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8/4/2019 Confer en CIA Dr Nicolai Patrakhaltsev

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CURSO TERICO PRACTICOCONVERSIN DE MOTORES

GASOLINEROS A GASUTILIDAD DE COMBUSTIBLESGASEOSOS EN MOTORES DE

COMBUSTIN INTERNA

Dr. Nicolai PATRAKHALTSEVEXPERTO Y CONSULTO INTERNACIONAL

Lima, Mircoles 30 de enero del 2002


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PROBLEMAS Y POSIBILIDADES DE UTILIZACION DE LOSCOMBUSTIBLES GASEOSOS EN LOS MOTORES DE

COMBUSTIN INTERNA

El objetivo principal del presente trabajo es dar las pautas para utilizar los combustiblesgaseosos en los MCI, considerando que en el Sur del Per se tiene las reservas del Gas deCamisea.

Debemos recordar que se estima que la produccin del petrleo ser para 30 a 40 aos

mientras que el gas por 200 aos.

Por otro lado en el pas se tiene recursos considerables de los combustibles diesel de laCFP, los cuales mediante una mezcla con los hidrocarburos sintticos les da los parmetrosde los combustibles standard para el uso en MCI diesel.

El uso de GLP es mas perspectivo desde el punto de vista ecolgico, el mismo que ya se

distribuye en el Pas aunque solamente en la ciudad de Lima con algunos grifos.Sin embargo el uso de los combustibles gaseosos en primera instancia pueden ser utilizadosen forma mixta sin mayores modificaciones de los MCI (Gasolina + Gas y Diesel + Gas),de tal manera que puedan funcionar independientemente.

Se debe dar el paso a ala modernizacin del traspaso al gas sin variar la construccin de losMCI , en el caso de los motores diesel la inyeccin directa de GLP en los cilindros a travsde la LAP utilizando el sistema de suministro de combustible con algunas variantes de losmtodos de formacin de mezcla, para su uso en el transporte automotriz requiere ser comprimido a 25 MPa. Y este costo de licuarlo es elevado, por otro lado el gas es uncombustible ecolgicamente puro, lo que trae consigo la disminucin de los gastos deexplotacin y aumento de la vida til de los MCI.


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Como combustibles gaseosos tenemos los siguientes:GLP (Propano Butano)GN (Metano)Gases residuales de la industriaGas de mina (Metano)Gas de desage (aguas residuales)

AlcoholCondensado de gasGas de gasgenos (Combustibles Slidos)Bio-gas (desechos, agricultura, verduras)Hidrgeno (H2)

En las tablas anexas se dan las caractersticas de los diferentes combustibles para el uso en losMCI, especficamente en la Tabla I-5, se dan las caracterstica de los principales combustiblesgaseosos, y en la Tabla I-7, se dan las caractersticas de los HPS, CFP, GCC en diferentes mezclasy su comparacin con los combustibles diesel D-2.

Sin embargo antes del anlisis de los principales mtodos utilizados para la modernizacin para eluso del gas en MCI veremos las ventajas, desventajas adems de los mtodos de disminucin delcombustible piloto (cebo).


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Tambin son posibles otros mtodos de la inflamacin de la mezcla explosiva.

I.4 ORGANIZACIN DE LOS PROCESOS DE ENCENDIDO Y DE INFLAMACIN

Los tipos posibles de los sistemas de encendido de la mezcla de gas con aire se dan en la Fig. I.7

Se utiliza mas frecuentemente en los motores a gas el encendido por chispa elctrica debido a laalta temperatura de inflamacin del gas (650-700 C. en comparacin con 320-380 C. delcombustible Diesel) formulan los requerimientos elevados para las bujas y todo el sistema deencendido.

Para aumentar la eficacia del encendido utilizan la instalacin en los cilindros el sistemaduplicado de encendido doble, disminuye las longitudes de los cables instalan las bujas ideales deencendido, utilizan la construccin Buja-Bobina, la interrupcin por tiristores asegura la carga

con la duracin 30 seg. y 30 KV. con el frente pendiente del aumento de la descarga, el sistemacon tiristores se utiliza principalmente en los motores estacionarios a gas aumentando la fiabilidadde su funcionamiento.El sistema con transistores da mayor duracin y energa de la descarga, mejora las condiciones del

arranque y las condiciones de funcionamiento en el rgimen de ralent.El esquema con tiristores asegura la disminucin del desgaste de los electrodos de las bujas deencendido especialmente la durabilidad del tiempo de la vida til de las bujas hasta la regulacinde las holguras en los contactos.

ENCENDIDO CONCHISPA

SISTEMA DE ENCENDIDO

AUTOINFLAMACINA) Compresin de la

mezcla pobre.B) Uso de activadores de

inflamacin

ENCENDIDO CONDARDO DE INYECTOR

GAS-DIESEL

ENCENDIDO CONDARDO DE

PRECMARA

PORCIN DECEBO

MEZCLAD-2 + GAS

Tinf GAS NAT. 650 700 CTinf Diesel. 320 380 C


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En el caso del sistema de mando con tiristores estn usados dos veces mayor que el sistema contransistores.

Los parmetros de algunos sistemas de encendido se dan en la Fig. I-8.


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En la tabla I-6 se da la composicin del llamado gas de metano de mina el cual puede ser utilizadoen calidad de combustible para grupos electrgenos con motores diesel y para otras instalacionesque se utilizan en mina.

TABLA I-5: PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS Y EXPLOTACIONALES DECOMBUSTIBLES DE GAS Y COMPARACIN DE ELLOS CON COMBUSTIBLES LIQUIDOS

PROPIEDAD GASOLINA PETROLEODIESEL

GAS LICUADODE PETROLEO

GASNATURAL

HIDRGENO(H2)

Densidad g/cm30.71 0.76 0.82 0.87 0.54 0.68x10-3

(0.415)*0.09x10-3

(0.07)*Temperaturaebullicin (C) 35 - 195 180 - 360 -42 -162 -252.7Presin deVapor, KPa. 65-92 0.3-0.35 -- -- --Calor latente devaporizacin,KJ./Kg.

289-306 210-150 412 -- --

RelacinEstequiomtrica,Kg./Kg.

14.5 - 15.0 14.1 - 14.3 15.2 16.8-17.4 34.8

Poder Calorfico,

MJ./Kg, Hu

44.0 42.5 46.0 48.9 - 50.1 120

Poder Calorfico,MJ./Kg, Hvu

32.56 36.55 24.3 (33.3 34.1)(20.9)*

(10.8)***(8.52)*

Poder calorficomezcla airecombustibleMJ./m3,Hum

3.5 3.4 3.4-3.5 3.1 2.99

Nmero deOctano** 72.85 -- 90 - 100 105 - 110 30-40 Nmero deCetano 8-14 45-55 20 10 --ConcentracinMximaPermisibleVapores en aire,Mg./m3

100 300 -- -- --

Condicionesalmacenamiento Normales Normales 1.6 MPa.

20-40 MPa(-163 C)

20-40 MPa.(254C)

* En estado Liquido, ** Mtodo Motor, *** MJ./m3


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TABLA I-6: GAS METANO DE MINACOMPONENTE GASEOSO CONTENIDO VOLUMTRICO, %

CH4 45-48 (35 65)O2 7 8

CO2 0.3

CO 0.1 N2 43 47

Nmero Estequiomtrico:

+=

3241221.01 O H C

Lo ;

( ) +

= 79.099.1

C Lo ;

donde:C

O H 837.2

= ~ C porcombO H porcombO.

.

2

22 ; (O2 desde comb.- por comb. H2)

42.0033 (comb. de petrleo).

Comb. gas: composicin r mn O H C + 2 N ;

Combustin de gas: r mn O H C + 2)24( Or mn + = O H mnCO 22 )2(

+

(completa)

.)24

(21.01 += r mn Lo r mn O H C ;

Gasolina : [ ]../...1.1 comb Kg Kmol combM LoM

+= ;

Gas : [ ]../.1.1 mol Kg Kmol LoM += ;

Diesel :[ ]../..

1comb Kg Kmol LoM

= ; LoMoM )1.(2 += Lo H C Mo .79.0212

++= ;


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12 M M M = Variacin de cantidad degases dentro del cilindro

(Despus de combustin)

Con M, trabajo de cicloDiesel. : = / 4 + / 32 ;Gasolina : = / 4 + / 3 2 1/ mc. ;

no depende de .Para comb. lquidos M2 >M1(aumento de V(volumen de gases). V por O/32 Kmol..

Gasolina:

.

1.

.1

3 241

m c L

m cO H

o

o+

+

+=

;

Diesel :o

o L

O H

.3241

+

+= ;

Gas : 0.1 LoMoM )1.(2 += ;

12 M M M = = .)124(+ r m r mn O H C ;

M >< 0;Cuando M < (4-2r) M (4-2r) M >0

Gas de generador : M


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1. M

H H H mez = ; ... 3. combm Kj

comb Kg Kj H H

)4.22*( 1.

'

M H H H mez = (Poder calorfico por m3 a:

t = 0 C ;Po = 0.1013 MPa. )

Hmez.Kj/Kmol.

Hmez

Kj/m3

Gasolina 83 860 3 739Kerosene 83 900 3 747

D-2 84 150 3 755Alcohol Etlico 81 180 3 626

Butano 80 180 3 580Propano 79 130 3 534

Gas Generadode Madera

52 335 2 324

Gas GeneradoDe Carbn

58 010 2 587

Gas Natural 76 200 3 404

LIMITES DE CONCENTRACIONES DE COMBUSTIBLE.(en condiciones to = 0, Po =0.101)

Km. min.

max.

H2 2.5 0.22 4.0CO 0.4

20.17 2.3

CH4 0.37

0.78 1.5

Gasolina 0.12

0.3 1.3

AlcoholEtlico

0.16

0.4 1.7

Para = 1.0


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min. max.

Alcochol EtlicoGasolina

CH4 CO

H2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 min.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USAR GAS EN TRANSPORTEAUTOMOTRIZ

PARMETROS VENTAJAS

1. NMERO DE OCTANO: 95 100 (20 25 %) t Uso de GLP Ne 5 7% Es necesario : 6.5 8.0 Con

6.7 8.7 Ngas = NgasolinaPero la conversin de gasolina a gas manteniendo = constante

Uso de GN: Ne 15 20% (con =cte). Con Ne Cte.

Es necesario Usar mezcla: Gas + Gasolina + Aire; aumentando NOEsto permite utilizar gasolinas de bajo octanaje


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En gas-diesel: usar la mezcla: comb. pesados + GLP

(Gasodiesel: Ge Cte.)

ECOLOGIA2. TOXICIDAD: CO en 3 4 veces

Nox en 1.2 2.0 vecesCH 1. 2 4.0C 2 4 (Diesel)CO2 25%

La ventaja mas grande usar gasolina de bajo octanaje sin Pb (PLOMO)

3. RUIDO: Ruido (Encendido por Chispa) (8 9) Db.

Ruido (Gasodiesel) (con e )(3 8) Db.

4. ECONOMIA:Precio de gasolina de bajo octanajePrecio de combustibles pesados

En Rusia Precio gas 0.5 precio de la gasolina(depende de la poltica del gobierno)

Vida til Motor a gas = 1.5 vida til (carburador, gasolina, diesel)Tiempo de trabajo aceite = 1.5 2.0 veces (carburador, gasolina, diesel)Consumo de aceite 10 12 %

No hay fugas:

Pero en explotacin real: Ne : carga, Pz , dp/d , Tg.e.


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5. POTENCIAL GASODIESEL.Compensacin de prdidas en altura (Gasodiesel).

6. MANTENIMIENTO(Motores diesel usados) no necesita nuevo sistema de inyeccin de D-2.Convertir

Diesel Motor de Gas Con chispa

Formacin de mezcla exterior ( )Precio sistema de suministro de gas < Precio sistema de inyeccinMas conveniencias para MCI:

COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS (SINTTICOS) DE GAS NATURAL

Gas Natural comprimidoGas Natural lquido Procesos QumicosGas Licuado de petroleo

Parafnicos No hay:CnH2n (lineal) - H.C. aromticosCombustin

Totalmente + otros productos- parafinas- ceras(para aceites, etc)

E.E.U.U. SHELL (Malasia): 470 000 t/aoE.E.U.U. MOBIL OIL (Nueva Zelanda): 570 000 t/ao

Comb. lquido + metanoE.E.U.U. EXXON Co. (Luisian E.E.U.U.): 85 000 t/aoRusia (Novochercasrk): 80 000 t/ao hidrocarburos diferentes

GAS NATURAL GAS SINTESIS HIDROCARBUROSMETHANOL

I II

PRODUCCINDE COMBUSTIBLESY OTROSPRODUCTOS

III

Fisher Tzopsi


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UN MTODO DE USO DE GAS NATURAL

COMBUSTIBLES SINTTICOS OBTENIDOS A PARTIR DEL GAS NATURAL

CnH2n

Caractersticas C5H12 C6H14

C7H16

C8H18

C9H20

C10H22

ndice de Cetano 41.0 48.5 56.3 63.8 71.0 76.9Densidad (Kg/m3) 626.2 659.4 683.8 702.5 717.6 730.1

GAS CO + H2Sntesis de gas

CH3OHMetanol

GASOLINA

Comb. Diesel

CnH2nHidrocarburos

CH3OHMetanol

GASOLINAS DE ALTOOCTANAJE


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Temperatura deEbullicin (C) 36.07 68.7 98.4 125.7 150.8 174.1Temperatura deEvaporacin (C) -

129.7-95.3 -90.6 -56.8 -53.5 -29.7

Poder Calorfico deCombustin (Hu) 358.8 336.2 317.6 304.0 296.3 280.3Cantidad Tericapara combustionar1 Kg. Combustible (lo)

14.2 15.4 15.34 15.29 15.24 15.22

Viscosidad ( x 10-6),T=293 K

0.382 0.467 0.609 0.777 0.995 1.296

Caracterstica D-2 HPS 10%HPS

90% D-2

30%HPS

70% D-2

50% HPS50% D-2

Indice de Cetano 47.3 60.5 48.4 51.8 54.6Densidad (Kg/m3) 828.0 690.7 814.3 786.9 759.3Poder Calorfico (Hu) 42

50045000

42 970 43 400 44 300

Calor Latente deVaporizacin

238 310 246 262 278

Cantidad Tericapara combustionar1 Kg. Combustible (lo)

14.3 14.82 14.2 14.34 14.5

Viscosidad 3.533 1.305 3.831 2.598 1.883

Combustible Pesoespecfico

Poder Calorfico Tde auntoenf (C)

Viscosidad Compresibilidad Presin deVapor

SaturadoKJ/Kg 1 30 ccm

Pesado 0.915 9 040 9 880 -- -- 36 -- --

D-2 0.83 - 0.86 8 3008 600

41 50010 00042 000

260 - 370 180 -200

2.5 - 6.580

0

Kerosene 0.816 8 400 43 26010 300

340 - 360 210 2.5 3.5 93 0

Legroino 0.80 8 300 10 400 380 420 240 1.0 -- 0Gasolina 0.72 0.75 7 5607 900 43 61010 500

44 100

415 500 275 0.6 0.9 250 0.15 0.25

G.L.P. 0.5 0.55 5 5006 050

11 00046 200

490 - 550 300 0.3 900 - 12006 - 9


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Fig. II-15: Carburador Mezclador K-91

1. Chiclero Principal2. Chiclero de Ralent3. Chiclero de aire del Sistema

Principal de Dosificacin.4. Chiclero de Potencia

Mxima.5. Difusor Pequeo.6. Mariposa de Aire.7. Pulverizador anular del

Sistema Principal deDosificacin.

8.Vastago de la Vlvulaeconomizadora.

9. Resorte Amortiguador.10. Empujador de la Vlvula de

Economisador.11. Vlvula de Bola.12. Acople.13. Chiclero del Economizador.14. Palanca del Economizador y

de la Bomba de Aceleracin17. Pozo de emulsin delSistema Principal deDosificacin.18. Vlvula de Aguja delFlotador.a.- Orificio para suministro delvaco al Distribuidor. b.- Orificio para suministro devaco al reductor de Gas.


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MAN(sin prdidas de gas en el colector de escape)


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USO DE LOS GASES CON BAJO PODER CALORFICO DECOMBUSTIN

Hu = 20.95 41.9 MDg/m3 Alto difciles:- Inflamacin precaria- Velocidad de Combustin Turbulento


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Hu = 4.665 20.95 MDg/m3 MedioHu 4.665 MDg/m3 Bajo

h

zapmie Lo

H N

..1 .+=


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