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1 RENDIMIENTO COMPARATIVO DE MOTOR UTILIZANDO VARIAS MEZCLAS COMBUSTIBLES DANIEL ANDRES GUEVARA PORTELA Asesor: RAFAEL BELTRAN PULIDO Ingeniero Mecánico, M.Sc UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C. ENERO 2008
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RENDIMIENTO COMPARATIVO DE MOTOR UTILIZANDO VARIAS MEZCLAS COMBUSTIBLES
DANIEL ANDRES GUEVARA PORTELA Asesor:
RAFAEL BELTRAN PULIDO Ingeniero Mecánico, M.Sc
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C. ENERO 2008
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RENDIMIENTO COMPARATIVO DE MOTOR UTILIZANDO VARIAS MEZCLAS COMBUSTIBLES
PROYECTO DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA ACCEDER AL TITULO DE INGENIERO MECANICO
DANIEL ANDRES GUEVARA PORTELA Asesor:
RAFAEL BELTRAN PULIDO Ingeniero Mecánico, M.Sc
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C. ENERO 2008
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AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mi madre por su amor, constante lucha, apoyo incondicional y por darme la oportunidad de ser alguien en la vida, a cata por ser todo lo que representa una hermana, a Chavita por darme siempre el mayor de los ejemplos a moni por su apoyo y constante compañía en esta lucha. A mi hermano y su familia, mis sobrinos que tanto los quiero, al resto de mi familia por su amor y admiración y a Francisco por su gran colaboración. A todas las personas que creyeron en mí y aportaron de una forma u otra para que este sueño fuera posible de lograr
"En la pugna entre el arroyo y la roca, siempre triunfa el arroyo...
no porque sea muy fuerte, sino porque persevera."
H. Jackson Brown
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TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCION .......................................................................................................... 8 2. OBJETIVOS..................................................................................................................... 9 2.1. OBJETIVOS GENERALES........................................................................................ 9 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS...................................................................................... 9
3. GENERALIDADES....................................................................................................... 10 3.1. MOTOR DE COMBUSTION INTERNA.................................................................10 3.2. MOTOR DE CUATRO TIEMPOS...........................................................................10 3.3. PARTES DEL MOTOR............................................................................................12 3.3.1. LA CULATA.....................................................................................................12 3.3.2. BLOQUE..........................................................................................................13 3.3.3. EL CARTER......................................................................................................13 3.3.4. FILTRO DE AIRE.............................................................................................13 3.3.5. CARBURADOR ...............................................................................................13 3.3.6. DISTRIBUIDOR...............................................................................................14 3.3.7. BOMBA DE GASOLINA..................................................................................14 3.3.8. BOBINA DE ENCENDIDO..............................................................................14 3.3.9. FILTRO DE ACEITE.........................................................................................15 3.3.10. BOMBA DE ACEITE........................................................................................15 3.3.11. ACEITE LUBRICANTE....................................................................................15 3.3.12. TOMA DE ACEITE..........................................................................................15 3.3.13. CABLES DE ALTA TENSION..........................................................................15 3.3.14. BUJIA...............................................................................................................16 3.3.15. BALANCIN......................................................................................................16 3.3.16. MUELLE DE LA VALVULA.............................................................................16 3.3.17. VALVULA DE ESCAPE....................................................................................16 3.3.18. VALVULA DE ADMISION..............................................................................17 3.3.19. MULTIPLE.......................................................................................................17 3.3.20. CAMARA DE COMBUSTION.........................................................................17 3.3.21. VARILLA EMPUJADORA................................................................................17 3.3.22. ARBOL DE LEVAS...........................................................................................17 3.3.23. AROS DEL PISTON.........................................................................................17 3.3.24. PISTON............................................................................................................18 3.3.25. BIELA...............................................................................................................18 3.3.26. BULON............................................................................................................18 3.3.27. CIGÜEÑAL......................................................................................................18 3.3.28. MULTIPLE DE ESCAPE..................................................................................18 3.3.29. REFRIGERACION DEL MOTOR.....................................................................19 3.3.30. MOTOR DE ARRANQUE................................................................................19 3.3.31. VOLANTE....................................................................................................... 20
3.4. MOTORES FLEX FUEL.......................................................................................... 20 3.5. BIOCOMBUSTIBLE................................................................................................21 3.6. NORMATIVIDAD EN COLOMBIA........................................................................21
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3.7. PRODUCCION DEL ALCOHOL CARBURANTE.................................................. 22 3.8. BENEFICIOS.......................................................................................................... 23 3.9. DESVENTAJAS...................................................................................................... 23 3.10. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL......................................................................... 23
4. MOTOR DE PRUEBA, CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS........................................... 27 4.1. PUESTA A PUNTO DEL MOTOR......................................................................... 28 4.2. PRUEBAS A REALIZAR ........................................................................................ 28
5. COMBUSTIBLE............................................................................................................ 29 5.1. MEZCLAS ALCOHOL‐GASOLINA........................................................................ 29 MEZCLA E10 ................................................................................................................ 29 MEZCLA E15 y E20....................................................................................................... 29
6. PREPARACION DE MEZCLAS................................................................................... 30 7. FRENO HIDRAULICO................................................................................................. 31 7.1. PUESTA A PUNTO FRENO HIDRAULICO...........................................................31 7.2. PRUEBAS REALIZADAS........................................................................................31
8. BANCO DE PRUEBAS................................................................................................. 32 8.1. PUESTA A PUNTO BANCO DE PRUEBAS.......................................................... 32
9. PRUEBAS RENDIMIENTO DEL MOTOR................................................................... 34 9.1. OBJETIVO.............................................................................................................. 34 9.2. EQUIPO DE MEDICION....................................................................................... 34 9.3. DESCRIPCION DE LA PRUEBA............................................................................ 34 9.4. CURVAS OBTENIDAS........................................................................................... 35 9.5. ANALISIS DE RESULTADOS................................................................................ 36
10. PRUEBA CONSUMO DE COMBUSTIBLE............................................................... 37 10.1. OBJETIVO........................................................................................................... 37 10.2. DESCRIPCION DE LA PRUEBA........................................................................ 37 10.3. GRAFICA OBTENIDA........................................................................................ 37 10.4. ANALISIS DE RESULTADOS............................................................................ 37
11. PRUEBA DE EMISION DE GASES........................................................................... 38 11.1. OBJETIVO........................................................................................................... 38 11.2. DESCRIPCION DE LA PRUEBA........................................................................ 38 11.3. GRAFICAS OBTENIDAS.................................................................................... 38 11.4. ANALISIS DE RESULTADOS............................................................................ 40
12. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 41 13. ANEXOS.................................................................................................................... 42
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INDICE DE GRAFICAS
Gráfico 1 Potencia vs. Velocidad ......................................................................................... 35 Gráfico 2 Torque vs. Velocidad ............................................................................................ 36 Gráfico 3 Consumo de gasolina ........................................................................................... 37 Gráfico 4 Concentración de O2 ............................................................................................ 38 Gráfico 5 Concentración de N2 ............................................................................................ 39 Gráfico 6 Concentración de CO ........................................................................................... 39 Gráfico 7 Concentración de CO2 ......................................................................................... 39 Gráfico 8 Concentración de NOX......................................................................................... 40 Gráfico 9 Temperatura de gases.......................................................................................... 40
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INDICE DE FIGURAS
Fíg. 1 Ciclo de Otto. .............................................................................................................. 11 Fíg. 2 Tiempos del motor...................................................................................................... 11 Fíg. 3 Partes de un motor ..................................................................................................... 12 Fíg. 4 Automoviles f lex fuel. ................................................................................................ 20 Fíg. 5 Funcionamiento motor f lex fuel................................................................................. 21 Fíg. 6 Proceso de producción de etanol .............................................................................. 22 Fíg. 7 Procesamientos etanol y alimentos. .......................................................................... 24 Fíg. 8 Producción mundial de etanol. .................................................................................. 25 Fíg. 9 Producción requerida etanol en Colombia ............................................................... 25 Fíg. 10 Consumo interno de biocombustibles...................................................................... 26 Fíg. 11 Hectáreas de cultivo para etanol ............................................................................. 26 Fíg. 12 Producción de etanol por cultivo. ............................................................................ 26 Fíg. 13 Freno hidráulico........................................................................................................ 26 Fíg. 14 Caracter ísticas del motor ......................................................................................... 27 Fíg. 15 Motor de prueba ....................................................................................................... 27 Fíg. 16 Biocombustible ......................................................................................................... 29 Fíg. 17 Porcentajes mezcla .................................................................................................. 29 Fíg. 18 Medidas para obtener E15 y E20. .......................................................................... 30 Fíg. 19 Procedimiento de mezclado. ................................................................................... 30 Fíg. 20 Caracter ísticas físicas etanol. ................................................................................. 30 Fíg. 21 Caracter ísticas gasolina comercial (corriente) ....................................................... 30 Fíg. 22 Freno hidráulico....................................................................................................... 31 Fíg. 23 Banco de pruebas .................................................................................................... 32 Fíg. 24 Tanque de gasolina .................................................................................................. 32 Fíg. 25 Chimenea ................................................................................................................. 33 Fíg. 26 Freno hidráulico........................................................................................................ 34 Fíg. 27 Válvula de agua ........................................................................................................ 34 Fíg. 28 Galga de presión ...................................................................................................... 35 Fíg. 29 Medición de revoluciones......................................................................................... 35 Fíg. 30 Enerac 500. .............................................................................................................. 38
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1. INTRODUCCION El proyecto pretende evaluar el rendimiento de un motor de combustión interna variando el porcentaje de etanol en la gasolina desde un 10% (actualmente utilizado) hasta un 20%. El análisis mostrara como se ve afectado el rendimiento del motor, como se comporta el biocombustible y cuales son los efectos ambientales que trae su implementación. La utilización del alcohol carburante nace de la necesidad mundial de encontrar alternativas energéticas, ya que los combustibles actuales son derivados del petróleo (recurso no renovable) junto con la preocupación ambiental que busca disminuir la emisión de gases contaminantes. Los cambios climáticos incrementaron la preocupación por mundial disminuir la emisión de CO2 y smog que contribuyen al efecto invernadero. El programa de las Naciones Unidas para el desarrollo (PNUD) busca que la industria del alcohol carburante en el mundo crezca y se fortalezca. También se exige una reducción de por lo menos el 80% de los volúmenes de gases de invernadero que se arrojaban en 1990, antes del 2050, y de un 30% de aquí al año 2020. Para lograr que esto se cumpla se tomaran medidas como impuestos a la contaminación, fijación de límites, la regulación del uso de energías y el fortalecimiento de la cooperación internacional para el financiamiento de programas de desarrollo sostenible. En Colombia el congreso de la republica en el año 2001 por medio de la Ley 693 inicia la normatividad sobre la utilización de la mezcla de gasolina con alcohol carburante, para lograr una disminución de emisiones contaminantes que se derivan de los combustibles vehiculares. La última actualización en el marco legal del biocombustible se da en el mes de julio del 2007 , en donde el Ministerio de Minas y Energía saco el decreto 2629 en el que se dictan las disposiciones para promover la utilización de biocombustibles en el país y la medidas a aplicar sobre vehículos que utilicen combustibles para su funcionamiento. El etanol se puede obtener a partir de cultivos de maíz, yuca, papa, remolacha sorgo y cañan de azúcar que contienen carbohidratos, que por medio de un proceso de fermentación se pueden convertir en alcohol. El porcentaje de etanol al que se espera llegar en el corto plazo es del 20 %, sin embargo la meta es poder utilizar bioetanol como único combustible, para lo que se requiere el desarrollo tecnológico por parte de los fabricantes de automóviles, ya que los motores actuales no están diseñados para funcionar con bioetanol exclusivamente.
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2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVOS GENERALES Evaluar el rendimiento de un motor de combustión interna, variando la composición de etanol en el combustible. Poner en funcionamiento el banco de pruebas con el motor de combustión interna de un Renault 9 de 1400 c.c. que se encuentra en el laboratorio de ingeniería mecánica. 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Evaluar el rendimiento del motor utilizando un freno hidráulico a diferentes revoluciones.
• Analizar el consumo de combustible del motor con mezclas ricas en etanol 10%, 15% y 20%.
• Caracterizar el consumo de combustible por medio de los resultados experimentales.
• Realizar un análisis de los efectos ambientales de las diferentes mezclas combustibles utilizadas en cuanto a emisiones de monóxido de carbono y otros gases contaminantes.
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3. GENERALIDADES 3.1. MOTOR DE COMBUSTION INTERNA Un motor de combustión interna es una máquina que produce una mezcla de oxígeno con el combustible. Una vez mezclados totalmente y contenidos en la cámara de combustión, los gases son encendidos por medio de una chispa y así generara la combustión. Gracias a su diseño el motor convierte esta energía producida por la explosión en el movimiento giratorio. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos: el motor cíclico Otto, el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de combustión. El motor cíclico Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica. El motor diesel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Christian Karl Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de electricidad, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y algunos automóviles. Tanto los motores Otto como los diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos. 3.2. MOTOR DE CUATRO TIEMPOS En los motores de cuatro tiempos el trabajo se lleva a cabo en 4 procesos diferentes, admisión, compresión, combustión y escape, a lo que se le llama un ciclo completo y produce dos vueltas completas del cigüeñal (eje). En todo motor de movimiento alternativo, las dos posiciones extremas entre las que se puede mover un pistón se llama “punto muerto superior” (PMS) y “punto muerto inferior” (PMI). En el motor de cuatro tiempos (abajo), cada pistón comienza su carrera en el PMS. Al iniciar su primer movimiento hacia abajo, se abre en la parte superior del cilindro una válvula de admisión que da paso al vapor de gasolina mezclado con aire. Para cuando el pistón llega al PMI ha succionado la cantidad precisa de este combustible. Por consiguiente, este primer movimiento se llama tiempo de admisión. Durante el segundo tiempo —hacia arriba—, la válvula de admisión esta cerrada, mientras el pistón comprime la mezcla combustible de forma que ésta se hace de fácil ignición. En consecuencia, este tiempo se llama tiempo de compresión. Cuando el pistón se acerca al PMS, entre los electrodos de la bujía salta una chispa eléctrica que enciende el vapor comprimido en la parte superior del cilindro. La combustión resultante, en la que la temperatura de la mezcla puede llegar a los 2.000°C y la fuerza hasta 2 toneladas, empuja al pistón hacia abajo. Es el tiempo de explosión.
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Fíg. 1 Ciclo de Otto1.
Para cuando el pistón llega de nuevo al fondo del cilindro, se ha agotado la fuerza de la combustión. Resta sólo permitir que los productos de desecho de la combustión pasen al sistema de escape, y de él a la atmósfera. En este punto, pues, se abre en el cilindro una segunda válvula, la válvula de escape. Con esto, el pistón, en su cuarto tiempo, o tiempo de escape, expulsa los gases a través de la parte superior del cilindro2.
Fíg. 2 Tiempos del motor
1 omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/39/html/sec_10.html 2 /auto.idoneos.com/index.php/Notas_Tecnicas/Motor_combustion
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3.3. PARTES DEL MOTOR
Fíg. 3 Partes de un motor3
3.3.1. LA CULATA La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape. En la culata se encuentran situadas las válvulas de admisión y de escape, así como las bujías. Posee, además, dos conductos internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en la cámara de combustión del cilindro) y otro conectado al múltiple de escape (para permitir que los gases producidos por la combustión sean expulsados al medio ambiente). Posee, además, otros conductos que permiten la circulación de agua para su refrigeración. La culata está firmemente unida al bloque del motor por medio de tornillos. Para garantizar un sellado hermético con el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una “junta de culata”, constituida por una lámina de material de amianto o cualquier otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del motor.4
3Mecánica automotriz / Univ ersidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica 4 Mecánica automotriz / Universidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
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3.3.2. BLOQUE En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas, que son barrenos o cavidades practicadas en el mismo, por cuyo interior se desplazan los pistones. Estos últimos se consideran el corazón del motor. La cantidad de cilindros que puede contener un motor es variable, así como la forma de su disposición en el bloque. Existen motores de uno o de varios cilindros, aunque la mayoría de los coches o automóviles utilizan motores con bloques de cuatro, cinco, seis, ocho y doce cilindros, incluyendo algunos coches pequeños que emplean solo tres. El bloque del motor debe poseer rigidez, poco peso y poca dimensión, de acuerdo con la potencia que desarrolle. 3.3.3. EL CARTER Es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite lubricar el cigüeñal, los pistones, el árbol de levas y otros mecanismos móviles del motor. Durante el tiempo de funcionamiento del motor una bomba de aceite extrae el lubricante del cárter y lo envía a los mecanismos que requieren lubricación. Existen también algunos tipos de motores que en lugar de una bomba de aceite emplean el propio cigüeñal, sumergido parcialmente dentro del aceite del cárter, para lubricar “por salpicadura” el mismo cigüeñal, los pistones y el árbol de levas. 3.3.4. FILTRO DE AIRE Su función es extraer el polvo y otras partículas para limpiar lo más posible el aire que recibe el carburador, antes que la mezcla aire-combustible pase al interior de la cámara de combustión de los cilindros del motor. 3.3.5. CARBURADOR Mezcla el combustible con el aire en una proporción de 1:10000 para proporcionar al motor la energía necesaria para su funcionamiento. Esta mezcla la efectúa el carburador en el interior de un tubo con un estrechamiento practicado al efecto, donde se pulveriza la gasolina por efecto venturi. Una bomba mecánica, provista con un diafragma de goma o sintético, se encarga de bombear desde el tanque principal la gasolina para mantener siempre llena una pequeña cuba desde donde le llega el combustible al carburador5. En los vehículos actuales esa bomba de gasolina, en lugar de ser mecánica es eléctrica y se encuentra situada dentro del propio tanque principal de combustible. Para evitar que la cuba se rebose y pueda llegar a inundar de gasolina la cámara
5 http://www.asif unciona.com/mecanica/af_motor_gasolina/af _motor_gasolina_4.htm
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de combustión, existe en el interior de la cuba un flotador encargado de abrir la entrada del combustible cuando el nivel baja y cerrarla cuando alcanza el nivel máximo admisible. El propio carburador permite regular la cantidad de mezcla aire-combustible que envía a la cámara de combustión del motor utilizando un mecanismo llamado mariposa. Por medio del acelerador de pie del coche, o el acelerador de mano en los motores estacionarios, se regula transitoriamente el mecanismo de la mariposa, lo que permite una mayor o menor entrada de aire al carburador. De esa forma se enriquece o empobrece la mezcla aire-combustible que entra en la cámara de combustión del motor, haciendo que el cigüeñal aumente o disminuya las revoluciones por minuto. Cuando la mezcla de aire-combustible es pobre, las revoluciones disminuyen y cuando es rica, aumentan. 3.3.6. DISTRIBUIDOR Distribuye entre las bujías de todos los cilindros del motor las cargas de alto voltaje o tensión eléctrica provenientes de la bobina de encendido o ignición. El distribuidor está acoplado sincrónicamente con el cigüeñal del motor de forma tal que al rotar el contacto eléctrico que tiene en su interior, cada bujía recibe en el momento justo la carga eléctrica de alta tensión necesaria para provocar la chispa que enciende la mezcla aire-combustible dentro de la cámara de combustión de cada pistón. 3.3.7. BOMBA DE GASOLINA Extrae la gasolina del tanque de combustible para enviarla a la cuba del carburador cuando se presiona el “acelerador de pie” de un vehículo automotor o el “acelerador de mano” en un motor estacionario. Desde hace muchos años atrás se utilizan bombas mecánicas de diafragma, pero últimamente los fabricantes de motores las están sustituyendo por bombas eléctricas, que van instaladas dentro del propio tanque de la gasolina. 6 3.3.8. BOBINA DE ENCENDIDO Dispositivo eléctrico perteneciente al sistema de encendido del motor, destinado a producir una carga de alto voltaje o tensión. La bobina de ignición constituye un transformador eléctrico, que eleva por inducción electromagnética la tensión entre los dos enrollados que contiene en su interior. El enrollado primario de baja tensión se conecta a la batería de 12 volt, mientras que el enrollado secundario la transforma en una corriente eléctrica de alta tensión de 15 mil ó 20 mil volt. Esa corriente se envía al distribuidor y éste, a su vez, la envía a cada una de las bujías en el preciso momento que se inicia en cada cilindro el tiempo de explosión del combustible 6 Mecánica automotriz / Universidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
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3.3.9. FILTRO DE ACEITE Recoge cualquier basura o impureza que pueda contener el aceite lubricante antes de pasar al sistema de lubricación del motor. 3.3.10. BOMBA DE ACEITE Envía aceite lubricante a alta presión a los mecanismos del motor como son, por ejemplo, los cojinetes de las bielas que se fijan al cigüeñal, los aros de los pistones, el árbol de leva y demás componentes móviles auxiliares, asegurando que todos reciban la lubricación adecuada para que se puedan mover con suavidad. 3.3.11. ACEITE LUBRICANTE Su función principal es la de lubricar todas las partes móviles del motor, con el fin de disminuir el rozamiento y la fricción entre ellas. De esa forma se evita el excesivo desgaste de las piezas, teniendo en cuenta que el cigüeñal puede llegar a superar las 6 mil RPM. Como función complementaria el aceite lubricante ayuda también a refrescar los pistones y los cojinetes, así como mantenerlos limpios. Otra de las funciones del lubricante es ayudar a amortiguar los ruidos que produce el motor cuando está funcionando 7. El aceite lubricante en sí ni se consume, ni se desgasta, pero con el tiempo se va ensuciando y sus aditivos van perdiendo eficacia hasta tal punto que pasado un tiempo dejan de cumplir su misión de lubricar. Por ese motivo periódicamente el aceite se debe cambiar por otro limpio del mismo grado de viscosidad recomendada por el fabricante del motor. Este cambio se realiza normalmente de acuerdo con el tiempo que estipule el propio fabricante, para que así los aditivos vuelvan a ser efectivos y puedan cumplir su misión de lubricar. Un tercio del contenido de los aceites son aditivos, cuyas propiedades especiales proporcionan una lubricación adecuada. 3.3.12. TOMA DE ACEITE Punto desde donde la bomba de aceite succiona el aceite lubricante del cárter. 3.3.13. CABLES DE ALTA TENSION Son los cables que conducen la carga de alta tensión o voltaje desde el distribuidor hasta cada bujía para que la chispa se produzca en el momento adecuado. 7 Mecánica automotriz / Universidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
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3.3.14. BUJIA Electrodo recubierto con un material aislante de cerámica. En su extremo superior se conecta uno de los cables de alta tensión o voltaje procedentes del distribuidor, por donde recibe una carga eléctrica de entre 15 mil y 20 mil volt aproximadamente. En el otro extremo la bujía posee una rosca metálica para ajustarla en la culata y un electrodo que queda situado dentro de la cámara de combustión. La función de la bujía es hacer saltar en el electrodo una chispa eléctrica dentro de la cámara de combustión del cilindro cuando recibe la carga de alta tensión procedente de la bobina de ignición y del distribuidor. En el momento justo, la chispa provoca la explosión de la mezcla aire-combustible que pone en movimiento a los pistones. Cada motor requiere una bujía por cada cilindro que contenga su bloque. 3.3.15. BALANCIN En los motores del tipo OHV (Over Head Valves – Válvulas en la culata), el balancín constituye un mecanismo semejante a una palanca que bascula sobre un punto fijo, que en el caso del motor se halla situado normalmente encima de la culata. La función del balancín es empujar hacia abajo las válvulas de admisión y escape para obligarlas a que se abran. El balancín, a su vez, es accionado por una varilla de empuje movida por el árbol de levas. El movimiento alternativo o de vaivén de los balancines está perfectamente sincronizado con los tiempos del motor. 8 3.3.16. MUELLE DE LA VALVULA Muelle encargado de mantener normalmente cerradas las válvulas de admisión y escape. Cuando el balancín empuja una de esas válvulas para abrirla, el muelle que posee cada una las obliga a regresar de nuevo a su posición normal de “cerrada” a partir del momento que cesa la acción de empuje de los balancines. 3.3.17. VALVULA DE ESCAPE Pieza metálica en forma de clavo grande con una gran cabeza, cuya misión es permitir la expulsión al medio ambiente de los gases de escape que se generan dentro del cilindro del motor después que se quema la mezcla aire-combustible durante el tiempo de explosión. Normalmente los motores poseen una sola válvula de escape por cilindro; sin embargo, en la actualidad algunos motores modernos pueden tener más de una por cada cilindro.
8 Mecánica automotriz / Universidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
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3.3.18. VALVULA DE ADMISION Válvula idéntica a la de escape, que normalmente se encuentra junto a aquella. Se abre en el momento adecuado para permitir que la mezcla aire-combustible procedente del carburador, penetre en la cámara de combustión del motor para que se efectúe el tiempo de admisión. Hay motores que poseen una sola válvula de admisión por cilindro; sin embargo, los más modernos pueden tener más de una por cada cilindro. 3.3.19. MULTIPLE Vía o conducto por donde le llega a la cámara de combustión del motor la mezcla de aire-combustible procedente del carburador para dar inicio al tiempo de admisión. 3.3.20. CAMARA DE COMBUSTION Espacio dentro del cilindro entre la culata y la parte superior o cabeza del pistón, donde se efectúa la combustión de la mezcla aire-combustible que llega del carburador. La capacidad de la cámara de combustión se mide en cm3 y aumenta o disminuye con el movimiento alternativo del pistón. Cuando el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior) el volumen es el mínimo, mientras que cuando se encuentra en el PMI (Punto Muerto Inferior) el volumen es el máximo. 9
3.3.21. VARILLA EMPUJADORA Varilla metálica encargada de mover los balancines en un motor del tipo OHV (Over Head Valves – Válvulas en la culata). La varilla empujadora sigue siempre el movimiento alternativo que le imparte el árbol de levas. 3.3.22. ARBOL DE LEVAS Eje parecido al cigüeñal, pero de un diámetro mucho menor, compuesto por tantas levas como válvulas de admisión y escape tenga el motor. Encima de cada leva se apoya una varilla empujadora metálica, cuyo movimiento alternativo se transmite a los balancines que abren y cierran las válvulas de admisión o las de escape. 3.3.23. AROS DEL PISTON Los aros son unos segmentos de acero que se alojan en unas ranuras que posee el pistón. Los hay de dos tipos: de compresión o fuego y rascador de aceite.
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Normalmente cada pistón posee tres ranuras para alojar los aros. Las dos primeras la ocupan los dos aros de compresión o fuego, mientras que la última la ocupa un aro rascador de aceite. Los aros de compresión son lisos, mientras que el aro rascador de aceite posee pequeñas aberturas a todo su alrededor para facilitar la distribución pareja del lubricante en la superficie del cilindro o camisa por donde se desplaza el pistón. 3.3.24. PISTON El pistón constituye una especie de cubo invertido, de aluminio fundido en la mayoría de los casos, vaciado interiormente. En su parte externa posee tres ranuras donde se insertan los aros de compresión y el aro rascador de aceite. Mas abajo de la zona donde se colocan los aros existen dos agujeros enfrentados uno contra el otro, que sirven para atravesar y fijar el bulón que articula el pistón con la biela. 3.3.25. BIELA Es una pieza metálica de forma alargada que une el pistón con el cigüeñal para convertir el movimiento lineal y alternativo del primero en movimiento giratorio en el segundo. La biela tiene en cada uno de sus extremos un punto de rotación: uno para soportar el bulón que la une con el pistón y otro para los cojinetes que la articula con el cigüeñal. Las bielas puedes tener un conducto interno que sirve para hacer llegar a presión el aceite lubricante al pistón. 10 3.3.26. BULON Es una pieza de acero que articula la biela con el pistón. Es la pieza que más esfuerzo tiene que soportar dentro del motor. 3.3.27. CIGÜEÑAL Constituye un eje con manivelas, con dos o más puntos que se apoyan en una bancada integrada en la parte superior del cárter y que queda cubierto después por el propio bloque del motor, lo que le permite poder girar con suavidad. La manivela o las manivelas (cuando existe más de un cilindro) que posee el cigüeñal, giran de forma excéntrica con respecto al eje. En cada una de las manivelas se fijan los cojinetes de las bielas que le transmiten al cigüeñal la fuerza que desarrollan los pistones durante el tiempo de explosión. 3.3.28. MULTIPLE DE ESCAPE Conducto por donde se liberan a la atmósfera los gases de escape producidos por la combustión. Normalmente al múltiple de escape se le conecta un tubo con un 10 Mecánica automotriz / Universidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
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silenciador cuya función es amortiguar el ruido que producen las explosiones dentro del motor. Dentro del silenciador los gases pasan por un catalizador, con el objetivo de disminuir su nocividad antes que salgan al medio ambiente. 3.3.29. REFRIGERACION DEL MOTOR Sólo entre el 20 y el 30 por ciento de la energía liberada por el combustible durante el tiempo de explosión en un motor se convierte en energía útil; el otro 70 u 80 por ciento restante de la energía liberada se pierde en forma de calor. Las paredes interiores del cilindro o camisa de un motor pueden llegar a alcanzar temperaturas aproximadas a los 800 ºC. Por tanto, todos los motores requieren un sistema de refrigeración que le ayude a disipar ese excedente de calor. Para extraer a su vez el calor del agua una vez que ha recorrido el interior del motor, se emplea un radiador externo compuesto por tubos y aletas de enfriamiento. Cuando el agua recorre los tubos del radiador transfiere el calor al medio ambiente ayudado por el aire natural que atraviesa los tubos y el tiro de aire de un ventilador que lo fuerza a pasar a través de esos tubos. El radiador extrae el calor del agua hasta hacer bajar su temperatura a unos 80 ó 90 grados centígrados, para que el ciclo de enfriamiento del motor pueda continuar.11 En los vehículos modernos el sistema de enfriamiento está constituido por un circuito cerrado, en el que existe una cámara de expansión donde el vapor del agua caliente que sale del motor se enfría y condensa. Esta cámara de expansión sirve también de depósito para poder mantener la circulación del agua fresca por el interior del motor. 3.3.30. MOTOR DE ARRANQUE Constituye un motor eléctrico especial, que a pesar de su pequeño tamaño comparado con el tamaño del motor térmico que debe mover, desarrolla momentáneamente una gran potencia para poder ponerlo en marcha. El motor de arranque posee un mecanismo interno con un engrane denominado “bendix”, que entra en función cuando el conductor acciona el interruptor de encendido del motor con la llave de arranque. Esa acción provoca que una palanca acoplada a un electroimán impulse dicho engrane hacia delante, coincidiendo con un extremo del eje del motor, y se acople momentáneamente con la rueda dentada del volante, obligándola también a girar. Esta acción provoca que los pistones del motor comiencen a moverse, el carburador (o los inyectores de gasolina), y el sistema eléctrico de ignición se pongan funcionamiento y el motor arranque.
11 Mecánica automotriz / Univ ersidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
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Una vez que el motor arranca y dejar el conductor de accionar la llave en el interruptor de encendido, el motor de arranque deja de recibir corriente y el electroimán recoge de nuevo el piñón del bendix, que libera el volante. De no ocurrir así, el motor de arranque se destruiría al incrementar el volante las revoluciones por minuto, una vez que el motor de gasolina arranca. 3.3.31. VOLANTE En un motor de gasolina de cuatro tiempos, el cigüeñal gira solamente media vuelta por cada explosión que se produce en la cámara de combustión de cada pistón; es decir, que por cada explosión que se produce en un cilindro, el cigüeñal debe completar por su propio impulso una vuelta y media más, correspondiente a los tres tiempos restantes. Por tanto, mientras en uno de los tiempos de explosión el pistón “entrega energía” útil, en los tres tiempos restantes “se consume energía” para que el cigüeñal se pueda mantener girando por inercia. 12 Esa situación obliga a que parte de la energía que se produce en cada tiempo de explosión sea necesario acumularla de alguna forma para mantener girando el cigüeñal durante los tres tiempos siguientes sin que pierda impulso. De esa función se encarga una masa metálica denominada volante de inercia, es decir, una rueda metálica dentada, situada al final del eje del cigüeñal, que absorbe o acumula parte de la energía cinética que se produce durante el tiempo de explosión y la devuelve después al cigüeñal para mantenerlo girando. Cuando el motor de gasolina está parado, el volante también contribuye a que se pueda poner en marcha, pues tiene acoplado un motor eléctrico de arranque que al ser accionado obliga a que el volante se mueva y el motor de gasolina arranque. En el caso de los coches y otros vehículos automotores, la rueda del volante está acoplada también al sistema de embrague con el fin de transmitir el movimiento del cigüeñal al mecanismo diferencial que mueve las ruedas del vehículo. 13
3.4. MOTORES FLEX FUEL
Fíg. 4 Automov iles flex fuel14.
12 Mecánica automotriz / Univ ersidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Univ ersidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica 13 http://www.asif unciona.com/mecanica/af_motor_gasolina/af _motor_gasolina_4.htm 14 news.bbc.co.uk/.../newsid_6564000/6564557.stm
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El sistema flex fuel facilita el uso de cualquier mezcla etanol-gasolina, ajustando rápidamente el motor del vehiculo a las características de esta (sistema electrónico de inyección). Esta tecnología permite que un motor opere 100% de alcohol, 100% de gasolina o cualquier mezcla en cualquier proporción de etanol gasolina. Este sistema también existe para diesel y biodiesel. El propietario del vehiculo de acuerdo al suministro de la bomba que permite mayor economía y un mejor rendimiento. El primer modelo fue lanzado en brasil en marzo del 2003 por volkswagen con una excelente aceptación en el mercado. Esta tecnología representa una notable evolución en la industria automotriz que busca abrir una perspectiva para la expansión del mercado internacional del etanol carburante.
Fíg. 5 Funcionamiento motor flex fuel.
3.5. BIOCOMBUSTIBLE El bioetanol es un alcohol producido a partir de la fermentación de los azucares que se encuentran en la remolacha, maíz, cebada, trigo, caña de azúcar, sorgo u otros cultivos energéticos, que mezclado con la Gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión. 3.6. NORMATIVIDAD EN COLOMBIA La escasez de reservas de petróleo en Colombia hace que el Estado tome medidas para que los vehículos se fabriquen y adapten de manera tal que flexibilicen su operación con biocombustibles. Ley 693 de 2001, estableció que en año 2005 las ciudades con más de 500 mil habitantes deberían utilizar gasolina con una mezcla del 10% de alcohol carburante. Pretende asegurar el abastecimiento de energía, y la promoción de energías no convencionales de manera sostenible con el medio ambiente y de los recursos naturales.
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El estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el desarrollo de proyectos. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA Decreto 2629 Julio 2007 Articulo 1º: a partir del 1º de enero del 2012 el parque automotor deberán estar acondicionado para que sus motores sean flex-fuel y funcionen normalmente con mezclas 80% de gasolina básica de origen fósil y 20% de Alcohol Carburante. Artículo 2º: Se deberán utilizar mezclas de diesel de origen fósil con biocombustibles para uso en motores diesel en proporción 90 – 10, 90% de ACPM y 10% de biocombustible (B10). ARTÍCULO 3º. Los Ministerios de Minas y Energía, de Transporte, de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y de Protección Social, regularán la producción, transporte, distribución y uso, así como las emisiones permitidas y demás controles ambientales, para el uso de los biocombustibles E-20, B-10 y B-20 en las fechas establecidas. ARTÍCULO 4º. El Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural promoverá el cultivo de plantaciones que generen la producción de alcoholes carburantes y biocombustibles para uso en motores diesel, con el fin de cumplir lo señalado en el presente Decreto." 3.7. PRODUCCION DEL ALCOHOL CARBURANTE
Fíg. 6 Proceso de producción de etanol
Fermentación: transformación de azucares en alcohol con ayuda de levaduras. Destilación: en columnas de destilación por medio de la evaporación se separan los componentes, obteniendo alcohol puro y vinaza. Deshidratación: en este proceso el agua es separada del alcohol, es muy importante ya si la mezcla presenta agua generaría estratificación en la misma.
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3.8. BENEFICIOS
• Incremento del octanaje del combustible • Disminución de la emisión de gases contaminantes • Proviene de productos renovables • Se puede utilizar en los motores actuales
3.9. DESVENTAJAS
• Produce corrosión en partes mecánicas y sellos • Genera un alza en los precios de alimentos como el maíz y el azúcar • Se debe llenar el tanque con mas frecuencia • Tiene una acción detergente en la parte interna del motor dificultando la
lubricación 3.10. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL La producción de cultivos para generar el combustible ha hecho que muchos países subdesarrollados del sureste asiático están destruyendo sus selvas para crear plantaciones para biocombustibles. La consecuencia de esto es justo la contraria de lo que se desea conseguir con los biocombustibles: los bosques y selvas limpian más el aire de lo que lo hacen los cultivos que se ponen en su lugar. Además, los biocombustibles (que en primer plano parecen que reemplazan el uso de combustibles fósiles los cuales provocan la emisión de gases de efecto invernadero como el CO2) realmente siguen emitiendo CO2 por la combustión del propio biocombustible, por lo que siguen afectando al calentamiento global. Una de los factores a tener en cuenta es que las reservas de petróleo se acabaran según expertos en 50 años y con ellas acabarían las emisiones de CO2, pero al utilizar el biocombustible como reemplazo del petróleo (en vez de energías limpias como el Hidrogeno) se seguirá emitiendo CO2 a la atmósfera indefinidamente. Otras fuentes afirman que no se lanza nada de dióxido de carbono neto porque la planta vuelve a respirar CO2, aunque se podría discutir que mientras está en la atmósfera, actúa como gas invernadero.15 Otra de las causas son los fertilizantes necesarios para los cultivos, el transporte de la biomasa, el proceso del combustible y la distribución del biocombustible hasta el consumidor. Algunos procesos de producción de biocombustible producen muchas menos emisiones que otros; por ejemplo, el cultivo de la caña de azúcar requiere el uso de menos fertilizantes que el cultivo del maíz, por lo que el bioetanol de caña de azúcar reduce las emisiones de gases de efecto invernadero con más efectividad que el bioetanol derivado del maíz. Sin embargo, aplicando
15 www.wrm.org.uy
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las técnicas agrícolas y las estrategias de procesamiento apropiadas, los biocombustibles pueden ofrecer ahorros en las emisiones de al menos el 50% comparando con combustibles fósiles como el gasóleo o la gasolina. Se producen a partir de cultivos agrícolas, que son fuentes renovables de energía. Pueden obtenerse a partir de cultivos propios de una región, permitiendo la producción local del biocombustible. Permiten disponer de combustible independientemente de las políticas de importación y fluctuaciones en el precio del petróleo. Producen mucho menos emisiones nocivas (como azufre...) para los seres vivos, el agua y el aire. 16 2.11 PROBLEMÁTICA ALIMENTARIA ¿Combustibles o alimentos?
Fíg. 7 Procesamientos etanol y alimentos.
Al comenzar a utilizarse suelo agrario para el cultivo directo de biocombustibles, en lugar de aprovechar exclusivamente los restos de otros cultivos, se ha comenzado a producir un efecto de competencia entre la producción de comida y la de biocombustibles, resultando en el aumento del precio de la primera. Un caso de este efecto se ha dado en Argentina, con la producción de carne de vaca. Las plantaciones para biocombustible dan beneficios cada seis meses, y los pastos en los que se crían las vacas lo dan a varios años, con lo que se comenzaron a usar estos pastos para crear biocombustibles. La conclusión fue un aumento de precio en la carne de vaca, duplicando o incluso llegando a triplicar su valor en Argentina. Otro de estos casos se ha dado en México, con la producción de maíz. La compra de maíz para producir biocombustibles para Estados Unidos ha hecho que en el primer semestre de 2007, la tortilla de maíz -que es la comida básica en México- duplique o incluso llegue a triplicar su precio. 17
16 web.worldbank.org 17web.worldbank.org
25
En Colombia también se ven consecuencias ahora a principios del 2008 ya que la tonelada de maíz subió en su precio casi un 100% lo que implica una inminente alza en los precios de los productos avícolas. 2.12 PRODUCCION DE BIOETANOL Y CULTIVOS PARA SU PRODUCCION
Fíg. 8 Producción mundial de etanol.
Fíg. 9 Producción requerida etanol en Colombia
26
Fíg. 10 Consumo interno de biocombustibles18.
Fíg. 11 Hectáreas de cultiv o para etanol
Fíg. 12 Producción de etanol por cultiv o.
2.13 FRENO HIDRAULICO
Fíg. 13 Freno hidráulico
18 Datos obtenidos de Proexport.
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El freno hidráulico o de agua es un disco montado en contenido en una carcasa, la cual contiene un fluido como agua. La resistencia que siente el disco al girar es igual y opuesta a la reacción que tiende a hacer girar la cubierta. Para aumentar la carga se deben abrir las válvulas de entrada de agua. Para lograr una carga constante se mantiene una constante circulación del fluido así el disco siente la viscosidad del mismo y además ayuda a mantener refrigerado el disco.
3. MOTOR DE PRUEBA, CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS El motor de pruebas el de un RENAULT 9 modelo 84.
Marca Renault 9 Cilindrada 1397 c.c. Diámetro del pistón 76 mm Carrera del pistón 77 mm Numero de cilindros 4 Relación de compresión 9.25 Máxima potencia desarrollada 68 HP
Fíg. 14 Características del motor
Fíg. 15 Motor de prueba
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3.1. PUESTA A PUNTO DEL MOTOR Cambio de Bujías: el juego de bujías que tenía el motor se encontraban en mal estado, presentaban altos residuos de carbón que afectaban su buen funcionamiento. Cambio de Aceite Para garantizar un buen funcionamiento Cambio del Filtro de Aceite Reparación sistema de refrigeración: después de hacer pruebas de funcionamiento se encontró que el radiador se encontraba en mal estado por lo que se mando a reparar. Se cambiaron dos manqueras para evitar fugas. 3.2. PRUEBAS A REALIZAR
• Desempeño mecánico: se evaluara potencia y toque del motor con la ayuda de un freno hidráulico acondicionado al banco de pruebas.
• Desempeño energético: se evaluara el consumo de combustible del motor con cada mezcla.
• Desempeño ambiental: se tomaran medidas de emisión de gases contaminantes.
29
4. COMBUSTIBLE
Fíg. 16 Biocombustible
4.1. MEZCLAS ALCOHOL-GASOLINA Porcentajes de combustible y alcohol en la mezcla
COMBUSTIBLE GASOLINA ALCOHOL
E10 90 % 10 %
E15 85 % 15 %
E20 80 % 20 %
Fíg. 17 Porcentajes mezcla
MEZCLA E10 E10 es el combustible actualmente utilizado y se encuentra en cualquier gasolinera. MEZCLA E15 y E20 Se calcula cuanto hay que adicionar a la gasolina E10 para obtener una mezcla de 85-15% y 80-20% gasolina/alcohol (Cálculos para 1 litro)
30
Mezclas Gasolina Disponible
Combustible Fósil (90%)
Composición Deseada
Volumen a Adicionar de Etanol
Volumen Total
E 15 1000 ml 900 ml 85 % 59 ml 1059 ml E 20 1000 ml 900 ml 80 % 125 ml 1125 ml
Fíg. 18 Medidas para obtener E15 y E20. 5. PREPARACION DE MEZCLAS
Fíg. 19 Procedimiento de mezclado.
Fíg. 20 Características físicas etanol.
Fíg. 21 Características gasolina comercial (corriente)
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6. FRENO HIDRAULICO
Fíg. 22 Freno hidráulico
El freno hidráulico es de aluminio, manufacturado por fundición, con un disco interno del mismo material. 6.1. PUESTA A PUNTO FRENO HIDRAULICO El freno hidráulico utilizado en el montaje fue recuperado de la bodega del antiguo laboratorio de ingeniería mecánica, por lo que se le realizaron las siguientes reparaciones:
• Cambio de empaque • Cambio de tornillos de presión • Cambio de acoples ( de metálicos a plásticos) • Cambio de rodamientos
6.2. PRUEBAS REALIZADAS Se le realizo una prueba hidrostática para comprobar el buen funcionamiento del freno hidráulico.
32
7. BANCO DE PRUEBAS
Fíg. 23 Banco de pruebas
El banco de pruebas esta compuesto por:
• Estructura metálica. • Conjunto del motor. • Freno hidráulico. • Batería
7.1. PUESTA A PUNTO BANCO DE PRUEBAS
• Acoplamiento de un tanque de una cortadora de pasto
Fíg. 24 Tanque de gasolina
• Adaptación de chimenea
Para poder hacer las pruebas en laboratorio de conversión de energía, se conecto un tubo de acero utilizado en los sistemas de escape de los carros convencionales. Este tubo se comporta como una chimenea que lleva los gases emitidos por el motor directamente al sistema ventilación del laboratorio.
33
Fíg. 25 Chimenea
• Batería
Se le adiciono líquido para batería y se mantuvo en carga durante dos días.
34
8. PRUEBAS RENDIMIENTO DEL MOTOR 8.1. OBJETIVO Obtener curvas de potencia y torque del motor con las diferentes mezclas. 8.2. EQUIPO DE MEDICION Para obtener los datos se utilizara una galga de presión LC 105 perteneciente al laboratorio del departamento. Con la ayuda de un estroboscopio se medirán las revoluciones del motor. 8.3. DESCRIPCION DE LA PRUEBA La prueba consiste en mantener el motor a diferentes revoluciones que son controladas con el estroboscopio. Se abre la válvula de entrada del agua para que circule permanentemente por el freno hidráulico, este produce una fuerza trasmitida a la galga de presión, que a su vez entrega mediciones al multímetro y de esta manera se empiezan a tomar los datos.
Fíg. 26 Freno hidráulico
Fíg. 27 Válv ula de agua
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Fíg. 28 Galga de presión
Fíg. 29 Medición de rev oluciones
8.4. CURVAS OBTENIDAS
TORQUE VS. VELOCIDAD
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2600 3000 3100 3200 3400 3600
VELOCIDAD (RPM)
TOR
QU
E (K
g m
)
E10 E15 E20
Gráfico 1 Potencia vs. Velocidad
36
POTENCIA VS. VELOCIDAD
0
10
20
30
40
50
60
2600 3000 3100 3200 3400 3600
VELOCODAD (RPM)
PO
TEN
CIA
( H
P)
E10 E15 E20
Gráfico 2 Torque v s. Velocidad
8.5. ANALISIS DE RESULTADOS De la curva de potencia del motor se puede ver que no se encuentra mayor diferencia desde las 2600 RPM hasta 3100 RPM. De 3100 RPM en adelante se encuentra una mayor potencia entregada con la gasolina E20 y una diferencia no muy alta entre E10 y E15. En la curva de torque muestra que el motor alcanza su máximo rendimiento a 3200 RPM aprox., que obtiene su valor mas alto con el combustible E20.
37
9. PRUEBA CONSUMO DE COMBUSTIBLE 9.1. OBJETIVO Determinar el tiempo de consumo de combustible con cada una de las mezclas por medidas cronometradas. 9.2. DESCRIPCION DE LA PRUEBA Para cada mezcla se tomo un volumen de 500 ml. El tanque se vacía totalmente para lograr las mismas condiciones en las tres pruebas. Se pone a funcionar el motor a un ritmo constante y se toma el tiempo en el cual se consume la totalidad de la mezcla en el tanque. 9.3. GRAFICA OBTENIDA
Gráfico 3 Consumo de gasolina
9.4. ANALISIS DE RESULTADOS La grafica obtenida muestra como a medida que se aumenta el porcentaje de alcohol en la mezcla la gasolina dura un periodo de tiempo menor, esto hace que la persona deba tanquear el vehiculo un mayor numero de veces.
38
10. PRUEBA DE EMISION DE GASES 10.1. OBJETIVO Determinar por medio de un ENERAC 500 de la medición experimental los niveles de los gases emitidos por el motor
Fíg. 30 Enerac 500.
10.2. DESCRIPCION DE LA PRUEBA Se trata de ubicar la sonda del equipo de medición en la salida de la chimenea del motor para tomar las mediciones pertinentes
10.3. GRAFICAS OBTENIDAS
10
11
12
13
14
% O2
E10 E15 E20
COMPOSICION
CONCENTRACION DE O2
Gráfico 4 Concentración de O2
39
68
70
72
74
76
78
% N2
E10 E15 E20
COM POSICION
CONCENTRACI ON N2
Gráfico 5 Concentración de N2
5000550060006500700075008000850090009500
PPM
E10 E15 E20
COMPOSICI ON
CONCENTRACION CO
Gráfico 6 Concentración de CO
1717,217,417,617,8
1818,218,418,6
%CO2
E10 E15 E20
COMPOSI CION
CONCENTRACION CO2
Gráfico 7 Concentración de CO2
40
2030405060708090
100
PPM
E10 E15 E20
COMPOSICION
CONCENTRACION NOX
Gráfico 8 Concentración de NOX
2030405060708090
100
ºC
E10 E15 E20
COMPOSICI ON
TEMPERATURA DE GASES
Gráfico 9 Temperatura de gases
10.4. ANALISIS DE RESULTADOS De las graficas se puede notar una disminución esperada en la emisión de gases tóxicos como el CO y el CO2. La variación del NOX es mínima al igual que la temperatura de los gases. Esto muestra que si se puede obtener un beneficio ecológico con la adición de etanol a la mezcla combustible utilizada.
41
11. BIBLIOGRAFIA • ANDERSON E. Reparación y ajuste de motores de automóvil. Quinta
edición. Editorial albatros, 1963. • ALONSO PÉREZ J. M. Sistemas auxiliares del motor. Editorial Paraninfo,
1995. • MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Decreto número 2629 de julio 10 de
2007 • TAYLOR & TAYLOR. “Internal Combustion Engines”, Vols. 1 y Vol 2. • FERGUSON, C.R & KIRKPATRICK A.T. Internal combustion engines :
applied thermo sciences. Segunda edición. John Wiley and Sons, 2000. • WWW.ECOPETROL.COM.CO • WWW.PROEXPORT.COM.CO • DELGADO CEPEDA, D. A. Evaluación y desempeño de motores en
vehículos operados con biogasolina. Bogota, 2007, 59 p. Tesis (Ingeniero Mecánico). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica.
• Mecánica automotriz / Universidad de los Andes, Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica. Universidad de los Andes (Colombia). Fac. de Ingeniería. Depto. de Mecánica
• web.worldbank.org • www.wrm.org.uy
42
12. ANEXOS • Certificado calidad alcohol anhidro QUISOL LTDA
43
• Ficha técnica y de seguridad del alcohol anhidro.
44
• Ficha técnica y de seguridad del alcohol anhidro.
45
• Ficha técnica y de seguridad del alcohol anhidro.
