Utilización de biogás para operar motores a gasolina y diesel

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El petróleo es un combustible ampliamente utilizado a nivel mundial para la generación de energía eléctrica. Sin embargo, el petróleo es un recurso no renovable, por lo cual es necesario que se desarrollen, evalúen y utilicen  fuentes alternas de producción de energía eléctrica.
Este proyecto desarrolla, implementa y ofrece otra opción energética apta para las zonas rurales de bajos recursos económicos, donde se pueda generar la energía eléctrica requerida a base de biogás, obtenido como producto de la fermentación de desechos orgánicos contaminantes (excrementos animales y humanos, desechos vegetales, etc.) por medio del biodigestor de polietileno de bajo costo (Figura 1).


1).Válvula de salida
2).Almacenamiento de biogás
3).Nivel del agua mezclada con desechos orgánicos


Figura 1. Biodigestor de polietileno de bajo costo.


Objetivos

  • Difundir la producción de biogás a partir de desechos orgánicos, mediante el biodigestor de polietileno de bajo costo y la utilización de este biogás para la generación de energía eléctrica en las zonas rurales de América Tropical.
  • Definir la metodología para la adaptación de motores de gasolina de cuatro tiempos o diesel al uso de biogás.

Metodología

Motor de gasolina:

La metodología para la adaptación del motor de gasolina consistió en la elaboración de una pieza que permitiera la introducción de una mezcla de biogás -aire al cilindro del motor (Figura 2), para lo cual se utilizaron materiales de PVC en su mayoría, ya que estos son de fácil obtención y de bajo costo.
Para la realización de la prueba del uso de biogás en el motor de gasolina de cuatro tiempos, se utilizó un motor marca Honda de 5 HP (3,7 kwh), modelo GX 140 MAX, de 144 cm3 (Figura 2).


1).Tubo de entrada de biogás
2).Válvula de admisión de aire
3).Tubo de entrada de aire
4).Válvula de admisión de biogás
5).Entrada al motor de la mezcla aire – biogás

Figura 2:

a)  Pieza para adaptar un motor de gasolina de cuatro tiempos al uso de biogás,
b)  Motor de gasolina de uatro tiempos con pieza conectada en la posición del purificador de aire


Motor Diesel:


La metodología para la adaptación del motor diesel de cuatro tiempos al uso de combustible mixto (diesel-biogás-aire) fue similar a la utilizada en el motor de gasolina de cuatro tiempos. En las pruebas se utilizó un motor de tractor marca Lamborghini de 35 hp, modelo Runner K4F-D, de 350 cm3 (Figura 3).


1).Entrada de biogás
2).Entrada de aire
3).Entrada al motor de la mezcla aire – biogás
4).Válvula reguladora de entrada de biogás

Figura 3:

a)  Pieza de adaptación para el uso de biogás en motor diesel
b) Tractor con motor diesel con pieza incorporada

Resultados

Motor de Gasolina:

Se puede observar el tipo y cantidad de materiales utilizados y la disposición de cada uno de ellos en la pieza elaborada para la introducción de la mezcla aire-biogás a través del purificador de aire de cada tipo de motor. De acuerdo con esta figura, se puede notar que el principio fundamental de la pieza lo representa la T de PVC, la cual sirve de mezclador de biogás-aire (Figuras 2 y 3).  

Con la utilización de biogás, se logró sustituir el 100 % del combustible gasolina, por lo cual, de acuerdo con el Cuadro 1, cada hora de uso del motor con biogás, permite ahorrar 2.213,59 ml de gasolina. El consumo de biogás fue de 0,55 m3/hora, lo que significa, que con este tipo de motor, 1 m3 de biogás equivale a 4,025 litros de gasolina.

Cuadro 1. Datos de consumo de combustible del motor de gasolina de cuatro tiempos

Tipo de
Combustible

Cantidad inicial de prueba (mL)

Cantidad final (mL)

Consumo total (mL)

Tiempo
Minutos

Consumo (mL/Hora)

Gasolina

1.000

50

950

25,75

2.213,59

Motor Diesel

En el Cuadro 2 se puede notar que la mayor sustitución de combustible diesel por biogás, se obtuvo cuando el motor trabajó en la velocidad mínima (74,07 % y 70,37 %, Cuadro 2). En cambio, cuando el motor diesel se trabajó con 1.500 RPM se sustituyeron cantidades menores de combustible diesel (64,96 % y 64,23).

Cuadro 2. Datos de consumo y sustitución de combustible por biogás en el motor diesel.

Combustible

Velocidades del motor

Posición de pieza

Cantidad inicial

Retorno

Cantidad final

Consumo

Tiempo

Sustit.

----RPM----

----------------mL------------------

-Horas-

-%-

Diesel

Mínimo

*

3.000

360

2.100

540

1

0,00

1.500

*

3.000

160

1.470

1.370

1

0,00

Diesel + biogás

Mínimo

**

3.000

440

2.420

140

1

74,07

1.500

**

3.000

420

2.100

480

1

64,96

Mínimo

***

3.000

390

2.450

310

1

70,37

1.500

***

3.000

370

2.140

490

1

64,23

* Sin uso de biogás
** Biogás directo: aire perpendicular
*** Aire directo: biogás perpendicular

El motor diesel de un vehículo la mayoría del tiempo trabaja a altas revoluciones (≥1500 RPM). En el experimento se utilizaron dos posiciones de ingreso de biogás al motor, de las cuales, según el Cuadro 2, la de mayor sustitución es la que tiene la entrada del biogás de forma directa al motor (64,96 %).


Conclusiones

En el funcionamiento de motores de gasolina de cuatro tiempos, el carburador funciona como conductor de la mezcla aire-biogás, pero a la vez permite la utilización exclusiva de cualquiera de los dos combustibles (gasolina o biogás), de acuerdo a la necesidad y disponibilidad.
En el caso de los motores diesel, el principio de adaptación al biogás, es similar al del motor de gasolina de cuatro tiempos, con la única diferencia de que en los motores diesel no es necesario encontrar una mezcla adecuada de biogás-aire, debido a que en estos motores se trabaja con una mezcla de diesel-biogás-aire. En la medida que aumenta el consumo de biogás, el consumo de la mezcla aire - diesel disminuye.

3 de Octubre de 2011
Raul Botero Botero

Que tal señor Raul, mi nombre es Jesús Andrade y soy alumno de la Universidad Autónoma Chapingo de la especialidad de Ingenieria Mecánica Agrícola, y estoy trabajando en un proyecto de la combercion de un motor de gasolina a biogas, y me gustaria saber hacerca de las conecciones de pvc que hicieron en su proyecto; tiene algo especial o solo son materiales que existen en el mercado, en especial me gustaria saber de la T.
0
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4 de Noviembre de 2011
hola amigos!!! soy nuevo en el foro... me interesa mucho esto de hacer funcionar un motor de gasolina a uno de biogas..

consulta... estos motores del ejemplo son estacionarios, me pregunto si se puede usar para adaptar una moto o una cuatrimoto, o tal ves un carro o combi?

que dicen se puede?

por favor a ver si alguien responde.. muchas gracias
0
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Roberto Casillas Limas Roberto Casillas Limas
Productor Lechero
10 de Febrero de 2012
un abrazo y felicitaciones m.v-z- botero son muy importantes sus investigaciones ya que contribuyen para salvar nuestro planeta y lograr una soberania alimentaria sustentable soy productor de bovinos doble proposito en el tropico seco ubicado en nueva apolonia municipio de cd. mante tamaulipas mexico,ademas tenemos una procesadora de lacteos pequeña donde se elabora queso fresco molido panela natural,queso asadero requezon y jocoque que son los productos lacteos que se consumen en nuestra region.estoy interesado en el manual para instalar biodigestores,para producir gas y abono organico para nuestras tierras de pastoreo y tambien iniciar la crianza de cerdos para aprovechar el suero de leche,una de mis preguntas serian que tan viable seria utilizar para la crianza de cerdos la leguminosa clitoria y la leucaena de las cuales ya tenemos sembrada en nuestro predio aprox.2 has de clitoria con 100 dias de edad y aprox. 60 cms. de altura sembrada al voleo en este predio se cuenta con riego x gravedad y la leucaena son 15 has sembradas en hileras con separacion de 1.60 mts. aprox.6-10 plantas por metro lineal tambien este predio cuenta con riego por gravedad.
leyendo su articulo sobre la crianza de cerdo queremos iniciar la siembra de 1 ha. de caña de azucar.
saludos espero su pronta respuesta
0
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Diego Paul Arequipa Iza Diego Paul Arequipa Iza
Estudiante
29 de Septiembre de 2012
Tengo una inquietud sobres este tema.....
Que es lo que sucede con los elementos por los que circula el biogás, causa algún deterioro prematuro en las partes del motor de combustión interna...
por favor...alguien que me de una respuesta....
gracias...
1
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Cristian Irias Cristian Irias
Ing. Industrial
3 de Abril de 2013
Buen dia

Primero quiero felicitarlo al doctor Botero por esta iniciativa de la utilizacion del biogas en los motores de combustion interna me interesa conocer un poquito mas de la utilizacion en los motores diesel con es el proceso del del biogas en este motor.
Saludos y exitos.
0
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Mario Andres Pereira Arenas Mario Andres Pereira Arenas
Ing. Electromecánico
21 de Mayo de 2013
quisiera informacion sobre el proseso
0
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Karen Niño Karen Niño
Estudiante
19 de Julio de 2013
buenas tardes:

me encuentro en la realización de un proyecto en el cual requiero alimentar un motor a biogás, quisiera saber en detalle como es el proceso o modificación de los diferentes motores según su combustible y cual de estos es el mas optimo en cuanto su funcionamiento.

además, si en Colombia o algún país latino Americano puedo conseguir ya plantas diseñadas para operar con biogás.

agradezco de su colaboración
Karen Niño
0
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jesus porras herera jesus porras herera
Estudiante
19 de Noviembre de 2015
buenas tarde señor Raul estoy realizando una investigación aserca de como adaptar un motor de gasolina para que pueda ocupar biogas apenas estoy en la base de esto osea busco información para tenerla como base me seria de mucha utilidad si me podría proporcional algunos titulo de libros o como puedo encontrar esta información para tenerla como apoyo.
saludos y gracias
0
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johan Ruidiaz johan Ruidiaz
Estudiante
4 de Diciembre de 2015
saludes amigos, mi pregunta es cual es el proceso para reducir el ph en el biol devido a q cuando se usa las excretas de cerdo, este e smuy alto para utilizarlo en sistemas de riegos directamnete, de ante mano gracias
0
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victor aguilar victor aguilar
Ing. Civil
2 de Diciembre de 2016
que tal buen dia
el dispositivo para la utlizacion de biogas en motores de 4 tiempos va conectado al filtro de aire, se puede conectar a la linea de la gasolina?
el uso del biogas causa un mayor deterioro en los motores que con el combustible normal
gracias
0
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