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JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
131
Citar como:
Lazarte Mercado,
S. W., Apaza Rojas, C. A.,
& Hamel Fonseca, J. (2023).
Síntesis Experimental de
una Solución de Urea grado
Automotriz para Vehículos de
motor de Combustión a Diésel
Aplicado como Aditivo para
la Reducción de Emisiones
de Óxido de Nitrógeno según
Normativa Euro: Experimental
synthesis of an automotive
grade urea solution for Diesel
combustion engine vehicles
applied as an additive for
the reduction of nitrogen
oxide emissions according to
EURO regulations. Journal
Boliviano De Ciencias,
19(Especial).
131-149
https://
doi.org/10.52428/20758944.
v19iEspecial.453
Revisado:
26/06/2023
Aceptado:
27/06/2023
Publicado:
28/06/2023
Declaración:
Derechos de
autor 2023 Sergio Weimar
Lazarte Mercado, Carla
Alejandra Apaza Rojas, Jaime
Hamel Fonseca
Esta obra está bajo una
licencia internacional
Creative
Commons Atribución 4.0.
Los autores/as declaran no tener
ningún conficto de intereses
en la publicación de este
documento.
Articulo Científco.
Síntesis experimental de una solución de Urea grado
Automotriz para vehículos de motor de combustión
a Diésel aplicado como aditivo para la reducción de
emisiones de Óxido de Nitrógeno según normativa
EURO
Experimental synthesis of an automotive grade urea solution for Diesel combustion engine
vehicles applied as an additive for the reduction of nitrogen oxide emissions according to EURO
regulations
Sergio Weimar Lazarte Mercado
1
Carla Alejandra Apaza Rojas
2
Jaime Hamel Fonseca
3
1. Ing. Petróleo, Gas y Energías. Univalle. Cochabamba. Bolivia.
sergiolazarte1@hotmail.com
2. Ing. Química. Univalle. Cochabamba. Bolivia.
capazar@univalle.edu
3. Lic. Química. Univalle. Cochabamba. Bolivia.
jhamelf@univalle.edu
RESUMEN
El presente estudio, muestra la síntesis del aditivo de solución de urea grado
automotriz o AdBlue, a partir de la urea granulada proveniente de la planta
petroquímica de amoniaco y urea (PAU), como propuesta de aplicación
secundaria a esta materia prima. El análisis de caracterización de urea YPFB
mostró los siguientes resultados: contenido de nitrógeno de 46,2%, densidad
aparente 719,33 kg/m
3
, contenido Biuret 0,93% w/w y Formaldehído 0,61% w/w.
Se caracterizó el aditivo conforme a la normativa ISO 22241:2019, obteniendo
los siguientes resultados: concentración de urea 32,5%, densidad 1092 g/ml,
índice de refracción 1,3836, Biuret 0,31% w/w, aldehídos 2816,80 mg/kg, pH
9,4 a 20 °C y alcalinidad 0,007% w/w, que a excepción del contenido de Biuret
y Aldehídos, el aditivo se encuentra enmarcado dentro especifcaciones de dicha
normativa. Se verifcó el desempeño del aditivo sintetizado en laboratorios
de química y petróleo de la Universidad Privada del Valle bajo el nombre de
Blue Truck frente a otras marcas comerciales importadas AdBlue y BlueDEF,
certifcadas por la Verband der Automobilindustrie (VDA). Estos aditivos fueron
probados en un camión con especifcación EURO V, mostrando una reducción
de gases de NO
x
por debajo del valor especifcado de la normativa EURO V, que
es de 2 g/kWh para NO
x
.
Palabras clave:
AdBlue, Urea, Diesel, Óxidos de Nitrógeno (NO
x
), SCR.
ABSTRACT
This study shows the synthesis of the automotive grade urea solution additive
or AdBlue, from granulated urea from the ammonia and urea petrochemical
plant (PAU), as a proposed secondary application to this raw material. The
YPFB urea characterization analysis showed the following results: nitrogen
content of 46.2%, apparent density 719.33 kg/m
3
, Biuret content 0.93% w/w and
Formaldehyde content 0.61% w/w. The additive was characterized according
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Diésel aplicado como aditivo para la reducción de emisiones de Óxido de Nitrógeno según normativa EURO
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to ISO 22241:2019, obtaining the following results: urea concentration 32.5%,
density 1092 g/ml, refractive index 1.3836, Biuret 0.31% w/w, aldehydes 2816.80
mg/kg, pH 9.4 at 20 °C and alkalinity 0.007% w/w, that except for the Biuret and
Aldehydes content, the additive is framed within specifcations of the mentioned
standard. The performance of the additive synthesized in the Universidad Privada
del Valle chemistry and petroleum laboratories under the name Blue Truck was
verifed against other imported commercial brands AdBlue and BlueDEF, both
certifed by the Verband der Automobilindustrie (VDA). These additives were
tested in a truck with EURO V specifcation, showing a reduction of NO
X
gases
below the specifed value of the EURO V regulation, which is 2 g/kWh for NO
x
.
Keywords:
AdBlue, Urea, Diesel, Nitrogen Oxides (NO
x
), SCR.
1. INTRODUCCIÓN
De acuerdo con lo señalado por Usame Demir (2021), la producción de vehículos
Diésel de 2000 a 2019 aumentó en un 54% y persiste la demanda debido a que
los motores Diésel ofrecen alta efciencia, durabilidad y confabilidad, así como
bajos costos operativos. Estas importantes características lo convierten en el
motor elegido, especialmente para vehículos pesados (Ibrahim Aslan, 2015). Sin
embargo, las emisiones de los vehículos pesados Diésel (HDV, acrónimo en inglés)
contienen hidrocarburos no quemados (Hcs), monóxido de carbono (CO), material
particulado (PM) y óxidos de nitrógeno (NO
x
) (Ante Kozina, 2020), que son los
principales y más dañinos contaminantes ambientales emitidos por el sector del
transporte (Ming-Feng Hsieh, 2012).
Las partículas de los gases de escape de los motores Diésel, conforme lo señalado
por Kegl (2020),
pueden clasifcarse, debido a la distribución típica del tamaño de
las partículas, en cinco tamaños de diámetro aerodinámico: grandes (>10 μm.),
gruesas (2,5-10 μm o PM
10
), fnas (0,1-2,5 μm o PM
2,5
), ultrafnas (50-100 nm) y
nanométricas (<50 nm.). Las emisiones de partículas de los motores Diésel son
peligrosas, entre las cuales las partículas nucleares de tamaño de partícula ( <50
nm) constituyen la mayoría del material particulado total, dado que pueden ingresar
a los pulmones y la sangre a través del tracto respiratorio (Yunhua Zhang, 2024),
también ocasiona la contaminación del aire por partículas urbanas y regionales
(Louise Gren, 2021).
En este sentido, los métodos más adecuados son los sistemas de postratamiento
de gases de escape y los sistemas de inyección de combustible. Las principales
emisiones contaminantes son el PM y los NO
x
de los motores de combustión
interna. Por lo tanto, existen límites en las emisiones de los motores Diésel, como
los motores Diésel móviles de servicio pesado (Hakan Caliskan, 2017).
En consecuencia, de acuerdo con lo señalado por Selleri (2022), el Parlamento
de la Unión Europea emitió una serie de directivas y reglamentos, denominadas
EURO para vehículos pesados Diésel (HDV, acrónimo en inglés), cada norma
de emisiones conduce a tecnologías de control de emisiones más avanzadas y
efcientes. La actual norma de emisiones EURO VI reduce aproximadamente un
95% de los principales contaminantes ambientales de los vehículos pesados a
Diésel, siendo material particulado (PM
2.5
) y (NO
x
) respecto a valores de referencia
de la norma EURO II (Yihao Xie, 2020).
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Estas normas de emisiones se han revisado cada cierto tiempo, en vista de la
amenaza que supone para la atmósfera, tal como se ilustra en la Tabla 1 (EUR-Lex,
2022), (Tommaso Selleri A. D., 2021).
Tabla 1.
Evolución de la norma EURO
Fuente: EUR-Lex, 2022.
Nota:
La fecha propuesta para la entrada en vigor de la norma EURO VII es el 01
de julio de 2025 (DieselNET, 2022).
Para cumplir con las exigencias de reducción de gases de escape emitidos por
vehículos pesados Diésel, se incorporaron tecnologías de postratamiento de gases
de escape como recirculación de gases de escape (EGR), sistema de inyección
de combustible controlado electrónicamente y sistema de Reducción Catalítica
Selectiva (SCR), tecnología aplicada para reducir los NO
x
mediante el amoniaco
(NH
3
) como agente reductor (Filip Kuternowski, 2020). Adicionalmente, de
acuerdo con lo señalado por Kegl (2020) otras de las tecnologías más prometedoras
que pueden reducir la liberación de emisiones nocivas al medio ambiente son
combinaciones de: catalizador de oxidación Diesel (DOC), trampa de NO
x
pobre
(LNT) y fltros de partículas Diésel (DPF). La tecnología de reducción catalítica
selectiva (SCR) para aliviar las emisiones de NO
x
en el tubo de escape, es combinada
con fltros de partículas Diésel (DPF) para la reducción de PM y catalizadores de
oxidación Diésel (DOC) para la oxidación de productos de combustión incompletos.
Asimismo, la adopción de SCR reduce signifcativamente las emisiones de NO
x
y,
como algunos investigadores afrman, los NO
x
de los HDV podrían ser en algunos
casos inferiores a los de los vehículos ligeros (LDV, acrónimo en inglés), según
Grigoratos (2019).
SCR es un sistema avanzado de tecnología y activo de control de emisiones que
reduce las emisiones NO
x
del tubo de escape hasta niveles cercanos a cero en los
vehículos y equipos de nueva generación con motor Diésel. Los gases de escape
calientes salen del motor y entran en el sistema SCR, donde se rocía urea acuosa o
Líquido de Escape Diésel (DEF, acrónimo en inglés) sobre un catalizador especial
(Diesel Technology Forum, 2023).
Como señala B. Ashok (2022), normalmente, los sistemas SCR convencionales,
que utilizan urea como agente reductor, son capaces de controlar entre el 70%
y el 90% de las emisiones de NO
x
y la efcacia del control de dichas emisiones
depende del tipo de catalizador y agente reductor utilizado frente al volumen de
gases emitidos.
De acuerdo con lo señalado por Ligang Tan (2017), la tecnología SCR aplicada a
vehículos pesados Diésel es la tecnología urea-SCR, siendo la más favorable para
la reducción de NO
x
. Esta tecnología requiere de una solución de urea en agua, que
actúa como agente reductor de NO
x
y es inyectado en los gases de escape calientes
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(Boxi Shen, 2017). La solución de urea-agua es el precursor del amoniaco (NH
3
),
este reacciona con los NO
x
convirtiéndolo en nitrógeno gaseoso (N
2
) y vapor de
agua (H
2
O), ambos compuestos inertes para el medio ambiente (Shahariar, 2018).
Las emisiones de NO
x
, que incluyen óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO
2
),
óxido nitroso (N
2
O), pentóxido de di nitrógeno (N
2
O
5
), entre otros, y generalmente
se referen a NO y NO
2
, no son constantes, por los cambios de carga y velocidad
y producen diferentes composiciones de gases de escape. En consecuencia, varían
las condiciones termodinámicas, y el sistema de inyección del agente reductor se
ajusta continuamente para mantener bajos niveles de emisiones de NO
x
(Guevara-
Zavala, 2018).
Para que la reducción de NO
x
funcione de manera efcaz dentro del sistema SCR,
la urea debe descomponerse en amoniaco (M. Börnhorst, 2021). Las principales
reacciones químicas que ocurren en el catalizador SCR se detallan a continuación
en la Tabla 2 (Guevara-Zavala, 2018).
Tabla 2.
Reacción dentro el sistema SCR
Fuente: Guevara-Zavala, 2018.
Los NO
x
son producto de la reacción entre el nitrógeno (N
2
) y oxígeno (O
2
),
los motores Diésel para quemar el combustible utilizan aire caliente altamente
comprimido. Normalmente, en este proceso, el nitrógeno del aire no reacciona con
el oxígeno de la cámara de combustión. Sin embargo, a temperaturas superiores
a 1600 °C el nitrógeno reacciona con el oxígeno y produce NO
x
. Por lo tanto, las
principales fuentes de generación de NO
x
son la temperatura y la concentración de
oxígeno durante la combustión (Ibrahim Aslan, 2015).
Las emisiones de NO
x
como monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno
(N
2
O), son considerados perjudiciales para el medio ambiente, debido a que
provocan lluvia ácida, destruyen el equilibrio de la formación natural de ozono
(O
3
) provocando un aumento en la incidencia de enfermedades humanas, como el
cáncer de piel. Un análisis de la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA)
informó que un tercio de las emisiones totales de NO
x
son por parte del transporte
(Hoon Lee, 2016).
Por tanto, la solución de urea grado automotriz o AdBlue al ser una solución acuosa
de urea compuesta por 32,5% de urea de alta pureza y 67,5% de agua desionizada,
tiene como propósito la reducción de gases NO
x
en vehículos Diésel. AdBlue es una
marca registrada de Verband der Automobilindustrie (VDA) y la norma ISO 22241
describe los límites de composición, análisis de los métodos, almacenamiento
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y transporte. Cumpliendo con dicha normativa se logra la certifcación para la
fabricación y comercialización del aditivo (Verband der Automobilindustrie, 2020).
El aditivo AdBlue debe cumplir con la concentración de urea determinada por la
ISO 22241, debido a que los catalizadores de SCR están diseñados para trabajar
a una determinada concentración de urea, precisamente de 32,5% w/w, debido a
que la efciencia del sistema SCR en la reducción de NO
x
depende principalmente
de este parámetro, la concentración debe mantenerse con un límite permisible de
-/+ 1,5% que puede verse afectado durante el almacenaje en los vehículos Diésel
(PalaniKumar Gurusamy, 2017).
Otras metodologías para la determinación de la concentración de urea en el
aditivo, son el análisis de regresión multidimensional (Adam Polcar, 2016), y de
acuerdo con lo señalado por Fojtíková, el método de titulación potenciométrica y la
cromatografía líquida de alta resolución (HPLC, acrónimo en inglés).
Un punto importante en el aditivo es el contenido de Biuret, debido a que la
reacción de hidrólisis sucede lentamente, ocasionando que el ácido isociánico
HNCO reaccione con la urea sin descomponerse, dando origen a compuestos no
deseados como Melamina, Biuret, Amelina, Triuret, Ácido Cianúrico y Ammelide
(Shahariar, 2018). De acuerdo con lo señalado por Gierth (2022), el subproducto
Biuret se descompone solo por encima de los 180 °C y el Ácido Cianúrico por
encima de los 300 °C, que infuye en mayor producción de estos subproductos.
Por otro lado, estos compuestos se acumulan en las paredes del tubo de escape,
en el inyector y en la superfcie del catalizador, provocando un aumento en la
contrapresión del motor, impidiendo el fujo de los gases de escape y reduciendo
la conversión de NO
x
, problema que se origina principalmente a temperaturas
menores de 100 °C.
Stamicarbon es una marca líder mundial en el diseño y desarrollo de plantas de urea
y licencias de tecnologías para la industria de la nutrición y plantas fertilizantes.
Actualmente, existen tres métodos diferentes para producir AdBlue (Stamicarbon,
2017):
a) Dilución de Gránulos de urea en agua desionizada
b) Dilución de Polvo de urea evaporado en seco en agua desionizada
c) Directamente de una solución acuosa de urea
En Bolivia la tecnología aplicada en la Planta Petroquímica de Amoniaco y Urea
(PAU) operada por Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos (YPFB) para
producir urea granulada es TOYO Engineering, que por medio de la reacción de
amoniaco y dióxido de carbono y un proceso de deshidratación obtiene la síntesis
de urea, para luego pasar al proceso de concentración, evaporación y granulación
(Toyo Engineering Corporation, 2012).
De acuerdo con lo señalado por Meessen (2014), dentro de las reacciones de
obtención de la síntesis de urea, sucede una reacción no deseada que por acción
de la temperatura se produce el compuesto Biuret, causado por la unión de
dos moléculas de urea y la liberación de una molécula de amoniaco. Por tanto,
superando el punto de fusión de la urea, de 132 °C se produce el Biuret afectando
la composición fnal del producto (Denghui Wang, 2019).
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El contenido de Biuret es un indicador de la calidad de la urea para la venta.
Una especifcación estándar mundial de Biuret en urea fertilizante es 1% w/w.
Para aplicaciones como solución de urea, este parámetro debe ser mucho menor.
Una forma de reducirlo en la composición de la urea es la adición de un exceso
de amoníaco en la corriente de la síntesis de urea (United States Patente nº US
10,526,281 B2, 2020).
Otro componente de la urea granulada es el contenido de Formaldehído. La
presencia de este componente es atribuible a la fnalidad que se le da a la materia
prima, debido a que el Formaldehído favorece en la dureza del grano y mantiene
el contenido de nitrógeno en su almacenamiento. La urea presenta un contenido de
nitrógeno de 46%.
Como Bolivia incursionó en la producción de urea para el sector agrícola, el
presente estudio pretende dar una aplicación secundaria a la materia prima
producida en la PAU y que se encuentra disponible en el país, sintetizando un
aditivo para los vehículos fabricados bajo normativa EURO que circulan dentro de
su parque automotor.
2. METODOLOGÍA Y RESULTADOS
2.1 Especifcaciones de Materias Primas Utilizadas
La urea granulada para la síntesis del aditivo presenta las especifcaciones descritas
en la Tabla 3. Asimismo, las especifcaciones de materias primas de diferente
procedencia se detallan, para evidenciar las diferencias de pureza. Por otro lado, se
consideraron lotes diferentes de urea YPFB de la gestión 2019 y 2021.
Tabla 3.
Especifcaciones de Materias Primas
Especifcación
Urea granulada
Bolivia (PAU,
YPFB) 2019
Urea granulada
Bolivia (PAU,
YPFB) 2021
Urea p.a.
Scharlau
Urea granulada
Perú (Romero
Fertilizantes)
Nitrógeno Total46,4%46,3%46%46%
Fósforo---0%
Potasio---0%
Amoniaco Libre55 ppm4,49 ppm--
Contenido de Biuret0,70%0,75%--
Contenido de Humedad0,30%0,27%--
Contenido de Formaldehído0,53%0,75%--
Densidad a granel esperada723 kg/m
3
697 kg/m
3
750 kg/m
3
-
Fuente: YPFB Refnación (2019, 2021), Scharlau (2021), Romero Fertilizantes
(2021).
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2.2 Caracterización de Materias Primas
Los parámetros de las materias primas señaladas en la Tabla 3, fueron analizadas
bajo técnicas y normativas internacionales descritas en la Tabla 4.
Tabla 4.
Parámetros analizados de Urea YPFB, Urea Perú y Urea p.a.
VariablesNormativa
Densidad AparenteNorma Venezolana NTE INEN – ISO 7837:2014
Contenido de NitrógenoNorma Venezolana COVENIN 1138-2018
Contenido de BiuretISO 22241-2; Anexo E.
Contenido de FormaldehídoISO 22241-2; Anexo F.
Contenido de Humedad
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN
222:2013
Fuente: Elaboración propia.
De acuerdo con los métodos aplicados para la caracterización de materia prima, se
obtuvieron los siguientes valores:
Tabla 5.
Caracterización de Materia Prima
ParámetrosUnidadUrea YPFBUrea PerúUrea p.a.
Densidad AparenteKg/m
3
719,33713,77750
Contenido de Biuret% w/w0,9340,8460,0183
Contenido de Humedad%0,140,230,07
Contenido de Nitrógeno%46,1946,1246,0
Contenido de Formaldehídomg/kg6218,623839,300,03
Fuente: Elaboración propia.
Considerando los resultados de la urea YPFB obtenidos en laboratorio, se procedió
a la síntesis del aditivo.
2.2 Síntesis del Aditivo
2.2.1 Demanda del Aditivo en el Departamento de Cochabamb
a
Hoy en día los camiones EURO del departamento buscan formas de anular los
sistemas (SCR), debido al costo del aditivo AdBlue, lo que implica un mayor costo
operacional del vehículo.
Para determinar el tamaño de muestra, se recurrió a la fórmula estadística de Murray
y Larry para una población fnita, con la que se obtuvo el número de encuestas a
realizar para determinar la demanda del aditivo y las marcas comerciales en el
departamento. En la Tabla 6 se muestra la fórmula aplicada.
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Tabla 6.
Sondeo de demanda del aditivo en el departamento de Cochabamba
Fuente: Elaboración propia.
Del total de 90 encuestas, se identifcó que 34 camiones utilizan el aditivo AdBlue
y los restantes 56 ya no lo utilizan. Además de que los aditivos más consumidos por
los usuarios son AdBlue y BlueDEF.
Figura 1.
Demanda del Aditivo. Fuente: Elaboración propia.
2.2.2 Parámetros de Sintetización del Aditivo
Durante el proceso de síntesis del aditivo, se observó una dependencia de la
temperatura en función de la velocidad de agitación. Por lo que se analizó este
parámetro de producción, con el fn de determinar la velocidad de agitación
adecuada para el proceso, en la Tabla 7 se describe el equipo utilizado.
Tabla 7.
Parámetros de análisis de velocidad de agitación
Unidad de
Observación
VariablesTécnica Aplicada
Blue TruckVelocidad de agitación
Agitador Magnético MSH 420
Termocupla Tipo T
Fuente: Elaboración propia.
En la Figura 2 se aprecia la incidencia de la temperatura en la velocidad de agitación.
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Figura 2.
Efecto de la temperatura en la velocidad de agitación
Fuente: Elaboración propia.
El método para determinar la concentración de la urea propuesto por la norma ISO
22241-2 (2019) Anexo C, es determinado por fórmula por medio del índice de
refracción. Se realizó una curva de calibración de índice de refracción respecto a la
concentración de urea, obtenido con urea p.a.
Figura 3.
Curva de Calibración
Fuente: Elaboración propia.
2.2.3 Caracterización del aditivo según normativa ISO 22241
El aditivo Blue Truck sintetizado, requiere de agua de alta pureza, por lo que se
utilizó agua de ósmosis inversa con las especifcaciones descritas en la Tabla 8.
Tabla 8.
Especifcaciones de Agua de Ósmosis
Inversa
Especifcación
Valor
pH6,09
Sólidos Totales Disueltos
(TDS)
0,92 ppm
Conductividad0,46 µS/cm
Metales Pesados0 ppm
Fuente: Elaboración propia.
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El aditivo sintetizado en laboratorio bajo el nombre Blue Truck fue analizado con
el aditivo AdBlue y BlueDEF. Estos aditivos fueron analizados bajo la normativa
ISO 22241-2:2019 Diesel Engines, NO
x
reduction agent AUS32 - Part 2: Test
Methods, descritos en la Tabla 9.
Tabla 9.
Parámetros Analizados de los aditivos
Variables a AnalizarNormativa
Concentración de ureaISO 22241-2; Anexo B.
Índice de RefracciónNorma ASTM D1747 y ISO 22241-2; Anexo C.
Contenido de BiuretISO 22241-2; Anexo E.
Contenido de AldehídosISO 22241-2; Anexo F.
Alcalinidad como NH
3
ISO 22241-2; Anexo D.
DensidadISO 386
pHMétodo Potenciométrico
Fuente: Elaboración propia
Los reactivos utilizados para las pruebas de análisis y caracterización de las
diferentes materias primas y aditivos son descritos en la Tabla 10.
Tabla 10.
Especifcaciones de Reactivos
ReactivoConcentraciónIndustria
Ácido Sulfúrico95-97%Merck
Ácido Clorhídrico37%Merck
Hidróxido de Sodio99%Merck
Carbonato de Sodio Anhidro99%Merck
Ácido Cromo trópico-Scharlau
Urea p.a.99,80%Scharlau
Tartrato de Sodio y Potasio99-102%Scharlau
Sulfato de Sodio Anhidro99,0-100,5%Sigma Aldrich
Solución de Biuret p.a.97%Acros Organics
Indicador Verde de Bromocresol-Hach
Indicador Rojo de Metilo-Hach
Solución Tampón estándar pH 4-Cicarelli
Solución Tampón estándar pH 7-Cicarelli
Solución Tampón estándar pH 10-Cicarelli
Alcohol Etílico96%Grado Analítico
Ácido Bórico-Grado Analítico
Sulfato de Cobre-Grado Analítico
Formaldehído37%Grado Analítico
Fuente: Elaboración propia
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Los resultados del análisis de calidad al aditivo Blue Truck, AdBlue y BlueDEF se
muestran en la Tabla 11.
Tabla 11.
Caracterización de diferentes aditivos AdBlue
ParámetrosUnidad
Límites ISO
22241
AdBlue
Alemania
BlueDEF
U.S.A
Blue
Truck
Contenido de urea% w/w31,8-33,232,532,532,5
Densidad a 20 °Ckg/m
3
1087 – 1093108910881092
Incide de Refracción a 20 °C-1,3814 -1,38431,38351,38361,3836
Alcalinidad como NH
3
% w/w0,20 máx.0,040,010,007
Biuret% w/w0,30 máx.0,030,260,31
Aldehídosmg/kg5 máx.1,321,74
>5
pH-109,359,269,38
Nota:
El aditivo Blue Truck se produjo con el lote de producción de urea del 2021.
Fuente: Elaboración propia
En la Tabla 12 se aprecia los resultados de análisis al aditivo Blue Truck almacenado
por 5 meses bajo condiciones ambiente de la ciudad de Tiquipaya del departamento
de Cochabamba.
Tabla 12.
Caracterización de diferentes aditivos AdBlue
ParámetrosUnidadLímites
Aditivo Blue
Truck Fresco
Aditivo Blue
Truck 5 meses
Contenido de urea% w/w31,8-33,232,5032,53
Densidad a 20 °Ckg/m
3
1087-109310911093
Índice de refracción a 20 °C-1,3814-1,38431,38381,3842
Alcalinidad como NH
3
% w/w0,20 máx.0,070,12
Biuret% w/w0,30 máx.0,2700,274
Nota:
Este aditivo fue sintetizado con un lote de producción de urea del 2019.
Fuente: Elaboración propia
2.3 Efectividad del Aditivo en la Reducción de NO
X
La prueba de efectividad de reducción de NO
x
se desarrolló para el aditivo Blue
Truck y el aditivo comercializado BlueDEF, poniéndolos a prueba en diferentes
semanas en un camión volvo FM 410 modelo 2011, regido a la norma EURO V.
Adicionalmente, se realizó una medición de gases de combustión a un camión
Volvo FH Samuray modelo 2017 fabricado bajo normativa EURO VI, dicho
camión contaba con combustible Diésel y el aditivo AdBlue de su país de origen,
Holanda.
El análisis de gases de escape se realizó por medio de un analizador de gases de
combustión KANE Auto plus 5-2.
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Los resultados de los análisis de gases de escape del aditivo Blue Truck, el aditivo
BlueDEF y un aditivo de industria Neerlandesa, se muestran a continuación:
Tabla 13.
Análisis de Gases de Escape a Vehículos pesados Diésel
EURO con SCR
Gases de
Combustión
Limite
EURO
VI
Camión
EURO VI
AdBlue
Holanda
Limite
EURO V
Camión
EURO V
AdBlue
U.S.A.
Camión EURO
V
AdBlue Blue
Truck
CO (g/kWh)1,50,001,535,91143,64
HC (g/kWh)0,130,000,460,000,00
NOx (g/kWh)0,40,0221,491,88
PM (g/kWh)0,01-0,02--
Fuente: Elaboración propia.
En la Tabla 14 se aprecia los valores obtenidos de los análisis de gases de escape a
vehículos pesados Diesel que no requiere el aditivo AdBlue y un vehículo pesado
Diesel con el sistema SCR anulado.
Tabla 14.
Análisis de gases de escape a vehículos Diésel EURO sin SCR
Camión Volvo sin sistema
SCR
Camión Americano sin sistema
SCR
Camión con sistema SCR
anulado EURO V
Gases De
Escape
Valor
Emitido
Gases De
Escape
Valor Emitido
Gases De
Escape
Valor Emitido
CO
2
(g/kWh)0,11CO
2
(g/kWh)0,11CO
2
(g/kWh)0,17
CO (g/kWh)538,65CO (g/kWh)323,19CO (g/kWh)754,11
O
2
(g/kWh)572,28O
2
(g/kWh)635,87O
2
(g/kWh)506,24
HC (g/kWh)0.06HC (g/kWh)0.00HC (g/kWh)0.07
NO (g/kWh)4,43NO (g/kWh)3,99NO (g/kWh)8,14
Fuente: Elaboración propia.
3. DISCUSIÓN
De la caracterización de la materia prima se puede indicar:
o
La densidad aparente de la urea puede variar dependiendo de su procedencia,
es decir, no todas presentan el mismo tamaño de grano, por lo que presentan
una variabilidad en los resultados.
o
La urea YPFB y urea Perú presentan un contenido de Biuret cerca al límite
permisible de 1% w/w para urea granulada fertilizante, pero cumplen con este
parámetro.
o
El límite establecido para contenido de nitrógeno en un fertilizante es de 46%,
por tanto, todos presentan un 46% de nitrógeno total.
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o
El contenido de Formaldehído en la urea YPFB y urea Perú son elevados,
atribuible a la fnalidad que se le da a la materia prima.
La demanda del aditivo permitió determinar la demanda real del aditivo, así como
el impacto ambiental que genera el sector de camiones que anularon el sistema
SCR.
Durante la etapa de disolución de urea en agua se observó una variable operativa
en el proceso de agitación, una velocidad de agitación mayor a 600 RPM induce
una caída de la temperatura brusca, esta caída de temperatura origina la formación
de cristales de urea en las paredes del recipiente, al igual que la disminución de
la solubilidad de la urea provocando un mayor tiempo de disolución, al mismo
tiempo la formación de cristales de urea infuye directamente en la concentración
de urea, reduciendo la concentración de urea preparada. La Figura 2 muestra el
descenso de la temperatura a distintas velocidades de agitación. La velocidad de
agitación óptima para la dilución de la urea en agua es de 410 RPM, con el fn de
evitar la formación de cristales de urea.
La curva de calibración a diferentes concentraciones de urea, medida a 20 °C,
permite determinar la concentración de urea de un aditivo de acuerdo al índice de
refracción, siendo un método importante para identifcar la calidad del aditivo de
forma rápida y confable.
Los resultados del análisis de laboratorio realizado a los distintos aditivos se
contrastaron con la norma ISO 22241:2019.
o
Para la densidad, los aditivos analizados se encuentran dentro especifcación,
la variación de densidades de los 3 aditivos se debe a la materia prima utilizada
para la síntesis de cada aditivo. Esta variabilidad se puede contrastar con el
aditivo exhibido por Terzis (2018), presentando un AdBlue comercial con una
densidad de 1083 kg/m
3
, y por Palanikumar (2017), presentando un AdBlue
con una densidad de 1093 kg/m
3
a 20 °C, frente al Blue Truck con 1092 kg/
m
3
que difere de una unidad respecto a Palanikumar (2017). Por otro lado,
los valores de densidad en los aditivos pueden variar por el almacenaje en los
vehículos Diésel con el paso del tiempo, según Fojtíková (2019).
o
En especifcaciones de índice de refracción todos los aditivos presentan el
mismo valor. Este parámetro determina la concentración de urea, por tanto, la
calidad del aditivo, tal como se especifcó en la Figura 3.
o
En especifcaciones de alcalinidad todos los aditivos presentan un valor por
debajo de lo establecido, sin embargo, el aditivo Blue Truck puede verse
afectado por el pH del agua de ósmosis inversa utilizada para su síntesis.
o
El aditivo Blue Truck superó el límite de contenido de Biuret, en 0,01% w/w
del valor establecido, debido a que la materia prima utilizada partió con un
contenido de Biuret de 0,934% w/w.
o
El límite de aldehídos establecido por la norma es de 5 mg/kg, el aditivo Blue
Truck presenta un valor muy elevado de aldehídos, debido a que se partió de
una materia prima con contenido de Formaldehído de 6218,62 mg/kg.
o
La prueba de pH se encuentra dentro los límites establecidos y de valores
similares con las marcas comerciales analizadas, al ser de un valor elevado pH
9 presenta también cierto grado de corrosividad.
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Aunque las propiedades del aditivo almacenado por 5 meses a condiciones ambiente
presentan leves variaciones en todos los parámetros, se encuentran dentro de los
límites establecidos por la ISO 22241. Asimismo, se verifca que las propiedades
del aditivo pueden cambiar con el paso del tiempo, por lo que el límite del tiempo
máximo de almacenamiento es de 12 meses, según dicha norma.
Los resultados de los análisis de gases de escape indican que:
o
Para el análisis de un vehículo pesado Diésel sujeto a la EURO VI, los
resultados de análisis de emisión de gases de escape es casi cero para
todos los compuestos, a excepción de los NO
x
emitiéndose un 5% del
límite establecido por la norma EURO VI, siendo el límite 0,4 g/kWh,
esto puede ser infuenciado por el combustible Diésel, debido a que en
Europa los combustibles comercializados son biocombustibles, por ende
son combustibles limpios y tienen una menor emisión de gases de escape
(Fernando Daniel Ramos, 2016). De acuerdo con lo señalado por Panoutsou
(2021), la mezcla más utiliza de biodiésel en Europa es B7 o B10, es decir,
para un B7 la mezcla es 7 partes de biodiésel y 93 partes de Diésel.
o
Los análisis de gases de escape realizados a un vehículo pesado Diésel sujeto
a un EURO V, indican que el aditivo de industria U.S.A. y el Blue Truck
cumplen con su objetivo, reduciendo los NO
x
.
Los resultados de la Tabla 14 contrastados con los resultados de la Tabla 13,
permiten indicar que:
En el camión EURO V con sistema SCR anulado, se evidencia que los valores de
emisión con respecto a los NO
x
exceden 4 veces lo permitido por la norma EURO
V, demostrando que el uso del aditivo contribuye a la reducción y emisión de gases
NO
x
.
4. CONCLUSIONES
El proyecto de investigación permitió obtener los resultados de la urea grado
agrícola proveniente de la PAU para estudiar su aplicación como materia prima en
la síntesis de urea grado automotriz.
o
Los análisis de laboratorio realizado a la urea YPFB, evidenciaron un contenido
de Biuret de 0,934%w/w y un contenido de Formaldehído de, 6218,62 mg/kg,
lo que infuye directamente en parámetros de Biuret y Aldehídos en el aditivo
sintetizado. Un alto contenido de Biuret se produce cuando las temperaturas
sobrepasan el punto de fusión de la urea, específcamente en el proceso de
granulación, provocando una reacción secundaria de formación de Biuret,
por otra parte, para que el grano de urea no se rompa al tacto y mantenga el
contenido de nitrógeno en el almacenamiento se le añade Formaldehído,
afectando la composición fnal de la urea granulada.
o
El aditivo Blue Truck sintetizado a partir de urea agrícola YPFB cumple
con las normativas internacionales con excepción del contenido de Biuret y
Formaldehído, siendo directamente infuenciado por la materia prima.
o
Determinar la concentración de urea en función del índice de refracción por
método gráfco, afrma que es un método adecuado y preciso para determinar la
calidad del aditivo, siendo un método alternativo al propuesto por la normativa
ISO 22241-2.
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o
Para evitar la cristalización resultante del descenso de temperatura exhibido en
el proceso de disolución de urea, el proceso debe partir de temperaturas entre
los 20 a 26 ºC a una velocidad de agitación de 400 RPM.
o
El parámetro más importante para el almacenamiento del aditivo es la
temperatura, en un rango de -11 °C a 30 °C, según lo indicado por la norma
ISO 22241-3
Manejo, Transporte y Almacenaje.
El aditivo Blue Truck se
almacenó por 5 meses a temperaturas de 20 a 30 °C, mostrando un incremento
del contenido de Biuret en un 0,04% w/w del valor inicial.
o
Las pruebas de efectividad de reducción de emisión de NOx del aditivo
sintetizado Blue Truck cumple con su función, dado que los resultados indican
que este aditivo puede ser utilizado en camiones EURO como cualquier otro
producto comercial, aunque podría infuir en la degradación del catalizador.
o
El sondeo realizado nos permitió identifcar que el 23% del transporte pesado
utiliza el aditivo, con un consumo estimado de 236 m
3
mensuales para este año
y, con una proyección de 301 m
3
para el año 2027. Si el parque automotor del
departamento de Cochabamba consumiría en su totalidad el aditivo, la demanda
sería de 7013 m
3
mensuales.
o
Para lograr una producción industrial y mejorar la calidad del aditivo
propuesto, es necesario partir de urea con mayor pureza. Los parámetros de
mayor incidencia en el desempeño del aditivo son el Biuret y el Formaldehído,
los cuales deben presentarse en un contenido no mayor a 0,40% y 3 mg/kg
respectivamente, de esta manera poder producir y certifcar un aditivo AdBlue
Premium Quality.
o
Considerando que, en Bolivia, la Planta de Amoniaco y Urea (PAU) se considera
potencial productor de este aditivo, se recomienda que se realicen estudios de
investigación posteriores y complementarios dentro de las líneas de proceso de
la PAU, antes del proceso de granulación, con el fn de asegurar la pureza de la
materia prima, tal como propone Stamicarbon.
o
La producción del aditivo AdBlue bajo la norma ISO 22241 (2019) en
cumplimiento con las especifcaciones establecidas, puede lograr una
certifcación de fabricación y comercialización, avalada por la Asociación
Alemana de la Industria del Automóvil (VDA).
AGRADECIMIENTO
A la Dirección Nacional de Investigación de la Universidad Privada del Valle por
apoyar con el fnanciamiento para la ejecución del proyecto.
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