Motores de combustión interna (MCI) operando con mezclas de etanol gasolina: revisión

  • Alexander García Mariaca Fundación Universitaria Los Libertadores
  • Edwin Darío Cendales Ladino Fundación Universitaria Los Libertadores
  • Andrés Felipe Eslava Sarmiento Fundación Universitaria Los Libertadores
Palabras clave: etanol, MCI, emisiones, desempeño, combustión

Resumen

En este artículo se presenta una revisión bibliográfica acerca del uso de etanol como combustible en motores de combustión interna de encendido provocado (MCI-EP). Este empieza por una breve descripción de las diversas formas de producción y principales productores en el mundo de etanol, para posteriormente profundizar en el desempeño, combustión y las emisiones en MCIEP al operar con diferentes mezclas de etanol y gasolina convencional. Los resultados obtenidos por los diferentes autores de los parámetros de desempeño, combustión y emisiones, como potencia, torque, presión media efectiva al freno (BME), eficiencia térmica, tasa de liberación de calor, eficiencia de combustión, presión en la cámara de combustión y emisiones reguladas (NOx, THC, CO, CO2 y MP), muestran que el etanol es un excelente comburente para utilizarse en mezcla con gasolina, especialmente en relaciones superiores al 20 % en volumen (E20); debido a que se produce un mejor proceso de combustión causado por el aumento en la cantidad de oxígeno, y se logran así mejoras en los parámetros de desempeño y emisiones del MCI, tales como incrementos en la potencia y la eficiencia térmica y disminución de las emisiones de CO y THC. Sin embargo, se generan aumentos en algunas emisiones contaminantes, como el CO2 y los NOx causados por el exceso de oxígeno en la combustión y el incremento de la temperatura de los gases de escape.

Biografía del autor/a

Alexander García Mariaca, Fundación Universitaria Los Libertadores
Ingeniero Mecánico, Profesor de tiempo completo, Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia, Programa de Ingeniería Mecánica.
Edwin Darío Cendales Ladino, Fundación Universitaria Los Libertadores

Ingeniero Mecánico, M.Sc., Profesor de tiempo completo, Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia, Programa de Ingeniería Mecánica.

Andrés Felipe Eslava Sarmiento, Fundación Universitaria Los Libertadores
Ingeniero Mecánico, Profesor de tiempo completo, Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia, Programa de Ingeniería Mecánica.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Lenguajes:

es

Agencias de apoyo:

Fundación Universitaria Los Libertadores

Biografía del autor/a

Alexander García Mariaca, Fundación Universitaria Los Libertadores
Ingeniero Mecánico, Profesor de tiempo completo, Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia, Programa de Ingeniería Mecánica.
Edwin Darío Cendales Ladino, Fundación Universitaria Los Libertadores

Ingeniero Mecánico, M.Sc., Profesor de tiempo completo, Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia, Programa de Ingeniería Mecánica.

Andrés Felipe Eslava Sarmiento, Fundación Universitaria Los Libertadores
Ingeniero Mecánico, Profesor de tiempo completo, Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia, Programa de Ingeniería Mecánica.

Referencias bibliográficas

Agarwal, A. K. (2007). Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 33, pp. 233-271. http://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.2006.08.003

Sadeghinezhad, E., Kazi, S. N., Sadeghinejad, F., Badarudin, A., Mehrali, M., Sadri, R., Reza, M. (2014). A comprehensive literature review of biofuel performance in internal combustion engine and relevant costs involvement. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, pp. 29-44. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.09.022

García, C., Manzini, F., Islas, J. (2010). Air emissions scenarios from ethanol as a gasoline oxygenate in Mexico City Metropolitan Area. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, pp. 3032-3040. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2010.07.011

Manzetti, S., Andersen, O. (2015). A review of emission products from bioethanol and its blends with gasoline. Background for new guidelines for emission control. Fuel, 140, pp. 293-301. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.101

Yüksel, F., Yüksel, B. (2004). The use of ethanol–gasoline blend as a fuel in an SI engine. Renewable Energy, 29, pp. 1181-1191. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2003.11.012

Pourkhesalian, A., Shamekhi, A., Salimi, F. (2010). Alternative fuel and gasoline in an SI engine: A comparative study of performance and emissions characteristics. Fuel, 89, pp. 1056-1063. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2009.11.025

Al-Hasan, M. (2003). Effect of ethanol unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission. Energy Conversion and Management, 44, pp. 1547-1561. http://dx.doi.org/10.1016/S0196-8904(02)00166-8

Ozsezen, A., Canakci, M. (2011). Performance and combustion characteristics of alcoholegasoline blends at wide-open throttle. Energy, 36, pp. 2747-2752. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2011.02.014

Niven, R. (2005). Ethanol in gasoline: environmental impacts and sustainability review article. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9, pp. 535-555. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2004.06.003

Naik, S. N., Goud, V., Rout, P., Dalai, A. (2010). Production of first and second generation biofuels: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, pp. 578-597. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2009.10.003

Sánchez, C., Cardona O. (2007). Fuel ethanol production process design trends and integration opportunities. Bioresource Technology, 98, pp. 2415-2457. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2007.01.002

Mathewson, S. W. (1980). The Manual for the Home and Farm Production of Alcohol Fuel, Ten Speed Press.

Balat, M., Balat, H. (2009). Recent trends in global production and utilization of bio-ethanol fuel. Applied Energy, 86, pp. 2273-2282. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.03.015

Kumar, S., Singh, N., Prasad, R. (2010). Anhydrous ethanol: A renewable source of energy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, pp. 1830–1844. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2010.03.015

Surisetty, V., Dalai, A., Kozinski, J. (2011). Alcohols as alternative fuels: An overview. Applied Catalysis A: General, 1, pp. 1-11. http://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2011.07.021

Gray, K., Zhao, L., Emptage, M. (2006). Bioethanol. Biocatalysis and biotransformation, 10, pp. 141-146. http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpa.2006.02.035

Kumar, A., Jones, D. D., Hanna, M. A. (2009). Thermochemical biomass gasification: a review of the current status of the technology. Energies, 2(3), pp. 556-581. http://dx.doi.org/10.3390/en20300556

Winther, M., Møller, F., Jensen, T. (2012). Emission consequences of introducing bio ethanol as a fuel for gasoline cars. Atmospheric Environment, 55, pp. 144-153. http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.03.045

Fedebiocombustibles (2010). En: http://www.fedebiocombustibles.com/notaweb-id-923.htm.

Departamento Nacional de Planeación (2008). Lineamientos de politica para promover la produccion sostenible de biocombustibles en Colombia, Conpes 3510. Documento Conpes 3510, Bogotá.

Costa, R., Sodré, J. (2011). Compression ratio effects on an ethanol/gasoline fuelled engine performance. Applied Thermal Engineering, 31, pp. 278-283. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.09.007

Yücesu, H., Topgül, T., Cinar, C., Okur, M. (2006). Effect of ethanol–gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in different compression ratios. Applied Thermal Engineering, 26, pp. 2272–2278. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.03.006

Hsieh, W., Chen, R., Wu, T., Lin, T. (2002). Engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol-gasoline blended fuels. Atmospheric Environment, 36, pp. 403-410. http://dx.doi.org/10.1016/S1352-2310(01)00508-8

Celik, M. (2008). Experimental determination of suitable ethanol–gasoline blend rate at high compression ratio for gasoline engine. Applied Thermal Engineering, 28, pp. 396-404.http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.10.028

Eyidogan, M., Ozsezen, A., Canakci, M., Turkcan, A. (2010). Impact of alcohol-gasoline fuel blends on the performance and combustion characteristics of an SI engine. Fuel, 89, pp. 2713-2720. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2010.01.032

Costa, R., Sodré, J. (2010). Hydrous ethanol vs. gasoline-ethanol blend: Engine performance and emissions. Fuel, 89, pp. 287-293. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2009.06.017

Park, Ch., Choi, Y., Kim, Ch., Oh, S., Lim, G., Moriyoshi, Y. (2010). Performance and exhaust emission characteristics of a spark ignition engine using ethanol and ethanol-reformed gas. Fuel, pp. 2118-2125. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2010.03.018

Zhuang, Y., Hong, G. (2013). Primary investigation to leveraging effect of using ethanol fuel on reducing gasoline fuel consumption. Fuel, pp. 425-431. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2012.09.013

Balki, M., Sayin, C., Canakci, M. (2014). The effect of different alcohol fuels on the performance, emission and combustion characteristics of a gasoline engine. Fuel, 115, pp. 901-906. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2012.09.020

Topgül, T., Yücesu, H., Cinar, C., Koca A. (2006). The effects of ethanol–unleaded gasoline blends and ignition timing on engine performance and exhaust emissions. Renewable Energy, 31, pp. 2534-2542. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2006.01.004

Wu, Ch., Chen, R., Pu, J., Lin, T. (2004). The influence of air–fuel ratio on engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol–gasolineblended fuels. Atmospheric Environment, 38, pp. 7093-7100. http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.01.058

Zhang, Z., Wang, T., Jia, M., Wei, Q., Meng, X., Shu, G. (2014). Combustion and particle number emissions of a direct injection spark ignition engine operating on ethanol/gasoline and n-butanol/gasoline blends with exhaust gas recirculation. Fuel, 130, pp. 177-188. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2014.04.052

Schifter, I., Díaz, L., Gómez, J. P., González, U. (2013). Combustion characterization in a single cylinder engine with mid-levels hydrated ethanol-gasoline blended fuels. Fuel, 103, pp. 292-298. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2012.06.002

Turner, D., Xu, H., Cracknell, R., Natarajan, V., Chen, X. (2011). Combustion performance of bio-ethanol at various blend ratios in a gasoline direct injection engine. Fuel, 90, pp. 1999-2006. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2010.12.025

Wua, X., Daniel, R., Tian, G., Xu, H., Huang, Z., Richardson, D. (2011). Dual-injection: The flexible, bi-fuel concept for sparkignition engines fuelled with various gasoline and biofuel blends. Applied Energy, 88, pp. 2305-2314. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.01.025

Hakan, B. (2005). Experimental and theoretical investigation of using gasoline-ethanol blends in spark-ignition engines. Renewable Energy, 30, pp. 1733-1747. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2005.01.006

Kumar, J., Trivedi, D., Mahara, P., Butola, R. (2013). Performance Study of Ethanol Blended Gasoline Fuel in Spark Ignition Engine. Journal of Mechanical and Civil Engineering, 7(3), pp. 71-78. http://dx.doi.org/10.9790/1684-0737178

Canakci, M., Ozsezen, A., Alptekin, E., Eyidogan, M. (2013). Impact of alcoholegasoline fuel blends on the exhaust emission of an SI engine. Renewable Energy, 52, pp. 111-117. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.09.062

Heywood, J. (1988). Internal Combustion Engines Fundamentals, McGraw-Hill, pp. 497.

Schifter, I., Díaz, L., Rodríguez, R., Gómez, J. P., González, U. (2011). Combustion and emissions behavior for ethanol–gasoline blends in a single cylinder engine. Fuel, 90, pp. 3586-3592. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2011.01.034

Costagliola, M. A., De Simio, L., Iannaccone, S., Prati, M. V. (2013). Combustion efficiency and engine out emissions of a S.I. engine fueled with alcohol/gasoline blends. Applied Energy, 111, pp. 1162-1171. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.09.042

Chen, L., Stone, R., Richardson, D. (2012). A study of mixture preparation and PM emissions using a direct injection engine fuelled with stoichiometric gasoline/ethanol blends. Fuel, 96, pp. 120-130. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2011.12.070

He, B., Wang, J., Hao, J., Yan, X., Xiao, J. (2003). A study on emission characteristics of an EFI engine with ethanol blended gasoline fuels. Atmospheric Environment, 37, pp. 949-957. http://dx.doi.org/10.1016/S1352-2310(02)00973-1

Gravalos, I., Moshou, D., Gialamas, T., Xyradakis, P., Kateris, D., Tsiropoulos, Z. (2013). Emissions characteristics of spark ignition engine operating on lowerehigher molecular mass alcohol blended gasoline fuels. Renewable Energy, 50, pp. 27-32. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.06.033

Graham, L., Belisle, S., Baas, C. (2008). Emissions from light duty gasoline vehicles operating on low blend ethanol gasoline and E85. Atmospheric Environment, 42, pp. 4498-4516. http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.01.061

Tavares, R., Sthel, M. S., Campos, L. S., Rocha, M. V., Lima, G. R., da Silva, M. G., Vargas H. (2011). Evaluation of Pollutant Gases Emitted by Ethanol and Gasoline Powered Vehicles. Procedia Environmental Sciences, 4, pp. 51-60. http://dx.doi.org/10.1016/j.proenv.2011.03.007

Ghazikhani, M., Hatami, M., Safari, B., Ganji, D. (2014). Experimental investigation of exhaust temperature and delivery ratio effect on emissions and performance of agasoline–ethanol twostroke engine. Case Studies in Thermal Engineering, 2, pp. 82-90. http://dx.doi.org/10.1016/j.csite.2014.01.001

Karavalakis, G., Durbin, T., Shrivastava, M., Zheng, Z., Villela, M., Jung, H. (2012). Impacts of ethanol fuel level on emissions of regulated and unregulated pollutants from a fleet of gasoline lightduty vehicles. Fuel, 93, pp. 549-558. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2011.09.021

Poulopoulos, S. G., Samaras, D. P., Philippopoulos, C. J. (2001). Regulated and unregulated emissions from an internal combustion engine operating on ethanol-containing fuels. Atmospheric Environment, 35, pp. 4399-4406. http://dx.doi.org/10.1016/S1352-2310(01)00248-5

Lee, H., Myung, Ch., Park, S. (2009). Time-resolved particle emission and size distribution characteristics during dynamic engine operation conditions with ethanol-blended fuels. Fuel, 88, pp. 1680-1686. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2009.03.007

Turns, S. R. (2000). An introduction to combustion: Concepts and applications, Mc Graw Hill.

Esarte, C., Abián, M., Millera, Á., Bilba, R., Alzueta, M. U. (2012). Gas and soot products formed in the pyrolysis of acetylene mixed with methanol, ethanol, isopropanol or n-butanol. Energy, 43, pp. 37-46. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2011.11.027

Cómo citar
García Mariaca, A., Cendales Ladino, E. D., & Eslava Sarmiento, A. F. (2016). Motores de combustión interna (MCI) operando con mezclas de etanol gasolina: revisión. Ciencia E Ingeniería Neogranadina, 26(1), 75–96. https://doi.org/10.18359/rcin.1626
Publicado
2016-04-30
Sección
Artículos

Métricas

QR Code