COMBUSTION DE GRASAS Y ACEITES.(ES2173753)

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5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ES 2 173 753 T3 Se encontró, aún más sorprendentemente, que con el sebo y el enriquecimiento en oxígeno, el motor podía funcionar con potencias de salida que superaban considerablemente el límite máximo recomendado por el fabricante del motor, manteniendo las emisiones de monóxido de carbono en niveles aceptables. Esto está consignado en la Tabla 3, en la que se comparan los resultados del funcionamiento del motor con sebo y enriquecimiento en oxígeno a una potencia de salida de 13 kWe, con el funcionamiento normal con combustible diesel aspirado de manera natural a 10,5 kWe y a 12 kWe. Para facilitar la comparación, la mayoría de los resultados de la Tabla 3 se expresan con respecto a un motor que funciona con combustible diesel a 10,5 kWe. TABLA 3 Pruebas de Motor Continuas utilizando Sebo y Combustible Diesel Propiedades Combustible diesel Combustible diesel Sebo 21 % de oxígeno 21 % de oxígeno 26 % de oxígeno Potencia de salida 10,5 12,0 13,0 real kWe Potencia de salida 1,0 1,14 1,24 relativa Emisión relativa de 1,0 >>3,30 1,27 monóxido de carbono Emisión relativa de 1,0 1,04 3,67 óxidos de nitrógeno Temperatura de escape 507 625 690 real ◦ C El aumento de la potencia a 12 kWe, con combustible diesel aspirado de manera natural aumentó drásticamente la concentración de monóxido de carbono en la corriente del gas de escape muy por encima de 300 % en comparación con el funcionamiento a una potencia de 10,5 kWe. El nivel de emisiones de monóxido de carbono realmente sobrepasaba el límite que podía ser registrado de manera fiable por el equipo de monitorización de gases de escape. El motor también emitía humo negro. El fabricante del motor recomendaba una potencia de salida máxima limitada por el humo de 11 kWe cuando se utilizaba combustible diesel. Los resultados de la operación del motor aspirado de manera natural con combustible diesel a una potencia de 12 kWe confirmaron que el motor probablemente había superado notablemente su nivel de potencia máxima sostenible. Por el contrario, con sebo y enriquecimiento en oxígeno, fue posible hacer funcionar el motor a una potencia de salida aún más elevada de 13 kWe, manteniendo aún el nivel de monóxido de carbono en el gas de escape en un nivel relativamente bajo. La concentración de monóxido de carbono fue sólo 27 % mayor que cuando el motor funcionaba con aspiración natural con combustible diesel a una potencia de 10,5 kWe. Aun así, el humo de escape estaba relativamente limpio y libre de niveles excesivos de materiales hidrocarburo y sustancias en partículas. La potencia de salida de 13 kWe es aproximadamente 40 % superior a la potencia de salida continua óptima recomendada para el combustible diesel y aproximadamente18%superioralaespecificación de potencia máxima recomendada. La alta temperatura de escape de 690 ◦ C confirmó que el sebo se estaba quemando a una temperatura media aumentada en la cámara de combustión del motor, en comparación con las temperaturas asociadas con la combustión de los combustibles diesel convencionales. Por el contrario, la temperatura de escape al funcionar con combustible diesel a la potencia de salida insostenible de 12 kWe era sólo de 625 ◦ C. Las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) también se incrementaron significativamente con la potencia de salida más elevada. Sobre la base de los resultados de la investigación, se reunieron modelos 8
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ES 2 173 753 T3 teóricos a fin de examinar los factores que afectaban la formación de óxidos de nitrógeno (NOx) en el interior de la cámara de combustión. Estos modelos sugirieron lo siguiente: - Se sabe que las moléculas de nitrógeno y oxígeno comienzan a reaccionar entre sí para formar NOx a temperaturas superiores a 2000 ◦ K. - El aumento de la concentración de oxígeno produce un encendido más temprano del combustible. - El aumento de la concentración de oxígeno permite la combustión de una mayor cantidad de combustible, lo que a su vez eleva la temperatura media en la cámara de combustión. - El aumento de la concentración de oxígeno a una temperatura fija superior a 2000 ◦ Kaumentala formación de NOx en proporción directa a la concentración relativa de oxígeno. - A temperaturas superiores a 2000 ◦ K, la producción de NOx aumenta exponencialmente al aumentar la temperatura. - A temperaturas superiores a 2000 ◦ K, la producción de NOx aumenta exponencialmente al aumentar el tiempo a la temperatura elevada. Los óxidos de nitrógeno constituyen contaminantes de escape indeseables, puesto que son gases que contribuyen indirectamente al efecto invernadero. Pueden contribuir al calentamiento global ayudando alaformación de otros gases de invernadero, tales como el ozono troposférico. Los óxidos de nitrógeno pueden tener asimismo un impacto de lluvia ácidaenlaatmósfera. Sin embargo, con respecto a la combustión del sebo, un alto nivel de óxidos de nitrógeno en el gas de escape constituye una indicación de incineración eficaz a alta temperatura. En el método de acuerdo con la presente invención,elaltonivel de óxidos de nitrógeno en el gas de escape se puede disminuir por reducción catalítica con amoníaco y reducirlos hasta una concentración asociada habitualmente con la generación de potencia convencional utilizando motores diesel. A una potencia de salida de 13 kWe, el nivel de NOx en el gas de escape fue aproximadamente 40 % mayor que a una potencia de salida de 10,5 kWe, aunque la concentración de oxígeno en la cámara de combustión era la misma (es decir, 26 % de oxígeno). Este gran incremento de los NOx es una confirmación de que, a la potencia de salida más elevada, se ha incrementado la temperatura media de combustión, o la duración del período de combustión, o ambos. La mayor temperatura media de combustión trae como consecuencia una mayor pérdida de calor que se transfiere a los componentes metálicos del motor. Sin embargo, el calor transferido a los componentes del motor se puede utilizar para otros fines mediante el paso del refrigerante, que circula alrededor del motor, a través de un intercambiador de calor. El hecho de poder funcionar con eficiencia a una potencia de salida continua significativamente aumentada es de gran provecho cuando se emplea sebo como combustible. La temperatura media de combustión aumenta, como lo ilustra la elevada temperatura de escape y los niveles de óxido de nitrógeno incrementados, y esto contribuye a garantizar que cualquier contaminante que pueda estar presente en el sebo será incineradoporcompleto. Además, el gas de escape caliente se puede mantener a alta temperatura durante un período de tiempo en un tubo de escape aislado para asegurar una esterilización adicional de la corriente de gas de escape. La capacidad para funcionar en forma eficiente y continua a una potencia de salida mayor es especialmente beneficiosa cuando la potencia producida se utiliza para generar electricidad. La mayor potencia producida por el motor se puede utilizar para generar directamente más electricidad. El gas de escape más caliente de lo normal también puede elevar el vapor con más eficiencia en una caldera para proporcionar vapor para propulsar una turbina de vapor, que a su vez impulsa un generador a producir más electricidad. Esto sugiere que la eficiencia del sistema generador de energía podría ser de entre 55 % y 60 %, un nivel considerablemente superior a las operaciones de generación de energía convencionales que emplean motores diesel estándar. Para demostrar que el motor podía funcionar durante períodos prolongados a una potencia de salida continua elevada utilizando sebo y enriquecimiento en oxígeno, se hizo funcionar el motor durante 100 horas. El rendimiento del motor se mantuvo constante durante todo ese lapso. Al final del experimento, los pistones, válvulas e inyectores de combustible del motor estaban en buen estado y no mostraban 9
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