la tapa de cilindros y contribuye a una duración mayor de los aceites.

5. El poder calórico del alcohol por unidad de volumen es inferior al de la nafta, de modo que, en principio adición del alcohol debiera restar autonomía y potencia al vehículo. Sin embargo, a raíz del mejor llenado de la cámara de combustión (por la menor temperatura de la mezcla) y gracias al contenido de oxígeno dentro de la molécula del alcohol, que permite una mejor combustión, se compensa en parte esta desventaja. Y ello hasta el punto de que una mezcla de alcohol y nafta en de terminadas proporciones rinde prácticamente la misma potencia y tiene prácticamente el mismo desempeño que la nafta.

6. Todo ello es igualmente cierto para las mezclas de nafta con alcohol anhidro (o absoluto) o con alcohol de 95° o 96° de pureza. Pero según que se utilice uno u otro alcohol se presentan diferentes comportamientos en varios aspectos que se irán detallando.

7. Es posible utilizar alcohol (anhidro o de 96°) sin nafta en los motores de explosión con sólo ligeras modificaciones: aumento de los surtidores del carburador a raíz de la menor cantidad de calorías por litro del alcohol con respecto a la nafta aumento de la relación de compresión (no imprescindible pero sí conveniente para mejorar el rendimiento) y cambio de los conductos por materias que se resequen menos que los actualmente utilizados para nafta. Sin embargo existe un grave inconveniente que es el de la posible formación de mezclas explosivas en el tanque. Este peligro desaparece adicionando al alcohol 15% de nafta. Por ello es que en la práctica, la adición de alcohol a la nafta no podría pasar del 85% salvo modificaciones de diseño del depósito de carburante.

8. Hay también un límite mínimo en la cantidad de alcohol que es posible, en la práctica, añadir a la nafta, y este límite está dado por la miscibilidad de ambos elementos, o dicho de otra manera, por la estabilidad de la mezcla. Este límite mínimo varía de acuerdo a que se utilice alcohol anhidro o alcohol de 96° de pureza, y depende también de la temperatura ambiente y de la utilización de nafta común o especial.

9. En el caso del alcohol anhidro, la estabilidad de la mezcla se obtiene prácticamente con proporciones de alcohol desde 5% a temperaturas normales en la Argentina.

10. En el caso del alcohol 96º la estabilidad de la mezcla se obtiene desde un mínimo de 30% de alcohol para sobre le total para nafta común y 20% para nafta súper.

11.Las experiencias se laboratorio indican que la presencia de un 0,4% de agua en la mezcla alcohol anhidronafta dan lugar a un depósito acuoso. Este efecto se considera que no tiene importancia en el empleo del carburante en un automóvil pero no debe subestimarse en las fases de distribución y almacenamiento previas a la comercialización. La avidez higroscópica del alcohol anhidro puede motivar dicha incorporación de agua, particularmente en el manipuleo previo a su mezcla con nafta y desencadenar luego la separación de los componentes de la mezcla cuando ésta reposa en tanques.

12. En todos los casos la estabilidad de la mezcla puede reforzarse con estabilizantes adecuados tales como isopropanol, benceno, butanol normal.

13. Los únicos efectos negativos que deben ser señalados radican en cierta mayor dificultad para el arranque con el motor caliente o con temperatura ambiente muy alta, para el caso de alto % de alcohol asimismo, en este caso una merma en el rendimiento medido en Km/lt de carburante.
Esto último debe ser tomado con cierta reserva por cuanto en pruebas de laboratorios, los ensayos de banco arrojaron resultados sensiblemente equivalentes.

8. La proporción aconsejable de alcohol en la mezcla



En función de los límites a que se ha hecho referencia en los apartados precedentes, el porcentaje mínimo de alcohol en una mezcla carburante podría ser:

a. Empleando alcohol anhidro, tan bajo como se desee.
b. Empleando alcohol hidratado, 20% si se mezcla con nafta especial y 30% si se mezcla con nafta común. Estos porcentajes pueden ser disminuidos en caso de agotarse estabilizantes. El porcentaje máximo de alcohol para una mezcla carburante depende de otras razones:
c. Por motivos de seguridad no debería exceder del 85%.
d. En razón de la extensión de su aplicación debe tenerse en cuenta que:

- Si se decide su empleo en el ámbito nacional, en caso de excederse el 30% será necesario contemplar modificaciones en los motores.
- Si se decide su empleo a escala regional sería necesario evitar superar el, 30% para no causar inconvenientes en los automotores en tránsito en la región.

9. La factibilidad técnica de producir el volumen de alcohol que sería requerido



Ante todo es preciso definir cual sería este volumen de alcohol requerido. Ello dependerá naturalmente del grado de sustitución de nafta que decida abordarse.
Se considera que las condiciones extremas se plantearían en los siguientes términos:

a. Sustitución del 85% del consumo total de motonaftas.
b. Sustitución del 30% de la motonafta consumida en el NOA Provincias servidas por la Divisional Salta de YPF.
La alternativa (b) es de máxima regional y el límite del 30% ha sido fijado por el criterio de no hacer obligatoria la introducción de modificaciones en los motores.
Para la alternativa (a) resulta un volumen del alcohol requerido del orden de 4.470.000 m³ y para la (b) del orden de 80.000 m³ anuales.
Un proyecto de la dimensión indicada (sextuplicaría la producción cañera actual) haría imperioso considerar la introducción de un altísimo grado de mecanización de las operaciones agrarias, lo cual, con prescindencia de las implicancias económicas, sólo podría ser estudiado para el largo plazo.

10. Comentario final



Consecuentemente con las conclusiones precedentes y desde el punto de vista de la sustitución del consumo de un recurso no renovable por uno renovable, puede establecerse que por el momento no existe razonabilidad económica de reemplazar por alcohol una parte de las motonaftas. Esto es válido para el alcohol obtenible en forma regular y permanente de la explotación de la caña de azúcar a un coste de tipo. Una sustancial reducción en los costes de elaboración de alcohol o la ocurrencia de nuevas e importantes crisis petroleras o de otro tipo, podrían justificar una reconsideración del problema.
Las emisiones de los futuros vehículos de metanol: podrían contener 20 % del dióxido de carbono y un 10 % de los diversos hidrocarburos emitidos por los vehículos actuales que queman gasolina. Los vehículos de metanol eliminarían casi por completo las emisiones de partículas en suspensión y compuestos tóxicos. Los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno reaccionan fotoquímicamente dando lugar a ozono sobre la superficie del suelo, que es irritante para las vías respiratorias superiores. El ozono, CO2 y otros gases contribuyen al efecto de invernadero.

Basándonos en todos los datos obtenidos y realizando el análisis de los mismos, concluimos:

- Estas mezclas generan una menor contaminación ambiental que los derivados del petróleo, pudiendo ser un paso previo hacia nuevos combustibles alternativos menos contaminantes, por ejemplo la electricidad.
- El coste de estas mezclas es similar al de la gasolina, teniendo en cuenta el coste del combustible y el consumo del vehículo.
- Aprovechamiento de la sobreproducción de caña de azúcar, generándose nuevos puestos de trabajo en las zonas azucareras para cubrir la demanda total de alconafta.
- La utilización de una fuente renovable de energía, disminuyendo la dependencia del petróleo.
- No es necesario un cambio sustancial en los vehículos actuales del parque automotor, solamente el recambio de las partes plásticas del circuito de combustible.
- Una menor contaminación ambiental.
- La posibilidad de abaratar los costes de los alcoholes, que se producirían en forma masiva, disminuyendo el coste de la alconafta en relación a la gasolina.

Bibliografía:



Pagines web consultades.



http://www.autoshop.com.mx/tecnologia/Alconafta/alconafta.asp
http://www.concepcionero.com.ar/Notas/EnergiasRenovables.htm
http://www.abc.com.py/archivo/1999/03/26/eco07.htm
http://www.infoautomotriz.com.ar/Noticias/EnerTrans1099.htm
http://www.caddet.org/html/biomas.htm
http://www.pagina12.com.ar/2000/00-08/00-08-24/pag12.htm
http://www.cepis.org.pe/eswww/foro/perfil02/percap04.html
http://194.178.172.86/register/datare/ccr01890.htm

Autor:

Kelvin





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