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EVALUACIÓN DEL ESTADO DE MOTORES DE VEHÍCULOS A GASOLINA MODIFICADOS PARA FUNCIONAR A GLP
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EVALUACIÓN DEL ESTADO DE MOTORES DE VEHÍCULOS A GASOLINA MODIFICADOS PARA FUNCIONAR A GLP

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Laboratorio de Investigación Tecnológica en Energía, LITE-UCSP Universidad Católica San Pablo
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  • 1. EVALUACIÓN DEL ESTADO DE MOTORES DE VEHÍCULOS A GASOLINA MODIFICADOS PARA FUNCIONAR A GLP Laboratorio de Investigación Tecnológica en Energía, LITE-UCSP Universidad Católica San Pablo Av. Salaverry, 301, Vallecito, Arequipa, Perú PROYECTO FINANCIADO POR CONAM - SWISS CONTACT Resumen Un dispositivo experimental fue desarrollado para analizar las variaciones del desempeño de un automóvil a gasolina cuyo sistema ha sido modificado para funcionar con GLP (gas licuado de petróleo). Se evaluaron parámetros como presión en los cilindros, temperatura (gases de escape, aceite, agua, aire de entrada), emisión de gases (CO, CO2, O2, HC), Potencia, Torque (a diferentes RPM del motor). Se evaluó también desgaste del motor por la calidad del aceite en el cárter y consumo de cada combustible por kilómetro. Se utilizó un sistema de adquisición de datos multicanal y un transductor-indicador de temperatura portátil. Fueron utilizados termopares tipo K y transductores de presión con salida en mV, para evaluar la Potencia y el torque, fue utilizado un acelerómetro digital. Los resultados indican que todas las temperaturas (gases, aceite, aire de entrada al carburador, agua en el radiador) se incrementan considerablemente usando GLP, tanto en estado de ralentí como en movimiento del vehículo. La presión en los cilindros permanece aproximadamente constante, Se observo que la potencia y el torque disminuyen al usar GLP (mismas condiciones de trabajo). Palabras Clave: Desempeño de Automóviles, Emisiones, Gasolina, GLP. 1 INTRODUCCIÓN El GLP (gas licuado de petróleo) es una mezcla del propano-butano que se utiliza sobre todo como combustible doméstico para cocinar. El GLP doméstico es puesto sobre todo por las compañías petroleras del sector público en las áreas urbanas. Sin embargo, también ha encontrado uso en los sectores comerciales e industriales. Se utiliza en industrias tales como cristal, cerámica, y otros. Hoy en día, el GLP es también un combustible alternativo favorito en algunos países donde el costo de la gasolina es elevado. Actualmente diferentes tecnologías se vienen desarrollando para utilizar el GLP en automóviles y vehículos de transporte publico, lamentablemente barreras como la seguridad de los pasajeros impiden realizar una reglamentación al respecto del uso de este combustible en un motor que no haya sido diseñado de fabrica para este fin. 1.1 Motores a Gasolina Convertidos El GLP, correctamente usado, podría ser un combustible limpio, rentable y menos contaminante. Los ingenieros han probado recientemente su uso como combustible en automóviles. Por todo el mundo, los gobiernos están animando el uso del GLP como un combustible alternativo en el reconocimiento de las ventajas significativas que ofrece. El GLP ha sido propuesto como combustible alternativo para el transporte en un acto de la política energética de los EE.UU en 1992.
  • 2. En Europa, Italia se cuenta con 1 300 000 vehículos, seguido de Polonia con 470 000, Holanda con 325 000, Francia con 180 000 y Republica Checa con 145 000. Estados Unidos cuenta con más de 350 000 vehículos funcionan con GLP1. Se debe aclarar que el uso de GLP en motores esta avalado por un diseño de ingeniería hecho en fabrica por personal especializado, lamentablemente se observa en la actualidad que talleres inescrupulosos (en muchos países) utilizan tecnologías de conversión no avaladas para adaptar el uso del GLP a vehículos diseñados para gasolina. Se esta comprometiendo aspectos de diseño del vehiculo y sobre todo aspectos de seguridad, debido a la reducción de costos para obtener una rentabilidad rápida. 1.2 El sistema dual Gasolina - GLP En los automóviles que funcionan con GLP y gasolina, el sistema de alimentación de GLP consiste básicamente en los siguientes componentes: Tanque de almacenamiento, evaporador-regulador, tuberías y accesorios y sistema de control general y conmutación (Fig. 1). LP t anque G e c ontrol d LP do r so de G con mut a ingre e air e dor f iltr o d e vapo ra es solen oid mot or or rad ia d Fig. 1. Sistema dual de vehículos GLP-gasolina... El combustible almacenado en los tanques de GLP es conducido, en fase líquida al evaporador-regulador de presión, ya que el tanque está provisto de un tubo que llega al fondo del depósito. A la entrada del evaporador-regulador va instalada una válvula electromagnética de corte de GLP, conectada a un conmutador situado en el tablero de mandos. El evaporador-regulador dispone en su interior de una serie de cámaras en la cuales se realizan distintas funciones que permiten regular, vaporizar y dosificar el GLP que es aspirado por el motor del vehículo. El GLP llega en fase líquida, y a una presión manométrica aproximada entre 294,3 kPa y 490,5 kPa (42,7 y 71,1 psi), a la primera cámara del evaporador-regulador. En esta primera cámara se reduce la presión 1 Vehículos diseñados para usar GLP
  • 3. manométrica a 41,2 kPa (6 psi) y se vaporiza el líquido, transformándose en GLP en fase gaseosa. La permanente vaporización del líquido se consigue manteniendo caliente el interior del evaporador-regulador. Para ello se hace circular agua del radiador por el interior del aparato. Ya en fase gaseosa, el GLP pasa, cuando es aspirado por el motor, a la segunda cámara. Y de aquí, a través de la unidad de mezcla, instalada en el colector de admisión, al motor. Además, el evaporador-regulador también incorpora un dispositivo electromagnético que permite al motor funcionar al ralentí, cuando el vehículo está parado. La unidad de mezcla, como su nombre indica, tiene la misión de proporcionar una adecuada mezcla de aire con el gas para obtener una correcta combustión. El conmutador es un dispositivo eléctrico que se incorpora a la instalación para poder efectuar el cambio de combustible a utilizar. Bien sea para pasar de gasolina a GLP, o de GLP a gasolina. El conmutador debe ser fijado al tablero de la cabina de tal manera que sea visible y fácilmente manipulable desde el puesto del conductor del vehículo. En motores de inyección, el conmutador es automático, es decir, que aunque esté en posición de GLP, el arranque lo realiza siempre en gasolina. Y hace el cambio a GLP de forma automática a un número determinado de revoluciones, que se pueden regular por medio de un tornillo de reglaje situado en la parte posterior del conmutador. Se recomienda regular a 1500 RPM. El conmutador trabaja por impulsos del encendido, así que si tenemos el contacto puesto y el motor parado la electro-válvula de gas estará cerrada. El emulador de inyectores tiene la misión de cortar la corriente a los inyectores y mandar una señal emulada a la centralita de gasolina (si tuviese). El sensor de oxigeno nos dice como es la mezcla en el colector de escape y así podemos hacer la regulación en el evaporador (si tuviese). En la Fig. 2, podemos observar los componentes del equipo completos hasta 15 CV reductor, unidad de mezcla, Soportes, tuberías y accesorios de montaje Fig. 2. Los componentes del equipo completos hasta 15 CV. En la Fig. 3, se observa un “kit” para autos carburados. Los componentes del equipo son: reductor, válvula electromagnética de GLP, válvula electromagnética de gasolina, unidad de mezcla, conmutador de carburación, tuberías y accesorios de montaje.
  • 4. Fig. 3. Kit de conversión para autos carburados. Los componentes del equipo para automóviles inyectados se presentan en la Fig. 4: reductor, válvula electromagnética de GLP, unidad de mezcla, conmutador, emulador oxigen sensor, tuberías y accesorios de montaje. Fig. 4. Kit de conversión para autos inyectados. 2 MODELO EXPERIMENTAL Un esquema del modelo experimental es mostrado en la Fig. 5. Podemos observar los componentes principales: Sección de Pruebas (Automóvil) Sistema de Alimentación de Combustible (gasolina y GLP), y el Sistema de Adquisición de Datos (SAD). 2.1 Sección de Pruebas Esta compuesta por un automóvil (Fig. 5), de las siguientes características: Marca Nissan Modelo HL-B11-F. Carrocería: Sedan Color Blanco Misti Cilindrsos: 4 Nro de motor: E15009416B Nro de serie: HLB11B78144 Ruedas: 4 Pasajeros: 5 Peso seco: 7652 N
  • 5. Peso bruto: 11085 N Longitud: 4,03 m Altura: 1,39 m Ancho: 1,67 m Carga útil: 3434 N Puertas 04 Año de fabricación 1985 Motor 1493 cm3 Carburado Dirección Mecánica Una fotografía del automóvil utilizado es mostrada en la Fig. 6. LP tan que G e t oma d GLP toma de a de gas olin t anqu e conmuta dor g asolina d or eva pora e e aire s olenoid filtro d mot or f iltro de gasolina aceite radia d or ito de de pos PC SA D Fig. 5. Esquema del Modelo Experimental. Fig. 6. Fotografía del modelo experimental.
  • 6. 2.2 Sistema de Combustible 2.2.1 Gasolina El Sistema de Combustible con gasolina (Fig. 7), esta compuesto de los siguientes dispositivos: - Tanque de almacenamiento, de acero y capacidad aproximada de 75 dm3 (20 galones aproximadamente), con sistema de indicador de nivel tipo flotador. - Un sistema de tuberías de cobre de 3,2 mm (1/8 de pulgada). - Un filtro de combustible de 25 cm3 - Un sistema de atomización y mezcla de combustible-aire tipo carburador - Filtro de aire La gasolina usada fue de 84 octanos. Componentes adicionales: - Filtro no original equivalente - Bujías no originales equivalentes - Chicleros originales - Bobina de encendido no original equivalente. e to ma d ib le t combu s de tan que ble combus ti e aire f iltro d filtro de tib le combus a de s ist em tu be ría m otor ac eite ito de dep os rad ia d or Fig. 7. Sistema de Combustible. 2.2.2 GLP El sistema Instalado de GLP, mostrado en la Fig. 8, esta compuesto por: - Tanque de GLP o Marca INCA SA. (Perú) o Capacidad 44 dm3 o Presión de prueba 1,76 MPa o Presión de diseño 3,5 MPa o Norma ASME sec. VIII div I - Válvula Electro-magnética de GLP ó solenoide - Evaporador marca BEDINI LPG modelo 120 E - Válvula de Control de presión BEDINI LPG modelo MT 88 - Sistema de tuberías
  • 7. LP t anque G e c ontrol d LP do r o de G con mut a ingre s e air e dor f iltr o d e vapo ra es solen oid mot or or rad ia d Fig. 8. Componentes del KIT a GLP. 2.3 Sistema de Adquisición de datos Para la adquisición de señales con el vehículo detenido fue utilizado un Equipo Multicananal de marca OMEGA, modelo TEMPSCAN 1100 (Fig. 9), con capacidad de adquisición de hasta 99 señales de sensores de temperatura tipo K, T, S; y presión (señal en milivolt). Para las mediciones de temperatura con el vehículo en movimiento fue utilizado un equipo transductor-indicador-calibrador OMEGA modelo CL24 (Fig. 10). Los experimentos (vehículo detenido y en movimiento), serán descritos en el ítem Procedimiento Experimental, mas adelante. Fig. 9. Sistema de adquisición de datos. Fig. 10. Transductor de temperatura.
  • 8. 2.3.1 Medición de Temperatura Para medir las temperaturas en el motor, fueron utilizados termopares de las siguientes características (Fig. 11): Marca: Omega Modelo: tipo K Diámetro: 1 mm de diámetro Protección: teflón (transmisión) y asbesto (altas temperaturas) Aplicación: -40 ºC hasta 500 ºC (temperaturas moderadas) y -40 ºC hasta 2000 ºC (altas temperaturas) Las señales de temperatura medidas en las diferentes posiciones son llevadas al SAD (lectura automática) y posteriormente a la PC, ó al transductor de temperatura (lectura manual). El detalle de instalación de los termopares en cada componente, es mostrado en la Fig. 12. Fig. 11. Sensor de temperatura. aire gases de escape e aire f ilt ro d entrada del radiador mo tor ace it e ito de depos radiad or aceite salida del radiador Fig. 12. Medición de temperatura.
  • 9. 2.3.2 Medición de Presión Fueron utilizados transductores de presión de las siguientes características (Fig. 13): Marca: OMEGA Modelo PX300 Intervalo: 0 hasta 2,07 MPa (300 psi), presión manométrica Salida: 0 hasta 20 mV Alimentación: 10 V (corriente continua) La señal de presión va desde cada cámara de combustión hasta el SAD y posteriormente a la PC. Un esquema de la instalación de los sensores de presión es mostrado en la Fig. 14. Para analizar este parámetro, se realizó cada prueba (en cada cilindro), procediendo al giro de los pistones con el motor de arranque, permitiendo cinco vueltas al cigüeñal. Fig. 13. Transductor de presión. presión 1 presión 2 presión 3 e a ir e filt ro d presión 4 m otor aceit e ito de de pos Fig. 14. Medición de presión.
  • 10. 2.3.3 Medición de Potencia, Torque y RPM Son medidos en diferentes regimenes de trabajo por un equipo (Fig. 15), compuesto de cuatro acelerómetros, marca G-tech PASS. 2.3.4 Medición de emisiones de gases de escape Equipo analizador de gases marca GAS LINK, modelo Ferret 14 (Fig. 16). Fig. 15. Acelerómetro instalado en el parabrisas delantero. Fig. 16. Analizador de gases de escape. 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Fueron realizados diferentes experimentos para estudiar los diferentes parámetros de desempeño del vehículo. Cada grupo de pruebas fue realizado con cada combustible (gasolina, GLP y dual). Los experimentos fueron divididos en dos grupos: Con movimiento y sin movimiento del vehículo, descritos a continuación 3.1 Medición sin movimiento del vehículo, temperaturas en ralentí Fueron evaluadas las temperaturas (múltiple de escape, depósito de aceite, entrada de aire hacia el filtro, entrada y salida en el enfriador de agua o radiador), ver Fig. 12, desde el encendido del vehículo hasta llegar a régimen permanente, este experimento fue realizado para las pruebas con gasolina y GLP bajo las siguientes condiciones: - Inicio a las 10: h - ventilador del radiador siempre funcionando
  • 11. - tapa del motor cerrada - estado de ralentí (mínimo consumo sin movimiento del vehículo) 3.2 Medición sin movimiento del vehículo, presión en los cilindros Para este experimento, se procedió a las siguientes etapas, según la Fig. 14. - Calentamiento del motor hasta llegar al estado de ralentí - retiro de las bujías de todos los cilindros - desconexión de la parte eléctrica (alimentación a las bujías) - instalación del transductor de presión en el cilindro respectivo (1, 2, 3, o 4) - Adquisición de datos - Arranque, mediante el motor de arranque, cinco vueltas del cigüeñal 3.3 Medición sin movimiento del vehículo, Emisiones de gases Fueron medidos los componentes de gases de escape (HC, CO, O2, CO2), en dos situaciones de rotación del motor, ralentí y 2500 RPM. La muestra fue tomada del final del tubo de escape. 3.4 Medición con movimiento del vehículo, temperaturas Fueron evaluadas las temperaturas (múltiple de escape, depósito de aceite, entrada de aire hacia el filtro antes del carburador, entrada y salida en el enfriador de agua o radiador), en diferentes condiciones de movimiento, descritas en la Tabla 1. Este experimento fue realizado para las pruebas con gasolina y GLP bajo las siguientes condiciones: - Inicio a las 10: h - movimiento en régimen permanente en cada una de las cinco velocidades (tabla 1), para establecer estos valores, se fijo la rotación del cigüeñal en 2800 RPM - Se utilizo una vía horizontal Tabla 1. Medición de temperatura con el vehículo en movimiento Marcha* velocidad, km/h 1 30 2 50 3 70 4 100 5 120 * Correspondiente a 2800 RPM 3.5 Medición con movimiento del vehículo, Potencia , Torque, y RPM Fueron evaluados estos parámetros para un cambio de marcha a la velocidad del motor de aproximadamente 4800 RPM. - Inicio, aceleración progresiva - Cuando la rotación del motor llegaba a 4800 RPM, se realizaba el cambio de marcha - aceleración progresiva, 4800 RPM, cambio de marcha... 3.6 Medición con movimiento del vehículo, rendimiento de cada combustible Se evaluó rendimiento de cada combustible para tres condiciones: Recorrido en centro urbano de alto transito (Centro histórico de Arequipa), Recorrido en centro urbano de transito leve (periferia de la ciudad, Urb. Pedro D. Canseco),
  • 12. Carretera (transito a alta velocidad, salida de Arequipa), Condiciones: - Inicio 10:00 h - Se inicio el recorrido sin combustible en el tanque (gasolina) - Se colocó 1 galón de combustible en el tanque - Se coloco en cero el medidor de distancia - Se finalizó la prueba cuando el combustible se había terminado. 3.7 Medición de desgaste del motor Para cada combustible, se estableció un recorrido bajo los siguientes parámetros: - Distancia fija de 1600 km - El recorrido se estableció como: UCSP - AV. GOYONECHE - AV MARISCAL CASTILLA - AV. JESUS (FINAL CON AV EEUU) -CEMENTERIO - SOCABAYA (REST. BETOS) - CEMENTERIO-UCSP - la masa (personas y otros) en el vehículo se mantuvo constante (130 kg) - Una vez que el indicador de distancia llegaba a 1600 km, la prueba había culminado. - Antes de realizar cada prueba, los siguientes componentes eran cambiados: bujías, aceite del motor, filtro de aceite, y filtro de gasolina. Una vez finalizada la prueba, parámetros como presión en los cilindros, emisión de gases de escape y análisis de la calidad del aceite eran realizados. 4 PARÁMETROS ESTUDIADOS Como se muestra en la Fig. 12, fueron estudiadas las temperaturas en el colector de gases de escape, en el tanque de aceite (carter), en la entrada de aire (antes del filtro), en la entrada y salida del enfriador de agua (radiador), esto en dos condiciones, vehículo detenido y en movimiento (cinco marchas). Se evaluó la presión en cada cámara de combustión con el automóvil detenido. Se evaluó la variación de los siguientes parámetros en los gases de escape: HC, CO, O2, CO2. Se evaluó desgaste del motor por medición de cantidad y calidad de partículas en el aceite (una vez finalizado el recorrido con cada combustible). Se evaluó rendimiento de cada combustible para tres condiciones: primera, recorrido en centro urbano de alto transito, segundo, centro urbano de transito leve, tercero carretera (transito a alta velocidad). Cada una de las pruebas mencionadas anteriormente fue realizada para tres condiciones: la primera usando exclusivamente gasolina, la segunda utilizando exclusivamente GLP, y finalmente, la tercera utilizando el sistema dual, gasolina-GLP. 4.1 Incertezas en la Medición Son descritas en la Tabla 2. Tabla 2. Incertezas estudiadas. Parámetro Incerteza, ± unidad Temperatura 0,2 ºC Presión 15 Pa Emisión CO 0,01 % por volumen Emisión CO2 0,01 % por volumen Emisión O2 0.01 % por volumen
  • 13. Emisión HC 1 ppm velocidad 0,3 km/h Potencia 1 % Torque 1 Nm Velocidad de Rotación 2 % Rendimiento, volumen 1 km/gal Rendimiento, económico 0,2 km/sol 5 RESULTADOS 5.1 Temperatura a. En Ralentí Podemos observar en la Fig. 17, un gráfico temperatura tiempo para el arranque hasta alcanzar el estado ralentí, usando gasolina como combustible. Es posible observar que la temperatura de los gases de escape se estabilizan en aproximadamente 85 ºC, la temperatura del aceite se estabiliza en 62 ºC, el aire se estabilizó en 46,5 ºC, la entrada al radiador en 59 ºC y la salida en 54,5 ºC. Este experimento tuvo una duración de aproximadamente 42 minutos. En la Fig. 18, podemos observar los resultados de las temperaturas en ralentí para el GLP. Las temperaturas de los gases de escape se estabilizan en 90 ºC, el aceite en 67 ºC, el aire de entrada al carburador en 47 ºC, entrada al radiador 60,1 ºC, y finalmente la salida del radiador en 55 ºC. El tiempo que llego al régimen permanente fue aproximadamente 83 minutos. 90 80 70 60 Temperatura, ºC 50 40 Gases de escape 30 Aceite 20 Entrada del Radiador Salída del Radiador 10 Aire 0 0 5001000 1500 2000 2500 Tiempo, s Fig. 17. Evaluación de temperaturas en ralentí, gasolina.
  • 14. 90 80 70 60 Temperatura, ºC 50 40 Gases de escape 30 Aceite 20 Entrada del Radiador Salída del Radiador 10 Aire 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Tiempo, s Fig. 18. Evaluación de temperaturas en ralentí, GLP. Ya podemos observar una diferencia considerable, sobre todo en la temperatura de los gases de escape, cuando se utiliza GLP (hasta 6 ºC mayor). b. En Movimiento En la Fig. 19, se observa la variación de las temperaturas para el experimento con el vehículo en movimiento, con gasolina, a las diferentes cinco marchas de la caja de velocidades. Todas estas velocidades, corresponden a una rotación del motor de 2800 RPM. La temperatura de los gases de escape sube proporcionalmente con la velocidad del automóvil. Los demás parámetros (temperatura de aceite, aire, y entrada /salida del radiador), permanecen aproximadamente constantes. Los resultados de cada experimento a diferentes velocidades, fueron medidos en un régimen cuasi-permanente, se decir, se espero a que las temperaturas se estabilicen aproximadamente 5 minutos.
  • 15. 350 Tgases, gasolina 300 Taceite, gasolina Tent rad, gasolina 250 Tsal rad, gasolina Temperatura, ºC Taire, gasolina 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 19. Evaluación de temperaturas en movimiento, gasolina. En la Fig. 20, se observa el experimento usando GLP como combustible, la tendencia de las curvas es bastante parecida a la de gasolina, la diferencia está en que los valores son relativamente mas altos y el aumento en los valores se aprecia más en las dos ultimas velocidades (100 y 120 km/h). 350 Tgases, glp 300 Taceite, glp Tent rad, glp 250 Tsal rad, glp Temperatura, ºC Taire, glp 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 20. Evaluación de temperaturas en movimiento, GLP. En la Fig. 21, se observa una comparación de la temperatura de los gases de escape, usando GLP y gasolina, se puede apreciar que los valores de temperatura son hasta 95 ºC mas alto para el GLP (para 100 km/h),
  • 16. Podemos también apreciar que la pendiente, en la Fig. 21 aumenta a partir de los 70 km/h , mostrando mayores efectos térmicos en el motor ocasionados por el uso de GLP. 350 Tgases, glp 300 Tgases, gasolina 250 Temperatura, ºC 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 21. Evaluación de temperatura de gases de escape, gasolina y GLP En la Fig. 22, se observa la comparación para la temperatura del aceite, cuando se usa GLP, esta temperatura se incrementa hasta 19 ºC, se esperaría un desgaste en las propiedades del aceite mayor, comparada con el caso de gasolina. 120 100 Temperatura, ºC 80 60 40 Taceite, glp Taceite, gasolina 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 20. Evaluación de temperatura de aceite, gasolina y GLP.
  • 17. En la Fig. 21, se observa la comparación para la temperatura del aire de ingreso al carburador, producto de un efecto “horno”, la temperatura del aire dentro del recinto de localización del motor, se eleva considerablemente. La diferencia entre los valores alcanzados con el GLP, son hasta 3 ºC mas elevado que en el caso de gasolina. 40 35 30 Temperatura, ºC 25 20 15 Taire, glp Taire, gasolina 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 21. Evaluación de temperatura del aire de entrada al carburador, gasolina y GLP En las Figs. 22 y 23, se observa la comparación GLP-gasolina para las temperaturas de entrada y salida del radiador, para ambos casos, cuando se usa GLP, la temperatura se incrementa hasta en 17 ºC 90 80 Tent rad, glp Tent rad, gasolina 70 Temperatura, ºC 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 22. Evaluación de temperatura del agua de entrada al radiador, gasolina y GLP
  • 18. 90 80 70 60 Temperatura, ºC 50 40 30 Tsal rad, glp 20 Tsal rad, gasolina 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Velocidad del auto, km/h Fig. 23. Evaluación de temperatura del agua de salida del radiador, gasolina y GLP. Finalmente, en la Fig. 24, se realizó una comparación de la diferencia de temperatura de cada punto de medición, se observa que el incremento en la temperatura de los gases de escape oscilan entre 41,4 ºC y 94,4 ºC, en el aceite varían entre 11,1 ºC y 19,3 ºC, para el agua en el radiador (tanto en la entrada como en la salida), la diferencia varía entre 5,3 ºC y 16,9 ºC, finalmente, para el aire en el ingreso al carburador, el aumento observado es desde 0,8 ºC hasta 2,1 ºC. Es posible observar que según estos resultados, podría considerarse que el aumento en las temperaturas (usando GLP en vez de gasolina), podría de alguna manera perjudicar el desempeño del motor y disminuir la durabilidad del mismo. 100 90 80 TGLP - T gasolina, ºC gases 70 aceite 60 ent rad 50 sal rad 40 aire 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 marcha en la caja de velocidades Fig. 24. aumento de temperatura al usar GLP.
  • 19. 5.2 Potencia y Torque En la Fig. 25, se puede observar como varía la potencia y el torque (en las ruedas del automóvil), según las diferentes velocidades usando gasolina como combustible. Se observa que la potencia máxima alcanzada de 22 kW, corresponde un torque 62,5 N m. Fig. 25. Evaluación de velocidad, potencia, torque y RPM en movimiento. Gasolina. En la Fig 26, se puede observar como varía la potencia y el torque (en las ruedas del automóvil), según las diferentes velocidades para GLP. La potencia máxima alcanzada de 19 kW, corresponde un torque 56,5 N m. Fig. 26. Evaluación de velocidad, potencia, torque y RPM en movimiento. GLP.
  • 20. En la Fig. 27 se realiza la comparación respectiva para la potencia y torque con ambos combustibles y se observa que existe una pérdida de potencia y torque entre el 5% y 20% al usar GLP. Fig. 27. Evaluación de potencia, torque, comparación gasolina - GLP. En la Fig. 28, se observa la comparación respecto a las velocidades, una caída de hasta 5 km/h es apreciada usando GLP Fig. 28. Evaluación de velocidad, comparación gasolina - GLP.
  • 21. 5.3 Presión en la cámara de combustión Podemos observar en las Figs. 29, 30, 31, y 32, la presión en las cámaras de combustión 1, 2, 3, y 4, respectivamente. Se observó que no hay diferencias en las presiones de los cilindros usando gasolina y/o GLP, probablemente debido al corto tiempo de realización de estas pruebas. Es posible confirmar que las presiones dentro de los cilindros permanece aproximadamente constante, tanto en los cilindros, como después de usar cada combustible, los valores de presión oscilan entre 896,3 kPa y 910,1 kPa (130 y 132 psi). Una comparación simultánea es mostrada en la Fig. 33. 140 120 100 Presión, psi 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 Tiempo, s Fig. 29. presión en el cilindro 1, pruebas gasolina - GLP. 140 120 100 presión, psi 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 Tiempo, s Fig. 30. presión en el cilindro 2, pruebas gasolina - GLP.
  • 22. 140 120 100 Presión, psi 80 60 40 20 0 0 5 10 15 Tiempo, s Fig. 31. presión en el cilindro 3, pruebas gasolina - GLP. 140 120 100 Presión, psi 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 Tiempo, s Fig. 32. presión en el cilindro 4, pruebas gasolina - GLP.
  • 23. 140 120 Presión Manométrica, psi cilindr 100 o 1 80 2 60 3 4 40 20 0 0 5 10 15 Tiempo, s Fig. 33. presión en los diferentes cilindros, pruebas gasolina - GLP. 5.4 Emisión de gases de escape Podemos observar en la Tabla 3, el análisis de los gases de escape con cada combustible en dos situaciones, en ralentí (850 RPM aproximadamente) y a 2500 RPM, esta pruebas fueron realizadas con el vehículo detenido. Tabla 3. Emisiones de gases de escape. GASOLINA GLP 750 RPM 2500 RPM 750 RPM 2500 RPM HC ppm 124 66 2207 225 CO % 1,12 0,35 0,01 0,15 O2 % 14,72 12,6 11,9 2,9 CO2 % 3 5,8 5,9 11,7 5.5 Aspectos económicos Podemos observar en la Tabla 3, un resumen de los aspectos económicos cuando se utiliza el vehículo, con cada combustible, en tres situaciones diferentes, ciudad (centro histórico), ciudad (periferia), y carretera (arequipa-mollendo). Se puede observar que por sus características térmicas, la gasolina rinde entre 32 % y 42 % más que el GLP (kilómetros por galón). Debido al costo de los combustibles, el GLP resulta con un beneficio económico que oscila entre el 20 % y 30 %, representando un ahorro entre 0,066 hasta 0,124 soles por cada kilómetro recorrido.
  • 24. Tenemos la necesidad de recalcar que este “aparente ahorro” no es más que una traducción de los preciso bajos de este combustible (GLP), como ya fue mencionado, térmicamente, la gasolina se desempeña como mejor combustible. Tabla 3. Aspectos económicos 3 km/dm km/gal Recorrido gasolina GLP gasolina GLP ciudad, centro histórico 10,2 7,7 38,5 29,0 ciudad, periferia 14,5 10,2 55,0 38,7 carretera 18,2 13,3 68,8 50,3 km/nuevo sol GLP - gasolina, Recorrido gasolina GLP sol/km ciudad, centro histórico 3,0 4,8 0,124 ciudad, periferia 4,3 6,4 0,076 carretera 5,4 8,4 0,066 El beneficio aparente obtenido al usar GLP, debe ser comparado firmemente con los posibles perjuicios que se obtienen al elevar las temperaturas de los componentes del motor y de los sistemas de lubricación (aceite) y enfriamiento (agua). Un trabajo futuro, continuación del presente, sería realizar un análisis costo - beneficio acerca del uso del GLP, considerando el desgaste provocado por la variación en los parámetros de funcionamiento del motor. 5.6 Aspectos de seguridad Se ha observado que no existen normas al respecto del proceso de conversión a GLP de vehículos diseñados para gasolina GLP, algunos aspectos son claros: . 5.6.1 Aspectos de instalación - El GLP es un combustible más pesado que el aire y en el caso de escapar del tanque de almacenamiento o de algún componente, éste combustible permanecerá acumulado en los compartimientos del automóvil (p.e. la maletera), representando un riego inminente para la seguridad de los ocupantes del vehículo. - No existe en nuestra ciudad, ningún taller que instale los kit de conversión con algún sistema de seguridad para prevenir acumulación del GLP en los recintos del vehículo. - Ningún taller posee certificación al respecto de la duración del tanque sin explotar en caso de incendio (exposición directa al fuego). - Los Kit de conversión que se comercializan en el país están incompletos falta una pieza que regula la mezcla adecuada que trae como consecuencia que la mezcla GLP-aire sea rústica (comparada a una hornilla de una cocina). Otros dispositivos de mezcla sugieren un mezclador que funciona para ralentí y para el vehículo en movimiento suplido con un control de ingreso comandado por el sensor de oxigeno para mantener la mezcla correcta en las diferentes situaciones de marcha.
  • 25. 5.6.2 Aspectos de carga del combustible (estaciones) - En los establecimientos de venta de GLP, el proceso de carga de combustible no respeta el protocolo establecido para combustibles gaseosos, principalmente: o No se realiza la evacuación de los ocupantes del vehiculo o No existe barrera de protección o No se realiza el aterramiento del vehículo (energía estática) o No se respeta distancia entre vehículos ni localización de los establecimientos a zonas urbanas. 6 CONCLUSIONES El uso de GLP como combustible alternativo en vehículos diseñados para tal fin representa una alternativa claramente ventajosa, como lo predice la experiencia europea. Actualmente se viene normalizando el proceso de adaptación de automóviles que fueron diseñados para usar gasolina, pero aspectos sobre todo de seguridad están siendo muy estrictos. Al momento de culminar el presente informe, ningún país en el mundo, tenía una reglamentación oficial para la acreditación de talleres en el proceso de conversión, España, aparentemente esta por emitir una norma muy exigente. Esto nos indica que el uso de GLP en vehículos diseñados de fabrica para este fin, esta establecido y normado. Lamentablemente, la experiencia en el mundo, indica una precaución al tratar de legislar el proceso de acreditación de talleres para el proceso de adaptación de kit de GLP a autos a gasolina, sobre todo en los aspectos de seguridad humana. Probablemente este fenómeno se debe al intento de abaratar los costos de conversión, sacrificando la seguridad. En aspectos de desempeño, se ha llegado a la conclusión que, a pesar que el GLP es un combustible más económico, al usarse en vehículos diseñados para usar gasolina, podría a largo plazo representar un perjuicio, sobre todo en mantenimiento por reparación correctiva necesaria, esto debido a que algunos factores térmicos son modificados, como se describe a continuación. Las temperaturas se elevan considerablemente usando GLP, tanto en ralentí como en movimiento. A medida que se aumenta la velocidad del vehículo, la temperatura aumenta, esta variación sufre un aumento en su valor a partir de la cuarta velocidad. Se pierde potencia y torque al usar GLP. Indicar el % o rango de disminución. El aumento en la temperatura implica necesariamente consecuencias en la durabilidad del motor y sus componentes, al estar el motor diseñado apara trabajar en un intervalo de temperatura y funcionar en otro mas alto (con GLP), involucra desgaste más rápido de sus componentes. Se puede afirmar que entre otras consecuencias, tenemos o El aceite se degrada en menos tiempo o Las piezas que trabajan a mayor temperatura, sufren una fatiga mayor y en consecuencia un desgaste más rápido o Todo el sistema de combustión pierde eficiencia al admitir mezcla más caliente La presión se mantiene constante, debido probablemente al corto tiempo de evaluación de este parámetro.
  • 26. El GLP rinde menos que la gasolina pero el costo es menor, representando una economía que debe ser comparada con aspectos de desgaste del motor. Aspectos de seguridad indican que principalmente en nuestra ciudad el proceso de conversión debe ser estrictamente normado y la acreditación debe ser obtenida después de un riguroso proceso de verificación de procedimientos y equipos utilizados, sobre todo en el aspecto de seguridad humana. No existe en nuestra ciudad, ningún taller que instale los kit de conversión con algún sistema de seguridad para prevenir acumulación del GLP en los recintos del vehículo. Ningún taller posee certificación al respecto de la duración del tanque sin explotar en caso de incendio (exposición directa al fuego). Los Kit de conversión que se comercializan en el país están incompletos falta una pieza que regula la mezcla adecuada que trae como consecuencia un proceso de combustión precaria. 7 RECOMENDACIONES Aspectos Técnicos Para cada vehículo se necesita un kit de acuerdo a sus características (potencia, entrada de combustible, etc.) Debe implementarse un proceso de acreditación de los talleres que trabajan en la instalación del kit. Debe controlarse las características técnicas de los kit. Aspectos de Seguridad Debe exigirse la implementación de un sistema de seguridad (contra fugas y en caso de emergencias) cuando se instale los kit de GLP. Debe exigirse pruebas de resistencia a la llama en caso de incendio en los tanques de almacenamiento de GLP Debe exigirse respetar el protocolo de carga de GLP en vehículos (el vehiculo debe estar vacío al cargarse GLP). Actualmente, se esta observando la llegada de vehículos que tienen el sistema de GLP de fabrica, éstos disponen de diferentes dispositivos de detección y control de flujo de GLP, que deberían estar necesariamente en los procesos de adaptación. Aspectos de Normatividad Actualmente podemos mencionar que algunos países prohíben la conversión de automóviles a gasolina a GLP, por ejemplo, Brasil, Bolivia, Colombia, sin embargo en otros países (Argentina, y en general la Comunidad Europea) están por publicar un sistema de reglamentación para la conversión de automóviles de gasolina a GLP, debe aclararse que esta reglamentación incluye dispositivos de seguridad contra escapes y emergencias. Con respecto a la existencia de normas para la conversión de vehículos a gasolina para GLP, en Latinoamérica no existe evidencia de tal. 8 CONSIDERACIONES FINALES Los dueños de los vehículos, dueños de talleres, abastecedores de GLP, y los conductores, son los responsables directos del proceso de conversión del vehículo
  • 27. para GLP, y su uso y manipulación acarrea consecuencias (malas o buenas) al medio ambiente y a la ciudadanía en general, una conciencia ambiental es necesaria para respetarnos mutuamente. 9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Rouwendal, J., De Vries, F., 1999, The taxation of drivers and the choice of car fuel type, Energy Economics 21, pp 17-35. Díaz, L., Schifter, I., López-Salinas E., Gamas, E., Rodriguez, R., Avalos, S., 2000, Optimizing automotive LPG blend for Mexico City, Fuel 79, pp. 79–88. Melchers, R., Feutrill, W., 2001, Risk assessment of LPG automotive refueling facilities, Realiabity Engineering & System Safety, 74, pp. 283-290. William M., Lyons C., 1996Standard Handbook Petroleum and Natural Gas of Engineering, Gulf Publishing Company, Houston, Texas. Teri, 2000, Liquefied Petroleum Gas: dual fuel, http://static.teriin.org/energy Murthy, LPG alternative fuel, El Hindu, El 26 De Agosto De 1999. Anand, G., Karthikeyan, B., 2005,An Investigation and Engine Parameters Optimization of a Spark Ignition Engine with Gaseous Fuels Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Delhi, India. DIRECCION REGIONAL DE TRANSPORTES, COMUNICACIONES Y VIVIENDA. "Cuadro estadístico del crecimiento del parque automotor de Arequipa, acumulado a 1996", Arequipa, 1997, p. 01. Patrakhaltsev, N., Y Gorbunov, V., Toxicidad de los motores de combustión interna. Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica-Eléctrica, UNSA, Arequipa, 1994, 202 pp. Calderón V., E., Contaminación por automotores. Arequipa, 1993, 38 pp. Indecopi, 2004, Norma Tecnica Peruana Nº 111.014, publicada el 2004/08/20. Motor GLP, 2006, KIT de GLP, disponible en www.motorGLP.com

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