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Estudio de combustible alternativo GLP y adaptación sobre un vehículo Manuel Bravo Antón Curso escolar 2019/2020 - Ciclo Superior de Automoción 2º IES Politécnico - Tutor: Antonio - Horas empleadas:50

Índice 1. Antecedentes..........................................................................................................6 1.1.

Objetivos..........................................................................................................7

2. Introducción............................................................................................................8 3. Motor Gasolina.......................................................................................................9 4. Combustibles........................................................................................................11 4.1

Gasolina.........................................................................................................14

4.2

Gases licuados del petróleo (GLP)................................................................16

4.2.1 Propano..........................................................................................................19 4.2.2 Butano............................................................................................................19 5. Comparación de propiedades..............................................................................20 5.1

Dosado estequiométrico................................................................................21

5.2

Número de Octanos.......................................................................................22

5.3

Densidad........................................................................................................24

5.4

Contenido energético.....................................................................................25

5.5

Límites de inflamabilidad...............................................................................26

5.6

Emisiones contaminantes..............................................................................27

6. Modificación de motor combustible alternativo GLP............................................29 7. Modificación Renault Clío 1.2 2005......................................................................40 7.1

Componentes.................................................................................................41

7.2

Depósito de combustible:...............................................................................42

7.3

Multiválvulas...................................................................................................43

7.4

Boca de carga................................................................................................44

7.5

Tuberías de alimentación...............................................................................45

7.6

Electroválvula.................................................................................................45

7.7

Filtro...............................................................................................................46

7.8

Reductor.........................................................................................................47

7.9

UCE................................................................................................................48

7.10 Conmutador...................................................................................................50 7.11 Inyectores.......................................................................................................51 7.12 Rendimiento...................................................................................................53 2

8. Estudio de funcionamiento vehículo a GLP.........................................................54 8.1

Consumo de combustible..............................................................................54

8.2

Vida útil...........................................................................................................54

8.3

Vida útil turismo a GLP y gasolina................................................................54

8.4

Consumo total del combustible a lo largo de la vida útil...............................55

8.5

Consumo total vehículo gasolina...................................................................55

8.6

Consumo total vehículo GLP- gasolina.........................................................55

8.7

Emisiones.......................................................................................................56

9. Viabilidad económica............................................................................................60 9.1.

Precio del combustible...................................................................................60

9.2.

Amortización vehículo....................................................................................61

9.3.

Precio total.....................................................................................................62

10. Conclusión............................................................................................................63 11. Bibliografía............................................................................................................65

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Índice de ilustraciones Ilustración 1 Motor Otto........................................................................................8 Ilustración 2 Proceso combustión.........................................................................9 Ilustración 3 Proceso de combustión, adaptación GLP.......................................9 Ilustración 4 Composición hidrocarburos...........................................................10 Ilustración 5 Torre de refinado petroleo..............................................................11 Ilustración 6. Productos destilados en rango de ºC...........................................12 Ilustración 7 Obtención GLP...............................................................................16 Ilustración 8 Comparación temperatura presión propano y butano...................17 Ilustración 9 Componentes sistema GLP...........................................................28 Ilustración 10 Electrovávlula...............................................................................29 Ilustración 11 Conductos o tuberías...................................................................29 Ilustración 12 Boca de carga..............................................................................30 Ilustración 13 Adaptador Euro............................................................................30 Ilustración 14 Adaptador Bayoneta.....................................................................30 Ilustración 15 Adaptador Dish.............................................................................30 Ilustración 16 Adaptador ACME..........................................................................30 Ilustración 17 Depósito toroidal..........................................................................31 Ilustración 18 Depósito cilíndrico........................................................................31 Ilustración 19 Grupo multiválvulas......................................................................32 Ilustración 20 Vávlula antirretorno......................................................................32 Ilustración 21 Flotador........................................................................................33 Ilustración 22 Inyectores.....................................................................................34 Ilustración 23 UCE..............................................................................................35 Ilustración 24 Conmutador..................................................................................35 Ilustración 25 Reductor - Vaporizador................................................................36 Ilustración 26 Filtro.............................................................................................38 Ilustración 27 Renault Clio 1.2............................................................................39 Ilustración 28 Medición y hueco de rueda de repuesto......................................41 Ilustración 29 Depósito de combustible..............................................................41 Ilustración 30 Instalación multiválvulas sobre depóstio.....................................42 Ilustración 31 Instalación depósito.....................................................................42 Ilustración 32 Instalación boca de llenado.........................................................43 Ilustración 33 Boca de carga..............................................................................43 Ilustración 34 Circuito de tuberías......................................................................44 Ilustración 35 Multiválvulas.................................................................................44 Ilustración 36 Filtro de combustible gaseoso.....................................................45 Ilustración 37 Vaporizador y conductos de refrgeración....................................46 Ilustración 38 UCE..............................................................................................47 Ilustración 39 Sistema de conmutador...............................................................49 Ilustración 40 Instalación de inyectores.............................................................51 Ilustración 41 Difusores de combustible gaseoso..............................................51 Ilustración 42 Ensayo curva de par y potencia / Negro: gasolina Azul: GLP.....52 4

Índice de tablas Tabla 1. Ventajas y desventajas combustibles GLP...........................................17 Tabla 2. Propiedades de los combustibles........................................................20 Tabla 3. Dosado estequiométrico.......................................................................21 Tabla 4. Número de octanos...............................................................................23 Tabla 5.Densidad combustibles líquidos............................................................24 Tabla 6.Densidad combustibles gaseosos.........................................................24 Tabla 7 Poder calorífico......................................................................................25 Tabla 8. Funciones multiválvulas........................................................................34 Tabla 9 Características técnicas del motor utilizado..........................................40 Tabla 10 Comparación de emisiones.................................................................58 Tabla 11 Comparación precios...........................................................................62

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1. Antecedentes En busca de minimizar la contaminación producida por los automóviles, desde hace muchos años atrás, se ha buscado métodos que ayuden a contrarrestar la contaminación ambiental, implantando sistemas de control de emisiones como el OBD y también buscando biocombustibles que contaminen menos que los combustibles derivados del petróleo. La industria del GLP puede contribuir de manera significativa e inmediata a la entrega real de las reducciones de gases tóxicos al ambiente, al disponer este de menores emisiones de gases de efecto invernadero que cualquier otro combustible fósil. El GLP es un carburante más moderno que reduce considerablemente la emisión de gases, tales como: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), dióxido de nitrógeno (NO2), hidrocarburos y otros contaminantes del medio ambiente, debido que al entrar en la cámara de combustión ya en forma gaseosa, al producirse la chispa, este combustible se va a quemar de forma completa y casi inmediata, es decir, cuenta con una serie de ventajas económicas y ambientales. Los sistemas de GLP en cuanto se refiere a sus componentes son menores, es decir requiere de menor número de piezas y esto implica menores posibilidades de fallas en sus componentes; los costos de adquisición y mantenimiento son también más bajos que los sistemas normales de combustibles, sin embargo su instalación emperica y no tecnificada ha generado inconvenientes en su aplicabilidad. La búsqueda de combustibles alternativos es necesaria para reducir la producción de gases, sino de aminorar la producción y uso de petróleo, ya que este se extrae de una fuente no renovable. El desarrollo de nuevas tecnologías que acogen el combustible glp, demuestran el correcto funcionamiento del motor y posibilitan, los diferentes tipos de modificaciones ya sea como inyección directa, indirecta, la introducción del combustible líquido sobre la cámara de combustión o gaseoso, inyector de gasolina y gas, sin contar con los diferentes fabricantes que existen.

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1.1. Objetivos El objetivo principal del trabajo es el estudio de adaptación y aplicación de GLP gaseoso como combustible para un motor de ciclo Otto. Para ello, se analizarán las propiedades del uso del gas licuado de petróleo (GLP) sus ventajas e inconvenientes en relación al uso de la gasolina para los vehículos. Tas el análisis de las características del combustible, se establecerá un estudio de adaptación sobre un vehículo. Mediante este estudio se comprobará si es realmente posible la adaptación a GLP sobre un vehículo impulsado con gasolina, las posibles ventajas y desventajas que este supondría respecto a los modelos actuales y rendimiento. .

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2. Introducción Las primeras máquinas capaces de generar fuerza, transformando el calor en trabajo fueron las máquinas de vapor Se considera que el motor es una máquina capaz de operar el sistema y convertir el tipo de energía en energía mecánica. Poder hacer un trabajo. Si entendemos el concepto de termodinámica, el motor de combustión interna puede funcionar, la termodinámica es la fuente de energía de la que se obtiene el trabajo y el calor. El motor de combustión interna se quema en un ambiente cerrado y convierte la energía térmica del combustible en trabajo para el movimiento del vehículo. El automóvil es una máquina compleja, que involucra diferentes sistemas, por lo que cada sistema debe realizar una función específica, y la función debe realizarse con precisión efectiva. Dentro de su aplicación en automóviles, la combustión del carburante se realiza en un entorno cerrado donde a estos modelos se los clasifica como motores de combustión interna La combustión comienza extrayendo aire del exterior a través de las depresiones creadas en el cilindro y luego inyectando combustible para formar una mezcla adecuada para el motor. El combustible se extrae del depósito de combustible mediante una bomba accionada por el propio motor, si es eléctrica, funciona con batería. Después de que se quema el combustible, el movimiento del vehículo finalmente se realiza transmitiendo el movimiento al tren alternativo. Entonces, cuando resumimos, el propósito de un motor de combustión interna es generar energía mecánica al quemar un combustible, que libera la energía química contenida en el combustible. Esto da como resultado motor de combustión interna de MEP o MEC



Motores por ignición con bujías; también conocido como motores de ciclo Otto, motores a gasolina o también denominados MEP



Motores con ignición a compresión; también llamados motores Diesel o MEC

3. Motor Gasolina 8

Los motores Otto MEP (Figura 1), o más conocidos como gasolina, son aquellos que utilizan gasolina para su funcionamiento y tienen su combustión a través de un aporte energético externo. Esto significa que la mezcla comienza a arder a través de un espacio de chispas. En motores de combustión interna, el trabajo es producto, de la introducción de aire y combustible en diferente proporción en función del motor. Los motores de ciclo Otto la mezcla era regulada mediante carburador que transmite la proporción de aire-combustible suministrado para la combustión. Actualmente es efectuado por medio de inyectores que permiten un ahorro de combustible y un mejor aprovechamiento del mismo. Los principales componentes que se encuentran en la emisión de gases tras la combustión son el dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (S02), hidrógeno (H2), metano (CH4) oxígeno (O2), óxidos de nitrógeno (NOX) e hidrocarburos (HC). La introducción y mezcla de combustible y aire dentro de este motor puede ser fuera del cilindro, en el conducto de admisión mediante inyector o carburador produciendo una mezcla homogénea o en el interior del cilindro, formando una mezcla heterogénea.

Ilustración 1 Motor Otto

La obtención de energía mecánica útil en motores alternativos de combustión interna se logra como resultado del proceso de combustión del combustible con aire (Figura 2). 9

La combustión no es continua, sino que el proceso es intermitente. Por ello, los combustibles deben cumplir una serie de requisitos para satisfacer adecuadamente estas y otras exigencias:

Ilustración 2 Proceso combustión

Los motores alternativos de Combustión Interna permiten el uso de casi todo tipo de combustibles, líquidos, sólidos o gaseosos siempre que cumplan las características necesarias Figura 3. Independientemente del estado físico del combustible, los requisitos y operaciones de necesarias para obtener una combustión correcta y completa se producen en la cámara de combustión del motor como se representa en la siguiente imagen.

Ilustración 3 Proceso de combustión adaptación GLP

4. Combustibles Los combustibles fósiles son recursos no renovables elaborados a partir de materia orgánica.

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Así es como los combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural parecen tener una relevancia fundamental. Luego de refinar el petróleo y someterse a diferentes tratamientos, se obtienen los hidrocarburos, y de ellos se obtienen diferentes compuestos, entre los que la gasolina y el diésel, que tienen una gran demanda en la actualidad. Los hidrocarburos son una familia de compuestos por hidrógeno (H) y carbono (C). Son los compuestos básicos del petróleo, y en ellos podemos encontrar diversos compuestos según la cantidad y organización espacial del carbono. La cantidad de carbono los hace diferentes (Figura2). Todas estas diferencias estructurales afectarán al rendimiento, como su estado (sólido, líquido o gas) a temperatura ambiente o su punto de fusión y punto de ebullición.

Ilustración 4 Composición hidrocarburos

La gasolina está compuesta por hidrocarburos con un punto de ebullición entre 40ºC y 150ºC, generalmente con un número de carbonos entre 5 y 9, mientras que el combustible diésel está compuesto por hidrocarburos con un mayor número de carbonos (10-21) y diferentes estructuras.

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Los hidrocarburos son el resultado de someter a diferentes procesos el denominado petróleo, donde primero tras ser lavado con agua para eliminar los cloruros corrosivos, se introduce a una temperatura máxima de 370ºC en el interior de un horno (Figura 3). El productor resultante (gases) circula por una torre con diferentes niveles y bandejas diferenciando los compuestos en función de la volatilidad de los hidrocarburos. De esta forma, la separación de los hidrocarburos que conforman el petróleo, se realiza en un proceso (refinado) de cuatro etapas (Fraccionamiento, Craqueo, Reformado y Depuración)<...