Evaluación experimental de un motor encendido por chispa que utiliza biogás como combustible

Experimental evaluation of a spark-ignited engine using biogas as fuel

Para el desarrollo de este trabajo se utilizaron como combustibles diferentes mezclas de CH₄ y CO₂, las cuales se introdujeron en un motor encendido por chispa al que se le acopló un conjunto de dispositivos que permitieron el adelanto de la chispa, el suministro de gas y la medición del consumo del mismo. Se realizaron pruebas al motor en banco con el fin de conocer la variación en los principales parámetros de operación y emisiones. Los resultados muestran que al aumentar el porcentaje de CO₂ en la mezcla aumenta el ángulo de adelanto de la chispa, disminuye la potencia y el torque máximo, y se pueden reducir, hasta en 90% en algunos casos, las emisiones en el es-cape cuando las mismas se revisan siguiendo la Resolución 1015 de 2005 expedida por el DAMA. Como otro resultado se logró reconocer los principales componentes a tener en cuenta cuando se convierte un motor de este tipo para funcionamiento con combustibles gaseosos.

Introducción

Después del Protocolo de Kyoto, el interés en el aumento de la producción de energía por medios alternativos dentro del consumo primario de energía mundial ha ampliado significativamente la búsqueda en la disminución de la contaminación atmosférica y los cambios climáticos generados por el consumo de combustibles fósiles en los últimos cincuenta años (MacLean y Lave, 2003). Colombia ha estado trabajando en la investigación de combustibles alternativos, en la masificación del gas natural vehicular (GNV), la utilización de alcohol carburante y el desarrollo de proyectos alrededor de la biomasa, esta última con buenas posibilidades en el país gracias a la gran actividad agrícola existente.

Desde los años ochenta, en Colombia se han instalado en forma masiva biodigestores para producir biogás y abono de excelente calidad a partir de la descomposición anaeróbica de residuos orgánicos procedentes de la industria agrícola (IIT, 1983). La información existente en torno a la implementación del biogás como combustible en motores de combustión interna encendidos por chispa es reducida, limitándose principalmente a anotaciones técnicas sobre el procedimiento de conversión para funcionamiento con el nuevo combustible (Siripornakrachai y Sucharitakul, 2007; ISAT y GTZ, 2008; Fischer et al., 2008). El biogás ha sido utilizado como combustible en motores de combustión interna encendidos por chispa desde la crisis energética en los años setenta. Numerosos estudios apuntan a que existe viabilidad técnica al utilizar este combustible como reemplazo de los combustibles fósiles. Esta viabilidad se da al comparar parámetros de operación y emisiones contra el funcionamiento de los mismos motores con combustible tradicional, en este caso gasolina. Los principales resultados en este aspecto se pueden resumir en: (1) disminución de la relación aire-combustible estequiométrica, empobrecimiento de mezcla (Karim y Wierzba, 2002); (2) disminución de la temperatura y la presión máxima en el proceso de combustión a medida que aumenta el CO2 en el biogás (Huang y Crookes, 1998, 1998-2); (3) reducción de la potencia al freno y aumento de las emisiones específicas (Midkiff, Bell, Rathnam y Bhargava, 2001); (4) descenso en la eficiencia térmica al freno (Huang y Crookes, 1998, 1998-2; Midkiff, et al., 2001); (5) aumento leve de la emisión de monóxido de carbono e hidrocarburos sin quemar (Midkiff et al., 2001); (6) disminución en la velocidad turbulenta de quemado que causa mayor duración de la combustión (Huang y Crookes, 1998; Roubaud et al, 2002; Roubaud y Favrat, 2005); (7) aumento considerable en el consumo específico de combustible, aún mayor si se requiere que la potencia de salida sea similar a la obtenida con gasolina (Crookes, 2006).