El presente manual explica el efecto de mezclas de combustible convencional con mayor concentración de biocombustible en motores de combustión interna, que se recomienda deben ser aplicados en el parque automotor de nuestro país. Los parámetros de operación de un motor de combustión interna fueron medidos experimentalmente mediante un freno de corrientes parásitas y equipos auxiliares, incluyendo un scanner de control de funcionamiento termodinámico del motor. Se realizaron ensayos con mezclas de gasolina-alcohol carburante en un motor de ciclo Otto y mezclas de petróleo diésel-biodiésel en un motor de ciclo Diésel. Los resultados de la medición de los parámetros fueron analizados y se pudo determinar que un mayor porcentaje de biocombustible en las mezclas no genera un cambio significativo en los parámetros del motor de combustión interna. El texto comprende los fundamentos de los combustibles y biocombustibles, sus propiedades, la tecnología de los motores con combustibles alternativos y convencionales; así como su rendimiento, su seguridad energética y pruebas en un banco de motores a gasolina y petróleo.

Presentación 13
Capítulo 1. Fundamentos de combustibles, energías
y tecnología automotriz 15
1. Generalidades de combustibles 17
2. Combustibles convencionales 19
3. Combustibles alternativos 19
3.1 Biodiésel 19
3.2 Bioetanol 20
3.3 Gas natural 21
3.4 Gas licuado de petróleo 23
3.5 Electricidad 24
3.6 Dimetiléter 24
3.7 Hidrógeno 25
4. Combustibles emergentes 27
4.1 Biobutanol 27
4.2 Series pentano 27
4.3 Biometano 27
4.4 Combustibles sintéticos para transporte 29
5. Energía y potencia 30
5.1 Energía mecánica 30
5.2 Energía eléctrica 30
5.3 Energía térmica 31
5.4 Diferentes tipos de potencia 31
z
6. Tecnología automotriz 32
6.1 Generalidades de los motores de combustión
interna y combustibles 32
6.2 Principio de funcionamiento de un motor de
combustión interna 32
6.3 Consumo de combustible y consumo específico
de combustible 33
6.4 Cálculo de la eficiencia de los motores 34
Capítulo 2. Biocombustibles: clasificación, insumos
y producción 35
1. Biocombustibles e insumos de primera generación 37
1.1 Biodiésel 38
1.2 Bioetanol 39
1.3 Biogás 41
2. Producción de biocombustibles de primera generación 41
2.1 Biodiésel por transesterificación 42
2.2 Bioetanol 43
2.3 Biogás y transformaciones bioquímicas 44
3. Biocombustibles e insumos de segunda generación 47
3.1 Algas para la obtención de biodiésel y bioetanol 47
3.2 Biomasa lignocelulósica para obtener bioetanol 48
4. Producción de segunda generación de combustibles 49
4.1 Biodiésel a partir de especies no alimentarias 50
4.2 Bioetanol a partir de productos lignocelulósicos 50
4.3 Dimetiléter a partir del metanol y del gas de síntesis 51
4.4 Obtención del hidrógeno 51
4.5 Biocombustibles Fischer-Tropsch 51
5. Biorrefinación 52
Capítulo 3. Motores de vehículos con combustibles alternativos 55
1. Clasificación de los motores para automóviles 57
2. Motores según el ciclo termodinámico Otto 59
2.1 Partes principales del motor Otto 59
2.2 Funcionamiento del motor de cuatro tiempos 62
2.3 Parámetros de funcionamiento del motor de encendido
por chispa 64
9
2.4 Diagrama cerrado de los motores de encendido
por chispa 66
2.5 Diagrama abierto de los motores de encendido
por chispa 67
2.6 Detonación y octanaje en motores de encendido
por chispa 71
3. Motores según el ciclo termodinámico Diésel 75
3.1 Parámetros del motor Diésel 76
3.2 Diagrama cerrado del ciclo termodinámico Diésel 77
3.3 Diagrama abierto presión versus ángulo de rotación
del cigüeñal en los motores de petróleo 78
3.4 Sistema de inyección de petróleo 79
3.5 Turbocompresor e intercooler 80
4. Curvas características de los motores de combustión interna 81
4.1 Curva potencia efectiva versus presión de admisión
y temperatura de admisión 81
4.2 Curva potencia efectiva y torque versus velocidad
angular del cigüeñal 82
4.3 Curva eficiencia total versus relación de compresión,
presión de admisión y presión de escape 84
4.4 Comparación de las curvas características 85
Capítulo 4. Rendimiento y uso de combustibles en motores
de combustión interna 89
1. Combustibles convencionales y balance energético 91
2. Combustibles alternativos y electricidad 91
2.1 Rendimiento y uso del biodiésel 91
2.2 Rendimiento y uso del bioetanol 92
2.3 Rendimiento y uso del gas natural 93
2.4 Rendimiento y uso del gas licuado de petróleo 93
2.5 Rendimiento y uso de la electricidad 94
2.6 Rendimiento y uso del dimetiléter 95
2.7 Rendimiento y uso del hidrógeno 96
3. Utilización de biocombustibles en motores de vehículos
y máquinas industriales 97
3.1 Utilización de biodiésel en motores 97
3.2 Utilización de bioetanol en motores 98
3.3 Utilización de biogás en motores 101
z
3.4 Comparación de uso de mezclas gasolina-bioetanol y
diésel-biodiésel 103
4. Uso de biocombustibles en diversos tipos de motores 106
4.1 Biocombustibles en motores de aviones 106
4.2 Biocombustibles en motores de trenes y barcos 107
4.3 Biocombustibles en motores de transporte terrestre 107
4.4 Uso de biocombustibles en motores Diésel 109
4.5 Combustibles para mezclas con biodiésel 114
4.6 Biodiésel para uso en buses y camiones 115
4.7 Casos de uso militar de biocombustibles en barcos y aviones 116
4.8 Uso de biogás purificado en motores de combustión 117
Capítulo 5. Seguridad energética y aspectos ambientales 119
1. Seguridad energética y aspectos ambientales de los combustibles 121
1.1 Seguridad en combustibles convencionales 121
1.2 Seguridad en biocombustibles y en electricidad 122
2. Seguridad energética en general: información estadística 126
2.1 Producción de petróleo, gas natural y productos derivados 126
2.2 Reservas de petróleo y gas natural en el Perú 134
2.3 Exportación e importación de hidrocarburos y aditivos 142
2.4 Reservas, demanda y oferta de hidrocarburos en el Perú
y el mundo 143
3. Aspectos ambientales 146
3.1 Consumo de energía 146
3.2 Emisión de gases y partículas 148
3.3 Balance de energía eléctrica 151
Capítulo 6. Combinaciones de los combustibles investigados 155
1. Selección de combustibles comprendidos en la investigación 157
1.1 Mezclas de gasolina y alcohol carburante 158
1.2 Mezclas diésel-biodiésel 158
2. Mezclas de combustibles y biocombustibles a partir de
los combustibles base 163
2.1 Lineamientos de verificación de las mezclas de
combustibles ensayados 163
2.2 Contenido de alcohol carburante y otros componentes 163
ndice 11
3. Propiedades térmicas de los combustibles 165
3.1 Poder calorífico y densidad energético-volumétrica 165
3.2 Propiedades térmicas de los combustibles en general 166
4. Normalización comercial y técnica 174
4.1 Normalización para alcohol carburante
NTP 321.126 - 2011 174
4.2 Normalización para biodiésel NTP 321.125 - 2008 175
4.3 Normalización para gasolina NTP 321.102 - 2002 176
4.4 Normalización para diésel NTP 321.003 - 2005 176
4.5 Normalización para gas licuado de petróleo
NTP 321.116 - 2004 177
4.6 Normalización para diésel marino
NTP 321.139 - 2003 178
4.7 Normalización para motores de combustión interna.
Definiciones NTP 383.066 - 1989 (2012) 178
5. Seguridad en transporte y almacenamiento de combustibles 181
5.1 Seguridad y riesgos del diésel B5 S-50 181
5.2 Seguridad y riesgos del gasohol 95 plus* 185
Capítulo 7. Pruebas en el banco de motores de
combustión interna 191
1. Pruebas de potencia y torque en motores de encendido
por chispa 193
2. Pruebas de potencia y torque en motores de encendido
por compresión 195
3. Descripción de los equipos de ensayo 196
3.1 Freno dinamométrico de corrientes parásitas 197
3.2 Medidor del consumo de combustible 198
3.3 Tablero de control 198
3.4 Software de medición de parámetros 199
3.5 Medición del consumo de aire 200
3.6 Motor Ford a gasolina 200
3.7 Motor Volkswagen Diésel 202
4. Curvas de comportamiento con las diferentes
mezclas ensayadas 203
4.1 Curvas de mezclas G95 E7.8 207
4.2 Curvas de mezclas G95 E10 210
riz
4.3 Curvas de mezclas G95 E12 212
4.4 Curvas de mezclas DB2 215
4.5 Curvas de mezclas DB5 S-50 217
4.6 Curvas de mezclas DB10 S-50 219
4.7 Curvas de mezclas DB12 S-50 222
4.8 Ángulo de adelanto de chispa 225
5. Componentes tóxicos de los gases de escape 225
6. Conclusiones de los ensayos 228
7. Cuadros comparativos y conclusiones generales referidas
a las mezclas recomendadas. Razones para su uso en
el mercado nacional 229
7.1 Mezclas de combustibles disponibles actualmente
en el mercado y componentes base 229
7.2 Mezclas de combustibles de origen fósil y
biocombustibles, probadas en el banco de motores 230
7.3 Caracterización técnica y comercial 234
7.4 Información para la seguridad en transporte y
almacenamiento de combustibles 235
7.5 Relación combustible, seguridad energética y
servicio de motor 237
7.6 Producción de gases de efecto invernadero 238
7.7 Conclusiones generales 238
Referencias bibliográficas 241
Anexos 249
Anexo 1. Curvas características de los motores ensayados 251
Anexo 2. Simbología 265
Anexo 3. Propuesta de ensayo de laboratorio de motores
a gasolina y Diésel 268