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Rendimiento de los motores de combustible l�quido versus combustible gaseoso. �Cu�l es el mejor?

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Performance of liquid fuel versus gaseous fuel engines. Which is the best?

 

Desempenho de motores a combust�vel l�quido versus combust�vel gasoso. Qual � o melhor?

		Cristian Mauricio Beltran-Chamba IV crislermau@gmail.com �����������������������������������������https://orcid.org/0000-0001-8127-3913 ��

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: etarco@istct.edu.ec ���������������

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culos de investigaci�n

 

*Recibido: 16 de julio de 2021 *Aceptado: 30 de agosto de 2021 * Publicado: 30 de septiembre de 2021

 

        I.            Instituto Superior Tecnol�gico Central T�cnico.

      II.            Instituto Superior Tecnol�gico Central T�cnico

   III.            Investigador Independiente.

    IV.            Investigador Independiente.

 

Resumen

El objetivo general de esta investigaci�n es evaluar el rendimiento de los motores de combustible l�quido versus combustible gaseoso. Como objetivos espec�ficos se plantean, buscar informaci�n sobre el motor y su funcionamiento; los tipos de combustibles y sus aplicaciones y adaptaciones en los motores existentes. As� como tambi�n, las descripciones planteadas y objetadas en el �mbito para luego compararlas y obtener objetivamente una evaluaci�n de estos. Entre los resultados est�n que, de acuerdo a expertos, fabricantes, usuarios, talleres mec�nicos consultados, reglamentos y normativas, el motor de combustible gaseoso es 10% de menos rendimiento que el motor de combustible l�quido; otro resultado importante es el efecto en el ambiente por la no emisi�n de gases contaminantes del motor a gas, sin embargo, resulta en desventaja en cuanto a la recarga, ya que no existen suficientes estaciones de servicio; as� como el espacio del recipiente contenedor del combustible que ocupa en la maletera del veh�culo.

Palabras clave: Combustible l�quido; combustible gaseoso; rendimiento; ambiente.

 

Abstract

The general objective of this research is to evaluate the performance of liquid fuel versus gaseous fuel engines. As specific objectives are raised, to find information about the engine and its operation; the types of fuels and their applications and adaptations in existing engines. As well as, the descriptions raised and objected in the field to later compare them and objectively obtain an evaluation of these. Among the results are that, according to experts, manufacturers, users, mechanical workshops consulted, regulations and standards, the gaseous fuel engine is 10% less efficient than the liquid fuel engine; Another important result is the effect on the environment due to the non-emission of polluting gases from the gas engine, however, it is a disadvantage in terms of recharging, since there are not enough service stations; as well as the space of the fuel container container that it occupies in the trunk of the vehicle.

Keywords: Liquid fuel; gaseous fuel; performance; environment.

 

Resumo

O objetivo geral desta pesquisa � avaliar o desempenho de motores a combust�vel l�quido versus gasoso. Como objetivos espec�ficos s�o levantados, encontrar informa��es sobre o motor e seu funcionamento; os tipos de combust�veis e suas aplica��es e adapta��es nos motores existentes. Bem como, as descri��es levantadas e contestadas em campo para posteriormente compar�-las e obter objetivamente uma avalia��o das mesmas. Entre os resultados est�o que, segundo especialistas, fabricantes, usu�rios, oficinas mec�nicas consultadas, regulamentos e normas, o motor a combust�vel gasoso � 10% menos eficiente que o motor a combust�vel l�quido; Outro resultado importante � o efeito no meio ambiente devido � n�o emiss�o de gases poluentes do motor a g�s, por�m, � uma desvantagem em termos de recarga, uma vez que n�o h� postos suficientes; bem como o espa�o do reservat�rio de combust�vel que ocupa no porta-malas do ve�culo.

Palavras-chave: Combust�vel l�quido; combust�vel gasoso; desempenho; ambiente.

 

Introducci�n

El mundo depende cada vez m�s del transporte de productos o traslados de personas entre continentes, pa�ses, regiones o localidades; y Latinoam�rica no escapa de esa dependencia, por lo que se hace imprescindible evaluar las tecnolog�as existentes para realizar ese trabajo. Est� demostrado que, con el transporte convencional y tradicional, como lo son los veh�culos de carga o de usos particulares, seg�n diferentes investigadores del tema (a los cuales se har� referencia m�s adelante), estos presentan ventajas y desventajas desde el punto de vista de su eficiencia de funcionamiento, de su influencia en el medio ambiente, de la comodidad en los usuarios, entre otros factores. Por todo esto, se ha innovado en las partes estructurales y funcionales de estos veh�culos, tal es el caso de lo que se desarrollara en este estudio como lo es, los combustibles que se utilizan para producir esa movilidad, como lo son la gasolina, diesel, gas natural vehicular, otros.

Ante todo, resalta la investigaci�n de Men�ndez (2019), quien muestra al gas natural comprimido (GNC) y el gas licuado de petr�leo (GLP) como una soluci�n de combustible alternativo en la indagaci�n de una movilidad sostenible donde grandes grupos de fabricantes hacen uso de ellos. En particular el Grupo Volkswagen se especializa en el uso de GNC y en cambio el Grupo Fiat Chrysler Autom�viles en GLP. Seg�n The Wold LGP Association (WLPGA 2019) es decir, la (Asociaci�n Mundial del Gas Licuado de Petr�leo), las razones por las que los fabricantes inician cambios en estos combustibles son m�ltiples. Para empezar, se hace referencia a lo publicado en Emisiones de los distintos combustibles (2009), donde indica que estos combustibles son m�s limpios y amigables con el medio ambiente, lo que permite la reducci�n de las emisiones de CO2, que es la causante principal del efecto invernadero, para el caso del GNC y del GLP comparado con la gasolina. Pero las emisiones de contaminantes no son las �nicas que se reducen, tambi�n las s�nicas hasta en un 50 %. La reducci�n de estas emisiones hace que los veh�culos con estos combustibles tengan el distintivo medioambiental ECO, seg�n �l Real Decreto 750/2010 emitido por el (Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, 2010)

De todas estas relaciones estar� centrada esta investigaci�n, se trata de llevar a cabo el tipo de investigaci�n no solo descriptivo, sino al mismo tiempo comparativo, cu�l de los tipos de combustibles, tiene mayor rendimiento en la maquinaria del veh�culo en cuanto al trabajo y ejecuci�n de las actividades que debe cumplir en determinadas tareas.

El art�culo estar� estructurado como sigue: en el primer apartado se describir� la problem�tica del tema, seguido se har�n definiciones claves sobre los tipos de motores de acuerdo al combustible, exponiendo los aspectos te�ricos del tema y se realizar� un enfoque en investigaciones publicadas sobre �l mismo. Por �ltimo, se presentar�n las conclusiones m�s relevantes que soportar�n los beneficios derivados de este estudio.

 

Metodolog�a

Dise�o de investigaci�n

El tipo de investigaci�n es cualitativa, Seg�n el enfoque o paradigma; es descriptivo y comparativo, porque se describir�n los tipos de motores para luego compararlos. (Hern�ndez, Fern�ndez, y Baptista, 2014) manifiestan que usan la recolecci�n de datos para describir y comparar, para establecer patrones de comportamiento. El nivel de investigaci�n es descriptivo, Seg�n (Tamayo, 2014), en su libro Proceso de Investigaci�n Cient�fica, la investigaci�n descriptiva �comprende la descripci�n, registro, an�lisis e interpretaci�n de la naturaleza actual, y la composici�n o proceso de los fen�menos. El enfoque se hace sobre conclusiones dominantes o sobre grupo de personas, grupo o cosas, se conduce o funciona en presente�. Esta investigaci�n est� concentrada en la siguiente matriz de la tabla 1:

Tabla 1. Matriz de Consistencia

Fuente: elaboraci�n propia

 

La t�cnica utilizada para la recopilaci�n de datos es la recopilaci�n de informaci�n de fuentes reconocidas, las cuales han realizado estudios, mediciones, aplicaciones en muestras representativas de veh�culos de diferentes marcas, usos y tama�os; justificada de manera pr�ctica, porque se realiza con el prop�sito de determinar las caracter�sticas del motor que lo describan de acuerdo a su tipo y uso, para luego compararlos;� as� como evaluar los factores y v�nculos para lograr la satisfacci�n y fidelidad de los usuarios y que hagan sostenible en el tiempo, este tipo de veh�culos.

Es de resaltar, seg�n Soria (2017), quien establece varios criterios para la toma de decisiones en cuanto al cambio de veh�culos con combustible l�quido a combustible gaseoso, basada en la Evoluci�n de la reglamentaci�n europea con respecto al tema, como lo son, por nombrar algunos: el rendimiento del motor, su eficiencia, entre otros, pero haciendo hincapi� en el factor medio ambiental y en el confort del usuario en lo referente a la recarga del veh�culo cuando as� lo requiera. La comodidad y la practicidad en el usuario es importante para que los fabricantes puedan ofrecer y convencer en los cambios que se plantean, sin olvidar los beneficios al ambiente.

A continuaci�n, se muestra en la tabla 2, una descripci�n y comparaci�n de veh�culos con combustible l�quido convencional versus combustible gaseoso, en la cual se consultaron expertos, revistas t�cnicas, conclusiones y recomendaciones de investigaciones reconocidas, tal como se muestran en la bibliograf�a y antecedentes consultados.

 

Tabla 2. Descripci�n y Comparaci�n de veh�culos con combustible l�quido convencional versus combustible gaseoso.

Fuente: Elaboraci�n propia.

 

 

Resultados y discusi�n

Esta investigaci�n estar� centrada en evaluar, describir y comparar los rendimientos de los motores vehiculares de combustible l�quido versus combustible gaseoso, para ello es necesario recurrir a las teor�as existentes en torno a este tema, encontrando que Catal�n (2021) en su desarrollo hizo un resumen, afirmando que:

El an�lisis estuvo dirigido en el impacto del motor de montacargas con la alimentaci�n de los tipos de combustible, gasolinero y el GLP, si bien ambos tienen ventajas y desventajas, se ha demostrado que este �ltimo trae consecuencias en cuanto al mantenimiento del motor, ya que no logra lubricar con efectividad de todas las piezas del motor, en otros casos, el gas se asienta en diferentes partes. Su estudio estuvo centrado en el motor de montacargas, donde se extrajo en calidad de conclusi�n, que el motor alimentado con gasolina, es mucho m�s beneficioso que el de GLP.

Por otro lado L�pez (2008) en su trabajo de grado denominado: �Consideraciones t�cnicas y econ�micas de veh�culos a Gas Natural, determina que las velocidades de los motores a gas disminuyen, aclarando que es muy �til para unidades que hacen servicio de transporte p�blico debido a la distancia que recorren durante una jornada de trabajo que uno particular, por tal motivo se ahorra, haciendo este tipo de conversi�n sea favorable para ellos.

De lo anteriormente descrito y en el mismo orden de ideas, provienen varias definiciones de t�rminos muy importantes para proceder al desarrollo de esta investigaci�n, como lo son:

Combustibles alternativos

Seg�n Catal�n (2021), menciona que con el objetivo de mejorar la movilidad y de que evolucione hacia un futuro m�s ecol�gico, se han desarrollado dos tipos de combustibles: Gas Natural Comprimido (GNC) y el Gas Licuado de Petr�leo (GLP), tambi�n denominado el Autogas. Dichos combustibles poseen cualidades que los hacen atractivos para el consumidor, como son un aumento en la autonom�a y una reducci�n en el coste del combustible. Es por esto por lo que resulta interesante el estudio de ambos carburantes.

Gas Combustible (Fuel gas)

Se refiere a combustibles gaseosos, capaces de ser distribuidos mediante tuber�a, tales como gas natural, gas l�quido de petr�leo, gas de hulla y gas de refiner�a (ob.cit).

 

 

Gas Natural Comprimido

El Gas Natural Comprimido (GNC) es una forma de tratar el gas natural para que ocupe el m�nimo espacio posible sin cambiarle ni el estado ni las propiedades. Dichas propiedades vienen definidas por su composici�n.

De acuerdo a datos suministrados por GASNAM y ASEPA (2017) citado por Men�ndez (2019), indican que:

La composici�n del gas natural depende tambi�n de su procedencia, en la Tierra, donde hay una reserva total de 187 trillones de m3. Esta reserva est� repartida por todo el mundo, el 42,8% est� en Oriente Medio mientras que Europa y Asia poseen el 30,4% de las reservas. El consumo actual del gas natural es de 3,2 trillones de m3, por lo que las reservas de gas pueden asegurar 60 a�os. Dicho consumo proviene principalmente de Asia y del Pac�fico, con el 71% (p�g. 14)

Motores. Breve descripci�n del motor de combusti�n interna

De acuerdo a Men�ndez (2019), quien rese�a que la mayor�a de maquinaria de transporte hoy en d�a es movida por motores de combusti�n interna. Actualmente la industria de construcci�n de motores para lanchas, autos, barcos, aeroplanos, trenes, entre otros usan, los motores de combusti�n y esta constituye una de las grandes industrias del mundo. Un motor de combusti�n interna tiene como funci�n transformar la energ�a qu�mica, derivada de un proceso de combusti�n o quema de un combustible, en energ�a mec�nica, la cual debe ser capaz de trasladar un armaz�n pesado. La ignici�n del combustible se origina en una c�mara interna del motor, en la cual entra el combustible mezclado con aire y de la cual escapan gases de combusti�n.

Por lo general se encuentran 3 tipos de motores de combusti�n interna: motores de cuatro tiempos, motores de dos tiempos, turbinas de gas.

En los motores de dos y de cuatro tiempos est�n: motores de encendido por chispa, motores de encendido por compresi�n

Principio de funcionamiento de los motores

Cada uno de los motores tienen su propio principio de funcionamiento, as� como su propia aplicaci�n industrial, estas caracter�sticas fueron otorgados por los ingenieros que les dieron forma, seg�n lo anterior los motores de encendido por chispa reciben el nombre de �motores Otto� y los motores de encendido por compresi�n reciben el nombre de �motores Di�sel�, (Barrera, 2012)

 

 

Funcionamiento del motor de un veh�culo con GNC/GLP

El cambio de combustible conlleva que se produzcan cambios en la combusti�n y para que el motor mantenga el mismo rendimiento ser� necesario que se produzcan cambios en el proceso de combusti�n o en la mezcla. Por lo tanto, en este apartado se estudiar� los diferentes cambios que se le pueden realizar al ciclo Otto, en el que se basa. Adem�s, se concluir� que tipos de inyecciones que se pueden utilizar y cual es preferible (Men�ndez, 2019)

Distintos tipos de inyecci�n

Para el correcto funcionamiento de un motor Men�ndez (2019), menciona que es necesario optimizar la forma en la que el combustible es introducido en la c�mara de combusti�n. Por lo tanto, es necesario ver si los sistemas tradicionales de inyecci�n, directa e indirecta, se pueden utilizar con los nuevos combustibles, GNC y GLP (Transformaci�n Gas Licuado del Petr�leo (GLP)).

Figura 1: Sistemas de Inyecci�n Fuente: (Men�ndez, 2019)

 

Inyecci�n directa

Este sistema inyecta el combustible directamente a la c�mara de combusti�n. Mediante esta soluci�n se consigue cambiar la distribuci�n de la mezcla aire-combustible dependiendo de si el motor est� trabajando a carga plena o a carga parcial. A plena carga el combustible es inyectado durante la fase de admisi�n, de esta forma se consigue que la mezcla sea homog�nea en la c�mara de combusti�n. De esta forma se obtiene un resultado similar al de la inyecci�n indirecta.

Debido a la complejidad seg�n Payri y Desantes (2015), suponen conseguir que el rendimiento de este sistema de inyecci�n sea el �ptimo y es normal que los talleres que transforman veh�culos para que usen GNC/GLP se muestren m�s reticentes que en el caso de la inyecci�n indirecta.

Sistema Bi-Fuel

Men�ndez, C. (2019), rese�a en su investigaci�n que:

El sistema bi-fuel es la soluci�n m�s com�n cuando se adapta un veh�culo para que use GNC/GLP. Este sistema existe la posibilidad de utilizar tanto gasolina como GNC/GLP. Por lo que cuando existe todav�a combustible gaseoso en el tanque es posible que el veh�culo funcione 100% con ese combustible (p�g. 40).

Para funcionar como bi-fuel es necesario que el motor se base en un ciclo Otto y para el sistema de inyecci�n lo m�s normal es que tenga distintos inyectores para los dos combustibles. Para la gasolina se utiliza un sistema de inyecci�n directa, ya que es un sistema m�s eficiente y no sufre de sobrecalentamiento cuando usa un combustible l�quido. Para el GNC/GLP lo m�s com�n es usar un sistema de inyecci�n indirecta en el conducto de admisi�n, esto es debido a que de esta manera se evita el sobrecalentamiento y desgaste de los inyectores, a parte se consigue una mezcla m�s homog�nea para una correcta combusti�n. Mostrado por RACE en su informe 2018, donde llegaron a esas recomendaciones del motor Bi-Fuel.

Este sistema, seg�n Lira (2012), presenta grandes ventajas como la de una gran autonom�a, ya que cuando se acabe el GNC/GLP puede funcionar con el tanque de gasolina, que se ve puede ver reducido con la transformaci�n. Adem�s, como se ha explicado anteriormente, se produce una reducci�n de emisiones considerables por el uso del combustible gaseoso y una reducci�n del costo en el combustible.

En la Tabla 3, se mostrar�n caracter�sticas de ambos casos de estudio, que servir�n de gu�a para la toma de decisiones, sin embargo, es de resaltar que hay factores que no se consideraron por lo especifico del tema, tal como, procesos de fabricaci�n

Tabla 3. Resultados de descripci�n y Comparaci�n.

Fuente: Elaboraci�n Propia

 

La tabla anterior muestra como resultados que:

�         El motor con combustible l�quido presenta mayor rendimiento que el motor con combustible gaseoso, expresado por expertos que as� lo han verificado a trav�s de mediciones como en carretera. Sin embargo, es de hacer notar que este rendimiento depende del trabajo al que es sometido el veh�culo, tal como de carga, de transporte pesado, de transporte liviano, de las distancias de recorridos, de turismo o paseo, entre otras.

�         En cuanto al beneficio ambiental, resalta el veh�culo con combustible gaseoso, demostrado por organizaciones reconocidas a nivel mundial, tal es el caso del Real Decreto 750/2010, de 4 de junio, por el que se regulan los procedimientos de homologaci�n de los veh�culos de motor, Reglamento n� 115 de la Comisi�n Econ�mica de las Naciones Unidas para Europa: Sistemas de adaptaci�n espec�ficos para GLP y GNC., (S�nchez L., Reyes O. (2016).

�         En el aspecto de la recarga, es un tema a considerar, ya que la deficiencia en el combustible gaseoso se debe a que el ser humano se caracteriza por ser reacio a los cambios de paradigmas, tanto en el usuario de este tipo de veh�culos como para los prestadores de servicios en la recarga del combustible.

�         En la alternativa de dep�sito, pareciera en estos momentos que no hay m�s alternativas en su almacenamiento y ubicaci�n en el veh�culo, sin embargo, es bien sabido que en el mundo de la tecnolog�a hay estudiosos investigadores, que en cualquier instante de tiempo, mostraran innovadoras y satisfactorias opciones.

�         Por el lado de la seguridad, ambas opciones deben garantizarlas, ya que el riesgo impl�cito en el uso y manejo de combustibles que bajo ciertas condiciones son altamente inflamables as� lo requieren, por tanto la reglamentaci�n y normativas a los fabricantes son estrictas y exigentes.

 

Referencias

1.      Barrera, M. (2012). Estudio del sistema GLP como combustible alternativo de uso en veh�culos automotrices. Cuenca, Ecuador: Trabajo especial de grado de la Universidad del Azuay para optar al t�tulo de Ingeniero Mec�nico Automotriz.

2.      Catal�n, G. (2021). Estudio y an�lisis comparativo de un sistema de gasolina empleando GLP para optimizar la combusti�n interna de un motor OTTO en un montacarga, Arequipa, Per�. Arequipa, Per�: Trabajo de grado de la Universidad Autonoma San Francisco para optar al t�tulo de Ingenier�a Mec�nica.

3.      Hern�ndez, R., Fern�ndez, C., & Baptista, P. (2014). Metodolog�a de la investigaci�n. Mc Graw Hill: M�xico.

4.      Lira, J. (2012). Un m�todo para el dise�o �ptimo del sistema de alimentaci�n de GNV de motores automotrices de encendido por chispa.

5.      L�pez, J. (2001). Manual de Instalaciones de Gas Licuado de Petr�leo. Per� .

6.      L�pez, S. (2008). Consideraciones t�cnicas y econ�micas de veh�culos a gas natural. Lima, Per�: Tranajo de grado de la Pontificia Universidad Cat�lica del Per� para optar a t�tulo de Ingeniero Mec�nico.

7.      Men�ndez, C. (2019). Proyecto de conversi�n a GNC/GLP de un veh�culo con MCI de combustible l�quido como alternativa a la hibridaci�n el�ctrica. Trabajo especial de grado de la Universidad Pontificia Comillas para optar al grado de Ingenieria en Tecnolog�as Industriales.

8.      Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. (2010). Real Decreto 750/2010. Espa�a: Boletin Oficial del estado.

9.      Payri, F., & Desantes, M. (2015). Motores de combusti�n interna alternativos. Editorial Revert�: Barcelona.

10.  Soria, M. (2017). Evoluci�n de la reglamentaci�n europea sobre emisiones y homologaci�n de los vehiculos. Sernauto.

11.  Tamayo, M. (2014). El proceso de la investigaci�n cient�fica . M�xico D.F: Limusa.

12.  The Wold LGP Association WLPGA. (05 de Abril de 2019). El sector del gas licuado se erige como "una alternatva real y presente" para la trancision energ�tica. Recuperado el 26 de Septiembre de 2021, de https://www.wlpga.org/news/el-sector-del-gas-licuado-se-erige-como-una-alternativa-real-y-presente-para-la-transicion-energetica/

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� 2021 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/)

 

 

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