Estudio de los efectos de las propiedades de transporte y termo-físicas del biodiesel derivado del aceite usado de cocina sobre la estructura dinámica de un chorro diésel

摘要

Debido a su alta eficiencia los motores diesel, han sido usados ampliamente para aplicaciones en la generación de energía, ya que el motor diesel se compone de una unidad generadora autónoma que no exige calderas ni depende del suministro de gas del servicio público, además del uso de combustibles alternos como el biodiesel como una mejora al consumo de combustible y generación de emisiones, sin embargo es necesario profundizar en su desempeño dentro la cámara de combustión. La presente tesis se enfoca en el análisis del biodiesel derivado del aceite usado de cocina como una alternativa viable y económica al consumo de combustible. A fin de demostrar su potencial es necesario caracterizar su composición y el efecto de sus propiedades de transporte y termo-físicas en el proceso de formación de mezcla en una cámara de combustión empleando un biodiesel puro, una mezcla con 20 % de biodiesel y 80 % diesel, una mezcla con 50 % biodiesel y 50 % diesel y finalmente una comparativa con diesel puro. Existe una amplia variedad de investigaciones relacionadas con el tema de la inyección de combustible, de biodiesel de diversas fuentes y de diesel, además el uso de simulación numérica permite profundizar en el conocimiento donde la contraparte experimental está limitada, sin embargo a pesar de la existencia de una basta información relacionada con la penetración del chorro y el proceso de mezcla de un biodiesel existe ambigüedad en la dependencia de las propiedades de transporte y en cómo implementarlas en códigos CFD. El objetivo de esta tesis es profundizar en la composición de un biodiesel derivado del aceite usado de cocina, para esto es necesario determinar los ácidos grasos más relevantes que componen el biodiesel empleando la técnica de cromatografía de gases, así como generar las propiedades de transporte y termo-físicas empleadas para la simulación de un chorro diesel mediante correlaciones empíricas de grupos funcionales para cada componente obtenido por la cromatografía, a su vez empleando la información recabada de las correlaciones empíricas se empleara en un análisis numérico de la penetración del chorro de un biocombustible y compararlo con la penetración del chorro de un diesel haciendo uso de un software libre. Los resultados obtenidos para la composición demostraron la amplia gama de componentes dentro de un biodiesel derivado del aceite usado de cocina, debido al tratamiento térmico que sufre el aceite de cocina. De esta composición es posible agrupar los isómeros de ácidos grasos en un único componente, puesto que las correlaciones empíricas no toman en cuenta la posición de los enlaces sino la cantidad y el tipo de doble enlace. Los dobles enlaces y la cabeza de ester son una característica distintiva de los ácidos grasos, los cuales funcionan como fuentes energéticas generando una considerable aumento en las propiedades de transporte que afectan directamente el proceso de inyección, formación de mezcla y generación de emisiones, posteriormente empleando un análisis numérico es posible pronosticar un aumento en la penetración para cada biocombustible. Se exhibe un incremento en la penetración del chorro para un milisegundo de tiempo de inyección, tiempo característico de un motor diesel, de 5.13 % para una mezcla con 20 % de biodiesel, 7.96 % para una mezcla con 50 % de biodiesel y un 8.20 % para un biodiesel puro. El aumento en la penetración del chorro impacta directamente en la eficiencia del motor, la generación de emisiones y el consumo de combustible, sin embargo para tiempos cortos de inyección este aumento es relativamente pequeño, por lo tanto si es posible emplear biodiesel puro siempre y cuando se disminuyan los tiempos de inyección.