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• Alicia Passo

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DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA Latacunga, 02 de Julio del 2014 ESTUDIO Y ENSAYO DEL MEZCLADOR DEL SISTEMA DE CONVERSIÓN A GLP PARA UN MOTOR DE 4 TIEMPOS A GASOLINA Rodrigo Passo G. Universidad de las Fuerzas Armadas Espe Extensión Latacunga, Departamento de Energía y Mecánica, Av. Márquez de Maenza y Hermanas Páez [email protected]

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de investigación desarrolla la verificación teórica y experimental del elemento mezclador del sistema de conversión de gas licuado de petróleo (GLP) cuando es utilizado en motores de combustión interna de vehículos livianos como por ejemplo, en motocicletas y automóviles principalmente. Además, la presente investigación no sólo está enfocada en los resultados de los ensayos realizados en el motor prototipo del laboratorio de Autotrónica, sino también en los cálculos teóricos y prácticos de la caída de presión del mezclador de aire- combustible. Para obtener los valores teórico y experimental de la caída de presión del mezclador airecombustible, se investigó acerca del sistema de conversión de GLP y sobre el funcionamiento del motor de 4 tiempos a gasolina.

Debido al constante crecimiento del parque automotor (vehículos livianos)en Ecuador, el constante aumento de los precios de los combustibles y el aumento de la contaminación ambiental, se ha buscado una nueva alternativa de combustible para este tipo de vehículos, el Gas Licuado de Petróleo (GLP), el cuál es una mezcla de gases (propano y butano en su mayoría, y otros) obtenidos de la destilación fraccionada del petróleo crudo. Para poder emplear el GLP en vehículos livianos se emplean kits de conversión dual, gasolina/GLP, los cuales son importados. Este sistema es de fácil instalación y se puede usar en vehículos con carburador, inyección monopunto o multipunto; además, no se tiene la necesidad de realizar modificaciones en el motor del vehículo. El kit de conversión está compuesto de un conjunto de componentes, dentro de los cuales podemos mencionar al tanque GLP, al conmutador gas-gasolina, al reductorvaporizador GLP, al mezclador aire/combustible y la electro válvula gasolina. El mezclador es considerado una de las partes principales, por lo que se realizaron estudios y ensayos de carga y de velocidad para poder encontrar un punto óptimo y así obtener una máxima eficiencia en el motor de combustión interna. Además, de encontrar la diferencia de la caída de presión teórica y experimental que se produce en el difusor o Venturi del mezclador. Se realizan ensayos, según la Norma Técnica Ecuatoriana NTE 2310 y 2311 y para ello, se toman datos de entrada como el torque, la temperatura de succión de aire, la temperatura de salida de gases, la velocidad de giro del motor, y la altura manométrica. Con estos datos de entrada se obtienen resultados como por ejemplo la potencia efectiva, el torque, el consumo específico y el gasto horario de combustible. Una vez obtenidos los resultados se procede a realizar las curvas experimentales de las cuales se puede llegar a

PALABRAS CLAVE. GLP, combustión, motor, mezclador ABSTRACT This research develops the theoretical and experimental verification of the mixing element conversion system for liquefied petroleum gas (LPG) when used in internal combustion engines for light vehicles such as motorcycles and cars mainly. Furthermore, this research is not only focused on the results of the tests performed on the prototype engine Autotronics laboratory but also in the practical and theoretical calculations of the pressure drop of the air-fuel mixing. To obtain the theoretical and experimental values of the pressure drop of the air-fuel mixer was investigated for LPG conversion system and the operation of the 4-stroke gasoline. KEYWORDS. mixer.

GLP,

combustion,

engine,

concluir que el motor pierde potencia efectiva y se obtiene un menor consumo de combustible cuando se usa GLP como combustible. EQUIPO EXPERIMENTAL Los principales equipos a utilizar en los ensayos son los siguientes: kit de conversión de gasolina a gas licuado de petróleo y el motor de ensayo de compresión.

entrada del múltiple de admisión del motor. El cuerpo principal se construye generalmente de aluminio, y además, tiene características geométricas similares a la entrada del múltiple de admisión tanto por el ingreso de aire como por el de salida de la mezcla aire-GLP. El Venturi (Ver figura 3) es la parte que mezcla el GLP con el aire en las proporciones adecuadas para cualquier régimen de carga del motor. Tiene el mismo principio dinámico de flujo que los carburadores convencionales, esto quiere decir, que el flujo de GLP, que proviene a través del conducto que recibe el gas desde el reductor -vaporizador, llega a ingresar al Venturi por la depresión que existe en la garganta. Además, se sabe que el flujo de aire ingresa a la cámara del motor debido a la succión provocada por la carrera descendente del pistón en el proceso de admisión, que se desarrolla desde el ingreso al mezclador y se acelera al pasar por la garganta del Venturi, con lo que se obtiene una presión negativa (succión) en dicho punto.

Figura 1 Kit de conversión de gasolina a GLP

Mezclador El mezclador o llamado también unidad de mezcla (Ver Figura 2) es un componente del sistema de conversión de gas licuado de petróleo (GLP) que es capaz de reunir en proporciones adecuadas el aire proveniente del filtro de aire con la succión de GLP que proviene del reductor -vaporizador, para suministrar una cantidad de mezcla carburante requerida en la cámara de combustión del motor y así garantizar el buen funcionamiento de este. Este componente está compuesto principalmente por 2 piezas: cuerpo principal o carcaza, y una tobera (Venturi).

Figura 2 Mezclador o unidad de mezcla El cuerpo principal es diseñado de tal manera que permite el alojamiento del Venturi, y este último, quede en forma coaxial con el tubo de

Figura 3. Venturi MODELO MATEMÁTICO Consideración de la composición química promedio del GLP. Tabla 1 Formula Hidrocarburo Química Propano C 3H 8

%Volumétrico a 25 ºC 12,60

Propileno

C 3H 6

30,60

i - Butano

C4H10

25,40

n - Butano

C4H10

6,30

l - Buteno

C 4H 8

12,50

Trans2 - Buteno

C 4H 8

7,80

Cis 2 - Buteno

C 4H 8

4,60

Pentano C5H12 0,20 Tabla 1 Composición Química del GLP

MEZCLADOR DE CHAPA SUPERIOR Son aquellos mezcladores que se colocan encima del carburador. En general son fáciles de montar, basta desmontar la caja del filtro y su tubo de unión al carburador y poner el mezclador encima del carburador. Se puede fijar el mezclador al carburador mediante los correspondientes tornillos o sujetarlo con un muelle. Después es suficiente hacer un agujero en la caja del filtro aire eligiendo la mejor posición para poder montar la tubería del G.L.P. desde el reductor hasta el mezclador.

Figura 4 Mezclador de Chapa Superior

MEZCLADORES CHAPA INFERIOR Se trata de mezcladores hechos de chapa fina que se montan entre el carburador y el cuerpo de la válvula a mariposa, en aquellos carburadores cuyas dos partes se pueden separar. Se instalan en substitución del espaciador de baquelita, perfectamente en línea con los tubos Venturi del carburador. Aunque su montaje es un poco fatigoso· esta clase de mezcladores ofrece muchas ventajas: crea una cohesión mejor en la mezcla airegasolina; reduce notablemente las emisiones nocivas de los gases de escape, como el óxido de carbono; y al estar montado debajo del difusor del carburador no altera casi nada el funcionamiento con gasolina. Antes de desmontar el carburador para instalar el mezclador, controlar con mucho cuidado todas sus partes móviles. Cada mezclador está equipado con varillas, tornillos o espárragos que reemplazan los originales a fin de mantener inalteradas las características del carburador una vez montado. Se suministra también una serie de guarniciones para garantizar la estanqueidad una vez terminada la instalación.

Figura 5 Mezclador de Chapa Inferior

SISTEMA MIXTO La figura ilustra el esquema de un carburador con el acoplamiento montado para el funcionamiento mixto. Esta solución si se lleva a cabo bien, da excelentes resultados. Presenta sin embargo algunos problemas: no se puede aplicar con todo tipo de carburadores, para montarlo hace falta tiempo, habilidad y si no se hace de forma correcta puede provocar graves daños al carburador. La elección de la posición del orificio está condicionada por la necesidad de situar el acoplamiento como indicado .en la figura 11.3; la entrada debe ser hecha de tal manera que la generatriz superior del acoplamiento se halle un poco más abajo (2+3 mm) de la sección estrecha del tubo Venturi, posición que coincide en general con la extremidad del centrador del carburador.

Figura 6 Mezclador de Sistema Mixto

SISTEMA DE HORQUILLA Esta solución es mucho más fácil de realizar que la anterior y se puede colocar en casi todos los carburadores. Si se elige esta solución habrá que volver a perfilar las mariposas de los arrancadores que no trabajarían, y prestar mucha atención a la

extremidad de la horquilla que tendrá que por el punto más estrecho del tubo de Venturi. Los tubos de aspiración del gas no tienen que atravesar el elemento de filtrado del aire, sino solamente la caja del filtro como indicado en la figura.

entrar garantizando una correcta mezcla aire carburante, tanto en condiciones de régimen estacionario como dinámico. RECOMENDACIONES: 

Figura 7 Mezclador con Sistema de Horquilla

Para la construcción de dicho mezclador se debe escoger el material en base a las características y si es o no comercial en nuestro medio, también se debe considerar el costo del mismo y que las características técnicas estén de acuerdo a las normas NTE INEN 2310 y NTE INEN 2311.

Bibliografía: FUNCIONAMIENTO DEL MEZCLADOR Consideramos que es útil terminar este capítulo con una pequeña explicación sobre el funcionamiento del mezclador, que conceptualmente es semejante al del carburador. El objetivo de ambos dispositivos es el de garantizar una relación constante (en masa) entre la cantidad de aire y la cantidad de carburante, cosa que es necesaria a fin que el motor funcione bien. Por tanto hay que cumplir dos funciones: 1) medir el caudal de aire 2) dosificar el combustible CONCLUSIONES: 

Al utilizar el principio de Venturi ganamos velocidad y es un punto muy importante para la eficiencia de nuestro mezclador, aumentado una buena turbulencia de la mezcla, aumentando la velocidad de los gases



Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la función para la cual está construido.



Es el dispositivo mecánico que aprovecha el efecto Venturi,

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http://orsaam.blogspot.com/2012/0 7/como-funciona-un-mezcladorprogas-glp.html

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http://tecnologiacientifica.blogspot. com/

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http://congreso.pucp.edu.pe/cibim 8/pdf/06/06-63.pdf

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file:///C:/Users/MS-21/Desktop/TESPEL-0190.pdf