Los alcoholes inferiores más representativos y usados son el metanol y el etanol ^{[ 15 ]}. Los alcoholes de cadena corta en el motor diésel tienen propiedades pobres, tales como el índice de cetano inferior, valor calorífico y viscosidad cinemática ^{[ 16 ]}; también han demostrado baja miscibilidad y realizan separaciones de fases después de cierto tiempo ^{[ 17 ]}. El etanol es de difícil autoignición y no genera liberación de calor a baja temperatura ^{[ 18 ]}; además tiene poca o nula liberación de calor a temperatura intermedia, y con la presencia de agua el etanol es más difícil de iniciar ^{[ 19 ]}. El etanol puede reducir la temperatura del gas en el cilindro y proporciona una zona de enfriamiento más grande, lo que lleva a una mayor emisión de CO (monóxido de carbono) ^{[ 20 ]}. Debido a la capacidad de generar combustión completa (Figura 1), el bioetanol tiene el potencial de aumentar la eficiencia de combustión ^{[ 21 ]} y con esto reducir la emisión de HC (hidrocarburos no quemados) ^{[ 20 ]}. El etanol tiene un alto calor de vaporización; por lo tanto, reduce la temperatura máxima dentro del cilindro y esto hace reducir los NOx (óxidos de nitrógeno), lo que aumenta la potencia del motor ^{[ 7 ]}. El metanol tiene un alto número de octanaje, alta velocidad laminar de la llama, amplio límite de inflamabilidad y alto calor latente de vaporización ^{[ 22 ]}. El metanol es tóxico, líquido, sin sabor, incoloro y generalmente se conoce como alcohol de madera. Su estructura química simple puede conducir a menores emisiones y una mejor combustión ^{[ 13 ]}.

Figura 1

Recientemente, los investigadores han demostrado mayor interés en los alcoholes de cadena larga, ya que tienen mejores propiedades físico-químicas que los alcoholes de cadena corta ^{[ 17 ]}. A medida que aumenta el número de carbonos en la estructura química de los alcoholes, las propiedades básicas del combustible también mejoran; por ejemplo, la capacidad de disolverse, la baja polaridad y la naturaleza menos higroscópica hacen que la mezcla sea muy fácil con diésel y biodiésel; se evita así separación de fases ^{[ 23 ]} y se logra un menor retardo de encendido ^{[ 24 ]}. Además, tienen mayor valor calorífico, mayor volatilidad, menos problemas de ignición, solubilidad, mayor viscosidad, no presentan problemas de separación de fases y cuentan con mejores propiedades de flujo en frío. Además de una mejor estabilidad de mezcla y alta densidad, tiene también mejor lubricidad y menor riesgo de corrosión ^{[ 25 ]}. Por estas razones se sugieren los alcoholes altos en carbono para los motores diésel ^{[ 26 ]}. El uso del butanol tiene ventajas, ya que es el único combustible a base de alcohol que puede ser transportado fácilmente por las redes de tuberías de productos petroleros existentes, en lugar de transportarse únicamente en camiones con cisternas y vagones de ferrocarril ^{[ 27 ]}. En la Tabla 2 se muestran las ventajas del butanol.

Tabla 2

Ventaja del butanol	Beneficio	Referencia
Mejor miscibilidad con el combustible diésel	Mezcla con diésel	[ 28 ]-[ 32 ], [ 20 ]
Menor calor de evaporización	Menor pérdida	[ 28 ], [ 31 ], [ 20 ]
Mayor valor calorífico	Mejor combustión	[ 20 ], [ 21 ], [ 31 ]
No tiene separación de fases	Mejor mezcla	[ 32 ]
Menor consumo de combustible	Mejor combustión	[ 11 ]
Mejor estabilidad de mezcla	El sistema de inyección mejora y protege al motor	[ 11 ], [ 29 ], [ 30 ]
Genera menor temperatura de autoignición	Es más fácil de aplicar al motor	[ 11 ], [ 28 ]
Menor corrosión	Más durabilidad en las partes del motor	[ 29 ], [ 30 ], [ 33 ]
Mejor arranque del motor	Mejora arranque en climas fríos	[ 28 ]
No es higroscópico	No absorbe el agua	[ 32 ]
Tiene el doble de átomos de carbono que el etanol	Incrementa el valor calorífico	[ 33 ]
Tiene mayor densidad que el etanol	Reduce el consumo de combustible y mejora el rendimiento	[ 33 ]
Se pueden usar mezclas más magras	Reduce emisiones	[ 33 ]
Mejora la mezcla	Ofrece mejor rendimiento en el motor	[ 21 ]
Menos toxico y mejor solubilidad	Mejor uso en mezcla con diésel	[ 28 ]
Mayor viscosidad y lubricidad	Protege el motor y evita el desgaste	[ 28 ]

El inconveniente de usar el butanol es que puede generar un incremento del BSFC (el consumo de combustible específico del freno), pero al mismo tiempo puede lograr disminuir las emisiones de CO, NOx y humo, pero con una reducción de BTE (eficiencia térmica del freno) y con un aumento de las emisiones de HC ^{[ 34 ]}. El butanol muestra una capacidad de reducción de hollín más evidente y ofrece una mayor eficiencia del combustible comparándolo con el biodiésel ^{[ 35 ]}, ^{[ 36 ]}. Las mezclas de butanol/diésel no requieren cosolventes o agentes mezcladores, debido a su naturaleza menos hidrófila ^{[ 37 ]}. Por otro lado, el geraniol es un alcohol de orden superior que se obtiene a partir de la reacción con solución ácida y forma turpineol el cual ayuda a mejorar el rendimiento del motor ^{[ 38 ]}. Con esto se puede llegar a concluir que el alcohol superior sería un posible sustituto del biodiésel en un motor diésel ^{[ 39 ]}. Otros alcoholes superiores como el 1-pentanol y el n-octanol se presentan en las Tablas 3 y 4 respectivamente.

Tabla 3

Ventaja	Beneficio	Referencia
Mejores propiedades de combustión	Mejora la combustión	[ 17 ], [ 35 ], [ 40 ]
Tiene baja polaridad y es hidrófilo	No muestra separación de fases	[ 17 ], [ 40 ], [ 41 ], [ 42 ]
Es miscible con diésel y aceite	Mejora la mezcla	[ 17 , [ 25 ], [ 35 ], [ 40 ], [ 41 ], [ 42 ]
Mayor número de cetano	Mejor rendimiento	[ 25 ], [ 40 ], [ 41 ], [ 35 ], [ 42 ]
Mayor velocidad de la llama y viscosidad	Mayor valor calorífico	[ 25 ], [ 40 ], [ 41 ], [ 42 ]
Menor calor de evaporización y presión	Mejora la eficiencia	[ 25 ], [ 40 ], [ 35 ]
Menor riesgo de corrosión	Durabilidad	[ 25 ], [ 40 ], [ 41 ], [ 42 ]

Tabla 4

Cualidad	Logro	Referencia
Altamente miscible al diésel	Mejor mezcla	[ 43 ]
Emisiones de humo ultrabajas	Reducción de humo	[ 44 ]
Mejores propiedades de flujo en frío	Punto de fluidez de 9 °C	[ 45 ]
Menos corrosivo que el resto de alcoholes	Naturaleza hidrofóbica	[ 46 ]
Tiene baja presión de vapor	Puede ser seguro en el traslado y almacenamiento	[ 46 ]
Alta tensión superficial y baja presión	Mejor pulverización	[ 44 ]
Cadena más larga y menos ramificada	Genera mayor densidad energética	[ 47 ]
Mayor número de cetanos, valor calorífico y la temperatura de autoignición	Propiedades similares al diésel	[ 39 ], [ 46 ]

En la mezcla de dos líquidos pueden tener diferentes propiedades químicas, por lo que pueden existir problemas de inestabilidad y separación durante el funcionamiento del motor; esta es la razón de agregar aditivos (cosolventes) y de esta manera superar el problema de separación de fases ^{[ 56 ]}. Los aditivos oxigenados pueden ayudar a encender el combustible más fácilmente y reducir la contaminación del escape del motor ^{[ 57 ]}. El hidroxitolueno butilado y el n-butanol son aditivos antioxidantes que con biodiésel o diésel ayudan a reducir las emisiones de NOx, esto es debido a que el aditivo antioxidante tiene la capacidad de apagar los radicales libres durante la fase de combustión ^{[ 58 ]}. Uno de los métodos probados para mejorar el rendimiento y reducir el NO y el humo es agregar alcoholes como metanol, etanol, n-butanol y n-petanol en mezclas de biodiésel o diésel ^{[ 59 ]}. En la Tabla 5 se muestra el desempeño del motor con mezclas de aceites con alcohol.

Tabla 5

Emisión que reduce	Tipos de mezclas	Desempeño del motor	Referencia
NOx	1-octanol con 5% de aceite de palma y 95% de diésel y adición de 2EHN	Combustión mejorada y mayor BTE	[ 60 ]
NOx, CO y humo	1-octanol mezclado con diésel	Mejora el BTE pero con mayores emisiones de HC	[ 61 ]
CO y HC	Biodiésel con n-butanol y pentanol	Mejora el BTE y el BSFC, y se concluye que es mejor e pentanol que el n-butanol	[ 62 ]
CO y HC	1-octanol (10%, 20% y 30%) mezclado con diésel	La adición de 1-octanol mejora el BTE, pero aumenta el NOx	[ 63 ]
NOx	Mezcla de DME con biodiésel	Reducción del retardo de encendido	[ 64 ]
NOx	40% de diésel, 40% de biodiésel, 10% de aceite vegetal y 10% de propanol	Se tuvo el mayor BSFC y el menor NOx con un aumento de CO y HC	[ 65 ]
Varios	Biodiésel de aceite de girasol residual, diésel, n-pentanol y n-hexanol	La mezcla del n-hexanol con el biodiésel mejora los valores de BTE y BSFC	[ 66 ]
NOx	Residuos de aceite usado como biodiésel con propanol, n-butanol y pentanol	La mejor mezcla fue con pentanol	[ 23 ]
PM y hollín	Mezcla de DME con PODEn (polioximetilen dimetil ésteres)	Mejora la ignición y la calidad de pulverización; mejora el BTE, pero aumenta el NOx	[ 67 ]

Raviteja et al. ^{[ 68 ]} estudiaron la mezcla de butanol enriquecido con hidrógeno y concluyeron que agregar hidrógeno reduce el consumo de combustible y además genera una disminución de emisiones. Diluir WPO (aceite de residuo de plástico) con alcohol, como etanol, metanol o butanol, tiene un beneficio adicional, ya que mejora significativamente las propiedades de almacenamiento y manejo de WPO ^{[ 69 ]}. Hellier et al. ^{[ 70 ]} investigaron el efecto de las cianobacterias para la obtención del geraniol en motor CI; los resultados mostraron que el uso de geraniol al 100% aumenta el retraso de ignición y aumenta el NO; sin embargo, si se mezcla con diésel reduce significativamente la emisión de NO, por lo que se llegó a la conclusión que el geraniol mejora su comportamiento de combustión con los aceites comestibles.

El bioetanol fue inicialmente considerado como un combustible alternativo para el motor SI debido a su mayor número de octanos; sin embargo, en los últimos años, el bioetanol ha surgido como un combustible que puede mezclarse con diésel y biodiésel utilizando aditivos adecuados ^{[ 71 ]}. El etanol no es soluble en diésel y solo puede combinarse por medio del biodiésel que actúa como un intermediario; de hecho, el biodiésel actúa como un dispersante de partículas de etanol en el motor, creando así una mezcla estable. El etanol y el biodiésel son combustibles oxigenados que ayudan a mejorar la combustión. El etanol tiene un alto valor calorífico y baja densidad en comparación con el diésel puro y el biodiésel. Por otro lado, el biodiésel posee un bajo nivel calorífico, por lo que se compensa ^{[ 72 ]}. El biodiésel-etanol-diésel (BED) es una mezcla de biocombustibles y diésel que tiene el valor energético cercano a los combustibles fósiles, ya que cuenta con excelentes propiedades en cuanto a su lubricación, densidad y viscosidad y se considera un combustible ecológico ^{[ 73 ]}. También se conoce la mezcla de diésel-biodiésel-etanol por un nuevo término: diesterol ^{[ 8 ]}. Esta mezcla (biodiésel-etanol-diésel) da como resultado una mayor velocidad de calor, mayor retraso de encendido y más corta duración de la combustión ^{[ 20 ]}. En la Tabla 6 se analiza el rendimiento del motor con diesterol.

Tabla 6

Rendimiento del motor	Esto generó	Referencia
El BTE aumentó ligeramente	Una mayor tasa de combustión	[ 74 ]
El BTE fue inferior	Menor rendimiento que con el diésel puro	[ 75 ]
El BSFC aumentó	Sucedió cada vez que se incrementó el etanol	[ 76 ]

El etanol tiene baja viscosidad y buenas propiedades de flujo en frío; el biodiésel se puede mezclar con etanol para disminuir su viscosidad y aumentar su volatilidad y mejorar sus propiedades de flujo en frío ^{[ 77 ]}. Además, el mayor contenido de oxígeno en el etanol puede reducir aún más la emisión de PM (la materia particulada) en comparación con el biodiésel ^{[ 20 ]}. Se puede observar en la Tabla 7 la relación de emisiones en el motor aplicando diesterol.

Tabla 7

Emisión que reduce	La causa de esto	Referencia
NOx	La mezcla reduce la emisión	[ 75 ]
CO, NOx y humo	Con la mezcla se logra la reducción	[ 20 ]
PM y NOx	Con la mezcla tiene mayor tasa de liberación de calor	[ 78 ]
NOx y humo	Tiene reducciones de emisiones y no sufre cambios en la eficiencia térmica	[ 20 ]
CO y NOx	En alta velocidad se reduce el NOx y tiene mayor eficiencia térmica	[ 79 ]
HC, CO y hollín	El etanol es un oxidante que reduce el BSFC	[ 74 ]
NOx	Esto se debe al alto calor latente de evaporización del etanol, que reduce la temperatura de combustión.	[ 80 ]

La presencia del biodiésel en la mezcla de etanol y diésel hace aumentar el índice de cetano y mejora la calidad de autoignición de la mezcla de combustible en general; por otra parte, agregar etanol a la mezcla de biodiésel-diésel reduce la alta densidad y viscosidad del biodiésel, con lo cual se logran propiedades físicas y características de evaporación y de tamaño de gota más adecuadas en la mezcla del combustible ^{[ 81 ]}, y además la mezcla diésel-biodiésel-etanol contiene un alto contenido de oxígeno que aumenta el rendimiento del motor y reduce las emisiones de escape ^{[ 82 ]}. La estabilidad, almacenamiento y transporte son los primeros inconvenientes de la mezcla diesterol, lo que dificulta su aplicación comercial; sin embargo, esto puede ser resuelto agregando iso-pentanol a la mezcla, lo cual la hace más estable y segura para su aplicación ^{[ 83 ]}.

La adición de bioalcoholes mejora la atomización del combustible, se logra así una mejor combustión y por lo tanto se reducen los depósitos de carbono que se pueden encontrar en el motor, como en los aros de pistón, paredes de cilindros, inyectores, etc ^{[ 31 ]}. El aceite de pirolisis de la madera y el n-butanol se pueden mezclar sin ninguna separación de gases, ya que el n-butanol puede servir como disolvente orgánico, el cual es capaz de disolver partículas sólidas existentes y suprimir la polimerización ^{[ 69 ]}. En la Tabla 8 se muestra el comportamiento del motor agregando mezclas de butanol con biodiésel.

Tabla 8

Emisiones que reducen	Forma de aplicar	La causa de esto	Referencia
Hollín y NOx	Se inyecta el butanol a mayor presión de inyección	La inyección a mayor presión es una técnica viable para reducir emisiones	[ 84 ]
NOx y humo	Se mezcla con aditivos	Se mezcla con aceite de cocina usado y tiene una mejora en la combustión	[ 85 ]
CO y humo	Mezcla homogénea biodiésel/butanol	Con la mezcla se genera un aumento en BSFC	[ 86 ]
PM	29% de butanol	Con la adición del butanol mejoran las propiedades de combustión	[ 87 ]
PM	20% de butanol	Se aumenta el BTE agregando butanol y se obtiene un buen rendimiento	[ 88 ]
NOx y humo	10% de butanol y 90% de diésel/WPO	La mezcla de butanol mejora el rendimiento del motor y reduce emisiones	[ 89 ]

De acuerdo con Lapuerta et al. ^{[ 90 ]}, el taponamiento del filtro punto frío, punto de nube y punto de fluidez se reducen con el aumento del contenido del butanol en las mezclas de biodiésel-butanol ^{[ 20 ]}. Es posible utilizar hasta un 40% de butanol y un 45% de pentanol como componentes de mezcla con diésel para alimentar el combustible de los motores CI y en el caso de mezclas con biodiésel se puede lograr hasta un 20% de butanol y pentanol sin alteraciones en el motor CI ^{[ 37 ]}. Las mezclas de pentanol-biodiésel tienen viscosidades más bajas, mayor contenido de oxígeno y mayor calidad de ignición, lo que ayuda a lograr una mayor atomización y combustión; las mezclas de pentanol tienen mayor estabilidad de la mezcla y no muestran separación de fases ^{[ 24 ]}. Es posible reemplazar hasta el 60% del diésel con biocombustibles (30% de biodiésel más 30% de pentanol) utilizando una estrategia de doble inyección ^{[ 37 ]}. En la Tabla 9 se muestran el rendimiento y las emisiones aplicando la mezcla de biodiésel con n-pentanol.

Tabla 9

Emisión que se reduce	Forma de aplicar	La causa de esto	Referencia
Humo	Se mezcló con varias condiciones de carga	La mezcla de aceites de cocina usados mejora el rendimiento, pero con aumento de HC	[ 91 ]
NOx	Se mezcló con un 20% de pentanol sin EGR	La mezcla de aceite de cocina de desecho y pentanol resulta en una mejor eficiencia de combustión	[ 92 ]
PM	Se mezcló homogéneamente pentanol con diésel	Con la mezcla se reducen las emisiones	[ 93 ]
NOx, HC y CO	Se compararon las mezclas pentanol/ biodiésel y pentanol/ diésel	Se redujo el BTE en la mezcla pentanol/ biodiésel	[ 94 ]

En un motor de doble combustible con biogás como combustible principal, el biogás se puede depositar en el cilindro de combustión a través de un puerto de admisión con aire, mientras que el alcohol servirá como la fuente de ignición, el cual se inyecta directamente en la combustión del cilindro (piloto) ^{[ 95 ]}; este combustible piloto puede estar conformado de diésel, biodiésel o éteres como el DME. El DME se mantiene con casi cero niveles de humo cuando es aplicado como combustible piloto, o bien se puede hacer en mezclas con biodiésel como lo señalan Paul et al. ^{[ 96 ]}, quienes estudiaron la combustión dual de la mezcla de combustible piloto oxigenado y concluyeron que con un mayor porcentaje de biodiésel y etanol en el combustible piloto aumenta la eficiencia de combustión del motor y también disminuyen los NOx. En otro trabajo, Karabektas et al. ^{[ 97 ]} consideraron agregar el DEE como combustible piloto y encontraron que se genera una mejora en el BTE y en el BSFC; esto se debe al alto número de cetano de DEE y su contenido de oxígeno; por lo tanto, el proceso de combustión se mejora. El DEE se evapora rápidamente y se mezcla con el aire fácilmente; forma así una mezcla homogénea y además su alto calor de evaporación resulta en una temperatura más baja, y con esto se pueden reducir los NOx. En la Tabla 10 se presenta el éter como combustible piloto en un motor que tiene como combustible principal el biogás.

Tabla 10

Emisión que reduce	Tipo de biodiésel/biogás	La causa de esto	Referencia
CO	WPO	Con WPO el BTE se incrementó (100% de DEE), pero aumentó el HC	[ 98 ]
NOx y humo	WPO	El BTE se incrementó (con 15% de DEE) y se tuvo una reducción de BSFC	[ 99 ]
NOx	WPO	El BTE se incrementó (con 10% de DEE)	[ 98 ]
CO, HC y NOx	Biodiésel/GNC	Un BTE mejorado con DEE en un combustible dual	[ 100 ]
CO	Biodiésel de soja	Mejora el BSFC (con 5% de DEE); sin embargo, si se agrega más del 40% de DEE, produce una tendencia de detonación	[ 49 ]
CO, HC y humo	Biodiésel/biogás	Produjo un aumento en BTE (con 6% de DEE) en la mezcla con biodiésel como combustible piloto	[ 49 ]
-	Gas acetileno	Se redujo el consumo de energía (con 10% de DEE)	[ 101 ]

Los bioalcoholes se pueden aplicar a los motores diésel mediante dos métodos: en modo de combustión dual y como emulsificación/microemulsificación ^{[ 67 ]}. A medida que aumenta el contenido de agua, la formación de NOx y el humo se reducen, pero el consumo de combustible, el CO y los HC se incrementan ^{[ 102 ]}. En el modo de emulsión (Figura 3) aumenta el BTE alrededor de un 6,6%; la razón de este aumento se debe a la eficiencia de combustión mejorada por una mejor atomización y evaporación del combustible que se produce como resultado de una microexplosión ^{[ 56 ]}.

Figura 3

Algunos estudios confirman que los combustibles diésel/biodiésel se pueden mezclar con una baja relación de volumen de alcoholes para formar combustibles microemulsionados ^{[ 67 ]} (Figura 4). La microemulsión es un método utilizado para mezclar aceites vegetales o biodiésel con alcoholes y de esta manera reducir la viscosidad, y además sirve como disolvente (ejemplo, el butanol), debido a su mayor índice de cetano, menor riesgo de corrosión, menor polaridad y mayor valor calorífico ^{[ 103 ]}. Kannan et al. ^{[ 104 ]} estudiaron el efecto de las microemulsiones de diesterol-agua en motor diésel de un solo cilindro con diferentes cargas y una velocidad constante de 1500 rpm. Los resultados muestran que la microemulsión aumentó el BSFC y redujo el BTE, pero generó incrementos de CO, CO₂ y HC, aunque hubo reducciones significativas de NOx y humo. Otro estudio con resultados distintos lo presentan Mukhtar et al. ^{[ 105 ]}; ellos analizaron el efecto del etanol en la emulsión con diésel, en una emulsión tricombustible (etanol, biodiésel y diésel). Los resultados señalan que la tasa de liberación de calor y la presión dentro del cilindro de la emulsión tricombustible durante el período de retardo del encendido aumento en comparación al diésel. La tasa máxima de liberación de calor y la presión dentro del cilindro de las emulsiones tricombustibles mejoraron en comparación con las del diésel.

Figura 4

Las nanopartículas en las mezclas de combustible generan una oxidación debido a la alta relación del área de superficie-volumen y por su superficie reactiva más amplia, por lo que proporcionan mayor entalpía de combustión, con un aumento en la densidad energética ^{[ 106 ]}. Se ha demostrado que existe un gran potencial entre diversas mezclas como el n-butanol y BHT, con lo que se logra una mejor estabilidad a la oxidación y reducción de NOx ^{[ 31 ]}. Entre los estudios de mezclas de bioalcohol con nanopartículas destaca el de Venu et al. ^{[ 107 ]}, en el cual investigaron el rendimiento y emisión de un motor diésel con una mezcla de diésel al 70%, biodiésel de aceite de Jatropha con 20%, etanol con 10% de combustible y con la adición de 25 ppm de nanopartículas de Al₂O₃. Los resultados revelaron que la presión máxima del cilindro y el calor máximo de la tasa de liberación se alcanzaron más cerca de TDC (el punto muerto superior), y en el caso de las emisiones el HC, CO, NOx y la opacidad del humo se redujeron. Otro estudio destacable lo presentaron Shaafi et al. ^{[ 108 ]}, quienes encontraron el efecto de las nanopartículas de alúmina, además de las mezclas de etanol e iso-propanol en un motor CI alimentado con biodiésel. El resultado mostró que la adición del etanol y la alúmina generó un aumento en la presión del cilindro de la tasa de liberación de calor. La temperatura de los gases de escape y el BTE aumentaron y además se redujeron las emisiones de CO y HC; sin embargo, los niveles de NOx aumentaron. Finalmente, otro estudio sobre este tema lo presentaron Selvan et al. ^{[ 109 ]}, en el cual analizaron el efecto de incorporar nanopartículas de óxido de cerio y nanotubos de carbono en mezclas de diésel-biodiésel-etanol. Las nanopartículas de óxido de cerio actúan como catalizadores de suministro de oxígeno para oxidar el CO y reducir los óxidos de nitrógeno. La activación del óxido de cerio elimina los depósitos de carbono en el cilindro, lo que resulta en una reducción significativa de HC y emisiones de humo.