INNOVA Research Journal, ISSN 2477-9024  
Junio, 2017). Vol. 2, No.6 pp. 1-8  
(
DOI: https://doi.org/10.33890/innova.v2.n6.2017.176  
URL: http://revistas.uide.edu.ec/index.php/innova/index  
Correo: innova@uide.edu.ec  
Comparación de la producción de hollín con B5 a base de aceite de ricino con  
diésel fósil en motores de compresión  
Comparison of soot production with B5 based on castor oil with fossil diesel  
in compression engines  
Carlos Mafla Yépez  
Ignacio Benavides Cevallos  
Paúl Hernández Rueda  
Universidad Técnica del Norte, Ecuador  
Autor por Correspondencia: cnmafla@utn.edu.ec, ibbenavides@utn.edu.ec, ephernandez@utn.edu.ec  
Fecha de recepción: 22 de Febrero de 2017 - Fecha de aceptación: 5 de Junio de 2017  
Resumen: La presencia de hollín en el ambiente ha ido aumentando considerablemente en los últimos  
tiempos según la Organización Mundial de la Salud (OMG). Uno de los causantes de esta problemática  
son los motores diésel. El objetivo del presente estudio es evaluar la presencia de hollín en un motor a  
diésel utilizando biodiesel de Higuerilla y diésel fósil. Las pruebas se realizaron en un banco de motores  
diésel Mazda BT 50 con sistema CRDi. Para realizar las mediciones se utilizó el opacímetro de marca  
Braen Bee (modelo opa 100) del laboratorio de Ingeniería Automotriz de la Universidad Técnica del  
Norte (UTN). El opacímetro está conectado a una sonda que se coloca en el tubo de escape, la cual  
transporta los gases al equipo. La prueba consiste en someter al motor a varias aceleraciones como  
son 1200, 1500, 2000, 2500 y 3000 [RPM] con el biodiesel de Higuerilla y con el diésel fósil. Una vez  
completado todas las aceleraciones, se obtiene la diferencia de opacidad, que básicamente sirve para  
realizar un análisis comparativo de la opacidad mayor con la menor, resultando un promedio porcentual  
de opacidad, que es el que se debe regular según las normas establecidas. Se ha notado la reducción  
del 60% en la opacidad de motores diésel con el uso de biodiesel a partir de aceite de Higuerilla en  
relación al diésel fósil.  
Palabras claves: biodiesel; motor diésel; ricino; hollín  
Abstract: The presence of soot in the environment has been considerably increasing lately according  
to the World Health Organization (WHO). One the cause of this issue is due to the diesel engines. The  
study focuses on evaluating the presence of soot on a engine by using to fuels such as Higuerilla  
biodiesel and fossil diesel. The test was carried out on a diesel engine test bench Mazda BT 50 with  
CRDi system. In order to run the tests a Braid Bee opacimeter is used (model opa 100) from the  
Automotive Engineering Lab in Universidad Técnica del Norte. The opacimeter is connected to a  
probe, which is placed at the end of the car exhaust pipe. The test consists of testing the engine into be  
several accelerations such as 1200, 1500, 2000, 2500 and 3000 [RPM] using Higuerilla biodiesel and  
fossil diesel. Once all the accelerations are completed, the opacity difference is obtained which is used  
to make a comparative analysis from the highest to the lowest opacity, resulting as the average  
percentage of opacity, which is the one that should be followed according to the established norms. It  
was observed a 60% reduction in diesel engine opacity with the use of Higuerilla biodiesel in relation  
to fossil diesel.  
Key words: biodiesel; diesel engine; ricino; soot  
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Introducción  
El hollín, o carbono negro, es un material particulado que se origina en la combustión  
incompleta e ineficiente de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa; el cual se concentra  
en la atmósfera.  
El hollín es un componente del PM 2,5 capaz de impedir el paso de la luz y transformarla  
en calor, corroborando en el calentamiento climático; este material particulado puede mantenerse  
suspendido en la atmósfera por días o semanas (Forster, Ramaswamy, & Artaxo, 2009). Análisis  
recientes demuestran que la disminución del hollín podría ser la forma más rápida de atenuar el  
calentamiento global; en la actualidad los países en vías de desarrollo, como es el caso de nuestro  
país, son los principales contribuyentes en la generación de carbono negro; ya que las grandes  
potencias ya optaron años atrás por tecnologías de control para reducir significativamente sus  
emisiones.  
Como se mencionó anteriormente, el exceso de hollín se origina en combustiones  
incompletas e ineficientes; el parque automotor coadyuva con esta premisa, ya que en las quemas  
abiertas y en la combustión de biodiésel, la dispersión de otros aerosoles enfriantes que transmite  
la radiación del sol en dirección opuesta a la superficie de la tierra, como es el caso del carbono  
orgánico, es mayor, compensando parte de su efecto de calentamiento (Bond, 2004).  
Recientemente el hollín ha sido argumentado como el segundo agente de cambio  
climático más potente, con un equivalente a 55% del potencial imputado al bióxido de carbono  
(CO2). Los procesos para la disminución del carbono negro son poco costosos y se encuentran  
disponibles, lo que contribuirá con la reducción de las emisiones, además, se traduciría en  
beneficios no únicamente climáticos, sino también para la salud humana, la productividad  
agrícola y el ambiente. (Ramanathan & Carmichael, 2008).  
La presente investigación pretende afianzar la utilización de biodiésel a base de aceite de  
ricino en motores de ciclo diésel, analizando y comparando sus emisiones de hollín, con respecto  
al diésel de origen fósil, y así, contribuir a la conservación del ambiente.  
Producción de Biodiesel  
Actualmente, a diario se inventan nuevas máquinas y métodos para la elaboración de  
biocombustibles; los aceites extraídos de la biomasa poseen propiedades, en donde su densidad y  
viscosidad son fácilmente manipulables, siendo estos bastante idóneos para la producción de  
biodiésel (Aalam, G, & M, 2015).  
El biodiésel se origina debido a una reacción química, como es la transesterificación,  
donde el glicerol presente en los aceites es suplido por un alcohol, como es el metanol,  
generalmente empleado en la elaboración con aceites vegetales reciclados, y en mezclas con  
etanol en aceites nuevos; ante la presencia de un catalizador.  
Se puede utilizar como catalizador, hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio  
(NaOH), al utilizar KOH, la glicerina resultante del proceso es mucho menos tóxica que al  
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emplear NaOH, además el hidróxido de potasio se disuelve mucho mejor en metanol. Para que el  
proceso sea lo más eficiente posible los catalizadores deben tener una pureza de por lo menos  
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6% para el NaOH y alrededor de 92-85% en el KOH, este último bastante difícil de encontrar  
con una pureza superior (Saba, y otros, 2016).  
La transesterificación consiste en la reacción entre un triglicérido (compuesto por una  
molécula de glicerol esterificada por tres moléculas de ácidos grasos) contenido en el aceite de  
ricino y el alcohol (metanol o etanol), originando glicerina y ésteres derivados de los ácidos  
grasos; al utilizar metanol, el biodiésel estará compuesto por ésteres metílicos. El catalizador se  
disuelve en alcohol ligero (metanol), para luego ingresar al reactor, junto con el aceite crudo  
extraído del ricino, donde permanecerán a una temperatura mínima de 45°C y máxima de 55°C,  
a un régimen de 3000 rpm, alrededor de 3 horas, dando lugar al proceso de transesterificación,  
posteriormente se separará la glicerina, la cual pasará por un proceso de lavado, el cual radica en  
agregar el 26% de agua en volumen de aceite.  
Finalmente se realiza el proceso de evaporación del agua, a temperaturas de alrededor  
1
00 °C, para luego mezclarlo con diésel fósil en proporción B5 y emplearlo en motores de  
compresión. Al emplear biodiésel se logra reducir las emisiones de monóxido y dióxido de  
carbono presentes en la combustión, ya que una molécula de biodiésel contiene entre 12 y 18  
carbones, y, una molécula de diésel de origen fósil puede contener hasta 20 carbones (Amaris,  
2
015).  
Metodología  
En el proceso de análisis de opacidad de gases de escape se utilizó un banco de pruebas  
experimentales de motores diésel marca Kia Sorento año 2012 de 4 cilindros en línea, el cual  
tiene una potencia de 172 hp a un régimen de 3500 rpm, con sistema de inyección directa  
electrónica CRDi, manteniendo sus características estándar para la realización del proyecto.  
Una mezcla de biodiésel de ricino y diésel fósil fue utilizada en las pruebas en  
concentraciones de B5 (5% de biodiésel y 95% de diésel fósil). Se analizó su opacidad y se  
comparó con la opacidad al utilizar diésel fósil puro, utilizando para este fin el opacímetro  
graduado con la normativa vigente.  
Los procesos de pruebas se desarrollaron utilizando el mismo motor, tomando las  
precauciones de limpieza en el sistema de inyección al momento de realizar las diferentes  
pruebas y que las condiciones sean las mismas para obtener resultados óptimos.  
La unidad de medición de opacidad se da de una manera porcentual y determina el grado  
de opacidad de las emisiones de escape de una fuente móvil a diésel. El Instituto Ecuatoriano de  
Normalización en la norma técnica NTE INEN 2 202:2000, manifiesta que el límite máximo de  
opacidad de emisiones para fuentes móviles con motor de diésel en función de su año de  
fabricación es; a partir del año 2000 en adelante, del 50% de opacidad y los modelos anteriores al  
año 2000 es el 60% de opacidad (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2000).  
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El instrumento de medición de opacidad de los gases de escape utilizado fue el  
opacímetro marca Brain Bee, modelo Opa 100, cuyas características se encuentran anexas en la  
tabla 1. Para realizar las mediciones el motor llegó a la temperatura de 80°C, siendo la  
temperatura óptima de funcionamiento. Al alcanzar dicha condición se procede al  
precalentamiento del opacímetro que es una función automática con la que cuenta, seguido a esto  
se realiza una prueba para comprobar que la sonda no tenga fugas, la cual se denominada auto  
cero. Ya con estos requisitos y procedimientos cumplidos se introduce la sonda al tubo de escape  
y se realiza las pruebas a diferentes regímenes del motor.  
Tabla 1. Rangos de Opacidad  
Valor  
Tolerancia (+ -)  
Opacidad  
Opacidad  
Temp.Humo  
0-99.9%  
0-9.99 M-1  
20-400ºc  
1
0.1  
1
Fuente. (Globaltech, 2016)  
Los regímenes del motor para las pruebas fueron de 1200 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm,  
500 rpm y 3000 rpm; una vez obtenido los datos de opacidad en cada régimen, se calcula la  
2
diferencia de opacidad, la cual se fundamenta en la comparación de la unidad mayor con la  
menor, finalmente se computa el promedio para obtener el porcentaje de opacidad.  
Resultados  
La figura 1 indica el porcentaje de opacidad usando B5, el cual se incrementa, al elevar el  
régimen del motor, debido al aumento en el consumo de combustible, originando así una mayor  
producción de carbono negro.  
Basado en la norma NTE INEN 2 202:2000, que rige para este tipo de automotor, el  
límite de opacidad es del 60%, en base a los datos obtenidos se concluye que, con el uso de  
biodiesel de aceite de ricino se disminuye considerablemente la opacidad. Se realizaron 7  
pruebas a un régimen de 1200, 1500, 2000, 2500 y 3000 rpm, a una temperatura promedio del  
motor de 90ºC. Con la curva de tendencia así formada, se obtuvo la ecuación para calcular la  
opacidad según el régimen del motor, la cual, a 1000 rpm es de 0.7 y a 3500 rpm de 5,2.  
0
,000 8( rpm)  
OPA [0,3176e  
]
B5  
Ecuación 1. Opacidad B5.  
Donde:  
OPA: Opacidad  
B5: Mezcla biodiésel  
Rpm: Revoluciones por minuto del motor  
Calculando en el abanico de rpm comprendido entre 1200 y 3000 se obtiene 14% de  
margen de error, dando lugar a la siguiente curva:  
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Figura 1. Porcentaje de opacidad B5  
La figura 2 representa los valores de la opacidad en los mismos regímenes del motor,  
donde se empleó diésel fósil, en la cual se puede apreciar el aumento de la opacidad en rangos  
considerables.  
La línea de tendencia, así formada, es lineal, por lo tanto la opacidad es proporcional a los  
regímenes del motor ya preestablecidos, obteniendo la siguiente fórmula:  
OPA [0,001 8( rp m) 7,461 9]  
DF  
Ecuación 2. Opacidad diésel fósil  
Donde:  
DF: Diésel fósil.  
Rpm: Revoluciones por minute  
Aplicando la ecuación se puede conocer el porcentaje de opacidad en motores de las  
mismas condiciones en el cual se ejecutó el proyecto.  
Figura 2. Porcentaje de Opacidad Diésel Fósil  
Analizando la línea de tendencia resultante de ejecutar las pruebas con diésel fósil, se  
observa que, conforme aumenta el régimen del motor, se incrementa proporcionalmente el  
porcentaje de opacidad emitido, mientras que al usar B5, la formación de hollín disminuye,  
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evidenciando una amplia diferencia en el porcentaje de opacidad o cantidad de carbono negro  
emanado por el motor diésel empleado.  
De las gráficas resultantes, se puede considerar que al incrementar el régimen del motor  
en 500 rpm, usando diésel fósil, existe una adición del 9% de opacidad en cada ensayo realizado,  
mientras que con B5 la opacidad disminuye en un 92% a un régimen de 1000 rpm, y en un 72 %  
a 3000 revoluciones por minuto.  
Figura 3. Comparación del porcentaje de Opacidad B5 y diésel fósil.  
Conclusiones  
Con los datos obtenidos se corrobora que al usar B5 se disminuye en promedio de 82% la  
opacidad a un régimen entre 1000 y 3000 rpm, gracias al menor porcentaje de carbón en el  
biodiésel, a su mayor índice de cetano y lubricidad, lo que se traduce en menor desgaste en la  
bomba de inyección y en las toberas, aumentando la vida útil de los motores, mientras el  
consumo de combustible además de la auto-ignición, la potencia y el torque del motor  
permanecen inalterados.  
No es necesario realizar modificación alguna en los motores para poder emplear  
biocombustible, sobre todo en proporción B5, ya que este colabora a aumentar la vida útil del  
mismo. Se observó el trabajo de los inyectores los cuales no tuvieron ningún inconveniente en su  
funcionamiento.  
El margen de erros con el uso de B5 es del 14%, tomando en cuenta los porcentajes de  
opacidad este valor es mínimo, por lo cual es viable la utilización de esta ecuación para el  
cálculo de la opacidad en motores de las mismas características.  
El índice de correlación en la curva de B5 está cercana a 1 por lo cual es un dato positivo  
y viable para la aplicación de la ecuación. La ley obtenida para B5 se cumple con motores de las  
mismas características.  
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