DISEÑO Y DE CARBURADOR PARA
196
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA MODIF'ICACION DE UN CARBURADOR PARA FUNCIONAMIENTO ALTERNATIVO CON GASOLINA Y GAS NATURAL OSCAR MARINO PARRA , ,l ¡ GONZALO QUINTERO VILLEGAS CALI CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA 1990 rái c.u.A.o lxr "'tttot"il*,*,*, 1ffifllq ilil[lrüuuzurh'lI*,.' Unhml&d luhnomo J¡ Dcrn¡ iibt¡a¡'-r 12517
Transcript of DISEÑO Y DE CARBURADOR PARA
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA MODIF'ICACION DE UN
CARBURADOR PARA FUNCIONAMIENTO ALTERNATIVO CON
GASOLINA Y GAS NATURAL
OSCAR MARINO PARRA, ,l ¡
GONZALO QUINTERO VILLEGAS
CALI
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA
1990
rái c.u.A.olxr "'tttot"il*,*,*, 1ffifllqilil[lrüuuzurh'lI*,.'
Unhml&d luhnomo J¡Dcrn¡ iibt¡a¡'-r
12517
DISEÍIO Y CONSTRUCCION DE Il\ MODIFICACION DE UN
CARBURADOR PARA FUNCIONA},IIENTO ALTERNATIVO CON
GASOLINA Y GAS NATURAL
OSCAR MARINO PARRA,/GONZALO QUINTERO VILLEGAS
Trabajo de grado Preeentadocono requieito Parclal Paraoptar al tltulo de INGENIEROMECANICO
Director: Ing. JULIO SINKO
CALI
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRA}.ÍA DE INGENIERIA MECANICA
1990
l_1
fi,.4i>(J-v"r
Nota de Aceptación
Aprobado por eI Comité deTrabajo de Grado encumplimiento de Iosrequisitoe exigidoe por IaCorporación UnivereitariaAutónou¡a de Occldente paraoptar al tltulo deINGENIERO MECANICO
Jurado
Cali, Marzo de 1990
l_t_L
TABIA DE CONTENIDO
RESUMEN
INTRODUCCION
1. GENERALIDADES
1.1. CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR
1.1.1. Ciclo de potencia de ai-re normal
L.L.z. Cielo de Otto de Aire Normal
I.2. CICLO DE TRABAJO DEL MOTOR A GASOLINA
1-2 -1- Rendimientos
1.2 -2. Preeiones
t.2-3. Potenciae
1.3 PROCEDIMIENTO DE CALCUTO PARA EL CICIO DE
TRABAJO DEL MOTOR
1 . 3. 1. Método analíti-co
1.3 -2- Método gráf ico
1.3.3. Valores tlpicoe para motores a gaaolina
iv
Páe.
XV
10
10
10
t2
1g
20
2t22
23
25
29
y/o gas
L.4. COMBUSTIBLES
1.4-1. Indice de Octano
t-4-2. La gasolina
L-4-3. Gae natural (G.N.C)
t-4-4. Gas licuado del petróleo (t-P-G. )
1.5. I'TEZCI.,A AIRE _ COMBUSTIBLE
1.5-1. Carburaeión
L.5-2- Clasificación de las mezclas
1.6. EL FENOMENO DETONACION
1.6.1- Baja calidad
L -6 -2. Autoeneendido
1-6-3- Re1ación de compresión
L.7. EFECTO VENTURI
1.8. EL CARBURADOR
1.8. 1. Funcfonamiento del carburador elemental
1.8.2. Claslficación de los carburadoree
1.8.3. Sistemas de1 carburador utillzado
1.8.3.1. Sistema de nivel conetante
1.8-3.2. Sistema de marcha mlniura
42
42
42
32
34
35
36
36
38
45
47
4'l
48
49
49
49
51
53
53
57
1.8.3.3. Stetema de alta velocidad
1.8.3.4. Sietema de inyeccion
1.8.3.5. Sietema de partida en frio
2. PREDISEÑO 64
2.L. PARAMETROS INICIALES 64
2 -2 - CALCULOS 67
2.2-L- Análisis de }a combuetión 67
2.2.1. 1. Gas natural 67
2-2-L-2. Propano '13
2-2-2. Cálculo de Ia rata másica de combuetible 76
2.2-2.L. Gasolina 76
2-2-2-2- CáIculo de Ia rata másica del gas 80
2.2-3- Cáalculo de} ciclo de trabaio del motor 82
2 -2 -3. 1. Parámetrot conoeidos 83
2 -2 -3 -2. ParámetroE supueetos 84
2 -2 -3 - 3 - CáIcuIoe 85
2-2.3.4. Resultadoe de los cálculos 96
2-2.4. Cálculo de parámetroe Para eI gas 97
2-Z-4-L- Cáleulo de la velocidad de1 gas 97
2.2-4-2- Cálculo de1 número de Revnolde 99
2-2-4-9- Cálculo del factor de fricción 100
2.2-4.4. Caida de presión Por eada 1OO ft 1OO
2.2-5- Cálcu1o de Areae LOz
2-2-5-1. Cálculo del area de circulación combuetible
57
61
61
v1
gae
2.2-5-2. CáIculo de} área Proyectada por la maripoea
2.2.5.3. Relación de áreae Para aire - gas
2.2-6- Traneferencia de calor
3. DISEÑO
3.1. SELECCION DE ELEMENTOS
3.1,1. Reguladores
3 -L -2 - Cilindro
3.1.3. ManEuerae
3.1.4. Filtro
3.1.5. Diafragma
3. 1. 6. Mecanismo' de accionamiento manual
3- 1.7. Electroválvulas
3-1-7-L- Fluio de gas
3. 1 . 7 -Z - Mecanismos de accionamiento alternati-vos
3. 1.8. Válwula dosifieadora
3.2. CONSTRUCCION DE ELEMENTOS
3-2.L. Baee
3.2-1.1. Material eeleccionado
3-2-t-2- Geometria
g.2.1.3- Construeeión
3.2-2. Mecanismo de dosifieación de gas
3 -2.2 -L - Función general
ro2
108
LLz
115
L2L
L2t
Lzt
tzz
L22
LZg
L23
L23
L24
L24
L24
L25
L25
L25
tzíL25
L28
L28
LzA
vt-a
3.2 -2 -2 - Cuerpo inferior
3.2-2-2-L- Funcio¡ espeelfica
3 -2 -2 -2 -2 - Componenteg
3 -2 -2-2-3 - Deecripción y acoplamiento
3.2.2-2-4- Reglaie de marcha mfnima
3-2.2.3. Cuerpo superior
3-2-2-3-t. Función eepecífica
3 -2 -2 -3.2. Componentes
3 -2.2.3. 3. DeecriPción y acoPlaniento
3.2-2-3-4- Reglaie de marcha alta
3-2.3- Mecanismo de corte de gasolina
3.2-3. 1. Funclon general
3-2-3-2. Componentes
3 -2 -3 -2.L. DiafraEma de obturación
3.2 -3 -2 - 1. 1- Función eepeclf ica
3-2.3.2-L.2- Descripcíón y acoplamiento
3-2 -3-2.2. Palanea de accionamiento
3 -2.3 -2.3 - Guaya accionamiento manual
3-2-3-2-3.1. Función
3-2.3-Z-3.2- Deseripeión
3-2-3.2.4- Electroválvula de aceionamiento
alternativo
3.2-3.2-4.L- Funeión
3.2-3-2-4-2- Deecripción
L28
L28
t28
r28
130
133
133
133
133
133
L37
t37
L37
L37
140
140
143
t43
t43
143
143
t45
L45
vt-al-
4. FUNCIONAMIENTO DE I.A MODIFICACION
4.L. INFORMACION
4.2. ANALISIS DE INFORMACION
5. SEGURIDAD
6. CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
SIMBOLOGIA
ANEXOS
L47
t47
L5?,
t57
L62
163
166
168
üilnr¡irbd ¡ulonolno cr-ffi
ax
LISTA DE FIGURAS
pág -
FIGURA 1 Sistema de alimentación Para gaa
natural 5
FIGURA 2 Sietema de alimentación con gae
licuado de petróleo
FIGURA 3 Motor de combuetión interna a
gasolina
FIGURA 4 Diagrar¡ag de ciclo P-V v T-S 13
FIGURA 5 Diagrama de rendimiento térmico
contra, relación de compresión
volumétrica
6
11
1B
FIGURA 6 Diagrana del cielo real de trabaJo
método analitico
FIGURA 7 Diagrama del ciclo real de trabaio
nétodo Eráfico
2A
30
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
I10
Eetadoe de gas licuado de Petroleo
en función de la preeión
Carrbio de fase de1 gae lieuado
Vieta eequemátiea del carburador
de1 proyecto.
Detonaci-ón
Principio Venturi
Funcionamiento del carburador
elemental
Carburador de fluio aecendente
Carburador de ftuio deecendente
Carburador de fluio horizontal
Sistema de nivel constante
Sietema de marcha mlnima
Sietena de alta velocidad.
Sietema de inyección
Sistema de partida en fricl
Area de circulación de gas
Area de eector circular Y eI
triángulo.
Area del resto deI sector circulary de apertura de la váIvu1a
Area proyectada por Ia mariposa
de aceleraeión.
Relación de areas para aire - gae
40
4L
43
46
50
11
L2
13
L4
15
16
L7
18
19
2A
2t
22
23
52
54
55
56
58
59
60
62
63
103
FIGURA 24
FIGURA 25
105
106
109
LL4FIGURA 26
x1
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
?7
28
Base
Mecanismo de doslficacio¡ ¿¿ gaa
en deepi-ece
Limitador de recorrldo lnferior
Dado
Limitador de recorrido suPerior
Eeparrago de fiiación
Rótu1a de recorrido
Tuerca de fijación
Mecanismo de doeificaclón en
conjunto sin Ia válvula
Brida para diafragma
Brida para diafragma
Esquema de ubi-caeion de diafragma de
obturación, necaniemo doeificador,
base y válvula doeificadora.
Eaquema eléctrico
LZ7
LZg
131
L32
L34
135
136
138
139
L4T
t42
29
30
31
32
33
34
35
L44
L46
36
37
38
39FIGURA
xaL
LISTA DE TABLAS
Pag-
TABLA 1 Historia de accidentee Por
explosión de cilindros 7
TABLA 2 Propiedades fLsicas de loe
combustibles
TABLA 3 Resumen de resultados del ciclo de
trabajo de1 motor
TABLA 4 Datos eobre relacion de áreae Para
aire-gas 113
TABLA 5A Datoe eobre }a preeiones 118
TABLA 58 Presiones de condensación del gae
comercial (L.P.G. ) 119
TABLA 6 Propledadee fLsicas y eostos de
los materiares L26
TABLA 7 Toma de información del funcionamiento
del notor L49
TABLA I Toma de información del funcionamiento
motor 150
66
97
x1l- l-
TABLA I Toma de lnformacion del funcionamiento
motor
TABLA 10 Nivelee tf.picos de emieión
TABLA 11 Información para evaluación
económica
151
153
156
xav
RESI t{Er{
Se ilustra en el siguiente texto aI lector del Proyecto
de grado, diseño y construccio¡ ¿s }a modificación de un
carburador para funcionamiento alternativo con gaeolina y
gas natural, €I procedlmiento metodológico y técnico
seguido para eu desarrollo-
En primera instancia ete acogió e} tema Propuesto Por Ia
Corporación Autónoma Universitaria de Occidente, VÉl que
éete gira en torno de áreas sobre las cuales 3e
deaapolla buena parte de nueetra actividad diaria.
Seguidamente viene la etaPa de recopilación de
información escrita, sobre equiPos exietentes en eI
mercado y de como funcionan. Del análisis de dicha
información se coneluye 1o eiÉuiente: "Es poeible diseñar
y conetruir la modificación de un carburador Para
funcionamiento alternativo con gasolina y ga6 natural a
un eoeto menor, 9ü€ cumpla y satisfaga las neeealdades de
coneumo de gas conbustible de motor, con un eistema de
cambio a cualquiera de los dos combustiblee de forma
xv
instantanea y efieiente"
Durante Ia faeee inicial del proyecto ge analizaron los
temae teóricoe necegarioa, a fin de instruir y ar¡blentar
a loe lectores respecto de una máquina de combuetión
interna, factores qtrt¡e intervienen en 811 funciona^niento,
rendimientoe y potencia V cómo eetá fundamentado 6u
eistema de alimentaclon de combustible.
Para }a etapa de prediseño se tomaron paránetros que
perniriran iniciar loe cálculos de combuetible requerido,
áreae de flujo necesario y a partir de éstos se inició Ia
verificación con construcciones previas de la
modificación }as cuales arroiaron infornación real para
ir realizando los aiustea que permitieran luego paear aI
diseño- Este comienza con Ia selecelón de elementos y Ee
continua con Ia etapa de construcción y ensarrble. Ahi e¡e
describe cada uno de éetoe elementoe aI igual qrre eI
conjunto q1ue forman en cuanto a Ia función que curtplen
dentro de Ia modifieación.
La etapa final estuvo encaminada a efeetuar Pruebas de
funcionamiento en el motor y evaluar Ia información
empleando ambos combustiblee.
xvl
INTRODUCCION
EI Cas natural ea un valioso combustible gaaeoao
proveedor de muchas ventaias y benefj-cioe Para la
eociedad moderna con un amplÍo alcance de utllización y
aplicación.
En loe paisee de mayor deearrollo, el gas natural eB
ampliamente usado con un alto nivel de aceptación y un
porcentaje significativo de penetración en eI mercado
industrial, comercial y residencial-
Como combuetible vehieular no ha alcanzado la aeePtación
de elientes significativos internaeionalmente-
Ia aetualidad se emplea como combuetible alternativo
loe vehÍculoe automotores ya sean a gaeolina o dieeel-
Los grandes consorcios internaeionales fabricantee de
vehiculoe han realizado investigaciones, congtruido y
probado motores para funcionamiento con gas natural
comprimido y han concluido gue no eE rentable ya que
En
en
2
exiaten ciertae barreras para el desarrollo de eu mercado
tales como:
Eetg¡pie$cra dp *hxetenimientn, ya qut eetas solo E¡Er
encuentran cercanas a las zonas de exPlotacion de
petroleo -
El peao del cilindro; Por Ia neeeeldad de envaear el
gaE a alta presión (del orden de 22O baree) repercute en
el peso, tar¡bién tiene influencia eI tanaño de1 cillndro
o cillndroe Ve. Ia autonomfa en servicio.
El desconocimiento deI empleo de gaa natural como
combustible para eI traneporte.
Se puede decir que hay r¡uchas ventaJas para eI uso del
gae natural:
Reducción en la polución de1 medio arrbiente ya que los
residuos de Ia combustión aon menorec.
El gas natural provee una estrategia alternativa para
Ioe combuatlblee lfquidos.
Algunos paisee po€reen altas reaervaa de gae natural-
3
Se reducen los costoe de mantenimiento del vehlculo
puesto que Ia combuetión ee más completa, Ias buiíae
aumentan e¡u durabilidad, lae cámarae de combuetión más
limpias ete.
Alarga Ia vida útil del motor Porque el aceite
lubricante del motor no se contamj-na, 1as válvu}ae duran
máe tiempo por que no acumulan demaeiado carbón.
Ira Unión Internacional de Gas* en la conferencia mundial
realizada en la ciudad de Vüashington (USA) en Junio de
1988 analizaron todos los aspectos relacionados con la
utillzación de gas natural en vehículos automotores tanto
a gasolina cotno Diesel, sus ventaiag y deeventaiae y
modificacionee a realizar y concluyen que eI futuro de Ia
aplicación de gas natural en el sector de1 transporte
requiere de Ia cooperación entre loe sectores privados,
la induetria del gas y los diferentes estamentoe
gubernamentalee.
En la actualidad exieten empresaa dedicadas a la
conetrucción y distribución de conJuntos de conversión
para gae natural y gas de petróleo licuado (t.P.G. ) para
xrNrun¡¡ATToNAL
for Vehieles, a
GAS UNION. tüor1 conference. Natural gas
GIobaI Perspective, Vüashington June 1988-
4
utilización alternativa o dual en loa motorea a gasolina
los cuales han obtenido gran aceptación, ya que Ia gran
concentración de energla por unidad de volumen, sus
buenaa propiedades antidetonantea y Ia poca contar¡inación
de los produetoe de eombustión, haeen que eetos gase€t
sean una buena alternativa.
En nueetro pale se eetán empleando loe conJuntos de
conversi-ón para gas natural (vease figura 1) en lae
regiones cercanaa a loe centros de explotación tales como
Neiva, Santanderee, Barranquilla y Ia Guajira,
básicamente en eI sector del transporte, €n el sector
privado se tiene poco conoeimiento eobre el empleo del
gaer como eombustible vehicular-
A1 interior de} paf.s donde no eÉr posible obtener y
dietribuir gas natural Ee emplea eI conjunto de
conversl-ón para gas licuado de petróIeo (L.P.G.), (Véase
Figura 2) eI cual ea conocido como propano y que tiene
una gran demanda eomercial; difiere báeicanenüe en eItipo de cilindro, preeión de llenado y reguladoree.
EI enpleo de conjuntoe de converslOn en los acüuales
nomentoe se llevan a cabo por loe vehiculos de reparto y
servicio de las empreaaE distribuidorae de gas propano-
JÉHtol-O,,eniEÉ¡á3o3¡r8táFE=, H .otrHN=oRciTl¡li .. oolH eÉ'E E
EÉEo t o..i
G:'IlL
IIE !. .
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Hs É
gÉE
ÉooÉ2@-G,
(.t
7
A1 igual que para eI gas natural se desconoce Por parte
del parque automotor Ia utilización del gas ProPano como
combustible y aquellost que tienen conocimiento sienten
temor a emplearlo Porqlre piensan que éete gas ea
peligroso.
TABLA 1 Hietoria decilindros
accidentee Por explosiÓn de
Incidentee
Year Circulation1OO0 cylinders
Vehielee ExPloeionee in circulation
L974
1975
1976
L977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
407 655
586 663
729 L74
7gL 298
8.04 236
859 807
922 223
969 065
995 626
I 00r 912
104 889
170029
zLO 753
229 lBB
263 470
275 756
304 469
324 336
328 187
342 273
6
5
2
I2
2
2
o -oL47
0. oo85
o -oo27
0.0013
o -oo24
o - 0023
o . oo21
o
o
o
F\IENTE International Gas Union. 9üorld conferenceNatural gas for vehicles, a global perepective't{ashinÉton June 1988 -
Loa pal.eee industrializadoe como ltalia tiene registros
(vease Tabla 1) de accidentee sucedidos con e} empleo de
I
gas en el vehlculo, los cualea demueetran que no ea tan
rieegoso como Ia gente Piensa'
La Untvereidad Autónoma de Occidente, con eI ánimo de
contribuir aI deearrollo tecnológico del paÍs, BrI eI área
energética aplicada a loe motoree de combuetión interna'
propuso eI proyecto, Dieeño y conetrucclón de Ia
modificación de un carburador Para ugo alternativo con
gasolina y gas natural.
se recopiló información sobre loe coniuntos de
conversión, costos, etc., y se analizó }a poeibilidad y
viabilldad de construir un coniunto máe eencillo' a menor
costo y de fácil Produceión que cn¡nPliera Ia misma
función que los eoniuntoe de converaión importados.
El objetivo de la modificación es tener un combuetible
alternativo para Ia operación del motor que funciona
tradicionalmente con gagolina, blogueando Éu paso
accionando un botón y eimultáneamente ae activa una
electroválvula Para permitir eI fluio de gas'
En la construcción de Ia urodificación del earburador 6e
busea utilizar elementoE comereiales de fáciI coneecución
y construcción talea como: discos de aluminio,
I
díafraEnas, electroválvulas'
váIvulas dosificadorag Para Eaa'
preeión.
reeortes, tornillos'
racores, reguladores de
Urif,ridld luhnoro J¡ &ciür¡hfr. libl¡*rco
1. GE}IERAI,IDADES
1.1. CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR
1.1.1 Ciclo de potencia de aire normal- Muchae máquinas
que producen trabaio utilizan una euetancia de trabaio
que eiempre es un gaa- En éstae máquinag hay un cambio
en Ia composición de la sustaneia de trabajo, ya gü€,
durante eI proceso de la combustión cambia de aire y
combuetible a productoe de reeiduos de Ia combuetión-
Por tal raz6n éetas máquinas son llamadas máquinas
combusbión interna, EI motor de un automóvil es
ejemplo (Vease Fieura 3).
El motor de combustión interna opera con un ciclo llanado
abierto- Sin embargo, para poderlo analizar €te hace
neceaario idear eicloa cerrados, gü€ ae aproximen a los
ciclos abiertos, tlna aproximación es el eiclo de aire
normal que €rupone 1o siguiente:
de
un
Una masa fija de aire ee Ia eustancia de trabajo a Io
=- l¡¡doo2t92<=¿"á
iÉÉ
i: 6sr' t- Ol: ü) It =z: gE,! oJ()g
H
=*E 3;r;
t-
E=!21l
L2
largo de todo el cielo y el alre es eiempre un gas ideal.
de
dede
EI proceso
transmisión
combustión se reemplaza por un proceao
calor de una fuente externa.
El ciclo ae completa por la tranemisión de calor
medio clrcundante, en conetraete con la expulsión y
aspiración en la máquina real.
Todoe los proceeos aon reversiblee internanente.
La suposición adicional es de que e} aire tiene un
calor especffico constante.
El valor principal del ciclo de aire normal ee el de gue
permite examinar eualitativamente la influencia de un
ntlmero de variables en la realización.
t-L-Z Ciclo de Otto de Aire Normal- El eiclo de Otto de
aire nornal ee un ciclo ideal que ae asemeia aI de una
máquina de combuetión interna de ignición l>or chispa.
El ciclo Ee ve en loe diagra¡nac P-V y T-S de la Figura 4-
aI
1a
EI proceso L-2 es una compresión ieoentropica de1 aire
3ui
F ca
=E=gH E E:,s ñ 33i
É i Í;I k r=a F 3É
H E Fi
gEEF
tcD(9-E
t4
medida que el émbolo ee deeplaza del punto muerto
inferior ar punto muerto superior; después ae añade calora voh¡nen conetante, mientras eI émbolo está
nomentánea¡nente en reposo en el punto muerto superior-Este proceao corresponde a la ignición de }a mezcra de
aire combustibre por la chispa y el correcpondiente
quemado en eI motor real. E} ¡>roceero g-4 es una
expaneión isoentrópica, v er proceso 4-1 es la obtención
de calor del aire cuando eI émbolo eetá en eI punto
muerto inferior-
rendimiento térmico* del ciclo Be encuentra euponiendo
calor eepecf.f ico constante.
QH_QLnter (1)
QH
E1
eI
nter 1- 3lQH
Sontag, Richard E-
ED. Limuea 1980- P.
(2)
(3)
Fundamentos
353.
Qt = MC*, (T4-T1 )
*GoRDoN, J- Van llylen- yde Termodinanlg¿- Mexico,
15
Afi = MC.r(T3-Tz) (4)
Reemplazando las ecuaciones (3) y (4) en (2) tendremoe:
nrer = r-Y-3v-!1i-:--11) (b)M C., (T3 - T2)
Luego tendremos:
1_ Il1__rlttter ¿(T3 - T2)
(6)
Hultiplicando la expresión de las temperaturas en laT1
anterior ecuación y dividiendo por ----, e¡o tendrá:T2
/\T4
1T1T1
1 - ! -------ttter ¿ |
T2 iT3(7)
1T2
\/
16
/ \K-1 / \K-1T2
Como =T1
V4
v1
V1
v2
T3= (B)
T4
(10)
\/\/
Por 1o tanto:
T3 T4= (9)
T2 T1
Reemplazando Ia anterior exPresión en Ia ecuación (7), 8e
tiene:
T1ilüer = t--;;-
v1 v4Como ( 11)
v2 v3
Se le conoce con eI nombre de relación de comPreeión g.r'
y traneformando Ia exPreeión (8) y eustituyendo, €!l Ia
expresión (10), se tiene:
L7
1-K1 - (e") (tz¡nter
nüer ( 1a¡
EI rendimiento del ciclo Otto de aire normal es función
solamente de la relación de comPresión y que éste an¡menta
elevando Ia relación de compreeión. (Véase FiEura 5) -
En eI motor de gaeolina hay }a tendencia hacia Ia
detonación a medida que Ee aumenta la relación de
compreeión, por 1o tanto, Ia máxima relación de
compreeión que pueda uaarae esta limitada por este
fenómeno- EI avance en el aumento de Ia relación de
cor¡presión en los motores actuales se ha logrado debido
a} descubriniento de combuetibles con
antidetonantes -
mejores
AIgUnas de ]as divergencias del ciclo abierto ideal de
loe motoreg con el ciclo de aire normal gon:
El calor eepecffico de los gaeee realee aumenta a
medida gue aumenta la temperatura.
1
( e.r)
- t¡¡
ÉrsgÉ
ÉEi
F=12+?-=fr¿
=E;EUEÉEssEH
É33E
o
I(')EFu¡
=olo
f-Zo6l¡l
oE=o(,
¡f, l¡lo
ú)
GD(ttr-
zr9IJnp
n¡
o
oStt[u3t olN3tt{t0N3u
19
EI proceEo de combustion reemplaza el Proceao de
transmiaión de calor a temperatura alta y la eombuetión
puede ser incompleta-
Cada ciclo mecánico del motor involucra proeeaoE de
entrada y salida que hacen que el desceneo de preeión a
través de las válvulas se traduzca eÍL un aunento de
trabajo para llenar el cilindro con aire y Para expulear
loe productoe de la combuetión.
EI calor transmitido entre los gasea en eI cilindro es
considerable.
La combustión, €B un fenómeno en el cual un elemento ae
incendia produciendo luz y calor; éste calor lógieanente
hace que loe gaeee Producidos Ee expandan.
Esta fuerza expansiva de loe gasea ea Ia que aprovechamos
para mover el motor. Para q11e eI fenómeno se Produzca en
eI interior del motor eÉ neeesario qlre ae cumPlan dos
requigitos fundamentales: primero, que eI combuetible
este en preaencia de oxf.geno, el cual está contenido en
el aire; eegundo, que eI combustible esté en eatado de
vapor -
L.2 CICLO DE TRABAJO DEL MOTOR A GASOLINA.
20
EI cicto de trabaio de un motor puede ger evaluado baio
los siguientes elementoe caracterfetleoe*:
L.2.T RENDIMIENTOS
Sea: lrl = Equivalente mecánico del calor que hace aparecer
la combustión.
Wth = trabajo correEpondiente aI área deI cielo teórico.
Wi = Trabajo corresPondlente aI área de1 cielo real-
lüef = Trabajo efectivo sobre eI árbol del motor-
Entonces se define:
EI rendimiento teórico:
wrhnth = --; (L4)
*f,gMeSSON G-, Tourancheau A- L- Motores de combustión
interna. Edit Paraninfo-Madrid 1964- pp- 43-44-
2L
EI rendlmlento de1 clclo real con relación al cielo
teórico :
(15)
EI rendiniento del ciclo nominal:
vür
vürhnc=
v{in1 = ;- = *thX Dc ( 16)
El rendimiento necánico del motor:
Wefnn=;; (12¡
EI rendimiento global:
n=n1xnm=ntrxDcxno,(18)
L.2.2 PRESIONES.
22
La preeión media de un ciclo es la relativa, eupueeta
constante durante Ia carrera de expaneión que darÍa Ia
misma área, el miemo trabaJo, que eI ciclo considerado-
Se obtiene por integración del área del ciclo; ademáe
puede definirge:
La presión media indicada.
wiPni = (le)
La presión media efectiva:
WmefPmef = (20)
Eetos son los elementos irtportantes de comparación de los
ciclos.
T.2.3 POTENCIAS.
Estos son loe trabajoe motores por Éegundo:
La potencia indicada:
Pi = Pmi X CXn (2L)
I-,a Potencla efectiva:
Pe = Pme X CXn
Donde n 8e¡, el nrlmero
dependientes de1 nrlmero
rotación en R.P.M., del
23
(22)
de cicloe motores Por seEundo,
de cillndroe, de la velocidad de
número de los tiemPog Por wuelta.
Para nuestro caso cuatro tiemPoe, eimple efecto'
1-3 PROCEDIMIENTO DEL CALCULO PARA EL CICLO DE TRABAJO
DEL MOTOR*.
Para deearrollar eI procedimiento partimos de alEunos
valoree conocidos, otroa encontradoe experimentalmente y
alEunae suPoeiclonea-
- Datos conocl-dos:
P. = Preelón de conPresión-l-
1n=
2
*SINKO, Julio. Conferencia sobre cáIculo
trabajo de1 motor- Profegor de la
Universitaria Autónoma de Occidente.
del eielo de
Corporación
24
PC = Poder ealorlfico de} combustible.
pv = Relación de compreelón-
M"" = Ylaza mezcla de aire - combustible'
Datoe eupueetoe.
nl = Exponente Polltrópico de compreeión
nZ = ExPonente Politrópico de expansión
EI eiclo real difiere del teórico por las eiguientes
razone8:
La aspiración'comienza en un punto de mayor presión que
}a línea atmoefériea, debido a que fué neceeario mayor
altura para expulsar los gaeee de combuetión en el ciclo
precedente -
Cerradas ambas válvulae eI émbolo vuelve comprimiendo la
mezcla, v un instante antes del P-l{.s. se produce el
encendido.
La expansión de los gases de combuebión, dá lugar a una
llnea que puede ser adiabática, politrópica o irregular y
que depende de Ia veloeidad que adquiere eI
refrigeraeión del eilíndro, etc. El eacaPe ae
antes del P-M.I. y tampoco coincide con Ia
atmoeférica, debido a Ia neceeldad de un pequeño
de presión para poder evacuar los gaees.
1.3. 1 METODO ANALITICOX
25
émbolo,
inicialf.nea
exceE o
(23)
Para la conetrucción de Ia linea politrópica de
compresión y de expaneión, se calcula para Ia eerie de
puntos entre los vohlmenes distribuidos entre V. v V" y
entre Yu y V6 de Ia figura 6 con Ia ecuación:
n1PV- = constante
Para loe paránetros de compresión ee hallapolitrópico n, medinate Ia expresión:
e1 exponente
8314
Tclog ----
TaKm= 1+ 1+ (24)
IoE r.,r,
*JARAMILLO, Herbert, conferencia sobre eI cálculo del
ciclo de trabajo de motor, profesor de la corporación
Universitaria Autónoma de Occidente, Mayo 1990.
lTeuCv l
I rTll^a
Jl EÉo.oE
9'jts!-fE-Ee:oit¡E:=5g!P€E6F ¡,¡
Fl¡¡ Ea.É
Jl¡¡É
3fJ-t¡¡i-¡rEl¡o
=ÉI-c¡
df<É=IlL
// |
(JN
a
ell*ls
l"I
I
I
; J
bI
I
c
4eo'
Donde
nido
r'?l^ctsCrt I, trp
lta
de tabla)
Tr=
27
ee el calor espeelfico molar medio (obte-
de la mezcla, en Ki/(Ihol "C- )
La tenperatura aI final de la comPresión
adiabática en oK.
La
la
presión y temperatura aI final de la compreeión, no6
dán lae eiglrientee exPresiones:
La preeión aI final de la combuetión:
TzPz=ur
Tc
(25)
(26)
(27 )
variación nolecular dado I>or
Pc = P* *.r't1
Tcnr -1
= Ta r.,r,
Pc
U" Es eI coeficiente real
Ia siguiete exPresión:
t4Z + 8r Mlur=
Ml (1 + sr )
(28)
28
La presión y temperatura aI final de la exPaneión, eerá:
PzPb = z---ii"r,
t ""i
TzT.=-D / \(n2 1)
I rvl\/
(2e)
(30)
( 31)
La presión máxima del ciclon considerando eI redondeo de}
diagrama:
P: = O.85 Pz-z
Y Ia preeión media indicada del ciclo ea:
n1 4
Pmi = PaPv
rv-1
/ 1 \itl- liI nr li\ Pv /i
(32)
Donde E, ee el grado de elevación de presión dada por:
Pz( 33)
Pe
L.3.2 METODO GRAFICO
EEF2 =\no
tsai=1
29
150
( 34)
( 35)
U¡inriüd lrhnomo dr
Diltr. t¡X¡tco
Para eI método gráfico s¡e recomienda a =
utilizan lae expresionee:
te F1/ \nr
= 11 + tga I : 1
\/
i1+
Para determinar F1 V F2, ae trazan rectae a partlr del
origen. Ver fieura 7-
La lf.nea polltrópica de compreslón, se constituye con la
ayuda de las ll.neas OC y OD- DeI punto C se Eraza una
llnea horizontal hasta Ia intereección con el eie de las
ordenadae P; desde eI Punto de intereeceión con un ángulo
de 45" ee traza una linea vertieal hasta Ia intereección
FIGI.RA ?. ÍXAGRAMA DE CICU) REALDE TRABA'O TIEIODO GRAFICO¡uetrreiJii¡¡tlo l¡rr. eL rci¡ o bó,¡l mt.
31
con Ia llnea OD, desde este Punto se traza la segunda
llnea horizontal Paralela al eie de laa abeisas V'
Deepués desde eI punto c ee traza una vertical haeta Ia
intereección con ta línea DC; deede eete punto a un
ángulo de 45o, se traza otra lÍnea hasta la interseceión
con eI eje de las abcisas, desde este punto ee traza Ia
aegunda vertical y Paralela aI eie de las ordenadae'
hasta la intersección con Ia eeEunda horizontal' EI
punto de intereección de eetas dos líneae es e} Punto 1-
EI punto 2 se determina de la misma manera que eI Punto 1-
La llnea de expansión se construye, con la aruda de lag
llneas oc y oE, iniciando del punto Z, de igual manera
que Ia Il_nea politrópica de compreaión- El diagrana
obtenido, €8 eI diagrar¡a indieador ealculado, Por e} cual
se obtiene la presión media indicada-
Pi= (36)I __ |tlAB
Donde A ea eI área de1 diagrama A,C, Z,B,A, (ot2)
i--i
hasta B.
A XMp
Mn
An
32
1.3.3 VALORES TIPICOS PARA MOTORES A GASOTINA Y,/O GAS*
* z = coeficiente de aproveehaniento del calor de
combustlón.
Gaeolina 0.85 - 0.95
gaB 0.80 - o.B5
sr = Coefieientes de gasee reeidualee-
Gasolina y Gas 0.06 - 0-10
n1 = Exponente politrópico de compresión L-2O -1-37-
nZ = Exponente politrópieos de expaneión L-23 -1-30-
/m\Vp = Velocidad media de1 pietón l---i
\seg,/
Gasolina LZ - 15
Gas 7 11
S
= Relación earrera ,/ Diámetro. O-7 L-4D
Pv = Relación de compresión- 6 - 11
*JARAMILLO, Hebert. Conferencia sobre cáIcu1o del ciclo
de trabajo de1 motor, Corporación Universitaria Autónoma
de Occidente, CaIi, 1985-
33
ilv = Coeficiente de llenado- O '75 - 0'85
/\Pc = Preeión final de la compresión I M Pa I
\/
Gasolina 0.9 - 1-5O
/\Tc = Temperatura final de la compreslón | 'K I
\/
Gaeolina 550 - 750
/\Pr = Presión de gasee residuales I M Pa i
\/
Gasolina y gas. 0.07 - 0-13
/\Tr = Temperatura de gases residualee | "K I
\/
Gasolina 90O 1100
Gae 75O - 1OOO
/\P, = Presión aI final de Ia cornbustión I M Pa I
\/
34
Gaeollna 3.5 - 7.5
Gas 3 -5
T, = Temperabura aI final de Ia combuetion { 'K )\/
Gasolina 24OO 2gOO
Gas Z2OO 2500
Pb = Preeión ar final de Ia expaneión I " t" )\/
Gasolina 0.35 - 0.50
/\Tb = Temperatura al final de la expaneión ¡ oK
I
\/
Gasolina L?OO 15OO
L.4 COMBUSTIBLES.
Es todo cuerpo sóIido, Ilquido o gaeeoeo que entra en
combugtión euando eB combinado con el oxígeno del aire-
Los combuetibles usados por log motoreg de eombuetión
35
interna eon hidroearburoe conetltuidoe guLmicamente por
hidrogeno y carbono, entre elloe tenemos: la gaeolina,
gas natural, E!?6 licuado de petróleo, A.C.P.M., alcohol
etc.
Se tratará principalmente de la gaeolina, e} gae natural
y el gae llcuado.
L-4-t Indice de Octano. Se utiliza para deterninar
mayor o menor resietencia de la gasollna a Presentar
fenóureno lla.urado detonación o pistoneo
Existen diferentee eistema€t para determinar eI f.ndice de
octano de loe conbuetiblee, tomando como referencia loe
lndicee de1 ieoctano y del heptano. EI ieoctano eB un
hidroearburo que preeenta una gran reeistencia a Ia
detonación, a} cual Be le atribuye un indice de 1OO%
antidetonante eliminador del Pistoneo-
Por el contrario, tI heptano normal eg un hidrocarburo
altamente detonante y se Ie atribuye un lndice de O%
antidetonante; para Bus ensayos, 1o8 Productoree de
combustibles disponen de motores monocilindricoe de
compresión variable con loe eualee e¡e comPara eI
combuetible con mezclas de heptano e isoctano. Si un
determinado eombustible se comporta por eiemplo, igual a
Ia
eI
36
heptano, BB dleeuna mezcla de 70% de
que tiene un lndice de
ieoctano y 30%
octano de 70.
de
EI lndice de
antidetonantes
octano ae
bales como
mejora utilizando elementoe
eI tetraetilo de Plomo.
L-4.2 La gaeollna. Ee uno de los combuetiblee de mayor
uEo en motores de combuetión interna-
se obtiene por los procesos de destilación,
desdoblamiento o hidrogenación del petróleo crudo-
Las caracterf.sticas más
volatibilidad, 8ü alta velocidad
registencia a Ia detonación la eual
de octano-
importantes aon su
de inflación y su
ee mide por eI índice
Lae gaeolinas de acuerdo aI Índice de octano en
nueetro medio pueden ser: CORRIENTES, lae cuales tienen
un Lndice de octano entre 80 a 85 y la E)C[ft[' cuyo índice
está entre 90 a 100.
1.4.3 Gas natural (G.N-C)- EI gae natural comprimido Ee
caracteriza por cuanto a temperatura ambiente y anln a
presionee elevadas conaerva sl¡ eetado gageoso- Puede gler
Ilevado a estado lfquido eólo a muy baias temperaturaE.
37
Se obtiene generalmente de yacimlentoe de petrÓleo o de
É¡a8; también ee puede obtener de la fracción de Metano
del gaE de coque reeultante en las fábricae de abonos
niürogrenados.
Para recargar a los vehlculoet se requiere de comPreaorea
de mucha potencia y su transporte Be realiza por
gasoductos.
EI empleo de gae en los motoree de combuetión interna
disminuye Ia cantidad de hr:¡oe que galen por eI exoeto, y
además los depositoa en 1as cámaras de combustión son
mfnimos; las características antidetonantes mejoran eI
funcionamiento del motor y no se preeenta contaminación
del aceite cuya vida ee puede prolongar hasta tres
veceÉ, disminuyendo eI desgaste de los mecaniemoe y de
las bujlas-
Se puede encontrar libre, eomo
Guajira , y su comPosiciónx ea
*ctnAloo, Londoño Gildardo.
traneporte. SENA. Cücuta,
P: 4-
los yacimientos de Ia
más del 9O% de Metano-
en
de
También se Puede encontrar aeoeiado eon eI petróIeo como
Combustiblee gaseoaoe¡ l¡ara
Norte de Santander- 1988
el
38
en los Llanoe, Huila y su composicion ee de 70 - 8O% de
Metano.
No todo aon ventaiaa en el empleo del gas. Una
deeventaJa en comparación con la gasolina está
relacionada con la disminueión de la velocidad de
combuetión y Ia menor capacidad calorffica de la mezcla
combustible conducen a tfna dieminución de Ia potencia deI
motor entre (7 L2)% de acuerdo aI tipo de gae emPleado-
Los combustibles €¡ageoaoa tienen un comportaniento
similar, y cuya principal'caraeterf.etiea ee canbiar de
estado aI someterselee a cierta preeión.
L-4-4 Gas licuado de petróIeo (L.P.G. ) - El término
gas licuado de petróIeo (t.P-G- ) está relacionado con
loe hidroearburoe Propano y Butano o la mezcla de los
doe. En Ia actualidad tse encuentra en un ciento por
ciento propano o butano, es por 1o tanto que encontranoe
con frecuencia gae lÍcuado de petróIeo mezclado en bajos
porcentajes con Etano, Ieobutano' etc- deri-vadoe del
petróIeo.
El propano s¡e Iíeua para facilitar su almacena.miento,
traneporte y distribución y para consumo ae utiliza en
39
estado de vapor.
Para obtener gas licuado se hace necesario eometer su
faee gageosa a preeló¡, obteniéndoee la condensación
pasando por 1o tanto aI estado llquido (vease Figura 8).
Eete hidroearburo cambla de Ia faee de 8as a llquido
aplicándole presión entre 5 kC/c:m? a 22 ke/c:m?-
Luego si 1a presión no ea euficiente estará en fase
gaEeoaa, raz6r. por Ia cual a todos loe cilindros de
eervicio o almacenamiento se les deia una zona de vapor
que determina una condición importante de eeEuridad para
que ésta esté en contacto con Ia válvula de eeguridad de1
recipiente -
A1 abrir la válvula de servicio, €1 vapor sale por ella
reduciendose Ia presión en eI interior del cilindropasando una cantidad euficiente de llquido aI eetado de
vapor ocupando eI eepacio deiado Por el vapor que eale-
(Vease Fieura 9) -
Otra caracterfetj-ca ee¡ su alto índice de Octano 1o que
permite en un momento dado an:srentar Ia relación de
compresión de1 motor, modificando Ia canara de
combustión, ya sea en Ia culata o en eI pistón-
Uilnaidrd Auhnomo ü Ottidnrr
o
AffráGo
JÚ
HdAE6r'=u¡d?azo?!3E2Fl¡l oo,fHH8RDg'9óJHoÉe
t¡l
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H H3
H;i|l zo..-. E-E ¿H
i O;,^
3 e3
= F.E
C' F¿a'o
<É3IlL-
42
EI soportar altas relacionee de comPreeion Ie permite ser
utilizado como combustible en loe motoree dieeel. Como
caracterl.etica negatfva ee podrÍa enumerar su baia
velocidad de inflamación, y por Io tanto, e¡e requÍere
realizar eI adelanto de1 salto de la chiepa dentro del
eilindro para optimizar eI proceso de la combuetfón, y
asf. mejorar el rendimiento del motor.
1.5 MEZCLAS AIRE COMBUSTIBLE
1.5-1 Carburación- Es eI procego por medio de1 cual un
conjunto mecánico }lamado carburador mezcla el aire y eI
combuetible en la proporción requerida por la velocidad y
Ia earga a gue eI motor sea aometido. (Veaee figUra 1O).
L-5.2 Clasificaeión de las nezclas- La Proporción de
aire - gasolina, en peg¡o que necesita un motor a gasolina
para €'u perfeeto funeiona.niento a lae diferentee
revoluclones oacila entre LZ v 17 partee de alre Por una
de gasolina. Tomando Ia media ee dirá que Ia ProPoreión
economicanente ideal para }a mezela aire gaeolj-na en pego
eede15a1-
Significa eeto que por cada 15 gramoa de
necesario un gramo de gaeolina-
aire será
loe65Él¡l ¡>;lo<G=o'HJ&H3e8eüG<?d= ¡¡¡15E$rdpo9<gÉ8s3uzesv, ..u¡ [if8'-o=
'PdÉDI|l
: I É E aá E=*É
l*,*',¡l;:'ÉIIeggli,- o¡ O t? lO (o r\ aD oI| O - N |r' tt rO tg f\ O
44
Segun }as pruebae realizadas por eI Instituto Técnico de
Ia ü¡e, las caraeterÍstieas de las diferentesproporciones de mezela aon las siguientee:
22-l a 1 No ee exploslva.
18.5 a 1 Es Ia mezcla más pobre que Ee
incendiarfa sin fallar.
16.6 a 1 Es Ia verdadera mezcla para un motor
corriente porque dá eI máximo
kilometraje por litro, pero con poca
potencia.
13.5 a 1 Ee el mejor equilibrio entre
potencia máxima y economia
máxima-
LZ-B a 1 En éeta proporción, el motor rinde
sru mayor potencia pero esr muy ricapara una máxima economla.
8.0 a 1 La rnezcla máe rica que sre
incendiaria.
7.6 a
6.7
tZ-B a
8.0
L2 -8
15.5 a
I
45
Se ineendiará pero
potencia-
tendrá poca
No explota en un motor caliente-
Entre éstas dos proporciones, eI
motor parecerá funcionar perfectamen
te, pero se acumulará mucho carbón
y se diluirá el aeeite; I>or
coneiguiente, s€ consumirá mucha
gasolina.
Entre estae dos proPorcionee Ia
mezcla egtá: rica de potencia
máxima, (t2,8 a 1) y la pobre de
economía máxima (15.5 a 1).
1
v
a
v
1.6 EL FENOMENO DETONACION.
EI fenómeno llanado detonación ee manifiesta mediante
golpeüeo bruseo en eI interior del eilindro. Este
golpeteo o ruido metáIico se produce por eI choque
violento de doe frentes de llama a diferentes velocidades
(Véase Figura 11) Produciéndose una gobrepresión causando
perdida de potencia, calenta.niento exceeivo de} motor,
zoo=oFl¡loj
GDI
-tt
gE
8E
EE
sEg¡d
$EFEaE
€Ee
EEgG¡
€NoÉ:EEE g
#i3;
47
llegando a perforar loe pietoneet.
La detonación o pietoneo puede
diferentea causas.
Ber originado Por
1.6.1 Baja calidad. cuando la gasolina es de Ia calidad
adecuada, la llana de Ia combuetlón se desplaza
uniformemente dentro del cilindro a una velocidad
aproximada de 3O m,/seg- Cuando se usa gaÉtolina de baia
calidad, }a velocidad de Ia llana alcanza valoree de 2OO
m/aeg, o más.
La gran velocidad de propagación alcanzada por Ia llama
hace que aumente la preeión y Ia temperatura, €rr la carga
o mezcla restante que todavf.a no se ha quemado; Iuego
antee de que eea alcanzada por Ia llana, esta carga no
quemada, hace explosión por el calor de la compresión y
produce la onda detonante. EI choque de eetas dos ondae
producidae en dlferentee partee de Ia cámara de
combugtión origina ese ruido característico de Ia
detonación, caueando Ias aituaeionee Problemae antes
mencionados en e} punto 1.6.
L-6.2 auto-encendido. El fenómeno conocido como auto-
encendido puede presentarge en eI motor del automóvi},
aunque l-a gasolina ueada Para su funcionamiento sea Ia
48
adecuada.
Los motoree acumulan en eI interior de Eua camarac de
combustión partlculae de carbón; éetae, cuando alcanzan
cierto e6pegor, 8€ mantienen incandescentes. Dichas
partLculas son las caueantes de que Ia mezcla 8e incendle
a} comenzar a ser comprimida, y que ee forme una onda
exploaiva. Luego, a} galtar Ia chispa de la buila, s€
origina una nueva onda, y el choque de anbae Produce Ia
detonación. Algunoe otroa factores que Pueden
influenciar en eI auto encendido Eon:
Bujlas de grado térmico
Elevada temperatura del
Eneendido mal aiuetado
Relación de compreeión
inadecuado
aire
1-6.3 Relación de compresión. La relación de compresión
es la relación entre e} volumen inicial y final en eI
cilindro -
Teóricanente eI rendimiento del motor aumenta en función
de eIIa, loe diseñadoree de vehíeulos lo tienen en cuenta
para diseñar Ia cámara de combustión. A un motor se Ie
aumenta Ia relación de compreeión disminuyendo dicha
cámara, cos¡a que puede sueeder cuando se realiza Ia
49
reparación de} motor, enviando Ia culata a mecanizar su
euperficie de asentamiento con eI bloque- Es Por 1o
tanto, gü€ loe conatructoree dan eepeclflcaciones
reepecto a éste mecanizado, con el fin de evitar la
detonaeión.
L.7 EFECTO VENTURI
5i ee toma un pedazo de tubo, V s€ 1e hace una redueción
de sección y ae paca una corriente de aire Por su
interior, B€ nota que en el eitio de la diaminución
aumenta Ia velocidad y dleminuye Ia preeión. ( Véase
Figura tZ) - La mayor altura acueada por Ia colrrmna de
tlquido en eI eentro número 2 ea debida a Ia baia presión
exieüente en eI venturi.-
La difereneia de altura exietente entre Ia ntlmero 1 y Ia
nrlmero 3 se debe a la diferencia de Preeión en eaaa
zonaa; la número 2 es|-á afectada por Ia velocidad tomada
por eI aire aI pasar por el venturi-
La función del venüuri es an¡nentar Ia velocidad del aire
que pae¡a por é1 y causar un vaeio o eucclón.
1.8 EL CARBURADOR
1-8-1 Funcionamiento de1 carburador elemental- ( Véase
Unirsid¡d lutrnomo úr
hltr. f¡Ui.fofl
lil i
ii ., ,t ?';=HiiSiHEii-oo I
ñ lrP ':>EúXlfl =¡9Fó<$
sHSn9R-*Éz.= yr.;
==HXr¡. O-O yo.FF>
-f
-Gtl-2tú
I
G¡-É)I-;lL-
I
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tr
/l'r-I
51
Figura 13), a medida que reallce Ia lectura- En Ia
carrera de admisiOn, Ia sueción o depreeión creada por
el pietón al deecender, hace que la preeión atmoeférica
lmpulee el aire a través deI venturi hasta llegar a loe
cilindroe del motor para ocul¡ar eI esPacio deiado Por eI
pistón en Eu descenso; y se eetablece de éeta forma una
corriente de aire en eI carburador.
Esta corriente de aire crea una dieminución de la Presión
atmósferica en la boca del surtldor, PoP encontrarse
ubicado en Ia zona de depreeión- Sobre eI combuetible que
sle encuentra en el depósito eetá presente la presión
atmóeferica- Eeta diferencia de preeiones ocasiona el
movimiento y salida del combustible por Ia boca del
surtidor en forma de chomo muy fino y se mezcle con el
aire en proporeionee idealee.
Esta mezcla circula por el mrlltiple y válvula de adglisión
al interior deI cilindro.
La veloeidad de rotación del motor depende
de la maripoea del acelerador gue controla
mezcla que paaa a loe cilindros-
de
1a
1a
ge
de
de
la apertura
cantidad de
L -8 -Z Clasif icación
dirección deI flujo
los carburadoree. Seg¡in
mezcla, los carburadoreg
J,ÉÉ
EÉul ü<ü¡ 3g
FEÍeHúE¿=
;E*eE=gu:É;H;E;dG=(9tr-
G0oGEIJu,C'(f
Jutcl
gtosE.
g
iao8ÉE
a
a
2sBe
sÉ!33'
¡u¡gIñ
{(
==áJxC'=glE
t,
G-u,o€oqGF2ü,
\.t
lrl r
-S<)a
<) 2'!
--4...". ":!-...i'j.t.'.:..
53
clasifican de Ia siguiente forma:
De flujo aecendente. En éete tipo de carburador Ia
mezcla fluye hacia el cilindro en eentido contrario aI de
Ia fuerza de gravedad- et grado de llenado es por Io
tanto menor y la potencia del motor, má8 reducida- Por
tal motivo ya no se emplea. (Vease Figura 14) -
de flujo descendente- En éete tipo de carburador Ia
mezcla fluye en dirección de Ia fuerza de gravedad hacia
el cilindro. Como esta dirección de} fluio eel la más
favorable para el grado de llenado del cllindro, €E el
carburador de mayor empleo en Ia actualidad (Véaee
Figura 15).
De flujo horizontal- En éste carburador Ia mezcla
fluye en dirección horizontal hacia eI cilindro- Se
utiliza princiPalmente en motorea monoeilindricos de baia
potencia (Vease Figura 16).
1.8.3 Sistemas deI carburador utilizado. EI carburador
utilizado en eI proyecto es del tlpo deecendente de una
eola garganta y €ru funcionamiento Por sistemas se
describe a continuación.
1.8.3.1 Sietema de nivel constante. Permite mantener eI
ooño Ho H j ry zEü EF .o ogi
H ÉH $E 5 EE EF-: $¡ rr¡ <. rrt to
Ul tir-X=='AH p1
fi g=
,?á-.*nO EH3 EE;J bo¡o.lL=
-gi(¡H qHiE H$H
E lH;s ll o j
5 Eñ=
rft
ag
GDIIL
leJ ¡¡OJ
@o-F'i;6=O@o-El¡¡ Oo(Jr.t
É,oot-G=(n
.f
OOc¡o
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HH_í, pE
FE*H
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=:3; ÉI;É gei
E 3;=IÉDIlL.
33 g
Eñ 38 ñ E*E so() G,
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E3:o 6oüs ¡3gB ÉPÉR dd
rtN
l¡JG
i p=
FEís;$
É, E,
9 PH-á 3:'r i$ ÍH EHi
EEñg
57
denivel de gasolina adeeuado para lae necegidadee
conaumo del motor. Consta de un depóeito' una válvula
un flotador.
v
El cierre de }a válvula se regula mediante }a altura del
flotador, si Ia altura es mf.nima eI nivel ee ineuficiente
y 8e presenta fallae en eI motor; y si }a altura eE
excesiva ee derramará combuetible enriqueciendo Ia mezcla
y eI motor también presenta fa}las. ( Veaee Figura L7) -
1.8.3-Z Sistema de mareha mfnina. Eeüe sistema
proporciona aI motor, }a cantidad eufielente de mezcla,
para que funcione a baias revoluciones o en vacf.o; coneta
de aurtidorea calibradoe que proporcionan combustible a
loe conductos Por donde circula aire provenlente del
exterior, donde se mezclan y salen por los orifieios de
descarga debajo de la mariposa de aceleración. EI
tornillo regulador de marcha mfnima Permite doslficar Ia
mezcla requerida. ( Vease Figura 18).
1.8.3.3 Slstema de alta velocidad. Proporciona mayor
cantidad de mezcla para aumentar Ia revolución de} motor.
Consta de eurtidoree calibradoe inetaladoe en loe
conductos entre eI depóeito y Ia boquilla de descargia, de
venturis y de la mariposa de aceleración. (Véase Figura
19).
FJDzt¡¡E,
I
(Í,
Éooo¡¡,?J(9l¡,E,
l¡lFzF
to,=o
,O.J. l¡l
=l¡lo,
=l¡lF9u,
cDl¡¡É,Il¡l;oJ
z=.l¡¡ooo
=oF
E
Ét¡IILti: il rl
i¡t!rl
lia.ll
rit.
::llilll
:lll
ilil;t;i
ii!irilil.ltt¡flf¡lirl
!ll.lrl¡i:¡lIrl:l!¡
!lIrl
I
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I
¡i.il,ii':l:l:l':;
-lil;:,ili:
lritrlF:]ñiiii¡if
Mritii;iiiii;il;;
t.
l!
iitllllll
ii:il
llllt
!lll¡laaIaa
tl:ll¡t/
lÍ¡,ilr¡'¡
r¡¡ g?1ÉE
==
='ct
oH'ü3áE,s EE-¡l
H?Éi=o.-' .. oiBnP8eF<JgEE
dG=('-IL
H H<
3u:iz,< z=Fs Fs
Urún¡¡i|d lulr¡om fthpb. liblhiü¡
of¡
e 6=E >=:
UJH
h J<e 5pH=á
(r,
=HH¡¡t ó#
EÉTgÉ3IlL-
r+
61
1.8.3.4 Sietema de inyección. Introduee una cantidad
adicional de combustible en el momento de realizar la
apertura rápida de la mariPoea de aceleración, para
compenaar la mayor cantidad de aire que entra. Consta de
un diafragpa, válvu}as y el turtidor inyector. (Veaee
FiEura 20) -
1.8.3.5 Sistema de partida en frio. Es eI mecaniemo del
carburador gue permite proporeionar una mezcla rica para
facilitar eI arranque de} motor cuando ¡¡e encuentra frio.
Coneta de una mariPoea, instalada en la boca de entrada
del carburador, que obgtruye parclalmente eI paso de
aire. (Véaee Figura 2L) - Eete sistema Puede operaree ma-
nual, semi automático o automaticamente.
IIJa
Ia3 =ooH'-;
--TJqDa3¿¡¡¡ t¡¡
= É E
H=q'4,:{üq
' =oiH€Éo = É,
6PoNG=I¡L.
oo9ÉklL=
ZPl¡f ?É:trEqkÉá
F
H3=sa
=rH32eo=jn|
E2(9tr-o
"38iEEo
2. PREDISEÑO
2.L PARAMETROS INICIALES
?.1.1 Datos del gae
Velocidad permitida Para fluJo a baJa Preslón*:
p].eE m
= 9-15 ---segseg
Presión de traba¡o entre*x :
t4-20 lP.S.I.g.= t27-46-L37-34 I Kpa
2-L.2 Datos del motor**t(
*Í,IU¡'ORD, A. Flow Measurement e meters- Ed- 2a- EX F'M'
Spon Ltda- London 1961 - P-2L8-
**Th" L.P.G. Fuel Sistem. Hvster Companv 1981, 900 SRM 15
***M.rrrr"I de valores y reglaiea - Sofaea Renault-
30
Revolueiones de oPeración:
Mfnimae 75O R.P-M.
Máxi-urae 35OO R.P.M.
Cilindrada total del motor:
Ct = 8OO centl.metros cúbicoe
Propiedades fl.aicas de loe combustibles-
Tabla 2 ).
65
Véaee
66
TABLA ? Fropield¿rders fisica:; ds: I.úsi combugtil¡Ies
É¿rracteríst-ic¿ts Gas;al in¿i Gas natltral Fropano
Pr:rJer cal.orif ico*l.ical lks lÓ{t(}O 6.5üct 6.5{¡(}
üct"rnaje** 91 12c¡ 125
Lí mi t-.es de i nf I a*Á¡iiio*¿z.¡r¡f't i¡.7-É¡ 2-4 !.-sTernperatura ds'autsi gn i c i ón o gü ü:lt )f 28(¡ 537 365
cr-" *f¡l**Dengi cjad .--''áü0 u cfirr t,, 75 Ct. 41 Ú.34
Cal or 1¿rtente dev¿*por i
= ac i ón IAJATT.
¡* * ¡Í ¡ü * * 47
tl"tAFl-:s, l*lanlral del i ngeni ero Mecáni co. Éda. ed. Español .
Eclit. l"lcgraw-HilI latinoafl¡ericana S. A. r Bogotá 199?
pp.7-14. 7"23.**nrEREn john. Moteres {utndar¡entos de Servicio. {os
43?03 E{ Deere y Üompany, l"lc¡Iine. Illinois U.S.A-
t97c?.
***tttItERNA'rICINAL 6A5 UNICIN. hlor I con{erence
natural gas for vehicle:;. A global perspective.
l¡Jashi ngton " June 19É18. p. 31 .
****Ibid, " F. 3r
****tmRn¡;sr úp. cit. p 7-14. 7-?;tt*{r***pEEr*Er c.F, cit. p 4*s,
67
2.2 CALCULOS
2-2-L Análieis de Ia Combuetión
2-2-L.L Gas Natural. EI gae natural se puede encontrar
Iibre o aeociado a} petróIeo- Generalmente está
conetituido Por una mezcla de varÍos gagea, dePendiendo
del yacimiento en Particular-
En el primer cago, el ga€t s¡e compone aProximada.nente del
92% de Metano (gas de la Guaiira); en eI eegundo caso, €1
70 80% es Metano (yacimientoe del Huila y de los
Llanos). Loe gaeeE que forman parte en }a comPoeición
det gats natural tenemos eI Etano en porcentaJes
pequeños, al igual que el Etileno, ProPileno e Isopreno-
Para reallzar eI análisie de Ia combuetión del gag
natural ee tomará una compoeición de porcentaie en maaa
de:
Metano
Etano
80r
20%
cH+
czHe
Para loe cálculos de Ia combuetión de loe diferentee
combustiblee g¡e empleará et método de oxidación; Ee
68
supone que Ia combuetión es total*.
La ecuación que rlge la reacción qulmica para loe alcanos
es la siguiente:
n+1Crttl2n + 2 + 3 ----- OZ ---, nCO2 +(n+1) HZO (37)
CH¿ + 2OZ
(38)16+64
o4 Ke oz 44 Xe COZ 36 Ke HZO
1+toke cH¿
+ Keoz1+
Kg CH4
0.8 + 4 x 0.8Kg COa
xg CH¿
16 ke CH4 16 Ke CH4
Ite coz
Ke CH4
xe az
tte cH¿
tte Hzo
Ke Ctla
Kg HaO2 -25
Ke CH4
XRESTREPO, Fablo. VARGAS, Leonel. RESTREPO, JAiTO. LOS
principios fundamentalee de la quÍmiea orgánica.Medellín,
Colombia- Edit Bedout S- A- L974-
69
xe oz re caz Kc Hra0.8 + 3.2 -----> 2 -2 1.8
Ke CH4 Ke CH4 ne cH¿
Luego el oxf.geno requerido para Ia combuetión del metano
(CH+) ee de 3-2 Kc 02
Entonces el aire requerido eerá:
Kg oxf.geno Kg de OxfgenoMa = Re1ación (3e)
Kg Comb Kg Alre
Ma = masa de AIRE
Ke 02 Kg AlreMa = 3-z + o.2L = L5.23
KE CH4 T<e CH¿
Re AireMa = L5 -23
Ke QHq
Vea¡noe ahora eI Etano que tanto aire reguiere:
czHa
30
3.5 02
LL2
3H2O
54
(40)+
+
+
+
Uúnsídrd tul¡nomoT-ffi
70
+ttz Ke oz
goKe czHe
Ke Oc Kg CO2
Ke CZHO Ke C2H6
:: \"--?-z- * u-! 13-iz3
30 re CZH6 30 Xe CZH1
Kg H2O
t<e czHe
Kg COq-----u-xo-z+1-BKe C2H6
Kg Aire3.55
Ke C2H6
1 + 3.73
Kg oaa-2 + 3.?3
Ke C2H5
E-:?-- x a.ztte czHo
Kc oqMa = 0-746
Ke C2H6
o -z + o .7 46 -\1-?zKe C2H5 lte CZH6 ¡te CZH6
Luego el Oxfgeno requerido para la combustión del Etano
es de 0-746 t<e OZ
Enüonces eI aire necesario ea :
7L
Por lo tanto, €1 ai-re total neceaario Para la combuetión
del gas natural es Ia su"na del aire requerido Por los
componentes-
M"t = Ma CHq + Ma C2H6 (41)
M"t = masa aire total
MaCH4 = masa aire Para Metano
MaC2H6 = maEa aire Para Etano
Kg Aire Kg AireM"t = t5 -23 + 3.55
Kg Comb Kg Comb
Kg AlreM.t 18.78
Kg Conb
Para determinar eI vohiu¡en de aire necesario Para la
combustión ele corrige la masa de aire calculada en
función de la temperatura y Ia preeión.
Va = M-t * va (42)
Va = Volumen de aire tr, tB
M"t = Masa de aire total-
72
m3 aireva = Volunen especf.fico del Alre
Kg Aire
Para calcular eI volunen eEpecffico del aire emplearemoe
la ecuación general para loe gases*
P XVa = RT
Deepejando Va:
( 43)
Va= (44¡
R = Conetante de1 aire.
T = Temperatura oK.
P = Preslon.
Condiciones para el aire.
60"f,IATM.
P
Va=848 X 2881 0K
= 0.815229 x 1.033X10-4
m3 aire
Kg alre
*GORDON, J. Van tüiIlen. y SUNNTAG, Richard E. Fundanentos
de Termodiná¡nica- Editorial Limusa, Méxieo-1980- p.72
73
m3 aireVa= * 0.8152
Kg aire
Va=
Esto significa que para Ia combuetión de un Ke de
combuetible, se requieren 15.3 13 d* aire.
2-2-L.2 Propano. El realizar éete análisie permite
determinar Ia relación aire-combustible requerida para
que se lleve a cabo una buena combustión dentro de1
cilindro y tener por 1o tanto un mejor rendlmiento del
motor -
Kg alre18.78
Kg Cor¡b
m3 aire15.3
Kg Comb
csHa
44
5oz
160
3CO
t32
4H20
72
(45)+
+
+
+
1+ 3. 64
160 Ke 02
44 Ke C3H6
KE 02
Ke C3H6
aire
++L32 KE, CA2 72 Ke H2g
44 Ke C3H6 44 Ke CgHg
Ke CA2 Ke H2O+ L.64
Ma = Masa de
=>Ke C3H6 Ke C3H6
74
Ke A2Ma = 3.64 ------- + O-Zt = 12.39
Ke CgHa
Kg Aire
Kg Comb
Kg AireMa = 17.33
Kg Conb
Corrigiendo Ia maoa de aire calculada en función de
temperatura y presión ee tendrá el volunen de airerequerido.
Va=l't¿*va
Va = Volunen de Aire rr, *3
Kg AlreMa = Masa de aire
Ke cgHg
13 Ai*"va = Volumen especlfico del Aire
Kg Aire
De la ecuación (44):
RTVa=--
P
75
848 X 288Va= A =Q.8152
?,9x1.033x10=
m3 aire
Kc ai-re
Kg aireKg aire m3 aire
Va = 17.33 x 0.8L52Ke CgHa
m3 aireVa = 14.13
Ke C3H6
Como Ia relaeión eetá en función de tte CgHA y ae
m3 airerequiere en -A-----
m" C3Hg
Entonces con la relación:
Lbs llquido
Pies3 de gas
8.55
= 8.55 ; a60 0F
1 ATM
piee3 de gae
Lbe llquido
m3 aire
*3 d" g."
Kg- combustible
1 Ke combuetlble
= O.53
;;-;;;;;'; * -il;-;il;-;-- (46)Va = LA-LB
76
Metros cübicos de aireVa = 26.66
Metros crlbicoa de gas
2-2-Z CáIculo de la rata máeica de combustible-
Z.2.Z.t Gaeo1ina. El obJetivo de eete eáIculo eE
determinar Ia cantidad de corrbustible requerido Para que
se produzea la combustión en e} interior del cilindro del
motor. A partir de eeta informaeión Ee calculará }a rata
másica de gas con eI propóeito de mantener conetante el
rendimiento del motor.
Para éste eálculo te tendrá en cuenta la altura eobre el
nivel del mar a la cual opera el notor para eorregir la
deneidad deI alre-
Pa= 10.330 Xe-O'0O13h (47 )
Pa = Preeión deI aire corregida
h = Altura a la cual se realiza la correceión en metroa-
eiudad CaIi
Altura 1-OOO nCaso
77
Pa = 10.330 Y x e-o'oo13X1'ooo^z
Ke LmZpa = eozo ;r- * ióZ-.*,
Kepa = o. soz ;;,
Para una presión dada hay una densidad dada luego sí g¡e
relaeiona la preeión y densidad aI nivel del mar y Ia
presión a Ia altura coneiderada ee ealcula la densidad
para dieha altura.
le=leDa Do
Pa = Preeión atmosférica corregida
Po = Presión atmoférica aI nivel del mar
Da = Densidad de1 aire a calcular
Do = Deneidad del aire a nlvel del mar
PaXDoü^=clp
(48)
(4e)
7A
0,9o7 KE/emB x o-00129 er/c:m3D=-g 1.ogg Ks/cm?
grDa = O,OO113;;,
iMcl =
Este valor de densidad del aire Ee integra a Ia fórmula
cáIeulox de la rata násica de combustible, introduciendo
todos los valoree correspondientee para cálculos' nog
queda:
Cr-, X Nv X D" X O-zL X N(50)
\ /e 4 xDe
lMcl = Rata Maeica de Gaaolina\/e
Siendo:
Cu = Cilindrada unltaria
Nv = Rendimiento volumétrico
Da = Deneidad del aire calculada
DE = Deneidad del combustible
*DAVltR, Hugo. Cálculo de combustible requerido. SENA.
Bogotá. 1988.
79
N = R.P.M-
N
Si ee de 4 ciclos =>2
Si ee de 2 ciclos =) N
4 = Factor resultado del análieis de Ia combuetión e
inerementado en un tO%
Loe datos eobre el motor utiltzado y combuetible eon loe
siguientes:
Lbs EtDe = 46'81 -irt = o'75 -;;g
Nv = 0.8
N = 3500 R.P.M.
N/Z = 1750 R.P.M-
ErDa = o.oo113 --ñ
cm-
Motor Renault 4 Modelo 75
ct = Boo cm3
cu = ?:oa t*3
Entonees de Ia ecuacion (50) obtenemoe, para máximas
Uni¡rnh|¡d lutrncm¡'üOc¡r. tiUrrtrco
80
revoluciones:
iMcl = 22-L5\ /cx
iMe I = 4-75\ /ev
mt-n
Y para mlnimas revoluciones :
man
2-Z.Z-Z Cálcu1o de la Rata Másica de gae.
Para efectuar este cáleuIo se hace referencia al ealor
liberado por }a gaeolina, que debe ser lgUa} a} liberado
por el gas.
Entonces :
Qs=Qq;Q=McXPC(51)
Qs (52)
(53)
/\= lMc X PCI
\/e
/\Qg = .i Mc X PCI-\/G
Igualando Ias ecuaciones (52) y (53) y despeiando:
B1
M"G =
De }a tabla 2, tenemoe:
PCe = 10'OO0
PCC = 6'500
Entonces :
i Mci - 7.3\ /Gv
Y afectandolo por :
grDG = 0.00177 --3
cm-
Kcal
Ke
KcaI
e?/\; lMci = 34-O
min \ /Gx
/\i Mc X Pcl\/e
lPc i
\/G
( 54)
Er
mrn
KE
Nos queda :
/\"*3/\"*3I Mcl = 4L28 -B ; i Mcl = 19209-0 ----\ lGv nln \ /Gx min
Eetae aon las cantidades de gas requerido Para Ia
eombuetiOn tanto para marcha mlnima como para marcha
alta-
82
La Rata Maeiea es un valor que Ele utiliza
papa calcular la velocidad del gae y a Partir de
veri-ficar lae áreae de conducción. Tanblén noe
calcular la caf.da de presión en Ia tuberÍa.
égta,
permite
I Mcl\ /Gx
Este parámetro tarrbién nos dá una idea de la capacidad
necesaria que debe tener el regulador de gae'
2-2-3 CáIeulo del cielo de trabaio del motor
Se utiliza éste, para deearrollar una expreelón gráfica
que permita comParar eI rendimiento del motor, utilizando
diferentes combustibles, €rl este cago gasolina y gas
licuado de petróIeo (t.P.G- ) -
La simulación matemática Be efeetua suPoniendo los
coeficientes fundamentadoe en la experimentaclón y que ae
pueden calcular, baeandose en eI r¡étodo ProPueeto por v-
I. Grinevitskix
*JARAMILI0, Hebert. Motores de
CáIeuIo del ciclo de trabaio deI
Autónoma de Occidente, CaIi. 1985-
combustión lnterna.
motor- Corporación
83
847
Fv=
ñvt
2 -2.3.t Parámetroa conocidoe*
Potencia nominal = 27 -g K9ü
Máximae Revoluciones = 5O0O
i=4
Poder calorffico del combustiblexx
,/ KCal\Gasolina 1OO0O i ----l
\ Ke/
/ KCaI\Gas propano 6500 ¡ ----i
\ Ke/
Velocidad media de1 pistón: Vp = 20 Yl/See-
*REPARAUTO, Manua1 de reparación Renault 4- 2a edición,
Madrid, €d. ATIKA S-A-
**Tomado de Ia tabla 2
84
Presio¡ compreeión* = 0-68 ( MPa )
2.2-3-Z Parámetros supueeüoe
Exponente Politrópico
Expansión, n2 = 1.265
Compreeión, n1 = L-285
Coeficiente de llenado, a = O-9
Condiciones de loe gases de eacape
/\/\Presión, .lPr l_ , .lPr i. = O-LZ MPa
\- /G \- /e
Temperatura, l t" )^ = looo oK
\/G
Condiciones de Ia mezcla antes de Ia admieión
Presión, (Po)G = 0-134 MPa
= 875 "K/\iTri\/e
*M"di"ión real promedio hecha en eI motor.
85
(Po)" = O'1OO HPa
Temperatura, (To)*, (To)" = 29A oK
Coeficiente de aprovechamiento de calor
(* )G = 0'825
(* )e = O'9o
2.2 .3. 3. CáIculosx
Cantidad teórica del aire neceeario para la combustión de
1 Kg de combuetible.
/ \ 1 / C H Oc\ll,ol - l--- +--- I (55)\ / 0.21\t2 4 32/
Gas (CAH6) ------> H = LB %; C = 82 %
Gasolina (CgHtA) -----> H = t5.8 %; C = 84-Z %
/ \ L /O-82 0.18\lt,oi = l----+----l -0.539 Knol\ /G O.21 \ L2 4 /
/ \ L /0-842 0.158\\ /e o-21\ t2 4 /
*D" ""o"rdo aI procedimiento descrito en el nu¡neral !,2-
86
Cantidad real que partíeipa en Ia eombr¡stio¡ ds 1 Kg de
combuetible, siendo a = 0-9
a = Coeflciente de llenado
La=
Lo( 56)
L = Cantidad real de aire para la combuetión-
Lo = Cantidad teórica.
De Ia ecuación (2)=
L=aLoEntoncee:
LG = 0-9 X 0-539 = 0.485 Knol
Le = O-9 X 0-522 = O'470 KnoI
La cantidad de cada uno de los componentee de los
productoe de combuetión y au auma, teniendo en cuenta
que:
(H/C)6 = 0-222 Para el gag; K = O'55
(H/C)E - O- L875 Para la gasolina; K = O-48
Se halla de acuerdo a lae exPreeiones:
/ 1-a \Mco = 0-421 -------iLo (57)
\1+K /c / l-a \
Mcoe = - O-42i -------ilo (58)4 Lz \1+K /
87
MN = o'79al,o ( 61)
Entonces la euna será:
( MCO * MCO * MH * MH O + MN )G = (MeeSgS)e
0.0146 + 0.0537 + 0.007 + 0.083 + 0.383 = 0.54 ItutoI
( MCO * MCO + MH + MH O + MN )e = (MeeSgS)e
0.0134 + O.O5? + 0.006 + 0-073 + 0.371 = O.52 Kmol
La cantidad de mezcla fresea es:
üF="r,o*-1- (62¡ug
uC = Masa Molecular del Combuetible-
(ug)g = 44*
(ug)" = 114*x
Entoncee de la ecuación (62):
(up)6 = 0.463 IhoI(up)6 = Q-461 Kmol
* MONTOYA, Potes Rafael. Qulmica Orgánica Moderna, 2a
Ed., Edit. Bedout S. A. Mede1lln, L975
** rbid.
El incremento (n) del volumen ee¡:nM = MF - MCeSns (63)
Aplieando esta ecuacion:
(nM)G = 0.077
(nM)g = O-059
El coeficlente de gaaes residualeB re halla con la
expreeión:
To+nT Prt* = -x ----- (64)' Tr (r'Pa - Pr)
Los valoree de (To, rtT, Pr, rv, y Tr)*eon conoeidoe y Pa
se obtiene tanto para gaei como para gasolina con Ia
ecuación (25) -
Pe 0.68Pa= =------ =O.O47MPa
t.,t 81' 285
Entonces:
298 + 25 0-t2(t-)c=-----------X-- =0.1511000 (8x0.o47 - 0.12)
298 + 25 O. 12(t,.)o=-----------X-- =0.173' é 875 (8XO-O47 - O.12)
* Tomado del nuneral 2-2-3-2 Parámetrog aupuestos
89
La temperatura a} final de la admigiÓn es:
To +nT + ( trffr )Ta=
(1 + tr)
Entonces:
298+25+(0-L47KTB5)X1(Ta)g = = 393,7 oK
1+ O-L47
298 + 25 + (O.168X1OOO)X1(Ta)g = = 42O-4 oK
1 + O-168
(65)
UniYrriüd luhnomo L (lcia.rrl
hñ. f¡¡li.rüo
El rendimlento volumétrico para los motoree de 4 tlempoe
ea:/ To \/ 1 \,/ t-Pa Pr \
N,, = l----------l i--------l l--:--- I (66)" \To+nT /\tr-1,/\ Po Po/
De donde:298 1 8XO.O47 0-L2
(N.'.,)e = (Nv)c = ,;;-:;;-,,;-_-;-,,-ol-- ;l-)
= 0.34
La temperatura final de la comPreaión ee:
(Tc)6 = 393.7)€0 '2a5 -- 7L2-L "K
(Tc)g = 420-4)€0'285 = ?60-4 "K
EI coeficiente real de variaeión moleeular es:
O-54 + O-151xO-463(u-)c = ------ ------ r L-L4
0.463( 1 + O.151)
90
La energf.a interna de l MoI al final de la compreeÍón es:
a -52 + O. 173 X 0.461(ü'^)o = ------ ------- = 1-11'o 0.461(1+0.173)
Mezc1a fresca
Uc=(uCvXt)c
Productos de eombuetlón:
uá=(ucvXt)ó
GAS PROPANO
CO2 = 0-154
H2O = L-46
NZ = O-7
(67)
(68)
Donde UC' es eI resultado de Ia suma de los produetos de
calor especlfico y fracción volpmétriea de eada uno de
loe productoe de combuetlón, así:
uCi = (uCv X r)CO + (uCv X r)gg + (uCv X r)p +
(uCvXr)¡¡9 +(uCvXr)N (69)
Si asumimos combustión completa los produetos de
combustión serán CO, HZO, NZ, cuya temPeratura es (Tc)G'
(Tc)g conocida y loe porcentajee: hallamos los calores
especLficos:
GASOLINA
o.L74
o.081
o-745
91
Entonces de Ia TABLA* 3:
(uCv)gg = 2F.600 tKJ/(rmoroc)l
(uCv)g o = 28-674 tKJ/(Kmoloc)l
(uCv)* = 22 - L27 ÍKJ / (fr¡otOC) l
v:
(uci)6 = 28.600X0.154 + 28-674X0.146 + 22-t27XA-7
= 24-OAO IKJ¡1I{noI "C)l
(uc.r)* = 28-6OOXO -L74 + 28.674XO.081 + 22-t27XO.745 =
-- 23.748 IKJ/(Iturol 'C)l
Entonces de Ia ecuación (68):
(Ui)6 = 24'080X439'1 = 10573 tKJ'zfrmoll
(Uó)s = 23,784X487-Q = 11592 [KJ,/Knol]
Y para |a ecuación (67) se adoPta eI calor eepeclfico del
aire a las mismas condiciones, entonees:
(Uc)G = 2L,590X439,1 = 9480'1 tKJrz͡noll
(Uc)s = 2L,650X487,4 -- 105552 tKJ,/Kmoll
EI calor no deeprendido por efecto de }a combuetión eetá
x ;RneUtLLO, Hebert. Conferencia Sobre CáIculo del Ciclo
de Trabajo del Motor-Corporaeión Univereitaria Autónoma
de Occidente. Cali, 1985-
92
entre 10-15%. AdoptamoE H = 0.13 y e1 calor mínimo
producido en la combustión es:
(H.r)C = 43,5 tMJ'zlholl
(\)e = 44 [MJ,/Knot]
La ecuaclón de combustión para loe motoree de carburador:
f,(Hu - Hu)fi1) Uc + truóu-Uj = -o------ + ------ (70)La Mr(1+tr) (1+t")
Entoneee:
0.825(43,5-43,5x0.13) 9,48O1+(0-151x10'573)(u-Ui)c = + ------L 4v o.4og(1+o-151) (1+0.151)
= 69,986 tKJ,zlholl
O.9( 44,0-44,0x0. 13) 10,5552+(O-173x11'5923)(u-Ui)o = --- +LPá 0.461(1+o.173) (1+0.173)
= 7Q-879 tKJ,/I{mo}l
v:69,986
(U- )r: =z)G - --i.i¿ = 61,391
'lo,B79(ui)- = = 63,855z)E - 1-11
Por Ia expreeión:
93
uu = (uvc x E)z (71)
Coneultando Ia TABLA# p**. loa valores de Energia Interna
calculados y como a = O.9 ele encuentra que:
/ 23OO oC -----, V; - 67,2127+ -lva -ta \ 24oo oc -----, v; = 73'8820
Asumiendo gue Ia energl.a interna varía linealmente con la
temFeratura ae interpola y se halla:(tz)C = 2334 oC
(t)g = 2363'5 "C
La preeión calculada para el final de Ia combuetión se
determina con Ia ecuación:
p u = u" t -13- le" fiz)
Entonces:
(Pz)c = 1.14x(26O7/7t2.1)xO-68 = 1-838 MPa
(Pz)g = 1.11x(2636-5/760-4)xO.68 = 2'617 MPa
EI Grado de Elevaci.ón de la Preeión se halla de:
tD = Pz/Pc
Por 1o Tanto:
iDc=2.838/0.68=4.I7
ñg=2-6t7/O.68=3.85Y Ia presión máxima de1 ciclo eonsiderando eI redondeo
* JAneMrLLo, H. op- cit- Tabla 4 pal- 50
94
del diagrama con la eeuacio¡;
Pá = 0.B5Pz
es:
(P;)G = 2'4L tMPal
(P;)e = 2-22 tMPal
Ira presión y Ia temperatura al final de la expaneión ee:
Pb=Q=/eun ) (75)
Tb = (Tz/srn -L7 (76)
Asi que:
(PU)q = 1.838,/81 '265 = Q.2 MPa
(T6)q = l-607/80'265 - 1502-5 oK
v:(Pb)s = l-6L7/81'265 - 0.188 MPa
(Tb)e = 2636 -5/8o'265 = 1519.5 "K
La Presión Media Indicada (Pni) será:
F,,D /6 1 1 1 \Pmi = P"-=-;-.1-----(1- ---:-:T-)- ------(1- -----:--) i
rv-r r n2-1 rrrn -I n1-1 "rrt -t /
Ecuación (77)
Lo que noe da:
(Pni)G =
95
^L -285E /4-L7 1 1 1 \o'04?x--------l -----(1- -7--==--)- ------t 1- ------\ |
B - 1 \ 0.265 Bi:t85--'- ;,;;;--' aa-285')
= Q.495 MPa
(Pmi)g =
81-285 /3.85 1 1 1 \0-047x-- l------(1- -ñ------)- ------(1- ------ll
B - I \ 0.265 BJ:285--'- ó-;;;-'- ia-zas')
= Q.446 MPa
si Ia preeión que se gaeta en vencer la fricción de los
necanienos auxiliaree es:
Pm=A+BVn (78)
Donde A y B se determinan de la TABLA I (Jaranlllo, H.,
Op- Cit. p¡e. 30) para el tipo de motor v Vp = 2Q m/s,ee'
Pm = O-05 + O-O155x2O - 0.26 MPa-
La Preeión Media Efectiva:
Pmef = Pni - Pm (79)
Entoncee:
(Pref )G = 0.495 - 0-36 = 0-135
(Puref )g = 0-446 - 0.36 = 0-O86
Y el Rendimiento Mecánico:
nm = Pmef/Pmi (80)
96
(nrr)C = O. L35/O-495 = Q-27
(rr)e = 0.086,/0 -446 = 0. 19
La Potencia Indicada de Ia ecuación (2L) eE:
(Pi)g = L7,47 Kvt
(Pi)e = 15.74 Kw
La Potencia Media Efectiva de Ia ecuación* (22) eE¡:
(Pe)n = Q-76 Kw
(Pe)* = 3.03 Kw
El Rendimiento Indlcado ee:
ni = (Potencia Indicada)/(Potencia Máxina) (81)
Lo que eignifica que:
(nl)c = L7.47/27.$ = 0.63
(ti)g = L5-74/27.$ = 0.56
El Rendimiento Global según la ecuación (18) eB:
Dc=O-63x0-27-O-L?ñg=O.56xO'19-O'11
2-2.3.4. RESULTADOS DEL CALCULO
Los valores representativoe y significativoe de loe
reeultadoe ae recogieron en Ia TABITA 3' para una meior
vieualización del comportaniento del motor con anbos
* Para la Potencia en Kw, Presj-ón en N,/mZ, la Cilindrada
"r, 13, n en r.ev/s,eg-
combuetiblea.
TABLA 3 Reeunen
motor
97
de resultados del cálculo del ciclo del
GASOLINA
Pmt
Pi
P*t
Pe
qn
n1
n
Pa
Ta
Pb
Tb
Pc
Tc
Pz
Tz
o-446
L5.74
0 .086
3.03
o. 19
0-56
0.11
o.o47
420 -4
0.188
1519.5
0.68
760 -4
1. 11
2636 - 5
o.495
t7.47
o-135
4.7 6
o.27
o-63
o. 17
o -o47 '
393.7
o.2
1502.5
o.68
7 L2.L
t.L4
2607 -O
2.2.4. CALCI'LO DE PARAI{ETROS PARA EL GAS.
2-2-4-L- CALCUI,O DE LA VELOCIDAD DEL GAS. Se
velocidad ¡>ara verificar en que rango ae
calcula eeta
encuentra y
98
determinar eI a¡s¿ necesaria de ftujo; ae utilizará el
consumo a máximae revoluciones de1 motor para dicho
cálculo.
De }a ecuación*:
Mc=DXSXAdonde : Mc = FluJo Másico
D = Densidad
A = Area
S = Veloeidad
Despejando Ia velocidad (S) ge tiene:
(82)
S=Mc,/(DXA)
Endonde fi=(nXOZ)/q
Reemplazando Ia ecuación (84) en la (8S¡ ee tiene:g = (L-27 X Mc )/(D X d2)
Datoe**:
Mc = 34 gr/mín
D = O.OO1?? er/em3
(831
(84)
(85)
El rango de velocidad para fluidoe coutpresiblee es del
x Uen¡fS, Manua} del Ingeniero Mecánico.Za Ed. en Español,
Edit. Mcgraw-Hill Latinoane- S- A- o Bogotá, 1982 pg. 3-42** rbid
orden de Softr/seg =
teórico en función
9-15 m/aeg- Por
de eete parámetro
99
1o tanto, el diás¡str,¡gll
es de F/Lg
P Tuberia
Pulgadas Cm
DesEr/Cm" m/ee$dZ CmZ
McBr/mLn
5/32
3/L6
t/45/L6
3/8
0.396
0.476
o-635
o.74
o -25
0.157
a -227
o.40
0.63
o.90
0.00177
0.00177
o.0o177
0.00177
o.00177
25.8L
17.93
10. o
6.51
4.26
34
34
34
34
34
2.2.4.2. CALCUI,o DEL NIJMERO DE REYNOLDS.
Se calcula eI nrlnero de Reynolds* "on el obietivo de
evaluar posteriormente la eaida de presión en Ia tubería
y recongiderar lae dimeneionee de Ia tubería a utilizar.
Re=
d
u
Mc
Mc6. 31
dXu
Diámetro Interno
Viecocidad
Flujo Comb.
( 86)
* MARKS, op- cit. Pag g-57
100
P Tuberia
Pulgadas
uPoieeon
ReMcLb/7tr
5/32
3/L6
L/4
5/L6
3/8
0.156
o -1874
0.250
o.3L25
0.375
o. 05
0-05
o. 05
0.05
0. 05
4-49
4 -49
4.49
4-49
4-49
3632.3
3022.O
2266 -5
t8L3 -24
1511 - 0
2-2.4-3 Cálculo de1 factor de frieción-
cáleulo de1 faetor de fricción ea
posteriormente Ia eaida de presión en la
EI objeto de1
poder evaluar
tubería:
I Tuberla
o - 0176
o.021
o. o2B
o.035
o -o42
Re
2.2-4-4 Caida de Preeión por eada 1OO ft de longitud de
tuberfa eete dato nos eirve para regular Ia presión de
trabajo en función de la longitud de la tubería y evaluar
101
e1 diáurstro de tuberia Éeleccionado.
tXMcZPtoo 0.000336
db xD
I tuberla/\!PSI;KPAi\/
fDd5 Ptoo
5/32"
3/L6"
L/4"
5/L6"
9.30x10-5 0.05
2.30*10-4 o.o5
9.70x10-4 o.05
2.98x10-3 0.05
o. 0176
0.021
o.a28
0 .035
20. 16
20. 16
20-16
2A -L6
25.63
L2.36
3-91
1.59
22
84
26 -6
10.8
Si en 100 pies ee
en 1O pies que eE
Si la longitud
pérdida menor-
P TUBERIA
tiene Ia pérdida de presión, ae evalua
Ia longitud conEiderada en el vehlculo-
ee disminuye aI máximo ae tendrá una
P10O Psi P1O Psi KPa
5/32
3/t6
L/4
5/L6
25 -63
12.36
3.91
1.54
2 -56
L -23
o-39
o. 15
L7 -4
8.36
2 -65
L -O2
Luego Ee podrá elegir un diámetro de 3/L6" ya que las
LO2
pérdidas son mlnimasr y la influenci-a de la velocidad no
es tan trascendente por Eer un tramo corto.
2-2-S Cálculo de áreas
2.2-5.L CáIculo del área de circulación corrbuetible gae.
Eete cálculo ee realiza con Ia finalidad de determinar eI
área para eI flujo de combuetible gaseoao y eontrolar larelación de aire-combustible óptimo para elfuncionamiento del motor-
Aparte de1 análisis del mecanismo de aceleración (control
de gas a diferentes R.P.M. ) con relación aI ánEulo de
giro de la válwula se concluye 1o siguiente: Cuando Ia
válvula gira cierto número de grados, eI ángulo formado
en eI sector cireular entre eI orlflelo de entrada de gae
a Ia base y eI orifieio de ealida en Ia válwula eel e}
doble de grados-
JUSTIFICACION : Cuando los dos orificioe eetán tangentee elángulo de giro es cero gradoe luego no se forma seetor
circular.
Cuando 1oe dos orificios eetán Euperpueetos eI ángulo del
sector eE 18 grados y Ia válvula ha girado un ángulo de
90 grados (Vease Figura 22) -
o(9
l¡¡ozI(,J3C'EC)
t¡¡.ol¡¡E
N.N
É,9IIL
l¡¡a@
l¡l J
dtrooe<r=u,c)oaf-g--1
=É,J¡-
U, lrloo9gll t¡-5E
N
LO4
Para calcular eI á¡s¿ ds flujo de gas se requiere 1o
siguiente:
1. Calcular eI área del eector circular
2- Calcular eI área del üriángulo que forma en el sector
circular.
3. Reetar eI área de1 triánEulo aI área del sector
circular.
Area de1 eector circular* formada (Veaee Flguna 23A)
r xR2 xgA=--secEor
360(88)
Area de} triángulo de1 seetor circular (Vease Figura 238) -
c xh(8e)
(eo)
Atriánguro =
eC = base = R1 Sen
2
eh = Altura = R1 Cos -;- ( e1)
La diferencia noe dá una parte del área en cueetión
(Vease Fieura 244) -
x BALDOR, J. A- Geometría Plana y del espacio 2a Ed. Edit
VascoAmericana S. A. Bilbao España L967 pg 224-228
ÉJDC'É-(,GoF(ttrloJ
- l¡l-ñ
I
=o-l-ui-=035C)FÍlí,
=
E31.(9üeoEJFl¡l JoHf= l¡lEE
j.¡
r;c¡
ED(9
.|¡.
E{<-l()=Eá5s5ql¡¡ rot u¡Jc¡Hse5ñEHHJ<HHlrl l¡fÉÉ
<aitNÉDIIL
LO7
Luego eI área para el flujo de E¿;g', será el doble.
( f isura 24 B) -
Avar.rr,-rr" = 2 [A"e"tor Arrlángulo ] (92)
Reemplazando las ecuacionee 88, 90, 91 y 92 ee tiene:
I¡ aR2elee:-- R2 x sen --- x coe ---
360122
aR2e1,ree
- R¿' (2 Sen --- X Cos --- )180L22
eePero Sen I = 2 Sen X Coe --- (93)
22
nR2e1
=> AváIrrol. = --:- - Rz x sen e180 1
/\ñ i te€ I
= R¿ i ---- - Sen€!1\18O /
(e4)
Pero además 2A = I por que el ángulo de }a válvula ee de
108
90"; entonces:
Av"t.ror* = R21
aASen 2Q
90(e5)
2-2-5.2 Cáleulo del área proyectada por 1a mariposa. EI
objetivo de calcular eeta área ee determinar eI área
dieponible para la eirculación de aire y así controlar Ia
relación aire combustible requerida para el buen
funeionaniento del motor.
De la figura 25 tenemog que:
xz +yz =R2* (90)22
Y1 - YZ Coe;A (97)
x1 = k (98¡
Despejando (97) y elevando al cuadrado:
Y1 ñ /Yt \2Yo=' CoaA 2 \CosA/
Reemplazando en (96¡, (97) y (98) nos queda:
(ee)
x uAnrsr op-cit-
1=oHE
lrloul5f¡¡ |¡|
Po.8
fig5=útN
É=9l¡-
Ur¡rd¡di ¡nüñónri--d-mhtl
110
rt '/ Y1 \?xo + l--- i -- Rz1 \CosA/
Multlplicando por Coez@ v deepeiando Y2¡
P x eoeZa + Y2 = Rz N' coeZg11
Yz = Rz x cosza * x coeZa11
/\yz = coeza'lRz-*i1\L/
/---------\Y1 = cor,6 ri nz x?
1
(100)
El área baio la eurva es:
. A"r¡"',r- =
R
Yldx_R
( 101)
111
Integral* d" Ia forma:
A=| /__-------\llfrt)\
i\i a6 Yf ( 103)
( 104)
\I Rv tl¿1 ¡r
¡ta ll
/ i-R(105)
Cuya solución es:
X___+ca
X
2
X
2
\l-;r---iz-\ * 1tu",,-t
Los llmites eon -R V R, entoncee:
A"rr"'t. = Qoa6a2
+2,
Ilañ
\i a¿-xá Sen-1
Efectuando Ia evaluación entre limitee:
nR2A"rr"',r" = cosra *
Como se ha tomado medla sección, entoncee
proyectada es eI doble:
Atot"l proyectada = cou,6 x nR2
( 106)
eI area total
* MRnrs- op. cit. pE 2 4l
tL2
Ahora eI área dieponible para eI fluio de} aire eerá
igual a la diferencia entre:
-El área de la eeeción donde eetá ubicada la mariposa en
eI carburador-
-EI área total proyectada:
Amariposa = nRZ coe¡6 x nRZ (107)3
RB = Radio de Ia sección.
R = Radio de Ia maripoea
g = Angulo de levanbamLenüo de Ia marlPoga-
Pero, RB = R
Entonces:
\ariposa = R x Rz ( 1 - Qosla ) (1oB)
2.2.5-3 Relaeión de áreae para aire - gas' A partir de
Iae ecuaciones desarrolladas ge tabulan las áreas en
función del áneulo de giro tanto de la marlPoea de
aceleraeión ecuación (108) eomo de la válvula
dosificadora ecuación 95. Ver tabla 3. Muestra una
relación de éetas con el propóeito de observa a loe
diferentee valoree del ángulo como Ele comPorüan (figura
26) -
113
TABIA 4 Datos sobre relacion de áreae Para aire-Eas
&nariposa
Aválvula
= nRZ (1 -CoaO) ; RZ = 16nn'
/rlo\I ---- SenO I ; Rl = 2mm'\90 /
2
=Rz1
aAa Coe A Sen O Ao,"* \ar
o5
1015202530323537404245475052555760657075808590
10.996o-9850.966o-9390.906o.8660.8480.8190.7980.766o-743o -707o -6820.6430.615o-573o -5440.500o -423o.3420.259o -L74o.o87
o
o0.173o -3420.500o -6420.766o.8660.8980.9390.961o.984o .9941. OOOo.9970.985o .9700.939o.9130.8660.766o.6430.500o -3420.173
o
oo -t74o.3490.5230-698a -872L.A47L.LL7L.22LL.29L1.3961.4661.5701.640t.7451.8151.9191.9892.a942.2682 -4432 -6LA2.7922 -9673. L4L
03.2t7
t2 -06427 .34449 - 05975.599
107 .769L22 -246145.569162.458188. 194206. 692?'35.645255 -75L287 -tL6309.635343 - 4L4366.737402,.L24464.051529.195595. g4B664.309734 -2788.04.248
oo-o04o. o2B0 .092o -224o -424o -7240.876t.L281.3201.6481.888z.ZBO2 -5703.0403.38O3.9204.3044.9206.0087 .2008.4729.800
11.1761? .566
oE8
80
7Z
64
56
4E
40
32
24
t6
E
ArE fI R (t-CotOl
a= 2 Rl( ffi-srne.c* ldp
7@ 800
A,{mm l2
FIGURA 26. RELAC¡ON DE AREAS PARA AIRE.GAS
2-2.6- Transferencia de calor-
115
La traneferencia de ealor
por vaporización, ein agitación mecánlea, €t obvlamente
una comblnación de convección ordlnarla en eI }f-euido
y eonveceión adicional producida por Ia aecensión de lae
burbujas de vapor, 9.io diferenciae de tenperaturae muy
pequeñae entre Ia pared de1 ctlindro y el lfeuldo en
ebullición- La formación de las burbujae tiene lugar
Ientamente y Ia velocidad de transferencia de calor es
eaeneialmente la de convecclón }ibre-
cuando ae emplea un delta de temperatura mayor que el
crLt,ico, É€ }ogran coeficiente de vaporizaeión nenores y
e} flujo de calor decreee similarmente, Ée sigue
entonces gue las grandes diferencias de temperaturas tan
favorables para Ia conduceión y convección Pueden en
realidad ser un impedimento para Ia vaporización.
se ha encontrado que los faetoreg qrre afectan la
velocidad de trangferencia de calor Por vaporización en
los recipientes, han dificultado Ia obtención de una o
mas correlacionee aplicables a la mayorf.a de loe
lfqui-doe.
Eetoe factores son:
Naturaleza de Ia euperfieie y diatribución de las
116
burbujas-
Tensión euperficial
Coeficlente de expansión
Viscosidad
Influencia de Ia üemperatura sobre }a fornación y vigor
de las burbujae.
Se hace neceeario aclarar loe términoe de vaPorización y
ebullición ya que ee mencionan continuanente-
La vaporización sucede eólo en la superficie del lfeuido
y se produce a todas las temperaturas' dePendiendo de la
naturaleza del lfquido expuesto, Ias corrientee de aire
que retiran de Ia parte superior de} llquido eI vapor que
ae halla formado y Ia dleninución de Ia Presión que se
esté ejerciendo sobre eI Ilquido-
La ebullición eB una evaporación rápida o tr¡rrultuosa que
se logra por eI er¡¡inietro de calor o Ia reducción de la
presión y se percibe Por las burbuias que suben a }a
superficie.
Cuando e¡e trabaia con gas licuado de petróleo,8€
LL7
aproveeha }a tendeneia de eete a eetcaPar de Étu
recipiente que ee utiliza Para mover eI gas a Io largo de
Ia tuberla haeta Ia modlficación del carburador. La
temperatura anblente afecta grandemente Ia preeión dentro
del cilindro. A una temPeratura eepeeificada un llquido
en contaeto con ar¡ vapor só]o puede estar en equilibrio
con éste a una sola preeión, Bü presión de vapor- Una
presión demasiado baja eignifica que no fluirá euficiente
gas aI motor.
La tabla 5A nos muestra valores de preeión de vaPor y
temperatura exterior deI reciPiente.
A medida que Ia presión va disminuyendo Ia ter¡peratura
para mantener un equilibrio también digminuye, pudiéndose
obeervar una condensación de la húmedad del aire
alrededor del cilindro si Ia preeión desciende muy
rapida4ente, situación gue no sucede, ya que la tendencia
es de mantenerse Ia Prealón a un valor eonstante' por 1o
tanto el delta de temperatura ea muy pequeño-
Facilitándose de esta manera mantener el eetado de vapor
del propano, sin que ocurra condensación aI
exterior del cilindro-
La tabla 58 nos mueatra lae presiones de condensación del
gas licuado de petróleo eomercial y lae temperaturaE¡
1a
T¡bl¡ 5A Datos sobre l¿ Presion
Presion del vapor
Terperatura erterior, grados Fahrenheit
-20 -10 0 l0 20 30 {0 50 60 70 80 90 100
t00 Propano ll.5 17.5 2{.5 3{ 42 53 65 78 93 ll0 128 t50 l7l
70t Propano 4.7 9 t5 20.5 28 36.5 {6 56 68 82 96 ll4 134
301 But¡no
50t Propano 3.5 7.6 12.3 17.8 24,5 32.{ 4l 50 61 74 88 l0{
50I But¡no
30I Propano ?.3 5.9 10.2 15.{ 21.5 28'5 36.5 {5 5{ 66 79
70I But¡no
l00l But¡no 3.1 6.9 ll.5 ll 23 30 38
Fisher [ontrol. A Pr¡tital guide to Lp Ees lftilitation.
119
TABLA 5B Presiones de condeneaeión (Rocio) der gas L'P'comercial *
PSIG
Propano Mezc1a ButanoTemperatura Comerclal 60-40 Comercial
-30
-25
-20
-15
-10
5
0
20
25
30
35
40
45
50
55
60
5,9
8,3
11, 1
14,0
t'| ,2
2A,5
24, t3,2
512
7,3
9,7 1,3
L2,2 3, O
15, O 4,9
6'9
9,1
11,6
* Reproduccióq del }ibro "A Practical euide to LP-Gasutilization" (Gufa Práctica Para }a utilización delGas-LP) - Fieher Control - Pae 4-
Üú¡nifrd tutooomo drDc¡r liU¡¡trto :
L20
reapectivas a lae cuales estarl'a licuado eI gae'
Las instalaciones que uEan eI gae L.P. neceeitan de la
preelón de vapor para operar eficientemente' Por que ei
lae presiones son muy elevadas se Puede condensar eI
vapor a llquido si la temperatura ambiente ea 1o
euficientemente baia. Por eiemplo, una preaión de 10
Iibras por pulgada euadrada (PSIG) de gae Propano
comercial produeirá la condensación si Ia temperatura
amblente es de -25 gradoe Fahrenheit Porque la preelón de
condensación a e8a temperatura es de 8,3 PSIG o mayor-
DISEÑO
Una vez estabtecldos todos los paranstroe neceearios de
dieeño, Bp realiza Ia eelección de elementos que eetán
diepontblee en eI mereado y ee proeede a la eonetrucción
de aquellos que no 1o están Por aer de concepción
original.
3.1 SELECCION DE ELEMENTOS
3.1.1. REGULADORES#. Selecclonar eete elemento lmpllca
coneiderar aepectoe técnicoe, pedagÓgicoe y económicoe-
Técnicos, porque debe cur¡plir con loe paránetros
exigidos por eI diseño, po6 eiemplo: se requiere nanejaremó
aproxinadamente 2O.OOO 1o que noe da un equivalenteMin
en pies cúbieoe por hora de 42 [c.f.lt.] que ea una
unidad que se emplea mucho en nueetro medio Para
eeleeclón de un regulador. La presion de trabaio para
garantizar este fluio es de 34KPa equivalente a SPSI
3.
SHERWOOD. Liquefied
Printed USA LP 8.87
Petroleum Gas Control Equipment.
Pag. 37
L?,2
Pá.rámetroE¡ que cumPle satisfactorj-amente eI regulador BP-
R18.
PedagógicoB, porque permitirá variar los valoree de
preEión y caudal para futuras apl-icacionea en eI
laboratorio de notores-
Económicos, porque Permite deeidir deede e1 máe
económico como eI de aplicación doméetica haeta eI máe
sofisticado para aplieacionea industrialeg'
g.L.Z Ctlindro. La selecci-ón del cilindro obedece a loe
de criterioe de facilidad de adquisiclón y tanaño.
Facilidad de adquleiclón, porque comercialmente Puede
aer comprado a diferencia de otros gaaea combu5tibles
euyoÉr cilindroa aon alquiladoe-
Tamaño. Por aer el menor que ae consigue con
capacidad inferior a 1OO libras.
3.1-g Mangueras*. Para Ia eelección de Ia manguera e¡e
tuvo en cuenta:
Tomado del catálogo de Mangueras de Producción
Nacional de Goodyear de colombia s-A-, cali, colombia-
L23
E} tipo de fluidcl a manejar, gas Propano' el cual no
ataca eI meterial con eI eual está conetruLda.
La preeión de trabaJo. La manguera cumple eete
requisito ya que Ia preeión de trabaio eg de 34KPa y ella
soporta hasta Z?OOKPa.
-Diámetro rnterno' El diánetro de la nanguera para e}
flujo de gas requerido es de 5,216, tomando como paráneüro
Ia velocidad para fluio de gae a baJa preelón de 9-15
m,/see. Se hicieron Pruebae tomando diámetros Por debaio
der careulado y er motor no presentó ning¡1n tipo de
falla: ae eelecclonó un diánetro interno de 5,/16 ya que
acopla eI racor comercial de L/8 N.P-T. Ref B-12O-
3.L.4 Flltro. Se eecogió eI filtro que se utiliza en loe
conjuntos de conversión importados de1 Canadá con el
criterio de brindar protección a }a electro válvu}a Para
flujo de gas.
3.1.5 Diafragma. Se selecciona el mismo diafragma que
tj-ene eI eietema de inyecelón del carburador utilizado
con eI propósito de disminuir Ia cantidad de referencias
en el momento de un reemplazo.
3.1.6 Mecanismo de accionamiento
carburadoreE solex utilizan éste
manual. Los
mecanisno de
L24
aecionamiento para aetuar eI eistema de arranque en frio
(choke) y se seleceionó eI que tlene el eervicio
adlcional de interruptor, el cual fue empleado Para
activar la electroválvula para fluio de gas-
3.L.7 Electroválvulas
3.1.7.1 FLUJO DE GAS.
Para Ia selección de la electroválvu1a ae tuvo
Ia sección transversal que cumpliera con las
de consurio aI igual que el coeto-
ta electrováIvu1a Ref- L-416 Para equiPoe de
cunple y eatisface 1o anterior-
en cuenta
exigenciag
conversaon
9.I.7 .Z MECANISMO DE ACCIONAMIENTO ALTERNATIVO.
EI tipo de electroválvula empleado en eete mecani-smo ea
eI tipo de Retención y 8le emplea para Poeicionar la
palanca de accionamiento de corte de gasolina tanto Por
el eurtidor PrinciPal como Por el diafraEma de1 SISTEMA
DE INYECCION.
El valor de Ia fuerza de retención medido en la
electroválvula est e 3 Kgf. La medición de loe resortes de
recuperación de los diafragmas de corte dió un valor de
0.5 Kgf 1o eual noE permite determinar que no tendremos
problemae de retención-
L25
3. 1.8. VALWLA DOSIFICADORA-
Es del tipo utilizado en estufae de ueo doméstico. Se
adapta a lae neceeldadee por eI área de conducclón
requerida, teniendo en cuenta lae pérdidae por fricción,
calculadas en el punto 2-2-3-4-, pop eI recorrido angular
de eu eje y bajo costo de adquisición.
3.2 CONSTRUCCION DE ELEMENTOS.
3-2-L Baee-
3.2.1.1 Material seleccionado. Para la eeleeción del
material ae tuvo en cuenta Ia facilidad para eI
maquinado, au buena eonductividad térmica, sü valor
comercial y eu peero- Ira tabla 6* lluetra eI porqué de Ia
decisión- Para aplieación comercial se reeomienda
construirla en hierro de fundieión para control por
deformaeión de Ia baee del carburador.
3-2-L-Z Geometrf.a. El espeeor
cáIculo del área requerida para
diámetro de los racorea
seleccionados y la neceeidad de
se determinó a I>artir del
el flujo de gag, del
conectores comerciales
controlar la deformación.
xF*"d" d"tKarlekar y R.
libro Traneferencia de
M- Desmond 2a Edición-
CaLor de B. V.
L26
TABLA 6 Propiedadee flsieas y costo de los materialee.
HateríaI MaquinabiIidad
Conductivi-dad térmicaw/"k
Peao especlficoN,/mó
ValorComercialPeeoe/m
Aluminio
Cobre
Hierro
Bronce
Buena
Buena
Buena
Buena
230
382
73
26,6
87 ,3
76,0
80.1
L7400
56800
L2752
35400
La forma de la pieza se determina
confiEuración de la base del carburador
partir de
modificar.
1a
3.2.1.3 Conetrucción. Para Ia conetrueción se requirió
un proceso de maquinado en el torno en eI eual ae
praeticó un orificio central a manera de garganta, y dos
ranuraE, tlna para recirculación del gas y Ia otra Para
su¡¡inistro al motor, a Ia ranura Para recirculación se le
realizaron dos perforaciones laterales roecadas para
entrada y salida del gae eombustible- (vease Figura 27) -
En Ia ranura de Ia cara opueeta se le Practicó un
orificio roscado para montaje de Ia váIvula doeificadora
Cul¿ C-t\
Cor/¿ E-F
FIGURA 27. BASE
L28
y aeia perforaeionee inclinadas equivalentee aI área de
1a ranura que ae comr¡nica con el orificio eentral o
garganta. Se realizaron dos perforacionee para engamble
al multiple de admieión del motor.
3-2.2 Mecaniemo de doeificación de gae- Coneta de dos
cuerI¡oEr unidog nedlante un eaparrago de fl.Jación (Veaee
Fieura 28) y una váIvula doeificadora.
3-2-2-I Función general- Permite variar y mantener Ia
relación aire-gas a diferentes regimenes de velocidad del
motor-
3-2-2-2 Cuerpo inferior
3-Z-2.2-L Funclón eepeeifiea. Controla eI flujo de gae
para Eiraduar las revolucionee mfnimae a que funciona el
motor-
3 -2 -2 -2 -Z Componentes
El linitador de recorrido
EI dado
Resorte de recuperación
Tornillo de reeulación de marcha minima
3-2-2-2-g Descripción y acoplamiento
=I?IEu¡or(,agfJGrrl ü)Ei l¡¡-c¡9z6u¡7o=<d(,EHa;c¡
É=(t-L
Unhusfd¡d luññilo ó (laia.it¡'¡|tr f¡u¡lro
13C
EI llmitador de reeorrldo inferior (vease Flgura 29 )
tiene una aleta mediante Ia cual se obtiene el movimiento
oscilatorio, y una ranura circular que permi-te eI
aloJamlento de un pa6ador que evita e} deeplaza.nlento
Iateral relativo entre eete y eI dado. Va solldario al
eje de Ia valvula doeificadora de gae Por lntermedio de
un paeador.
El dado (Veaee Figura 30 ) eE un cuerPo ctlbieo
rectángular con un orificio que aloia aI limitador de
recorrido inferior; una caia con un rango de oecilación
para alojar eI tornillo de reEulación de marcha mlnima'
el cual permite graduar Ia poelclón relativa entre Ia
aleta y el dado; eI reeorte de recuperación mantiene la
aleta en contacto permanente con e} tornillo de
regulación de marcha mínima.
una vez realizado e} reglaje de }a marcha mlnima eI
cuerpo inferior ee comPorta como una eola Pieza'
g-2.2-2-4 Reglaie de marcha ml.nima. El limitador de
recorrido inferior eolidario al eie de la válvu}a
doeificadora de gaa determina eI mayor o menor fluio de
gaa. Girar el tornillo de regulación de marcha mfnima en
eentido de las manecillas del reloi permite disminuir la
apertura de Ia váIvula, caco contrarlo abrirá éeta-
I \s
\
I
I
4 9,s
éfi,7
\l.D\$
FIGURA 29. LI]úITADOR DE RECORRIDO INFERIOR
FIqJRA 30. DADO
133
3.2 -2 -3 Cuerpo superior.
3.2 .2 . 3. 1 Funcion especif ica. Varf a la apertura de la
válvula doeificadora de gae en relaeión con eI movimiento
de la mariposa del carburador.
3 -Z -Z -3 .? ComPonentee.
Limitador de recorrido auPerior
Rótula de recorrido
Reeorte posicionador
Tuerca de fiJación
Tornillo de regulación de marcha alta
g -2 -2 - 3 _ 3 Descripción y aeopla¡niento. EI limitador
del recorrido suPerior (Véase Figura 31) tiene un
orificio roscado pasante, €[ uno de cuyog extremos g'e
acopla el eeparrago de fiiación, (Véaee Figura 32), y en
e} otro extremo, €1 tornillo de regUlaeión de mareha
alta. Dentro ae aloia el reeorte posicionador y Ia rotula
de recorrido (Véase Figura 33); Tiene una ranura
longitudinal que Perlnite el desPlazarifento de Ia rotula
de recorrido.
3-2-2-3-4 Reglaie de marcha alta. Este cuerpo Permite
variar la distancia entre el eie de la válvula
lt
ll
ll
ll
ll
lltl
rl
llrl
llII
II
F¡GURA 3I. LIM¡TADOR DE RECORRIDO SUPERTOR
FIGURA32. ESPARRAGO DE R..IACION
nf)
\D
\
Crondof-V
FIGURA 53. ROTU-A DE RECORRIDO
\ I l- ast\\
\t/
t37
dosifieadora y la rotula de recorrido; introduciendo el
tornillo de reEulación de marcha alta dieminuye eeta, 1o
cual hace que el ángulo de apertura de la válvula aea
mayor, caso contrario éste disminuye ya que Ia dj.staneia
desde eI eje de la maripoea del carburador y su punto de
conexlón con la biela no varlan dl igUal que la biela de
eonexión- La tuerca de fijación (veaee Figura 34)
agegura eI tornillo de regulación.
mecanismo de doeificación en conjunto es moetrado en
figura 35.
3-2-3 Mecaniemo de eorte de gaeolina
EI
1a
3.2.3.1 Función general-
gasolina aI motor-
Corta eI sr¡Íiinistro de
3.2 -3 -Z Conponentes
Diafragma de obturación
Palanca de aecionamiento
Guaya y/o eLectrovalvula de accionaniento
3.2 -3 -2 -1 Diafragma de obturación-
de:
Este a su vez consta
FIGT'RA 34. TI.ERCA DE FI.IACION
=9<\¿J=3!¿>
E3a=¡¡c,clg^F=z-)w2===oü()Eñútt)EDIl¡-
Un f,rsidrd luhmmo d¡
|}c'¡ l¡U¡rtco
t40
Aguja de corte
Diafragma
Bridae para diafraEma
Resorte de retorno
Arandela eelladora
g-2-3.2- 1- 1 Función eepecíf ica. Obtura eI eurtidor
principal de gaeolina del carburador evitando eI fluio de
combuetible hacla el motor cuando ee aetuado-
3-2-3-2-L-2 Descripción y acopla.niento- Las bridas Para
diafraÉma aon unas Piezae circularee con una cavidad
interior en la cuar van alojadas et diafragma' ra aEuja
de corte y eI reeorte de retorno, y van unidas Por medio
de tornlllos.
una de lae bridas presenta una saliente roecada
extertormente para fiJación en el carburador (Véase
Figura 36) y un orifieio central que gUfa Ia aguia de
corte; Ia otra brida preeenta un orificio eentral por
donde 6e Ie tranemlte el movlmlento aI diafragna (Véase
Figura 37)-
EI resorte tiene como función controlar el retorno de
aEuja de corte Y el diafragna-
1a
é¿ré
k r7o1 ézo
#3c
áEa
FIGI'RA 56. BRIDA PARA DIAFRAGMA
c\\üs
\-
s$fr)\
I
FIGURA 5? BRIDA MRA DIAFRAOMA
143
La figura 38 representa Ia poeición de1 mecanismo
dosificador acoplado a la base y las bridas para
dlafragma.
3-2-3-2-2 Palanca de accionamiento. Es una Pieza en
forma de iota eon un Punto de pivote- En uno de Eus
extremoe tiene una Perforación para acoplar a un rodillo
de Ia palanca de} meeaniemo de inyección de gaaolina y en
e] otro extremo tiene forma eurva y una ranura para
alojar
tar¡bién
Ia
eI
punta de Ia guaya y su Prisionero' Acciona
diafragma para cortar Ia gaeollna-
3-2.3-2.3 Guaya de aecionamiento manual
3 -Z -g . 2 . 3 . 1 Func ión. Tranemite un movimiento
palanca de accionaniento y Io retiene-
3.2.3 -Z -3 -Z Deecr1Pción- Esta inetalada sobre dos
puntos de apoyo; uno de sus extremo8 va conectado a Ia
palanca de accionaniento, v el otro Pogee un botón para
operarlo. Un extremo del cuerpo de Ia funda tlene un
interruptor que activa lae electrováIwulae para fluio de
É!d€r, y la otra para aecionamiento alternatlvo y un
trinquete qlue mantiene Ia Poslción dada.
1a
3-2-3-2.4 Electroválvula de accionamiento alternativo
E<8-<c2 !¿
,Eü*ÉEt
:EEi3s:l36i|:E 3:EÉ>
.ñfi sgÉaIL
e!
ÉiJitl3isl
145
3 .2.3 .2 .4 - L Funcion -
accionamiento.
La retención de 1a palanca de
3.2.3-2.4-Z Deecrlpeión. Ee una electrováIvula de
retención que se activa simultáneanente con Ia de fluio
de gae accionando un interruPtor, como mencionamoe
anterlormente; eu esquema de conexión (Veaee FiEUra 39).
Es un mecanismo que como €tu nombre Io indica puede
suetituir al mecanismo de acclonaniento manual-
l¡,)-z¡¡3lt
ogÉF(,l¡¡Jl¡¡
-l¡¡)a3tl¡¡
tüt
G3fzlL-
5FG=EGl¡¡l-z
fr=HEe
E l¡J
EE
EEgEH-
l¡l
gifiFg
4. zuNCIONAMIENTO DE I,A MODIFICACION
4.T INFORMACION
En eeta faee de} proceso se busca adquirlr la informaciÓn
suficiente para efectuar eI análisie de comPortamiento
del motor con la utilización de gae ProPano y
poeteriormente evaluarlo con relación al comPortaniento
obtenido con ta utilización de gasolina. Para Ia toma de
información con el empleo de gasolina se tuvo en cuenta
Ioe eiguientee paránetros tomados de1 manual del
fabricante:
Revolucionec de marcha mlni¡na
Revolucionec de máxima aceleración
Avance inicial del encendido
el mecanismo de doeificación de gas se tuvo en cuenta
posición de la rotula de recorrido.
Las tablas ?, I y 9n ilustran el proceso de la toma de
información' En ellae eetán contenidos los siguientes
En
1a
148
aapectoe de medieion;
PorcentaJe de Monóxido de Carbono producido
Partee por r¡illón de hidrocarburos
Para la adqulsición de la informaeión ee trabaió eI motor
deI vehfculo en vacio.
Loe equipos a eu¡plear para }a toma de l-nformación eon loe
siguientes:
Analizador de gaaes infrarroJo, marca SUNPRO modelo
4L70
conputador para pruebas en autos Marca PEERLESS - ALL
TEST-ADVANTAGE.
149
TABLA 7 Toma de informacion del funcionaniento motor
COMBUSTIBLE
AvanceInicialEncendido
+L =25R.P.M.P.P.M.
HC%
co
GASOLINA EXTRA
Gaeolina, temPeratura. Gaees escape 6oeC a 750 R.P.M.
60
6"
6"
60
60
750
1500
2300
2900
,3500
1.0
3.2
3.0
2-9
3-2
0.6
5-7
7.6
7.8
7-8
430
300
360
460
800
GAS PROPANO 6"
60
6"
60
60
7F,0
1500
2300
2900
3500
160
160
340
500
BO0
Temperatura gageB eacape 60o a 75O R.P'M'
Uninriüd lübmm dr klürtrhÉ. lifl¡rhco
TABLA
150
Toma de informaeio¡¡ funcionaniento motor
PROPANOAvanceInicial
+1o +25B-P -M. C O
P. P.M.H.C
10"
L4"
750
1500
2300
2900
3500
750
1500
2300
2900
3500
750
1500
2300
o.1
4.5
7-4
7-9
7-2
0.1
7-L
5.5
6-2
5.8
L20
160
510
800
1350
240
130
1300
1550
2000
18" o.1 400
L -7 130
5.4 Más de2000
Tomamoe hasta aqul. porque eI H C salio de la eecala
151
TABLA I Toma de informaeión funcionaniento motor
Avance + 25Inicial R. P.M,(Grados)
P.P.M. Avance t 25HC Inicial R. P -M-
(Gradoe)
%
co%
coP. P.M
HC
0 750
1500
2300
2900
3500
750
1500
2300
2900
3500
3500
o.9 100
4.3 130
5.3 250
4.85 zLO
4 -4 170
0.9 100
0.1 30
0.1 200
o,o5 L20
3.4 370
o.13 300
? -5 160
4-7 1800
Pasa de2000
750
800
1500
2300
3500
750
1500
2300
2900
3500
750
1500
2300
2900
3500
o-2 85
o-05 80
4.7 140
5.3 200
0.5 180
0.1 80
4.L 130
5.8 920
5-8 920
5.0 1400
o.0 600
0.5 300
Se saledel dial
L410
z4750
1500
2300
18
En }a prueba
autonomía de1
ael evaluar y
L52
de carretera se tomó información sobre la
vehiculo eon los combustiblee a probar y
demostrar la rentabllldad de Ia converelón'
Se aprovisionó eI vehfculo con eI cillndro de menor
tamaño y capacidad que se obtlene en e} mercado' uno de
veinte librae.
se determinó realizar la prueba en terreno plano'
velocidad promedio de setenta kilómetroa Por hora, y los
resultadoe fueron los slguientes:
Consumo total de} eontenido del cilindro
Kilometraie recorrido : 150 kilometros
La operación de} vehfculo con gaEolina extra marcó el
eiguiente reeultado: cuarenta y doe kilometroe Por
galón.
4.2 ANALISIS DE LA INFORMACION
Loe niveles conocidoe de los hidrocarburoe y loe gaees de
Monóxido de Carbono producidoe Por el notor son de gran
importancia para determinar la eflciencla de la
combuetión que está íntimanente relacionada con Ia
condición del sietema de alimentación de co¡nbustible
153
de encendido deI( calibración)
motor.
y el estado del sietena
La tabla 10 nos muestra los valores
emisiones en el escape de acuerdo a}
que nos permitirá comparar los datoe
permisibles de lae
año del vehfculo, 1o
obtenidos -
TABLA 10 Nivelee tlpicoe de Enieión
Año deIVehfculo
Hidrocarburos H-Cpartes por millón
P.P.MPorcentaie de CO
7L 75
76 79
80 81
81
400 P.P.M.
200 P.P.M.
100 P.P.M.
100 P.P.M.
3%
2%
0.5%
o -5%
FUENTE
sP4170
Manual de operaciones, analizador de gaÉteE
EI vehf.culo utilizado Para lae pruebae es un RENAULT L2,
modelo 74 y podemos obeervar en Ia tabla sus valores
correspondientee.
Evaluado eI motor con gaEolina' como muestra Ia tabla 7
eetaÍtos dentro de los Porcentajes Permitidos' seErtln la
tabla 10, valores que Permitiran igualrrente evaluar 'Ias
1-5'4
emisiones producldas empleand'o gas proPano' En Ia tabla
7 bajo las mismas eondiciones establecidae Para Ia
gaeolina podemos observar, qtrü€ loe valores de emiEiÓn se
reducen: eI Monóxido de Carbono se dieminuye en un 4O%,
Ioe Hidrocarburos disminuyen en un 37,2%. ResPecto a Ia
tabta 10, los valores medidos con Propano eetán por
debaJo.
En los datos coneignados en la tabla B Ee muestra la
variación del avance inicial de encendido y los valores
medidoe de Monóxido de carbono e Hidrocarburos;
obteniéndose neiores resultados cuando el avance eeta en
dj:ez grados (10') que loe obtenidos en Ia tabla 7'
Para eetas mediciones e'e colocó la rótula de recorrido en
el cuerpo superior del mecaniemo dosificador ein reeorte
poaicionador -
La información recolectada en la tabla I se obtuvó
colocando eI resorte poeicionador aI cuerPo euperior del
mecanigmo dosificador de gas, autrtentando por 1o tanto, Ia
distancia entre eI eie de Ia válvula y la rotula de
recomido, 1o que se traduce en una disminución del
ángulo de apertura de la válvula doeificadora'
Se inicíó Ia prueba colocando eI avanee inicial en eeie
155
gpadog, Ia cual arroió la siguiente información:
EI vehfculo fué lento en re6puesta cuando se Ie exigió,
situación conocida como vehículo "a.trlarrado" cuando
funciona con gasolina.
se paea }uego a colocar eI avance en diez Sradoe, 10 cual
presenta Ia eiguiente información:
Vehlculo con respuesta ráPida a }a aceleración en }as
diferentee poeiciones de Ia caia de velocidad'
Por rlltimo se posiciona e} avance encendido en eatorce
grados, preaentándose una situación de mayor rendimiento
que la anterior-
A continuación se evaluó eI rendimiento del vehículo
en eeta posición de avance del encendido trabaiando el
motor con gacolina.
EI motor preaenta el fenómeno de detonación, el eual eomo
ya 6¡e había comentado cauaa pérdida de potencia, au¡riento
de la temperatura de funcionamiento de} motor. Situación
que no conviene en ningtln momento -
Se decide evaluar eI funcionamiento con eI avance de
156
encendido en diez grados- DeeaParece eI fenÓ¡¡6¡e de
detonación o pistoneo en eI motor. Se determina deiar
eata poeiclón del avance inicial de} encendido puegto que
es en este punto donde se obtiene e1 meior rendlmlento
para los conbuetiblee Probados.
Evaluando lae varlables, recorrldo, coatog y congumo
resulta favorecido el empleo de gae, ya que }a relaciÓn
peaoa Vs. kilometros Ia favorecen en un 48U ( Véaee tabla
11 )-
TABLA Información para evaluación económica11
Variables
CombustibleCanbidad
(GaIón)Precio Recorrido(Pesos) (kns)
Relación(Peeoe,/kme)
Propano
Gasolina
4,72
1
760
315
150
42
5,O7
7r5
5. SffiTRIDAD
Como no eE facll determinar lae proPorclonea de ProPano'
E¡e debe coneiderar qtuÉ hay rieego mlentrae haya olor en
eI amblente. EI Propano eE lnoloro, €fI lae reflneriae ee
les somete a un Proceeto lla¡rado odorizaclón y que
eoneigte en inyectarle mercaPtano que Ie Proporclona un
olor fetldo fácil¡nente detectable en caeo de fugae en eI
eletena de abaatecimlenüo.
El gaB propano no produce daño aI contacto con la piel y
no eE! tóxÍco al l-nha}arlo. ei ee respLra en un arrbLente
cerrado por largo tiempo Produce asflxLa Por auetencia de
aLre. AI reeplrar éete gas Por Poco tlempo causa mareo y
se debe de carrbiar de atmóafera.
PRECAUCIONES DE SEGURIDAD EN LA INSTALACION
EI concepto de precaución ee identlflca con todas lae
actlvidadee de insPecclón Para detectar cualquler rieego
de accidente-
El riesgo ¡¡e genera por actos ineegpros de las personaa o
158
E} rieago Ee genera por actoa inseguroe de las Pereonag¡ o
por condlcj-ones peligroeae de Ia instalación.
Los actos inseguroa no solanente ee relacionan con Ia
falta de vigilancia del sistema eino también con eI
deeconoclmlento y caracterletieas técnicae de loa
accesorios-
Los aspectoe de prevención más importantee que se deben
observar en }a instalación de gaa son:
Absteneree de fi¡¡nar dentro del vehlculo.
Maneje eI cilindro con cuidado durante eI ca.urbio de
éete, para evitar que ee golpee-
Antes de realizar eL acoplani-ento del regulador al
tanque abrir Ia vá}vu}a de éete, para eliminar las
impurezas del racor de acoplamiento con eI fin de c¡btener
una mayor durabilidad del filtro-
Mantener eI cilindro en posición vertical para que la
válvula de seguridad eeté en contacto con Ia zor1.a de
vapor. Esto asegura que cualquier cantidad de producto
escape en estado É¡aEeoso cuando se produzca una
eobrepresión. si el cilindro E'e coloca en posición
159
horizontal, Ia válvula de eeguridad eetaría en contacto
con Ia zona líquida, en caeo de sobrepreeión' escaParía
Ifeuido que se transformaria en gran cantidad de EáE',
obteniéndose un alto riesgo de incendio o explosión.
Sl eI vehfculo presenta escapea no debe entrar al taller
hasta tanto no se elimine la causa. Dentro del taIler el
vehf.culo debe funcionar con gaaolina-
En caso de presentaree incendio en un vehf.culo a gaa, eI
fuego debe apagarete con extintor de carbono- }a válwula
princtpal se debe eerrar de lnmediato, se aumentan las
revolucionea del motor Para agotar el gae que quede en el
sistema y eI cilindro se bañará con agua frla-
EI gag en caso de incendio ae
sin peligro de éxPlosión-
funcionamíento o Parqlreo en
bengan eecape de gas.
comporta como un aoPlete
Se debe prohibir elgaraJe de vehÍculos gue
si Ia reparación se debe efectuar en el cilindro es
neeeeario evaeuar Eu contenido. Si no exisüe equiPo para
ello, ¡¡B debe vaciar eI gas a Ia atmosfera en un eitio
aIeJado.
Uninaiüd lulonomo dt &cia.ih
ffi tiblirtxo
Un vehf.culo con daños en su sistema de EEa, debe
160
parquearse en un sitio abierto-
Los cilindros a gas deben eetar Pintados
preferiblenente de roio y tener indicados Parámetros como
capacidad y preeión Ilmlte. Letrero "QQMBUSTIBLE
INFLAI,IABLE" y las fechas de revisado anterlor y próximo -
E} llenado del cilindro no se debe realizar con eI motor
funeionando.
de la
un eecape de gas puede ocurrir en diferentes puntoe
lnstalación.
Para detectar el lugar de escape en Ia instalación,
prepare una solución de agua y jabón y aPlíquela a los
diferentes componentes de Ia instalación inieiando Por }a
válvuIa de corte de1 cilindro- continuando con e1
regulador, manómetro, acoplamiento de manguerae¡ etc., V
obeerve euidadoea.nente si las burbuiae aumentan de ta-naño
1o que indicará Ia presencia de eecapes. si el escaPe es
grande, s€ detectará inicialmente Por eI olor y luego al
aplicar }a so}uclón éeta eoplara antes de que ae formen
lae burbujas-
Para eliminar un eacaPe en un tubo de cobre
avellanado, primera.nente trate de ajuetar la conexión, ei
no logra, wuelva a avellanar Ia conexión-
161
En lae tuberf.ae de aeero con rogea, trate primero de
apretar la conexión o colocar paeta o cinta de teflón a
la rosca- Si el escape contintla, suelte Ia conexión e
inapeccione loe hilos de Ia rosca- Haga una roaca nueva
o canbie eI racor o tuerca de la conexlón ei fuere
necesario.
6. CONCIITSTOI{ES
El ueo de gae como combustible vehleular beneflcla el
medlo ambiente ya que se dismlnuye Ia cont¡nlnacÍon por
las emislones de gases de eecape-
Para mejorar eI rendimiento del motor a eaeolina
empleando gas como combuetible, eE neceaario anrnentar eI
avance inicial de1 encendido.
Reeulta náe económico Para eI usuario de un vehlculo
uE¡ar eI gae como corrbustible.
Es poeible reemplazar lae importacionee de equiPoe
para converel-oneg-
Ee poelble produclr Ioe equlPos en nuestro medlo con
Ia tecnologla actual a menor precio.
EI menor rendlmiento del propano como combustible ee
debe al mayor conaumo de potencLa durante Ia eompresió¡,
por increurento de1 avance inicial del encendido.
BIBLIOGRAFIA
BALDOR, J. A. Geometria Plana y del Eapacio - 2a. Ed.
Edit. Vasco-Americana S.A. Ba1boa, España 1967
BY THE ENGINEERING DEPARTI'IENT- Crane. Flow of Fluidos
Through Valves, Fittings and Plpe Technical PaPer.
No. 410.
Catálogo de Mangueras de Producclón Nacional, Goodyear de
Colourbla S. A. CaIi, Colombia-
DERE, Jhon. Motores, Fundamentos de Servicio- Foa-422O2 B
DEERE I Company, Moline, Illinois, USA. 19?9
FISHER CONTROL. A Practical Guide to LP. Gas Utllitation.
GONDON J. Van Vlylen. y SONNTAG, Richard E. Fundanentos
de Termodinámica- Lirruea- México 1980
JARAMILLO, Hebert. Moüores de Combustión Interna,
Conferencias, CUAO, CaIi, Agoeto de 1.985
164
KARLEKAR, B-V. R.M. Deemond- 2a- ed. Intera¡nericana
México D.F. 1985
KERN Q., Donald. Procesos de Transferencia de Calor-
Contlnental S.A. de C.V. Méxlco. Agoeto de 1986.
LEMASSON G., Tourancheau, A. t,. Motoree de Combuetl-o¡
Interna. Edit. Paraflno, Madrld. 1969.
LINFORD, A. Flow Measurement e Metere. Ed. 2a. E & F.M.
Spon Ltd, London 1961.
MANEJO Y SEGURIDAD EN LAS INSTAIACIONES DE c.L.P- Alcanoe
s.A.
MANUAL DE OPERACIONES. Analizador de Gasee SP 4L7O
Internacional Gae Union. tüorld Conference.
MARKS, Manual de1 Ingeniero Mecánico. 2a Ed. en Eepaño1,
Edit- McGraw-Hill LatinoAmerican S- A- Bogotá, 1gBZ.
MONTOYA PorEs, Rafael. Qutnica orgánica Moderna. za Ed.
Edit. Bedout S. A. Medelll.n, Co1ombia, lgZE-
NATURAL GAS, For Vehl-c1es n A globat Perspective.
Vüashington June 1988 -
OBERT, Edward F-y Aplicaciones.
165
Motoree de Combuation Interna, AnáIleisContinental- t{éxico 1967.
REPARAUTO' Manual de ReParaclón Renault 4' 2a' Ed'
Edit. Atika S. A- Madrld.
RESTREPO, FAbiO. VARGAS, LCONCI. RESTREPO' JAITO' LOE
Principioe Funda¡nentalee de Ia Qulmica Orgánica'
Medellln, Colombia- Edit- Bedout S' A' L974'
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE. Reparación del sietema
de Alimentación- Cati, Colonbia.
sHERllooDD- Lieuified Petroleum Gas Control Equipment'
Printed USA. LP 8-89-
SOFASA, Renau1t. Manual de Valorea y ReglaJea'
TECNOI.OGIA BASICA PARA FABRICACION DE ATEACIONES
CoMUNES DE ALLIMINIO. Centro Nacional de Fundición
Sena.
THEL.P.G.Fue}Syetem.HyeterCompany.lgEl'90oSRM15-
SIT{BOTÍIGIA
Px = Preeiort en eI punto x
C = Cillndrada
L = Base del trianEulo
N = Revolueionea Por minuto
QH = Calor de entrada
QL = Calor de salida
Vx = Volumen en el Punto x
PC = Poder Calorigl"o
re = Nrlurero de Reynolde
S : Velocidad
167
R = Radio
nter = Rendtmiento termico
Tx = Temperatura en eI Punto x
rv = Relaclo¡ de comPreelón
Cv = Calor esPeelfico a volumenn conetanüe
Cn = Calon eepeeLflco a preelón consüante
SUB-INDICES
g = Gasolina
G=Gas
u = Unitaria
t = Total
Y = Minimae revoluciones
x = Máximas revolucionet
] = Relativo a Ia válvula
2 = Relativo a Ia nariPoga
3 = Relativo a la eeecion del carburador'
ANEXOS
ANEIO 1
Plano para fabrlcacion de baee, tuerca de flJación,
rótula de recorrido, bridae Para dlfragma, dado,
linitadores de reecorrido y eaParrago de fUación-
Unirrlüd luhn¡no & (ktidmtr
Cor/¿ E-F
Nff)
Corle A-B
/dt&sü¡tcri¡l:
lrbmrnto
/ Tcprca def7acilzDtrtcrial:
tl/clmtno
lh""-¡".c¡"n¡ | Sl'rtcrial:lt
fu/ub de ¡e¿ur¡ú i lc. l0/0
Ctondo
Escalc: I No. dc plero:
2:/
Otl¡
/llas.¡o¡i¡rcióo: listc¡ial: I Ncd¡dsr c¡ bruto: E*dr: I No. dc phrc
Srtda turo :l r{hmi'rrb | /nd¡cqdos /'/
/I llucri¡l:
dülltu--aOrtdaIflertida¡"oñu@
/ndt¿adqs I l:t I
tr/
E¡cal¡:¡ No. dc plarol
/ndt&¡rlo¡¡¡¡l3G¡
.hdoMstcrisl:
h. lot?
I
II
I
I
\
\vr
I
I
é 9,5
éfl,7llrtcr¡¿h | illrrlirtas ea bruto:
/tmrrbrrb de fu. lol0 | hd,"adasNo. do glalo:
/ffiinrc¡óo: | ütrterirl:
/r-r/úr ¿l¿ ¡¿srrdol rlc. lolo
gCtoma&
t-tV! Gtd¡ | Dr¡osisrcióo: t }trtcriol:
de fue'.r lc. toloIlle,l¡rlc,c en br¿to: I Ererlr: i No dc pluo:
/dtaadas | 2/
ANEK) 2
Planoe del banco de pruebas del laboratorlo de motoree de
combugtion interna.
Vietas: Frontaf, euperior y poeterior.
Adonon ton.
,p9
T'
iitij!
I
i
i
BAilCO DE PRUEBAS DEL LABORATORTO ipE xql'o..REs pE corBusTtoil t¡tTERfiA ,
VISTA FRONTAL
a€tc.!eooÉ
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1I
GIelEIr¡¡lGI=lC¡'I
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a€It.tEoto¡¡
0üco
=l!
o!It:-oa!l¡l
a
E,aEEcaago
ANErc 3
Deüal1e de Ia aguJa para el corte de gaaollna-
I
I
Ilt1t
l¡tÉ¡
l¡fjFu¡o
=IÉ,LoÉ,É
ÉÉ,@
