In this document, the union of water + Diesel, the process of micro explosions and some types of formation of the Water/Diesel emulsion (W/D). It will be evaluated between different percentages of water in the fuel, varying from 5% to 50%, collecting data delivered by the machine. Must It should be clarified that these analyzes are carried out in a 4t internal combustion engine.

1. UACh – Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Instituto de Ciencias Navales y Marítimas
ICNA110-Taller de Máquinas Marinas
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Combustible emulsionado W/D
Carlos Rodríguez Fuentes
Matías Tapia Cárdenas
Joel Rodrigo Pérez Osses
1. Resumen
En este documento se analizará la unión agua +
Diésel, el proceso de micro explosiones y algunos
tipos de formación de la emulsión Wáter/Diesel
(W/D). Se evaluará entre distintos porcentajes de
agua en el combustible, variando desde 5% a 50%,
recaudando datos entregados por la máquina. Debe de
aclararse que estos análisis están realizados en un
motor de combustión interna de 4t.
Palabras claves
Emulsión, tensoactivo, anfifilicas, no-iónico, micro
explosiones, ultrasonido, estator, TDC, NOx.
2. Introducción
Una de las grandes problemáticas hoy en día son las
emisiones de gases de efecto invernadero. La quema
de combustibles fósiles deja como resultado
emanaciones de agentes contaminantes como el
monóxido de carbono, el óxido de nitrógeno y el
óxido de azufre, compuestos altamente tóxicos. Por
eso es que en la actualidad se buscan alternativas al
combustible fósil que sean amigables con el medio
ambiente y a raíz de ello, es cada vez más común la
utilización de combustible emulsionado. El cual no
sólo reduce las emisiones de agentes contaminantes,
sino que también su uso tiene implicancias
interesantes cuando se analiza el rendimiento y la
eficiencia de los motores de combustión interna. A
continuación, se darán a conocer detalles sobre este
tipo de combustible y el proceso de su fabricación,
para luego mostrar resultados de análisis de
combustible emulsionado y Diésel puro en el que se
compararán los resultados obtenidos en cuanto a la
eficiencia y rendimiento del motor.
3. Emulsion
Una emulsión es una dispersión termodinámicamente
inestable de 2 sustancias líquidas heterogéneas e
inmiscibles, presentadas en este caso como H2O +
Diésel. A través de un proceso de alta energía y en
presencia de una sustancia tensoactiva da como
resultado una solución relativamente homogénea.
Una sustancia emulsionada consta de 2 fases. La fase
continua, que es la sustancia que se encuentra en
mayores cantidades, y la fase dispersa, representada
por la sustancia presente como pequeñas gotas
dispersas en la solución.
Figura 1 fases de emulsión [1]
4. Participación del tensoactivo.
La emulsión de W/D es un sistema inestable, por lo
que están presentes 2 fases inmiscibles.
Para poder formar dicha emulsión se utiliza un
tensoactivo no-iónico, capaz de disminuir la tensión
superficial entre ambos fluidos.
De mejor manera, un tensoactivo no-iónico presenta
una parte polar-hidrofílica que apunta hacia el agua y
otra apolar- hidrófoba con dirección hacia el Diésel.
5. Formación de la emulsión.
Cuando queremos emulsionar el combustible estamos
intentando mezclar 2 sustancias, por un lado, el FO
como fase continua y el 𝐻2𝑂 como fase dispersa. Para
lograr esto se pueden utilizar procesos tales como:
• Emulsión con Ultrasonido:
Consiste en la utilización de un emulsionador
ultrasónico que produce ondas sonoras en
determinadas frecuencias. Las ondas que se propagan
a través de ambas fases producen ciclos alternados de
altas y bajas presiones. La baja presión genera
pequeñas microburbujas dejando ambas fases de en
estado homogéneo.
Una de las ventajas de realizar este procedimiento es
que al utilizar ultrasonido se reduce la cantidad de
burbujas de aire en la solución. Una emulsión
desgasificada y sin espuma aseguran una correcta
inyección al interior del pistón y por lo tanto mejora
la calidad de la reacción.

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Figura 1 Emulsionador Ultrasónico [10]
• Emulsión Rotor/Estator:
Consiste en un rotor y un estator separados por un
espacio de 0.05 mm aproximadamente. En dicho
espacio circula el Diésel y el agua los que, debido al
giro del rotor, reciben impacto de altas presiones y
grandes esfuerzos de corte que dispersan el agua en
pequeñas burbujas en el combustible, produciendo la
emulsión.
Figura 2 Rotor/Estator [9]
6. Resultados de la emulsión
W/D en el rendimiento del
motor.
6.1fenómeno de micro explosión.
Este fenómeno sucede debido a que el agua
particulada esta dispersa en la superficie del
combustible, por lo que, al momento de producir la
combustión, estas micropartículas ayudan a que la
emulsión sobreexplote en sí misma. De esta manera
se genera una ruptura por la expansión del vapor. Este
vapor dispersa el combustible y, por lo tanto, la
combustión se dará de forma más rápida gracias a la
mejora en la expansión del aire. Sin embargo, un
aumento excesivo del agua puede generar malas
condiciones para el motor y una deficiencia en las
micro explosiones.
Figura 4 Micro explosiones de la Emulsión [5]
6.2 Potencia del motor.
En la figura 5 se muestra el efecto de la adición de
agua en forma de emulsiones sobre el torque a
distintas velocidades [6]. El cual comienza
aumentando con la velocidad hasta un punto máximo
y luego decae su valor debido a la fricción.
Observemos que el aumento de la cantidad de agua en
la emulsión disminuye el torque independiente de las
revoluciones del motor. El mejor resultado se obtiene
con la emulsión al 5% de agua, produciendo un torque
superior al obtenido con Diésel puro. A este
porcentaje se obtiene la mejor eficiencia debido al
fenómeno de micro explosiones.
Figura 5 Torque para distintos porcentajes de agua en Diésel
[2]
6.3Potencia al freno (BP).
En la figura 6 se presenta la potencia al freno
producida por un motor que utiliza Diésel puro y
combustible emulsionado en proporciones
variables [6].

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Figura 6 Grafica de potencia a distintas condiciones.[2]
Se puede observar que la potencia al freno tiene una
tendencia similar, ya que para la emulsión con 5% de
agua se presentan los mejores valores respecto al
Diésel. Nuevamente esto se explica debido a las
micro explosiones. Producto de ellas la emulsión
experimenta una mejor expansión y necesita una
menor compresión que el Diésel común. La emulsión
en la fase de trabajo produce una presión más alta
después del TDC, dando como resultado una mejor
potencia durante la carrera de expansión.
6.4Consumo Específico de Combustible
al freno (BSFC).
El análisis de distintos investigadores informa una
disminución en el BSFC con el aumento en la
concentración de agua, puede apreciarse en
cualquieras de estas distintas referencias
[7] ,[8], [9] y [6].
Figura 7 rendimiento del BSFC a distintas velocidades [2]
Observemos el BSFC del motor usando combustible
emulsionado a altas proporciones de agua presenta
valores más altos respecto al Diésel puro y por lo
tanto resulta ser menos eficiente. Sin embargo, con la
emulsión al 5% de agua se aprecia una leve una
mejora, alcanzando a 2000 rpm un valor mínimo.
6.5Emisiones del óxido de nitrógeno
(NOx).
La combustión del Diésel produce emisiones de alta
peligrosidad que resultan nocivas para el medio
ambiente y los seres vivos. Unas de las más dañinas
son las emisiones de NOx.
A continuación, se muestran las emisiones de NOx
producidas por combustible W/D y Diésel a distintas
condiciones de carga.
Figura 8 Emisiones del Diésel y Emulsión [4]
El grafico detalla la reducción de las emisiones de
Óxido de Nitrógeno con la presencia de agua al 11%
en el combustible. Esto se debe a que el NOx queda
como residuo a una alta temperatura de la cámara de
combustión. El vapor de agua absorbe de mejor
manera el calor, por lo tanto, la temperatura máxima
alcanzada en el ciclo de trabajo del motor será menor
y la tasa de generación de estos gases disminuye.
6.6Eficiencia térmica del motor.
Altas velocidades van de la mano con un aumento de
la fricción e inercia en las partes móviles, esto
produce una caída en la eficiencia térmica. En la
figura 9 se muestra la eficiencia térmica a distintos
porcentajes de agua en el combustible. Queda en
evidencia que entre un 5% y un 10% de agua la
eficiencia térmica se mantiene mayor respecto al
Diésel puro. Este fenómeno ocurre debido a que el
calor específico del agua hace que la temperatura
máxima del cilindro sea menor. Gracias a esto, las
pérdidas por calor disminuyen.
Figura 9 eficiencia termina del motor [2]

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6.7 Emisión de humo.
El gráfico relaciona las emisiones de humo para el
motor funcionando a 2000 rpm y diferentes
condiciones de carga, usando una emulsión con 11%
de agua. Se aprecia que el combustible emulsionado
presenta una menor cantidad de humo emanado por la
combustión, debido a el mencionado anteriormente
fenómeno de micro explosiones, que aumentan la
eficiencia debido a la combustión completa del
combustible, formando menos hollín y menos humo.
Figura 10 emisión del humo bajo diferentes cargas
[4]
7. Conclusión.
Para sintetizar lo previamente expuesto, se puede
establecer que la presencia de agua en el combustible
reduce en gran medida la cantidad de humo y las
emisiones de gases nocivos producidos por la
combustión interna del motor. Adicionalmente, la
emulsión trae beneficios en cuanto al rendimiento y
la eficiencia de trabajo. Esto, debido a que gracias a
las propiedades físicas del agua como son su calor
específico y las micro explosiones producidas por la
expansión del vapor, inciden directamente en dichos
parámetros, lo cual produce que; aumente la potencia
máxima continua, disminuya el consumo específico
de combustible y se incremente la eficiencia
termodinámica del motor. Sin embargo, es necesario
recalcar que el exceso de agua (superior a un 15%),
en el combustible emulsionado, resulta ser incluso
menos efectivo que el uso de Diésel puro. Los
mejores resultados en cambio se obtuvieron con la
mezcla de entre 5% y 10% de agua, pero al aumentar
la proporción de esta se logra evidenciar una
mejora sólo en cuanto a emisiones.
No obstante, el combustible emulsionado resulta ser
una gran alternativa para su uso en la industria naval
y por sus características expuestas anteriormente,
evidencia ser una opción prometedora para su uso a
mediano y largo plazo.
8. Referencias
[1] Combustibles emulsionados una alternativa
ecológica. — Steemit
[2] Just a moment. . . (s. f.-b).
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0
196890413002719?via=ihub
[3] Just a moment. . . (s. f.-c).
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0
016236113007850?via=ihub
[4] Just a moment. . . (s. f.-d).
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0
306261913001359?via=ihub
[5] Just a moment. . . (s. f.-e).
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1
110016816301958?via=ihu
[6] Abu-Zaid, M. (2004, 7 abril). An experimental
study of the evaporation characteristics of emulsified
liquid droplets. SpringerLink.
https://link.springer.com/article/10.1007/s00231-
003-0473-
5?error=cookies_not_supported&code=66749615-
683b-44e9-b3dc-8ea0f4a41c38
[7] JSTOR: Access Check. (s. f.).
https://www.jstor.org/stable/44581063
[8] V, S. (2015). Combustion and Performance
Characteristics of Water-in-diesel Emulsion Fuel.
화학공학소재연구정보센터.
[9]
https://www.cheric.org/research/tech/periodicals/vie
w.php?seq=1369635
Continuous Emulsification / Apex Disperser Zero /
Hiroshima Metal & Machinery｜株式会社広島メ
タル＆マシナリー. (s. f.).
http://www.hiroshimamm-
chemtech.com/en/knowledge/detail02/
[10] Hielscher Ultrasound Technology. (s. f.).
Dispersor ultrasónico Archivo. Hielscher
Ultrasonics.
https://www.hielscher.com/es/information-about-
ultrasonic-disperser.htm