ESTUDIO DE CONSULTORÍA EN
GAS NATURAL VEHICULAR
CONTRATO No. 079-003/00
EVALUACIÓN DEL PROGRAMA DE CONVERSIÓN
A GNV DE VEH...
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
OBJETIVOS 3
1. MARCO DE REFERENCIA 4
1.1 El gas natural y su uso como combustible automotor 4
1.1...
4.1.4. Resultados y conclusiones 47
4.2 Prueba piloto de gas natural vehicular en Bogotá 48
4.2.1. Antecedentes 48
4.2.2. ...
6.4.6 Procedimiento 60
6.4.7 Resultados de los ensayos 60
6.5 Pruebas comparativas de emisiones de gases a diferentes altu...
8.5. FLUJO DE CAJA E INDICADORES FINANCIEROS 183
8.6. CONCLUSIONES DE LA EVALUACIÓN FINANCIERA 187
9. RESUMEN GENERAL Y CO...
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ESTUDIO
• Fotos y comentarios sobre la instalación de los kits de conver...
1
INTRODUCCIÓN
Durante los últimos años la contaminación atmosférica en las principales ciudades
Colombianas ha alcanzado ...
2
El presente estudio, por tanto, pretende adecuar algunas de las pruebas y experiencias
más significativas a las condicio...
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OBJETIVOS
Diseñar y aplicar una metodología para la evaluación comparativa del desempeño
mecánico y ambiental de los veh...
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1. MARCO DE REFERENCIA
1.1 El gas natural y su uso como combustible automotor
1.1.1 Origen y fuentes del gas natural
El ...
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más completa, libre de hollín y con menos producción de contaminantes como monóxido
de carbono (CO) e hidrocarburos (HC)...
6
El menor poder calorífico (el contenido de energía después de que se deduce la pérdida
de energía) de los combustibles e...
7
• Límites de inflamabilidad en el aire
Para que un combustible queme, debe haber oxígeno presente en una relación apropi...
8
El que la relación ideal aire / combustible para el gas natural (16.4:1) sea superior a la de
la gasolina (14.7:1) signi...
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• Requerimientos de encendido
En un motor de encendido por chispa el sistema de encendido debe ser capaz de producir
una...
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Figura 2. Curva de avance de encendido requerido para operación de motores con GNV
Este mismo factor hará cada vez más ...
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El GNV produce menos potencia que la gasolina. Sin embargo, debido a los modernos
controles electrónicos del motor esta...
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A pesar de que estos valores de autonomía favorecen ampliamente a la gasolina frente al
GNV, es posible que al tener en...
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Combustible Límites de inflamabilidad Rango
GNV 5 % - 15 % 10
Propano 2.4% - 9.5 % 7.1
Butano 1.8% - 8.4% 6.6
Gasolina ...
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1.2 Desarrollo y perspectivas del uso del GNV en Colombia
1.2.1 Antecedentes
Los primeros estudios para el desarrollo d...
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1986 1989 1992 1995 1997 1999
Cantidad de vehículos
convertidos a GNV 38 945 2962 4175 4650 5199
Número DE Estaciones d...
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Figura 4. Distribución de vehículos convertidos por segmento
1.2.3 Expectativas de mercado para el GNV
Estudios recient...
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Figura 5. Distribución geográfica del programa de GNV para los próximos 10 años.
BallenaRiohacha
Villanueva
Curumani
Ch...
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2. TECNOLOGÍAS PARA EL USO DEL GAS NATURAL EN VEHÍCULOS
Si se analizan con cuidado las propiedades del GNV explicadas e...
19
2da generación - Inyección electrónica de combustible
3ra generación - Inyección de combustible multipunto de control d...
20
la señal recibida del computador de control. La figura 7 muestra un sistema como el
mencionado, de 2ª generación, más s...
21
2.1 Vehículos dedicados a GNV2
Como su nombre lo indica, son vehículos “dedicados” para uso exclusivo de gas natural.
C...
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2.2 Vehículos bi-combustible
Un vehículo bi-combustible puede funcionar con GNV o con gasolina. Su diseño permite
que e...
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1. Cilindro de presión (2400 - 3000 psi) 16. Manguera de vapor de GNV
2. Válvula del cilindro de GNV 17. Mezclador
3. L...
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- Cilindros de almacenamiento: Son cilindros sin costura, generalmente de acero (al
cromo-molibdeno o al manganeso), de...
25
- Indicador de nivel: Es un dispositivo eléctrico que dispone de un potenciómetro que
muestra la presión existente en e...
26
Por estas razones en un futuro cercano será deseable que los fabricantes de equipo
original “integren” los sistemas de ...
27
Las modificaciones al motor para operar en el modo de combustible dual son
relativamente menores y normalmente no invol...
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3. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV
En este capítulo se describirán algunas de las experie...
29
La debilidad de la evaluación en condiciones reales de operación es que aunque siendo
sus resultados validos para la fl...
30
Figura 12. Representación esquemática de prueba de emisión de gases dinámica
El mismo tipo de dispositivos puede usarse...
31
El ciclo de conducción Europeo mostrado en la Figura 14, es más artificial, con una parte
modelando conducción urbana (...
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3.2. EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN CAMPO
A continuación se presentan dos casos reales de empresas de...
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• Resultados
- Economía y autonomía en el uso del combustible
Debido a que los motores a GNV son de encendido por chisp...
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- Costos
Sobre una base de energía equivalente, el precio al publico del GNV es inferior al del
diesel. Durante el mes ...
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3.2.2 EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN UNA FLOTA DE TAXIS
• Objetivo
Evaluar la viabilidad técnica y financiera de oper...
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principales razones para esta decisión fueron; que el fabricante original del vehículo
suministra garantía total sobre ...
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3.3 EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN LABORATORIO
Como se mencionó anteriormente, la importancia de las ...
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1- Se mide el tiempo que toma el vehículo en llegar hasta 60 mph, partiendo desde
una posición de reposo y con el acele...
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3.3.1.1 Evaluación comparativa de vehículos pick up Ford F250 dedicada a GNV y a
gasolina
• Procedimiento de prueba
Se ...
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ENSAYO: ACELERACIÓN
F250 GNV F250 Gasolina
- 0-60 mph cargada (s)
- 0-60 mph sin carga (s)
- 40-60 mph (s)
- Tiempo par...
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ENSAYOS DE EMISIONES
Tier 1: Límites de Emisiones Federales de los Estados Unidos en el año 2000
ULEV: Límites para Veh...
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3.3.1.2 Evaluación comparativa de los automóviles Honda Civic versión dedicada a GNV y
versión a gasolina
• Procedimien...
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ENSAYO: ACELERACIÓN
GNV Gasolina
- 0-60 mph cargada (s)
- 0-60 mph sin carga (s)
- 40-60 mph (s)
- Tiempo para ¼ milla ...
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ENSAYOS DE EMISIONES
ULEV: Límites para Vehículos de Muy Bajas Emisiones
(Low Emisión Vehicles a California USA)
NMHC: ...
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En los casos descritos se observaron dificultades con los componentes de control
electrónicos de los kits de conversión...
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4. EXPERIENCIAS NACIONALES EN EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV.
Dentro de los múltiples esfuerzos realizados en Colombia d...
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  1. 1. ESTUDIO DE CONSULTORÍA EN GAS NATURAL VEHICULAR CONTRATO No. 079-003/00 EVALUACIÓN DEL PROGRAMA DE CONVERSIÓN A GNV DE VEHÍCULOS DE LA FLOTA DE EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLÍN (EE.PP.MM.) INFORME No.1 COMPAÑÍA DE ENTRENAMIENTO TÉCNICO AUTOMOTRIZ CETa Ltda.. 21 de Septiembre, 2001
  2. 2. CONTENIDO INTRODUCCIÓN 1 OBJETIVOS 3 1. MARCO DE REFERENCIA 4 1.1 El gas natural y su uso como combustible automotor 4 1.1.1 Origen y fuentes del gas natural 4 1.1.2 Propiedades del gas natural 4 1.2 Desarrollo y perspectivas del uso del GNV en Colombia 14 1.2.1 Antecedentes. 14 1.2.2 Situación actual del mercado del GNV en Colombia 14 1.2.3 Expectativas de mercado para el GNV 16 2. TECNOLOGÍAS PARA USO DE GAS NATURAL EN VEHÍCULOS 18 2.1 Vehículos dedicados a GNV 21 2.2 Vehículos bi-combustible 22 2.3 Vehículos duales GNV - Diesel 26 3. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV 28 3.1 EVALUACIONES DE VEHÍCULOS A GNV 28 3.2. EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN CAMPO 32 3.2.1 EVALUACIÓN DE UNA FLOTA DE RECOLECTORES DE BASURA FUNCIONANDO CON GNV. 32 3.2.2 EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN UNA FLOTA DE TAXIS 35 3.3 EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN LABORATORIO 37 3.3.1 Proyecto de evaluación de vehículos a GNV del Departamento de Energía de los Estados Unidos 37 3.3.1.1 Evaluación comparativa de vehículos pick up Ford F250 dedicada a GNV y a gasolina 39 3.3.1.2 Evaluación comparativa de los automóviles Honda Civic versión dedicada a GNV y versión a gasolina 42 3.4 CONCLUSIONES SOBRE EXPERIENCIAS INTERNACIONALES 44 4. EXPERIENCIAS NACIONALES EN EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV. 46 4.1. Evaluación de bus de transporte publico a GNV en Bogotá. 46 4.1.1. Antecedentes 46 4.1.2. Objetivos 47 4.1.3. Metodología 47 Página
  3. 3. 4.1.4. Resultados y conclusiones 47 4.2 Prueba piloto de gas natural vehicular en Bogotá 48 4.2.1. Antecedentes 48 4.2.2. Objetivos 49 4.2.3. Metodología 49 4.2.4. Resultados y conclusiones 50 5. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE VEHÍCULOS DE LAS EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN CONVERTIDOS A GNV. 51 5.1. Antecedentes del programa de conversión a GNV de las EE.PP.MM. 51 5.1.1. Condiciones del mercado del GNV en la región. 51 5.2 Objetivos de la evaluación de los vehículos de las EE.PP.MM. convertidos a GNV. 52 5.3 Descripción de la flota de vehículos de las EE.PP.MM. convertidos a GNV 52 5.4 Selección de la muestra de vehículos a evaluar 53 6. PROTOCOLOS DE PRUEBAS DE DESEMPEÑO MECANICO Y AMBIENTAL 55 6.1 Condiciones generales de las pruebas. 55 6.2 Inspección inicial de los vehículos de prueba 55 6.2.1 Objetivo 55 6.2.2 Verificación de pre-conversión del estado mecánico del motor y de sus sistemas asociados. 55 6.2.3 Inspección de aspectos de seguridad del vehículo. 57 6.2.4 Inspección de la instalación del kit de conversión a GNV 57 6.3 Pruebas comparativas de rendimiento en dinamómetro 58 6.3.1 Objetivo 58 6.3.2 Sitio de prueba 58 6.3.3 Equipo de prueba 58 6.3.4 Procedimiento 58 6.3.5 Resultados 58 6.4 Pruebas comparativas de rendimiento en campo a diferentes alturas sobre el nivel del mar (h<1000m, 1000m <h<2000m, h>2000m) 59 6.4.1 Objetivo 59 6.4.2 Condiciones de carga 59 6.4.3 Sitios de prueba 59 6.4.4 Requerimientos y condiciones generales de prueba: 59 6.4.5 Equipo de medición 60
  4. 4. 6.4.6 Procedimiento 60 6.4.7 Resultados de los ensayos 60 6.5 Pruebas comparativas de emisiones de gases a diferentes alturas sobre el nivel del mar. (h<1000m, 1000m <h<2000m, h>2000m) 60 6.5.1 Objetivos 60 6.5.2 Sitios de prueba 61 6.5.3 Equipos de medición 61 6.5.4 Procedimientos previos a la medición 61 6.5.5 Medición de emisiones a velocidad de crucero (2500 +/- 250 R.P.M) y en ralentí 62 6.5.6 Resultados 62 6.6 Ensayos de consumo de combustible 62 6.6.1 Objetivo 62 6.6.2 Procedimiento 63 6.6.3. Resultados de los ensayos 63 7. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN EFECTUADA A LOS VEHÍCULOS DE LAS EE.PP.MM CONVERTIDOS A GNV 64 7.1 VEHÍCULO 1: Campero Toyota 64 7.1.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 64 7.1.2 Resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta 65 7.2 VEHÍCULO 2: Camioneta Luv Doble Cabina 93 7.2.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 93 7.2.2 Resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta 94 7.3 VEHÍCULO 3: Camioneta Luv Pick-up 120 7.3.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 120 7.3.2 Resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta 121 7.4 VEHÍCULO 4: Campero Trooper 147 7.4.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 147 7.4.2 Resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta 148 8. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA CONVERSIÓN Y OPERACIÓN DE LOS VEHICULOS DE LAS EE.PP.MM A GNV 174 8.1. OBJETIVO GENERAL 174 8.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 174 8.3. METODOLOGÍA DESARROLLADA 174 8.4. DETERMINACIÓN DE INGRESOS 176
  5. 5. 8.5. FLUJO DE CAJA E INDICADORES FINANCIEROS 183 8.6. CONCLUSIONES DE LA EVALUACIÓN FINANCIERA 187 9. RESUMEN GENERAL Y CONCLUSIONES 190 BIBLIOGRAFÍA 205
  6. 6. LISTA DE ANEXOS ANEXO 1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ESTUDIO • Fotos y comentarios sobre la instalación de los kits de conversión a GNV. • Fotos de pruebas de rendimiento (potencia y torque) en dinamómetro. • Fotos de equipos y vehículos utilizados en las ensayos de carretera ANEXO 2. DATOS GENERALES DE FLOTA DE VEHÍCULOS DE LAS EE.PP.MM. CONVERTIDOS A GNV ANEXO 3. REGISTROS IMPRESOS DE LAS PRUEBAS DE RENDIMIENTO ANEXO 4. DOCUMENTOS DE REFERENCIA • New Vehicle Evaluation Project – U.S. Department of Energy (DOE) • Running Refuse Haulers on Compressed Natural Gas - Evaluación de la flota de vehículos a GNV de recolección de basura. New York 1.992. Estudio auspiciado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE-US). • Washington, D.C.´s Clean Air Cab: “America´s first natural gas cab company” – Evaluación de una flota de taxis a GNV. Estudio auspiciado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE-US). ANEXO 5. ESPECIFICACIONES DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
  7. 7. 1 INTRODUCCIÓN Durante los últimos años la contaminación atmosférica en las principales ciudades Colombianas ha alcanzado niveles alarmantes. La polución del aire ha originado aumentos en la frecuencia de enfermedades respiratorias, molestias oculares y otros impactos negativos sobre la salud publica, la calidad de vida y el bienestar general de la población. Mediante estudios realizados a principios de la década de los noventa1 y corroborados por los monitoreos de calidad del aire efectuados en la actualidad en ciudades como Bogotá, Cali, Medellín y Bucaramanga, se ha detectado que los automotores contribuyen con alrededor del 60% de la descarga de contaminantes emitidos a la atmósfera. Para enfrentar este fenómeno, el Ministerio del Medio Ambiente ha diseñado una serie de estrategias tendientes a minimizar el impacto de las emisiones vehiculares sobre la atmósfera. Una de las estrategias claves del Ministerio es la de promover el uso de combustibles alternativos menos contaminantes, en especial el gas natural vehicular (GNV) cuyas importantes reservas, infraestructura de distribución instalada y ventajas comparativa en precios frente a un combustible tradicional como la gasolina, lo hacen factible y atractivo de utilizar como combustible automotor. Sobre estos antecedentes se planteó el desarrollo del presente trabajo, que representa un esfuerzo conjunto del sector público y privado para dar a conocer a los sectores interesados en utilizar el GNV, los verdaderos alcances y beneficios que puede representar el uso de este combustible. En un proyecto conjunto entre las Empresas Publicas de Medellín (EE.PP.MM.) y el Ministerio del Medio Ambiente se acordó evaluar mediante este estudio de carácter experimental, el desempeño mecánico y ambiental de algunos vehículos de la flota de las EE.PP.MM, que fueron convertidos a GNV y además analizar la factibilidad financiera del proyecto, de modo que se pudiesen cuantificar los beneficios técnicos, ambientales y económicos que se obtienen de operar estos vehículos con GNV. Para entender la justificación del trabajo que estamos presentando, es importante dar respuesta a un interrogante que frecuentemente surge entre aquellas personas que no están familiarizadas con el desarrollo de vehículos. ¿Por qué es necesario un estudio en el país sobre el uso del GNV, si existen antecedentes de muchos años de uso de este combustible en otros lugares del mundo? La respuesta a esta pregunta da lugar, no solo a aclarar las inquietudes existentes en este sentido sino también a resaltar la importancia del trabajo experimental realizado en este estudio, porque si bien es cierto que existen experiencias internacionales muy validas e ilustrativas sobre los resultados ambientales, técnicos y económicos del uso del GNV, y de hecho algunas de ellas se incluirán como referencia en este trabajo, no es posible extrapolar sus resultados a los que se obtendrían en Colombia, dado que nuestras condiciones atmosféricas, de tráfico, tipo de parque automotor, composición y costo del GNV son totalmente diferentes a las de los lugares en que se efectuaron estos estudios. 1 Estudio JICA (Japanese International Cooperation Agency) sobre calidad del aire en la ciudad de Bogotá, 1990
  8. 8. 2 El presente estudio, por tanto, pretende adecuar algunas de las pruebas y experiencias más significativas a las condiciones colombianas, usando para ello los equipos y las metodologías más idóneos existentes en el país, tomando en cuenta los estudios previos en el tema para dar a los futuros investigadores, organizaciones y personas interesadas en el GNV, lineamientos, herramientas y pautas de referencia y de estudio en este campo.
  9. 9. 3 OBJETIVOS Diseñar y aplicar una metodología para la evaluación comparativa del desempeño mecánico y ambiental de los vehículos de las Empresas Públicas de Medellín (EE.PP.MM) convertidos a operación bi-combustible Gasolina-GNV. OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Describir las características generales del gas natural - Identificar y evaluar las propiedades del gas natural como combustible automotor frente a otros combustibles tradicionales. - Presentar los antecedentes, estado actual y perspectivas del uso del gas natural vehicular (GNV) en Colombia, - Describir las tecnologías disponibles para el aprovechamiento del gas natural como combustible automotor. - Recopilar y analizar información disponible en el ámbito nacional e internacional sobre el desempeño mecánico y ambiental comparativo de los vehículos accionados a gasolina frente a los propulsados con GNV . - Diseñar y aplicar una metodología para evaluar el desempeño mecánico y ambiental de los vehículos de la flota de las Empresas Publicas de Medellín convertidos para operación dual (Gasolina-GNV) - Realizar una evaluación financiera de todos los aspectos involucrados en los procesos de conversión y operación de los vehículos de la flota de las Empresas Publicas de Medellín convertidos para operar a gasolina y GNV. - Determinar la viabilidad técnica y financiera de la conversión de vehículos a GNV en el ámbito del proyecto piloto de conversión de vehículos a GNV de las Empresas Publicas de Medellín.
  10. 10. 4 1. MARCO DE REFERENCIA 1.1 El gas natural y su uso como combustible automotor 1.1.1 Origen y fuentes del gas natural El término gas natural se utiliza para designar al gas proveniente del subsuelo que se extrae durante la explotación del petróleo, ya sea simultáneamente con el petróleo crudo o de manera independiente. En la cabeza del pozo, el gas natural es una mezcla de gases de petróleo que está compuesto en su mayoría por metano (CH4), uno de los hidrocarburos más ligeros y más simples. Las porciones restantes están constituidas por nitrógeno, dióxido de carbono, propano, etano, sulfuro de hidrogeno, agua y otros elementos. El gas natural crudo o no procesado puede contener tanto como 98% o tan poco como 59% de metano dependiendo del campo donde se produjo. En los yacimientos, los hidrocarburos pueden encontrarse en una o dos fases. En el primer caso cuando su estado es monofásico, el fluido pude encontrarse en forma líquida, disuelto totalmente con el petróleo, denominándose yacimiento de petróleo con gas asociado. Si el fluido del yacimiento es totalmente gaseoso se conoce como yacimiento de gas libre. En el segundo caso, cuando la acumulación de hidrocarburos se presenta en dos fases, como líquido y como gas, se le denomina yacimiento con capa de gas, pero si el estado gaseoso contiene hidrocarburos valorizables en superficie se tiene un yacimiento de condensado de gas. 1.1.2 Propiedades del gas natural Para evaluar y analizar las consecuencias del uso del gas natural en el desempeño de los vehículos, antes de hacer ensayos experimentales, es preciso entender la influencia de las características físico-químicas del gas natural sobre los procesos de combustión que se producen al interior de sus motores. A continuación se explican las características principales del gas natural y se hace un paralelo con las de otros combustibles de uso automotor, de modo que se puedan establecer las diferencias, ventajas o desventajas que implica el uso de uno u otro combustible. En esencia, la gasolina y el diesel son mezclas complicados de hidrocarburos, incluyendo componentes aromáticos, nafténicos y parafínicos. Típicamente la gasolina contiene hidrocarburos con 5 a 12 retornos de carbón, el diesel átomos de 12 – 18. Como resultado de una combustión incompleta puede formarse compuestos parcialmente de oxidados de alta complejidad y muy contaminantes. El gas natural se adapta muy bien a los motores de ciclo de Otto (encendido por chispa), tiene muy buena resistencia a la detonación, se mezcla en forma homogénea con el aire y presenta, por su composición química simple, un solo átomo de carbono, una combustión
  11. 11. 5 más completa, libre de hollín y con menos producción de contaminantes como monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) y otros elementos como el dióxido de carbono (CO2), generador de efecto invernadero. Si por alguna razón se presenta una combustión incompleta, los hidrocarburos hallados en el escape serán en su mayoría metano, que es inofensivo para la salud pero que contribuye al efecto invernadero. Figura 1. Molécula de Metano • Estado en la naturaleza El gas natural existe en forma gaseosa a presión atmosférica debido a su punto de ebullición sumamente bajo de alrededor de – 259 °F (-161ºC). Es un gas incoloro e inodoro al que se le agrega olor para facilitar la detección de fugas. El olor deberá ser evidente en cualquier momento en que la proporción de gas alcance 0.5 % en el aire. • Contenido energético Es común el expresar el contenido de energía de un combustible en BTU (Unidad Térmica Británica) que representa la cantidad de calor requerido para aumentar la temperatura de 1 lb. de agua en 1°F. El contenido de energía de un combustible medido en BTU no refleja la cantidad de energía que debe usarse para vaporizar el agua que se produce durante la combustión. La cantidad de agua producida variará con cada combustible y de igual manera variará la cantidad de energía consumida para vaporizarla. Esta energía calorífica se pierde y no puede ser utilizada por el motor. H H HH CH4C
  12. 12. 6 El menor poder calorífico (el contenido de energía después de que se deduce la pérdida de energía) de los combustibles estará presente en esta unidad. Veamos las características de varios combustibles: - Gas natural El contenido de energía del GNV variará dependiendo de la fuente de gas usada. Esta variación dependerá del contenido de metano del gas natural. Típicamente, el contenido de BTU del gas natural comprimido a 2,400 psi y 70°F (21.1ºC) está alrededor de 19,760 BTU/m3 . - Gasolina La gasolina excede a todos los combustibles en contenido de energía por unidad de volumen. Esto se debe a que la gasolina es una mezcla compleja de productos derivados del petróleo y aditivos que provee un alto contenido de energía y cumple las necesidades del motor de combustión interna. No obstante esta misma composición química tan positiva en términos energéticos, ocasiona que haya mayor probabilidad de combustión incompleta durante la operación de los motores y por lo tanto una mayor producción de material contaminante para ser expelido a la atmósfera. El contenido de BTU de la gasolina varía según la calidad del combustible seleccionado y la formulación del combustible para cumplir necesidades especiales tales como climas y estaciones. El contenido de BTU de la gasolina está alrededor de 115,000 BTU / galón líquido. - GLP (Gas licuado del petróleo) El contenido de energía del propano HD - 5 está alrededor de 82,450 BTU por galón de líquido. Ya que el GLP no es propano puro, el contenido de energía variará, pero solo ligeramente, según el porcentaje de butano y otros gases presentes en el GLP usado. • Densidad de vapor La densidad de vapor es un tipo de medida del peso específico en que un volumen de gas se compara con una cantidad igual de aire. El aire se dice que tiene una densidad de vapor de 1.0. Cualquier número inferior a 1 es más liviano que el aire y cualquier número más alto que 1 es más pesado que el aire. El gas natural tiene una densidad de vapor de 0.68. Ya que el gas natural es más liviano que el aire, subirá si se descarga en la atmósfera. Esto hace del gas natural un combustible motor seguro. En un accidente en que un componente de gas natural se rompa, el gas subirá rápidamente y se dispersará, más bien que acumularse, evitando así un peligro de incendio. En un caso similar el propano, más pesado que el aire, y también la gasolina o el diesel se acumulan a nivel del piso representando un peligro mucho mayor.
  13. 13. 7 • Límites de inflamabilidad en el aire Para que un combustible queme, debe haber oxígeno presente en una relación apropiada. Una combinación de demasiado combustible y muy poco aire no quemará; así mismo, demasiado aire y muy poco combustible tampoco lo harán. Podemos mostrar estos límites como un porcentaje de combustible que debe estar presente en un volumen de aire para que la combustión ocurra. El límite inferior de inflamabilidad para el gas natural es 5%. Si hay menos de 5% de gas natural presente en un volumen de aire, no quemará. El límite superior de inflamabilidad es 15%; cualquier cantidad mayor no quemará. • Temperatura de encendido Para que la combustión ocurra deben estar presentes tres elementos: combustible, oxígeno y una fuente de encendido. Para encender el gas natural la fuente de encendido debe ser de por lo menos 1200°F (649ºC). La temperatura de inflamación de la gasolina está alrededor de 600°F (315 ºC), alrededor de 50% de la del gas natural. • Velocidad de la llama La velocidad de la llama se mide en pies por segundo (fps) o metros por segundo (mps) y es una medida de cuán rápido quemará un combustible. La velocidad de llama del gas natural está alrededor de 2.2 fps., comparada a la velocidad de llama de la gasolina de 2.8 fps, el gas natural quema más lento. Cuando se determina el avance de encendido para un motor, es importante que se ajuste para que el combustible sea completamente quemado y las máximas presiones finales de la compresión sean alcanzadas alrededor de 10° - 15° DPMS. Esto aplica a cualquier combustible usado en un motor de combustión interna. Un combustible que quema más lento, debe encenderse antes de forma que termine de quemarse al mismo tiempo sin considerar el combustible usado. • Relación estequiométrica de aire / combustible La relación estequiométrica es la relación ideal de mezcla de aire / combustible para la cual todo el oxígeno y todo el combustible se utilizan en el proceso de combustión. Las relaciones estequiométricas de algunos combustibles son las siguientes: • Gasolina 14.7:1 • Propano (GLP) 15.6:1 • GNV aproximadamente 16.4:1
  14. 14. 8 El que la relación ideal aire / combustible para el gas natural (16.4:1) sea superior a la de la gasolina (14.7:1) significa que se requiere más aire para quemar 1 lb. de gas natural que para quemar 1 lb. de gasolina. La cantidad de aire requerida para quemar un volumen de combustible es crítica para la operación del motor. La cantidad de aire que un cilindro del motor puede tomar está limitada por el desplazamiento y el rendimiento volumétrico del cilindro. En un motor, se puede limitar la cantidad de aire tomada en un cilindro cerrando la válvula estranguladora del acelerador, pero no se puede aumentar la cantidad de aire tomada más allá de los límites físicos del cilindro. Además, a medida que se requiere más aire para quemar un combustible, el volumen de combustible factible de introducir en el cilindro se reducirá proporcionalmente. De acuerdo con lo anterior, físicamente el volumen de gas natural que se podrá introducir en un cilindro será menor que el de gasolina, y, teniendo en cuenta que el gas natural tiene un contenido de energía inferior, la potencia del motor obtenida con gas natural será menor. A pesar de sus diferencias, la cantidad de pérdida de potencia por el uso de gas natural en reemplazo de la gasolina está entre el 10 y el 20%, rango en el cual no debería percibirse por el conductor, excepto en operación con carga muy alta y/o en operación con el acelerador completamente abierto. • Clasificación de Octanaje El índice de octano es un número usado para medir y comparar las características antidetonantes de combustibles para motores. Entre más alto el número, mayor la capacidad antidetonante del combustible. A continuación se indican los índices de octanaje de algunos combustibles: Combustible Índice de octano Gasolina sin plomo 87-97 GLP (HD - 5) 107 Gas natural 115 – 130 Tabla 1. Índice de octanaje para diferentes combustibles Un mayor octanaje permite mayor avance del encendido sin detonación o cascabeleo, que permite a su vez una mejor combustión del motor sin riesgo de daño.
  15. 15. 9 • Requerimientos de encendido En un motor de encendido por chispa el sistema de encendido debe ser capaz de producir una chispa en la cámara de combustión y mantener esta chispa hasta encender completamente la mezcla de aire / combustible. Cada combustible tiene sus propios requerimientos de encendido. Es más difícil hacer saltar una chispa eléctrica entre la separación de los electrodos de una bujía cuando la mezcla de aire / combustible es pobre que cuando es rica porque el aire tiene más resistencia eléctrica que el combustible. De igual manera es más difícil hacer saltar una chispa en una mezcla de aire / combustible donde se usa un combustible gaseoso debido a que los gases no se ionizan tan fácilmente como lo hace la gasolina. El calentamiento de la fuente de encendido también es muy importante. La gasolina requiere alrededor de 600°F (315ºC) y el GNV alrededor de 1200°F (649 ºC), aproximadamente dos veces la temperatura requerida por la gasolina. Por los anteriores factores, los requisitos de encendido de los motores son más exigentes cuando se operan con gas natural. Los sistemas de encendido de alta energía que actualmente se utilizan en los motores de gasolina pueden manejar estos requerimientos, pero deben mantenerse en sus condiciones ideales de operación. • Requerimientos de ajuste del encendido El avance inicial del encendido y la totalidad de la curva de avance tendrán que modificarse cuando se utilicen combustibles alternativos. Esto se debe a la rata de desplazamiento de llama más lenta de estos combustibles. Si toma más tiempo quemar la mezcla aire-combustible, entonces se debe comenzar a quemarla antes. La cantidad de aumento de avance de tiempo será diferente para cada combustible. En el gráfico se muestra un tipo de curva “dual” en el cual el avance a bajas revoluciones del motor, menos de 1000 RPM, se conserva igual para gas que para gasolina. Cuando la velocidad del motor supera las 1000 RPM y está operando con gas, un dispositivo (curva dual) avanza el encendido para compensar la menor velocidad de combustión (desplazamiento de llama) ver figura 2.
  16. 16. 10 Figura 2. Curva de avance de encendido requerido para operación de motores con GNV Este mismo factor hará cada vez más necesaria la intervención de los OEM (Fabricante de Equipo Original) en el diseño y desarrollo de motores que operen con gasolina y gas, ya que los motores modernos para alcanzar menores niveles de emisiones, operan con sistemas de encendido y alimentación de circuito cerrado controlados por computadora, de este modo los cambios de avance serán realizados por controles electrónicos fabricados para cada combustible y vehículo en particular. • Emisiones contaminantes En vehículos sin convertidor catalítico que trabajan en circuito abierto el cambio de gasolina a gas generalmente conlleva una reducción en las emisiones contaminantes del escape. Hoy en día, sin embargo, los sistemas de control del motor, la eficiencia del convertidor catalítico y la operación en circuito cerrado, con retroalimentación son factores decisivos desde el punto de vista de la reducción de contaminantes. En esos vehículos el combustible en sí mismo juega un papel menos importante. En aspectos como el uso total de energía y emisiones de gases de invernadero, acuerdos internacionales han definido la reducción drástica en las emisiones de gases de invernadero. En vehículos gasolina se puede lograr una reducción substancial de CO2 cambiando a gas natural. Adicionalmente, el metano, principal componente del gas natural puede ser recolectado a partir de tratamiento de desperdicios orgánicos por lo que es posible operar vehículos a gas natural con un combustible renovable. • Rendimiento de los motores El GNV presenta un buen rendimiento con el motor frío sin necesidad de recurrir a enriquecer la mezcla de combustible o avanzar el encendido a velocidad de ralentí.
  17. 17. 11 El GNV produce menos potencia que la gasolina. Sin embargo, debido a los modernos controles electrónicos del motor esta pérdida de potencia debería ser notada por el conductor únicamente bajo severas condiciones de carga. La pérdida de potencia típica para el GNV debe estar entre el 10% y 15 % cuando el sistema se instala adecuadamente y está bien sincronizado. • Arranque en clima frío En comparación con la gasolina, el GNV tiene mejores características de arranque porque tiene un punto muy bajo de ebullición y permanecerá como vapor aun en climas muy fríos. Como ya se mencionó el gas forma fácilmente una mezcla homogénea con el aire que entra en los cilindros. Esta es una ventaja para el encendido en frío. Si el motor es dedicado a gas no se requiere de ningún enriquecimiento como en el caso de la gasolina, con la cual, para garantizar que la cantidad de combustible necesaria reaccione, es indispensable enriquecer la mezcla en una relación de 5 a 10 veces para asegurar el arranque. • Peso del combustible La gasolina pesa alrededor de 6.5 lb. (2,9 Kg.) por galón, de forma que 20 galones (el volumen de un tanque típico) pesarían 130 lb. (59 Kg.). El gas natural utilizado en los vehículos no es almacenado como líquido. Los vapores de gas, comprimidos en un volumen de un galón pesan alrededor de 1.1 lbs. (0.5 Kg.), haciendo del GNV el más ligero de los combustibles alternativos. Sin embargo, para conseguir la misma autonomía que un vehículo a gasolina, el GNV y su tanque tendrían que pesar 470% más, dependiendo de la tecnología usada en el tanque. Los cilindros de combustible de compuesto más liviano rebajarían el peso combinado de GNV y del tanque. Sin embargo, son todavía significativamente más pesados que los otros tanques de almacenamiento de combustible líquido. • Autonomía de manejo Si usamos como base de comparación un vehículo abastecido con gasolina suficiente para viajar 320 Km, el mismo vehículo con el mismo volumen de GNV, viajaría alrededor de 80 Km. Es necesario tener presente que el GNV es un gas a presión y no un líquido, de modo que siempre tendremos menos combustible en el mismo volumen. Autonomía de manejo comparada con la gasolina: GLP (Propano) 15 % menos GNV 75 % menos
  18. 18. 12 A pesar de que estos valores de autonomía favorecen ampliamente a la gasolina frente al GNV, es posible que al tener en cuenta el menor precio del GNV, resulte que el costo para recorrer la misma distancia sea menor con este combustible que con gasolina, o dicho de otra manera, con el mismo dinero se pueden recorrer más kilómetros. • Vida del motor El uso de GNV puede extender la vida del motor, básicamente porque es un combustible gaseoso. Como gas seco, no lava las paredes del cilindro que es lo que ocasiona la reducción de lubricación. También es menos probable que contamine el aceite del motor, siendo posible extender el tiempo entre cambios de aceite y aumentar la vida del motor por no debilitar la capacidad lubricante del aceite. Es menos propenso a ocasionar sedimentos de carbón en el motor. No obstante el hecho de ser un gas implica que no tiene capacidad lubricante de un combustible líquido como la gasolina, haciendo necesario el uso de asientos de válvulas más resistentes y aumentando la exigencia sobre el sistema de enfriamiento. • Seguridad del combustible Siempre existen riesgos asociados al uso de un combustible. Si una sustancia no es fácil de encender y no quema suficientemente rápido, no sería un combustible adecuado para el uso en motores de los vehículos. Aunque todos los combustibles para motores son peligrosos, algunos lo son menos que otros. Podemos determinar la seguridad de un combustible examinando aspectos tales como su forma de almacenamiento en el vehículo, la inflamabilidad y toxicidad del combustible, las boquillas de llenado y la posibilidad de que se produzcan derrames y/o salpicaduras. - Tanques de almacenamiento Los tanques, o mejor, los cilindros de GNV son más resistentes a la ruptura y al punzonado que un tanque de combustible líquido normal. En caso de una colisión o accidente con estos depósitos es menos probable dejar escapar combustible que con un tanque de gasolina. No obstante en un caso extremo en que definitivamente se produzca una ruptura del tanque o de una tubería de alta presión, el gas fugaría a una muy alta velocidad de modo que podría ocasionar lesiones personales. - Inflamabilidad del combustible Si hay demasiado o muy poco combustible presente en el aire, este no puede encenderse. La ventana de inflamabilidad (cantidad de combustible presente en el aire para que la combustión tenga lugar) es diferente para cada combustible. La ventana de inflamabilidad puede ser establecida como el porcentaje de combustible presente en una cantidad de aire. Las ventanas de inflamabilidad para diversos combustibles son:
  19. 19. 13 Combustible Límites de inflamabilidad Rango GNV 5 % - 15 % 10 Propano 2.4% - 9.5 % 7.1 Butano 1.8% - 8.4% 6.6 Gasolina 1.4% - 7.6% 6.2 Tabla 2. Límite de inflamabilidad para diferentes combustibles Cuando consideramos la inflamabilidad del combustible debemos considerar también cuan rápido se disipará el combustible en la atmósfera. En el evento de un escape en un tanque de gas natural, siendo mucho más liviano que el aire, se disipará muy rápidamente, mientras que el propano y todos los combustibles líquidos que son más pesados que el aire, se acumularan a nivel de piso y estarán presentes en una cantidad de aire menor, haciendo más factible su ignición. - Toxicidad del combustible La gasolina es muy tóxica. En caso de un derrame se contaminaría el agua subterránea y el suelo, necesitando una limpieza ambiental. El GNV no es tóxico; sin embargo, en áreas encerradas ocasionará asfixia. - Llenado de combustible Para abastecer a los vehículos con GNV se usan uniones positivas, de tal forma que hay poco escape de combustible. Cuando se suministra un combustible líquido, los vapores del mismo están continuamente presentes en la boquilla del surtidor y además la posibilidad de un derrame de combustible es alta. • Tiempo de llenado del tanque del vehículo Para abastecer un vehículo a GNV, el tiempo de llenado variará dependiendo de qué tipo de sistema se esté utilizando: - Un sistema de llenado lento de GNV comprime el gas a medida que el cilindro está siendo llenado; este tipo de relleno tomará entre 3 - 5 horas. - En un sistema llenado rápido de GNV, el gas se comprime en una cascada de cilindros de almacenamiento y se transfiere al tanque del vehículo. Este llenado toma aproximadamente el mismo tiempo que el llenado con gasolina.
  20. 20. 14 1.2 Desarrollo y perspectivas del uso del GNV en Colombia 1.2.1 Antecedentes Los primeros estudios para el desarrollo del proyecto de sustitución de combustibles líquidos por gas natural para el sector del transporte en Colombia fueron realizados por Ecopetrol a principios de los años ochenta. En ese entonces los objetivos perseguidos con el proyecto, que aun están vigentes, fueron; incentivar el uso de un combustible que contribuyera a reducir los índices de contaminación ambiental, remplazara en parte la importación de gasolina con el consecuente ahorro de divisas para el país y brindará a los usuarios de vehículos beneficios económicos gracias a su menor precio. En el año de 1986, esta iniciativa oficial contó con un decidido impulso por parte del sector privado, Promigas empresa encargada de la comercialización del gas natural en la Costa Atlántica, instaló las primeras estaciones de gas natural comprimido y proporcionó los medios para realizar las conversiones de los primeros vehículos a GNV en su región de influencia. Para esa misma época, en el interior del país fue instalada una estación de suministro de GNV por la empresa Alcanos del Huila, destinada a atender el parque automotor de la ciudad de Neiva. A partir de estos primeros esfuerzos realizados para promover el uso del GNV y gracias a la construcción de la red nacional de gasoductos que permite llevar este combustible a los grandes centros urbanos, se ha ido consolidando lentamente y a través de los años el uso del gas natural en el sector del transporte del país, en particular en la Costa Atlántica en donde circulan alrededor de 4000 vehículos convertidos. En los últimos años, el gobierno nacional, consciente de la necesidad de racionalizar la balanza energética, ahorrar divisas por sustitución de la importación de la gasolina y reducir el impacto de los vehículos sobre el medio ambiente, ha emprendido nuevas acciones tendientes a impulsar y dar un renovado impulso al uso del GNV a nivel nacional, para lo cual ha conformado un grupo interdisciplinario y multisectorial coordinado por Ecopetrol, en el cual se analizarán aspectos claves para el éxito del programa como son entre otros: el dimensionamiento del programa, la normalización del uso del GNV en vehículos, esquemas tarifarios y estímulos para la conversión de automotores. 1.2.2 Situación actual del mercado del GNV en Colombia En la Figura 3 se muestra el desarrollo del mercado del gas natural vehicular en Colombia. Es posible observar cómo desde un comienzo el GNV ha tenido una muy buena acogida y su consumo ha mostrado un crecimiento constante, aunque no muy acelerado. Se espera que con el impulso que se le está dando al uso del GNV en ciudades como Bogotá y Medellín, mediante la instalación de nuevas estaciones de suministro (3 más en Bogotá y 2 nuevas en Medellín) el parque automotor convertido crezca sustancialmente en los próximos años.
  21. 21. 15 1986 1989 1992 1995 1997 1999 Cantidad de vehículos convertidos a GNV 38 945 2962 4175 4650 5199 Número DE Estaciones de GN 1 6 15 18 22 22 MMCM vendidos/año (1) 0.8 6.2 36.4 52.3 59.7 60.1 MMCM promedio/estación 0.8 1.0 24 29 27 27 (1) - MILLONES DE METROS CUBICOS Figura 3. Datos generales de vehículos y estaciones de suministro de GNV en el país En la figura 4, se muestra la distribución del parque por tipo de vehículo convertido. Como es de esperarse el mayor número de usuarios a la fecha, se encuentra entre los vehículos de uso intensivo que recorren grandes distancias diariamente como son los buses y vehículos de distribución de carga en ciudad. Estos automotores se ven beneficiados en su operación por el diferencial de precios a favor del GNV que existe en la actualidad. El uso del GNV en el segmento de los taxis está poco desarrollado respecto a la cantidad de vehículos de esta clase en circulación en el país. Quizás la principal causa para el bajo número de taxis convertidos hasta el momento, ha sido la falta de una cantidad suficiente de estaciones de suministro en las grandes ciudades que garanticen el funcionamiento de los vehículos. Además, hasta hace muy poco tiempo no existían medios adecuados de financiación para las conversiones que estimularan a lo propietarios a utilizar el GNV. TOTAL DE VEHICULOS CONVERTIDOS A GNV 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1986 1989 1992 1995 1997 1999 Años Cantidad
  22. 22. 16 Figura 4. Distribución de vehículos convertidos por segmento 1.2.3 Expectativas de mercado para el GNV Estudios recientes de la Unidad de Planeación Minero - Energética (UPME), adscrita al Ministerio de Minas, señalan un potencial crecimiento del parque de vehículos convertidos a GNV de 80.000 unidades; este crecimiento deberá estar asociado a un aumento en el número de estaciones de suministro de GNV distribuidas en el territorio nacional. En la figura 5, se muestra la distribución geográfica del parque automotor convertido y de las estaciones de GNV que se estima estarán en servicio en los próximos 10 años. 1% 4% 59% 15% 15% 3% 3% Automovilesparticulares (1%) Taxis(4%) Buses(59%) Camionetas(15%) CamionesMedianos(15%) Camperos(3%)
  23. 23. 17 Figura 5. Distribución geográfica del programa de GNV para los próximos 10 años. BallenaRiohacha Villanueva Curumani Chuchupa Santa Marta Barranquilla Cartagena Sincelejo Guepaje Codazzi Provincia/Payoa Bucaramanga Opón B/bermeja Medellín Sebastopol Vasconia La Belleza El Porvenir Cusiana Apiay Villavicencio Bogotá MariquitaManizales Pereira Ibague Montañuelo GualandayArmenia Cali Neiva ZONA NORTE VEHÍCULOS 16.000 EST SERV GNV 70 ZONA NOROCCIDENTAL VEHICULOS 21.800 EST SERV. GNV 95 ZONA OCCIDENTAL VEHICULOS 12.800 EST SERV. GNV 56 ZONA CENTRAL VEHICULOS 32.000 EST SERV. GNV 141 TOTAL VEHICULOS 82.600 EST SERV. GNV 362 TALLER DE SERVICIO Y CONVERSIÓN 50
  24. 24. 18 2. TECNOLOGÍAS PARA EL USO DEL GAS NATURAL EN VEHÍCULOS Si se analizan con cuidado las propiedades del GNV explicadas en los numerales anteriores, se puede concluir que este posee muchas de las características ideales de un combustible de uso automotor; su estado gaseoso, su composición con menor contenido de carbono, su alto número de octano (menor tendencia al auto encendido) y su combustión más limpia, son condiciones que lo hacen adecuado para utilizarse en motores de combustión interna y atractivo para el ambiente por sus potencialmente menores emisiones contaminantes. No obstante, es claro que otras propiedades del gas natural como su velocidad de llama, su relación estequiométrica (16.4:1), sus requerimientos de encendido y su necesidad de almacenamiento a alta presión, impiden que se aproveche todo el potencial del GNV cuando se utiliza en motores que han sido diseñados originalmente para trabajar con gasolina o diesel. La condición ideal para aprovechar todas las ventajas del GNV es que se utilice en un motor diseñado conforme a sus propiedades. Desafortunadamente aunque existen desarrollos de motores para uso exclusivo de GNV, estos no se han producido ni se han comercializado en la misma escala de los diesel o gasolina que continúan predominando. A pesar de esta dificultad, el uso del GNV en el sector automotor se ha difundido ampliamente en muchas regiones mediante una industria dedicada a la adaptación de los motores de gasolina y diesel para que utilicen gas natural, los cuales, si bien no constituyen la opción óptima para el aprovechamiento del GNV, si son una buena alternativa para sustituir combustibles tradicionales ya sea por razones económicas o por razones ambientales. Todos los sistemas de combustible de operación con GNV tienen los siguientes componentes principales: • Almacenamiento de gas • Regulación (reducción) de presión de una o varias etapas • Unidad de mezcla aire-gas (mezclador) Hay dos formas para controlar el suministro de gas al motor, mecánica o electrónicamente. Dependiendo del tipo de sistema de combustible, los motores a gas pueden dividirse en 4 categorías: 1ra generación - Sistema mecánico de suministro sin retroalimentación 2da generación - Sistema mecánico de suministro, control de circuito cerrado - Inyección electrónica sin retroalimentación. 3ra generación - Inyección electrónica – sistema cerrado con retroalimentación 4ta generación - Sistema con OBD (Diagnóstico a bordo). La clasificación equivalente en motores a gasolina sería: 1ra generación - Motor alimentado mediante un carburador
  25. 25. 19 2da generación - Inyección electrónica de combustible 3ra generación - Inyección de combustible multipunto de control de ciclo cerrado. En un sistema de gas convencional se utiliza como sistema de suministro mecánico un venturi fijo o variable u otro sistema equivalente. El valor de relación de mezcla aire - gas variará con las condiciones de operación, es decir, velocidad del motor, carga, presión del tanque de gas y temperatura. Las regulaciones de emisiones más estrictas de Norteamérica y Europa no pueden cumplirse con sistemas mecánicos de primera generación. Figura 6. Sistema de gas convencional de primera generación Si se usa un convertidor catalítico de tres vías para reducir el volumen de emisiones contaminantes en el escape, se requiere de un sistema de retroalimentación que provea control preciso de la relación de aire - gas. Se usa entonces un sensor de oxígeno en los gases de escape. El sensor mide el contenido de oxigeno remanente en los gases de escape, el cual es inversamente proporcional a la riqueza de la mezcla usada para la combustión (más oxigeno = mezcla más pobre). Cuando el sensor envía una señal de retroalimentación que indica mezcla rica (poco oxígeno), el sistema electrónico de control debe reducir la entrega de combustible, si su señal indica mezcla pobre (mucho oxígeno), el sistema debe aumentar la entrega. Estas variaciones en los volúmenes y en la proporción de la mezcla son controladas mediante técnicas sofisticadas de software y equipos electrónicos. Se usa un motor de pasos similar a una válvula de control de aire de mínimas para surtir el gas. Esta válvula tiene la habilidad de modificar su posición (apertura) dependiendo de
  26. 26. 20 la señal recibida del computador de control. La figura 7 muestra un sistema como el mencionado, de 2ª generación, más sofisticado que los usados en las instalaciones sobre motores carburados. Figura 7. Sistema de 2da. generación (motor de pasos). Para lograr el rendimiento óptimo en condiciones dinámicas, se requiere de un sistema de suministro de GNV de 3ra. generación. Durante los últimos años se han probado las emisiones de vehículos livianos en ciclos de prueba dinámica, y los límites de emisiones actuales no han podido cumplirse sin la ayuda de controles electrónicos muy precisos. En términos generales, existen tres alternativas básicas para utilizar el gas natural en vehículos automotores, las cuales son: con motores dedicados para uso de GNV, con motores bi-combustible y con motores de operación dual. A continuación se explican brevemente los aspectos fundamentales de cada una de tecnologías.
  27. 27. 21 2.1 Vehículos dedicados a GNV2 Como su nombre lo indica, son vehículos “dedicados” para uso exclusivo de gas natural. Como se señaló anteriormente son la solución ideal para aprovechar las propiedades del gas natural. Aunque generalmente han sido desarrollados a partir de diseños de vehículos a gasolina se ha contemplado las propiedades particulares del GNV en el resultado final. Algunos fabricantes de equipo original que han desarrollado y comercializado vehículos dedicados a GNV son: Ford, Honda y GM en el mercado de vehículos livianos y Renault y Volvo en el de buses de transporte público. Además Caterpillar y Cummins poseen motores dedicados a GNV para ser equipados en vehículos pesados ya sean camiones o buses. Los diseños de motores de encendido por chispa diseñados para operar exclusivamente con GNV aprovechan las mejores características de combustión del GNV comparado con la gasolina. El aumento de la relación de compresión implica el aumento de la salida de potencia y disminuye el consumo de combustible. Cuánto puede ser aumentada la relación de compresión, depende del índice de octano del combustible que se use. El octanaje de una gasolina regular es de alrededor de 84 y el del GNV típico es de más de 115. La relación de compresión de motores gasolina es típicamente alrededor de 8.5:1, y la permitida con GNV es de 13:1. Este aumento implica también una mayor rigidez estructural del motor y una mayor carga sobre sus componentes mecánicos. En los motores dedicados a GNV se ha contemplado la mayor necesidad de aire para la combustión del gas y el diseño de sistemas de encendido adecuados, (generalmente de alta energía) que suministran la temperaturas y avances de encendido requeridos para garantizar la correcta combustión del gas. La inclusión en estos desarrollos de vehículos dedicados a GNV de los elementos de control electrónico de alimentación de combustible (circuitos de control de circuito cerrado) y los dispositivos de tratamiento de emisiones contaminantes (convertidores catalíticos), que actualmente son de uso común en vehículos a gasolina, permitirá reducir las diferencias existentes a favor de la gasolina en términos de potencia y autonomía de operación, y ampliar los beneficios ambientales de utilizar el gas natural en los vehículos. Figura 8. Motor dedicado a GNV con sistema de inyección multipunto. 2 Las definiciones de vehículos dedicados, bi-combustible y duales son las establecidas por la Asociación Internacional de Gas Natural Vehicular (IANGV de sus siglas en Ingles).
  28. 28. 22 2.2 Vehículos bi-combustible Un vehículo bi-combustible puede funcionar con GNV o con gasolina. Su diseño permite que el cambio de un combustible al otro se realice de manera manual o automática cuando se detecte que el gas en el cilindro de almacenamiento está próximo a agotarse. La mayoría de vehículos bi-combustible que circulan en la actualidad son vehículos diseñados para gasolina a los cuales se les han instalado los componentes de adaptación para operación con GNV. Estos vehículos pueden operar correctamente, sin embargo, la baja relación de compresión original del motor (entre 8.2:1 y 9.5:1) no permite una operación ni la economía de combustible óptimas cuando funcionan con GNV, ya que las relaciones de compresión para la combustión del GNV deben ser de alrededor de 13.5: 1. • Conversión de vehículos de gasolina a GNV En la actualidad existen esencialmente dos tipos de equipos de conversión, clasificados por los mecanismos de reducción de presión que utilizan; estos son: sistemas de venturi fijo y sistemas de válvula aire gas. El sistema de venturi fijo se utiliza en motores de baja cilindrada, hasta 2.3 litros, y se conocen como equipos de presión negativa, el flujo de gas hacia el motor se consigue gracias a la succión, la salida del GNV en el mezclador se hace a presión atmosférica. El sistema de válvula aire - gas se utiliza en la gama de automotores de hasta 7.0 litros. Se conocen como de presión positiva, el flujo de gas hacia el motor se asegura mediante la presión positiva en el reductor del equipo junto con la succión propia del motor. • Componentes de un sistema de conversión bi-combustible GNV- gasolina En la figura siguiente se ilustra esquemáticamente la ubicación de los elementos de un sistema típico de conversión utilizado en automóviles. Figura 9. Sistema de montaje en vehículo
  29. 29. 23 1. Cilindro de presión (2400 - 3000 psi) 16. Manguera de vapor de GNV 2. Válvula del cilindro de GNV 17. Mezclador 3. Línea de alta presión de GNV 4. Válvula de corte principal 18. Mezclador de elevación de vacío (Opción para vehículos pequeños) 5. Válvula de llenado 19. Adaptador al motor 6. Interruptor de seguro de encendido 20. Adaptador (para motores pequeños) 21. Carburador de gasolina7. Regulador de presión primario (Reduce la presión de 3000 a 100 psi) 22. Bloqueo de gasolina 8. Conexiones de refrigeración 23. Línea de gasolina 9. Medidor de presión 24. Panel de control 10. Medidor combustible y presión. (Opc.) 25. Interruptor de selección de combustible 11. Bloqueo por vacío / filtro 26. Interruptor de suministro de 12 V 12. Tubo de vacío de la válvula de aire 27. Solenoide de control de vacío 13. Solenoide de control de vacío 28. Vacío al múltiple de admisión 14. Tubo de vacío de la válvula de aire 29. Vacío al diafragma del carburador 15. Regulador secundario ajustable (Reduce presión de 100 psi a 2"de agua) 30. Vacío a la válvula de aire del venturi Fig. 10. Componentes de un sistema de conversión bi-combustible GNV- gasolina. La función de cada elemento del sistema de conversión a GNV es la siguiente: - Válvula de llenado: es una válvula de retención que permite el paso de gas hasta a 3000 psi mediante una conexión positiva y sellada desde el surtidor de la estación de suministro de gas hasta los cilindros de almacenamiento del vehículo y que a su vez, después de ser retirada la boquilla de llenado, evita el escape de gas al ambiente.
  30. 30. 24 - Cilindros de almacenamiento: Son cilindros sin costura, generalmente de acero (al cromo-molibdeno o al manganeso), destinados a almacenar el gas a una presión de 3000 psi y con un espesor de pared que va desde 7 hasta 11 mm. Son probados a una presión de 4500 psi. Deben estar sujetos firmemente a la carrocería o al chasis del vehículo para evitar eventuales deslizamientos, rotación o desprendimiento durante la marcha del vehículo. Su tamaño varía de acuerdo al tipo de vehículo al cual están destinados pero en general su capacidad en agua varía entre 30 y 120 litros. - Válvulas para los cilindros: Son fabricadas en bronce y se instalan directamente sobre la boca del cilindro. Permiten el paso de gas desde y hacia los cilindros. Su cierre se da en sentido horario (a derecha). Estas válvulas poseen discos de ruptura que operan como mecanismo de seguridad para aliviar la presión en caso de emergencia. Si el flujo es excesivo, se bloquean. - Tubería de alta presión: Generalmente está fabricada en acero al carbono o acero inoxidable. Su función es comunicar los cilindros entre sí y a éstos con el equipo surtidor. El espesor de pared en general es de 1mm. - Regulador de presión: Es el encargado de reducir la presión desde los 3000 psi que se tienen en los cilindros hasta un máximo de 5 pulgadas de columna de agua, que es la presión empleada en vehículos de cilindradas superiores a los 5.0 litros, o tan poco como 2 pulgadas de agua, usada en automóviles pequeños. Esta regulación de presión se hace mediante al menos 2 etapas de reducción de presión. El regulador de presión puede tener un solo cuerpo o 2 para vehículos de gran cilindrada. Tiene incorporado un circuito de calefacción con refrigerante del motor para evitar el congelamiento del gas debido a la caída de presión que tiene lugar allí. - Válvula manual de cierre: Su función es aislar a los cilindros del resto del equipo para permitir los trabajos en las líneas con el sistema completamente despresurizado. - Mezclador: Al salir el gas a baja presión del regulador se encuentra con el mezclador que es el encargado de dosificar la mezcla aire-gas que debe entrar a la cámara de combustión del motor. En el caso de vehículos pequeños el mezclador va montado directamente sobre el carburador y en los vehículos grandes se utiliza un adaptador para montar el conjunto sobre la boca del carburador. Para el caso de los vehículos a inyección se utilizan inyectores de gas similares a los originales de gasolina, o un mezclador intercalado en la toma de aire. El equipo de conversión cuenta además con una serie de accesorios que permiten el funcionamiento normal del vehículo. Estos accesorios son: - Electro válvula de gasolina: Es un componente electromecánico ubicado entre la bomba de gasolina y el carburador que impide el paso de combustible líquido mientras el automóvil trabaja con gas. La electro válvula cuenta con un sistema de cierre manual. - Electro válvula de gas: También es un componente electromecánico ubicado lo más cerca posible al regulador de presión y su función es permitir un adecuado paso de gas tanto en el momento del encendido, cuando se necesita una cantidad extra de combustible, como durante la marcha normal del vehículo.
  31. 31. 25 - Indicador de nivel: Es un dispositivo eléctrico que dispone de un potenciómetro que muestra la presión existente en el tanque y por medio de una señal eléctrica activa los indicadores de nivel. El indicador de nivel está ubicado en la cabina del vehículo en un lugar visible para el conductor. - Conmutador gas - gasolina: Este dispositivo usualmente es un interruptor de 3 posiciones y está integrado al conjunto indicador de nivel; sirve para seleccionar el tipo de combustible que se desea utilizar para la operación del vehículo. - Dispositivo electrónico de avance de chispa: Como el gas opera con un punto de encendido más avanzado que la gasolina, requiere de un dispositivo que adelante el momento de encendido de las bujías cuando se utilice gas y que lo atrase automáticamente cuando se utiliza gasolina. - Sensor de oxigeno: Es un elemento que percibe la cantidad de oxígeno en los gases de escape y envía una señal al conjunto de dosificación cuando es necesario regular la mezcla aire-gas. • Conversión de vehículos de inyección electrónica La conversión a GNV de un automóvil de inyección con respecto a la conversión de uno de carburador, debe realizarse con más precaución y con un mayor nivel de precisión pues los motores han sido diseñados para trabajar con tolerancias más estrechas y cuentan con sensores, procesadores y actuadores electrónicos. En general se puede afirmar que la instalación del conjunto reductor y el mezclador obedecen a los mismo principios que los utilizados en la conversión de automóviles de carburador. La única diferencia sustancial entre un automóvil convertido a GNV con carburador y uno con inyección, es que mientras que en el primero la señal de interrupción del caudal de combustible líquido durante el funcionamiento con GNV es producida por una electro válvula, en el segundo es producida por un relé. En ambos casos la electro válvula o el relé actúan interrumpiendo el funcionamiento de la bomba de combustible o de los inyectores. El circuito eléctrico a interrumpir en el caso de inyección varía de vehículo a vehículo, por lo tanto durante la instalación del kit es necesario consultar los diagramas eléctricos del vehículo correspondiente. De otro lado, el desarrollo de los vehículos con motores de gasolina y sistemas de inyección de combustible ha estado siempre ligado a la optimización de la operación, economía de combustible y reducción de emisiones contaminantes en condiciones dinámicas. En los vehículos modernos los sistemas de suministro de aire y combustible están controlados por microprocesadores que reciben información de sensores y “deciden” cuánto combustible y cuánto avance de encendido van a entregar al motor para su operación más económica y menos contaminante. Adicionalmente, el uso generalizado u obligatorio de convertidores catalíticos de tres vías con sensor de oxigeno de retroalimentación y control han hecho que los vehículos a gasolina de hoy contaminen tan poco o aún menos que un vehículo equivalente trabajando con gas sin controles electrónicos.
  32. 32. 26 Por estas razones en un futuro cercano será deseable que los fabricantes de equipo original “integren” los sistemas de operación a GNV en los microprocesadores originales y que el gas opere como parte constitutiva del sistema original del vehículo. De otro modo, con instalaciones no originales, el sistema de GNV no podrá ser certificado o su certificación será mucho más difícil y costosa. 2.3 Vehículos duales GNV - Diesel Se denomina vehículo dual GNV - DIESEL a aquel que puede operar con combustible diesel y gas natural simultáneamente. El GNV no se encenderá por compresión en un motor diesel, puesto que su número de cetano, medida de la capacidad de un combustible para ser encendido por compresión en un motor diesel, es demasiado bajo. Para la operación de los motores duales se comprime una mezcla de gas-aire en un ciclo diesel de cuatro tiempos; la mezcla no encenderá bajo condiciones de operación normales, de modo que el encendido se realiza mediante la inyección de un cantidad “piloto” de combustible diesel. La proporción de la mezcla de GNV y diesel es de alrededor de 80 a 20. Uno de los métodos más usados en la actualidad para este tipo de motores es el de "Fumigación", mostrado en la figura siguiente y que ilustra el principio de operación de los motores duales. Figura 11. Principio de operación por fumigación en un motor dual GNV-Diesel Como se ve en la figura anterior, una carga secundaria de GNV es introducida a través del puerto de admisión de aire, se mezcla con este y alcanza el cilindro, en donde será inyectado el combustible diesel que será encendido por compresión iniciando la combustión. GNV
  33. 33. 27 Las modificaciones al motor para operar en el modo de combustible dual son relativamente menores y normalmente no involucran el desensamble del motor. En esencia se adapta alguna forma de carburación de gas o sistema de inyección y se agrega un sistema de control para hacer que el gas y el diesel se ajusten a los requerimientos de carga del motor: Los costos de instalación de un sistema dual son por consiguiente más bajos que los necesarios para equipar un motor dedicado a gas. El mayor costo en este sistema es el del control de suministro de combustible diesel que debe ser montado en la bomba de inyección y debe ser supremamente confiable para evitar sobrealimentación de combustible (gas más diesel) y daño del motor.
  34. 34. 28 3. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV En este capítulo se describirán algunas de las experiencias en evaluación de vehículos a GNV, auspiciadas por el Departamento de Energía del los Estados Unidos de América (DOE por sus siglas en Inglés) en la década pasada. Se incluyen en este estudio las pruebas de campo y los ensayos de laboratorio realizados por el DOE en vehículos a GNV, debido a la rigurosidad técnica con que fueron ejecutadas y a que los resultados, en principio, no están afectados por intereses comerciales. Los experiencias seleccionadas permiten ampliar la visión sobre las posibles aplicaciones del GNV, y los beneficios que se pueden obtener con su uso. Además servirán como base para comparar los diferentes procedimientos utilizados en la evaluación de vehículos a GNV en otros países y contrastar sus resultados con los que se obtengan al evaluar los vehículos de la flota de las Empresas Públicas de Medellín, en las condiciones típicas de operación de nuestro país. 3.1 EVALUACIONES DE VEHÍCULOS A GNV Con el objeto de entender la metodología de las pruebas y el alcance de los resultados obtenidos en las evaluaciones de vehículos a GNV que se presentarán más adelante, es necesario hacer algunas precisiones respecto al tipo de ensayos en condiciones reales de operación y en laboratorio, que son factibles de realizar para evaluar el comportamiento mecánico y ambiental utilizando un combustible determinado. • Evaluación mediante pruebas de operación normal en campo Generalmente en este tipo de evaluación se selecciona una flota de vehículos en la que algunas o todas sus unidades son convertidas para operar de manera dual GNV- gasolina, o son reemplazadas por vehículos dedicados a GNV. Los automotores a GNV de la flota se operan en las mismas condiciones que los demás vehículos equivalentes a gasolina (recorridos, condiciones de carga, hábitos de manejo, etc), y se les lleva un control de consumos de combustible, emisiones en condiciones estáticas, reparaciones o cambios de componentes del motor y frecuencia de cambio de filtros y lubricantes. Además se recopila y analiza la información subjetiva suministrada por los conductores en cuanto a: encendido en frío, potencia del vehículo, respuesta de aceleración, estabilidad del funcionamiento del motor y niveles de ruido en funcionamiento. Las principales ventajas de este tipo de evaluación radican en que no se requieren equipos especializados para efectuarla y no es necesario retirar los vehículos de su servicio normal para realizar los ensayos. Además, es posible obtener una medición confiable de los beneficios económicos obtenidos con el uso del GNV como consecuencia de los menores costos de combustible, períodos mas largos entre cambios de aceite y menor desgaste de componentes.
  35. 35. 29 La debilidad de la evaluación en condiciones reales de operación es que aunque siendo sus resultados validos para la flota en que se efectuaron los ensayos, no son fácilmente extrapolables para otros casos, puesto que corresponden a un parque de vehículos y condiciones de servicio muy específicas. Adicionalmente los datos obtenidos de variables como pérdidas de potencia y torque, no son del todo confiables, puesto que normalmente corresponden a las percepciones de los conductores y no a una cuantificación real en laboratorio. Lo mismo sucede con las emisiones de contaminantes que usualmente se miden en condición estática, las cuales aunque nos dan una idea de la reducción de emisiones obtenida con el uso del GNV, no permiten cuantificar de manera exacta la cantidad de contaminantes expelidos a la atmósfera durante la operación normal del automotor con carga. • Evaluación de desempeño en condiciones de laboratorio La metodología de la evaluación de vehículos a GNV en condiciones de laboratorio es más rigurosa que la evaluación en campo, en cuanto a los procedimientos de prueba, equipos de medición y control de las variables externas que puedan afectar los resultados de los ensayos. Los protocolos de los ensayos para la medición de torque y potencia están basados en las normas SAE3 , y los de emisión de contaminantes en las pruebas dinámicas establecidas en las normas de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA – USA4 ). La aplicación de estos procedimientos estandarizados permite pruebas comparativas sobre un mismo vehículo utilizando diferentes combustibles y cuantificar de manera precisa los beneficios obtenidos en cada caso. Las pruebas de vehículos en laboratorio son muy confiables, en particular para la determinación de emisiones de contaminantes, pues permiten medir de manera precisa las emisiones en masa (g/km) generadas por el vehículo bajo carga, cuando utiliza su combustible original y cuando funciona con GNV. Esto se logra mediante la operación del vehículo en un ciclo estandarizado de prueba (Velocidad - Tiempo) y la medición por separado de cada uno de los contaminantes producto de la combustión tales como; el monóxido de carbono, los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno. Esta medición es muy representativa del comportamiento del vehículo en condiciones normales de funcionamiento y por lo tanto permite una cuantificación real del beneficio ambiental del GNV. Las pruebas de emisiones dinámicas para vehículos livianos se realiza con un vehículo completo sobre un dinamómetro de chasis. La Figura 12 muestra una representación esquemática de un sistema de prueba para vehículos livianos. 3 SAE Society of Automotive Engineers. Sociedad de Ingenieros Automotrices. 4 EPA – USA : Environmental Protection Agency, Unites States of America
  36. 36. 30 Figura 12. Representación esquemática de prueba de emisión de gases dinámica El mismo tipo de dispositivos puede usarse para medir emisiones dinámicas de acuerdo con las regulaciones de los Estados Unidos de América, las Europeas y las del Japón. La dilución de los gases del escape y la determinación del volumen de flujo de los gases de escape se realiza mediante el sistema de muestreo de volumen constante (CVS). Hay, sin embargo, diferencias considerables tanto en los ciclos de conducción como en los límites de emisiones. La Figura 13 muestra el ciclo de conducción Americano EPA FTP75, que es un ciclo con un alto transiente. Este ciclo aún es la base de las pruebas de emisiones Americanas. Figura 13. Ciclo de prueba US EPA FTP75 para vehículos livianos
  37. 37. 31 El ciclo de conducción Europeo mostrado en la Figura 14, es más artificial, con una parte modelando conducción urbana (velocidad máxima de 50 km/h) y una parte simulando conducción en carretera (velocidad máxima de 120 km/h). Figura 14. Ciclo de prueba Europeo para vehículos livianos En conclusión se puede afirmar que las pruebas de vehículos en laboratorio aportan resultados muy confiables y representativos de la operación real de los mismos; no obstante, su realización requiere de altas inversiones por lo que es usual que los vehículos seleccionados para prueba sean prototipos representativos de un modelo de producción masiva, o correspondan a un tipo de vehículo de alto volumen en circulación; de tal manera que los resultados de los ensayos puedan hacerse extensivos a un gran parque de automotores.
  38. 38. 32 3.2. EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN CAMPO A continuación se presentan dos casos reales de empresas dedicadas a diferentes actividades, que convirtieron o reemplazaron parte de los vehículos de su flota para poder utilizar el GNV como combustible. El primer caso corresponde a una compañía de recolección de basura en New York (USA), y el segundo a una empresa de taxis en Washington (USA). Ambos experiencias arrojaron valiosas conclusiones, no solo relacionadas con los beneficios del GNV sino también con los aspectos a tener en cuenta cuando se convierte una flota de vehículos a GNV, de modo que se garantice su operación segura, rentable y benéfica para el medio ambiente. 3.2.1 EVALUACIÓN DE UNA FLOTA DE RECOLECTORES DE BASURA FUNCIONANDO CON GNV5 . • Objetivo Evaluar el comportamiento mecánico y ambiental de camiones recolectores de basura equipados con motores dedicados a GNV, frente a camiones diesel que venían siendo utilizados por la compañía de aseo de la ciudad de New York (USA). • Tamaño y especificaciones de la flota de vehículos Especificaciones de los camiones a GNV utilizados por el Departamento de Aseo de la ciudad de New York No de vehículos a GNV: 6 Motor: Cummins L10 dedicado a GNV Cilindraje: 10 Litros Potencia: 240 H.P. Torque: 750 Lb.Pie Peso Bruto Vehicular: 70.000 Lb. Capacidad de los tanques de gas: 36 galones equivalentes de diesel • Período de evaluación La prueba se inició en el mes de Octubre de 1.992 y a la fecha de efectuar el reporte de la evaluación, los vehículos habían acumulado un kilometraje de 96.000 km operando en el servicio habitual de la compañía de aseo de New York. 5 El documento completo del estudio en su versión original en inglés puede ser consultado en la dirección de Internet http//: www.ott.doe.gov/showcase.html.
  39. 39. 33 • Resultados - Economía y autonomía en el uso del combustible Debido a que los motores a GNV son de encendido por chispa6 y tienen mariposa de aceleración, presentan una menor eficiencia en el uso del combustible que los motores diesel, ocasionadas por las pérdidas en la succión de aire. Estas perdidas se refieren a la cantidad de energía requerida por el motor para llevar aire a su interior durante el ciclo de admisión. En el motor diesel estas pérdidas son mucho menores pues no posee mariposa de aceleración que ocasione restricción al flujo de aire. La eficiencia en el uso del combustible observada en los camiones accionados por GNV fue entre un 5% y un 20% menor que la de los vehículos a diesel. Esta diferencia coincide con la encontrada normalmente entre los motores de encendido por chispa y los motores diesel. Referente a la autonomía, los camiones accionados a diesel podían llevar 50 galones de combustible diesel, que les daba una rango de operación de 152 Km entre abastecimientos de combustible. Un galón equivalente de diesel (DGE) es la cantidad de GNV que tiene la misma energía que un galón de diesel. Los cilindros de gas en los camiones podían llevar hasta 36 DGE de GNV, de modo que la autonomía de estos camiones a GNV era de 97.6 Km, aceptable para la operación de recolección de basura, pues las rutas de los vehículos en la ciudad son generalmente cortas y requieren una sola operación de llenado de combustible por día. - Reparación y mantenimiento Por ser esta la primera experiencia de uso de vehículos a GNV en la flota de recolección de basura de la ciudad de New York, se esperaban un sinnúmero de problemas; sin embargo, aunque en efecto se presentaron algunos inconvenientes, en general se puede decir que los vehículos se comportaron de manera confiable durante el período de evaluación, y los usuarios de los mismos quedaron satisfechos con el servicio prestado. Al inicio del proyecto, uno de los vehículos presentó problemas con el motor cuando un pistón se fundió a la cámara de combustión. La causa se encontró en un inadecuado control de la mezcla de aire – combustible. Con la experiencia obtenida en la solución de esta falla, fue posible corregir los camiones restantes para evitar situaciones similares. Los registros de mantenimiento mostraron que los vehículos a GNV requirieron mayores gastos que los diesel. Un componente importante dentro de estos gastos de mantenimiento fueron los cables de alta, que debieron ser cambiados aproximadamente cada 6 meses a un costo de US$ 125 por juego de cables. Esta condición de corta duración de los cables de alta tensión se mejoró con ayuda del fabricante del motor que desarrolló cables cuya duración fue el doble de los originales. 6 Encendido por chispa : Combustión de la mezcla aire -combustible mediante la chispa generada por las bujías que se encuentran ubicadas en el interior de las cámaras de combustión.
  40. 40. 34 - Costos Sobre una base de energía equivalente, el precio al publico del GNV es inferior al del diesel. Durante el mes de Enero de 1.996, el precio del diesel fue de US$ 1.15 por galón. El precio promedio del GNV fue de US$ 0.96 por DGE. Esto significaba un ahorro del 17% para ese entonces. No obstante, buena parte de la ventaja del GNV frente al diesel se pierde pues los motores que lo utilizan tienen una menor eficiencia que los motores diesel. Los costos de ahorro de combustible deben estimarse teniendo en cuenta el costo adicional de un camión a GNV. En el caso de los vehículos recolectores de basura de la ciudad de New York, por ser los primeros de este tipo, tuvieron un costo significativamente alto frente a los diesel equivalentes. - Emisión de contaminantes Los motores diesel de uso pesado normalmente se certifican en un dinamómetro de motor en el cual se someten a un ciclo estandarizado de carga – velocidad y se miden las emisiones producidas por el motor durante la prueba. Después de que el motor ha sido ensamblado en el vehículo no es posible efectuar ese mismo ensayo y por lo tanto es necesario recurrir a un dinamómetro de chasis en el cual se ejecute un determinado ciclo de prueba. Para cuantificar las emisiones de los camiones recolectores de basura de la ciudad de New York, la Universidad de Virginia probó los vehículos en un dinamómetro de chasis, sometiéndolos a un ciclo de prueba denominado Ciclo del Distrito de Negocios, el cual fue diseñado para simular el ciclo urbano de paradas y arranques continuos. Los resultados obtenidos de estos vehículos prototipo fueron notablemente variables. En algunos casos las emisiones de óxidos de nitrógeno y de monóxido de carbono fueron menores en los vehículos a GNV y en otros, fueron menores en los diesel. No obstante en promedio, los vehículos diesel mostraron menor emisiones de estos contaminantes Las emisiones de hidrocarburos totales fueron significativamente mayores en los vehículos a GNV, sin embargo, considerando que estas emisiones están compuestas entre un 90 y un 95% por metano, y que el metano en la actualidad no está contemplado como elemento contaminante, entonces el valor restante de emisiones de hidrocarburos no metánicos, que si están regulados, es similar al de los vehículos diesel que se probaron. Con relación al material particulado, los vehículos a GNV mostraron resultados consistentes de prácticamente cero, con respecto a valores de 0.7 gramos de los vehículos diesel. Estas menores emisiones de los vehículos a GNV son de particular importancia especialmente para los vehículos de recolección de basura que circulan por áreas congestionadas en donde la contaminación producida por los automotores se ha convertido en un serio problema para la salud pública.
  41. 41. 35 3.2.2 EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN UNA FLOTA DE TAXIS • Objetivo Evaluar la viabilidad técnica y financiera de operar una flota de taxis con vehículos a GNV en la ciudad de Washington. • Antecedentes Mediante un acuerdo suscrito entre el Departamento de Energía de los Estados Unidos y un grupo de inversionistas privados que querían aprovechar la creciente preocupación de la opinión pública por el cuidado del medio ambiente, se fundó la compañía denominada “Taxis Aire Limpio”, cuyo propósito fue el de poner en funcionamiento una flotilla de vehículos de servicio público operados a GNV en la ciudad de Washington. • Características de la flota de vehículos No de vehículos a GNV: 15 automóviles para servicio de taxi Combustible: GNV Tipo de vehículos: 5 automóviles Chevrolet Caprice Bi - combustible (Gasolina-GNV) y 10 automóviles Ford Crown Victoria dedicados a GNV. Ciudad: Washington (USA). Acumulación de kilometraje : 1650 km por semana • Experiencias con los vehículos convertidos a GNV Los vehículos fueron convertidos por una compañía recomendada por la empresa de gas de Washington. Esta compañía también estaba certificada por Ford y General Motors para convertir sus vehículos. En cada vehículo se instalaron cuatro tanques de GNV que suministraban una capacidad de combustible de 10.5 galones de gasolina equivalente (gge) en los Caprice y de 12.5 en los modelos Victoria. De los quince vehículos, 13 fueron convertidos utilizando componentes electrónicos, y dos con kits de conversión compuestos en su mayoría por componentes mecánicos. Estos últimos, al momento del informe, habían operado por 160.000 km sin fallas. Por otro lado, el 40% de los kits de conversión electrónicos fallaron en el primer año de instalación y según declaró la compañía, fue muy difícil el obtener servicio para estos kits, pues la garantía ya había expirado y el fabricante no ofrecía soporte de repuestos. Debido a esta experiencia negativa con las conversiones, la compañía “Taxis Aire Limpio” decidió para futuras compras de vehículos a GNV adquirirlos directamente del fabricante y no emprender procesos de conversión con empresas de conversión independientes; las
  42. 42. 36 principales razones para esta decisión fueron; que el fabricante original del vehículo suministra garantía total sobre el mismo, evitando que se presenten situaciones como las que suceden cuando el vehículo es convertido por una compañía diferente, y que ante la eventualidad de un problema no se sabe si la responsabilidad de solucionarlo es del fabricante del vehículo o del proveedor del kit de conversión. Otra razón tiene que ver con el espacio del compartimiento de carga (baúl), el cual es muy importante en los taxis. En este caso los fabricantes pueden diseñar el vehículo optimizando la ubicación de los tanques en el compartimiento de carga a fin de utilizar el menor espacio posible. • Disponibilidad de combustible Uno de los inconvenientes que afrontó la compañía de Taxis Aire Limpio al inicio de su operación fue la baja disponibilidad de estaciones de llenado de GNV en la ciudad de Washington; en ese entonces fue definitivo que los vehículos pudiesen operar con GNV y también con gasolina, de modo que cuando se agotaba el gas y no existía una estación de llenado cercana se podia continuar trabajando con gasolina. Con el aumento del número de estaciones de llenado de GNV en la ciudad, la compañía de Taxis Aire Limpio pudo adquirir vehículos dedicados a GNV producidos directamente por el fabricante de equipo original. • Costos del combustible y retorno de la inversión En el año de 1.996, la compañía de taxis Aire Limpio pagó por el GNV entre US$ 0.75 y US$ 0.94 por gge. La compañía reportó que esto significaba un ahorro de entre US$ 0.30 - 0.50 por gge. (Aproximadamente US$ 0.03 por milla) con respecto al precio promedio de la gasolina en Washington que era de US$ 1.25 por galón. La expectativa de retorno de la inversión era de 2.5 años. • Bajos requerimientos de mantenimiento La compañía de Taxis Aire Limpio ha acumulado más de 2.08 millones de kilómetros recorridos con sus quince vehículos a GNV y reportó que no han habido problemas inusuales de mantenimiento en sus vehículos. De hecho, la compañía ha prolongado los períodos entre cambios de aceite, pasando de cada 3000 km a cada 9600 km, con base en el conocimiento de la combustión más limpia de los motores a GNV. Esta empresa de taxis utiliza el mismo aceite 5W-30 utilizado regularmente en los motores a gasolina. No obstante, han cambiado las bujías y los cables de alta originales por elementos similares pero de alto rendimiento, como es el caso de bujías con electrodos de platino.
  43. 43. 37 3.3 EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN LABORATORIO Como se mencionó anteriormente, la importancia de las evaluaciones de vehículos en condiciones de laboratorio radica en que es posible controlar muchas de las variables que afectan su desempeño, tales como: hábitos de manejo del conductor, condiciones ambientales del lugar de prueba y ciclos de carga a que se somete el vehículo. Los ensayos en laboratorio son de particular interés cuando se están evaluando los efectos del uso de un combustible alternativo como el GNV, puesto que es posible realizar pruebas comparativas sobre el mismo vehículo funcionando con su combustible original y posteriormente probarlo en funcionamiento con GNV. Los datos obtenidos pueden permitir visualizar las diferencias en parámetros como potencia, torque y emisiones para cada uno de los combustibles. Dentro de los estudios documentados, que se consultaron sobre evaluaciones de vehículos a GNV en condiciones de laboratorio, se encontró uno de particular interés realizado por el DOE (Departament Of Energy - USA), cuyos objetivos coinciden con los del presente trabajo, dado que su objetivo primordial fue el de suministrar a los posibles usuarios del GNV, información confiable acerca del rendimiento, manejo y emisiones de los vehículos operados con este combustible. Dada la importancia del documento del DOE y lo pertinente para los propósitos de este estudio, especialmente por los datos que se obtienen en las pruebas comparativas de emisiones en condición dinámica, a continuación se incluyen los aspectos básicos del estudio del DOE denominado “Proyecto de evaluación de vehículos para funcionamiento con combustible alternativos” y se presentan los resultados de las evaluaciones efectuadas en dos de los modelos para uso dedicado a GNV: 3.3.1 Proyecto de evaluación de vehículos a GNV del Departamento de Energía de los Estados Unidos7 • Objetivo del estudio: El objetivo primordial fue suministrar información a los consumidores acerca del desempeño, manejabilidad y emisiones de los vehículos operados con combustibles alternativos, en particular GNV. • Programa de pruebas El programa de pruebas de vehículos con combustibles alternativos realizado por el DOE comprendió los siguientes ensayos: - Medición de la aceleración del vehículo Se efectúan tres pruebas: 7 La version original del informe de este proyecto puede consultarse en la dirección de Internet http//: www.doe.gov/otu/field_ops/nve/.
  44. 44. 38 1- Se mide el tiempo que toma el vehículo en llegar hasta 60 mph, partiendo desde una posición de reposo y con el acelerador a fondo. La prueba se realiza tanto con el vehículo cargado como descargado. 2- Se mide el tiempo que gasta el vehículo en alcanzar las 60 mph, arrancando desde 40 mph. con el acelerador a fondo (simulación de sobrepaso). 3- Se mide el tiempo transcurrido y la velocidad final del vehículo después de recorrer un cuarto de milla con el acelerador a fondo. El resultado es el promedio de seis ensayos. - Prueba de frenado La superficie seca es concreto, la superficie húmeda es un camino de pavimento de baja fricción. Se mide la distancia de frenado sobre una superficie seca con el vehículo a 62 mph, y sobre la superficie húmeda desde una velocidad de 31 mph sin bloquear las ruedas. - Ensayo de economía de combustible El consumo de combustible en ciudad se determinó usando un ciclo de conducción urbana - una distancia de 2 millas con 8 paradas. Para el consumo de combustible en carretera se utilizó un ciclo de conducción promedio de 70 mph sin detenciones. Se alternaron ciclos urbanos y ciclos de carretera hasta completar un recorrido de 150 millas. Los resultados están reportados con un 70% de conducción en carretera. - Calificación de la manejabilidad general del vehículo Cuatro conductores califican cada uno de los aspectos del vehículo; el resultado final es el promedio de los cuatro conductores. - Pruebas de emisiones conforme a los procedimientos federales de medición Ambos vehículos, el de gasolina y el de GNV, fueron probados por emisiones conforme a los procedimientos federales. - Capacidad de arranque en frío Se mantiene el vehículo a - 20 °F en un cuarto con temperatura controlada por un tiempo mínimo de 12 horas, luego se arranca el vehículo y se registra el tiempo que toma el motor en arrancar y la velocidad de ralentí. Si el vehículo arranca, entonces se debe efectuar nuevamente la prueba a -20 °F como confirmación. Si el vehículo no arranca en el primer intento, repita el procedimiento a una temperatura mayor hasta determinar la mínima temperatura de arranque. • Tipo de vehículos probados Los ensayos se realizaron sobre un grupo de 5 vehículos, año modelo 1999 conformado por 2 camionetas, 2 automóviles y un vehículo de pasajeros multipropósito. También se probaron dos camionetas; una tipo Van y la otra una pick up. Cabe mencionar que todos los vehículos probados fueron diseñados de fabrica para operar con GNV.
  45. 45. 39 3.3.1.1 Evaluación comparativa de vehículos pick up Ford F250 dedicada a GNV y a gasolina • Procedimiento de prueba Se probaron en la mismas condiciones indicadas anteriormente, las versiones de la F250 dedicada a GNV y convencional a gasolina, con el objetivo de obtener resultados comparables que permitieran determinar el funcionamiento del vehículo con cada combustible. • Especificaciones de los vehículos FORD F250 MODELO F250 GNV XL F250 GASOLINA XLT MOTOR - Cilindraje - Configuración - Transmisión - Sistema de combustible - Relación de compresión 5.4 Litros V8 Automática- 4 velocidades Inyección electrónica- EFI Secuencial 9.0:1 5.4 Litros V8 Automática- 4 velocidades Inyección electrónica- EFI Secuencial 9.0:1 CAPACIDADES - Combustible - Pasajeros - Volumen de carga - Peso en orden de marcha 18.9 Galones Equivalentes de GNV a 3000 PSI. 3 adelante 46.7 pies3 7650 Lb 30 Galones 3 adelante 72.6 pies3 7700 Lb • Resultados de los ensayos En los cuadros que se muestran a continuación se resumen los resultados de las pruebas de aceleración, consumo de combustible, arranque en frío y emisiones, que son las que están directamente ligadas con el uso del GNV como combustible. Los resultados de otros ensayos, como frenado y manejabilidad que están asociados a otros sistemas del vehículo, pueden consultarse en el documento competo del estudio del DOE que se incluye como anexo.
  46. 46. 40 ENSAYO: ACELERACIÓN F250 GNV F250 Gasolina - 0-60 mph cargada (s) - 0-60 mph sin carga (s) - 40-60 mph (s) - Tiempo para ¼ milla (s) - Velocidad final ¼ milla (mph) 16.03 12.02 6.03 18.76 72.90 13.35 9.53 4.70 17.28 81.55 ENSAYO: CONSUMO DE COMBUSTIBLE (mpg) F250 GNV F250 Gasolina - Conducción en ciudad - Conducción en carretera - Conducción combinada (ciudad / carretera) 11.6 15.3 14.6 12.6 15.5 14.5 ENSAYO: ARRANQUE EN FRIO F250 GNV F250 Gasolina Temperatura (°F) Tiempo de arranque Calificación de Ralentí (*) Tiempo de arranque Calificación de ralentí - 20 8.5 5 3 6 (*) – La calificación del ralentí va de 1 a 9, siendo 1 el peor caso.
  47. 47. 41 ENSAYOS DE EMISIONES Tier 1: Límites de Emisiones Federales de los Estados Unidos en el año 2000 ULEV: Límites para Vehículos de Muy Bajas Emisiones (Low Emisión Vehicles a California USA) NMHC: Emisiones de Hidrocarburos no Metánicos EPA: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos LEV: Límites para Vehículos de Bajas Emisiones en California RESUMEN DE LA EVALUACIÓN Los resultados de la evaluación para una F250 dedicada a GNV y una F250 convencional a gasolina muestran poca diferencia en la capacidad de arranque en frío y manejabilidad. Hay una ligera diferencia en la economía de combustible en ciudad (la camioneta a GNV estuvo alrededor de 8% por debajo), no hay una diferencia significativa en el consumo de combustible en carretera ni en operación combinada. La aceleración del vehículo a gasolina fue entre 9% y 28% mejor que con GNV. Los evaluadores de manejabilidad y rendimiento dieron buenas calificaciones a ambos vehículos. Los beneficios de usar GNV se vieron principalmente en los resultados de emisiones para los dos vehículos. Los valores de emisiones medidos para ambos vehículos no solo cumplieron sino que excedieron los estándares federales para vehículos ULEV (Vehículos de Emisiones Ultra Bajas). Sin embargo, todos los componentes regulados, incluyendo el CO2 fueron mucho más bajos para el vehículo operado con GNV. Los Hidrocarburos no metánicos (NMHC) estuvieron 97% por debajo del vehículo a gasolina. El CO fue 62.6% más bajo, los NOX fueron 80.6% más bajos y el CO2 estuvo 17% por debajo que los valores a gasolina. Las emisiones en peso potencialmente tóxicas (incluyendo benceno, 1,3-butadieno, formaldehído y acetaldehído)8 para el vehículo a GNV fueron 99% menores que las del vehículo a gasolina. 8 Para más información sobre el cálculo de emisiones en peso potencialmente tóxicas, consultar la sección de emisiones en el sitio web http://www.ott.doe.gov/field_ops/nve/
  48. 48. 42 3.3.1.2 Evaluación comparativa de los automóviles Honda Civic versión dedicada a GNV y versión a gasolina • Procedimiento de prueba Se probaron en la mismas condiciones indicadas anteriormente, la versión dedicada a GNV y convencional a gasolina, con el objetivo de obtener resultados comparables que permitieran determinar el funcionamiento del vehículo con cada combustible. • Especificaciones de los vehículos Honda Civic MODELO Civic GX GNV Civic LX GASOLINA MOTOR - Cilindraje - Configuración - Transmisión - Sistema de combustible - Relación de compresión 1.6 Litros L4 Automática - 4 velocidades Inyección electrónica- MPFI 12.5:1 1.6 Litros L4 Automática - 4 velocidades Inyección electrónica- MPFI 9.4.:1 CAPACIDADES - Combustible - Pasajeros - Capacidad del baúl - Peso en orden de marcha 8 Galones Equivalentes de GNV a 3000 PSI. 2 adelante / 2 atrás 4.7 pies3 2599 Lb 12 Galones 2 adelante / 2 atrás 11.9 pies3 2456 Lb • Resultados de los ensayos En los cuadros que se muestran a continuación se resumen los resultados de las pruebas de aceleración, consumo de combustible, arranque en frío y emisiones, que son las que están directamente ligadas con el uso del GNV como combustible. Los resultados de otros ensayos, como frenado y manejabilidad que están asociados a otros sistemas del vehículo, pueden consultarse en el documento competo del estudio del DOE que se incluye como anexo.
  49. 49. 43 ENSAYO: ACELERACIÓN GNV Gasolina - 0-60 mph cargada (s) - 0-60 mph sin carga (s) - 40-60 mph (s) - Tiempo para ¼ milla (s) - Velocidad final ¼ milla (mph) 15.24 13.64 7.07 19.84 72.10 14.38 12.41 5.87 19.18 73.28 ENSAYO: CONSUMO DE COMBUSTIBLE (mpg) GNV Gasolina - Conducción en ciudad - Conducción en carretera - Conducción combinada (ciudad / carretera) 24.3 34.2 31.1 23.5 32.0 28.5 ENSAYO: ARRANQUE EN FRIÓ GNV Gasolina Temperatura (°F) Tiempo de arranque Calificación de Ralentí (*) Tiempo de arranque Calificación de ralentí - 20 -- -- 48 4 - 15 4 seg. 6 -- -- (*) – La calificación del ralentí va de 1 a 9, siendo 1 el peor caso.
  50. 50. 44 ENSAYOS DE EMISIONES ULEV: Límites para Vehículos de Muy Bajas Emisiones (Low Emisión Vehicles a California USA) NMHC: Emisiones de Hidrocarburos no Metánicos EPA: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos LEV: Límites para Vehículos de Bajas Emisiones en California RESUMEN DE LA EVALUACIÓN Los resultados de la evaluación para un Honda Civic dedicado a GNV y uno convencional a gasolina muestran poca diferencia en aceleración y manejabilidad. Los evaluadores reportaron que ambos vehículos maniobran bien, pero que el vehículo a gasolina muestra una aceleración ligeramente mejor. El espacio del vehículo a GNV presenta un espacio de baúl significativamente reducido debido a la ubicación del cilindro. Los resultados muestran una reducción en el consumo de combustible del 8 para el vehículo a GNV con respecto al de gasolina. Se puede atribuir a la modificación en la relación de compresión del motor (12.5:1). Los resultados de las pruebas de emisiones muestran los grandes beneficios de la operación a GNV. Aunque ambos vehículos cumplen con los niveles establecidos de emisiones, el de GNV presentó niveles notablemente bajos con valores inferiores a 1/10 de los límites establecidos para vehículos de emisiones ultra bajas (ULEV) Las emisiones en peso potencialmente tóxicas (incluyendo benceno, 1,3-butadieno, formaldehído y acetaldehído) para el vehículo a GNV fueron 97% menores que las del vehículo a gasolina. 3.4 CONCLUSIONES SOBRE EXPERIENCIAS INTERNACIONALES • Las conversiones de vehículos a GNV con respecto a los vehículos originales Se encontró que las conversiones a GNV presentan dificultades principalmente porque los equipos de conversión no han sido desarrollados para un vehículo en particular sino que son componentes genéricos que se adaptan para el uso en diversos tipos y modelos de vehículos, siendo poco probable que su funcionamiento sea el optimo en la mayoría de los casos.
  51. 51. 45 En los casos descritos se observaron dificultades con los componentes de control electrónicos de los kits de conversión, que no mostraron una durabilidad adecuada y no contaban con soporte técnico de parte de los fabricantes del vehículo ni de los equipos. Se comprobó cómo una inadecuada calibración de los equipos de conversión a GNV puede inducir a daños serios en el motor por mala puesta a punto y ajustes incorrectos de la mezcla aire/combustible. Los equipos de GNV requieren que el sistema de encendido sea mantenido con mayor cuidado y, en ocasiones, que los componentes originales, tales como bujías y cables de alta tensión, sean reemplazados por unos de mayor capacidad y resistencia. Para alcanzar el rendimiento óptimo de un vehículo dedicado a GNV, es necesario que éste sea diseñado específicamente para funcionar con este combustible; contemplando modificaciones en la cámara de combustión para lograr mayor relación de compresión y por consiguiente una mayor temperatura, e inhabilitando la posibilidad de usar gasolina como combustible. De otra forma, el rendimiento del vehículo no será óptimo, caso de todos los vehículos bi combustible. • Aplicaciones típicas del GNV En la mayoría de las experiencias documentadas acerca del uso del GNV se encuentra que los vehículos escogidos para las conversiones son de uso intensivo, de transporte de carga o de pasajeros; taxis, camiones de reparto, buses, etc. La razón es que estos vehículos recorren grandes distancias en su operación rutinaria, logrando un ahorro importante en costos de combustible que permite a los inversionistas un retorno más rápido de su inversión en equipos de GNV. • Pruebas de campo Son las más adecuadas para determinar la viabilidad de utilizar el GNV en una aplicación específica. Los ensayos no requieren equipos especializados, únicamente un seguimiento apropiado del vehículo en su condición de operación normal. Estas pruebas permiten cuantificar las ventajas o desventajas del GNV para un uso particular. El punto débil de estos ensayos es que los resultados obtenidos en pruebas de campo no permiten generalizaciones. • Pruebas de laboratorio Permiten determinar las ventajas o desventajas reales del GNV debido a que los ensayos se hacen en condiciones controladas y sobre vehículos nuevos o en muy buen estado. Los resultados de los ensayos de emisiones en banco son los más cercanos a la realidad de operación y permiten obtener una comparación válida con los resultados de pruebas similares realizadas con gasolina u otros combustibles. • Los resultados En las pruebas de campo realizadas sobre vehículos con motores de gran capacidad no es notable para el conductor la pérdida de rendimiento utilizando GNV. La operación normal del motor no se realiza a plena carga. En términos de emisiones los resultados de los vehículos dedicados originales de fábrica son muy destacados excediendo en más de diez veces los requerimientos de las regulaciones más exigentes, esto se debe principalmente a que el equipo y el vehículo han sido desarrollados simultanea y específicamente para operar con GNV.
  52. 52. 46 4. EXPERIENCIAS NACIONALES EN EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV. Dentro de los múltiples esfuerzos realizados en Colombia desde los años ochenta para promover el uso del gas natural en el sector del transporte, se encuentran algunos trabajos de carácter experimental, los cuales en general han tenido como objetivo cuantificar los beneficios de utilizar el GNV en el país, contemplando las condiciones típicas de nuestra geografía, las características del parque automotor existente y las condiciones de tráfico en las ciudades, entre otros. En la revisión de los antecedentes nacionales existentes sobre evaluación de vehículos a GNV, llevada a cabo como actividad previa a la evaluación experimental objeto principal del presente estudio, se encontraron dos trabajos realizados al principio y final de la década pasada cuya metodología y resultados tienen plena vigencia, y que por lo tanto se ha considerado de interés reseñarlos como referencia en este capítulo. El primero de estos trabajos corresponde a una evaluación de buses realizada en la ciudad de Bogotá y el más reciente, llevado a cabo a finales de 1.998, fue una prueba piloto de GNV contratada por la Unidad de Planeación Minero-Energética. Se podrá notar en los estudios citados, que aunque en ambos se contemplaron muchas de las variables que pueden influir en el comportamiento de un automotor cuando es convertido a gas, sólo en el trabajo con buses a GNV en Bogotá se tomaron en cuenta los cambios en el desempeño del automotor por efectos de la variación de la presión atmosférica originada por los cambios de altura, los cuales son muy frecuentes al transitar por nuestra geografía. En este aspecto es de resaltar que como complemento a estos trabajos precedentes, el presente estudio contempló de una manera más amplia el análisis del rendimiento mecánico y ambiental comparativo de los vehículos de otros segmentos diferentes al de los buses, cuando se considera la altura sobre el nivel del mar como una variable. 4.1. Evaluación de bus de transporte publico a GNV en Bogotá. 4.1.1. Antecedentes En la década de 1980 se presentó en la Costa Atlántica un desarrollo interesante del GNV, liderado por Promigas en Barranquilla, tanto para uso doméstico como para vehículos, y se plantearon programas de masificación de su uso doméstico para todo el país, incluyendo la zona andina. Con la perspectiva de la disponibilidad del gas doméstico en Bogotá, se instaló una estación piloto de suministro de GNV, alimentada con gas natural proveniente de los llanos orientales y se vio la necesidad de probar el desempeño de vehículos operados a GNV en ésta y otras ciudades a gran altura sobre el nivel del mar. Como no había disponibilidad de gas en la ciudad y era necesario traerlo específicamente para la prueba, se escogió hacer la prueba en un solo vehículo que fuera representativo dentro del mercado objetivo, transporte público de pasajeros, y por eso se escogió un bus urbano B-60 de la marca Chevrolet, con motor carburado y del modelo 1986.

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