REVISIÓN

Uso del biodiesel en motores de combustión interna destinados a actividades ganaderas

Ing. Saray Díaz-Barrios^{2  *}  , MSc. Osney G. Pérez-Acosta² 

²Instituto de Ciencia Animal (ICA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

RESUMEN

La base de la industrialización fue y sigue siendo en la actualidad, el uso masivo de combustibles fósiles. Estudios relativamente abundantes en la literatura científica, muestran que las reservas de estos recursos son limitadas y que su agotamiento es casi inminente. Por este motivo, la producción de biocombustibles es una de las soluciones a esta problemática, debido a que es fuente potencial de energía renovable. Una de sus ventajas es ser amigable con el medio ambiente debido a la reducción de gases contaminantes. Se considera que el biodiesel es una alternativa favorable para la disminución de las importaciones de combustible fósiles y en especial, al de segunda generación por ser la opción más acertada, entre otros motivos, por la no competitividad con la alimentación. Por la importancia que reviste el tema, es preciso dar a conocer el origen de los biocombustibles y su evolución, destacándose su clasificación y profundizando específicamente en el biodiesel. Se pretende, además, realizar una revisión acerca de la utilización del biodiesel en motores de compresión destinados a las actividades ganaderas, reflejándose las características e influencia al utilizarlo en motores de combustión interna (MCI). Se realiza un análisis sobre investigaciones en Cuba y se ratifica el interés de nuestro país por el desarrollo de las energías renovables y el cuidado del medio ambiente. Es preciso entonces, desde una perspectiva científica, examinar las potencialidades del Instituto de Ciencia Animal (ICA) que contribuyan al ahorro energético nacional.

Palabras-clave: biocombustibles; gases de efecto invernadero (GEI); Jatropha Curcas

INTRODUCCIÓN

^{Gonzales (2019)} define la sostenibilidad como el equilibrio entre cuatro dimensiones principales: componentes económico, social, ambiental e institucional. Se trata de llevar el concepto de equilibrio entre todas las dimensiones. Entre las medidas requeridas para lograrlo se encuentra la disminución del consumismo, el agotamiento de los recursos fósiles y el efecto invernadero.

Cada año dependemos más de los combustibles fósiles debido al incremento de la industrialización masiva, el aumento del transporte y la explosión demográfica, lo que repercute directa o indirectamente en la economía mundial (^{Rocha et al., 2019}). Los países de América Latina, excepto Venezuela, y la India son los más afectados por la situación energética global. Esto se debe a su estatus de países no productores (^{Morelos, 2016}). Debido a la dependencia de los combustibles, causada principalmente por el consumismo, aumenta exponencialmente la emisión de gases de efecto invernadero (GEI).

La producción de biocombustibles es una de las soluciones factibles y viables teniendo en cuenta su repercusión en la generación de energía y en el medio ambiente. Cualquier combustible proveniente de biomasa (materia orgánica) se clasifica como biocombustible. Estos son biocarburantes como alcoholes, éteres, ésteres y otros productos químicos que provienen de compuestos orgánicos de base celulósica (biomasa) extraída de plantas silvestres o de cultivo que sustituyen en mayor o menor medida el uso de combustible fósil (^{Bernal et al., 2015}).

El recrudecimiento del bloqueo contra Cuba nos obliga a intensificar las soluciones que actualmente se implementan. El recorte del 70% de la disponibilidad de energía primaria afecta directamente nuestra economía, lo que repercute en la agricultura debido al elevado consumo de energía y al alto nivel de mecanización requerida en esta actividad. Esto dificulta la producción de alimentos y ocasiona el abandono de gran parte de las tierras (^{Gonzales, 2019}).

La ganadería y la agricultura son sectores que requieren fuentes energéticas para la realización de las diferentes actividades. El uso de biocombustibles es una alternativa que puede representar ventajas ambientales y económicas para su desarrollo y sostenibilidad. De ahí que el objetivo del presente trabajo, es realizar una revisión acerca de los biocombustibles y la utilización del biodiesel en motores de compresión destinados a las actividades ganaderas. Se pretende, además, examinar las particularidades de esta temática en Cuba.

DESARROLLO DEL TEMA

Los biocombustibles: una alternativa energética

En los últimos años existe un incremento exponencial de la producción de biocombustibles. Esto se debe principalmente a la demanda energética y la dependencia de los combustibles fósiles. Su uso persigue como objetivo principal tratar de mitigar el efecto de las emisiones (GEI), además garantizar el consumo interno (^{Morelos, 2016}). Su origen en cambio data de la época en que la humanidad descubrió cómo hacer fuego.

La primera vez que se pensó en utilizar biocombustible en motores de combustión interna fue en el período de 1858-1913 por el Dr. Rudolf Diesel, quien desarrolló un prototipo que funcionaba con aceite de maní. Esta experiencia se descartó en esos momentos debido a la alta disponibilidad de diésel (^{Ramos et al., 2016}). Posteriormente a causa de las dos guerras mundiales empiezan a decaer las reservas petroleras. Por este motivo, se empieza a investigar sobre sustitutos de la gasolina y diésel mediante diversos aceites. Países como China, Japón, algunos de Sudamérica, así como las colonias europeas de África y Asia lideraban las investigaciones. En el 1942 se reporta el primer artículo sobre la utilización de un combustible comercial para un autobús en Bruselas, Bélgica. La disponibilidad y normalización de los precios del combustible fósil frenó el desarrollo de las mismas. Sin embargo, en 1973 se requiere retomar las investigaciones debido a su aumento. Brasil y Estados Unidos empezaron a establecer nuevas políticas para garantizar sus propias fuentes de energía, con el fin de reducir la dependencia de los mismos (^{Valdés y Palacios, 2016}).

En dependencia de la materia prima a utilizar se puede clasificar el biocombustible. Los de primera generación (G1) son aquellos que se producen por tecnología convencional a partir de cultivos alimenticios. Se fabrican a partir de azúcar o almidón en el caso del bioetanol y aceites vegetales o grasas animales en el caso del biodiesel (maíz, soya, trigo). Los de segunda generación (G2) también son conocidos como biocombustibles lignocelulósicos. Se obtienen de vegetales que no tienen una función alimentaria y se producen con innovaciones tecnológicas que permiten que sean más ecológicos. Su materia prima puede ser cualquier tipo de biomasa vegetal, desde desechos agrícolas o madereros hasta cultivos energéticos específicos (Jatrofha Curcas, gramíneas forrajeras) (^{Ramos et al., 2016}). Los llamados de tercera generación (G3) se consideraban anteriormente como de G2. Debido a su rendimiento superior originado de una menor cantidad de materia prima se decidió crear un grupo específico para ellos. Son de crecimiento rápido y se componen de biomoléculas de alta densidad energética. Ellos aprovechan la biomasa producida por microorganismos fotosintéticos autótrofos o heterótrofos como son las microalgas (^{Subía y Rubio, 2018}).

Para un mayor desarrollo sostenible o sustentable la opción más viable es la de los biocombustibles G2 o biocombustibles lignocelulósicos. Esto se debe a la utilización de tecnologías amigables con el medio ambiente. Además, se cultivan aprovechando áreas marginales improductivas en cultivos destinado a la alimentación y que no requieran agua o fertilizantes (^{Serrano y Charris, 2018}). Se puede indicar como ejemplo residuos de paja de trigo, maíz, arroz y en general todo residuo agrícola o materia prima que contenga celulosa o hemicelulosa. La biomasa lignocelulósica presenta tres tipos dife rentes de polímeros: celulosa, hemicelulosa y lignina. Esta última es uno de los biopolímeros más abundantes en las plantas que junto con la celulosa y la hemicelulosa conforman la pared celular de las mismas (^{Cando et al., 2019}).

Los biocombustibles se ramifican en tres tipos principales biodiesel, bioetanol y biogás. En el caso específico del biodiesel según la norma ASTM (American Society for Testing and Material Standard) especifica que son ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos naturales. La mayor parte de la producción de biodiesel se obtiene a partir de los aceites vegetales y grasas animales, los que se consideran también fuentes proteicas. El combustible obtenido se puede emplear en la combustión de los motores diésel ^{García et al. (2018)} y se utiliza en mezclas con el diésel debido a las afectaciones que ocurren en el motor. Algunas de ellas son desgaste de las partes de hule en los motores, obstrucción de los filtros y fugas en los sellos, particularmente a bajas temperaturas (^{Gómez et al., 2019}).

La fabricación del mismo depende en gran medida de la disponibilidad nacional de cultivos energéticos. En Malasia se produce a partir de aceite de palma y en Estados Unidos se emplea en su mayoría el aceite de soja. En la Unión Europea el aceite de colza y de girasol, mientras que en Canadá es el aceite de canola (^{Britton et al., 2017}). Se reconoce a Estados Unidos como el principal productor de biocombustible en el mundo junto con Brasil (^{Rosas et al., 2018}). La Organización para la cooperación económica y el desarrollo (OECD, por sus siglas en inglés, 2017), informa que se prevé para el 2023 que el consumo de biodiesel alcance los 40 millones de litros. Países europeos, algunos de Suramérica (Argentina, Brasil, Colombia, Chile) y Estados Unidos están inmersos en la producción de biodiesel (^{Vargas, 2018}).

La Unión Europea en el 2005 implementó el uso del 2 % de biodiesel en una mezcla con diésel. Posteriormente, en el 2010 aumenta a un 5,57 % y se espera incremento del 20 % para el 2020 como política del cuidado del medio ambiente (^{Cuty y Mejía, 2019}). Estados Unidos, por su parte, implementó un mandato en el 2003 para utilizar 5,75 % en el sector del transporte en el 2010. El mismo se modificó para incrementar a un 10 % en el 2020. Colombia aprueba, en el 2001, la Ley 693 “Usos de Alcoholes Carburantes” y desde el 2005 presenta mandatos obligatorios del 10 % en las mezclas, tanto para el bioetanol como el biodiesel. En el 2008 se dictan lineamientos para promover estrategias de producción sustentable de biocombustibles. México con la promulgación de la Ley de Promoción y Desarrollo de Bioenergéticos (LPDB) en el 2008, inicia su camino en la implementación de leyes a favor de los biocombustibles (^{Montero et al., 2016}).

En el caso de Cuba las reservas de combustible fósil apenas cubren la mitad de las necesidades anuales. Es de vital importancia la profundización en el desarrollo de energías renovables para evitar el constate bloqueo económico que presenta la isla. El proyecto “Desarrollo de una tecnología para la producción de biodiesel de residuos agroindustriales lignocelulósicos” es una alternativa futura para la matriz energética del país. La estrategia a aplicarse en Cuba debe basarse en el aprovechamiento de la biomasa generada en los procesos agroindustriales existentes. Se propone la biorrefinería la cual pretende desarrollar toda una variedad de materias primas que sirven de punto de partida para la síntesis de numerosos productos derivados que tienen un enorme potencial económico (^{Alcalá et al., 2018}).

Desde el 2008 a través del proyecto internacional “Tecnologías energéticas limpias en áreas rurales de Cuba” dirigido por la Estación Experimental de Pastos y Forrajes- “Indio Hatuey”, se cultiva la Jatropha Curcas para la obtención de biodiesel. Persigue como objetivo reducir los GEI en Cuba mediante la estimulación de la transferencia y adopción de tecnologías de bioenergía (^{Tobío et al., 2018}).

Utilización de biodiesel en los motores de combustión interna

En los últimos años se incrementa el número de investigaciones referentes a la obtención de biodiesel a partir de plantas oleaginosas no comestibles, donde se seleccionan especies de fácil crecimiento y altos rendimientos de aceite (^{Guevara et al., 2016}). Para utilizarlas se deben analizar las características físico-químicas de la semilla, debido a la importancia de conocer la composición de ácidos grasos de diferentes ecotipos y poder seleccionar plantas con un alto porcentaje de ácido oleico y linoleico. Es necesario señalar que los indicadores de índice de yodo, índice de peróxido y acidez del aceite, repercuten en las propiedades del biocombustible (^{Lizarde et al., 2015}).

La obtención del aceite no es el proceso final de la cadena productiva del biodiesel. Esto se debe a la alta viscosidad presente en los aceites vegetales que imposibilita su uso eficiente en los motores. Para su disminución se utilizan cuatro técnicas: la disolución, microemulsificación, pirolisis y transesterificación. Esta última es la más utilizada en la obtención del biodiesel (^{García et al., 2018}).

La transesterificación puede ocurrir por tres rutas catalíticas diferentes: homogénea, heterogénea y supercrítica y se realiza mediante la utilización de catalizadores. Una molécula de un triglicérido reacciona con tres moléculas de metanol o etanol, para dar lugar a tres moléculas de monoésteres y una de glicerol (^{Morales, 2017}). Antes de este proceso se requiere hacer una esterificación según ^{Rodríguez et al. (2018)}, generalmente utilizando como catalizador el ácido sulfúrico y posteriormente se realiza neutralización con carbonato de sodio. El biodiesel derivado presenta otros componentes como glicerol, agua y alcoholes. Por este motivo, se requiere realizar purificación en diversos equipos, con el empleo de agentes externos o energía. El proceso de obtención descrito anteriormente constituye el proceso de catálisis homogénea (^{Gómez et al., 2019}).

El biodiesel se puede utilizar en MCI debido a sus similitudes con el diésel. Las principales características a tener en cuenta son la viscosidad y la densidad. Según ^{García et al. (2018)}, la viscosidad tiene una influencia directa sobre el proceso de inyección y atomización del combustible. El incremento en su valor provoca, en principio, mayores esfuerzos mecánicos sobre los componentes del sistema de alimentación. Se presenta disminución del rendimiento en la atomización y disminución en el ángulo del cono formado por el chorro de combustible inyectado. Además de un aumento en la velocidad del chorro al salir de la tobera del inyector, lo que provoca incremento en la penetración de este. En el caso de la densidad del biodiesel existe siempre un aumento en el valor de esta propiedad. Esto provoca una disminución en el poder calorífico respecto al diésel y una disminución en la salida de potencia y el torque (^{Riba et al., 2010}).

^{Amaris et al. (2015)} reportaron que al utilizar biodiesel existe pérdida de potencia del 15% y aumento del consumo específico, debido al menor poder calorífico del biodiesel respecto al combustible tradicional. Al utilizar mezclas B20 (20% de biodiesel y 80% de diésel) o mayores concentraciones se puede apreciar las pérdidas de este parámetro. A menos porcentaje de biodiesel el funcionamiento del motor es similar que el del diésel puro con pérdidas mínimas. ^{Arboleda (2018)} coincide que existe pérdida de potencia, aunque sus resultados se obtuvieron con B10 (10% biodiesel +90 diésel). El experimento se realizó variando las revoluciones de 1 400 rpm a 3 500 rpm. Las pérdidas de potencia y torque al llegar a 3 500 representan 1,21%; en cambio el rendimiento desde 1700 rpm hasta 3200 rpm sobrepasa los datos del diésel en 2%. El consumo de combustible aumenta al usar biocombustible.

^{Amaris et al. (2015)} plantean que el uso del biodiesel permite una mejor lubricación lo cual reduce la cantidad de partículas de metal y carbón en el aceite. Posibilita el aumento de la vida útil del motor. Los fabricados en 1994 o años anteriores presentan ciertos tipos de elastómeros y compuestos de caucho natural. Usados en mangueras y sistemas de sellado de bombas de combustible, al utilizar biodiesel tienden a degradar y ablandarse. Cuba actualmente posee tractores procedentes fundamentalmente de la desaparecida URSS (^{Suárez y Ríos, 2019}). Muchos de ellos requerirían la sustitución de estos conductos por elastómeros más compatibles con el biodiesel. Al estudiar sobre la resistencia a la tensión, elongación y dureza de algunos elastómeros ^{Amaris et al. (2015)} recomienda el uso de Teflón y Viton A 401C, Viton GFLT.

La Comisión Europea de Biodiesel plantea que su utilización permite la reducción entre 65 % y 95 % de emisiones de anhídrido carbónico respecto al petrodiesel. Se señala la reducción de emisiones de partículas finas y de contaminantes como el monóxido de carbono, el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno (^{Alcalá et al., 2018}).

Utilización del biodiesel obtenido de Jatrofha Curcas

Entre las plantas más estudiadas en la obtención de biodiesel se encuentra la Jatrofha Curcas, conocida por crecer en climas tropicales y semi-tropicales. Puede llegar a alcanzar alturas de 1 a 8 m en suelos arenosos y presenta elevada resistencia a la sequía (^{Avila et al., 2018}). Posee gran potencial en la producción de biodiesel debido a su contenido de aceite (30 % a 40 %). Los mismos presentan una composición química que se aproxima al 21 % de ácidos grasos saturados y 77 % de insaturados (^{Guevara et al., 2016}).

La Jatrofha Curcas se encuentra distribuida por toda la isla de Cuba e Isla de la Juventud, aunque su mayor concentración es en las provincias orientales. Tiene como ventajas adicionales que se emplea como cercas vivas y para la producción de jabones artesanales y glicerina. Se caracteriza por su rápido crecimiento y por el contenido de aceite en las semillas, además, posibilita la siembra con cultivos intercalados sin afectar su rendimiento. En Brasil se han reportado rendimientos de 2,3 t /ha en condiciones áridas y sin riego, mientras que con buena disponibilidad de agua se puede obtener aproximadamente 5 t/ha (^{Noda y Martín, 2018}).

En la provincia de Santiguo de Cuba existe una planta piloto para la producción de biodiesel a partir de Jatropha Curcas. Para su obtención se definió el esquema de beneficio, extracción, filtrado, desgomado y neutralizado. El descascarado y prensado generan, diariamente 528 litros de aceite. Este se convierte en biodiesel mediante un proceso de transesterificación con un reactor BD JET 400. Se producen 400 L de biodiesel/día en un turno de ocho horas, al utilizar como catalizadores etanol anhidro e hidróxido de potasio. Como resultado se obtienen anualmente 105 600 L de biodiesel y 13,5 t de glicerol (^{Suárez et al., 2011}).

Hay que tener en cuenta que el biodiesel utilizado se obtiene a través de la transesterificación. Este se sintetiza con un alto contenido de ácidos grasos insaturados presentes en la Jatropha Curcas. Conlleva a ser más susceptible a la oxidación, debido a modificaciones en el número de cetano, punto de inflamabilidad y características de lubricación. Con el transcurso de los años se han realizado modificaciones en el diseño de los motores y se ha logrado reducir significativamente las emisiones y el consumo de combustible. No obstante, es difícil obtener los estándares de emisión requeridos únicamente a través del diseño del motor. Una de las opciones para obtener una mayor durabilidad, mejoramientos de los indicadores y menores emisiones es la utilización de aditivos antioxidantes (^{Rocha et al., 2019}).

^{Piloto et al. (2018)} reporta la viscosidad y densidad del biodiesel de Jatropha Curcas producido en Cuba (Tabla 1). El biodiesel analizado se encuentra en el intervalo que establecen las normas ^{ASTM D 6751-07 (2009)}. En ellas se plantea que la viscosidad dinámica debe estar por debajo de 6 mPa-s, mientras que la densidad entre 860 y 900 kg/m³. Además cumple con la norma de viscosidad cinemática (^{ASTM D 6751-07, 2009}).

TABLA 1 Valores de viscosidad y densidad para los combustibles (^{Piloto et al., 2018}) 

Combustible	Viscosidad dinámica n (mPa·s) a 40°C	Densidad (kg/m ^3 ) a 15°C
Diésel	4-5	850,5
Biodiesel	6	870,1

^{Piloto et al. (2013)} utilizó un motor monocilíndrico Lister Petter para evaluar mezclas B0 (diésel puro), B10 (10% de biodiesel y 90% de diésel) y B20 (20% de biodiesel y 80% de diésel) de biodiesel extraído de Jatropha Curcas. El autor encontró que, con el incremento del contenido de biodiesel en la mezcla, aumentó el consumo específico de combustible. Además, se obtiene disminución del torque efectivo a medida que aumenta el porciento de aceite, lo que puede ocasionarse por el menor poder calórico del biodiesel. En cuanto a la potencia, la misma mostró un comportamiento similar al torque efectivo, debido probablemente, a que su relación es directamente proporcional.

A su vez, ^{Rodríguez et al. (2018)} obtuvieron que los consumos, específico y horario, aumentan al incrementar la potencia efectiva y las revoluciones por minutos. Hay que resaltar que el experimento se realiza con mezclas de B0 y B100. Ello demuestra que el diésel puro presenta mejor rendimiento de consumos específico y horario, lo que coincide que los resultados mostrados por ^{Piloto et al. (2013)}.

Por otra parte, ^{Tobío et al. (2018)} evaluó diferentes mezclas del biodiesel extraído de Jatropha Curcas en bancos de motores diésel, para su posterior uso en el transporte agrícola en Cuba. Primeramente, estudió un motor Lister Petter, de dos cilindros con inyección directa y 1 800 rpm de frecuencia de rotación formado por una unión motor-generador eléctrico. Las mezclas usadas fueron B0, B5, B10, B15, B20. En este estudio se utilizó una frecuencia constante de 1 800 rpm y se varió la carga (1,5; 2,5; 3,75 y 5 kW). En contraposición con lo encontrado por ^{Piloto et al. (2013)}, en esta investigación, las mezclas no mostraron diferencias significativas en el consumo específico de combustible. ^{Piloto et al. (2013)}, en esta investigación, las mezclas no mostraron diferencias significativas en el consumo específico de combust, también evaluó un motor monocilíndrico Lister Petter de inyección directa, cilindro de 0,659 L de capacidad y enfriamiento por agua. Se mantuvo la carga a 78 Nm y se varió la frecuencia de rotación entre 1 300 y 1 700 rpm. Las pruebas se realizaron con combustible B100 y diésel puro. Se observó un ligero aumento en la presión máxima, en la cámara de combustión, al emplearse B100. Esto se debe, posiblemente, a una mayor velocidad en el proceso de combustión y ligero incremento en su eficiencia. Además, hay que señalar que al contener el biodiesel mayor número de cetano que el diésel se acorta el tiempo de retardo de la ignición, lo cual trae consigo el comienzo más temprano de la combustión según ^{Piloto et al. (2018)}. La presión de inyección en el caso del biodiesel aumenta por su menor compresibilidad y propagación más rápida del fluido a través del inyector, debido a que la viscosidad posibilita la reducción de fuga en el sistema de inyección, al generar mayor presión.

En la agricultura, al realizar diferentes actividades, el consumo del motor varía debido a las particularidades de cada una. El comportamiento de los mismos para la transportación y las actividades agropecuarias no es el mismo. Esto se debe a que la potencia requerida para los diferentes agregados difiere en cada actividad. Si a mayores concentraciones de biodiesel disminuye la potencia, se deben buscar nuevos aditivos que al unirse con la mezcla ayude a contrarrestar la disminución del poder calorífico. También se pueden realizar modificaciones, como variar el ángulo de avance de la inyección en el motor.

Análisis de los GEI expulsados en la combustión

El calentamiento global es uno de los problemas ambientales que más preocupan en la actualidad. La utilización de combustibles fósiles es una de las principales causas de su origen. La combustión que realizan los MCI expulsa gran cantidad de GEI al medio ambiente. Ello se debe a que el biodiesel contiene entre 12 y 18 moléculas de carbono y el diésel puede llegar hasta 20 (^{Dinza et al., 2019}). El uso del biodiesel como combustible o aditivo en motores disminuye las emisiones de CO₂ y el consumo de diésel. ^{Hackenberg (2008)} plantea que al utilizar el biodiesel puro se reduce la emisión de CO₂ en 75% y al usar mezcla con 20% de biodiesel se logra reducir 15%.

La investigación de ^{Gaitán et al. (2014)} refleja que, al aumentar el porciento de biodiesel en la mezcla, se reduce el monóxido de carbono. Se utilizó motor YD25DDTi de cuatro tiempos lo que implica que la mayor eficiencia se encuentra entre 1 500-2 500 rpm. Por esta razón es aceptado utilizar los datos obtenidos a 2 000 rpm donde se muestra reducción de 71,48 %. Además, se observa un aumento de óxidos de nitrógeno, aunque al comparar el biodiesel puro con el diésel se obtiene una disminución de 9,5ppm; debido a que, aunque aumenta el NO, disminuye el NO₂. Estos autores concluyeron que, aunque el biodiesel aumenta la producción NO_X, no es significativa comparada con la generación de óxido de nitrógeno del diésel.

^{Rocha et al. (2019)} realizaron un experimento relacionado con la opacidad en los motores diésel al emplear biodiesel. Se utilizaron dos camionetas, la primera MBT-50 que usó mezclas de B0, B10, B20, B10A y B20A (80 % diésel y 20 % biodiesel+ aditivo). En este estudio, se evidenció una opacidad de 20 % en la mezcla B10 y 8,8 % en la de B20. Esta última es la que menos reduce este indicador con respecto al diésel. En cuanto a la segunda camioneta modelo GW Wingle, con la mezcla B20 se reduce 38 % y con B10 la reducción es del 34 %. Esto refleja que, para los resultados de opacidad, al utilizar biodiesel, existe tendencia a la mejoría.

^{Piloto et al. (2018)} realizó una investigación con motor monocilíndrico Lister Petter de inyección directa y mezclas de B0, B5, B10, B15, B20, a 1 800 rpm variando la carga (1,5; 2,5; 3,75; 5 kW). El combustible utilizado fue el biodiesel cubano con las características de viscosidad y densidad descritas en la Tabla 1. En la Figura 1 se muestra el % de CO₂ que se emite a la atmósfera bajo estas condiciones. Se puede observar que al aumentar la concentración de biodiesel disminuye la cantidad de CO_2. Además, a medida que la carga se incrementa es mucho menor el % que se expulsa.

Al realizar un análisis exhaustivo se puede determinar que la mezcla con 20 % y carga de 1,25 kW se obtiene reducción de CO₂ del 46 %, mientras que al utilizar cargas de 5 kW la reducción es de 52 %. Se puede observar que, al aumentar la carga de motor, la reducción de CO₂ se incrementa. Esto puede deberse a que es superior la entrada de oxígeno a la mezcla. Si comparamos con ^{Hackenberg (2008)} se puede deducir que al utilizar biodiesel de la Jatrofha Curcas es significativa la cantidad de CO₂ que se deja de emitir a la atmósfera.

FIGURA 1 Emisiones de CO₂ a 1 800 rpm y con variaciones de carga (piloto 2018). 

^{Jácome (2018)} realiza un análisis comparativo de las emisiones de hollín de un motor diésel ISUZU 4 JB1 2.8 al emplearse biodiesel B10 y el diésel Premium. Este autor realiza 5 pruebas con un régimen de giro de 720 rpm, hasta llegar a 3 000 rpm, dejándolo en ralentí durante 15 min con la finalidad de mantener una temperatura idónea de trabajo que debe sobrepasar los 87 °C. La presencia de hollín se evidencia con el consumo de combustible por lo cual realiza un análisis para conocer su comportamiento. Obtiene un menor consumo al utilizar el B10 en un tiempo de trabajo del motor de 30 min. La medición se realiza con el número de horas de trabajo, peso papel en gramos, peso total y peso de carbonilla en gramos. Los resultados de este estudio evidenciaron mayor grado de combustión con la utilización de biodiesel B10 lo que beneficia el ambiente con menor emisión de humo que se produce por los HC no quemados.

Asimismo, ^{Chávez (2018)} realiza investigación sobre la variación de los gases de escape producidos mediante el uso de diésel Premium y biodiesel B5 de higuerilla. La camioneta utilizada presenta un motor de 4 cilindros en línea modelo Mazda BT 50 CRDi. Las mediciones se realizaron a diferente altura en las localidades de Lita-Imbabura (617 msnm), Ambuquí-Imbabura (1677 msnm), Ibarra-Imbabura (2207 msnm) y Tulcán-Carchi (2953 msnm). Se utilizaron 10 L de diésel Premium y 10 L de biodiesel en 3 horas de trabajo, distribuyéndose en las cuatro alturas. Para el calentamiento del motor se requirieron 15 min, mientras que para la adquisición de las emisiones de CO, CO₂ y NO_x se utilizaron 30 min. La altitud de 617 hasta 2 953 msnm se compara con la normativa mexicana y se obtiene la reducción del CO de 89,81 % y 90,94 % para el diésel y el biodiesel, respectivamente. Por su parte, el CO₂ se comportó con disminución de 55,99 % el diésel y 57,70 % el B5. En el caso de los NO₂ mostraron un descenso de 83,80% para diésel y de 85,33 % para el biodiesel, cumpliéndose con la norma internacional NOM-167-SEMARNAT-2017. El biodiesel B5 permite reducción de las emisiones respecto a la del combustible fósil.

En todas las investigaciones anteriores se evidencia disminución de los GEI. La utilización del biodiesel en mezclas de B20 o menos concentraciones es viable tanto en el funcionamiento interno del motor como el ambiental. Por lo cual se puede decir que la utilización del biodiesel es una opción viable para la sustitución parcial del diésel. Se ratifica que los biocombustibles pueden formar parte de las soluciones para el agotamiento de combustibles fósiles. En el caso específico del biodiesel producido de Jatrofha Curcas reduce las GEI en 2,1 toneladas de CO₂, que representan un 70 % de las emisiones liberadas por una tonelada de diésel. Al mismo tiempo un árbol de Jatropha Curcas capta 2,5 t de CO₂/ha y libera unos 9 kg de O₂/árbol (^{Tobío et al., 2018}).

Perspectivas en el Instituto de Ciencia Animal

Cuba cuenta con un total 6 300 200 ha de superficie agrícola. De estas, 2 765 200 ha están cultivadas, según reporte de la Oficina Nacional de Estadística e Información de Cuba (^{ONEI-Cuba, 2019}). Las superficies no cultivadas pueden utilizarse para la plantación de cultivos que no sean recursos alimenticios y no necesiten atenciones agrotécnicas para su crecimiento. Esto fomentaría mayor uso de las energías renovables, contribuiría a la disminución de la erosión del suelo y la liberación de carbono. De esta forma, no habría competencia con la alimentación humana o animal.

El Instituto de Ciencia Animal (ICA), se conoce internacionalmente por sus aportes en la nutrición animal y el desarrollo de la ganadería cubana. Está ubicado en la llanura Habana- Matanza, en el municipio de San José de las Lajas, provincia Mayabeque, Cuba. Cuenta con 1 200 ha de superficie total, en las que se encuentra las instalaciones de investigaciones además de la fábrica de pienso, el matadero, las naves de aves, de porcinos y unidades de ganado vacuno. Para alcanzar los resultados esperados las actividades agrícolas realizan un papel protagónico. Entre estas se encuentra la siembra y cosecha, el corte de forraje, transporte de agua, entre otras. La

Figura 2 muestra el comportamiento de la asignación de combustible diésel para el instituto a partir del año 2014. Se puede apreciar la reducción considerable a partir del 2016 originada por las restricciones del bloqueo impuesto a Cuba.

FIGURA 2 Comportamiento anual de la asignación de combustible diésel en el ICA. 

Si se calcula el promedio al consumo de diésel de la institución en los últimos 6 años y se aplicaran los resultados estudiados anteriormente con una mezcla del B20, representaría el ahorro de 55 206,42 L de diésel. Estos podrían destinarse a las labores que se han tenido que dejar de implementar o reducir por la carencia del combustible. Sería una significativa contribución a la estrategia del plan energético para el 2030. El mismo tiene como tareas lograr el autoabastecimiento energético, reducir las importaciones y disminuir la dependencia de los combustibles fósiles (^{Berenguer et al., 2017}).

Debido a la reducción de combustible las actividades requeridas para el funcionamiento eficiente de la producción agrícola se vieron afectadas

Dentro de las áreas del ICA, si se destinaran 10 ha a la siembra de Jatrofha Curcas para la producción de biodiesel se contribuiría con la reducción del consumo de diésel y se evitarían en elevado grado las emisiones de GEI. Además de captar 25 t de CO₂ y liberar 22 500 t de O₂ por árbol plantado. En el instituto se han estudiado especies como Pennisetum Purpureum y moringa Moringa oleífera con gran potencial para la producción de bioetanol y biodiesel respectivamente. Esta última es una planta que crece en diferentes terrenos y en condiciones de secano con buenos rendimientos. El aceite que se obtiene presenta elevado porcentaje de ácido oleico, cercano al 70 %, muy superior a otras especies evaluadas en Cuba. Se han reportado diversos resultados en la síntesis del biodiesel a partir de esta planta (^{Alcalá et al., 2018}). Una solución factible para el ICA podría ser la producción de biodiesel a partir de Moringa oleífera para contrarrestar el déficit de combustible en la institución. En el caso del Pennisetum Purpureum el rendimiento de etanol alcanza 466,91 (L/t _MS) debido a sus grandes concentraciones de celulosa y hemicelulosa. El mismo es un combustible que se puede mezclar con la gasolina para su posterior uso en la transportación del centro (^{Cardona et al., 2012}).

CONCLUSIONES

La producción de biodiesel es una alternativa favorable para la disminución de las importaciones de combustibles fósiles, lo que depende de la disponibilidad de cultivos energéticos en cada país. En Cuba se propone su obtención a partir de la Jatropha Curcas, por lo que se han realizado varias investigaciones. Se puede utilizar en motores debido a las similitudes de sus características de viscosidad y densidad respecto al diésel. Las mezclas inferiores al 20% se recomiendan por su gran impacto medioambiental y el funcionamiento adecuado de los parámetros del MCI. Su aplicación en la agricultura, como es el caso del ICA, contribuiría al plan energético del 2030, a partir de la siembra de otras fuentes como Pennisetum Purpureum y Moringa oleífera. Su uso en esta rama, propiciaría el aumento de las labores agrícolas por lo que sería una solución factible económica y ambiental.

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Recibido: 08 de Julio de 2020; Aprobado: 04 de Diciembre de 2020

^*Author for correspondence: Saray Díaz-Barrios, e-mail: [e-mail]