EVALUACIÓN DEL ESTADO DE MOTORES DE VEHÍCULOS A GASOLINA MODIFICADOS PARA FUNCIONAR A GLP

 
EVALUACIÓN DEL ESTADO DE MOTORES DE VEHÍCULOS A GASOLINA MODIFICADOS PARA FUNCIONAR A GLP
EVALUACIÓN DEL ESTADO DE MOTORES DE VEHÍCULOS A
    GASOLINA MODIFICADOS PARA FUNCIONAR A GLP

                             R. López Ch., J. J. Milón G.
          Laboratorio de Investigación Tecnológica en Energía, LITE-UCSP
                           Universidad Católica San Pablo
                    Av. Salaverry, 301, Vallecito, Arequipa, Perú

Resumen
Un dispositivo experimental fue desarrollado para analizar las variaciones del
desempeño de un automóvil a gasolina cuyo sistema ha sido modificado para funcionar
con GLP (gas licuado de petróleo). Se evaluaron parámetros como presión en los
cilindros, temperatura (gases de escape, aceite, agua, aire de entrada), emisión de gases
(CO, CO2, O2, HC), Potencia, Torque (a diferentes RPM del motor). Se evaluó también
desgaste del motor por la calidad del aceite en el cárter y consumo de cada combustible
por kilómetro. Se utilizó un sistema de adquisición de datos multicanal y un
transductor-indicador de temperatura portátil. Fueron utilizados termopares tipo K y
transductores de presión con salida en mV, para evaluar la Potencia y el torque, fue
utilizado un acelerómetro digital. Los resultados indican que todas las temperaturas
(gases, aceite, aire de entrada al carburador, agua en el radiador) se incrementan
considerablemente usando GLP, tanto en estado de ralentí como en movimiento del
vehículo. La presión en los cilindros permanece aproximadamente constante, Se
observo que la potencia y el torque disminuyen al usar GLP (mismas condiciones de
trabajo).

Palabras Clave: Desempeño de Automóviles, Emisiones, Gasolina, GLP.

1 INTRODUCCIÓN
El GLP (gas licuado de petróleo) es una mezcla del propano-butano que se utiliza sobre
todo como combustible doméstico para cocinar. El GLP doméstico es puesto sobre todo
por las compañías petroleras del sector público en las áreas urbanas. Sin embargo,
también ha encontrado uso en los sectores comerciales e industriales. Se utiliza en
industrias tales como cristal, cerámica, y otros. Hoy en día, el GLP es también un
combustible alternativo favorito en algunos países donde el costo de la gasolina es
elevado.
Actualmente diferentes tecnologías se vienen desarrollando para utilizar el GLP en
automóviles y vehículos de transporte publico, lamentablemente barreras como la
seguridad de los pasajeros impiden realizar una reglamentación al respecto del uso de
este combustible en un motor que no haya sido diseñado de fabrica para este fin.

1.1 Motores a Gasolina Convertidos
El GLP, correctamente usado, podría ser un combustible limpio, rentable y menos
contaminante. Los ingenieros han probado recientemente su uso como combustible en
automóviles. Por todo el mundo, los gobiernos están animando el uso del GLP como un
combustible alternativo en el reconocimiento de las ventajas significativas que ofrece.
El GLP ha sido propuesto como combustible alternativo para el transporte en un acto de
la política energética de los EE.UU en 1992.
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En Europa, Italia se cuenta con 1 300 000 vehículos, seguido de Polonia con 470 000,
Holanda con 325 000, Francia con 180 000 y Republica Checa con 145 000.
Estados Unidos cuenta con más de 350 000 vehículos funcionan con GLP1.
Se debe aclarar que el uso de GLP en motores esta avalado por un diseño de
ingeniería hecho en fabrica por personal especializado, lamentablemente se observa en
la actualidad que talleres inescrupulosos (en muchos países) utilizan tecnologías de
conversión no avaladas para adaptar el uso del GLP a vehículos diseñados para
gasolina. Se esta comprometiendo aspectos de diseño del vehiculo y sobre todo
aspectos de seguridad, debido a la reducción de costos para obtener una rentabilidad
rápida.

1.2 El sistema dual Gasolina - GLP
En los automóviles que funcionan con GLP y gasolina, el sistema de alimentación de
GLP consiste básicamente en los siguientes componentes: Tanque de almacenamiento,
evaporador-regulador, tuberías y accesorios y sistema de control general y conmutación
(Fig. 1).
                                  LP
                         t anque G

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Fig. 1. Sistema dual de vehículos GLP-gasolina..

El combustible almacenado en los tanques de GLP es conducido, en fase líquida al
evaporador-regulador de presión, ya que el tanque está provisto de un tubo que llega al
fondo del depósito. A la entrada del evaporador-regulador va instalada una válvula
electromagnética de corte de GLP, conectada a un conmutador situado en el tablero de
mandos.
El evaporador-regulador dispone en su interior de una serie de cámaras en la cuales se
realizan distintas funciones que permiten regular, vaporizar y dosificar el GLP que es
aspirado por el motor del vehículo. El GLP llega en fase líquida, y a una presión
manométrica aproximada entre 294,3 kPa y 490,5 kPa (42,7 y 71,1 psi), a la primera
cámara del evaporador-regulador. En esta primera cámara se reduce la presión

1
    Vehículos diseñados para usar GLP
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manométrica a 41,2 kPa (6 psi) y se vaporiza el líquido, transformándose en GLP en
fase gaseosa.
La permanente vaporización del líquido se consigue manteniendo caliente el interior del
evaporador-regulador. Para ello se hace circular agua del radiador por el interior del
aparato. Ya en fase gaseosa, el GLP pasa, cuando es aspirado por el motor, a la segunda
cámara. Y de aquí, a través de la unidad de mezcla, instalada en el colector de admisión,
al motor.
Además, el evaporador-regulador también incorpora un dispositivo electromagnético
que permite al motor funcionar al ralentí, cuando el vehículo está parado.
La unidad de mezcla, como su nombre indica, tiene la misión de proporcionar una
adecuada mezcla de aire con el gas para obtener una correcta combustión.
El conmutador es un dispositivo eléctrico que se incorpora a la instalación para poder
efectuar el cambio de combustible a utilizar. Bien sea para pasar de gasolina a GLP, o
de GLP a gasolina. El conmutador debe ser fijado al tablero de la cabina de tal manera
que sea visible y fácilmente manipulable desde el puesto del conductor del vehículo.
En motores de inyección, el conmutador es automático, es decir, que aunque esté en
posición de GLP, el arranque lo realiza siempre en gasolina. Y hace el cambio a GLP de
forma automática a un número determinado de revoluciones, que se pueden regular por
medio de un tornillo de reglaje situado en la parte posterior del conmutador. Se
recomienda regular a 1500 RPM.
El conmutador trabaja por impulsos del encendido, así que si tenemos el contacto
puesto y el motor parado la electro-válvula de gas estará cerrada.
El emulador de inyectores tiene la misión de cortar la corriente a los inyectores y
mandar una señal emulada a la centralita de gasolina (si tuviese).
El sensor de oxigeno nos dice como es la mezcla en el colector de escape y así podemos
hacer la regulación en el evaporador (si tuviese).
En la Fig. 2, podemos observar los componentes del equipo completos hasta 15 CV
reductor, unidad de mezcla, Soportes, tuberías y accesorios de montaje

Fig. 2. Los componentes del equipo completos hasta 15 CV.

En la Fig. 3, se observa un “kit” para autos carburados. Los componentes del equipo
son: reductor, válvula electromagnética de GLP, válvula electromagnética de gasolina,
unidad de mezcla, conmutador de carburación, tuberías y accesorios de montaje.
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Fig. 3. Kit de conversión para autos carburados.

Los componentes del equipo para automóviles inyectados se presentan en la Fig. 4:
reductor, válvula electromagnética de GLP, unidad de mezcla, conmutador, emulador
oxigen sensor, tuberías y accesorios de montaje.

Fig. 4. Kit de conversión para autos inyectados.

2   MODELO EXPERIMENTAL

Un esquema del modelo experimental es mostrado en la Fig. 5. Podemos observar los
componentes principales: Sección de Pruebas (Automóvil) Sistema de Alimentación de
Combustible (gasolina y GLP), y el Sistema de Adquisición de Datos (SAD).

2.1 Sección de Pruebas
Esta compuesta por un automóvil (Fig. 5), de las siguientes características:
Marca                Nissan
Modelo               HL-B11-F.
Carrocería:          Sedan
Color                Blanco Misti
Cilindrsos:          4
Nro de motor:        E15009416B
Nro de serie:        HLB11B78144
Ruedas:              4
Pasajeros:           5
Peso seco:           7652 N
Peso bruto:             11085 N
Longitud:               4,03 m
Altura:                 1,39 m
Ancho:                  1,67 m
Carga útil:             3434 N
Puertas                 04
Año de fabricación      1985
Motor                   1493 cm3
                        Carburado
Dirección               Mecánica

Una fotografía del automóvil utilizado es mostrada en la Fig. 6.
                                LP
                      tan que G
          e
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                                                                                 or
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Fig. 5. Esquema del Modelo Experimental.

Fig. 6. Fotografía del modelo experimental.
2.2 Sistema de Combustible
2.2.1 Gasolina
El Sistema de Combustible con gasolina (Fig. 7), esta compuesto de los siguientes
dispositivos:
    - Tanque de almacenamiento, de acero y capacidad aproximada de 75 dm3 (20
         galones aproximadamente), con sistema de indicador de nivel tipo flotador.
    - Un sistema de tuberías de cobre de 3,2 mm (1/8 de pulgada).
    - Un filtro de combustible de 25 cm3
    - Un sistema de atomización y mezcla de combustible-aire tipo carburador
    - Filtro de aire
La gasolina usada fue de 84 octanos.
Componentes adicionales:
- Filtro no original equivalente
- Bujías no originales equivalentes
- Chicleros originales
- Bobina de encendido no original equivalente.

          e
   to ma d ib le
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Fig. 7. Sistema de Combustible.

2.2.2 GLP
El sistema Instalado de GLP, mostrado en la Fig. 8, esta compuesto por:
    - Tanque de GLP
           o Marca INCA SA. (Perú)
           o Capacidad 44 dm3
           o Presión de prueba 1,76 MPa
           o Presión de diseño 3,5 MPa
           o Norma ASME sec. VIII div I
    - Válvula Electro-magnética de GLP ó solenoide
    - Evaporador marca BEDINI LPG modelo 120 E
    - Válvula de Control de presión BEDINI LPG modelo MT 88
    - Sistema de tuberías
LP
                   t anque G

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Fig. 8. Componentes del KIT a GLP.

2.3 Sistema de Adquisición de datos
Para la adquisición de señales con el vehículo detenido fue utilizado un Equipo
Multicananal de marca OMEGA, modelo TEMPSCAN 1100 (Fig. 9), con capacidad de
adquisición de hasta 99 señales de sensores de temperatura tipo K, T, S; y presión (señal
en milivolt). Para las mediciones de temperatura con el vehículo en movimiento fue
utilizado un equipo transductor-indicador-calibrador OMEGA modelo CL24 (Fig. 10).
Los experimentos (vehículo detenido y en movimiento), serán descritos en el ítem
Procedimiento Experimental, mas adelante.

Fig. 9. Sistema de adquisición de datos.

Fig. 10. Transductor de temperatura.
2.3.1 Medición de Temperatura
Para medir las temperaturas en el motor, fueron utilizados termopares de las siguientes
características (Fig. 11):

Marca:        Omega
Modelo:       tipo K
Diámetro:     1 mm de diámetro
Protección:   teflón (transmisión) y asbesto (altas temperaturas)
Aplicación:   -40 ºC hasta 500 ºC (temperaturas moderadas) y -40 ºC hasta 2000 ºC
              (altas temperaturas)

Las señales de temperatura medidas en las diferentes posiciones son llevadas al SAD
(lectura automática) y posteriormente a la PC, ó al transductor de temperatura (lectura
manual).
El detalle de instalación de los termopares en cada componente, es mostrado en la Fig.
12.

Fig. 11. Sensor de temperatura.

                                                                                         aire

                                                                                       gases de
                                                                                        escape
                                                                      e aire
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                                                                                       radiador

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                                    aceite                  salida del
                                                             radiador

Fig. 12. Medición de temperatura.
2.3.2 Medición de Presión
Fueron utilizados transductores de presión de las siguientes características (Fig. 13):
Marca:         OMEGA
Modelo         PX300
Intervalo:     0 hasta 2,07 MPa (300 psi), presión manométrica
Salida:        0 hasta 20 mV
Alimentación: 10 V (corriente continua)

La señal de presión va desde cada cámara de combustión hasta el SAD y posteriormente
a la PC. Un esquema de la instalación de los sensores de presión es mostrado en la Fig.
14. Para analizar este parámetro, se realizó cada prueba (en cada cilindro), procediendo
al giro de los pistones con el motor de arranque, permitiendo cinco vueltas al cigüeñal.

Fig. 13. Transductor de presión.

                                                                              presión 1

                                                                              presión 2

                                                                              presión 3
                                                                   e a ir e
                                                          filt ro d
                                                                              presión 4

                                                  motor

                                                aceit e
                                         ito de
                                   de pos

Fig. 14. Medición de presión.
2.3.3 Medición de Potencia, Torque y RPM
Son medidos en diferentes regimenes de trabajo por un equipo (Fig. 15), compuesto de
cuatro acelerómetros, marca G-tech PASS.

2.3.4 Medición de emisiones de gases de escape
Equipo analizador de gases marca GAS LINK, modelo Ferret 14 (Fig. 16).

Fig. 15. Acelerómetro instalado en el parabrisas delantero.

Fig. 16. Analizador de gases de escape.

3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Fueron realizados diferentes experimentos para estudiar los diferentes parámetros de
desempeño del vehículo. Cada grupo de pruebas fue realizado con cada combustible
(gasolina, GLP y dual). Los experimentos fueron divididos en dos grupos: Con
movimiento y sin movimiento del vehículo, descritos a continuación

3.1 Medición sin movimiento del vehículo, temperaturas en ralentí
Fueron evaluadas las temperaturas (múltiple de escape, depósito de aceite, entrada de
aire hacia el filtro, entrada y salida en el enfriador de agua o radiador), ver Fig. 12,
desde el encendido del vehículo hasta llegar a régimen permanente, este experimento
fue realizado para las pruebas con gasolina y GLP bajo las siguientes condiciones:
    - Inicio a las 10: h
    - ventilador del radiador siempre funcionando
-   tapa del motor cerrada
   -   estado de ralentí (mínimo consumo sin movimiento del vehículo)

3.2 Medición sin movimiento del vehículo, presión en los cilindros
Para este experimento, se procedió a las siguientes etapas, según la Fig. 14.
   - Calentamiento del motor hasta llegar al estado de ralentí
   - retiro de las bujías de todos los cilindros
   - desconexión de la parte eléctrica (alimentación a las bujías)
   - instalación del transductor de presión en el cilindro respectivo (1, 2, 3, o 4)
   - Adquisición de datos
   - Arranque, mediante el motor de arranque, cinco vueltas del cigüeñal

3.3 Medición sin movimiento del vehículo, Emisiones de gases
Fueron medidos los componentes de gases de escape (HC, CO, O2, CO2), en dos
situaciones de rotación del motor, ralentí y 2500 RPM. La muestra fue tomada del final
del tubo de escape.

3.4 Medición con movimiento del vehículo, temperaturas
Fueron evaluadas las temperaturas (múltiple de escape, depósito de aceite, entrada de
aire hacia el filtro antes del carburador, entrada y salida en el enfriador de agua o
radiador), en diferentes condiciones de movimiento, descritas en la Tabla 1.
Este experimento fue realizado para las pruebas con gasolina y GLP bajo las siguientes
condiciones:
    - Inicio a las 10: h
    - movimiento en régimen permanente en cada una de las cinco velocidades (tabla
       1), para establecer estos valores, se fijo la rotación del cigüeñal en 2800 RPM
    - Se utilizo una vía horizontal

Tabla 1. Medición de temperatura con el vehículo en movimiento
Marcha*     velocidad, km/h
     1              30
     2              50
     3              70
     4              100
     5              120
* Correspondiente a 2800 RPM

3.5 Medición con movimiento del vehículo, Potencia , Torque, y RPM
Fueron evaluados estos parámetros para un cambio de marcha a la velocidad del motor
de aproximadamente 4800 RPM.
    - Inicio, aceleración progresiva
    - Cuando la rotación del motor llegaba a 4800 RPM, se realizaba el cambio de
       marcha
    - aceleración progresiva, 4800 RPM, cambio de marcha...

3.6 Medición con movimiento del vehículo, rendimiento de cada combustible
Se evaluó rendimiento de cada combustible para tres condiciones:
    • Recorrido en centro urbano de alto transito (Centro histórico de Arequipa),
    • Recorrido en centro urbano de transito leve (periferia de la ciudad, Urb. Pedro
       D. Canseco),
• Carretera (transito a alta velocidad, salida de Arequipa),
Condiciones:
   - Inicio 10:00 h
   - Se inicio el recorrido sin combustible en el tanque (gasolina)
   - Se colocó 1 galón de combustible en el tanque
   - Se coloco en cero el medidor de distancia
   - Se finalizó la prueba cuando el combustible se había terminado.

3.7 Medición de desgaste del motor
Para cada combustible, se estableció un recorrido bajo los siguientes parámetros:
   - Distancia fija de 1600 km
   - El recorrido se estableció como: UCSP - AV. GOYONECHE - AV MARISCAL
       CASTILLA - AV. JESUS (FINAL CON AV EEUU) -CEMENTERIO -
       SOCABAYA (REST. BETOS) - CEMENTERIO-UCSP
   - la masa (personas y otros) en el vehículo se mantuvo constante (130 kg)
   - Una vez que el indicador de distancia llegaba a 1600 km, la prueba había
       culminado.
   - Antes de realizar cada prueba, los siguientes componentes eran cambiados:
       bujías, aceite del motor, filtro de aceite, y filtro de gasolina.
Una vez finalizada la prueba, parámetros como presión en los cilindros, emisión de
gases de escape y análisis de la calidad del aceite eran realizados.

4   PARÁMETROS ESTUDIADOS

Como se muestra en la Fig. 12, fueron estudiadas las temperaturas en el colector de
gases de escape, en el tanque de aceite (carter), en la entrada de aire (antes del filtro), en
la entrada y salida del enfriador de agua (radiador), esto en dos condiciones, vehículo
detenido y en movimiento (cinco marchas).
Se evaluó la presión en cada cámara de combustión con el automóvil detenido.
Se evaluó la variación de los siguientes parámetros en los gases de escape: HC, CO, O2,
CO2.
Se evaluó desgaste del motor por medición de cantidad y calidad de partículas en el
aceite (una vez finalizado el recorrido con cada combustible).
Se evaluó rendimiento de cada combustible para tres condiciones: primera, recorrido en
centro urbano de alto transito, segundo, centro urbano de transito leve, tercero carretera
(transito a alta velocidad).
Cada una de las pruebas mencionadas anteriormente fue realizada para tres condiciones:
la primera usando exclusivamente gasolina, la segunda utilizando exclusivamente GLP,
y finalmente, la tercera utilizando el sistema dual, gasolina-GLP.

4.1 Incertezas en la Medición
 Son descritas en la Tabla 2.

Tabla 2. Incertezas estudiadas.
        Parámetro               Incerteza, ±         unidad
Temperatura                               0,2    ºC
Presión                                    15    Pa
Emisión CO                              0,01     % por volumen
Emisión CO2                             0,01     % por volumen
Emisión O2                              0.01     % por volumen
Emisión HC                                  1   ppm
velocidad                                 0,3   km/h
Potencia                                    1   %
Torque                                      1   Nm
Velocidad de Rotación                       2   %
Rendimiento, volumen                        1   km/gal
Rendimiento, económico                    0,2   km/sol

5                 RESULTADOS

5.1 Temperatura
a. En Ralentí
Podemos observar en la Fig. 17, un gráfico temperatura tiempo para el arranque hasta
alcanzar el estado ralentí, usando gasolina como combustible. Es posible observar que la
temperatura de los gases de escape se estabilizan en aproximadamente 85 ºC, la
temperatura del aceite se estabiliza en 62 ºC, el aire se estabilizó en 46,5 ºC, la entrada
al radiador en 59 ºC y la salida en 54,5 ºC.
Este experimento tuvo una duración de aproximadamente 42 minutos.

En la Fig. 18, podemos observar los resultados de las temperaturas en ralentí para el
GLP. Las temperaturas de los gases de escape se estabilizan en 90 ºC, el aceite en 67 ºC,
el aire de entrada al carburador en 47 ºC, entrada al radiador 60,1 ºC, y finalmente la
salida del radiador en 55 ºC. El tiempo que llego al régimen permanente fue
aproximadamente 83 minutos.
      90

                  80

                  70

                  60
Temperatura, ºC

                  50

                  40

                                                     Gases de escape
                  30
                                                     Aceite
                  20                                 Entrada del Radiador
                                                     Salída del Radiador
                  10                                 Aire

                   0
                       0   5001000        1500         2000          2500
                                 Tiempo, s
Fig. 17. Evaluación de temperaturas en ralentí, gasolina.
90

                  80

                  70

                  60
Temperatura, ºC

                  50

                  40

                                                       Gases de escape
                  30
                                                       Aceite
                  20                                   Entrada del Radiador
                                                       Salída del Radiador
                  10                                   Aire

                   0
                       0   1000 2000        3000          4000         5000
                                   Tiempo, s
Fig. 18. Evaluación de temperaturas en ralentí, GLP.

Ya podemos observar una diferencia considerable, sobre todo en la temperatura de los
gases de escape, cuando se utiliza GLP (hasta 6 ºC mayor).

b. En Movimiento
En la Fig. 19, se observa la variación de las temperaturas para el experimento con el
vehículo en movimiento, con gasolina, a las diferentes cinco marchas de la caja de
velocidades. Todas estas velocidades, corresponden a una rotación del motor de 2800
RPM.
La temperatura de los gases de escape sube proporcionalmente con la velocidad del
automóvil. Los demás parámetros (temperatura de aceite, aire, y entrada /salida del
radiador), permanecen aproximadamente constantes.
Los resultados de cada experimento a diferentes velocidades, fueron medidos en un
régimen cuasi-permanente, se decir, se espero a que las temperaturas se estabilicen
aproximadamente 5 minutos.
350
                                   Tgases, gasolina
                   300             Taceite, gasolina
                                   Tent rad, gasolina
                   250             Tsal rad, gasolina
 Temperatura, ºC

                                   Taire, gasolina
                   200

                   150

                   100

                   50

                    0
                         0

                             10

                                    20

                                         30

                                              40

                                                      50

                                                           60

                                                                70

                                                                     80

                                                                          90

                                                                               100

                                                                                     110

                                                                                           120

                                                                                                 130
                                                  Velocidad del auto, km/h
Fig. 19. Evaluación de temperaturas en movimiento, gasolina.

En la Fig. 20, se observa el experimento usando GLP como combustible, la tendencia de
las curvas es bastante parecida a la de gasolina, la diferencia está en que los valores son
relativamente mas altos y el aumento en los valores se aprecia más en las dos ultimas
velocidades (100 y 120 km/h).

               350
                                  Tgases, glp
               300                Taceite, glp
                                  Tent rad, glp
               250                Tsal rad, glp
 Temperatura, ºC

                                  Taire, glp
               200

               150

               100

                   50

                    0
                         0

                             10

                                   20

                                         30

                                              40

                                                      50

                                                           60

                                                                70

                                                                     80

                                                                          90

                                                                               100

                                                                                     110

                                                                                           120

                                                                                                 130

                                              Velocidad del auto, km/h
Fig. 20. Evaluación de temperaturas en movimiento, GLP.

En la Fig. 21, se observa una comparación de la temperatura de los gases de escape,
usando GLP y gasolina, se puede apreciar que los valores de temperatura son hasta 95
ºC mas alto para el GLP (para 100 km/h),
Podemos también apreciar que la pendiente, en la Fig. 21 aumenta a partir de los 70
km/h , mostrando mayores efectos térmicos en el motor ocasionados por el uso de GLP.

                   350
                                      Tgases, glp
                   300                Tgases, gasolina

                   250
 Temperatura, ºC

                   200

                   150

                   100

                    50

                        0
                            0

                                     10

                                           20

                                                 30

                                                       40

                                                             50

                                                                   60

                                                                         70

                                                                              80

                                                                                   90

                                                                                        100

                                                                                              110

                                                                                                    120

                                                                                                          130
                                                       Velocidad del auto, km/h
Fig. 21. Evaluación de temperatura de gases de escape, gasolina y GLP

En la Fig. 22, se observa la comparación para la temperatura del aceite, cuando se usa
GLP, esta temperatura se incrementa hasta 19 ºC, se esperaría un desgaste en las
propiedades del aceite mayor, comparada con el caso de gasolina.

               120

               100
 Temperatura, ºC

                   80

                   60

                   40
                                      Taceite, glp
                                      Taceite, gasolina
                   20

                   0
                        0

                                10

                                          20

                                                30

                                                      40

                                                            50

                                                                  60

                                                                        70

                                                                              80

                                                                                   90

                                                                                        100

                                                                                              110

                                                                                                    120

                                                                                                          130

                                                      Velocidad del auto, km/h
Fig. 20. Evaluación de temperatura de aceite, gasolina y GLP.
En la Fig. 21, se observa la comparación para la temperatura del aire de ingreso al
carburador, producto de un efecto “horno”, la temperatura del aire dentro del recinto de
localización del motor, se eleva considerablemente. La diferencia entre los valores
alcanzados con el GLP, son hasta 3 ºC mas elevado que en el caso de gasolina.
                   40

                   35

                   30
 Temperatura, ºC

                   25

                   20

                   15            Taire, glp
                                 Taire, gasolina
                   10

                    5

                    0
                        0

                            10

                                  20

                                       30

                                            40

                                                   50

                                                        60

                                                             70

                                                                  80

                                                                       90

                                                                            100

                                                                                  110

                                                                                        120

                                                                                              130
                                            Velocidad del auto, km/h
Fig. 21. Evaluación de temperatura del aire de entrada al carburador, gasolina y GLP

En las Figs. 22 y 23, se observa la comparación GLP-gasolina para las temperaturas de
entrada y salida del radiador, para ambos casos, cuando se usa GLP, la temperatura se
incrementa hasta en 17 ºC
                   90
                   80            Tent rad, glp
                                 Tent rad, gasolina
                   70
 Temperatura, ºC

                   60
                   50
                   40
                   30
                   20
                   10
                   0
                        0

                            10

                                  20

                                       30

                                            40

                                                   50

                                                        60

                                                             70

                                                                  80

                                                                       90

                                                                            100

                                                                                  110

                                                                                        120

                                                                                              130

                                            Velocidad del auto, km/h
Fig. 22. Evaluación de temperatura del agua de entrada al radiador, gasolina y GLP
90
                           80
                           70
                           60
 Temperatura, ºC

                           50
                           40
                           30
                                                Tsal rad, glp
                           20
                                                Tsal rad, gasolina
                           10
                            0
                                 0

                                     10

                                          20

                                               30

                                                    40

                                                             50

                                                                  60

                                                                           70

                                                                                80

                                                                                     90

                                                                                          100

                                                                                                110

                                                                                                      120

                                                                                                            130
                                                    Velocidad del auto, km/h
Fig. 23. Evaluación de temperatura del agua de salida del radiador, gasolina y GLP.

Finalmente, en la Fig. 24, se realizó una comparación de la diferencia de temperatura de
cada punto de medición, se observa que el incremento en la temperatura de los gases de
escape oscilan entre 41,4 ºC y 94,4 ºC, en el aceite varían entre 11,1 ºC y 19,3 ºC, para
el agua en el radiador (tanto en la entrada como en la salida), la diferencia varía entre
5,3 ºC y 16,9 ºC, finalmente, para el aire en el ingreso al carburador, el aumento
observado es desde 0,8 ºC hasta 2,1 ºC. Es posible observar que según estos resultados,
podría considerarse que el aumento en las temperaturas (usando GLP en vez de
gasolina), podría de alguna manera perjudicar el desempeño del motor y disminuir la
durabilidad del mismo.

                           100
                            90
                            80
 \TGLP - T gasolina\, ºC

                                                                                                      gases
                            70                                                                        aceite
                            60                                                                        ent rad
                            50                                                                        sal rad
                            40                                                                        aire
                            30
                            20
                            10
                             0
                                 0         1             2             3             4          5            6
                                               marcha en la caja de velocidades

Fig. 24. aumento de temperatura al usar GLP.
5.2 Potencia y Torque
En la Fig. 25, se puede observar como varía la potencia y el torque (en las ruedas del
automóvil), según las diferentes velocidades usando gasolina como combustible. Se
observa que la potencia máxima alcanzada de 22 kW, corresponde un torque 62,5 N m.

Fig. 25. Evaluación de velocidad, potencia, torque y RPM en movimiento. Gasolina.

En la Fig 26, se puede observar como varía la potencia y el torque (en las ruedas del
automóvil), según las diferentes velocidades para GLP. La potencia máxima alcanzada
de 19 kW, corresponde un torque 56,5 N m.

Fig. 26. Evaluación de velocidad, potencia, torque y RPM en movimiento. GLP.
En la Fig. 27 se realiza la comparación respectiva para la potencia y torque con ambos
combustibles y se observa que existe una pérdida de potencia y torque entre el 5% y
20% al usar GLP.

Fig. 27. Evaluación de potencia, torque, comparación gasolina - GLP.

En la Fig. 28, se observa la comparación respecto a las velocidades, una caída de hasta 5
km/h es apreciada usando GLP

Fig. 28. Evaluación de velocidad, comparación gasolina - GLP.
5.3 Presión en la cámara de combustión
Podemos observar en las Figs. 29, 30, 31, y 32, la presión en las cámaras de combustión
1, 2, 3, y 4, respectivamente. Se observó que no hay diferencias en las presiones de los
cilindros usando gasolina y/o GLP, probablemente debido al corto tiempo de realización
de estas pruebas.
Es posible confirmar que las presiones dentro de los cilindros permanece
aproximadamente constante, tanto en los cilindros, como después de usar cada
combustible, los valores de presión oscilan entre 896,3 kPa y 910,1 kPa (130 y 132 psi).
Una comparación simultánea es mostrada en la Fig. 33.

                 140

                 120

                 100
  Presión, psi

                 80

                 60

                 40

                 20

                  0
                       0   5             10            15             20           25
                                           Tiempo, s
Fig. 29. presión en el cilindro 1, pruebas gasolina - GLP.

                 140

                 120

                 100
  presión, psi

                 80

                 60

                 40

                 20

                  0
                       0       5                10               15                20
                                           Tiempo, s
Fig. 30. presión en el cilindro 2, pruebas gasolina - GLP.
140

                 120

                 100
  Presión, psi

                 80

                 60

                 40

                 20

                  0
                       0            5                        10           15
                                           Tiempo, s
Fig. 31. presión en el cilindro 3, pruebas gasolina - GLP.

                 140

                 120

                 100
  Presión, psi

                 80

                 60

                 40

                 20

                  0
                       0    50               100              150   200
                                           Tiempo, s
Fig. 32. presión en el cilindro 4, pruebas gasolina - GLP.
140

                                120
     Presión Manométrica, psi

                                                                                         cilindr
                                100
                                                                                              1
                                 80                                                           2
                                 60                                                           3
                                                                                              4
                                 40

                                 20

                                  0
                                      0                    5                    10       15
                                                                  Tiempo, s

Fig. 33. presión en los diferentes cilindros, pruebas gasolina - GLP.

5.4                             Emisión de gases de escape

Podemos observar en la Tabla 3, el análisis de los gases de escape con cada combustible
en dos situaciones, en ralentí (850 RPM aproximadamente) y a 2500 RPM, esta pruebas
fueron realizadas con el vehículo detenido.

Tabla 3. Emisiones de gases de escape.

             GASOLINA                                                    GLP
       750 RPM   2500 RPM                                      750 RPM      2500 RPM
HC ppm      124         66                                         2207           225
CO %       1,12       0,35                                          0,01          0,15
O2                 %                      14,72     12,6           11,9            2,9
CO2 %                                        3       5,8            5,9           11,7

5.5 Aspectos económicos
Podemos observar en la Tabla 3, un resumen de los aspectos económicos cuando se
utiliza el vehículo, con cada combustible, en tres situaciones diferentes, ciudad (centro
histórico), ciudad (periferia), y carretera (arequipa-mollendo).
Se puede observar que por sus características térmicas, la gasolina rinde entre 32 % y 42
% más que el GLP (kilómetros por galón). Debido al costo de los combustibles, el GLP
resulta con un beneficio económico que oscila entre el 20 % y 30 %, representando un
ahorro entre 0,066 hasta 0,124 soles por cada kilómetro recorrido.

Tenemos la necesidad de recalcar que este “aparente ahorro” no es más que una
traducción de los preciso bajos de este combustible (GLP), como ya fue mencionado,
térmicamente, la gasolina se desempeña como mejor combustible.
Tabla 3. Aspectos económicos
        Recorrido           km/dm3             km/gal
                         gasolina GLP    gasolina    GLP
ciudad, centro histórico    10,2   7,7      38,5      29,0
ciudad, periferia           14,5 10,2       55,0      38,7
carretera                   18,2 13,3       68,8      50,3

                             km/nuevo sol    GLP - gasolina,
        Recorrido
                         gasolina GLP           sol/km
ciudad, centro histórico     3,0        4,8          0,124
ciudad, periferia            4,3         6,4         0,076
carretera                    5,4         8,4         0,066

El beneficio aparente obtenido al usar GLP, debe ser comparado firmemente con los
posibles perjuicios que se obtienen al elevar las temperaturas de los componentes del
motor y de los sistemas de lubricación (aceite) y enfriamiento (agua).

Un trabajo futuro, continuación del presente, sería realizar un análisis costo - beneficio
acerca del uso del GLP, considerando el desgaste provocado por la variación en los
parámetros de funcionamiento del motor.

5.6 Aspectos de seguridad
Se ha observado que no existen normas al respecto del proceso de conversión a GLP de
vehículos diseñados para gasolina GLP, algunos aspectos son claros:
.

5.6.1    Aspectos de instalación
    -    El GLP es un combustible más pesado que el aire y en el caso de escapar del
         tanque de almacenamiento o de algún componente, éste combustible
         permanecerá acumulado en los compartimientos del automóvil (p.e. la maletera),
         representando un riego inminente para la seguridad de los ocupantes del
         vehículo.
   -     No existe en nuestra ciudad, ningún taller que instale los kit de conversión con
         algún sistema de seguridad para prevenir acumulación del GLP en los recintos
         del vehículo.
   -     Ningún taller posee certificación al respecto de la duración del tanque sin
         explotar en caso de incendio (exposición directa al fuego).
   -     Los Kit de conversión que se comercializan en el país están incompletos falta
         una pieza que regula la mezcla adecuada que trae como consecuencia que la
         mezcla GLP-aire sea rústica (comparada a una hornilla de una cocina). Otros
         dispositivos de mezcla sugieren un mezclador que funciona para ralentí y para el
         vehículo en movimiento suplido con un control de ingreso comandado por el
         sensor de oxigeno para mantener la mezcla correcta en las diferentes situaciones
         de marcha.

5.6.2    Aspectos de carga del combustible (estaciones)
-   En los establecimientos de venta de GLP, el proceso de carga de combustible no
        respeta el protocolo establecido para combustibles gaseosos, principalmente:
            o No se realiza la evacuación de los ocupantes del vehiculo
            o No existe barrera de protección
            o No se realiza el aterramiento del vehículo (energía estática)
            o No se respeta distancia entre vehículos ni localización de los
                establecimientos a zonas urbanas.

6   CONCLUSIONES

El uso de GLP como combustible alternativo en vehículos diseñados para tal fin
representa una alternativa claramente ventajosa, como lo predice la experiencia europea.
Actualmente se viene normalizando el proceso de adaptación de automóviles que fueron
diseñados para usar gasolina, pero aspectos sobre todo de seguridad están siendo muy
estrictos. Al momento de culminar el presente informe, ningún país en el mundo, tenía
una reglamentación oficial para la acreditación de talleres en el proceso de conversión,
España, aparentemente esta por emitir una norma muy exigente.
Esto nos indica que el uso de GLP en vehículos diseñados de fabrica para este fin, esta
establecido y normado. Lamentablemente, la experiencia en el mundo, indica una
precaución al tratar de legislar el proceso de acreditación de talleres para el proceso de
adaptación de kit de GLP a autos a gasolina, sobre todo en los aspectos de seguridad
humana. Probablemente este fenómeno se debe al intento de abaratar los costos de
conversión, sacrificando la seguridad.

En aspectos de desempeño, se ha llegado a la conclusión que, a pesar que el GLP es un
combustible más económico, al usarse en vehículos diseñados para usar gasolina, podría
a largo plazo representar un perjuicio, sobre todo en mantenimiento por reparación
correctiva necesaria, esto debido a que algunos factores térmicos son modificados,
como se describe a continuación.

    • Las temperaturas se elevan considerablemente usando GLP, tanto en ralentí
      como en movimiento.
    • A medida que se aumenta la velocidad del vehículo, la temperatura aumenta,
      esta variación sufre un aumento en su valor a partir de la cuarta velocidad.
    • Se pierde potencia y torque al usar GLP. Indicar el % o rango de disminución.
    • El aumento en la temperatura implica necesariamente consecuencias en la
      durabilidad del motor y sus componentes, al estar el motor diseñado apara
      trabajar en un intervalo de temperatura y funcionar en otro más alto (con GLP),
      involucra desgaste más rápido de sus componentes. Se puede afirmar que entre
      otras consecuencias, tenemos
              o El aceite se degrada en menos tiempo.
              o Las piezas que trabajan a mayor temperatura, sufren una fatiga mayor
                  y en consecuencia un desgaste más rápido.
              o Todo el sistema de combustión pierde eficiencia al admitir mezcla
                  más caliente.
    • La presión se mantiene constante, debido probablemente al corto tiempo de
      evaluación de este parámetro.
    • El GLP rinde menos que la gasolina pero el costo es menor, representando una
      economía que debe ser comparada con aspectos de desgaste del motor.
• Aspectos de seguridad indican que principalmente en nuestra ciudad el proceso
      de conversión debe ser estrictamente normado y la acreditación debe ser
      obtenida después de un riguroso proceso de verificación de procedimientos y
      equipos utilizados, sobre todo en el aspecto de seguridad humana.
    • No existe en nuestra ciudad, ningún taller que instale los kit de conversión con
      algún sistema de seguridad para prevenir acumulación del GLP en los recintos
      del vehículo.
    • Ningún taller posee certificación al respecto de la duración del tanque sin
      explotar en caso de incendio (exposición directa al fuego).
    • Los Kit de conversión que se comercializan en el país están incompletos falta
      una pieza que regula la mezcla adecuada que trae como consecuencia un proceso
      de combustión precaria.

7   RECOMENDACIONES

Aspectos Técnicos
   • Para cada vehículo se necesita un kit de acuerdo a sus características (potencia,
      entrada de combustible, etc.)
   • Debe implementarse un proceso de acreditación de los talleres que trabajan en la
      instalación del kit.
   • Debe controlarse las características técnicas de los kit.

Aspectos de Seguridad
   • Debe exigirse la implementación de un sistema de seguridad (contra fugas y en
      caso de emergencias) cuando se instale los kit de GLP.
   • Debe exigirse pruebas de resistencia a la llama en caso de incendio en los
      tanques de almacenamiento de GLP
   • Debe exigirse respetar el protocolo de carga de GLP en vehículos (el vehiculo
      debe estar vacío al cargarse GLP).

Actualmente, se esta observando la llegada de vehículos que tienen el sistema de GLP
de fabrica, éstos disponen de diferentes dispositivos de detección y control de flujo de
GLP, que deberían estar necesariamente en los procesos de adaptación.

Aspectos de Normatividad
Actualmente podemos mencionar que algunos países prohíben la conversión de
automóviles a gasolina a GLP, por ejemplo, Brasil, Bolivia, Colombia, sin embargo en
otros países (Argentina, y en general la Comunidad Europea) están por publicar un
sistema de reglamentación para la conversión de automóviles de gasolina a GLP, debe
aclararse que esta reglamentación incluye dispositivos de seguridad contra escapes y
emergencias. Con respecto a la existencia de normas para la conversión de vehículos a
gasolina para GLP, en Latinoamérica no existe evidencia de tal.

8   CONSIDERACIONES FINALES

    Los dueños de los vehículos, dueños de talleres, abastecedores de GLP, y los
    conductores, son los responsables directos del proceso de conversión del vehículo
    para GLP, y su uso y manipulación acarrea consecuencias (malas o buenas) al medio
ambiente y a la ciudadanía en general, una conciencia ambiental es necesaria para
    respetarnos mutuamente.

9   REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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      type, Energy Economics 21, pp 17-35.
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Melchers, R., Feutrill, W., 2001, Risk assessment of LPG automotive refueling
      facilities, Realiabity Engineering & System Safety, 74, pp. 283-290.
William M., Lyons C., 1996Standard Handbook Petroleum and Natural Gas of
      Engineering, Gulf Publishing Company, Houston, Texas.
Teri, 2000, Liquefied Petroleum Gas: dual fuel, http://static.teriin.org/energy
Murthy, LPG alternative fuel, El Hindu, El 26 De Agosto De 1999.
Anand, G., Karthikeyan, B., 2005,An Investigation and Engine Parameters
      Optimization of a Spark Ignition Engine with Gaseous Fuels Department of
      Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Delhi, India.
DIRECCION REGIONAL DE TRANSPORTES, COMUNICACIONES Y
      VIVIENDA. "Cuadro estadístico del crecimiento del parque automotor de
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Patrakhaltsev, N., Y Gorbunov, V., Toxicidad de los motores de combustión interna.
      Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica-Eléctrica, UNSA, Arequipa, 1994,
      202 pp.
Calderón V., E., Contaminación por automotores. Arequipa, 1993, 38 pp.
Indecopi, 2004, Norma Tecnica Peruana Nº 111.014, publicada el 2004/08/20.
Motor GLP, 2006, KIT de GLP, disponible en www.motorGLP.com

 Rafael Richie López Chávez                            Juan José Milon Guzmán
 Asistente de Investigación                             Investigador Principal
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