analisis de potencia de motor

Universidad de los Andes Facultad de Ingeniera Automotriz

La Paz-Bolivia Carrera de Ingeniera Automotriz

PROYECTO DE GRADO

ANLISIS DE LA POTENCIA DE UN MOTOR A GASOLINA Y GNC, EN FUNCIN DEL VARIADOR DE AVANCE

CASO: MOTOR TOYOTA 5A EFI

POSTULANTE: ALFONSO SILES JAMACHI

TUTOR: LIC. THOMAS CAMPOS

REVISORES: LIC. VICTOR CHURA URUCHI

LIC. ELIAS SALGUEIRO FLORES

La Paz Bolivia


Carrera de Ingeniera Automotriz

DEDICATORIA

El presente trabajo de grado dedico a mi familia porque directa o indirectamente ellos

me han colaborado con el trabajo que he realizado con el conocimiento que he

recibido en la universidad, con el apoyo de mis hijos en especial.

David Siles y Carla Siles



AGRADECIMIENTOS

Para realizar el trabajo de investigacin que me he propuesto es gracias al

conocimiento y enseanza de todos los docentes de todas las materias durante la

carrera en la universidad en especial en la materia de motores a gasolina I y II,

Tambin para agradecer al Lic. Thomas Campos que es mi tutor para realizar mi

proyecto de grado y a todos los docentes.



I

NDICE

ANLISIS DE LA POTENCIA DE UN MOTOR A GASOLINA Y GNC, EN FUNCIN DEL VARIADOR DE

AVANCE

CAPITULO - I

1. INTRODUCCIN.1

1.1. GENERALIDADES..1

1.2. ANTECEDENTES1

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA2

1.3.1. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA.2

1.3.2. DELIMITACIN DEL PROBLEMA.2

1.3.3. FORMULACIN DEL PROBLEMA.2

1.4. OBJETIVOS Y ACCIONES3

1.4.1. OBJETIVO GENERAL..3

1.4.2. OBJETIVOS ESPECFICOS.3

1.5. ACCIONES3

1.5.1. OBJETIVOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACIN3

1.6. JUSTIFICACIN..5

1.6.1. JUSTIFICACIN TCNICA..5

1.6.2. JUSTIFICACIN ECONMICA..5

1.6.3. JUSTIFICACIN SOCIAL5

1.6.4. JUSTIFICACIN AMBIENTAL..6

1.7. METODOLOGA.6

1.7.1. MTODOS6



II

1.7.2. TCNICAS E INSTRUMENTOS...7

1.8. ALCANCES Y APORTES.7 1.8.1. ALCANCES7

1.8.2. APORTES7

CAPITULO II

2. MARCO TERICO.9

2.1. EL GAS NATURAL, GENERALIDADES.9

2.2. EL GAS NATURAL EN BOLIVIA.10

2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL GNC EN AUTOMOTORES..11

2.3.1. VENTAJAS TCNICAS.11

2.3.2. DESVENTAJAS:.13

2.4. ASPECTOS TCNICOS14

2.4.1. SISTEMA DUAL, MOTORES BI-FUEL..14

2.4. 2. COMPONENTES DE UN KIT DE CONVERSIN A GNC14

2.4.2.1. SISTEMA DE LAZO ABIERTO.18

2.4.3. EQUIPO DE CONVERSIN GNC19

2.4.4. VARIADOR DE AVANCE.19

2.4.4.1.1. QU ES UN VARIADOR DE AVANCE?....................................19

2.4.4.1.2. PELIGROS DE NO USAR EL VARIADOR DE AVANCE.22

2.5. QU ES EL PISTONE?................................................................... 22

2.6. DINAMMETRO DE RODILLOS 23

2.6.1. ELEMENTOS DEL DINAMMETRO DE RODILLOS 24

2.6.2. MEDICIONES Y PRUEBAS QUE EFECTA EL EQUIPO...25

2.6.2.1.1. PRUEBAS POR BARRIDO...26

2.6.2.1.2. PRUEBAS POR PUNTOS. ....26



III

2.6.3. MEDICIN DE POTENCIA CARGA CONSTANTE..26

2.6.4. EMISIONES DE GASES .27

2.6.5. SISTEMA DE ALIMENTACIN28

2.6.5.1.1. PROCESO DE FORMACIN DE LA MEZCLA EN MOTORES..28

2.6.5.1.2. CARBURACIN.29

2.6.5.3. RELACIN AIRE- COMBUSTIBLE29

2.6.5.4. CALCULO DE LA CANTIDAD DE AIRE MNIMO NECESARIO

PARA LA COMBUSTIN DEL GAS NATURAL30

2.6.5.5. LIMITES DE INFLAMABILIDAD..31

2.7. VENTAJAS DE UN MOTOR CON INYECCIN ELECTRNICA.31

2.7.1. CONSUMO REDUCIDO 31

2.7.2. MAYOR POTENCIA31

2.7.3. MENOR GRADO DE CONTAMINACIN .31

2.7.4. ARRANQUE EN FRO Y FASE DE CALENTAMIENTO 32

2.8. EL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS (CICLO OTTO)..32

2.8.1. PROCESOS DE TRABAJO DEL CICLO OTTO TERICO..32

2.8.2. DESCRIPCIN DE LOS PROCESOS DEL CICLO DE TRABAJO DE UN MOTOR . 33

ADMISIN (0-1)... 33

COMPRESIN (1 2). 34

EXPLOSIN (2 3) . 35

EXPANSIN (3 4).35

ESCAPE A VOLUMEN CONSTANTE (4-1) 35

ESCAPE A PRESIN CONSTANTE (1-0)36



IV

2.9. CICLO OTTO REAL 38

2.9.1. ADMISIN..38

2.9.1.1. PARMETROS DEL PROCESO DE ADMISIN. 40

2.9.1.2. COEFICIENTE DE LLENADO.... 40

2.9.2. COMPRESIN... 41

2.9.3. COMBUSTIN... 43

2.9.3.1. PROPAGACIN DE LA MEZCLA. ... 46

2.9.3.2. COMBUSTIN TURBULENTA... 48

2.9.3.3. COMBUSTIN EN LOS MOTORES DE ENCENDIDO POR

CHISPA.49

2.9.3.3.1. INFLUENCIA DE LA COMPOSICIN DE LA MEZCLA EN EL

PROCESO DE COMBUSTIN EN LOS MOTORES DE ENCENDIDO POR

CHISPA ......53

2.9.3.4. PRINCIPALES ALTERACIONES DE LA COMBUSTIN.54

2.9.3.4.1. DETONACIN. .. 54

2.9.3.5. NGULO DE AVANCE AL ENCENDIDO...57

2.9.4. EXPANSIN. ..62

2.9.5. ESCAPE63

CAPITULO III

3. MARCO PRACTICO 66 3.1. OBJETO DE ESTUDIO .66

3.1.1. CARACTERSTICAS TCNICAS DEL MOTOR UTILIZADO EN EL PROYECTO DE INVESTIGACIN..66

3.1.2. ENSAYOS EFECTUADOS EN EL DINAMMETRO DE RODILLOS68

3.1.3. ANLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS PRUEBAS.69



V

ANLISIS 1 - OPTIMO RENDIMIENTO DEL MOTOR A GNC, CON 17

APMS.70

ANLISIS 2-POTENCIA DEL MOTOR CON GASOLINA, TRABAJANDO A

GNC ...72

ANLISIS 3-OPTIMO RENDIMIENTO DEL MOTOR A GASOLINA, CON

10 APMS...76

ANLISIS 4-POTENCIA DEL MOTOR CON GNC, TRABAJANDO CON

GASOLINA...79

ANLISIS 5 - POTENCIA DEL MOTOR CON GNC, TRABAJANDO CON

ENCENDIDO INADECUADO 14 APMS ..............................82

ANLISIS 6 - POTENCIA DEL MOTOR CON GASOLINA, TRABAJANDO

CON ENCENDIDO INADECUADO 14 APMS ..84

3.2. OTROS ANLISIS COMPLEMENTARIOS86

ANLISIS -7 ....86

ANLISIS - 8 .....86

ANLISIS - 9 .87

3.3. INSTALACIN DEL VARIADOR DE AVANCE 88

MEDICIN DE CONSUMO DEL COMBUSTIBLE..90

PRIMERA CONSIDERACIN..91

SEGUNDA CONSIDERACIN.... 91

TERCERA CONSIDERACIN..92

CUARTA CONSIDERACIN.. 92

ASPECTOS ECONMICOS. 93

3.4. FACTIBILIDAD ECONMICA . 93

3.4.1. CUADRO RESUMEN COMPARATIVO POTENCIA.....97

3.5. CUADRO RESUMEN COMPARATIVO - GASES DE ESCAPE. 97

3.6. CONDICIONES ATMOSFRICAS EN LA CIUDAD DE LA PAZ. 98



VI

3.7. CALCULO DE DE UN MOTOR OTTO ATMOSFRICO CON

GNC-MOTOR 5A ...99

3.8. CALCULO DE DE UN MOTOR OTTO ATMOSFRICO CON

GASOL.-MOTOR 5A 106

CAPITULO IV

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..114

4.1. CONCLUSIONES114

4.2. RECOMENDACIONES..115

BIBLIOGRAFA..116



VII

NDICE DE FIGURAS

FIG.-1 ELEMENTOS COMPONENTES PARA LA CONVERSIN A GNC...15

FIG.- 2: ESQUEMA ELCTRICO DE LA CONVERSIN A GNC, DE UN

MOTOR A INYECCIN ELECTRNICA.......17

FIG. 3: ELEMENTOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE LAZO ABIERTO PARA LA CONVERSIN A GNC..........18

FIG. 4: ELEMENTOS COMPONENTES PARA LA INSTALACIN DEL VARIADOR DE AVANCE ..20

FIGURA - 5: DIAGRAMA P-V, CICLO TERICO DE UN MOTOR OTTO..33

FIG.-6: PROCESOS DEL CICLO DE TRABAJO DE UN MOTOR OTTO..36

FIG.-7: DIAGRAMA DE MANDO DEL CICLO TERICO DE TRABAJO

DEL MOTOR ..37

FIG.-8: CICLO REAL DE TRABAJO DEL MOTOR OTTO 38

FIG. 9: VARIACIN DE LA EN FUNCIN DE LA COMPOSICIN DE

LA MEZCLA PARA UNA SERIE DE HIDROCARBUROS INDIVIDUALES,

SIENDO =0,1 1) N-HEXANO; 2) BENCENO; 3) PROPANO;

4) PROPENO; 5) METANO; CON FLECHAS SE INDICA LOS VALORES DE

=1......47

FIG. 10: CARCTER APROXIMADO DE LAS INCURVACIONES Y DISCONTINUIDADES DEL FRENTE DE UNA LLAMA TURBULENTA POR

EFECTO DE TURBULENCIA A) DBIL; B) INTENSA; PROFUNDIDAD

DE LA ZONA DE COMBUSTIN TURBULENTA........48

FIG.- 11: DIAGRAMA INDICADO CORRESPONDIENTE AL ESQUEMA DE

PROPAGACIN DE LA LLAMA..50

FIG.12: VARIACIN DE LA PRESIN P, TEMPERATURA DE LOS GASES

T, CAMBIO DE ENERGA INTERNA U, TRABAJO EXTERNO DE LOS GASES L, COEFICIENTE DE TEMPERATURA X, DURANTE EL

PROCESO DE COMBUSTIN EN EL MOTOR

(=1,02; N= 2000 RPM; PI = 1MPA, = 0,337) .......51



VIII

FIG. 13: FIG.: INFLUENCIA DE LA COMPOSICIN DE LA MEZCLA

DP/D , SOBRE LA POTENCIA DEL MOTOR, MOSTRADO EN EL

DIAGRAMA INDICADO P-V DEL MOTOR....... 53

FIG.-14: DIAGRAMAS INDICADOS TPICO DE UN MOTOR DE

ENCENDIDO POR CHISPA CUANDO FUNCIONA CON DETONACIN, A)

DETONACIN DBIL, B) DETONACIN INTENSA .54

FIG.-15 DIAGRAMAS INDICADOS DE UN MOTOR ENCENDIDO POR

CHISPA CON ENCENDIDO ANTICIPADO ...55

FIG.-16: DIAGRAMAS INDICADOS SUPERPUESTOS DE UN MOTOR DE

ENCENDIDO POR CHISPA: 1- CON COMBUSTIN NORMAL, 2- CON

AUTO ENCENDIDO RETRASADO..55

FIG. 17: RELACIN ENTRE EL RENDIMIENTO INDICADO Y EL

NGULO DE AVANCE AL ENCENDIDO = ..58

FIG.-18: DIAGRAMAS INDICADOS Y PARMETRO DEL MOTOR DE

COMBUSTIN INTERNA PARA DIFERENTES NGULOS

LA MARIPOSA DE GASES EST

TOTALMENTE ABIERTA 59

FIG.-19: DIAGRAMA DE PROCESO DE COMBUSTIN. 61

FIG.-20: DIAGRAMAS INDICADOS DEL PROCESO DE EXPANSIN. 62

FIG.- 21: DIAGRAMA DE MANDO DEL CICLO DE TRABAJO DE UN

MOTOR . 65

FIG.-22: MOTOR DE LA VAGONETA TOYOTA UTILIZADO PARA LA

CONVERSIN A GNC ... 66

FIG.-23: ELEMENTOS COMPONENTES PARA LA CONVERSIN A GNC,

INSTALADOS EN L MOTOR TOYOTA .67

FIG.-24 DIAGRAMA DEL CIRCUITO ELCTRICO DE INSTALACIN

DEL VARIADOR DE AVANCE 88



IX

NDICE DE TABLAS

CUADRO-1: CARACTERSTICAS DEL GAS EN BOLIVIA....10

TABLA 1: ANLISIS DE SENSIBILIDAD, PERMISIBLES EN LA PAZ28

TABLA 2: PARMETROS DEL PROCESO DE COMPRESIN. 43

TABLA 3: CAPACIDAD DEL BOTELLN DE GNC. 91

TABLA 4: CONSUMO DE COMBUSTIBLE, EN LA CIUDAD.. 92

TABLA 5: CONSUMO DE COMBUSTIBLE, EN AUTOPISTA. 92

TABLA 6: RESUMEN CONSUMO DE COMBUSTIBLE-ILOMETRAJE...93

TABLA 7: MOTOR TRABAJANDO SIN EL VARIADOR DE AVANCE... 94

TABLA 8: MOTOR TRABAJANDO DE MANERA PTIMA, CON EL

VARIADOR DE AVANCE .. 95

TABLA 9: COMPARACIN DE AHORRO, MOTOR TRABAJANDO SIN Y

CON EL VARIADOR DE AVANCE.. 96

TABLA 10: CUADRO RESUMEN COMPARATIVO POTENCIA ... 97

TABLA 11: CUADRO RESUMEN COMPARATIVOGASES DE ESCAPE.. 98



X

NDICE DE ANEXOS

ANEXO - 1

FOTOGRAFA: REDUCTOR DE PRESIN

FOTOGRAFA: VEHCULO PREPARADO Y ASEGURADO PARA LAS

PRUEBAS A REALIZAR EN DINAMMETRO DE RODILLOS.

FOTOGRAFAS: VEHCULO, REALIZANDO LAS PRUEBAS EN

DINAMMETRO DE RODILLOS

LMPARA ESTROBOSCPICA.

OSCILOSCOPIO.

TESTER AUTOMOTRIZ.

ANEXO - 2

TABLAS Y GRFICOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS EN EL

DINAMMETRO DE RODILLOS.

PRUEBA (5-6)

PRUEBA (11-11)

PRUEBA (12-11)

PRUEBA (13-11)

PRUEBA (14-11)

PRUEBA (15-11)

PRUEBA (4-4)

PRUEBA (5-4)

PRUEBA (6-4)

PRUEBA (14-17)

PRUEBA (15-17)



CAPITULO-I

GENERALIDADES

Siempre que te pregunten si puedes hacer un trabajo

Contesta que si y ponte en seguida a aprender cmo se hace

FRANKLIN DEL ANO ROOSEVELT



1

INTRODUCCIN

1. GENERALIDADES.

Si un motor trabaja en forma inadecuada, generalmente produce menor rendimiento

y mayor consumo de combustible el cual genera mayor contaminacin del medio

ambiente.

En los motores convertidos al uso del GNC, produce una prdida de 15 a 20 % de

potencia del motor por el cambio de combustible.

En nuestro medio, las conversiones que se realizan en los motores que trabajan con

gasolina al uso del GNC, no consideran el empleo de todos los componentes

auxiliares diseados para el mismo, porque se desconoce el trabajo que realiza el

motor al utilizar distintos combustibles en funcin de sus propiedades.

El propietario desconoce esta informacin tcnica en la conversin de gasolina a

GNC, generalmente esto sucede en los vehculos del transporte pblico, para la

mayora de ellos primero es la economa y no consideran la contaminacin que

genera segn el rendimiento del motor, porque nadie se los explica.

1.2. ANTECEDENTES.

En la actualidad una falta de conocimiento en el uso correcto de un combustible

alternativo como es el GNC en un motor de combustin interna, hace que no se tenga

un rendimiento ptimo del motor.

Es importante tener encuesta el correcto y oportuno uso de todos los componentes

auxiliares del equipo de conversin, para optimizar el rendimiento del motor.

Los trabajos que normalmente se realizan en los talleres de conversin a GNC, es

calibrar el sistema de encendido ( chispa en las bujas) para que responda de manera

intermedia para ambos combustibles, una mala combustin no genera la fuerza



2

expansiva optima, produciendo prdida de potencia y rendimiento del motor,

afectando la contaminacin atmosfrica.

El uso del variador de avance mejora el rendimiento de un motor que trabaja con

gasolina y GNC alternativamente.

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Un motor de combustin interna que trabaja con gasolina convertido al uso de GNC,

produce menor par motor y potencia lo que trae como consecuencia menor

rendimiento del motor a su vez provoca que exista mayor consumo de combustible.

1.3.1. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA.

La prdida de potencia del motor convertido de gasolina a GNC, es porque

originalmente el motor est diseado para gasolina, y al usar GNC los tiempos de

combustin varan de acuerdo al uso del combustible, esto se explica tcnicamente

porque la gasolina permite el tiempo de la combustin sea ms rpido y que la

presencia del Arco Voltaico (Salto de chispa ) sea el adecuado en el proceso de

compresin, al contrario el GNC requiere mayor tiempo de combustin y que el Arco

Voltaico sea ms adelantado en el proceso de compresin.

1.3.2. DELIMITACIN DEL PROBLEMA.

El estudio se enmarca estrictamente en el anlisis de la prdida de potencia del motor

Toyota 5A EFI al ser convertido del uso de gasolina a GNC.

1.3.3. FORMULACIN DEL PROBLEMA.

No existe un estudio tcnico sobre la influencia del variador de avance en el

rendimiento adecuado del motor Toyota 5A EFI convertido de gasolina a GNC.



3

1.4. OBJETIVOS Y ACCIONES.

1.4.1. OBJETIVO GENERAL.

Realizar un estudio sobre la influencia del Variador de Avance, en el rendimiento

adecuado del motor Toyota 5A EFI convertido de gasolina a GNC.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.

Analizar las pruebas de potencia efectiva del motor Toyota 5A EFI usando

gasolina.

Analizar las pruebas de potencia efectiva del motor Toyota 5A EFI usando

GNC

Analizar las pruebas de potencia efectiva del motor Toyota 5A EFI sin el uso

del variador de avance (calibracin intermedia).

Analizar las pruebas de potencia efectiva del motor Toyota 5A EFI usando el

variador de avance.

Determinar las ventajas y desventajas del uso del variador de avance en el

rendimiento del motor Toyota 5A EFI convertido al uso del GNC.

1.5. ACCIONES.

1.5.1. OBJETIVOS Y ACCIONES DE LA INVESTIGACIN.

OBJETIVOS ESPECIFICOS ACCIONES

Analizar las pruebas de potencia efectiva del

motor Toyota 5A EFI usando gasolina.

Realizar las pruebas de potencia del

motor usando gasolina.

Medir la emisin de gases



4


motor Toyota 5A EFI usando GNC.


motor usando GNC.

Medir la emisin de gases

Realizar la calibracin del reductor de

presin de gas

Realizar la calibracin del sistema de

alimentacin de EFI


encendido de EFI


motor Toyota 5A EFI sin el uso del variador

de avance (calibracin intermedia).


motor usando GNC.


motor Toyota 5A EFI usando el variador de

avance.


motor usando GNC.

Realizar la calibracin del reductor de

presin de gas


alimentacin de EFI


encendido de EFI

Probar el calibrado del salto de chispa



5

Determinar las ventajas y desventajas del uso

del variador de avance en el rendimiento del

motor Toyota 5A EFI convertido al uso del

GNC.

Realizar listado de las pruebas

Realizar cuadros comparativos de las

pruebas

1.6. JUSTIFICACIN.

1.6.1. JUSTIFICACIN TECNICA.

El rendimiento del motor Toyota 5A EFI convertido al uso del GNC utilizando el

variador de avance es ms eficiente, porque permite recuperar la potencia.

1.6.2. JUSTIFICACIN ECONOMICA.

El uso combustible alternativo GNC, genera grandes ahorros en los gastos de

operacin de una unidad motriz hasta en un 65% a 70%.

El motor Toyota 5A EFI al recuperar potencia con el uso del variador de avance no

requiere que el conductor acelere al mximo, lo que permite que consuma menos

combustible, consecuentemente el conductor o propietario del vehculo logra ahorrar

en gastos de operacin.

1.6.3. JUSTIFICACIN SOCIAL.

Los vehculos convertidos a GNC que estn trabajando de manera deficiente tiene

poca potencia, permitiendo que el conductor tanto como el pasajero no lleguen a su

destino en los tiempos necesarios, por esta razn se debe tomar encuesta los

componentes necesarios del kit de conversin a GNC.



6

1.6.4. JUSTIFICACIN AMBIENTAL.

Se considerara la ley del medio ambiente, ley 1333

Tiene la finalidad de proteger el medio ambiente, normar y regular la utilizacin del

medio ambiente.

Las famosas trancaderas y cuellos de botella vehiculares en las calles y avenidas de la

cuidad, no solo son provocadas por manifestaciones, bloqueos u otro tipo de factores,

sino tambin porque existes vehculos con motores convertidos a GNC que son muy

lentos al no tener la potencia necesaria, lo que trae consigo contaminacin acstica,

ms conocida como los bocinazos. Los vehculos con motor Toyota 5A EFI

convertidos a GNC utilizado el variador de avance al recuperar su potencia permite

que exista una buena combustin y que se emita menor contaminacin, a su vez evita

que el vehculo provoque trancadera y exista menor contaminacin acstica.

1.7. METODOLOGA.

1.7.1. MTODOS.

En el presente trabajo se utiliza las siguientes metodologas:

Experimental; porque se realiza pruebas fsicas en el motor 5A EFI, utilizando los

componentes necesarios en el motor convertido de gasolina a GNC, buscando

mejorar el rendimiento de un motor.

Descriptiva; porque se realiza la explicacin de las caractersticas de los

componentes, los procesos de las pruebas y la determinacin de las causas y efectos

que provocan en el motor 5A EFI la prdida de potencia y como el variador de

avance permite recuperar la potencia.



7

1.7.2. TCNICAS E INSTRUMENTOS.

Las tcnicas utilizar son las siguientes:

- Encuestas: Dirigida a los conductores, referente a la fuerza o potencia de su

vehculo convertido a GNC con relacin al uso de la gasolina

- Recoleccin de datos: A partir de las pruebas en el motor 5A EFI

Los instrumentos a emplear:

- Planillas de datos tcnicos

- Planillas de la pruebas

- Dinammetro de rodillos

- Analizador de emisin de Gases

- Pistola Estroboscpica.

1.8. ALCANCES Y APORTES.

1.8.1. ALCANCES.

En el desarrollo del presente trabajo se enmarca en el estudio de la prdida de

potencia del motor 5A EFI convertido a GNC.

1.8.2. APORTES.

El principal aporte del presente trabajo de investigacin radica, en que el motor 5A

EFI convertido a GNC al utilizar el variador de avance recupera su potencia. La

implementacin del variador de Avance, brindar mayor rendimiento del motor

cuando este trabaje alternadamente con GNC y gasolina en funcin directa de la

topografa de la ciudad.

El desarrollo del trabajo de investigacin, tambin brindar la informacin necesaria

acerca del uso necesario del Variador de Avance, en funcin del rendimiento del

motor.



8

El aporte que se quiere brindar a la sociedad es, mostrar que el uso adecuado de los

componentes de Kit de conversin a GNC, cualifica el rendimiento del motor, a favor

de la economa y el medio ambiente.

En el mbito acadmico-cientfico es un aporte muy importante para futuros estudios

referente a la mojar de la potencia efectiva en los motores convertidos de gasolina a

GNC.



CAPITULO - II

MARCO TEORICO Y REFERENCIAL

Consideran ms valiente a que conquista sus deseos

Que al que conquista a sus enemigos, ya que la victoria

Ms dura es la victoria sobre uno mismo

ARISTOTELES



9

CAPITULO II

2. MARCO TEORICO.

2.1. EL GAS NATURAL, GENERALIDADES.

La utilizacin de combustibles gaseosos como alternativos de los hidrocarburos

lquidos, genera un campo de investigacin de su uso en los motores de los

automviles, que est condicionada por diversos: primero, la adaptacin de los

motores y segundo la utilizacin del combustible gaseoso, gas natural, en

aproximadamente el 50% menos que la gasolina; otra ventaja la disminucin notable

de la produccin de gases contaminantes o residuales, gracias a su estructura

molecular bastante simple del metano, principal componente del gas natural, que

facilita tener una combustin completa, disminuyendo el desgaste de las piezas, por la

ausencia de restos de carbn u holln en el interior de la cmara de combustin,

ayudando con ello a paliar la contaminacin atmosfrica y las secuelas que genera.

Por ello es conocido el gas natural como el combustible ecolgico por los bajsimos

niveles de contaminacin que produce al combustionarse.

El gas natural es una fuente de energa no renovable formada por una mezcla de

gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos fsiles, no-asociado (solo),

disuelto o asociado con petrleo o en depsito de carbn. Aunque su composicin

vara en funcin del yacimiento del que se extrae, est compuesto principalmente por

metano en cantidades que comnmente pueden superar el 90 95%, y suele contener

otros gases como nitrgeno, CO2 H2 S, helio y mercaptanos (compuesto sulfurado

que se usa como aromatizante del gas natural). Puede obtenerse tambin con procesos

de descomposicin de restos orgnicos (basuras, vegetales gas de pantanos) en las

plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas,

plantas de procesado de basuras, etc.) El gas obtenido as se llama biogs. Se utiliza

el metil-mercaptano para que sea fcil detectar una fuga de gas y evitar su ignicin

espontnea.



10

1El gas natural es un hidrocarburo fsil atrapado bajo la tierra en depsito que

alcanzan enormes dimensiones. Como todo hidrocarburo, el gas natural, compuesto

de carbono e hidrogeno, es un combustible con alto contenido de energa.

Durante los prximos 30 a 50 aos, todos los escenarios sealan que el gas natural

seguir jugando un papel cada vez ms importante en la matriz energtica mundial.

El crecimiento de la demanda del limpio, abundante y eficiente energtico estar por

encima de otros combustibles.

Rusia tiene las mayores reservas del gas natural del planeta, con aproximadamente

1700 TCF (billones de pies cbicos), representando el 32% de las reservas totales,

tambin es el mayor productor de este limpio energtico, llegando a una produccin

de 19 billones de pies cbicos por ao, es decir que produce las reservas totales

probadas de Bolivia en un ao. Fuentes especializadas indican que las reservas

mundiales de gas natural se ubican en 5,500 billones de pies cbicos, de los cuales

Amrica Latina posee unos 259 billones.

2.2. EL GAS NATURAL EN BOLIVIA.

En Bolivia el gas natural que se produce se encuentra libre de compuestos sulfurosos,

por eso es conocido como gas dulce.

Cuadro-1: Caractersticas del gas en Bolivia

Fuente:YPFB-2008

http://www.ypfb.gov.bo/documentos/informes/2007_MAYO_DICIEMBRE/Reservas2.pdf

1 PABLO GUALTIERI, Manuales Gas Natural Comprimido, Negri, Septiembre 2004

COMPOSICION GAS NATURAL RICO

80 - 90% CH4 Metano

4 - 10% C2H6 Etano

Gas Natural Seco

2 3 % C3H8 Propano

0,5 - 2 % C4H10 butano

Gas Licuado de Petrleo

(GLP)

< 1 % C5H12 Pentano

< 1 % C6H14 Hexano

Gasolina Natural

< 0,5 % C7H16 Heptano Plus Condensados del gas



11

2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL GNC EN AUTOMOTORES

2.3.1. VENTAJAS TCNICAS.

Las conversiones a GNC, modernas tienen la capacidad de interactuar con los

sistemas de control electrnico, para mejorar el funcionamiento, y con ello permiten:

- Un arranque en fro ms rpido y una marcha ms suave en situacin de rgimen

- Esto obedece, entre otras cosas, a que el gas natural comprimido tiene mayor

octanaje que alcanza un valor de 125, mientras la gasolina tiene un nmero de

octanaje de 90.

- Prolonga la vida til del motor

- El aceite que lubrica la planta motriz resulta menos contaminada por lo que

aumenta los intervalos entre cambios de aceite. Duplica los intervalos entre

cambios de aceite, dado que la combustin es ms completa.

- No forma sedimentos, manteniendo las bujas limpias; accin que prolonga la

vida til de las mismas.

- La lubricacin es mejor pues no lava las paredes de los cilindros del motor,

permitiendo una mejor y efectiva lubricacin.

- La naturaleza gaseosa del combustible elimina la accin de barrido del lubricante

en los cilindros durante las fuertes aceleraciones, con la ventaja de reducir el

desgaste por abrasin de las superficies metlicas.

- El motor presenta una gran elasticidad de funcionamiento con aceleraciones sin

irregularidades ni detonaciones (pistone) an a baja velocidad en directa.

- La instalacin no anula la propulsin a gasolina, dado que el sistema de

colocacin de equipos de GNC, permite su uso dual. El automovilista desde el



12

interior de su unidad puede pasar de un combustible a otro por el simple accionar

de una perilla o botn.

- La carga del cilindro se efecta de manera sencilla, como cualquier otro

combustible tradicional.

- Afecta menos a los caos de escape y a los silenciadores.

- Al ser ms liviano que el aire (0.61-0.63 respecto del aire), en caso de escape no

se producen acumulaciones de lquido inflamables en los derrames como puede

ocurrir con la gasolina.

- Incluso como su temperatura de ignicin es ms alta que la de la gasolina, las

probabilidades de accidentes por escapes accidentales son menores.

- Si el motor est diseado para usar solamente GNC, se puede aumentar ms la

relacin de compresin de los motores y se obtiene ms potencia.

- El poder calorfico de GNC (metano) es mucho mayor de 11.500 Kcal/Kg. a

comparacin de la gasolina de 10.000 a 10.500 Kcal/Kg.

Desde el punto de vista de las VENTAJAS AMBIENTALES, el uso del GNC

presenta los beneficios siguientes:

- Es sinnimo de ecologa en materia de combustible.

- El uso de GNC para propulsin de automotores, contribuye a reducir la emisin

de monxido de carbono (CO), partculas en suspensin y la mayora de los

txicos del aire, producidos como consecuencia de la combustin de

hidrocarburos lquidos.

- El aporte a la formacin de ozono es prcticamente insignificante, debido a la

estabilidad qumica de la molcula muy compacta de metano.



13

- Son reducidas las emisiones de CO2 a causa de la baja relacin

carbono/hidrgeno de la molcula de metano. Las emisiones resultan un 25%

inferior a las de un motor anlogo a gasolina.

- Sus emisiones gaseosas, son las de menor nivel respecto de los motores de

combustin interna. Prcticamente son inexistentes los elementos

contaminantes no reglamentados, como el 1-3 Butadieno y el SO2.

- Menores ndices de Hidrocarburos no quemados HC, CO y NOX

- Menor contaminacin por emisin de gases del crter que suelen volver al

motor.

- Como se degrada menos el lubricante, no solo baja el consumo de aceite sino

tambin las emisiones de SO2

2.3.2. DESVENTAJAS.

El kit de conversin Bi-fuel tradicional no permite desarrollar todas las ventajas que

el gas natural puede ofrecer como un combustible para motores de combustin

interna.

Las desventajas incluyen una prdida de potencia de aproximadamente del 15 al 20%

una reduccin de la eficacia del combustible como resultado de una menor eficiencia

del ciclo, tambin manifestado por:

- El peso de los cilindros de almacenamiento, con la consiguiente reduccin de la

capacidad del bal, ocupando aproximadamente un 30 % del espacio. Esto

depender del volumen de los cilindros a ser instalado en los diferentes modelos,

los cuales vara segn la autonoma que se requiera, y de la amplitud del

habitculo posterior.

- En los motores a explosin adaptados al uso del gas natural pueden ser frecuentes

las salidas del punto si la conversin no ha sido bien efectuada.



14

- 2La adaptacin de los motores que usan inyeccin multipunto en lugar de

carburador.

2.4. ASPECTOS TCNICOS.

Una gran ventaja que tiene el uso del gas natural como combustible, es que los

motores no requieren grandes modificaciones.

2.4.1. SISTEMA DUAL, MOTORES BI-FUEL.

Mediante una llave selectora dispuesta en el tablero, el conductor puede optar por el

combustible que desee utilizar, una electrovlvula interrumpe el flujo de un

combustible y da paso al otro. Los vehculos equipados con motores Otto diseados

para funcionar con gasolina, con la incorporacin de un equipo de conversin (kit de

conversin) puede utilizar el gas natural como un segundo combustible alternativo

pudiendo realizarse en motores convencionales y electrnicos EFI, tambin se les

llama Motores bi-fuel, porque el motor es capaz de funcionar con gasolina (o

diesel) o gas natural en forma alternativa no simultanea, esto hace que el vehculo

opere satisfactoriamente con cualquiera de los dos combustibles, en funcin de su

disponibilidad.

2.4. 2. COMPONENTES DE UN KIT DE CONVERSIN A GNC.

A continuacin se enlistan los componentes necesarios para una conversin a GNC, y

se pueden visualizar en la siguiente figura 1.

- Cilindros para almacenar el gas.

- Interruptor del selector de combustible

- Transductor para el selector de combustible e indicador del combustible.

- Vlvula de corte maestro del cilindro.

2 PABLO GUALTIERI, Manuales Gas Natural Comprimido, Negri, Septiembre 2004



15

- Conexin para la recarga del gas.

- Mezclador aire-combustible o Sistema de inyeccin de combustible gaseoso.

- Variador de avance, adapta el encendido a las caractersticas del GNV.

- Vlvula solenoide para el control de la gasolina.

- Lneas de presin adecuada.

- Sistema de alivio de presin.

Fig.-1 Elementos componentes para la conversin a GNC

Fuente: Manual del instalador Tomasetto Achille



16

Al tener instalado el kit de conversin para GNV (gas natural vehicular) en un motor

a gasolina, el conductor, mediante un interruptor (conmutador) puede seleccionar el

combustible con el cual quiere que trabajar el motor de su vehculo, gasolina o GNC.

Accionando ste interruptor, cuando se quiere trabajar con GNC en un motor

convencional, se interrumpe el flujo de la gasolina hacia el carburador a travs de un

electro vlvula instalada en el circuito original del sistema de alimentacin. En el

caso de un motor con el sistema de inyeccin electrnica esta interrupcin de la

gasolina se realiza sobre los inyectores, ayudado de un control electrnico llamado

emulador de inyectores. Este componente es un circuito electrnico que se

encuentra montada en el cofre del motor y se conecta a los inyectores y al

conmutador del gas.

Durante el funcionamiento con gas, el emulador desconecta el trabajo de los

inyectores, cortando la alimentacin de seal que viene de la ECU, y genera una

resistencia similar a la original para devolver la seal de trabajo a la computadora

para que esta no detecte un funcionamiento irregular de los inyectores, entonces

simula el funcionamiento de los inyectores, evitando de esta manera que se encienda

la luz de testigo del check engine del motor y la unidad de control del motor

almacene una falla de inyectores en la memoria de diagnstico de a bordo del

sistema de inyeccin. Como vemos todo el sistema de gestin de inyeccin de

gasolina contina funcionando, todas las seales de entrada a la unidad de control del

motor, tales como caudal de aire, sensor de giro, sensor de fase, temperatura del

motor y aire de admisin, presin de admisin, posicin de la mariposa y otros,

continan midiendo el desempeo del motor y la unidad del control del motor en

base a las seales controla el pulso de inyeccin, pero el emulador toma la seal de

inyeccin y simula la actuacin de los solenoides que en realidad estn bloqueados.

El circuito de combustible lquido se mantiene presurizado y la gasolina circula entre

el tanque, la rampa de inyeccin y la lnea de retorno. En caso de falla de la

instalacin elctrica del equipo de gas, el emulador restablece automticamente la

conexin original de los inyectores, pasando el motor a trabajar con gasolina.



17

En el momento de la conmutacin de gasolina a gas natural, y de acuerdo a lo

explicado, el emulador no bloquea inmediatamente el funcionamiento de los

inyectores, para dar tiempo a que el gas salga del reductor y llegue al mltiple de

admisin, evitando los momentos sin alimentacin con el consiguiente retorno de

llama. De esta manera al conmutar se superpondrn, por algunos segundos los dos

combustibles durante un tiempo regulable con el temporizador, medidor de tiempos,

situado en la parte inferior del emulador. El temporizador es calibrado durante la

puesta a punto del sistema junto a la llave conmutadora, referencia esquema elctrica,

figura 2.

Fig.- 2: Esquema elctrico de la conversin a GNC, de un motor a inyeccin electrnica

Fuente: Manual del instalador de GNC

La llave de conmutacin es electrnica y tiene una rutina prefijada que arranca el auto

con gasolina y pasa automticamente a gas natural una cantidad prefijada de

revoluciones en fase de aceleracin generalmente, ya que en ese momento se



18

incremente las revoluciones y por ende en ese momento de incremento de vueltas la

velocidad de la combustin es mayor lo cual facilita el rpido quemado de ambos

combustibles para el uso exclusivo de gas natural. En caso de emergencia se puede

arrancar el auto directamente con gas y tambin se incorpora un electro vlvula de

seguridad que slo habilita el paso del gas natural con el motor encendido y bloquea

automticamente la salida del gas si el motor se apaga accidentalmente.

Los dems componentes del sistema son similares a los kits utilizados en los motores

convencionales.

2.4.2.1. SISTEMA DE LAZO ABIERTO.

Fig. 3: Elementos componentes del Sistema de Lazo Abierto para la conversin a GNC

Fuente: Elaboracin propia

El sistema de lazo abierto en la conversin a GNC, son los sistemas de conversin

ms usuales en el mercado por varias razones economa funcionalidad, porque en

ellos se efectan dos reglajes fijos y mecnicos, uno en alta y otro en ralent, tratando

de cubrir todo el universo de requerimientos del motor en un margen muy amplio, no



19

especfico durante el cual el flujo de gas no vara, para poder conseguir una

combustin eficiente en directa relacin con las exigencias a las cuales puede estar

sometido un vehculo.

2.4.3. EQUIPO DE CONVERSIN GNC.

El equipo utilizado para la conversin a GNC, fue: Tomasetto Achille, porque tiene

mayor aceptacin por los usuarios, y estn producidos bajo la norma (ISO

9001/2000).

Los vehculos en La Paz y El alto, para poder trabajar, necesitan adelantar el avance

al encendido entre 10 y 17 y al utilizar GNV, adelantar 10 ms, entre 20 a 27

donde produce su mejor rendimiento. Por las exigencias topogrficas y la falta de

surtidores en todas las zonas de la ciudad, se llegar a usar ambos combustibles en

algn momento, en tal caso es necesario el uso de un VARIADOR DE AVANCE,

para cuidar el motor.

2.4.4. VARIADOR DE AVANCE.

2.4.4.1. Qu es un variador de avance?

Es un dispositivo electrnico que adelanta el punto de avance al encendido cuando el

vehculo funciona con GNC y mantiene original cuando trabaja con gasolina.

Siendo el objeto de estudio del presente trabajo de investigacin el uso del

VARIADOR DE AVANCE en un motor convertido al GNC, componente opcional

del kit de conversin, pero de gran importancia si se quiere conseguir el ptimo

rendimiento del motor cuando trabaja con ambos combustibles en forma alterna pero

no simultanea por las exigencias topogrficas y la falta de surtidores de GNC en todas

las zonas de la ciudad, ser necesario trabajar con gasolina y las condiciones del

motor son diferentes para la gasolina que para las del GNC.



20

El objetivo principal del Variador de avance en forma general es, adecuar el momento

del encendido a la mezcla de aire combustible que se est utilizando, si es (gas

natural comprimido) GNC adelantar el salto de la chispa porque esta mezcla

requiere mayor tiempo para su combustin y as generar buena potencia en el motor;

pero si est trabajando con gasolina el salto de la chispa ser un poco atrasada,

porque el encendido de esta mezcla es ms rpida ya que la gasolina es ms voltil

que el GNC y no necesita mucho tiempo para combustionarse y generar la potencia

adecuada en el motor.

Se realizo la instalacin del Variador de Avance bajo el siguiente circuito:

Fig. 4: Elementos componentes para la instalacin del Variador de avance

Fuente: Manual de instalacin del variador



21

El variador de avance utilizado en este trabajo de investigacin, el objetivo que

cumple es lograr el avance, modificando la seal original del sensor de presin

absoluta MAP (Manifold Absolute Presure), presentes en los vehculos con inyeccin

electrnica.

Los sensores de presin absoluta se utilizan entre otras funciones, para determinar la

carga a la que est sujeta el motor, y definir el ngulo de encendido. Valindose de

esta estrategia, el variador recibe esta seal y la modifica en valores de tensin o

frecuencia simulando una carga mayor en el colector de admisin para logar que la

ECU del vehculo modifique su estrategia de avance original.

El encendido sigue siendo controlado por la ECU, (Unidad de Control Electrnica de

Motor), pero optimizado con la ayuda del variador de avance cuando se usa GNC,

evitando la modificacin de los circuitos originales de encendido.

Tiene la funcin principal de: Corregir el momento preciso del salto de la chispa con

GNC y gasolina.

Con ello se mejora.

La aceleracin

El consumo del combustible.

La reduccin del peligro de las contra-explosiones

Las emisiones de los gases de escape

El rendimiento del motor.

Es posible su regulacin hasta conseguir el mximo rendimiento del motor.

Se adecua a cada motor en particular.

Al ser ptimo el rendimiento del motor, no se generan altas temperaturas, evitando el

desgaste prematuro de las piezas del motor.



22

2.4.4.2. PELIGROS DE NO USAR EL VARIADOR DE AVANCE.

Si el equipo de GNC no dispone de un VARIADOR DE VANCE; y se tiene el salto

de la chispa para que funcione en forma optima con gasolina, nos encontramos que en

GNC tiene menor reaccin y poca potencia, porque no se est considerando el tiempo

de combustin de la mezcla aire-GNC, y que esta es pobre en relacin a la mezcla de

aire-gasolina, por ende su combustin es ms lenta.

El otro caso, si se tiene el salto de la chispa para que funcione de la mejor forma con

GNC, queda muy adelantado para el uso de la gasolina, esto produce el PISTONEO.

En ambas situaciones se PIERDE MUCHA POTENCIA del motor.

Al no contar con el VARIADOR DE AVANCE, No queda otra que dejar en un

PUNTO INTERMEDIO el avance del salto de la chispa. Esta situacin hace que el

motor trabaje a media mquina con ambos combustibles, produciendo grandes

prdidas de potencia y mayor consumo de combustible y por ende bastante

contaminacin ambiental.

An teniendo el mejor mezclador (componente que se encarga de realizar la mezcla

aire-GNC), no se puede llegar a prescindir del uso del variador de Avance.

2.5. QUE ES EL PISTONE?

EL PISTONEO, son explosiones anticipadas que ocurren por el excesivo adelanto

del salto de la chispa, que destruyen las piezas Internas. ACORTANDO EL

TIEMPO DE VIDA UTIL DEL MOTOR, se puede evitar este trabajo

contraproducente considerando los avances al encendido necesario para cada tipo de

combustible.

La importancia de usar el Variador de Avance, radica en que la mezcla utilizada en

un motor que trabaja con GNC, es mezcla pobre porque tiene mayor cantidad de aire

en relacin a una unidad de combustible, metano, por esta razn la combustin se



23

hace ms lenta, exigiendo para una buena generacin de trabajo y por ende la

potencia, adelantar la presencia del arco voltaico (chispa elctrica) para iniciar su

combustin, si el motor solo trabaja con GNC, no se tendra problema alguno,

porque ni existira la necesidad de cambiar el momento del salto de la chispa, porque

solo trabajara con metano; pero no es el caso de trabajar con GNC en la ciudad de

La Paz, (delimitacin espacial del presente trabajo de investigacin) porque al existir

caminos y calles con diferentes pendientes, obligan al conductor a la necesidad de

recurrir y cambiar de combustible en determinados momentos por la falta de potencia,

o sea al uso de la gasolina, ya que genera durante la combustin mayor presin de

expansin por la presencia en el interior del cilindro de mayor cantidad de

hidrocarburos, quienes ofrecen su poder calorfico para este efecto, para lo cual si se

mantiene sin cambios el avance que se tiene calibrado para el GNC, producir

grandes prdidas de potencia por las contra presiones a producirse dentro del motor,

porque se anticipara el encendido de la mezcla , produciendo dentro del cilindro del

motor contra presiones muy perjudiciales que disminuyen el trabajo efectivo del

motor, los cuales pueden llegar a destruir algunos componentes el sistema biela

manivela y parte del sistema de alimentacin, adems de producir fatiga en el

conjunto de los componentes de los sistemas mencionados.

Este hecho hace la imperiosa necesidad de contar con un mecanismo que coadyuve a

controlar la presencia del arco voltaico (chispa), en el motor en el momento preciso

de acuerdo al combustible utilizado.

En el presente trabajo de investigacin se analiza este hecho, para ver cunto es la

potencia que se pierde por el hecho de no contar con un mecanismo que regule la

presencia del arco voltaico y de esa manera se genere las mximas presiones de

combustin que produzcan un gran trabajo, mayor potencia efectiva.

2.6. DINAMMETRO DE RODILLOS.

Este trabajo de investigacin sobre el anlisis de la influencia del Variador de Avance

en el rendimiento de un motor convertido a GNC, se realiz con la ayuda de un



24

dinammetro de rodillos, instrumento que nos ayuda a medir el par motor (torques)

producidos en el motor y por ende la potencia que desarrolla ste, directamente en las

ruedas motrices.

El Dinammetro utilizado consta de dos juegos de rodillos sobre los cuales se coloca

al eje a ensayar (el eje motriz), vinculado al rodillo gira acoplado un freno hidrulico,

que permite variar la carga sobre los rodillos simulando cualquier condicin de

marcha, una celda de carga le enva la medicin del torque a una balanza indicando

que carga se est haciendo actuar como a las ruedas, este valor con el dato conocido

del brazo de palanca de trabajo, tenemos como dato el par motor desarrollado por el

motor, el cual al ser multiplicado por las revoluciones por minuto del vehculo

podemos determinar la potencia del motor.

El dinammetro de rodillos es un equipo muy til porque permite efectuar

mediciones comparativas de la potencia que un vehculo es capaz de transmitir al

piso para su movimiento.

Aunque esto no es todo, ya que por la capacidad del programa de medicin, es

posible graficar la evolucin de la aceleracin trazando grficos de torque y

velocidad, que se pueden ver en la pantalla en forma consecutiva para observar la

influencia de los cambios efectuados por sola superposicin de las curvas.

2.6.1. ELEMENTOS DEL DINAMMETRO DE RODILLOS.

Los elementos que conforman el dinammetro de rodillos que permite realizar las

mediciones del par motor y la potencia son:

o Estructura para fijar al hormigonado.

o Chasis, bastidor, freno hidrulico, bomba hidrulica, sistema elctrico.

o Sensor de velocidad, Sensor de carga de frenado.

o Estacin meteorolgica.



25

o Interface conversora digital.

o Placa puerto de entrada de datos a la computadora.

o Computadora PC, monitor 14, teclado, Software de medicin.

2.6.2. MEDICIONES Y PRUEBAS QUE EFECTA EL EQUIPO.

Este elemento permite rodar cualquier vehculo, dentro del taller, a la velocidad

deseada, con mayor o menor pendiente de frenado pudiendo registrar en forma

grfica y gravar los resultados de las mediciones efectuadas.

Resulta muy comn que un automotor presente defectos de funcionamiento en

condiciones normales o reservas de marcha las que solo pueden ser detectadas

haciendo rodar el mismo en un camino que permita circular en las condiciones en que

se produce la falla.

Con el dinammetro de rodillos, solo tomar unos minutos establecer la causa exacta

de la misma ya que el vehculo se prueba dentro de una sala, con el capo abierto,

teniendo la posibilidad de conectar los analizadores de encendido, inyeccin, o gases

de escape, y estudiar el comportamiento de todos los sistemas, o sea que sin

desmontar el motor se pueden medir las prestaciones de potencia y aceleracin y

comparar con las especificaciones del vehculo.

Asimismo nos permite verificar la transmisin, la caja de velocidades y realizar la

bsqueda de la ptima puesta a punto del mvil sin salir del taller.

Para la realizacin de las pruebas de laboratorio se tomaron en cuenta varios de los

reglamentos vigentes en Bolivia para la conversin de motores de gasolina a GNC,

segn la Superintendencia de Hidrocarburos.

Existen dos formas de hacer estas pruebas: 1) por barrido 2) por puntos



26

2.6.2.1. PRUEBA POR BARRIDO.

Realizado las pruebas respectivas nos entrega la siguiente informacin:

a) Potencia disponible en la rueda en funcin de la velocidad del vehculo y/o en

funcin de las r.p.m. del motor.

b) Fuerza de empuje en funcin de la velocidad del vehculo y/o las r.p.m. del motor.

2.6.2.2. PRUEBA POR PUNTOS.

Esta prueba consiste en ver que potencia tiene el motor a una determinada velocidad

con acelerador totalmente abierto en forma sostenida. Y se obtiene:

a) Potencia disponible en la rueda en funcin de la velocidad del vehculo y/o en

funcin de las r.p.m. del motor.

b) Fuerza de empuje en funcin de la velocidad del vehculo y/o las r.p.m. del

motor.

Se puede elaborar una tabla con todos estos valores de potencia y fuerza de empuje en

funcin de la velocidad y conseguir con ello un grfico que nos visualice los estados

diferentes de trabajo del motor que se est comprobando en el dinammetro.

2.6.3. MEDICIN DE POTENCIA A CARGA CONSTANTE.

Este ensayo ha sido el de mayor importancia porque se requiere realizar una buena

puesta a punto en el menor tiempo posible, el trabajo del motor convertido a Gas

Natural Comprimido, en funcin de la calibracin que se realice se tendr los

aumentos o disminuciones de la potencia que nos va a entregar el motor, disponible

en las ruedas motrices.



27

2.6.4. 3 EMISIN DE GASES.

Era necesario realizar, la comparacin de los gases producto de la combustin de los

combustibles que se consideran para este proyecto, los cuales fortalecen las

mediciones que se tienen como referencia, siendo el principal la disminucin notable

de los gases CO, que es el ms contaminante para la atmsfera.

Para este ensayo, el vehculo se hizo funcionar sobre los rodillos, permitiendo hacer

un anlisis bajo carga, de los gases de escape. Resultados que justifican la

implementacin del uso de un combustible ambientalista como es el gas natural.

La medicin de metano contra el total de hidrocarburos, realizadas por EPA y

Southwest Research, muestra fracciones de metano en el rango de 0.75 a ms del 1.0

por volumen. El total de hidrocarburos no-metano (NMHC) de los motores de gas

natural est usualmente muy por debajo de los niveles de emisin de motores

similares de gasolina.

Los NMHC presentes en las emisiones de los motores de gas natural, se estima que

son principalmente etano, con algunos etilenos, acetilenos y pequeas cantidades de

hidrocarburos C3, y trazas de formaldehidos y especies C4. En las composiciones

tpicas del gas, la especie C2 representa entre el 70 y 90% del total. Todas las

especies primarias presentes tienen muy baja reactividad fotoqumica.

Como informacin adicional a las emisiones del gas natural. Debemos recordar que

las emisiones de los motores se evalan en base masa, y los elementos que

invariablemente estn sometidos a regulacin son los HC, CO y los NOx, con

diferentes lmites para cada pas o ciudad. Para evaluar estas emisiones se han

desarrollado mtodos de prueba que permiten comparar los niveles de gases emitidos

y crear un instrumento de legislacin.

3 PICHS, RAMON. Efecto invernadero y mercado verde. Revista prisma de Cuba y las Amricas. Ao 20, No 263 -

264.Septiembre-octubre, 1994



28

4Los mtodos ms empleados en el mundo son el U.S. Federal Test Procedure (FTP)

y el Economic Commissin for Europe, Regulation 49 (ECE R49). En nuestro pas

se consideran los parmetros de la norma NB 62002 Calidad del aire, Emisiones de

fuentes mviles, del Instituto Boliviano de Normalizacin y Calidad, IBNORCA, ver

Tabla 1.

Tabla 1: Anlisis de sensibilidad, permisibles en La Paz

Fuente: NORMA BOLIVIANA NB 62002, Calidad del aire-Emisiones de fuentes mviles

2.6.5. SISTEMA DE ALIMENTACIN.

2.6.5.1. PROCESO DE FORMACIN DE LA MEZCLA EN MOTORES.

La formacin externa de la mezcla aire-combustible en los motores de encendido por

chispa, transcurre en el sistema de admisin y antecede al encendido de la carga.

Para obtener una formacin homognea de la mezcla es necesario que la distribucin

4 JOVAJ, M.S. y Maslov, G.S. Motores de automvil. Editorial Pueblo y Educacin. La Habana.1978

VEHCULOS A GASOLINA

aos de fabricacin

CO % de

volumen HC (ppm)

altura sobre el nivel del mar

Hasta 1800 msnm

Mayor a 1800

msnm

Hasta 1997 6 600 650

1998-2004 2,5 400 450

2005 en adelante 0,5 125 125

VEHCULOS A GAS NATURAL

Aos de fabricacin CO% de volumen HC (ppm)

altura sobre el nivel del mar

Hasta 1800 msnm Mayor a 1800 msnm

Hasta 1997 2,5 600 650

1998-2004 2,5 400 450

2005 en adelante 0,5 125 125



29

5sea uniforme, empieza con la inyeccin del gas antes de TPS, (Trotle Position

Sensor) sensor de posicin de la mariposa de aceleracin, quien controla la velocidad

de trabajo del motor, continua en el mltiple de admisin y culmina en el cilindro

antes del salto de la chispa.

2.6.5.2. CARBURACIN.

Carburacin en el sentido ms amplio de la palabra, se denomina al conjunto de

procedimientos que permiten realizar, a partir del aire y de un combustible, una

mezcla gaseosa adecuada, con la cantidad necesaria de cada una de ellas para que

produzca una explosin lo ms perfecta posible con la combustin completa de sus

componentes, para lograr el mayor aprovechamiento trmico.

Esta mezcla debe cumplir los siguientes requisitos:

- Ser combustible

- Ser una mezcla homognea, siendo necesario que las proporciones de aire-

gasolina estn correctas en todas las partculas de la mezcla carburada, por ms

pequeas que sean stas.

- Estar completamente gasificada en el momento del encendido, a fin de obtener

una rpida combustin.

- La dosificacin debe ser la ms apropiada, segn el rango de variacin de carga

del motor, siendo esta la relacin entre la cantidad de aire y la cantidad

correspondiente de gasolina.

2.6.5.3. RELACIN AIRE- COMBUSTIBLE.

Considerando que la dosificacin, es la relacin aire combustible, y la relacin

estequiomtrica es la relacin ideal que existe entre la cantidad de aire y combustible




30

para obtener una combustin completa, ello se deduce de la reaccin qumica que

tiene el gas natural, con el comburente que es el oxgeno.

2.6.5.4. CALCULO DE LA CANTIDAD DE AIRE MNIMO NECESARIO

cccccccccPARA LA COMBUSTIN DEL GAS NATURAL.

Del combustible gas natural, el elemento activo que se combustiona y que forma

parte en un porcentaje mayor al noventa por ciento, es el metano. La cantidad de aire

necesario para la combustin del metano, se calcula a continuacin y se indicar por

un ndice = L min

La reaccin del metano es: CH4 + O2 CO2 + H2O

Igualando se tiene la siguiente frmula CH4 +2O2 CO2 +2H2O

(12*1)+ (1*4)+2(16*2) (12+16*2)+2(1*2+16)

16 + 64 44 + 36

Peso atmico (C=12, H=1, O=16)

De la reaccin qumica desarrollada, se puede determinar la cantidad de oxgeno

necesario para la combustin de un kilogramo de metano, siendo este 4 kilogramos

de oxigeno, adems es necesario conocer la cantidad de aire mnima para su

combustin, para lo cual se considera la composicin del aire y el porcentaje del

oxigeno en ella, siendo en peso del 23%.

Con la ayuda de operaciones auxiliares, podemos determinar la cantidad de aire

necesaria.

100 Kg. aire 23 Kg. De O2 4 Kg. de O2 = 17.39 Kg. de aire

La interpretacin que se tiene del resultado obtenido es: la cantidad de aire mnima

necesaria para la combustin de un kilogramo de metano es: Lmin= 17.39 (Kga. / Kgc.)



31

2.6.5.5. LIMITES DE INFLAMABILIDAD.

Para que la mezcla sea inflamable, la dosificacin tiene que estar comprendida entre

ciertos lmites. Se hace constancia que los lmites medios de inflamabilidad

corresponden a una dosificacin mxima de 21:1 y una dosificacin mnima de 7:1

El exceso de aire lambda , vara paralelamente entre 0,5 y 1,4; pero en general, se

toman valores entre 0,9 y 1, 3 como buen rango de aspiracin de la cantidad del aire.

2.7. VENTAJAS DE UN MOTOR CON INYECCIN ELECTRNICA.

2.7.1. CONSUMO REDUCIDO.

Con la utilizacin de carburadores, en los colectores de admisin se producen

mezclas desiguales de aire/gasolina para cada cilindro. La necesidad de alimentar

suficientemente a todos los cilindros, obliga a dosificar mayor combustible. La

consecuencia mucho consumo de combustible y una carga desigual de los cilindros.

Al asignar un inyector a cada cilindro, en el momento oportuno y en cualquier estado

de carga se asegura la cantidad de combustible exactamente dosificada en cada uno

de ellos, entregndonos por consiguiente un par motor mayor y un rendimiento mayor

que los motores a carburador.

2.7.2. MAYOR POTENCIA.

La utilizacin de los sistemas de inyeccin permite optimizar la forma de los

colectores de admisin con el consiguiente mejor llenado de los cilindros. El

resultado se traduce en una mayor potencia y un aumento del par motor.

2.7.3. MENOR GRADO DE CONTAMINACIN.

La concentracin de los elementos contaminantes en los gases de escape depende

directamente de la preparacin aire/gasolina. Para deducir la emisin de

contaminantes es necesario preparar una mezcla de una determinada proporcin. Los

sistemas de inyeccin permiten ajustar en todo momento la cantidad necesaria de



32

6combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor, lo cual hace ms

eficiente la combustin y el funcionamiento del motor reduciendo notablemente los

gases nocivos expulsados al medio ambiente.

2.7.4. ARRANQUE EN FRO Y FASE DE CALENTAMIENTO.

Mediante la exacta dosificacin del combustible en funcin de la temperatura del

motor y del rgimen de arranque, se consigue tiempos de arranque ms breves y una

aceleracin ms rpida y segura desde el ralent. En la fase de calentamiento se

realizan los ajustes necesarios para una marcha redonda del motor y una buena

admisin de gas sin tirones, ambas con un consumo mnimo de combustible, lo que se

consigue mediante la adaptacin exacta del caudal de ste.

2.8. EL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS (ciclo Otto).

Un motor es un conjunto de piezas que trabajando sincronizadamente transforman la

energa calorfica contenida en el combustible en energa mecnica. El motor a

gasolina de cuatro tiempos conocido como motor de ciclo Otto, que proviene del

nombre de su inventor, el alemn Nikolaus August Otto (1832-1891), es un motor de

combustin interna que cumple cuatro procesos para su funcionamiento: (1)

admisin, (2) compresin, (3) explosin y expansin, y (4) escape.

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto: los motores de dos

tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este ltimo, junto con el motor a diesel, es

el ms utilizado en los automviles por un buen rendimiento y menor

contaminacin.

2.8.1. PROCESOS DE TRABAJO DEL CICLO OTTO TERICO.

El ciclo terico de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos, se puede representar

grficamente, tal como aparece en la siguiente figura-5:

6 ARIAS-PAZ. M, Manual de Automviles, Editorial Dossat 1977-1978



33

Figura - 5: diagrama P-V, ciclo terico de un motor Otto

Fuente: www.redtecnicaautomotriz.com

2.8.1.1. DESCRIPCIN DE LOS PROCESOS DEL CICLO DE

TRABAJO DE UN MOTOR OTTO.

ADMISIN (0-1).

La vlvula de admisin se encuentra abierta permitiendo el ingreso de la mezcla aire-

combustible y el pistn va del PMS (Punto Muerto Superior) hasta el PMI (Punto

Muerto Inferior). Durante este ciclo el volumen del cilindro conteniendo la mezcla

aire-combustible aumenta, no as la presin que es constante (ISOBARA), por lo

tanto:

Pa = presin atmosfrica

Ta = temperatura ambiente

Vc = volumen inicial de la cmara de compresin



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7Vh = volumen de cilindrada

V = Vc + Vh = Volumen al final de la admisin

COMPRESIN (1 2).

La vlvula de admisin que ha permanecido abierta durante el ciclo anterior se cierra,

la vlvula de escape se mantiene cerrada y la mezcla Aire-combustible se comienza a

comprimir.

Como se puede ver en este tiempo, el volumen del cilindro se va reduciendo a medida

que el pistn se desplaza desde el PMI hasta alcanzar el PMS y la presin dentro del

cilindro aumenta. Compresin ADIABTICA. Al final de la compresin se tiene:

Vc = volumen final de comprensin

Tc = Temperatura absoluta alcanzada despus de la compresin

Pc = presin de compresin

Como es una transformacin adiabtica en el que el aire entra en proporcin

preponderante, rige la ecuacin

Donde el valor del exponente es una relacin entre los calores especficos de la

mezcla, a presin y volumen constante:

La presin de compresin resulta:

Y la temperatura de compresin:




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EXPLOSIN (2 3).

Una vez comprimida la mezcla, se produce la chispa que la enciende para su

combustin.

Cuando se produce la explosin del combustible el volumen del cilindro es mnimo y

no vara (isocrico) y se genera una presin mxima que empujar el pistn del PMS

hacia el PMI, dando lugar as a la carrera de expansin o trabajo. Durante esta fase

de explosin, la combustin aporta calor, segn la frmula:

EXPANSIN (3 4).

Una vez que el pistn se desplaza hacia el PMI transmitiendo toda su fuerza al

cigeal, la presin disminuye mientras el volumen del cilindro aumenta. Expansin

ADIABTICA.

Estado inicial =

Final expansin =

La presin al final de la carrera expansin ser:

Y la temperatura

Donde k es el exponente adiabtico:

ESCAPE A VOLUMEN CONSTANTE (4-1).

En esta fase la vlvula de escape se abre pero el volumen todava permanece

constante. La presin desciende hasta la presin atmosfrica y la

temperatura desde hasta por lo tanto existe una prdida de calor desde el



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interior del cilindro al medio ambiente externo. La perdida de calor es:

ESCAPE A PRESIN CONSTANTE (1-0).

Por ltimo, durante el tiempo de escape, se supone que la presin y la temperatura

son constantes. El volumen del cilindro disminuye a medida que el pistn arrastra

hacia el exterior los gases de escape sin aumento de presin, es decir a presin

normal, hasta alcanzar el PMS y el estado inicial del prximo ciclo.

El ciclo Otto, es el ciclo termodinmico que se aplica en los motores de combustin

interna. Se caracteriza por todo el cuerpo que se aporta a volumen constante.

Fig.-6: procesos del ciclo de trabajo de un motor Otto


El ciclo Otto terico se caracteriza por:

El ciclo es cerrado, no se intercambia masa con el exterior durante los

procesos de admisin y de escape.



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8El fluido operante (la mezcla) es estable y no modifica sus propiedades

originales al producirse la combustin.

Durante la compresin no se produce intercambio de calor entre el fluido y la

parte del cilindro, y por lo tanto el proceso es adiabtico. Adems no hay

fugas de mezcla.

Durante la ignicin el aporte del calor es a volumen constante. La presin se

eleva rpidamente antes de comenzar el tiempo til. No hay prdida de calor

hacia el fluido refrigerante. La combustin es completa debido a la perfecta

homogeneidad de la mezcla.

La expansin es un proceso perfectamente adiabtico y es el ciclo que entrega

trabajo.

Durante el escape, se cede el calor residual al medio ambiente a volumen

constante.

Fig.-7: Diagrama de mando del ciclo terico de trabajo del motor


8 M.S. JOVAJ, Motores de Automvil, Editorial MIR, 1982



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2.9. CICLO OTTO REAL.

Fig.-8: ciclo real de trabajo del motor Otto


2.9.1. ADMISIN.

Para realizar el ciclo de trabajo en el motor de combustin interna es preciso expulsar

del cilindro los productos de la combustin formados en el ciclo anterior e introducir

en el la carga fresca aire-combustible. Estos procesos (admisin y escape) estn

vinculados entre s y se denomina proceso de intercambio de gases. La cantidad de

carga fresca suministrada depende de la calidad con que se limpia el cilindro del

motor. Por eso el proceso de admisin se debe analizar tomando en consideracin los

parmetros que caracterizan el desarrollo del proceso de escape (traslape de

vlvulas), examinando todo el complejo de fenmenos que se refieren al proceso de

intercambio de gases en conjunto. La disminucin de la presin en e1sistema de

admisin y el cilindro depende del rgimen de velocidad del motor, de las resistencias

hidrulicas en todos los elementos del sistema, del rea de las secciones de paso por

donde se desplaza la carga fresca y de su identidad. Despus de abrir la vlvula de



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admisin, cuando la presin en el cilindro resulte menor que la presin del medio

ambiente en la magnitud de la variacin de la presin Pa, empieza la admisin de la carga fresca al cilindro.

La velocidad de movimiento de las vlvulas al principio y al final de su

desplazamiento es pequea. En consecuencia, el movimiento en el instante de

apertura de la vlvula y en el momento de su acercamiento contra el asiento se

efecta lentamente, y las fuerzas de inercia que aparezcan en este caso no son

elevadas, lo que se asegura un trabajo fiable de las piezas del mecanismo de vlvulas.

En estos instantes las secciones de paso entre la cabeza y el asiento de vlvula, son

pequeas.

Para obtener mayor apertura de la seccin de paso de las vlvulas en el perodo

cuando la velocidad de movimiento del pistn es la mxima y se crean condiciones

para elevar la

analisis de potencia de motor

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