Estudio de la utilización de aceites vegetales como combustible renovable alternativo en un quemador de emulsión convencional

Abstract

En la presente tesis se estudia el empleo de aceites vegetales (girasol, soja, colza, palma y coco) para comprobar su potencial uso como combustible renovable alternativo en la generación de calor. Para ello se caracterizan los aceites como combustibles en primer lugar, tanto física (viscosidad, densidad, y PCI), como químicamente, calculando la composición elemental y empleando la técnica 1HRMN para determinar el perfil de ácidos grasos. Posteriormente se ensaya en una instalación modificada para su empleo, tras seleccionar los parámetros de apertura de clapeta de humos y aire de refrigeración, que se mantendrán constantes en todo el estudio. Tras comprobar que los resultados de la combustión pueden considerarse que sigue una distribución Normal, se diseñan los experimentos que se realizan, en los que se variará para cada aceite, el grado de emulsión y el caudal de aire secundario. También se determinan las variables que se obtendrán de los análisis de humos y las que se calcularán para estudiar el comportamiento de los aceites. Se analizan los datos obtenidos, y un estudio con los ratios S/N para obtener las condiciones que otorgan resultados óptimos de funcionamiento para diferentes variables (máximo rendimiento y emisiones de CO2, y mínimo de emisiones de CO, NOx, y CxHy). También se estudia si el comportamiento de los cinco aceites es homogéneo, para lo que se realiza el análisis ANOVA, y una vez obtenido que no es homogéneo para CO, NOx, y CxHy, se ha empleado el método de comparaciones múltiples de Tukey, que demuestra que los aceites con mayor grado de insaturación (girasol, soja y colza) se comportan de forma diferente a los otros dos (menor grado de instaturación (palma) y saturado (coco)). Las conclusiones avalan el uso de los aceites vegetales como biolíquido (salvo el aceite de palma con las limitaciones de emisiones marcadas), con unos rendimientos buenos (70%) para girasol, soja, y colza; y algo menores para el coco (60%), limitado por las emisiones.

In this thesis we study the use of vegetable oils (sunflower, soya, rape, palm and coconut) to check their potential use as an alternative renewable fuel for heat generation. For this, oils are characterized as fuels in the first place, both physically (viscosity, density, and LCV), and chemically, calculating the elemental composition and using the 1HRMN technique to determine the fatty acid profile. Afterwards, it is tested in a purpose modified installation, after having selected the parameters of the opening of the flue gas and cooling air, which will remain constant throughout the study. After verifying that the combustion results can be considered that follow a Normal distribution, the matrix of experiment is designed, in which the emulsion degree and the secondary air flow rate will be varied for each oil. The variables that will be obtained from the flue gas analyzer, and those which will be calculated to study the behavior of the oils are also determined. The data obtained are analyzed, and a study with the S/N ratios is carried out to obtain the conditions that provide optimal operating results for the different variables (maximum yield and CO2 emissions, and minimum CO, NOx, and CxHy emissions). It is also studied if the behavior of the five oils is homogeneous, for which an ANOVA analysis is realized, and once obtained that it was not homogeneous for CO, NOx, and CxHy emissions, the Tukey method of multiple comparisons is carried out, which proves that oils with a higher degree of unsaturation (sunflower, soy and rapeseed) behave different than the other two (lower degree of installation (palm) and saturated (coconut)). The conclusions endorse the use of vegetable oils as bioliquids (except palm oil with marked emission limitations), with good yields (70%) for sunflower, soya , and rapeseed oil; and somewhat lower for coconut oil (60%), limited by emissions.