curso de gnc i

1

“El USO DEL GNV”

Guillermo Lira Cacho([email protected])

Instituto de Motores de Combustión Interna

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

2009

2

Crisis del petróleo

+

1. Mundial2. Mundial sin el

Golfo Pérsico3. Golfo Pérsico4. EU y Canadá5. Ex URSS6. Gran Bretaña

y Noruega

PRODUCCIÓN ANUAL DE PETROLEO

Mile

s de m

illones

de

barr

iles

AÑO Modelo de Hubbert.

33

Precio del Petróleo

Fuentes: PETROPERU y OSINERGMIN 66

•Alza creciente y especulativa del precio del petróleo debido a la disminución de las reservas probadas de petróleo.

•En julio 2008, se llegó al precio record histórico de US$ 145 el barril.

02468

101214161820

1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009

Año

Nu

ev

os

so

les

/ga

lón

GLP

G-97

G-90

G-84

4

CO2 atmosférico y el Cambio Climático

T

CO2

* 387 ppm (2008), el más alto nivel en 650 mil años

6

• Las reservas probadas de gas natural en el mundo son muy grandes (dos veces más grandes que las del petróleo), por lo que un incremento futuro de la demanda no ejercerá mayor impacto en los precios.

• Las reservas de Camisea ascendían a 0,311*1012 m3 (11 TPC). En la actualidad, hay 13,4 TPC, y se anuncia que probablemente haya en total 20 TPC, es decir, gas para 50 ó 60 años.

Estadísticas

7

Reservas Mundiales de Gas Natural (Total: 151,36 * 1012 m3 )

Reservas de GN en Sudamérica

Bolivia14%

Venezuela56%

Colombia1%

Perú5%

Trinidad y Tobago

6%

Argentina8%

Brasil10%

8

EFECTO SUSTITUTORIO DEL GN

Demanda sin sustitución del GNDemanda con sustitución del GN, en los sectores industrial, residencial-comercial, vehicular y eléctrico

9

• El gas natural (GN) es un producto incoloro, inodoro, no tóxico y más ligero que el aire.

• El GN procede de la descomposición de los sedimentos de materia orgánica atrapada entre estratos rocosos a través de millones de años.

• El GN es una mezcla de hidrocarburos ligeros en la que el metano (CH4) es el componente principal, acompañado de otros hidrocarburos y gases cuya concentración depende de la localización del yacimiento.

GENERALIDADES

10

COMPOSICION DEL GAS NATURAL SECO

Parámetros* Valor

Composición del GN (% en volumen): - metano, C1

- etano, C2

- propano, C3, no más de

- butano, C4, no más de

- pentano, C5, no más de

- dióxido de carbono, no más de - oxígeno, no más de - nitrógeno -Agua (mg/m3, max.) -Azufre libre (mg/m3, max.)

88-950,05-5,2

1,51,00,3

0,5-1,81,0

0,7-2,711350

* A 1,013 bar y 15,6 o C

11

COMPOSICION DEL GN SECO (CAMISEA)

Parámetros* Valor

Composición del GN (% en volumen):

- metano, C1

- etano, C2

- propano, C3

- iso-butano+ n-butano, C4

- pentano, C5

- dióxido de carbono - oxígeno - nitrógeno

88,16610,2840,5350,0250,0020,2620,0000,725

* a 1,013 bar y 15,6 o C

12

El GAS VEHICULAR• En el año 2000 habían cerca de 5,5 millones de vehículos a gas en el mundo. Alrededor de 1,5 millón a GNV y el resto a GLP.

• En la actualidad, hay más de 8,5 millones de vehículos a GNV.

• En Perú, hay 65.000 vehículos a GLP y 66.124 vehículos a GNV. Hay 209 gasocentros de GLP (140 en Lima) y 68 de GNV (abr 2009)

13

El GNV en el Mundo

Argentina es el país líder del GNV

Brasil es el país con mayor desarrollo en GNV en los últimos 10 años

Italia fue el pionero en el uso del GNV

Estados Unidos es el país con mayor número de gasocentros en el mundo

India y Pakistán son los países asiáticos con mayor desarrollo en la industria del GNV

14

País Vehículos Gasocentros Fecha

Argentina 1.698.700 1.753Mar-08

Pakistán 1.650.000 1.923Ene-08

Brasil 1.532.844 1.612Mar-08

India 821.872 325Mar-08

Irán 730.107 402 Abr-08

Italia 432.900 609Mar 07

Colombia 251.688 313May-07

China 200.873 486Ene 07

USA 146.876 1600 Dic-06

Total Mundial 8.537.355 (87.45%)

12.902(70%) May-08

Fuentes: http://www.iangv.org ; www.gnv.cl

IANGV : Asociación Internacional de Vehículos a Gas Natural

Estadísticas del GNV

15

País Vehículos Gasocentros Fecha

Bolivia 84.130 109 Dic-07

Perú 66.124 68 (26 const.) Abr-09

Venezuela 44.146 148 Dic-06

Chile 8.064 15 Dic-07

Trinidad y Tobago

3.500 13 Jun-07

México 3.037 6 Oct-05

Fuentes: http://www.iangv.org ; www.gnv.cl

IANGV : Asociación Internacional de Vehículos a Gas Natural

Estadísticas del GNV (L. América)

16

•En Argentina, se convierten un promedio de 12.600 por mes (22,5% del parque).

•En Brasil, se convierten un promedio de 27.500 por mes.

•En Perú, se convierten cerca de 2800 autos por mes (en 144 talleres).

GNV en el Perú

17

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000ene

mar

may

jul

set

nov

ene

mar

may

jul

set

nov

ene

mar

may

jul

set

nov

ene

mar

2006 2007

Vehículos convertidos a GNV

2008 2009

18

Aplicaciones del GNC

19

SISTEMA DUAL GASOLINA /GNV • El funcionamiento de un motor a gas es

esencialmente parecido a con gasolina.

• El kit de conversión (reductor, válvula de carga, manómetro, electroválvulas, mezclador, etc.) se ubica bajo el capó. Los cilindros de GNC, según el tipo de vehículo, se instalan ya sea en la maletera (automóviles), en la caja de carga o bajo el chasis (pick-ups).

20

Ventajas específicas del GNV

•Aumento de la vida del aceite lubricante en 1,5 – 2,5 veces (de 7.500 a 12.500 km)

•Disminución del desgaste de las piezas del grupo pistón-anillos (de 1,5 a 2 veces).

•Aumento de la vida útil del motor en 30 – 40%

•Menor precio respecto de otros combustibles (de 1/2 a 1/3 el de la gasolina).

• Las bujías estándares pueden durar hasta 50% más (30.000km).

21

• Disminución del nivel de ruidos en 50-60% (de 6 a 8 dB).

•Disminución considerable de la toxicidad y humeado de los GE (hasta 90%).

Ventajas específicas del GNV

• Se reduce al mínimo la posibilidad de hurto y su adulteración al no poderse transvasar.

•No contamina el suelo ni el agua.

22

Desventajas del GNV • Menor autonomía de recorrido que con gasolina (200-250 km con GNV y 450-500 km con gasolina)

• La potencia del motor se reduce (de 14 a 20%).

• Su transporte y almacenamiento son más complicados.

• Una de las mayores desventajas es la cantidad limitada de gasocentros.

23

Emisión de sustancias tóxicas• Se emite hasta un 80-90% menos de monóxido

de carbono (CO).

• La cantidad de hidrocarburos sin quemar (HC) es relativamente pequeña (30-40% menor).

• No se emiten compuestos de plomo, dióxido de azufre, hollín (MP), benceno u otros hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) presentes en la gasolina. • Los óxidos de nitrógeno (NOx) son

aproximadamente 50-70% menores que con gasolina.

24

Comparación de emisiones tóxicasg

/km

*HCNM – Hidrocarburos no metánicos

25

Emisión de sustancias tóxicas

•Las emisiones de CO2, por unidad de energía producida, son inferiores en 20-25% con respecto a las de motores de gasolina.

•Si bien los vehículos a gas natural sí emiten metano (gas de efecto invernadero), cualquier pequeño aumento en CH4 estará más que compensado con la reducción sustancial de las emisiones de CO2 en comparación con otros combustibles.

26

Propiedades físico-químicas

27

Parámetro Gasolina GNV

Densidad, kg/L0,72-0,77 0,68.10-3

(0,415)*

Densidad relativa 3,9*** 0,56-0,60

Temperatura de ebullición, °C 35-195 -162

Relación estequiométrica, kg/kg 14,7-14,8 16,8-17,4

Relación estequiométrica, m3/m3 56,6 (0,018) 9,6-10,2 (0,101)

Poder calorífico, MJ/kg 42,7-43,5 48,9-50,1

Poder calorífico, MJ/L32,0—32,6(212,85)***

(33,3-34,1)**

(20,9)*

Poder calorífico. por m3 de mezcla, MJ/m3 3,5 3,1

* En estado líquido; ** MJ/m3 *** En estado vapor (en MJ/m3)

Propiedades del GNV

28

ParámetroGasolin

a GNV

Temperatura de autoencendido, °C

300-400 650-700

Límites de inflamabilidad, % en vol.

1,5-8,0 5,0-15,0

Temperatura de flama adiabática,ºC

2.123 2.090

Número de octano 84-97 115-125

Condiciones de almacenamiento Atmosf.

20-40 MPa(-162°C)

Propiedades del GNV (continuación)

29

ANALISIS DE LAS PROPIEDADES DEL GNV

30

Combustión Estequiométrica

22222 )4

(76,32

)76,3()4

( Nm

nOHm

nCONOm

nHC mn

m)(12n

28)3,76m/4)(32(n

lo1

76,4)4/( mnLo

Combustible

n m lo(kg/kg) Lo(m3/m3) 1/Lo(%)

Gasolina 8 16 14,7 57,12 1,7

Propano 3 8 15,6 23,8 4,2

Metano 1 4 17,2 9,52 10,5

31

01.7

4

9.2

0123456789

10

Diesel Gasolina GLP GNV

%

Eficiencia VolumétricaEn los motores que funcionan con gas, se reduce la admisión de aire .

32

• El poder calorífico por unidad de volumen (en MJ/m3 para los combustibles gaseosos) o masa (en MJ/kg para los combustibles líquidos) es el parámetro energético más importante de un combustible.

• Sin embargo, en el proceso de combustión en un MCI, es más importante el poder calorífico por m3 de mezcla aspirada (aire + vapor) por el motor:

o

uu L

Hh

11

Donde: Lo – es la cantidad estequiométrica de aire, m3 / m3

Hu – es el poder calorífico inferior del combustible, MJ / m3

Poder Calorífico

33

Comparación del poder calorífico por unidad de volumen de mezcla aspirado por el motor

Volumen total: 1 m3

Hu=212,85 MJ/m3

Gasolina: 1,7% en vol.17 L (3,7MJ)

Volumen total: 1 m3

Hu=33,7 MJ/m3

GNV: 9,2% en vol.92 L (3,1MJ)

16% menor

34

Humz,GNC/Humz,gasol=Huv, GNV/(1+RA/GNC)/ Huv, gasol/(1+RA/gasol)

Humz,GNC/Humz,gasol=(33,7/10,9)/(212,9/57,6)

=3,1/3,7=0,84

Relación de poderes caloríficos por unidad de volumen de mezcla (para la relación

estequiométrica)

16% menor

35

Cálculo de la relación de potencias

gasolmz

GNCmz

gasol

GNC

Hu

Hu

Ne

Ne

,

,

84,0gasol

GNC

Ne

Ne

120n

VHuNe Hevmz

36

• Al no estar el motor de un vehículo a gasolina diseñado específicamente para funcionar con GNV (o cualquier otro combustible gaseoso) se produce una disminución en la potencia del mismo, de 14 a 20%.

• Esto es casi imperceptible a bajas cargas, siempre y cuando el vehículo se encuentre en buen estado técnico y que el equipo de conversión sea el adecuado para el motor.

Pérdida de Potencia

37

WGNC=Wgasol GNCQGNC= gasolQgasol

GNCHuGNCVGNC= gasolHu L,gasolVgasol

VGNC/Vgasol=( gasol / GNC)*(HuL,gasol/HuGNC)

Volúmenes consumidos (a 1 bar de presión y a igualdad de recorrido)

VGNC/Vgasol=(1/1)*(32,3/33,7)=0,96Nm3/L< >1,04L/m3

38

La equivalencia entre la gasolina y el GNC* es aproximadamente 1 m3 de GNC igual a 1,04-1,08 L de gasolina (que es la unidad en la que se comercializará este producto) de GNV. Para fines prácticos se puede considerar la equivalencia:

1 Nm3 de GNC = 1 L de gasolina.

Equivalencia de los volúmenes consumidos ( a igualdad de recorrido)

*a 1,013 bar de presión y 20ºC.

39

Coeficiente de compresibilidad

mRT

PVZ

• El coeficiente de compresibilidad se toma en cuenta cuando se requiere determinar la cantidad real del gas a presiones por encima de 20 kg /cm2.

• Cuando Z<1, la masa real es mayor que la que se obtiene a través de la ecuación de los gases ideales .

• Para el metano, a p=200kg/cm2, Z 0,83

Z

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

0,80 100 200 300 p, kg / cm2

Coeficiente de compresibilidad en función de la presión ( p) para diferentes gases a una temperatura de 0 –10 o C.1 – Hidrógeno; 2 – nitrógeno; 3 – dióxido de carbono; 4 – oxígeno; 5 - metano

40

ALMACENAMIENTO DE GNV

2

0

0

2

0

202 p

p

ZZ

VV

mm

barGNVdeLgasolinadeL

gasolinadeLGNVdeNmcomo

baraLV

LV

200@99,31

04,11:

20015,4

10002001

183,0

3

2

2

• Z0=1

• Z2=0,83

• p0=1 bar

• p2=200 bar

• V0=1m3=1000L

41

ALMACENAMIENTO DE GNV Y DENSIDAD VOLUMÉTRICA DE ENERGÍA

• Para fines prácticos, la densidad volumétrica de energía del GNV (a 200 bar de presión) es aproximadamente ¼ de la gasolina (1/3,85 a 1/4,00).

VTANQUE, GNV 4 VTANQUE, GASOLINA

42

Temperatura de auto encendido

• Es la temperatura bajo la cual el combustible con el oxidante, en una mezcla homogénea, empieza por si solo a arder, sin la necesidad de una chispa.

• La temperatura de auto encendido depende del coeficiente de exceso de aire (composición de la mezcla)

Temperatura de auto encendido en función del coeficiente de exceso de aire:1–metano; 2–etano; 3–propano; 4–butano; 5–hidrógeno

• La temperatura de auto encendido de los combustibles 2, 3 y 4, disminuye a medida que se enriquece la mezcla. La excepción es el metano y hidrógeno.

0

/

Lr CA

43

El GNV se inflama en la cámara de

combustión del motor a la temperatura de

650-700oC, magnitud que es mayor que la

temperatura de inflamación de la gasolina

(300 a 400ºC). Esto dificulta el arranque en

frío del motor, particularmente cuando la

temperatura del medio ambiente es baja.

Temperatura de auto encendido

44

Poder antidetonante de los combustibles gaseosos

• El GNV poseen mayor resistencia a la detonación durante la combustión.

• Esta propiedad permite fabricar motores de encendido por chispa para funcionar sólo con gas (dedicados), pero con mayores índices de potencia y economía, debido a la mayor relación de compresión que tienen.

45

PMI

PMS

Vh

Vc

c

ch

V

VV

Relación de Compresión del Motor

46

tEficiencia en función de la relación

de compresión

47

DETONACIÓN Y FRENTE DE LLAMA

T

48

OCTANAJE Y RELACIÓN DE COMPRESIÓN

• El mayor octanaje del GNV, permite tener una relación de compresión mayor que la que podría tener usando gasolina.

• Un motor E.CH., dedicado a GNV, puede llegar a tener una relación de compresión de 12/1 a 14/1.

• Por ejemplo, la relación de compresión del motor Honda Civic (1,6 L):

Con gasolina 9,4:1 Con GNV: 12,5:1

49

Presión crítica (Pc) de 4,61 MPa Temperatura crítica (Tc) de 190,6 K (-83ºC)

To

Punto crítico del Metano

Po

50

VELOCIDAD DEL FRENTE DE LLAMA

• Con GNV, la velocidad del frente de llama es notoriamente menor que con gasolina.

•Con GNV, la velocidad de propagación de la llama (turbulenta) es aproximadamente 3 a 5 m/s, mientras con gasolina es 20 a 25 m/s (5 a 6 veces menor).

•Esto provoca que la combustión sea más lenta y dure más, y a pesar que la temperatura con GNV sea menor (1.920ºC) que con gasolina (2.200-2.500ºC), el mayor tiempo de contacto produce el recalentamiento de algunas piezas del motor. Por otro lado, esto permite una significativa reducción del ruido del motor .

52

• A esto hay que agregar que el GNV no se evapora y, por lo tanto, no hay enfriamiento de estas piezas.

• Se recomienda aumentar la luz de las válvulas para disminuir el desgaste y el consumo de aceite.

• En motores nuevos se utilizan válvulas y asientos con aleaciones especiales resistentes a la temperatura (en base a níquel, con agregados de cromo, cobalto y tungsteno).

• También se emplean superaleaciones de níquel, válvulas huecas refrigeradas con sodio, y válvulas sinterizadas.

VELOCIDAD DEL FRENTE DE LLAMA

53

ASPECTOS DE SEGURIDAD

• Existen dos razones fundamentales para el excelente récord de seguridad de los vehículos a GNV: la integridad estructural del sistema de combustible de los vehículos a GNV y las propiedades del gas natural como combustible (baja densidad relativa, alta temperatura de autoinflamación, límites de inflamabilidad más altos).

• En términos generales, después del petróleo diesel, el gas natural es calificado como un excelente combustible en materia de seguridad.

54


• El gas natural es mucho más liviano que el aire (densidad relativa=0,63), por lo que se dispersa rápidamente en caso de fuga o accidente.

• El gas natural requiere una mayor concentración (3 veces mayor) en el aire y una temperatura de ignición más alta que la gasolina para que se autoencienda.

• Los cilindros de almacenamiento para GNV son mucho más resistentes que los tanques de gasolina.

55


Además de la seguridad de los tanques, el sistema de conversión cuenta con:• Tuberías de muy alta resistencia.• Válvula de exceso de flujo.• Válvulas de alivio y retención.• Electroválvulas de control de combustible.• Válvula manual de emergencia.• Revisiones constantes y certificación de

seguridad.

56

Se estima que el costo, en nuestro medio, está entre US$ 1.400 a 1.600 para un automóvil a gasolina, dependiendo del modelo y de la capacidad del tanque de GNV a instalarse.

COSTO DEL KIT DE CONVERSION

57

•A los precios actuales, en nuestro medio, a igualdad de potencia y recorrido, el GNV cuesta 55% menos que la gasolina de 90 octanos, 15% menos que el diesel D-2 y 40% menos que el GLP.

•Además, el usuario ahorraría más ya que el motor extenderá su vida útil, requiriendo menos gastos de mantenimiento por un alargamiento del periodo de cambio de aceite lubricante, de las bujías de encendido, filtros y de la necesidad de afinamiento.

COSTO DEL COMBUSTIBLE

58

Comb Cantid.* Costo Unitario

Costo, soles

Ahorro1 %

Ahorro2

%

GNV 8,8m3 1,39sol/m3 12,23 52,5 45,0

GLP 12,9L 1,49sol/L 19,22 25,3 13,5

D-2**

1,5gal 9,59sol/gal 14,38 44,1 35,3

G-84 2,5gal 8,89sol/gal 22,23 13,6 0

G-90 2,5gal10,09sol/gal

25,73 0 ---

*Cantidad requerida para recorrer 100 km, en ciudad** Motor Diesel de la misma potencia nominal1 Ahorro, con respecto a G-902Ahorro, con respecto a G-84

AHORRO EN UN AUTOMOVIL (feb 09)

59

Economía de la conversión a GNV

El tiempo de recuperación de la inversión depende de los siguientes factores:

• El recorrido medio anual o su equivalente diario.

• El rendimiento medio de la unidad (en kilómetros por galón o litro).

• El precio relativo de venta GNV/gasolina.

60

)1( rR

PLAhorro gasol

Donde:

L=Recorrido diario

R=Kilometraje por galón

Pgasol=Precio del galón de gasolina

r=Relación de precios GNV/gasolina

61

Economía de la conversión a GNV

•Kilometraje por año (150 km/día) 46.800•Kilómetros por galón 40•Precio por galón del GNV eq. (en S/.) 5,10•Precio por galón de gasolina de 90 10,09•Ahorro por mes (US$) : 187,5•Costo del kit de conversión (US$) 1400,00•Con 1,0% de interés mensual , el kit se termina de pagar en (meses) 7,8

62

Interés: i=1,0% (mensual)

Precio: P=1.400 US$

Ahorro: 6,25 US$/día

Mensualidad: c=187,5 US$

Cambio: 3,00 soles/US$

niiP

c

)1(1

n = 7,8 meses (35.000 km) Ago-09

63

Sistemas de alimentación de GNV

64

Cilindro de GNV

ConmutadorGNV/gasolina

Regulador de presión

Mezclador

Válvula de carga de GNV

Variador de avance del encendido

65

Sistema de conversión a GNC- Componentes principales

Cilindro de GNV

Válvula del cilindro

Pico de carga interno

Válvula de recarga

Manómetro

Reductor dePresión de GNV

Línea de alta presión

Mezclador

Conmutador

Electroválvula de gas

Electroválvula de gasolina

Línea de baja presión

Tanque de gasolina

Carburador

66

Mezcla al motor

aire

Válvula de cilindro

Manómetro

Regulador con electroválvula

Regulación de alta Mezclado

r

Válvula de

carga

Electroválvula de GNV

67

Sistema dual GNV/gasolina para motor con carburador


68

Kit de Conversión a GNV

69

CILINDRO

Válvula de carga

Manómetro



Conmutador

Emulador de

inyectores

Motor

Inyector

Válvula de mariposa

Filtro

Mezclador

SISTEMA DE CONVERSION A GNC DE 2da GENERACION

UEC (Sist. a gasolina)

Tornillo de regulación de alta

Electroválvula de corte

Válvula del

cilindro

70

Sistema dual GNC/gasolina para motor con mezclador e inyectores de gasolina (2-G)

MANÓMETRO


71

CILINDRO

Válvula de carga

Manómetro



Actuador-dosificador

U.E.C.

Conmutador

Simulador de inyectores

Motor

InyectorVálvula de mariposa

Sensor lambda

Filtro

Mezclador

SISTEMA DE CONVERSION A GNV DE 3RA GENERACION


UEC

(Sist. a gasol)

Válvula del

cilindro

72

Sistema dual GNV/gasolina con mezclador, inyectores de gasolina y convertidor catalítico (3-G)

Manómetro

ELECTROVÁLVULA DE GNV

73

CILINDRO

Válvula de carga

Manómetro



Dosificador

U.E.C.Conmutador

Simulador de inyectores

Motor

Inyect. gasolina

Sensor de presión

Sensor lambda

Filtro

Distribuidor

SISTEMA DE CONVERSION A GNC DE CUARTA

GENERACION

Compuerta


UEC (Sist. a gasol)

Válvula del

cilindro

74

Sistema dual GNC/gasolina para motor con inyectores de gas y gasolina (4-G)

75

Tanque

Válvula de Cilindro

UEC

Riel de inyector

es

Filtro

Sensor de presiones

Conmutador

Escáner

Reductor

Válvula de recarga

Sonda Lambda Motor

SISTEMA DE QUINTA GENERACION

Manómetro

Control lambda

Sensor MAP

77

Sensor de temperatura

Filtro de gas

Regulador

UEC

Conmutador


Riel de inyectores

78


Riel de inyectores

Filtro de GNV

Reductor

UEC

Variador de avance

79

Componentes de los Sistemas

80

Abastecimiento de GNV• Es posible efectuar un "llenado

rápido" de un vehículo en 3 - 6 minutos empleando gas comprimido almacenado en una batería de tanques de GNV.

• O llenar el tanque del vehículo durante la noche usando un sistema de "llenado lento" que tarda alrededor de 4 a 6 horas.

•Muchas estaciones de llenado de flotas privadas, como una forma de optimizar sus inversiones, usan una combinación de llenado rápido y lento.

81

Abastecimiento de GNV

82

Abastecimiento de GNV

83

Válvula de carga externa (opcional)

84

Válvula de carga externa

•Se instala ésta opcionalmente (además de la válvula de carga interna) cuando las características del vehículo lo permiten.

•Tiene como finalidad evitar abrir el capó del vehículo con cada recarga.

85

TANQUES DE GNV

86

El tanque de almacenamiento de GNV para vehículos está construido sin cordones de soldadura (una sola pieza) evitando así puntos de concentración de esfuerzos. Mide 6,5-9,5 mm de espesor en sus paredes laterales y un poco más grueso en las bases.

GENERALIDADES

87

TANQUE DE GNV CON VALVULA

88

Ubicación de los Tanques de GNV en automóviles

89

Ubicación de los Tanques de GNV en camionetas y omnibuses

90

Sujeción de los tanques de GNV en automóviles (armazón, cuna)

91

Tuberías de VentilaciónAl reductor

A la toma de carga externa, a otro tanque o al exterior

92

Tuberías de Ventilación

Al motor

A la toma de carga externa o al exterior

Tanque

93

Tuberías de Ventilación

Viento

94

Tanques de GNV de uso vehicular• Los tanques (cilindros) se diseñan según la

Norma Técnica Peruana NTP 111.013-2004.

• Los cilindros para GNV están diseñados para almacenar gas natural comprimido a temperaturas (del gas) desde -40 hasta +65 oC, con una presión máxima (llenado) de 260 bar. La presión de trabajo es 200 bar a 15,6ºC.

• Se estima que pueden ser llenados hasta 1000 veces por año (como referencia).

95

• Se fabrican de tubos de acero (sin costura) o de materiales compuestos, con fondos semiesféricos. En la garganta del tanque tiene una rosca para instalar en ella una válvula.

• El acero empleado es aleado, el cual se somete a tratamiento térmico de templado y revenido.

• El tratamiento térmico asegura una estructura cristalina homogénea del metal y una eventual destrucción sin esquirlas.

Tanques de GNV de uso vehicular

96

•El acero aleado debe contener cromo, níquel y molibdeno.

•Para disminuir la masa de los tanques se emplean materiales compuestos.

•Los tanques para GNV suelen tener una capacidad desde 25 hasta 100 litros (de 6 a 24 Nm3, respectivamente).

•El peso de los tanques de GNV varía dependiendo de su volumen y el material empleado en su fabricación.


97

1– Recepción de Materias Primas 2- Corte 3- Flow Forming 4- Corte 5– Horno de Inducción 6– Rolado de Fondo 7– Horno de Inducción 8– Rolado de Ojiva y Cuello 9- Rosca 10– Tratamiento térmico 11– Peso y Dureza 12- Ultrasonido 13– Fugas 14– Ensayo Hidráulico 15- Marcado 16- Limpieza

17– Pintura y Control Final 18– Pallets y Patio de Productos

PROCESO DE FABRICACION Y PRUEBAS DE TANQUES DE GNV

98

FABRICACION DE TANQUES DE GNV

99

Tipos de Tanques para GNV

a– GNV 1; b– GNV 2; c– GNV 3; d– GNV 4

100

Tipos de Tanques para GNV

GNV 1Todo de metal (acero aleado o aluminio)

GNV 2

Compuestos, alma metálica (interior), envueltos lateralmente (pared) con fibra de carbono

GNV 3Compuestos, alma metálica, envueltos totalmente con fibra de carbono

GNV 4Compuestos, alma plástica (resina), envueltos totalmente con fibra de carbono

101

Tipo de tanque Volumen L

Acero aleado (tipo 1) 25-80 1,0-1,25

Metálico-plásticos (tipos 2,3) 35-100 0,61-0,70

Materiales compuestos (tipo 4)

85-120 0,57-0,87


VolumenPeso

102

Los tanques de GNV ocupan aproximadamente un 30% del espacio de la maletera. Este volumen dependerá del volumen del tanque, el cual varía según la autonomía que se requiera, y de la amplitud de la maletera.

Volumen ocupado por los tanques de GNV

103

Volumen (L)

Diámetro (mm)

Longitud (mm)

Peso (kg)

Equivalencia

(L gasolina)

25 219 780 32 6,5

28 230 850 32 8

30 244 850 38 8

38 244 980 48 10,5

47 340 720 55 14

50 323 800 58 14

60 356 800 65 16

Tanques de GNV (acero aleado)

105

Volumen

(litros)

Presión

(bar)

Diámetro

(mm)

Longitud

(mm)

Peso(kg)

Capacidad

(m3, a 1 bar)

Equiv.(litros

de gasol.)

18,4 248,3 203 813 17,6 5,41 6,1

23,5 248,3 203 1016 21,5 6,94 7,6

36,3 248,3 254 1016 33,6 10,70 11,4

45,0 248,3 254 1318 44,5 13,25 14,8

Tanques de Aluminio

106

Cilindros de acero y aluminio

Relación peso/volumen vs. Volumen

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

15 30 45 60

Volumen, L

Pes

o/V

olu

men

Aluminio

Acero

107

LDA

SAVW

paredes

paredesaceroparedesacerobalón

Masa (aproximada) de los tanques

mSyDL

mkgacero

,

/870.7 3

LD20253,0

acerobalón DLSW

108

Cálculo de un Tanque de GNV

El espesor mínimo admisible de la pared del tanque se calcula con la fórmula:

ts

t

t

p

DpS

2min

Donde pt – es la presión de trabajo del tanque, MPa; es el coeficiente de seguridad de resistencia a la rotura.

El acero aleado tiene un esfuerzo de rotura, σt = 950-1000 MPa (9.500-10.000 kg/cm2) .

Como S/D<1/10, se consideran de paredes delgadas.

s

109

El valor del factor de seguridad (para tanques de acero), con respecto a la resistencia a la rotura de los aceros que se utilizan en la fabricación de estos tanques es:

50,30,3 s

Factor de Seguridad

110

t

Distribución del esfuerzo

tangencial

Corte Transversal de un cilindro de pared gruesa.

111

tts p

LDV

W

)31

1(

102 6

tts p

LDW

2

2

Cálculo de un Tanque de GNV

Material

kg/L

MPa

Acero 7,9 1000

1

Al 2,7 400 0,85

FC 1,7 3000

0,072

tt

* W en kg y W/V en kg/L

112

Esfuerzo- deformación

t

f

ft

Acero Aluminio

113

LA FIBRA DE CARBONOLa fibra de carbono es el desarrollo más reciente en el campo de los materiales compuestos. Se obtiene uniendo fibras sintéticas con resinas. Se pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos.

Su resistencia es casi 3 veces mayor a la del acero, y su densidad es 4,5 veces menor.

Otras propiedades muy apreciables en la fibra de carbono son la resistencia a la corrosión, al fuego, a la actividad química y la baja conductividad eléctrica. Ante variaciones de temperatura conserva su forma.

114

Cálculo de la masa del gas

Datos:

Presión=200 bar

V=50 litros* (0,050m3)

Temperatura=20ºC (293 K)

R=0,52 kJ/(kg.K)

Z=0,83

kgZRTPV

WGNC 9,729352,083,0050,010200 2

* Equivale a 12 Nm3

**El peso del gas es de 12 a 13% el peso del tanque de acero vacío

115

PRUEBA DE LOS TANQUES DE GNV

• Se deben efectuar una verificación anual de los equipos (en el taller) y pruebas certificadas cada 5 años.

• Los tanques de almacenamiento de GNV están construidos según normas de seguridad muy rigurosas. Se diseñan para soportar altas presiones, realizando las pruebas de resistencia a 300 bar, cuando la presión máxima de carga es de 200 bar.

• La vida máxima de servicio de los tanques de GNV es 20 años.

116

PRUEBAS DE LOS TANQUES DE GNV

Durante la fabricación (muestral)

• Prueba hidrostática destructiva.

• Prueba cíclica con 40.000 cargas y descargas.

Durante su utilización

• Prueba hidrostática a 300 bar.

• Prueba neumática para fugas a 200 bar.

117

• Los tanques se desechan en los siguientes casos :

-presencia de fisuras, abolladuras, rasguños con una profundidad mayor de 10% del espesor de la pared del tanque.-desgaste de las superficies roscadas.-aumento de su volumen en más de 1,5%-disminución de su masa en más de 7,5%


118


Pruebas de resistencia y confiabilidad.- Las normas establecen dos tipos de pruebas:

. Prueba hidrostática ( con agua )

. Prueba neumática ( con aire )

Prueba hidrostática:

• El tanque se llena con agua a una presión de 300 bar, manteniéndose dicha presión 1 minuto.

• Luego se reduce la presión hasta el valor de la presión de trabajo y se observa si hay humedecimiento.

119


Prueba neumática (fugas):

• Se prepara al tanque con su válvula.• Se llena el tanque con aire a la presión de 200 bar y se

introduce en un recipiente que contenga agua durante 1- 2 minutos.

• Se observa durante este tiempo si aparecen burbujas de aire. En caso de aparición de burbujas, esta prueba deberá repetirse. Si no desaparecen las burbujas, entonces se descarta el tanque.

120

VERIFICACION POR ULTRASONIDO

ENSAYO DE FUGAS

PRUEBA DE ROTURA DE CILINDROS

PRUEBA HIDROSTATICA DEL CILINDRO


121

Válvula de Tanque

122

TANQUE DE GNV CON VALVULA

123

TANQUE y VALVULAS

124

Válvula de Tanque

125

VÁLVULA DE TANQUE

• Esta válvula va instalada en el tanque (mediante una rosca), y está en posición normalmente abierta.

• Es una válvula de cierre manual, con cuerpo de bronce forjado, diseñada para trabajar con una presión de 200 bar, con llave de maniobra de ¼ de vuelta.

• Su función es cortar el flujo de gas en caso de funcionamiento defectuoso (fugas) o de mantenimiento.

126

VÁLVULA DE TANQUE

• Posee una válvula de alivio por sobrepresión (disco de estallido), a 340 bar combinada con un tapón fusible de alta temperatura (100 ….4ºC). Además cuenta con una válvula de exceso de flujo en caso de desconexión o rotura de la línea de alta presión.

• En los vehículos con válvula de carga externa, la tubería de alta presión se conecta a la segunda salida que posee la válvula del tanque.

340

127

0P 0P

00lim PPP a

Válvula de Exceso de Flujo

128

Válvula de carga

129

Válvula de Carga

130

Válvulas de Carga

131

Ubicación de la Válvula de Carga

132

VÁLVULA DE CARGA

1- cubierta de protección; 2-racor de abastecimiento; 3 – canal anular; 4 – válvula de retención (check); 5- anillo de hermetización; 6-muelle; 7- cuerpo de la válvula; 8-elemento de contención; 9-terminal de la manguera de abastecimiento; 10 y 12-anillos de hermetización; 11-canal de circulación del gas.

133

Válvula de Carga• Permite el reabastecimiento del GNV y se ubica

en el habitáculo del motor. Tiene la función de cerrar el flujo al reductor mientras se realiza la carga de GNV.

• Es una válvula de cierre manual con cuerpo de bronce forjado, diseñado para trabajar con una presión de 200 bar, con llave de maniobra de ¼ de vuelta.

• La conexión de admisión para la carga de cilindros debe ser diseñada con un tapón que impida la entrada de polvo o líquido.

134

Válvula de Carga• Posee una válvula de retención que permite el

paso del gas a los cilindros durante el llenado.

• Cuando no hay manguera conectada (del surtidor), la válvula de retención cierra la salida del gas a la atmósfera.

• Al conectarse la manguera, se presiona y se abre la válvula de retención y el gas fluye al cilindro por diferencia de presiones. Posee un despresurizador.

• Junto con ella se instala (alternativamente) el manómetro del circuito de gas a alta presión.

135

Válvula de Carga• Debe quedar instalada de forma segura,

teniendo en cuenta su función.

• Se localiza sobre uno de los laterales del capot del motor, lo más alto posible y debe ser totalmente accesible para facilitar el reabastecimiento.

• Se debe instalar cerca al regulador de presión (a no más de 60 cm de distancia).

• Se instala aun en los casos donde exista una válvula de carga externa.

136

Manómetro y Sensor de presión

137

Manómetros

138

Manómetros y Sensores

139

• El manómetro se instala junto o cerca a la válvula de carga o a la entrada del reductor. Se lo debe instalar de tal modo que su lectura sea fácil y cómoda, principalmente durante la operación de carga (abastecimiento).

• También tiene un dispositivo electrónico (potenciómetro) que permiten medir la cantidad de gas (presión) y transformarla en una señal eléctrica compatible con el conmutador.

Manómetros y Sensores de Presión

140

• La masa de GNV en el tanque es aproximadamente proporcional a la medida del manómetro. Sólo después de haberse consumido más del 95% de su capacidad, la presión disminuye rápidamente.

•Cuando la presión en el cilindro desciende a 4 bar, la masa que queda en el cilindro es aproximadamente 2%, y ésta se considera prácticamente inutilizable.

Medición de la Reserva de Gas

1410 500 1000 1500 2000 2500 3000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Palim/Palim(t=0) vs t

t [s]

Pal

im/P

alim

(t=

0)x1

00%

n = 5250 rpm

y= 85º

Variación de la presión en el tanque en función del tiempo

142

ELECTROVÁLVULAS Y FILTROS

143

Electroválvulas• Son accionadas eléctricamente.

• Cierran o abren el paso de los combustibles a través de un selector o conmutador.

• Hay una electroválvula para gasolina (sólo en los motores con carburador) y una o más para el GNV.

• Están normalmente cerradas (sin corriente eléctrica)

• En caso de falla del sistema eléctrico, la válvula de gasolina tiene una perilla para apertura manual.

144

Electroválvulade GNV

145

Electroválvulade GNV

146

Electroválvula para bloqueo de gas

1 – Junta de hermetización; 2 – cuerpo de la válvula; 3 – electroimán con válvula

147


148


• Como esta válvula posee un mando manual de emergencia, debe instalarse en un lugar alto y de fácil acceso, preferentemente cerca de la bomba de gasolina.

• Se debe asegurar que la posición de esta válvula impida el derrame de gasolina, en caso de desperfecto, en el sistema de escape u otro elemento que pueda producir combustión.

149


1 – Cuerpo; 2 – Bocina directriz; 3 – Muelle anular; 4 – Núcleo; 5 – Muelle del núcleo; 6 – Arandela de fijación; 7 – Bobina; 8 – Aro de hermetización; 9 – Tubo de ingreso de la gasolina; 10 – Arandela de hermetización; 11 – Válvula de emergencia; 12 – Arandela de fijación; 13 – tubo de salida de la gasolina

150

REGULADORES Y REDUCTORES DE PRESION

151

• El regulador o reductor de presión es el componente más importante del kit de conversión.

• Permite dosificar automáticamente la cantidad de gas en función del régimen de velocidad y carga del motor.

• Reduce la presión desde 200 bar hasta una presión ligeramente superior a la atmosférica.

• Permite compensar las variaciones de la presión en el tanque de gas (por efecto del consumo o de la temperatura exterior).

Generalidades

152

b

a

Regulador (entrada cerrada)

Resorte

Diafragma

Obturador

Respiradero

Balancín

Tope regulable

153

Regulador (salida cerrada)

154

REGULADOR (ENTRADA y SALIDA ABIERTA)

155

K(X+Xo)

(P-Po)Adiaf

(Pal-P)Aval

a b

[(P-Po)Adiaf-K(X+Xo)]b/a=(Pal-P)Aval

valdiaf

valaldiaf

AabA

APabPoAXoXKP

/

/])([

P

156

CAUSA EFECTO

F0 Q

k Q

Adiaf Q

b/a Q

dval Q

h0 Q

INFLUENCIA DE DIVERSOS PARAMETROS SOBRE EL CAUDAL DE GAS

157

Reductor-vaporizador (para GLP)

158

Reductor-vaporizador (para GLP)

159

P1r

P1r

Palim

Qv1P0

u1=b/a ba

[(P1r-P0)Adiaf-(Qv1+k1x1)]u1=(Palim-P1r)Aa1

160[(P1r-P0)Adiaf-(Qv1+k1x1)]u1=(Palim-P1r)Aa1

161

P1rQv3

Qv2

P0

P2r

P2r

ab

cu2=b/a

u3=c/a

aAPPcbc

xkQbxkQbAPP arrvvdiafr 22123322202 )()()()(

162

GAS DEL TANQUE

AL MOTOR

H2O 1 2

3

Reductor de tres etapas (GNV)

163

Reductor de tres etapas con cámara de vacío

Vacío del múltiple

GAS DEL TANQUE

GNC

Aire

Gasolina

164

b

cxz

a

dhy

a

bhx

aAPPdykQdAPPczkQbxkQbAPP

vv

arrvpeqdiafkrvvdiafr

;;

)()()()()()( 33255.3443303

165

Resorte 2 (1ra etapa)


Resorte 3 (2da etapa)

Resorte 4 (2da etapa)


Qv1+Qv2 Qv3

Qv4

Qv5

Esquema del Regulador de tres etapas

168

Punto de giro O

Obturador de la válvula

Cámara de agua Diafragma

Qv1+Qv2

Po

P1r

Palim

169Obturador

Resorte del diafragma

Disco del diafragmaCASO I

170

CASO II

171

CASO III

172

Caso ICaso II

Caso III

174

Tapón obturador de

la válvula

Diafragma 3

Punto de giro

Salida del gas

Resorte 5

Tornillo regulador

175

Punto de giro

Resorte 5

Q5

P2r

P3r

P3r

Po

176

REDUCTOR DE TRES ETAPAS

177

REDUCTOR DE TRES ETAPAS

178

El Reductor de Presión de 3 Etapas

• Es un componente básico en el kit de conversión, ya que su función es la de reducir gradualmente la presión que proviene del tanque y alimentar al motor con la cantidad justa (regulada automáticamente) de gas en los diferentes regímenes de funcionamiento.

• Consta de una carcasa inyectada a altapresión en aleación de aluminio anticorrosivo.

• La reducción de presión se logra mediante tres etapas con agujeros calibrados en compartimientos estancos, que alojan un diafragma cada una, los cuales son encargados de regular la caída de presión.

179

• En la primera etapa se produce una gran caída de presión (de 200 a 2,8-4,5 bar), lo que genera un gran enfriamiento del gas (por efecto Joule-Thompson) ( T=60-80ºC), lo cual hay que contrarrestar con la circulación del líquido refrigerante del motor o bien calentando mediante una resistencia eléctrica para los vehículos que sean refrigerados por aire.

• El reductor cuenta con una electroválvula de seguridad (de corte) intercalada entre la segunda y la tercera etapa.

Reductor de Presión de 3 Etapas

180

• Consta de una válvula de bronce con asiento de policarbonato, comandada por un diafragma y un resorte calibrado, una válvula de alivio (opcional) que protege al sistema en caso de sobrepresión venteando el gas al exterior.

Primera Etapa del Reductor

181

• Esta se ocupa de regular la presión del gas a 1,5-1,8 bar, de manera que el flujo no varíe con las distintas presiones de los cilindros contenedores, a fin de posibilitar un suministro estable de combustible en cualquier condición de carga y temperatura del tanque.

• Consta de una válvula de goma sintética (obturador), comandada por un diafragma y un resorte calibrado.

Segunda Etapa del Reductor

182

• Es la encargada de modular la cantidad de gas adecuada a los distintos regímenes del motor, de acuerdo a la succión que ejerce el mezclador sobre la salida del reductor.

• Consta de un tapón de goma sintética comandado por un diafragma y un resorte calibrado, y por medio de un tornillo exterior permite la calibración del régimen de mínima del motor (a través de la regulación de un resorte).

Tercera Etapa del Reductor

183

MATERIALES UTILIZADOS

Carcasa: Está construida de una aleación de aluminio, cobre y zinc denominada SILUMIN, la cual es apta para el moldeo por inyección a presión, siendo además un material estable, resistente a la corrosión y de estructura homogénea sin porosidad que ocasione fugas de gas, y para aumentar aún más la seguridad, ésta es sometida a un proceso de impregnación para eliminar cualquier posibilidad de pérdidas.

184

MATERIALES UTILIZADOS.

Diafragmas, sellos y juntas: Todos estos elementos se construyen de gomas sintéticas (acrilo-nitrilo), que los hace resistentes a la acción diluyente de los hidrocarburos, y las membranas de los diafragmas poseen una o más capas de tela, que les otorga la resistencia adecuada.

Elementos de unión y fijación: Todos los tornillos y tuercas son de acero al carbono con tratamiento superficial anticorrosivo.

Conexiones: Los elementos de conexión se fabrican en bronce trefilado y luego mecanizados lo que asegura la precisión y resistencia adecuada.

185

Características

Power G normal Power G small

Presión en la entrada 200 bar 200 bar

Presión en la primera etapa 3,2 bar 2,8 bar

Presión en la segunda

etapa1,8 bar 1,5 bar

Caudal máximo

28 m3/h23 m3/h

Filtro 100 micrones 100 micrones

Peso 1350 g 1350 g

Temperatura de trabajo

-20 ºC / 90 ºC -20 ºC / 90 ºC

CARACTERISTICAS DEL REDUCTOR GALILEO

hmvH

gVL

nV 3

)1(1030

0

3

( VH : Cilindrada en

L)

186

Características Power G normal Power G small

Apertura válvula de

alivio

6 bar 6 bar

Solenoide de electroválvula

12 V CC – 6W 12 V CC – 6W

Dimensiones 160*154,3*98,7 mm

160*154,3*98,7 mm

Conexión refrig.

(diámetro)

8,0 mm 8,0 mm

Salida de gas (diámetro)

19 mm 19 mm

CARACTERISTICAS DEL REDUCTOR GALILEO

1870 500 1000 1500 2000 2500 3000

70

75

80

85

90

95

100P1r/P1r(t=0) vs t

t [s]

P1r

/P1r

(t=

0)x1

00%

n = 5250 rpm

y= 85º

Variación de la presión en la primera etapa en función del tiempo de consumo

1880 500 1000 1500 2000 2500 3000

90

92

94

96

98

100

102P2r/P2r(t=0) vs t

t [s]

P2r

/P2r

(t=

0)x1

00%

n = 5250 rpm

y= 85º

Variación de la presión en la segunda etapa en función del tiempo de consumo

1890 500 1000 1500 2000 2500 3000

99.98

99.985

99.99

99.995

100

100.005

100.01P3r/P3r(t=0) vs t

t [s]

P3r

/P3r

(t=

0)x1

00%

n = 5250 rpm

y= 85º

Variación de la presión en la tercera etapa en función del tiempo de consumo

1900 500 1000 1500 2000 2500 3000

98

98.5

99

99.5

100

100.5

m4/m4(t=0) vs t

t [s]

m4/

m4(

t=0)

x100

%

n = 5250 rpm

y= 85º

Variación del flujo másico en función del tiempo de consumo

191

Teoría básica de los Reductores

192

m

12 PP

crP

P

1

2crP

P

1

2

Régimen supercrítico

Régimen subcrítico

TIPO DE REGIMEN DEL FLUJO

55,0128,1

2

1

2)128,1/(28,1)1/(

kk

c kr

111 ,, TP222 ,, TP

1

Si: P1 y P2 cte

12 PP

rc

193

Lugar Presión, bar

Relación de

presiones*

Régimen

Tanque 10 ---- ----1ra

Etapa 2,7 0,27 Supercrítico

2da Etapa 1,4 0,53 Supercrític

o3ra

Etapa 1,0 0,72 Subcrítico

Regímenes en los surtidores cuando la masa en el tanque es

el 5%

* rc=0,55 (metano)

194

kkk

P

P

k

k

P

P

RT

APm

/)1(

1

2

/1

1

2

1

1 11

2

)1(2/)1(2/1

1

1

1

2

kk

kk

RT

APm

Flujo subcrítico

Flujo supercrítico

crPP

1

2

111 ,, TP 222 ,, TP

crP

P

1

2

Flujo Másico de

Gas

195

222

211 )(

1)(

1

1

CdACdA

Ae

7,0;; 11 Cdba

xhdhA v

1;4 2

2

2 Cdd

A

hhhv 0

AREA DE LOS OBTURADORES

21

196

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

x 10-3

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5x 10

-6

hhhv 0

Area efectiva en función del levantamiento de la Válvula

Ae

hv

197

Cálculo de la constante de rigidez de los resortes

finalnaturalini llX Cálculo de la contracción inicial de los resortes

am

av

ND

Gdk

..8

.3

4

inivv XkQ .Cálculo de la carga inicial de los resortes

Cálculo de Resortes

G=8,14*1010 [Pa]

198

Calentador de GNV

199

h = Cte.hP

T

Coeficiente de Joule-Thompson

<0m

=0m

>0m

Calentador de GNV

200

Sistema de Calentamiento

201

MEZCLADORES

202

MEZCLADOR

El mezclador es el componente del equipo de GNV que combina el oxígeno, que proviene del filtro de aire, con el gas, que proviene del reductor de presión, produciendo la mezcla carburante que ingresa a la cámara de combustión del motor. La mezcla aire-gas es succionada por el vacío que se produce por el movimiento de los pistones durante el proceso de admisión.

203

• Permite obtener una mezcla estequiométrica (aprox.), reduciendo el consumo de combustible y la contaminación del medio ambiente.

• Hay un diseño para cada marca y modelo de motor, de acuerdo a su cilindrada y velocidad. También debe estar en cierta concordancia con el reductor empleado.

• El mezclador se diseña para asegurar un buen funcionamiento conjunto con el reductor de un determinado tipo.

CARACTERISTICAS

204

• Es de simple construcción e instalación, no requiere regulaciones ni tiene piezas móviles.

• No debe restringir ni limitar significativamente el paso de la mezcla.

• La menor sección de paso del mezclador se calcula para el régimen nominal del motor.

• Debe disminuir poco la entrada del aire cuando el motor trabaje con gasolina.

CARACTERISTICAS

205

CARACTERISTICAS

• Los mezcladores y adaptadores no deben sufrir desperfectos ni variaciones dimensionales cuando se sometan a variaciones de temperatura, entre -10 y 100ºC.

• La mayoría de mezcladores trabajan con presión positiva, ya que no están ubicados en una zona de gran depresión (como la garganta del carburador).

206

Ubicación de los Mezcladores

GASGAS

GAS

GAS

GAS

207

Mezcladores

208

Mezclador

209

Mezclador

210

• El gas ingresa por el canal 3 al mezclador 2 que se encuentra sobre el carburador de gasolina

1 – Filtro de aire; 2 – Mezclador vertedero; 3 – Orificio para el ingreso del gas; 4 – Cuerpo del carburador

Mezclador, tipo brida

211

Mezcladores de GNV/aire

212

Mezcladores

213

• En este modelo el gas ingresa por un tubo en forma de surtidor que se instala en el cuerpo del carburador, muy cerca del difusor.

• El diámetro de los surtidores suele ser 8…10 mm y depende de la cilindrada del motor

1 – Filtro de aire; 2 – Racor para el ingreso de gas; 3 – Cuerpo del carburador

Suministro de gas a través de surtidor

214

Pico Surtidor del Mezclador

215

Registros de Alta (tornillo de máxima)• Esta válvula tiene por objeto regular el

caudal de gas que recibe el mezclador desde el regulador de presión.

• Según el número de gargantas del carburador, el registro de alta puede tener una o dos salidas.

216

Registros de Alta

217

Regulación del Sistema

Mezclador

218

Conexión del Registro de alta y el Mezclador

Al motor

gas

219

Retrollama y “Mata chispa”

221

Consideraciones para el diseño del mezclador

222

Eficiencia volumétrica :

ga VVV mz1,

1.1

0 g

mz

V

VL

1200,

niVV vha

mza VL

LV

10

01,

10

LV

V mzg

223

0

02

0

0,

0,

0,

,

0,

,

0,85,0

)2/()/(85,0

P

ACVP

P

PP

P

P

V

V gdmz

a

da

a

ga

v

gv

a

mz

Caudal de mezcla aire gasCálculo aproximado:

0,amz VV

Cálculo más exacto:

225

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

d/D

Cd

Mezclador tipo Orificio

2

2

0 )(1

21

gd

mzd ACVP

4

2g

g

DA

Dg/Do

Cd

GLP

Aire

Pg,mez

=P0-Pg,mezdP

GNV

226

0

5

10

15

20

0.025 0.035 0.045 0.055 0.065 0.075 0.085

Dmezclador, m

#agu

jero

s

)]/2)([(, gcdagujd

gaguj PPC

VA

AREA TOTAL DE LOS

ORIFICIOS:

227

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010

Delta Pmezclador

Qai

re y

Qco

mb*

LoCaudal de aire y combustible

Gas.L0

aire

228

COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE

0

1, )/(L

VV ga

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.0000 0.0020 0.0040 0.0060 0.0080 0.0100

Delta Pmezcldor

lam

bd

a

229

Variador de Avance del Encendido

230


• Es un dispositivo electrónico cuya función es variar los mapas de avance, respecto a los originales (con gasolina), a fin de optimizar la combustión de la mezcla durante el funcionamiento a gas. Se desactiva cuando el motor funciona con gasolina.

• Esto es necesario por la gran diferencia de las velocidades del frente de llama al utilizar estos dos combustibles.

231

• El variador de avance actúa sobre el primario de la bobina de encendido cuando el motor funciona con gas.

• Con, GNV el ángulo de adelanto del encendido es de 7 a 10º mayor que con gasolina.


232

Variador del Avance del Encendido

233

Conmutadores

234

Conmutador

• Se instala en la cabina del vehículo. Indica el nivel de carga del cilindro por medio de leds, y permite elcambio (conmutación) del combustible, con la llave selectora, o cambio automático para vehículos a inyección. Mediante leds se indica qué tipo de combustible se está utilizando y la cantidad de gas en el tanque.

• Su finalidad es comandar las electroválvulas de acuerdo al combustible seleccionado.

• El cambio de uno a otro circuito de combustible, se hace sin tener que parar el vehículo.

235

Conmutador

236

Conmutador

237

Tuberías y Mangueras para

GNV

238

• La línea de alta presión es de acero, sin costura, siendo los niples y conexiones de acero zincado.

• Puede ser tubo de acero sin costura desarrollado exclusivamente para GNV de 6x1 ó 8x1mm .

• No deben usarse tuberías de aluminio, cobre o bronce en esta zona.

• La presión de diseño no debe ser menor de 250 bar (3.600psig) y deben pasar una prueba a 1000 bar (14.400psi)

Tubería de GNV

239

• El mismo concepto de seguridad utilizado en el tanque rige para la tubería de alta presión, válvulas y demás elementos del equipo de conversión.

• Esta tubería va por debajo de la carrocería.

• La distancia mínima de la tubería con el suelo, en condiciones de máxima carga, es de 175 mm.

• La tubería debe tener espirales amortiguadoras de vibración; su posición debe ser lo más cercana posible a los extremos de la conexión.

Tubería de alta presión de GNV

241

Espiral de Amortiguamiento

242

Mangueras y Tubería de GNV

243

Manguera de GNV• Es para la línea de baja presión, del reductor al

mezclador.

• Es de goma ignífuga y está protegida por malla de acero inoxidable.

• Las mangueras y sus juntas deben soportar, por lo menos, 4-5 veces la máxima presión de trabajo (generalmente superan largamente este valor, 10,5 bar).

• Deben soportar 120ºC sin deterioro.

244

Mangueras de GNV

• En todos los extremos llevan unas abrazaderas especiales.

• En el recorrido se intercala el tornillo regulador de caudal, el cual puede tener una o dos salidas.

• Están rotuladas a todo lo largo de su extensión con inscripciones que especifiquen la presión de trabajo y las letras “GNV”(o GNC) y la marca del fabricante.

245

Simuladores o Emuladores

246

Simulador de Inyectores

247

Simulador o Emulador de Inyectores• Es un dispositivo electrónico que sirve para

cortar la inyección de gasolina, simulando el funcionamiento del sistema de inyección de gasolina, aun cuando realmente no esté trabajando. Realiza la interrupción del funcionamiento de los inyectores controlando la polaridad de los mismos.

• Con este dispositivo no se emite señal de error en el tablero de instrumentos de la cabina por el no funcionamiento de los inyectores (check engine).

248

Integradores Universales (Emulador de inyectores con variador de avance)

También es un emulador de inyectores con las mismas características que éste. Se lo denomina “integrador” por el valor agregado de un variador de avance que actúa sobre el mapeo de la inyección electrónica, su instalación es muy sencilla, ya que agregando a la conexión dos cables se podrá tener en un solo dispositivo prácticamente toda la electrónica que un vehículo requiere para la conversión.

249

Unidad Electrónica de Control

250

Unidades Electrónicas de Control

251

Unidad Electrónica de Control

• La unidad (“centralita”) electrónica (microprocesador) controla todos los parámetros del sistema a fin de garantizar un funcionamiento correcto del mismo.

• Consiste de un dispositivo de circuitos lógicos con memoria permanente que le permite reaccionar a los cambios de operación del motor.

252

Componentes del sistema con inyectores

de gas y gasolina y convertidor catalítico

253

• El dosificador, en el cual también puede estar presente la electroválvula de corte (cut-off), está constituido por dos motores paso-paso que de modo secuencial controlan el flujo de gas para mínimas/bajas potencias y medias/alta potencias, respectivamente.

• Este dispositivo cumple la función del tornillo regulador de alta, pero de una forma mucho más fina y precisa.

Dosificador (sistema con inyectores de gas y gasolina y convertidor catalítico)

254

Dosificadores y Actuadores

255

• Es un dispositivo que distribuye el gas a cada uno de los cilindros según la depresión creada en los conductos por efecto de la apertura de las válvulas de admisión.

• El distribuidor mantiene una presión en la entrada que es ligeramente superior a la atmosférica y una presión en la salida próxima a la de los colectores.

El distribuidor (sistema con inyectores de gas y gasolina y convertidor catalítico)

256

El distribuidor

257

Riel de inyectores

258

El motor Diesel -gas• El gas se introduce al múltiple de admisión

mediante dispositivos mezcladores.

• El petróleo Diesel actúa como combustible piloto (del 10-20% del suministro total en el régimen nominal).

• Se mantiene la misma relación de compresión.

• Son necesarios sistemas separados de alimentación de petróleo y gas y un sistema complejo de regulación controlados por una computadora.

• Es más ventajoso en motores estacionarios.

259

Motor Diesel-gas

260

El gas natural licuado (GNL)

El GN se licua a -162ºC A igualdad de volúmenes del

tanque , el GNL contiene 3 veces más gas que el GNV

En la licuefacción el GN disminuye su volumen 600 veces, lo que equivaldría a comprimir el gas hasta 600bar.

261

Parámetro GNV

GNL

Relación GNV/GNL

Masa de gas, kg 75 75 1

Volumen, L 400 175 2,3

Presión, bar 200 4 50

Número de cilindros 8 1 8

Dimensiones: diámetro, mm largo, mm volumen, m3

32517601,4

65014000,6

--

2,3

Masa de los tanques, kg

740 85 9

Relación mtanques/mgas 10 1,15 9

COMPARACION ENTRE EL GNV Y EL GNL

262

1. Conmutador de fase; 2.Vaporizador-compresor; 3. Regulador de presión;

4. Válvula de seguridad; 5. Válvula de vacío; 6. Válvulas de seguridad;7. Válvula de drenaje; 8. Cámara de vacío del balón; 9.Aislamiento

térmico;10. Cavidad del tanque; 11. Válvula de carga; 12. Vaporizador; 13.

Electroválvul;a;14. Calentador de gas; 15. Reductor; 16. Mezclador.

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE GNL

263

Motor Diesel-gas con formación interna de la mezcla aire-gas

(sistema RND)

264

[email protected]

265

Tanque

Válvula de Cilindro

UEC

Distribuidor

Conmutador

Dosificador

Escáner

Reductor

Válvula de recarga

Sonda Lambda Motor

SISTEMA DE CUARTA GENERACION

Sistema de control lambda

Sensor MAP

267

COMPONENTES DE UN "KIT DE CONVERSIÓN“ de 1ra y 2da generación

Nº DESCRIPCIÓN CANT. INYECC.

CARBUR.

1 REDUCTOR PARA GNV 1 SI SI

2 MEZCLADOR 1/2 SI SI

3 REGULADOR (TORNILLO DE REGISTRO) DE ALTA 1/2 SI SI

4 VÁLVULA DE RECARGA 1 SI SI

5 ELECTROVALVULA DE GASOLINA 1 NO SI

6 ELECTROVALVULA DE GAS 1 SI SI

6 VÁLVULA DE CILINDRO 1-VRS SI SI

7 TANQUE DE GNV 1-VRS SI SI

8 SOPORTE PARA CILINDRO DE GNV 1-VRS SI SI

9 KIT DE ELEMENTOS DE FIJACIÓN Y CONEXIÓN 1 SI SI

10 KIT DE MANGUERAS DE CONEXIÓN 1 SI SI

11 TUBERIA DE ALTA PRESIÓN 1-VRS SI SI

12 CONMUTADOR C / INDICADOR DE CARGA Y CABLEADO ELÉCTRICO 1 SI SI

13 EMULADOR DE INYECCIÓN 1 SI NO

14 VARIADOR AVANCE DEL ENCENDIDO 1 SI SI

268

Se empeoran las características de tracción, dinámicas y operacionales del vehículo:

- Disminuye la aceleración de 20 - 25%.

- La velocidad máxima del vehículo disminuye en 5 -6%.

- La capacidad de superar pendientes disminuye en 30 - 40%.

- Disminuye la capacidad de carga en 9 - 14% .

Desventajas del GNV

269

• El número de metano indica la capacidad antidetonante del gas natural (NºMGNC=65-80)

GasNúmero

de metano

Número de octano

Relación de

compresión crítica

Metano 100 120 15,0/1

Etano 44 115 14,0/1

Propano 32 112 12,0/1

Hidrógeno 0 30-40 ----

Número de Metano

270

• La inspección y control de los tanques de GNV deben incluir los siguientes pasos:

a) desmontaje de accesorios (válvulas, uniones).b) lavado y desgasificación de los tanques.

c) inspección de las superficies internas y externas de los tanques.

d) control de las masas y volúmenes de los tanques.e) prueba hidrostáticaf) secado de los tanques.g) montaje de los accesorios.h) prueba de hermeticidad de las válvulas y uniones

roscadas bajo presión de 200 bar.


271

Válvulas de Carga

curso de gnc i

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