Cuantificación de carbono elemental e hidrocarburos aromáticos policíclicos presentes en las partículas emitidas por la combustión de diésel y biodiésel

Abstract

El objetivo principal de esta investigación fue realizar la caracterización de las emisiones producidas por la combustión de seis combustibles (diésel y cinco biodiésel) obtenidos de diferentes materias primas (aceites usados y grasa animal). Las mezclas de diésel y biodiésel se prepararon al 5% (B5), 10% (B10) y 20% (B20) de biodiésel con respecto al diésel. Adicionalmente, también se analizó B100 (100% biodiésel) para algunos biodiésel. Se quemó un 1 mL de cada mezcla para muestrear las partículas emitidas por la combustión, posteriormente se midió el tiempo de duración de la flama y se colectaron las emisiones en el filtro para determinar su masa por gravimetría. Los filtros utilizados fueron de cuarzo para el carbono elemental (EC) y de fibra de vidrio para partículas (PM2.5) e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), estos filtros fueron estabilizados y puestos a peso constante antes de utilizarse. Se determinó el carbono elemental por medio de un método termo-óptico utilizando el equipo CM150 Total Carbon Analyzer. Posteriormente se extrajeron los compuestos orgánicos de las PM mediante extracción asistida por ultrasonido y se determinaron los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM). Se observó que el uso de biodiésel disminuye las emisiones de PM, mientras mayor fue el porcentaje de biodiésel menores fueron las concentraciones. En el carbono total (TC), el porcentaje con respecto a las PM fue mayor al 50% en todas las mezclas, en donde el EC aporto del 80% al 90%. Se presentaron reducciones en las emisiones de HAPs con respecto al diésel solo en las mezclas B20, en cuanto a las emisiones de los HAPs cancerígenos el porcentaje de BaP osciló entre el 5% y el 12%, siendo las mezclas de B20 las que tuvieron el menor porcentaje de BaP y las mezclas de B10 las que presentaron un mayor porcentaje. Por lo que se concluyó que el uso de biodiésel en una fuente directa donde no están consideradas las condiciones de operación de un motor al utilizar las mezclas B20 las emisiones de PM, TC, EC y HAPs disminuyen.

The main objective of this research was to characterize the emissions produced by the combustion of six fuels (diesel and five biodiesel) obtained from different raw materials (used oils and animal fat). Diesel and biodiesel blends were prepared at 5% (B5), 10% (B10) and 20% (B20) of biodiesel with respect to diesel. Additionally, B100 (100% biodiesel) was also analyzed for some biodiesel. One mililiter of each mixture was burned to sample the particles emitted from the combustion, to subsequently measure the duration of the flame and collect the emissions in the filter and determine its mass by gravimetry. The filters used were quartz for elemental carbon (EC) and fiberglass for particles (PM2.5) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), which were stabilized and put to constant weight before being used. The organic compounds were extracted from the PM by means of ultrasound-assisted extraction and subsequently the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were determined by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). It was observed that the use of biodiesel decreases PM emissions, while the higher percentage of biodiesel was used, the lower the concentrations. The percentage of total carbon (TC) with respect to the PM was greater than 50% in all the mixtures, where the EC contributed 80% to 90%. There were reductions in the emissions of PAHs with respect to diesel only in the B20 blends, in the emissions PAH carcinogenic, the percentage of BaP ranged between 5% and 12%, being the B20 blends those that had the lower percentage of BaP and mixtures of B10 that presented a higher percentage. In conclusion, it was observed that the use of biodiesel with the B20 mixtures reduces the emissions of PM, TC, EC and PAHs.