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Un mtodo para el diseoptimo del sistema de alimentacinde GNV de motores automotrices de

encendido por chispa

Juan Guillermo Lira

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UN MTODO PARA

EL DISEO PTIMO

DEL SISTEMA DE

ALIMENTACIN DE

GNV DE MOTORES

AUTOMOTRICES DE

ENCENDIDO POR CHISPA

Primera edicin

Enero, 2012

Lima - Per

Juan Guillermo Lira

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0429

Editor: Vctor Lpez Guzmn

http://www.guzlop-editoras.com/[email protected]@gmail.comfacebook.com/guzlopster

twitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Per

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PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigacin(papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital

y difundidos por internet en forma gratuita a travs de nuestra pgina web. Los recursoseconmicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos deedicin y publicacin a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, tambin conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrnico, es unaversin electrnica de la digitalizacin y diagramacin de un libro que originariamente es editado paraser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza allibro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen: su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), su difusin globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geogrca), su incorporacin a la carrera tecnolgica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable dela competicin por la inuencia cultural), su aprovechamiento a los cambios de hbitos de los estudiantes asociados al internet y a las redessociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), su realizacin permitir disminuir o anular la percepcin de nuestras lites polticas frente a la supuesta

incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-cin de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no est circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar: Que el estudiante, como usuario nal, tenga el curso que est llevando desarrollado como un libro (contodas las caractersticas de un libro impreso) en formato digital. Que las profesoras y profesores actualicen la informacin dada a los estudiantes, mejorando suscontenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevastecnologas. El libro digital bien elaborado, permitir dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnosde las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del pas donde la calidad de laeducacin actualmente es muy deciente tanto por la infraestructura fsica como por el personal docente. E l pe rsona l doc e nte j uga r un ro l de tu tor , fa c i l i ta dor y c onduc tor de proy e c tos

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de investigacin de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electr-nicas recomendadas. Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales ymejorar la sustentacin de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal: Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edicin digital, sin perder su autora, permitiendo

que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versin digital.

Lima - Per, enero del 2011

El conocimiento es til solo si se difunde y aplica

Vctor Lpez Guzmn Editor

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UN METODO PARA EL DISEO OPTIMO DEL SISTEMA DEALIMENTACIN DE GNV DE MOTORES AUTOMOTRICES DE ENCENDIDO

POR CHISPA

Juan Guillermo Lira Cacho

Instituto de Motores de Combustin Interna, Facultad de Ingeniera Mecnica,

Universidad Nacional de Ingeniera

RESUMENSe presentan los fundamentos tericos de un modelo matemtico para el clculo y diseoptimo del sistema de alimentacin de GNV de motores automotrices de encendido por chispa.El modelo se basa en la solucin numrica de las ecuaciones de conservacin de la energa,continuidad y el empleo de relaciones conocidas de termodinmica y mecnica de fluidos. Seutilizan ecuaciones para flujo compresible y el equilibrio mecnico de los balancines delreductor de presiones. En el diseo del mezclador de gas se calcula los parmetrosgeomtricos para obtener una mezcla aire combustible estequiomtrica en el rgimen nominaldel motor. Tambin se proponen accesorios del mezclador para optimizar su funcionamiento ymejorar la economa de combustible.

INTRODUCCION

Como era previsible, pasados los efectos dela crisis financiera estadounidense, latendencia del precio internacional delpetrleo, nuevamente est en alza einexorablemente seguir aumentando comoconsecuencia del agotamiento de lasreservas mundiales. Nuestro pas no es laexcepcin y se prev un inminente aumentode los precios de los derivados del petrleo,esto afectar, en primer lugar, al transporteautomotriz, que en gran medida esdependiente de este combustible. Sinembargo, afortunadamente, cada vez es

mayor el parque automotor nacionalconvertido a gas natural vehicular (GNV)[Ref.7]. Uno de los factores que influye a queest cantidad no sea mayor, es el relativoalto costo de los kits de conversin, quebsicamente son importados. En este trabajose presenta un mtodo de clculo y estudiode los sistemas de alimentacin de GNV queservir como base para no solamenteseleccionar estos sistemas sino tambinpara eventualmente disearlos y construirloscon lo cual disminuiran significativamentelos precios y se desarrollara tecnologapropia.

Propiedades del GNV.-

El GNV es el gas natural comprimido a unapresin aproximada de 200-210 bar. El gasnatural es una mezcla de gases naturales(principalmente, metano CH4) y otroshidrocarburos parafnicos, adems de CO2,N2 y otras impurezas. Las principalespropiedades del GNV se muestran en latabla 1.

Tabla 1.Propiedades del GNV

[Ref.1,2,3,6].

Propiedades GNV

Densidad, kg/L (kg/m ) 0,68 (0,415*)

Densidad relativa 0,56-0,60

Temperatura deebullicin, C

-162

Relacin estequiomtrica,kg/kg

16,8-17,4

Relacin estequiomtrica,m

3/m

3

9,6-10,2

Poder calorfico, MJ/kg 48,9-50,1

Poder calorfico, MJ/m(MJ/L)

33,3-34,1(20,9*)

Poder calorfico por mde mezcla, MJ/m

3

3,1

Temperatura deautoencendido, C

650-700

Lmites de inflamabilidad,% en vol.

5,0-15,0

N de octano ( Research) 115-125

Condiciones dealmacenamiento

20-25 MPa

* En estado lquido.

SISTEMA DE ALIMENTACION DE GNV

Los componentes principales de un sistemade alimentacin de GNV se muestran en laFig. 1 [Ref.8].

Estos elementos se unen entre si mediantetuberas, mangueras, conectores, etc., dediferentes especificaciones, segncorresponda a la zona de alta o bajapresin.

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Funcionamiento del Sistema.-

El GNV que sale del tanque 1, pasando porlas vlvulas del cilindro 2 y recarga 3, sinprdida sensible de presin, es conducidopor una tubera especial de acero a laelectrovlvula 5 (con filtro) y, luego, alreductor-regulador-calentador 6; antes deingresar a este elemento se registra lapresin de ingreso con el manmetro 4.

El calentamiento en el reductor es paracompensar el gran enfriamiento que seproduce al reducirse la presin del GNV, loque evita el congelamiento de las partculasde agua contenidas en el GNV (hidratos demetano). El calor necesario para ello loproporciona la circulacin del agua delsistema de enfriamiento del motor 10.

A la salida del reductor, la presin es muycercana a la atmosfrica. Despus, el gas

ingresa al mezclador 8 debido a ladepresin que se produce por la succindel motor.

Con el tornillo 18 se regula la cantidad degas al motor en el rgimen de ralent,mientras que para obtener la potenciamxima (a la velocidad de crucero) seregula con el tornillo 16. Durante elarranque en fro, o en los regmenes depequeas cargas, el vaco que hay en elducto de admisin, detrs de la vlvula demariposa 9, es transmitido, a travs de lamanguera 17, a una pequea cmara(llamada de vaco), donde existe undiafragma conectado al balancn de latercera etapa del reductor, incrementandoun poco el flujo de gas al motor en estosregmenes. La eleccin entre elfuncionamiento con gasolina o con GNV serealiza con el conmutador elctrico 7 queest instalado en la cabina del automvil.

Fig. 1. Esquema del sistema de alimentacin dual GNV/gasolina: 1-Tanque de GNV; 2-Vlvulade tanque; 3-Vlvula de recarga; 4-Manmetro; 5-Electrovlvula con filtro; 6-Reductor-calentador; 7-Conmutador; 8-Mezclador; 9-Vlvula de mariposa 10-Motor; 11-Electrovlvula degasolina; 12-Tanque de gasolina; 13-Carburador; 14-Tubo de escape; 15-Filtro de aire; 16-Tornillo regulador de alta; 17-Manguera de vaco; 18-Tornillo de mnima.

FUNDAMENTACION TEORICA

En el modelo matemtico del sistema de

alimentacin, se considera al GNV como ungas ideal, compresible, con caloresespecficos constantes.

El criterio para establecer el rgimen delflujo del gas en la seccin ms estrecha deun ducto cualquiera, es a travs del nmerode Mach (M). El mximo flujo ocurrecuando la velocidad en esta seccin esigual a la del sonido (M=1). A estacondicin se la llama crtica, y a la relacin

de presiones correspondiente, relacin crtica[Ref.2,3]:

1

0 12

+

== k

k

gc

kppr (1)

Dondegp y 0p son las presiones en la

seccin ms estrecha de un ducto y deestancamiento, respectivamente; k es elexponente adiabtico del gas; para el GNVse puede considerar k=1,248, y por lo tanto,rc=0,555 [Ref. 2].

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Para rgimen crtico o supercrtico, el flujomsico de gas se calcula con la frmula:

( )( )12

1

2

1

0

0

1

2 +

+=

k

k

gd

kk

RT

pACm (2)

donde gdAC es el rea efectiva en la

seccin ms estrecha del ducto (garganta);p0 y T0 son la presin y temperatura deestancamiento y R es la constante del gas.

Para flujo subcrtico, el flujo msico es[Ref.3]:

2

1

1

0

1

00

01

1

2

=

k

k

gk

ggd

p

p

k

k

p

p

RT

pACm (3)

La ecuacin 3, cuandog

A

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mezclador de gas (ver Fig. 1), instalado enserie con el carburador, es:

2

2

1,0)(

1

2

1

gd

adAC

Vp =

(9)

donde 1,aV

es el caudal de aire despus de

la conversin;0p y 0 son la presin y la

densidad atmosfricas, respectivamente;

gA y Cd son el rea y el coeficiente de

descarga de la garganta mezclador.

Fig. 2.Esquema del mezclador aire-GNV.

Por lo que, la presin en la garganta del

mezclador (g

p ) es:

dg ppp = 0 (10)

El coeficiente de descarga del mezclador(Cd), se obtiene del grfico de la Fig.3.

Fig.3. Variacin del coeficiente dedescarga del mezclador [Ref.4].

Entonces, el caudal de mezcla aire gas delmotor convertido, en relacin al caudaloriginal de aire aspirado por el motor antes

de la conversin, se calcula con las frmulas11 y 12:

0,

0,

0,

1,

0,

1,

0, a

da

a

a

v

v

a

mz

p

pp

p

p

V

V ==

(11)

0

0

21,

0,80,0

)2/()/(1

p

ACV

V

V gda

a

mz =

(12)

donde0,v y 1,v y son las eficiencias

volumtricas antes y despus de la

conversin, respectivamente; 0,ap y 1,ap

son las presiones dentro del cilindro al finaldel proceso de admisin antes y despus dela conversin, respectivamente.

REDUCTOR-REGULADOR DE GNVEl reductor o regulador de presiones de GNV(ver Fig. 4) es el componente ms importantedel sistema. Es un dispositivo neumtico,que se encuentra ubicado entre el tanque yel mezclador. Sus funciones principales son:

Dosificar automticamente la cantidadde gas en funcin del rgimen develocidad y carga del motor.

Reducir la presin desde 200 bar(presin mxima) hasta una presinaproximada a la atmosfrica.

Compensar las variaciones de lapresin en el tanque de gas.

En general, para garantizar el trabajo normalde un motor, los reductores se disean oseleccionan para el rgimen nominal delmotor [Ref.2,4], es decir, para el mximocaudal de gas, con el mnimo valor til de lapresin en el tanque de gas(aproximadamente, de 4 a 5 bar).

La presin del gas en los compartimientos delas dos primeras etapas de un regulador esnecesario regularla de tal forma que, en loposible, la cada de presin en losobturadores de cada etapa, ocasione un flujocon rgimen supercrtico en los diferentesregmenes del motor [Ref.2,4]. Estacondicin es importante para garantizar unapresin de suministro al mezclador lo msestable posible.

En el obturador (vlvula) de la primera etapadel reductor, el rgimen es casi siempresupercrtico, por lo que la velocidad en la

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seccin de paso de la vlvula es igual a ladel sonido, y el flujo msico (en kg/s) secalcula a partir de la frmula 2, o sea:

)1(2

1

2

1

lim

lim11

1

2 +

+=

k

k

a

ar

kk

RT

pAm (13)

donde Ar1 es el rea de paso efectivaequivalente del flujo a travs del tubitosurtidor y del obturador de la primera etapa;palim es la presin de ingreso al reductor, lacual aproximadamente es igual a la presinen el tanque de GNV; Talim se consideraaproximadamente igual a la temperaturaatmosfrica.

Fig. 4. Esquema del reductor de GNV: A, B, C, D -Compartimientos de la 1ra

, 2da

, 3ra

etapas yde la cmara de vaco, respectivamente; 1, 4, 13 -Obturadores; 2, 6, 12 y 15-Diafragmas; 3, 5,14-Resortes; 7-Electrovlvula de corte; 8-Tornillo de mnima; 9-Carburador; 10-Mezclador; 11-

Tornillo regulador de alta.

El rgimen del flujo a travs del obturadorde esta etapa se mantiene en estadosupercrtico hasta cuando la presin en eltanque es de 4 a 5 bar, es decir, hastacuando la masa de gas en el tanque se hareducido a 2-2,5% de la masa original, osea, con el tanque lleno a 200 bar. Pordebajo de esta presin la masa que quedaen l se considera inutilizable [Ref.2,6].

En el obturador de la segunda etapa delreductor, el rgimen del flujo puede sertanto supercrtico como subcrticodependiendo esto de la relacin depresionesp2r/p1r.

Si el rgimen del flujo es supercrtico,

entonces p2r/p1r

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10/16

)(2

3 gr

g

salg ppAV =

(15)

donde Asal es el rea efectiva equivalentede los agujeros de salida del reductor,tornillo regulador de alta y los agujeros del

mezclador; g es la densidad del gas a las

condiciones atmosfricas y gp es la

presin absoluta en la garganta delmezclador (ver frmula 10).

Esta ecuacin tambin se puede expresarcomo:

dr

g

salg ppAV +=

3

2

(16)

Donderp3 es la presin manomtrica en

el compartimiento de la tercera etapa; dp es la depresin en la garganta delmezclador.

Es evidente que para que se cumpla laecuacin de continuidad en todo el sistemade alimentacin de GNV, se debe verificarque:

ggVmmm

=== 321 (17)

Area efectiva equivalente.-

En varios conductos del sistema dealimentacin de combustible, lasresistencias hidrulicas estn instaladas enserie. As, para calcular el rea efectiva depaso de las vlvulas de los reductores (Ar),hay que tomar en cuenta que el tubitosurtidor y el rea lateral del anilloimaginario que se forma cuando elobturador se abre (ver Fig. 5) estn enserie. Esta rea se calcula con la siguientefrmula [Ref.4,6]:

20

1

1

K

hdCA vdr

+

= (18)

donde Cd y 0d son el coeficiente de

descarga y el dimetro a la salida del

surtidor, respectivamente; vh es el

levantamiento del obturador y K es unfactor que relaciona a las dos secciones enserie antes mencionadas, y se calcula con:

=

4

2

0

0

d

hdCK vd

(19)

Fig. 5.Variacin del coeficiente de descargadel surtidor y del rea efectiva.

El rea efectiva equivalente de salida, entreel regulador-dosificador y el mezclador, se

calcula con la siguiente frmula:

2

,

2

2,2

2

1,1

sal

)(

1

)(

1

)(

1

1A

agujdagujdd CACACA++

=(20)

donde1,1 dCA , 2,2 dCA y agujdagujCA , son las

reas efectivas de la salida del reductor,tornillo de alta y los agujeros del mezclador,respectivamente.

Equilibrio de momentos en los balancinesde los obturadores.-

Para una posicin abierta cualquiera de losobturadores del reductor, mientras ste nohaya llegado a su posicin tope (hv

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donde palim y p1r son las presiones dealimentacin y en la primera etapa,respectivamente; Aa1, es el rea de la

seccin de paso de la vlvula;1v es un

coeficiente emprico del obturador (1v =1-

1,15) [Ref.2]. Qr1 y kr1 son la compresin

previa del resorte y su constante de rigidez,respectivamente; u1(=b/a) es la relacin delos brazos de palanca; Am1 es el rea del

diafragma y1m es un coeficiente emprico

del diafragma (1m =0,5-0,7) [Ref.2].

Cabe indicar que cuando el reductor notrabaja, la posicin de los obturadores de laprimera y segunda etapa es normalmenteabierta (por accin de los resortes).Cuando el reductor funciona, la posicin deequilibrio y el caudal de combustible estndeterminados por el equilibrio de momentos

que actan sobre el balancn. Cuando elextremo del balancn (donde est el

diafragma) llega al tope inferior, entonces laabertura del obturador alcanza su valormximo (hv=h0). En este caso, el caudal degas est determinado exclusivamente por ladiferencia de presiones, y el rea efectiva delobturador es constante. Para la segundaetapa, el anlisis es idntico al caso anterior.

Para el balancn de la tercera etapa delreductor, la ecuacin de equilibrio demomentos es (ver Fig. 6):

b.(Nm3 -Qr3) d.(Nmcv- Qcv) a.Pv3+ c.Qral=0 (23)

donde Nm3, Qr3 y Pv3 (=[p2r-p3r].Aa3) son lasfuerzas que ejercen el diafragma, el resorte yel obturador sobre el balancn,respectivamente; Ncv y Qcv son las fuerzasque ejercen el diafragma y el resorte de lacmara de vaco sobre el balancn,respectivamente; Qral es la fuerza que ejerceel resorte de mnima sobre el balancn (elcual regula la velocidad de ralent).

Fig. 6.Fuerzas y momentos que actan sobre el balancn de la tercera etapa.

Desarrollando esta ecuacin, obtenemos:

333,033303 )()( uxkQuApp rmmr

4,043 )()( uykQuApp cvcvmcvmcvkr ++

0)()( 5,03332 =++ uzkQApp ralralvarr (24)

dondepr3, p2ry pk son las presiones en latercera etapa, segunda etapa y cmara devaco, respectivamente; kr3, kcv, kralson lasconstantes de rigidez del resorte principalde la tercera etapa, cmara de vaco yregulacin de la velocidad de ralent,respectivamente; Am3, Acv, Aa3 son lasreas de los diafragmas de la terceraetapa, cmara de vaco y seccin de pasodel surtidor de esta etapa, respectivamente;u3(=b/a), u4(=d/a) y u5(=c/a) son las

relaciones de los brazos de palancarespectivos; x(=hvu3), y(=hvu4), z (=hvu5),son las contracciones que sufren los resortesrespectivos (ver Fig. 6).

En el caso de la ltima etapa del reductor,cuando ste no funciona est normalmentecerrado (por accin de los resortes de

mnima y de la cmara de vaco), lo cual esparticularmente importante cuando el motorest apagado.

La existencia de la cmara de vaco esopcional y no todos los reductores lo tienen.Su funcin es incrementar el caudal decombustible en los regmenes de bajascargas.

Clculo del calentamiento del GNV.-

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La brusca reduccin de la presin del GNV(ver Fig. 7), principalmente en la primeraetapa del reductor, provoca un grandescenso de su temperatura debido alefecto Joule Thompson [Ref.2,6]. En latabla 2 se muestran los descensos de la

temperatura del gas en el reductor ( T ), el

valor del coeficiente Joule Thompson( =

hdpdT/ ), para diferentes presiones

iniciales hasta la presin final igual a laatmosfrica, y la cantidad de calornecesario (cambio de entalpa especfica,en kJ/kg) para compensar este descensode temperatura.

Fig.7.Diagrama presin entalpa: 1-2 es elenfriamiento en el reductor (T2T2y T3=T1).

Tabla 2. Variacin del coeficiente JouleThompson en funcin de la presin.

Ti(K)

pi(bar)

T (C)

(C/bar)GNVh

(kJ/kg)

200 90 0,493 190100 50 0,509 107

290 70 35 0,524 7510 9 0,839 18200 82 0,405 185100 45 0,441 107

300 70 32 0,461 7510 8 0,783 25200 77 0,398 168

100 42 0,416 93310 70 29 0,432 68

10 8 0,787 20

La disminucin de la temperatura del gasen el reductor se puede calcular con lafrmula:

==f

i

p

p

fi dpTTT (25)

Este gradiente de temperaturas se pudecalcular por integracin numrica si seconoce la variacin del coeficiente de JouleThompson en funcin de la presin, otambin, utilizando un diagramatermodinmico presin- entalpa [Ref.9].

Para mantener la misma temperatura inicialdel gas, es decir, para compensar eldescenso de la temperatura en el reductor,es necesario calentar el GNV, utilizando paraello el agua caliente del sistema deenfriamiento del motor. El calor entregadopor el agua ser igual al calor absorbido porel GNV:

GNVgOHOHpOH hmTcm =

222 ,

(26)

donde OHm 2

y gm

son los flujos msicos

de agua y gas, respectivamente;OHp

c2,

y

OHT 2 son el calor especfico del agua y la

diferencia de temperaturas del agua entre laentrada y salida del reductor,respectivamente. Este gradiente detemperaturas vara entre 7 y 12C [Ref.6]. Apartir de esta frmula se calcula el flujo deagua necesario para el calentamiento delgas.

El rea necesaria para este calentamiento secalcula con la frmula de la transferencia decalor por conveccin [Ref.1,2]:

m

g

GNVTh

mA=

(27)

donde h es el coeficiente de conveccin y

mT es la media logartmica de la diferenciade temperaturas entre el gas y el agua en laentrada y salida del reductor.

El coeficiente de conveccin h se calcula atravs de la frmula [Ref.2,6]:

8,0

Re021,0 =

D

k

h (28)

Donde k es coeficiente de conductividadtrmica del GNV, Des el dimetro hidrulicomedio en la cavidad de la primera etapa delreductor y Rees el nmero de Reynolds delgas.

LA MODELACION MATEMATICA COMOHERRAMIENTA DE DISEO

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La modelacin matemtica del sistema estbasada en la solucin simultnea de lasecuaciones de conservacin de la masa atravs de las diferentes secciones de pasodel flujo de gas y de equilibrio de fuerzasen los balancines de las vlvulas de losreductores de presin. La modelacin delsistema permite obtener las principalesmedidas y parmetros de los reductores depresin (presiones en las cavidades ydimetros de los agujeros de las vlvulas)as como las dimensiones bsicas delmezclador.

Los diagramas de flujo del programa declculo se muestran en las Figs. 10 y 11 delanexo. El programa de clculo sedesarroll en Matlab (versin R2009a).

ANALISIS DE RESULTADOS

Para demostrar la funcionalidad del modelomatemtico, ste se aplic para determinarlas caractersticas del sistema dealimentacin de GNV para un motor agasolina de las siguientes especificaciones.

Tipo: E.CH., de cuatro tiempos, concarburador o inyectores.

Cilindrada: 1.800 cm3

Nmero de cilindros: 4

Potencia nominal: 73 kW a 6.000 rpm.

Las caractersticas del reductor-reguladorseleccionado se muestran en la tabla 3.

Tabla 3.Caractersticas del reductor depresiones.

Primera etapa

Parmetro Valor

Area del diafragma, cm2 26,21Dimetro del surtidor, mm 4Rigidez del resorte, N/m 3,1x10Brazo de palanca del

diafragma, mm22

Brazo de palanca del obturador,mm

8,5

Levantamiento mximo delobturador, mm

0,7

Segunda Etapa

Parmetro Valor

Dimetro del diafragma, mm 70Dimetro del surtidor, mm 6Rigidez del resorte, N/m 3x10Brazo de palanca del diafragma,

mm42


8


2,5

Tercera etapa

Parmetro Valor

Dimetro del diafragma, mm 200Dimetro del surtidor, mm 10Rigidez del resorte de mnima,

N/m 2x103

Brazo de palanca del diafragma,

mm46

Brazo de palanca del resorte demnima, mm

5


10


3,3

Con estas caractersticas del reductor seobtuvieron las especificaciones delmezclador, las cuales se muestran en latabla 4.

Tabla 4. Caractersticas del mezclador.

Parmetro Valor

Dimetros de entrada y salida, mm 64,2Dimetro de la garganta, mm 23,8N de agujeros 8Dimetro de los agujeros, mm 2

Uno de los parmetros de funcionamientoms importante de un motor es el coeficiente

de exceso de aire (ver figura 8), el cualcaracteriza la composicin de la mezcla aire-combustible. Para los motores E.CH., este

coeficiente debe fluctuar alrededor de 1 paracualquier rgimen de velocidad o carga. Esta

regulacin de , en los motores a gas, lorealiza automticamente el regulador depresin.

Fig. 10. Variacin de en funcin de lavelocidad de rotacin (n/nnom) para diferentesaperturas de la mariposa:1-100%; 2-10% y 3-5%.

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Una forma de comprobar que el programade clculo es correcto y funcional esdeterminar y comprobar que el valor deeste coeficiente lambda sea cercano a unoen cualquier rgimen de funcionamiento delmotor, tal como se puede observar en lafigura 8.

La variacin de la potencia efectiva delmotor Ne, para diferentes posiciones de lavlvula de mariposa, se muestra en lafigura 9.

Fig. 9.Variacin de la potencia efectiva delmotor Ne en funcin de la velocidad derotacin (n/nnom) para diferentes aperturasde la mariposa:1-100%; 2-50%; 3-30%; 4-25%; 5-10% y 6-5%.

CONCLUSIONES

1. El modelo matemtico desarrollado hademostrado ser una herramientarelativamente sencilla y adecuada parael diseo y el estudio de los fenmenoshidrodinmicos que se producen en losdiferentes componentes del sistema dealimentacin a GNV.

2. El diseo y construccin de unmezclador de un motor determinado sedebe realizar conjuntamente con losparmetros del reductor empleado y elmotor.

3. La modelacin de las etapas de alta

presin de un reductor considerandoque los regmenes de flujo son crtico ysupercrtico permiten simular con mayor

propiedad y precisin a los procesos queen ellas transcurren y, por ende, a undiseo ms preciso de los componentesdel sistema.

4. La funcin principal de las primerasetapas de un reductor es reducir lapresin, mientras que la funcin de laltima es dosificar adecuadamente encorrespondencia con el rgimen detrabajo del motor.

5. La dosificacin del combustible y elcoeficiente lambda y, por tanto, lapotencia y las emisiones txicas delmotor, son mucho ms sensibles a lavariacin de los parmetros de la etapade baja presin que a las de alta.

REFERENCIAS

1. Bosch, R., Manual de la Tcnica delAutomvil, Editorial Revert, S.A.,Barcelona, 1992.

2. Grigoriev, B.G., GasoballonnieAvtomobili, Editorial Mashinostroienie,Mosc, 1989 (en ruso).

3. Heywood, J.B., Internal CombustionEngine Fundamentals, McGraw Hill Inc,USA, 1988.

4. Lira Cacho, J.G., Condori Antezana,J.C., Un Sistema de Alimentacin dualGLP/gasolina de bajo costo paraMotores Automotrices de pequeacilindrada, Revista TECNIA, Vol.15, N2,Universidad Nacional de Ingeniera, Lima,diciembre, 2005.

5. Lira Cacho, J.G., Oliveros Donohue, A.,

Barrera, J., Sistema de Alimentacin deBiogs para un motor de CombustinInterna, Revista TECNIA, Vol.13, N1,Universidad Nacional de Ingeniera,Lima, 2003.

6. Palacios Bereche, R., Anlisis de losprocesos gasodinmicos en un sistemade alimentacin de GNC de un motorautomotriz E.CH. con carburador, Tesisde Competencia Profesional, UNI, Lima,2004.

7. http://www.cpgnv.org.pe/estadistic_nac01.htm

8. http://www.bedinigas.com/products.htm

9. http://www.chemicalogic.com/mollier/A1-size-methane.pdf

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ANEXO 1

Fig. 10. Diagrama de flujo del clculo del reductor.

Fig.11.Diagrama de flujo del sistema de alimentacin a GNV.

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