USMP Materiales de Ingeniera

Prof.: Ing. Arnaldo Falcn

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ABSTRACT

Biofuels are fuels of biological origin obtained from renewable way from organic waste. Usually come from organic wastes of sugar, wheat, maize and oilseeds.Biofuels are gaining increased public and scientific attention, driven by factors such asoil price spikesand the need for increasedenergy security.

In order to be considered a biofuel the fuel must contain over 80 percent renewable materials. It is originally derived from the photosynthesis process and can therefore often be referred to as a solar energy source. There are many pros and cons to using biofuels as an energy source. KEYWORDS

Biodiesel, biogas, bioetanol, biomasa vegetal, bioaceites, biohidrocarburos, biotecnolgicos, combustibles fsiles.INTRODUCCION

Se entiende por biocombustible a aquellos combustibles que se obtienen de biomasa, es decir, de organismos recientemente vivos (como plantas) o sus desechos metablicos (como estircol).

Recientemente ha surgido un gran inters por los biocombustibles, principalmente debido a que gobiernos pretenden disminuir su dependencia de los combustibles fsiles y as lograr mayor seguridad energtica. Adems, se mencionan diversas ventajas de los biocombustibles con respecto a otras energas, como la menor contaminacin ambiental, la sustentabilidad de los mismos y las oportunidades para sectores rurales.Los biocombustibles pueden reemplazar parcialmente a los combustibles fsiles. En comparacin con otras energas alternativas, como la proporcionada por el hidrgeno, el reemplazo de los combustibles fsiles por biocombustibles en el sector de transporte carretero puede ser realizado con menores costos, debido a que no requieren grandes cambios en la tecnologa actualmente utilizada, ni tampoco en el sistema de distribucin. Utilizar otro tipo de energa, como la obtenida a travs del hidrgeno, que se basa en una tecnologa totalmente distinta, requerira grandes cambios en el stock de capital. Esto no implica que se deban descartar nuevas fuentes de energa, sino que los biocombustibles sern los que tendrn ms crecimiento en el corto plazo.

Tanto los combustibles fsiles como los biocombustibles, tienen origen biolgico. Toda sustancia susceptible de ser oxidada puede otorgar energa. El petrleo es energa proveniente de fotosntesis realizada hace millones de aos concentrada. Al provenir de plantas de hace millones de aos, su cantidad es limitada. En el caso de los biocombustibles, la sustancia a ser quemada proviene de fotosntesis reciente, por eso se afirma que la utilizacin de biocombustibles no tiene impacto neto en la cantidad de dixido de carbono que hay en la atmsfera. Algunos la consideran energa renovable en el sentido que el ciclo de plantacin y cosecha se podra repetir indefinidamente, teniendo en cuenta que no se agoten los suelos ni se contaminen los campos de cultivo.RESEA HISTORICA

A inicios del siglo pasado la comercializacin del etanol tuvo varios intentos fallidos, por causa de los bajos precios del petrleo, los altos precios del maz, el costo que implicaba el transporte y almacenamiento del Etanol, las guerras mundiales y otros factores que influyeron en su desarrollo. El primer motor diseado para usar aceites vegetales como combustible fue el motor diesel fabricado por Rudolf Diesel, hace ms de cien aos. En 1908, Henry Ford pensaba usar como combustible el etanol en su automvil Model T. La Standard Oil Company de 1920 a 1924, comercializ en Estados Unidos una mezcla de 25% de etanol en la gasolina. Posteriormente, Ford y expertos, ambicionaron recuperar la comercializacin del etanol, construyendo una planta para su produccin. Pero no todo fue fracaso, los pases empezaron a tener crisis con el combustible fsil, debido al incremento en los costos por las altas demandas y conflictos de los pases donde se extrae. En octubre de 1973, se gener la escasez de petrleo y puso en peligro el suministro de este. Brasil fue uno de los primeros pases en reaccionar con el proyecto Proalcohol, cuya meta era la sustitucin total de los combustibles de origen fsil por medio del etanol proveniente de la caa de azcar. A finales de 1979, se inici en EUA la mezcla de gasolina y etanol con el fin de reducir el octanaje y el porcentaje de combustible fsil. De igual forma, en 1985 Europa planeaba sustituir el 25% del combustible fsil por Etanol, propuesta que no tubo acogida debido a problemas de costo y rentabilidad. A pesar de esto, en Europa existen hoy en da propuestas para fomentar el uso de etanol y biodiesel, donde su meta es alcanzar el 15% del consumo de combustible.

DEFINICION

El biocombustible es el trmino con el cual se denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa (organismos recientemente vivos o sus desechos metablicos, tales como el estircol de la vaca).

Desde una perspectiva etimolgica, seran los combustibles de origen biolgico, pero esta definicin incluira el petrleo, ya que este procede de restos fsiles que existen desde hace millones de aos. Una mejor definicin sera que son los combustibles de origen biolgico obtenidos de manera renovable a partir de restos orgnicos. Los biocombustibles constituyen la primera fuente de energa que conoci la humanidad. Es importante destacar que los biocombustibles son una alternativa ms en vistas a buscar fuentes de energas sustitutivas, que sirvan de transicin hacia una nueva tecnologa (ej. Hidrgeno).

Los biocombustibles que ms se utilizan son el bioetanol y el biodiesel.

TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLESLos Biocombustibles se clasifican en:

Biodiesel

Es el combustible renovable que tiene el mayor potencial de desarrollo en todo el mundo. Se puede usar puro o mezclado con gasoil en cualquier proporcin, en cualquier motor diesel. De hecho, en el ao 1900, Rudolf Diesel utiliz aceite de man en el primer motor diesel. El biodiesel se obtiene a partir de aceites vegetales y/o grasas animales ej. colza, girasol, palma, soja, sebo, etc.-, permitiendo al campo y la industria aceitera otra posibilidad de comercializacin y de diversificacin de la produccin. Alemania es el principal productor de Biodiesel (65% de la produccin mundial), seguido por Francia (17%), y los Estados Unidos (10%).BioetanolTambin llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maz, sorgo, caa de azcar o remolacha. Brasil es el principal productor de Bioetanol (45% de la produccin mundial), Estados Unidos representa el 44%, China el 6%, La Unin Europea el 3%, India el 1% y otros pases el restante 1%. El ejemplo ms visible de cmo este biocombustible puede llegar a ser ms que rentable para nuestra maltratada naturaleza, lo encontramos en Brasil donde, desde hace muchos aos, se produce etanol a gran escala a partir de melazas de caa de azcar o pulpa de mandioca. Este biocombustible se mezcla al 20% con la gasolina que utilizan los automviles, lo que supone un considerable ahorro en la factura de petrleo, adems de una verdadera buena noticia para el medio ambiente, al ser ste un combustible que no emite residuos contaminantes a la atmsfera.

BiogasEs un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos especficos, por las reacciones de biodegradacin de la materia orgnica, mediante la accin de microorganismos. Este gas se puede utilizar para producir energa elctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustin a gas, debidamente adaptados para tal efecto.El biogs se obtiene al descomponerse la materia orgnica debido a la accin de cuatro tipos de bacterias, en ausencia de oxgeno: a. Las hidrolticas, que producen cido actico, compuestos monocarbonados, cidos grasos orgnicos y otros compuestos policarbonados.b. Las acetognicas, productoras de hidrgeno.c. Las homoacetognicas, que pueden convertir una cantidad considerable de compuestos carbonados en cido actico.d. Las metanognicas, productoras del gas metano, principal componente del biogs, con una proporcin de 40 a 70 % de metano (CH4).

OBTENCION DE BIOCOMBUSTIBLES

Segn la naturaleza de la biomasa y el tipo de combustible deseado, se pueden utilizar diferentes mtodos para obtener biocombustibles: procesos mecnicos (astillado, trituracin, compactacin), termoqumicos (combustin, pirolisis y gasificacin), biotecnolgicos (micro bacterianos o enzimticos) y extractivos. En la siguiente tabla se presenta una sntesis de estos principales procesos de transformacin y de los biocombustibles derivados, as como las aplicaciones ms frecuentes en cada uno de ellos. Cada uno de estos procesos se inicia con la biomasa vegetal que se forma a partir del proceso de fotosntesis, con el aporte de la energa solar que captan y transforman estos organismos.Proceso de obtencin de biocombustibles

- MecnicosTermoqumicos

TcnicasAstilladoTrituracinCompactacinPirolisisGasificacin

ProductosLeasAstillasBriquetasAserrnCarbn

AceitesGas de gasgeno

Aplicacio-nesCalefaccinElectricidadCalefaccinElectricidadTransporteIndustria qumicaCalefaccinElectricidadTransporteIndustria qumica

Proceso de obtencin de biocombustibles

-BiotecnolgicosExtractivos

TcnicasFermentacinDigestin anaerobiaExtraccin fsico qumica

ProductosEtanolVariosBiogsCo2, CH4AceitessteresHidrocarburos

AplicacionesTransporteIndustria qumicaCalefac-cinElectri-cidadTransporteIndustria qumica

Cada tcnica depende del tipo de biomasa disponible. Si se trata de un material seco puede convertirse en calor directo mediante combustin, el cual producir vapor para generar energa elctrica. Si contiene agua, se puede realizar la digestin anaerbica que lo convertir en metano y otros gases, o fermentar para producir alcohol, o convertir en hidrocarburo por reduccin qumica. Si se aplican mtodos termoqumicos es posible extraer metanol, aceites, gases, etc. El mtodo de la digestin por el cual se obtiene biogs es el ms empleado.

APLICACIONES

Formas de Utilizacin de los BiocombustiblesLas principales formas de utilizacin de los biocombustibles son:

Combustin para producir calor aplicable a la calefaccin urbana, a procesos industriales o a la generacin de la electricidad.

Carburacin en motores trmicos, tanto de explosin como de combustin interna.

Biocombustibles gaseosos para su uso en turbinas de gas para producir electricidad.

Produccin de ElectricidadMediante alternadores acoplados a motores accionados por biocombustibles lquidos, biogs o gas de gasgeno. Utilizable en general para potencias inferiores a 1 MW.

Mediante centrales trmicas de combustin que utilicen biocombustibles slidos para producir vapor y para mover una turbina acoplada a un alternador. Utilizables para potencias entre 1 y 100 MW.

Mediante plantas de gasificacin de la biomasa, cuyo gas puede generar electricidad mediante un proceso de ciclo combinado de turbina de gas y produccin de vapor. Utilizable para instalaciones entre 1 y 40 MW.

Transporte y Motores Mviles

Pueden ser utilizados en los motores convencionales sin cambios de consideracin, ya que solamente, y debido a su poder diluyente, solo requieren el reemplazo de las mangueras de conduccin del combustible por elementos no fabricados sobre la base de caucho o espuma de poliuretano.

Bioetanol sustitutivo de la gasolina, obtenido a partir de biomasa producida en cultivos especficos para este objetivo (alcolignicos).

Gas de Cocina

Biogs obtenido por el proceso de digestin anaerbica de aguas residuales.

Gas de gasgeno obtenido a partir de biomasa lignocelulsica.Calefaccin

Combustin de biomasa lignocelulsica, ya sea en viviendas o en distritos residenciales.

Actividades que Utilicen Motores Estticos no Elctricos

Algunas actividades que se desarrollan en pleno campo lejos de las lneas de corriente elctrica como, por ejemplo, el caso de las serreras en pleno monto o de bombas de sacar agua para el riego, pueden desarrollarse con motores de explosin o de combustin y tener alimentacin por gas de gasgeno o por biocombustibles lquidos.

CONSECUENCIASConsecuencias Sobre el Medio Ambiente

Pese a que en su origen slo se utilizaron los restos de otras actividades agrcolas para producir biocombustibles, con su generalizacin y fomento en occidente, muchos pases subdesarrollados del sureste asitico estn destruyendo sus selvas para crear plantaciones para biocombustibles.

Los biocombustibles realmente siguen emitiendo CO2 por la combustin del propio biocombustible, por lo que siguen afectando al calentamiento global. Una de los factores a tener en cuenta es que las reservas de petrleo se acabaran segn expertos en 50 aos y con ellas acabaran las emisiones de CO2, pero al utilizar el biocombustible como reemplazo del petrleo se seguir emitiendo CO2 a la atmosfera indefinidamente, aunque se podra discutir que mientras est en la atmsfera, acta como gas invernadero.

Algunos procesos de produccin de biocombustible producen muchas menos emisiones que otros; por ejemplo, el cultivo de la caa de azcar requiere el uso de menos fertilizantes que el cultivo del maz. Sin embargo, aplicando las tcnicas agrcolas y las estrategias de procesamiento apropiadas, los biocombustibles pueden ofrecer ahorros en las emisiones de al menos el 50% comparando con combustibles fsiles como el gasleo o la gasolina. Consecuencia para el Sector Alimentario

Al comenzar a utilizarse suelo agrario para el cultivo directo de biocombustibles, en lugar de aprovechar exclusivamente los restos de otros cultivos, se ha comenzado a producir un efecto de competencia entre la produccin de comida y la de biocombustibles, resultando en el aumento del precio de la primera.

VENTAJAS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES

Generales

Estimulante para el desarrollo agrcola.

Nueva fuente energtica renovable.

Mejor calidad al medio ambiente en su uso.

Particulares

Biodiesel

Punto de inflamacin superior al diesel asegurando una mayor seguridad.

Aumento de octano en el combustible, pero a ms bajo costo.

Bioetanol

Mayor lubricacin en los motores.

Mejor combustin en el motor.Biogas

Permite disminuir la tala de los bosques al no ser necesario el uso de la lea para cocinar. Presenta diversidad de usos: alumbrado, coccin de alimentos, produccin de energa elctrica, transporte automotor y otros. Produce biofertilizante rico en nitrgeno, fsforo y potasio. Elimina los desechos orgnicos, por ejemplo, la excreta animal, contaminante del medio ambiente y fuente de enfermedades para el hombre y los animales.

DESVENTAJAS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES

El rendimiento no es semejante como en otros combustibles. Su falta de "propaganda" hace que no tenga una demanda tan alta como la esperada. A temperaturas menores a 0C no permite arrancar.

Menor poder calorfico que el diesel. Muy voltil, por lo que ocurren prdidas por evaporacin. La energa necesaria para obtener el bioetanol resulta mayor a la que este biocombustible da.BENEFICIOS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES

a. El uso de biocombustibles como fuente de energa renovable puede contribuir a reducir el consumo de combustibles fsiles, responsables de la generacin de emisiones de gases efecto invernadero. b. Son una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energas fsiles, como el gas y el petrleo, donde ya se observa incremento en sus precios.c. Se producen a partir de cultivos agrcolas, que son fuentes renovables de energa. d. Pueden obtenerse a partir de cultivos propios de una regin, permitiendo la produccin local del biocombustible. e. Permiten disponer de combustible independientemente de las polticas de importacin y fluctuaciones en el precio del petrleo. f. Producen mucho menos emisiones nocivas para los seres vivos, el agua y el aire. EMPLEO AGRICOLAEl desarrollo de proyectos de biocombustibles con los distintos cultivos, fuente de materia prima, garantiza el mejoramiento del bienestar de los pobladores rurales, especialmente en las regiones que sufren mayor pobreza. Adicionalmente, este tipo de cultivos es apto para sustituir los cultivos ilcitos, con lo cual fomentamos la ocupacin pacfica de nuestro territorio rural.

Las357.047 hectreas sembradas hoy en nuestro pas con la palma de aceite, garantizan empleo a 96.402 personas, pero si sembrramos 100% del rea potencial garantizaramos 883.787 empleos.

Empleo Actual y Potencial en Palma de AceiteZonarea sembrada (ha) 2008 rea potencial (ha)Empleos actualesEmpleos 20% rea potencialEmpleos 50% rea potencialEmpleos 100% rea potencial

Central91.234693.10324.63337.42893.569187.138

Norte111.744579.49330.17131.29378.232156.463

Occidental32.60566.8658.8033.6119.02718.054

Oriental121.4641.933.82132.795104.426261.066522.132

Total357.0473.273.28296.402176.758441.894883.787

El cultivo de la caa, que ocupa actualmente 449.480 hectreas en todo el pas (con destino a la produccin de azcar, panela y etanol) genera 336.310 empleos. Sin embargo, si utilizaramos el 20% del rea potencial para este cultivo tendramos 140.336 empleos nuevos y con el 100% de rea potencial sembrada en caa garantizaramos 701.680 nuevos empleos. Empleo Actual Y Potencial En Caa

Usorea sembrada (ha) 2008Empleos actualesrea Potencial (ha)Empleos adicionales 20%rea potencialEmpleos adicionales 100% rea potencial

Panela243.82287.506

Azcar174.2641.275

Etanol31.407.5293.898.22140.34701.68

Total449.48336.313.898.22140.34701.68

SOSTENIBILIDAD ENERGETICA

De acuerdo a los estudios de la UPME el consumo de combustibles en Colombia muestra una fuerte dieselizacin.

As mismo, nuestras reservas de petrleo estn disminuyendo, por lo que el menor consumo de combustibles fsiles, gracias al uso de biocombustibles contribuir al fortalecimiento de las reservas de petrleo.

BENEFICIOS AMBIENTALESLos biocombustibles son biodegradables, el 85% se degrada en aproximadamente 28 das.El etanol es un componente libre de compuestos aromticos, de benceno y azufre, por lo tanto la mezcla produce menos humo (partculas) y genera menores emisiones. Al utilizar una mezcla del 10% de etanol se produce una reduccin de emisiones de CO entre 22 y 50% en vehculos de carburador, as como una disminucin de hidrocarburos totales ente 20 y 24%.El biodiesel es biodegradable, no txico y libre de azufre y compuestos aromticos, sin importar el origen de aceite utilizado en su produccin, reduce la emisin del holln en 40-60% y de monxido de carbono entre 10 y 50%.CONCLUSIONES

Los biocombustibles son aquellos combustibles que se obtienen de biomasa, es decir, de organismos recientemente vivos (como plantas) o sus desechos metablicos (como estircol), pueden reemplazar parcialmente a los combustibles fsiles. Los biocombustibles se obtiene por tcnicas como: la fermentacin, astillado, trituracin, etc. Las aplicaciones de los biocombustibles son diversas tanto como para la produccin de electricidad, transporte y motores mviles, gas de cocina, calefaccin y actividades que utilicen motores estticos no elctricos. Los biocombustibles, nos permiten pensar en una buena alternativa frente a la cercana extincin de los combustibles fsiles convencionales. Los biocombustibles lquidos proporcionan actualmente aproximadamente la energa equivalente a 20 millones de toneladas de petrleo (lo que equivale al 1% del combustible utilizado mundialmente para transporte por carretera) Los biocombustibles que ms se utilizan son el etanol y el biodiesel. El etanol puede ser utilizado en motores que utilizan nafta, mientras que el biodiesel puede ser utilizado en motores que utilizan gasoil. El sector de biocombustibles est creciendo aceleradamente. Por tratarse las cuestiones energticas y alimentarias de suma importancia para la poblacin mundial, es necesario prestar gran atencin a la rpida expansin del sector de biocombustibles, teniendo en cuenta no solo los beneficios, sino tambin las posibles consecuencias negativas de la expansin del sector. Se puede decir que los biocombustibles, producen un desequilibrio econmico por la necesidad de ciertos productos para la fabricacin de estos.

RECOMENDACIONES La utilizacin de los biocombustibles en cierta medida es buena para el cuidado del medio ambiente evitando las emisiones de CO2, siempre que la utilizacin de dicho combustible no perjudique al medio ambiente y a la poblacin con el alza de alimentos. El desarrollo de los biocombustibles en el pas plantea una alternativa viable en el largo plazo para disminuir la fuerte concentracin de la matriz energtica y la elevada dependencia de las fuentes energticas importadas. En la actualidad el desarrollo de este tipo de combustibles se encuentra en sus etapas iniciales, tanto desde el punto de vista productivo como en sus aspectos ms vinculados al fomento y regulacin de estas actividades. Por estas razones, las perspectivas de desarrollo de los biocombustibles en el mediano y largo plazo muestran un cierto grado de incertidumbre, con algunos factores que parecen contribuir positivamente y algunas limitaciones a tener en cuenta.AGRADECIMIENTOEn primer lugar agradecer a nuestros padres por ayudarnos y apoyarnos en nuestra labor estudiantil y ser un buen ejemplo para nosotros. Y tambin agradecer a nuestro profesor el Ingeniero Arnaldo Falcn Soto por darnos la oportunidad de investigar el tema de Biocombustibles y gracias a lo mencionado tener un conocimiento ms.

BIBLIOGRAFIA http://193.146.36.56/aulaempresa/trabajos/TRABAJOS%202006/Iria%20Regueiro,%20Teresa%20Otero,%20Den%C3%ADs%20L%C3%B3pez/Biodiesel.pdf

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http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_58.asp?cuaderno=58 http://biocombustibles094b.blogspot.com/

BIOCOMBUSTIBLES Cruces Ortega, Omar Joel

Cuyos Torres, Zarina Stefani

De la Cruz Masas, Alexander Rmulo