9.4: Propiedades y especificaciones del biodiesel

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9.4 Propiedades y especificaciones del biodiesel

Para garantizar el biodiesel de calidad, existen estándares para probar el combustible adecuadamente para ver que cumple con las especificaciones de uso. ASTM (un grupo internacional de estándares y pruebas) tiene un método para definir legalmente biodiesel para su uso en motores diesel, etiquetado como ASTM D6751. En el Cuadro 9.4 se muestran los métodos de ensayo necesarios para todos los estándares esperados para biodiesel.

Cuadro 9.4: Definición legal de biodiesel según ASTM D6751
Crédito: www.biodiesel.org

Propiedad	Método ASTM	Límites	Unidades
Ca y Mg, combinados	ES 14538	5 máx	ppm (ug/g)
Punto de inflamación	D 93	93 min	°C
Control de Alcohol	-	-	-
1. Contenido de metanol	EN14110	0.2 máx	% de masa
2. Punto de inflamación	D 93	130 min	°C
Agua y Sedimento	D2709	0.05 máx	% vol.
Viscosidad cinemática, 40°C	D445	1.9-6.0	mm ² /seg
Cenizas sulfatadas	D874	0.02 máx	% de masa
Azufre	-	-	-
Grado S 15	D5453	0.0015 max (15)	% de masa (ppm)
Grado S 500	D5453	0.05 máx (500)	% de masa (ppm)
Corrosión de Tira	D130	No. 3 máx	-
Cetano	D613	47 min	-
Punto de Nube	D2500	reportar	°C
Residuo de carbono (muestra 100%)	D4530	0.05 máx	% de masa
Número de ácido	D664	0.50 máx	mg KOH/g
Glicerina Libre	D6584	0.020 máx	% de masa
Glicerina Total	D6584	0.240 máx	% de masa
Contenido de fósforo	D4951	0.001 máx	% de masa
Destilación, T90 AET	D1160	360 máx	°C
Sodio/Potasio, combinado	ES 14538	5 máx	ppm
Estabilidad a la oxidación	ES 14112	3 min	Horario
Filtración en remojo frío	Anexo a D6751	360 máx	segundos
Para usar en temperaturas inferiores a -12 °C	Anexo a D6751	200 max	segundos

El uso de biodiesel presenta ventajas y desventajas en comparación con el diesel de ultra bajo contenido de azufre. Tiene una mayor lubricidad, bajo contenido de azufre y bajas emisiones de CO e hidrocarburos. Esto hace que sea bueno mezclarse con diesel del petróleo para poder lograr las especificaciones requeridas para el diesel de ultra bajo contenido de azufre, porque el diesel de ultra bajo contenido de azufre tiene poca lubricidad. Pero como se discutió anteriormente, el biodiesel tiene malas propiedades de clima frío. Realmente depende de la ubicación; por ejemplo, si se usa biodiesel en el medio oeste superior, podría haber problemas en el invierno.

Al igual que con todos los materiales, la producción y calidad del biodiesel es importante. Lo más importante es que la reacción de transesterificación debe llegar a su finalización para obtener la mayor producción y calidad. Debido a la naturaleza de la transesterificación de triglicéridos, queda una pequeña cantidad de tri-, di- y mono-glicéridos. La Figura 9.15 muestra los cambios en estos compuestos a medida que los glicéridos reaccionan para formar biodiesel. Alguna terminología a tener en cuenta: 1) el glicerol unido es glicerol que no se ha separado completamente del glicérido y es la suma de tri-, di- y mono-glicéridos y 2) glicerol total combina el glicerol unido con el glicerol libre.

rendimiento en y, tiempo en x, Los triglicéridos caen rápido El biodiesel sube rápidamente y mesetas @ 90%, di y mono suben brevemente @ comienzan luego caen 2 0 — Figura 9.15: Conversión de glicéridos a biodiesel mostrando intermedios.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

El contenido de glicerol en el biodiesel debe ser lo más bajo posible, como indican las normas ASTM. El biodiesel no será técnicamente “biodiesel” a menos que se cumplan los estándares ASTM, lo que significa estar por debajo de las especificaciones totales de glicerol. El alto contenido de glicerol puede causar problemas con alta viscosidad y puede contribuir a la formación de depósitos y taponamiento del filtro. El glicerol crudo suele ser de color marrón oscuro y debe refinarse y purificarse antes de usarlo en otro lugar. En la preparación de biodiesel, se formarán capas marrones, y, posiblemente, escamas o sedimentos blancos, formados a partir de mono-glicéridos saturados, que caerán al fondo del tanque en el que se está almacenando el biodiesel.

El biodiesel también es un gran solvente, mejor que el diesel a base de petróleo. Puede aflojar depósitos de carbono y barnices que fueron depositados por petro-diesel y puede causar taponamiento del filtro de combustible al cambiar a biodiesel. Los filtros deben cambiarse después de las primeras 1,000 millas con biodiesel.

tarro que contiene capas de líquido coloreado claro (superior, biodiesel) y oscuro (fondo, glicerol con sedimento) — Figura 9.16: Ejemplo de biodiesel con glicerol crudo y mono-glicérido saturado sedimentado en el fondo.

*Crédito: EXTENSIÓN*

Otro tema son las propiedades de clima frío para biodiesel. Estas propiedades incluyen punto de enturbiamiento, punto de vertido y filtración en remojo frío. El biodiesel puede formar puntos de enturbiamiento a una temperatura mucho más alta que el petrodiesel, cerca del punto de congelación. El punto de enturbiamiento es la temperatura que comienzan a formarse los cristales; puede hacer que el biodiesel se gele y fluya más lento de lo que debería. Una vez que se alcanza el punto de fluidez (básicamente completamente congelado), el combustible no puede moverse. Depende de la temperatura normal del clima en cuanto a si el combustible puede ser utilizado o mezclado con petrodiesel. Lo que puede complicarlo más es el contenido de ácidos grasos saturados o insaturados. El alto contenido de ácidos grasos saturados puede conducir a una mayor estabilidad del combustible pero a mayores puntos de fluidez. El alto contenido de ácido insaturado puede conducir a puntos de fluidez más bajos pero menos estabilidad para el almacenamiento. La Figura 9.17 muestra una comparación del punto de fluidez de biodiésel elaborados a partir de diversos aceites (incluido el contenido de ácidos grasos) en comparación con el petrodiesel. Los puntos de vertido de petrodiesel son significativamente más bajos que los biodieseles.

Comparación del punto de vertido. Ver descripción del texto a continuación — Figura 9.17: Comparación del punto de fluidez de biodieseles elaborados a partir de diversos aceites (incluido el contenido de ácidos grasos) y combustible diesel No. 1.

Haga clic aquí para ver una alternativa de texto a la Figura 9.17

**Comparación del Punto de Verter de Biodieseles y el Combustible Diesel No. 1. (No. 1 Diesel no es ni éster metílico ni éster etílico)**

**Biodiesel** **Punto de Verter (Methyl Ester) ºC** **Punto de Verter (Éster etílico) ºC** **% Ácidos Grasos Saturados** **% Ácidos Grasos Monoinsaturados** **% de ácidos grasos poliinsaturados**

**Canola** 15 22 6% **62%** **32%**

**Cártamo** 22 22 **10%** **20%** **77%**

**Girasol** 24 28 **11%** **13%** **69%**

**Soja** 25 30 **15%** **24%** **61%**

**asdf** **-45** - - - -

*Crédito: Datos del Manual de Biodiesel*

Biodiesel	Punto de Verter (Methyl Ester) ºC	Punto de Verter (Éster etílico) ºC	% Ácidos Grasos Saturados	% Ácidos Grasos Monoinsaturados	% de ácidos grasos poliinsaturados
Canola	15	22	6%	62%	32%
Cártamo	22	22	10%	20%	77%
Girasol	24	28	11%	13%	69%
Soja	25	30	15%	24%	61%
asdf	-45	-	-	-	-

El número de cetano también es una propiedad importante para los combustibles diesel. El número de cetano mide el punto en que el combustible se enciende bajo compresión, y esto es lo que queremos para un motor diesel. Cuanto mayor sea el número de cetano, mayor será la facilidad de ignición. La mayoría de los combustibles petro-diesel tienen un número de cetano de 40-50 y cumplen con la especificación ASTM para ASTM D975. En general, la mayoría de los biodieseles tienen mayores números de cetano, 46-60 (algunos tan altos como 100) y cumplen con las especificaciones de ASTM D6751. Debido a los mayores números de cetano de biodiesel, el motor que funciona con biodiesel tendrá un tiempo de arranque más fácil y tendrá bajo ruido de ralentí. En el Cuadro 9.5 se muestran los calores de combustión para diversos combustibles junto con su número de cetano.

Cuadro 9.5: Diversos biodieseles y calores de combustión de diésel No. 2 y número de cetano (Crédito: Programa Nacional de Educación Biodiesel)
Combustible	Calor de Combustión (MJ/kg)	Cetano No.
Éster metílico (Soja)	39.8	46.2
Éster etílico (Soja)	40.0	48.2
Butil Ester (Soja)	40.7	51.7
Éster metílico (Girasol)	39.8	47.0
Éster metílico (cacahuete)	-	54.0
Éster metílico (colza)	40.1	-
Diésel No. 2	45.3	47.0

Si se usa biodiesel de potencia completa (es decir, B100), la mayoría de las garantías del motor no estarán cubiertas. También requerirá reemplazar los sellos de goma en motores más antiguos. Las mezclas incluyen B2, B10 y B20 (2%, 10% y 20% de biodiesel, respectivamente). Agregar biodiesel como una mezcla con azufre ultrabajo debería mejorar la lubricidad para el combustible diesel de ultra bajo contenido de azufre, lo que mejorará el desgaste del motor. Las emisiones de hidrocarburos, CO, NO _x y partículas son similares a los combustibles de petrodiesel, aunque pueden reducirse en algunos casos.

El biodiesel se almacena de manera muy similar al petrodiesel. Se almacena en ambientes limpios, oscuros y secos. Se puede almacenar en contenedores de aluminio, acero, polietileno fluorado, polipropileno fluorado y teflón. Lo mejor es evitar los contenedores de cobre, latón, plomo, estaño y zinc.

En otra lección, discutiremos la economía detrás del uso de biodiesel.