TRABAJO DE INVESTIGACION EL IMPACTO AMBIENTAL DEL BIODIESEL EN COLOMBIA - Ambiental
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UNIVERSIDAD DE SANTANDER
CUCUTA
TRABAJO DE INVESTIGACION
EL IMPACTO AMBIENTAL DEL BIODIESEL
EN COLOMBIA
Ambiental
Ing. Juan Camilo Acevedo Páez
Ing. Jorge Augusto Hernández Mora
Universidad de Santander - Cúcuta
Grupo GENESIS2
EL IMPACTO AMBIENTAL DEL BIODISEL EN
COLOMBIA
EXPOSITOR
JUAN CAMILO ACEVEDO PÁEZ
Ingeniero de Producción Agroindustrial, Universidad Francisco de Paula Santander.
Candidato a Magíster en Gerencia de Empresas Mención Industria, Candidato a MBA en
Gestión Integrada de la Calidad, Seguridad y Medio Ambiente.
Coordinador del programa Ingeniería Industrial y docente investigador grupo de
investigación EUREKA, Universidad de Santander
Avenida 4 con calle 10 Norte esquina. Urbanización El Bosque
Celular: 3138290852
Email: industrialcuc@campus.udes.edu.co3
EL IMPACTO AMBIENTAL DEL cual arrojó información que tuvo en alerta a
BIODIESEL EN COLOMBIA todas las naciones (Agudelo et al, 2002).
Desde el año 1991 hasta el 2001 se
Resumen observó una tendencia mundial creciente
del consumo anual del petróleo en torno al
En este artículo se presenta una 2%. Hacia el 2025 el precio del petróleo se
propuesta de investigación del impacto hará insostenible debido a que las reservas
ambiental del biodiesel de aceite de palma se calculan hasta el 2050. ( Janaun & Ellis,
en Colombia. El biodiesel se presenta como 2010).
una alternativa para disminuir el impacto
ambiental de los combustibles Un elemento de juicio al momento de
tradicionales. Este trabajo utilizará un usar combustibles fósiles es su potencial de
método para evaluar las emisiones generación de emisiones contaminantes,
contaminantes de los motores diesel, entre los cuales se encuentran el dióxido de
partiendo de las condiciones de operación Carbono (CO2), principal gas causante del
en condiciones reales, teniendo en cuenta, efecto invernadero; monóxido de Carbono
el desempeño mecánico del motor (CO), que tiene efectos letales sobre el
utilizando diferentes mezclas diesel- hombre; óxidos de nitrógeno (NOx) e
biodiesel. hidrocarburos sin quemar o parcialmente
quemados (HC), principales formadores de
Aunque las tendencias observadas smog fotoquímico en presencia de luz;
dependen fuertemente del tipo de aceite del emisiones sulfurosas (SOx), causantes de la
que proviene el biodiesel, se corroborará la lluvia ácida, generador de sulfatos, y
potencia, el torque y el consumo de material particulado, causante de
combustible. De igual forma, se realizarán enfermedades respiratorias y cáncer
mediciones de CO, HC, NOx, SOx, (Mekhilef et al, 2011).
material particulado y la opacidad de
humos, para la validación de las fuentes Una alternativa que genera impactos
bibliográficas consultadas que indican una positivos, para el medio ambiente en
reducción de los parámetros de emisión cuanto a los motores de encendido por
analizados. compresión (motores diesel), es el
biodiesel, un combustible renovable,
Palabras Claves: Impacto ambiental, biodegradable y no tóxico, que se obtiene
Biodiesel, Emisiones atmosféricas, mediante la reacción de transesterificación
Colombia. de aceites vegetales y/o animales con
alcohol para producir una mezcla de esteres
Introducción metílicos de ácidos grasos (biodiesel) y
glicerina.
La crisis petrolera de los años setenta
dio comienzo a la búsqueda de nuevas La producción y masificación del uso de
alternativas energéticas, cuyo fin fue los biocombustibles, como el biodiesel a
reemplazar los recursos de origen fósil partir de aceite de palma, tiene varios
parcial o totalmente; y se incrementaron objetivos, se fundamenta en la necesidad de
además los controles estadísticos de la garantizar el abastecimiento energético de
actividad petrolera en el ámbito mundial, lo los países y disminuir su dependencia de
los combustibles fósiles, adicional a los4
beneficios sociales, ambientales y investigación similar con aceite de colza,
económicos que se pueden obtener con la llevada a cabo durante tres años, Agarwal
generación de empleos permanentes, el et al. (2006) estudiaron el desempeño de
fortalecimiento del sector agrícola y de las buses de servicio público, flotas de
economías regionales, el desarrollo camiones y vehículos ligeros con B30,
agroindustrial, el mejoramiento de la B50, B100 y diesel; en cuanto a los gases
calidad del aire y la sustitución de cultivos de emisión arrojados, se detectó un ligero
ilícitos, entre otros beneficios. Para el caso incremento de los NOx, reducción en los
colombiano, adicional al deterioro niveles de opacidad del humo y emisiones
ambiental que se percibe en las grandes neutras de CO2. El uso de la mezcla B30
ciudades, por la excesiva contaminación generaba una notable reducción de HC y
generada por las fuentes fijas y móviles, material particulado, mientras que las
existen consideraciones estrechamente emisiones de aldehídos, cetonas y NO2
vinculadas con la seguridad y permanecen invariables; mientras que la
sostenibilidad energética nacional, así mezcla B50 produce un ligero aumento en
como la generación de una verdadera las emisiones de aldehídos y cetonas.
revolución social en materia de empleo y
desarrollo rural, según el Ministerio de Asimismo, varios estudios han
Minas y Energía de Colombia, 2009. encontrado que los óxidos de nitrógeno
(NOx) incrementan proporcionalmente con
el aumento de la concentración de biodiesel
Impacto Ambiental en las mezclas biodiesel-diesel, sin
embargo, en otras investigaciones de
En los resultados reportados por Tickell biodiesel, las cantidades de NOx
(2000) se aprecian reducciones «netas» de disminuyen o permanecen constantes en
CO2 del 100%; además reducciones de SO2 comparación con el diesel convencional. El
cercanas al 100% debido a la ausencia de efecto de biodiesel de NOx puede ser
azufre en el biodiesel, de hollín entre 40- mitigado mediante la modificación de los
60%; de CO entre 10- 50%; (HC) entre 10- ajustes de control del motor - en particular
50%; y de aldehídos y compuestos al retardar la temporización de la inyección
poliaromáticos en torno a 13%. Igualmente y el aumento de recirculación de gases de
afirma que puede haber reducción o escape. La magnitud absoluta del efecto de
incremento de las emisiones de NOX entre biodiesel NOx parece reducirse con
5-10%, dependiendo del modelo del motores modernos, aunque hay casos en los
automóvil y de la afinación del motor. que el porcentaje de cambio sigue siendo
considerable (Hoekman & Robbins, 2012).
Resultados similares encontrados por
Yanfen et al. (2012), que afirman que la En los motores diesel modernos, varios
opacidad de humos, los HC y el CO factores relacionados con la composición
decrecen a medida que se incrementa la del combustible y las estrategias de control
concentración del biodiesel en las mezclas. del motor son importantes, aunque ninguna
teoría ofrece una explicación adecuada del
Choo & Ma (2000) evalúan el biodiesel efecto biodiesel NOx en todas las
como combustible en motores estacionarios condiciones. Hay evidencia que sugiere
y ensayos de campo (taxis, buses y que los efectos en el tiempo de inyección,
camiones), donde se observa reducción de retardo del encendido, la temperatura
HC, NOx, CO, CO2 y SO2. En una adiabática de llama, la pérdida de calor por5
radiación, y otros fenómenos de El biodiesel tiene el potencial para
combustión, juegan papel determinante. El reducir emisiones de gases contaminantes
efecto de biodiesel de NOx puede ser generados en el sector transporte, por el
mitigado mediante la modificación de los uso de combustibles fósiles. El uso del
ajustes de control del motor (Fang et al, biodiesel reduce las partículas tóxicas
2008). liberadas a la atmósfera como resultado de
la combustión de combustibles, puede
En el contexto colombiano, la opacidad proveer de tal forma, beneficios a la salud
de los vehículos, evaluada cada 10.000 km, humana (Panwar et al., 2011). De igual
mostró motores que los buses que utilizan forma, Lapuerta et al. (2002) exponen en
mezclas con biodiesel de palma presentan su investigación que la presencia de ésteres
menores valores de opacidad que los que de aceites vegetales en el diesel
operaron con diesel. Lo anterior, se convencional produce una drástica
corroboró con los resultados de las pruebas disminución del número de partículas, con
de emisiones en ruta que mostraron un leve incremento en el tamaño medio de
reducciones en las emisiones de CO2 y las mismas, lo cual, las hace más difícil de
material particulado, además mejoras ser inhaladas por el ser humano y que se
significativas en el número de cetano, la depositen en los pulmones.
lubricidad y el contenido de azufre. En es
tas pruebas se ha cetano, la demostrado el En un estudio realizado sobre un grupo
buen desempeño del biodiesel en mezclas de ratas sometidas durante 90 días a los
de hasta el 50% en vehículos de transporte gases de emisión, tales como NOx, CO,
de pasajeros, los cuales están sometidos a CO2, HC, O2 y material particulado,
exigentes condiciones de operación, generados por la combustión del biodiesel,
validando la viabilidad técnica de utilizar no se observaron resultados nocivos en su
mezclas de diesel-biodiesel de palma salud. Bajo ninguna concentración de los
superiores a la que se utiliza actualmente gases de emisión se determinó toxicidad en
en el país (Cenipalma et al., 2009). las ratas; no se observaron muertes
anormales que se atribuyan a la exposición
La palma de aceite ofrece los de las emisiones; tampoco hubo respuestas
rendimientos más altos por hectárea de oculares adversas, no se afectó su consumo
todos los cultivos de aceite en la de alimento. Sólo cuando fueron sometidas
actualidad. El estudio realizado en este a un alto nivel de emisiones, las ratas
proyecto muestra que las emisiones de fueron negativamente afectadas, ya que se
Gases de Efecto Invernadero (GEI) del presentaron dos tipos de lesiones
biodiesel de palma de aceite producido en pulmonares, mientras que a
Colombia se reduce en un 83%. El concentraciones intermedias no se presentó
biodiesel de Colombia supera los requisitos ningún tipo de efectos adversos (LRRI,
de reducción de Gases Efecto Invernadero 2000).
establecidos por la comunidad europea y
los propuestos por la Agencia de Desempeño Mecánico
Protección Ambiental, EPA, de los Estado
Unidos de América. (Federación Chammoun et al. (2013) presentan la
Colombiana de Biocombustibles, 2011). evaluación del desempeño de diferentes
mezclas, diesel-biodiesel, en un motor
El Biodiesel Y La Salud Humana diesel estacionario. Los combustibles
evaluados fueron biodiesel puro (B100),6
70% diesel y 30% biodiesel (B30) y el diesel-biodiesel de palma fue similar al de
diesel convencional. Los parámetros los buses que utilizaron diesel fósil
evaluados en el motor en esta investigación comprobando que, en promedio, el
fueron el torque, la potencia y el consumo consumo de combustible se encuentra
específico de combustible. El torque dentro del rango histórico registrado por
decrece a medida que aumenta la cantidad todos los buses de la flota del operador
de biodiesel en la mezcla, la potencia del Sí99 del sistema de transporte masivo de
motor decrece un 8% cuando se quema Bogotá, Adicionalmente se evaluó la
B100 y decrece 2% con B30, el consumo aceleración de los vehículos, comprobando
aumenta a medida que aumenta la cantidad que existen valores partes similares de
de biodiesel en la mezcla (aumenta 24% aceleración y que estos se encontraban
con B100 y 11% con B30). Resultados dentro del estándar de patio manejado por
muy similares a éstos fueron publicados el operador Sí99 (Cenipalma et al., 2009).
por Lapuerta et al. (2008) quien demostró
que el uso del biodiesel en los motores Metodología
diesel genera en promedio una disminución
de un 5% en el torque y en la potencia, y La prueba se realizará en un ambiente
afirmó que el desempeño de los vehículos controlado de fuente móvil, con el vehículo
que usan biocombustibles no se ve afectado en un dinamómetro de chasis con un
notablemente. programa de manejo de parada y marcha a
diferentes velocidades promedio en km/h
De igual forma Utlu & Süreyya (2008), para diferentes mezclas diesel-biodiesel.
en sus ensayos dinamométricos (motores Mediante el uso de volantes de inercia y un
estacionarios y en ruta), con mezclas freno de agua, se reproduce lo que el
biodiesel de aceite de soya y diesel, vehículo experimentaría en el camino. Los
encontró una reducción de potencia gases del escape se diluirán y recolectarán
inversamente proporcional al porcentaje de a volumen constante con el aire filtrado
biodiesel en la mezcla. Resultados circundante, para analizar su
similares fueron reportados por Xue et al concentración.
(2011), quienes destacaron en su revisión
que la potencia disminuía ligeramente al Las emisiones de escape que se
utilizar biodiesel, con un pequeño aumento medirán, abarcarán tres regímenes de
del consumo de combustible. operación del motor. Las emisiones de
escape en frío ocurrirán durante los
De igual manera, Wang et al. (2000) primeros 10 minutos de la prueba. Después
reportan una disminución de potencia del 6 de un lapso determinado, se considera que
al 7% cuando se utiliza B100. En sus el vehículo se ha calentado completamente
investigaciones en una flota de buses y y las emisiones estabilizadas se
camiones notaron que los conductores de determinarán en los siguientes 15 minutos.
buses no notaron esta diferencia, mientras El período final de la prueba constituirá los
que los conductores de camión sí efectos del arranque en caliente. Las
experimentaron el cambio, conduciendo emisiones de cada etapa, se recolectarán
cuesta arriba. por separado, para después analizar
cuantitativamente su composición.
En Colombia, en cuanto al desempeño,
se encontró que el consumo de combustible Para HC, CO2 y CO se utilizan sensores
de los buses que utilizaron las mezclas del tipo infrarrojo no dispersivo NDIR7
(Non Dispersive Infrare) los cuales comportamiento de los motores de
aprovechan la propiedad de varios gases de combustión con la adición de biodiesel de
absorber la radiación infrarroja y con esto aceite de palma al diesel convencional en
modifica la longitud de onda del haz de luz diferentes concentraciones. Así como,
para compararla con un gas de referencia. identificar el impacto ambiental del
biodiesel en las emisiones atmosféricas
Para medir las emisiones de óxidos de tales como HC, CO2, CO, NO2, SO2 y
nitrógeno (NOx) se utiliza la material particulado (PM10 y PM2.5).
quimioluminicencia. La quimiolumi-
nicencia es la cantidad de luz emitida a Conclusiones
causa de una reacción química. Esto se
realiza dentro de una cámara de reacción Es de vital importancia la investigación
donde se introduce ozono (O3) y NO, de impactos ambientales generados de los
liberando dióxido de nitrógeno en estado productos de la utilización de combustibles
excitado (NO2) y oxígeno libre. Esta fósiles convencionales que afectan a la
reacción del NO2 libera radiación en forma salud humana como CO, SOx, NOx, e
de luz que es proporcional a la Hidrocarburos, y otros conllevan al
concentración de NO, esto es detectado por incremento de los Gases de Efecto de
un filtro óptico y se convierte en una señal Invernadero como CO2, CH4, de gran
eléctrica mediante un tubo incidencia en el cambio climático que
fotomultiplicador. afecta hoy a la Tierra.
Para el SO2 se utilizan sensores que El biodiesel puede mejorar la
miden la intensidad de la luz fluorescente combustión y por lo tanto tiene una mayor
emitida por las moléculas de SO2 que eficiencia térmica del freno que el petróleo
absorben radiación ultravioleta (UV), diesel. La potencia del motor se reduce
emitiendo un pulso de luz fluorescente de ligeramente o no en absoluto, porque el
una longitud de onda mayor en el intervalo consumo de biodiesel aumenta lo suficiente
de 240 a 410 nm. La intensidad de la luz con el fin de compensar su valor calorífico
fluorescente emitida es proporcional a la inferior. Sin embargo, el biodiesel global
concentración de SO2. permite el rendimiento del motor aceptable
y que podría mejorarse aún más si la
La medición de material particulado viscosidad se podría reducir.
(PM) se realiza mediante un sistema de
dispersión de un haz de luz. El sistema Las ventajas técnicas de biodiesel más
consiste de una bomba de vacío de bajo de combustible diesel de petróleo incluyen
caudal que induce el aire con material alto número de cetano, punto de
particulado a través de discos impactadores inflamación más alto, contenido de oxígeno
que filtran las partículas de acuerdo al y libre de azufre, lubricidad mejorada,
tamaño (PM10 y PM2.5) hasta llegar a un reducción de emisiones, etc.
sensor óptico donde se cuantifica la
concentración de partículas en mg/cm3. Referencias
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