Evaluación del comportamiento de un motor diésel modo encendido provocado con biogás enriquecido con CH4 e hidrógeno

Resumen

El uso de combustibles renovables provenientes de fuentes distintas a las fósiles toma importancia como alternativa a fuentes energéticas, en este caso el biogás. Sin embargo, motores exclusivos de uso de biogás tienen un alto costo económico, y poca disponibilidad comercial para bajas potencias, lo que hace difícil el aprovechamiento de dicho combustible sin la presencia del combustible diésel.  Por lo que en este trabajo un motor de encendido por compresión se modifica a modo encendido provocado, sin cambiar la relación de compresión con el fin de lograr eficiencias efectivas altas. En este trabajo se analiza el comportamiento mecánico y ambiental de un motor estacionario diésel de 1550 cm³, con una potencia nominal de 20 kW@3000 rpm, con una relación de compresión de 15.5:1, adaptado a encendido provocado. Para el desarrollo de las pruebas planteadas en este trabajo se tiene las siguientes condiciones, el motor gira a 1800 rpm a 4 kW que corresponde al 57% de la carga del motor, a una presión atmosférica de 0.852 bar que corresponde a la ciudad de Medellín, trabajando con mezclas de metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂) con el objetivo de simular la composición de un biogás común (60% CH₄ – 40% CO₂), y de biogás enriquecido (70% CH₄ – 30% CO₂ y 80% CH₄ – 20% CO₂), donde cada una de las mezclas fueron enriquecidas con adiciones de hidrógeno en porcentajes de 0%, 5%, 10% y 15% en volumen, la adición de hidrógeno presenta ventajas en la combustión ya que extiende los límites de inflamabilidad del biogás, además contribuye a la disminución de gases de efecto invernadero como el CO₂, y de contaminantes como CO e hidrocarburos sin quemar, sin embargo la adición de hidrógeno aumenta las emisiones de NO_x. Se encontró que la adición de 15% de hidrógeno mejora significativamente las propiedades de combustión cuando se hace uso de una mezcla combustible pobre, equivalente a un dosado relativo de 0.822, para el caso del biogás puro, mientras que para las mezclas de biogás con hidrógeno no se encontraron mejoras significativas en el comportamiento mecánico y ambiental del motor.