CONVERSION DE MOTORES A GNV Los motores Otto de gasolina comenzaron a ser convertidos para funcionar a Gas Natural Vehicular desde 1990 en las ciudades de Santa Cruz y Cochabamba, y desde 1994 en La Paz, estos motores fueron convertidos inicialmente a GLP.
Conversión de motores a GNV
CONVERSION DE MOTORES A GNV Actualmente los principales fabricantes de motores comenzaron a producir motores Otto cuyo combustible es el GNV.
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1. Introducción 1.1. Antecedetes: El GNV fue utilizado en los inicios de los motores Otto en su denominación de gas de alumbrado. Por la dificultad en reducir su volumen fue sustituido por gasolina que tiene mayor densidad y ocupa un volumen mucho menor a presión atmosférica
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1. Introducción 1.2. Concepto: La conversión de un Motor Otto que funciona a gasolina, para trabajar con Gas Natural Vehicular (GNV), es una adaptación, principalmente del sistema de alimentación de combustible, también implica una adecuación del sistema de encendido y de ser necesario la instalación de un emulador lambda, para ello se utiliza un equipo o Kit de conversión y sus accesorios. La adaptación puede ser para funcionar:
únicamente con GNV, obteniendo un motor dedicado tanto con GNV como con gasolina, así tenemos un motor dual Debido a existir pocos surtidores de GNV, la generalmente menor autonomía y la perdida de potencia, la segunda opción es la mas común. Conversión de motores a GNV
1. Introducción 1.3. Razones de la conversión:
Proteccion del medio ambiente
Economia de operación
El gas natural vehicular es un combutible que tiene el menor contenido de carbono, por lo cual su combustion emana menor cantidad de CO y CO2. El precio del GNV es menor que del la gasolina por lo que ofrece una mejor economia de operación del vehiculo. La tecnología disponible hoy, permite almacenar GNV a presiones de 200 bar, haciendo posible su empleo en automoción. Conversión de motores a GNV
2. El Gas Natural (GN) El gas natural (GN), es reconocido por su valor como fuente de energía limpia, económica y abundante para uso doméstico, comercial e industrial a ello se añade su importancia como sustituto de la gasolina en el transporte automotor y como materia prima fundamental en la industria petroquímica .
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2. El Gas Natural (GN) 2.1. Origen del gas natural (GN) Existen dos teorías respecto al origen de los combustibles llamados fósiles (carbón, petróleo y bitumen)
origen orgánico origen geológico
el gas natural (GN) es una mezcla de hidrocarburos gaseosos, La teoría mas difundida es la primera, según la cual
producidos por la transformación lenta de la materia orgánica animal y vegetal, especialmente de especies marinas microscópicas, sepultadas durante millones de años a grandes profundidades.
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2. El Gas Natural (GN) La vida en la tierra se inició hace aproximadamente tres mil quinientos millones (3.500.000.000) de años. Desde entonces, los restos de animales y plantas que dejaban de existir se acumulaban en diferentes lugares. El lecho de océanos, mares y los deltas de los grandes ríos son los que ofrecen mejores condiciones para la concentración de cantidades considerables de restos de flora y fauna acuática. Allí se formaron capas de gran espesor de plantas y animales, cuyas células están constituidas por numerosos elementos y compuestos químicos entre los cuales destacan el carbono y el hidrógeno.
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2. El Gas Natural (GN) Con el paso de millones de años, esos restos de materia orgánica fueron cubiertos por capas de arena y sedimentos que se compactaron hasta formar rocas sólidas; unas porosas y permeables, y otras macizas e impenetrables. A medida que se repetían esos fenómenos, la materia orgánica quedaba en una posición más profunda y sometidas a elevadas presiones y temperaturas que existen en el interior de la tierra. Esto ocurría, prácticamente al mismo tiempo, en muchos lugares del mundo. ITAB
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2. El Gas Natural (GN) La materia orgánica se fue transformando muy lentamente, no solo por la presión y temperatura sino también por la actividad química de microorganismos y quizás, por otras acciones y reacciones, naturales que la ciencia no ha logrado identificar. El gas natural para uso automotriz recibe la denominación de Gas Natural Comprimido (GNC) o de Gas Natural Vehicular (GNV) para diferenciarlo del gas natural de aplicación energética domestica, comercial o industrial y del gas natural utilizado en la industria petroquímica.
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2. El Gas Natural (GN) 2.2. El gas natural en Bolivia La producción de gas natural en Bolivia ha ido en constante aumento para atender las demandas:
Interna y Externa (Argentina y Brasil) Los campos gasíferos son:
San Alberto San Antonio Caipipendi (Margarita, Huacaya) Bloque XX Tarija Oeste (Itaú) Bloque Ipati Aquío ITAB
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2. El Gas Natural (GN) 2.3. Distribución del Gas Natural
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2. El Gas Natural (GN)
2.4. Características del GNV La principal característica del Gas Natural radica en, su mayoritario contenido en metano, y puesto que este compuesto presenta el mayor ratio H/C de entre todos los hidrocarburos (4 frente a 3 del etano, 2.67 del propano, 2.5 del butano y 2.25 de la gasolina), produce en su combustión una menor cantidad de CO y CO2.
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2. El Gas Natural (GN)
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3. La Combustión Los motores Otto producen trabajo aprovechando el calor que resulta de la quema de un combustible en la cámara de combustión, el calor aumenta la temperatura y con ello la presión de los gases. La presión es transmitida a la cabeza de pistón produciendo su desplazamiento, que luego, por medio del mecanismo biela y cigüeñal es transformado en movimiento rotacional. En la combustión participan dos componentes: 1. 2.
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El comburente (el oxigeno contenido en el aire) El combustible (la gasolina o el GNV)
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3. La Combustión
3.1. Composición del aire
N2 (Nitrogeno) 78 % 02 (oxigeno) 21 % CO2 Dióxido de carbono y otros gases 1%
Esta composición no varia significativamente, en diferentes regiones geográficas, en cuanto a su altitud respecto al nivel del mar; pudiendo considerarse constante dentro el ámbito de operación de los motores automotrices.
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3. La Combustión 3.2 La combustión ideal, es aquella que se produce cuando la mezcla corresponde a la estequiometrica, es decir cuado es igual a 1.
relación de mezcla l0 Cantidad teórica de aire necesario para quemar 1 kg de combustible
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3. La Combustión La combustión es la oxidación rapida del acompañada de fuerte desprendimiento de calor.
combustible,
Combustion ideal
HnCm + O2 CO2 + H2O Alcanos + oxigeno dioxido de carbono + vapor de agua
Combustion ideal de la gasolina
2 C8H18 + 25 O2
16 CO2 +
18 H2O
Combustión real con gasolina
C8H18
+
O2
CO2 + HC
+ NOx
+ CO + H2O
Combustión incompleta
Combustión real con GNV
CH4
+
O2
CO2 + HC
+ NOx
+ CO + H2O
Combustión incompleta
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3. La Combustión
Los motores fabricados para trabajar con GNV, presentan un menor consumo especifico de combustible respecto a los motores convertidos a sistema dual, principalmente debido a que tienen una relación de compresión baja para el GNV pero adecuada para la gasolina.
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4. La Contaminación Vehicular
CO Monóxido de carbono •
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Se forma por una combustión incompleta, con falencia de oxigeno, es un gas invisible, insípido y sin olor, altamente venenoso. Al ser respirado se combina con la hemoglobina de la sangre disminuyendo el suministro de oxigeno al organismo. Conversión de motores a GNV
4. La Contaminación Vehicular HC Hidrocarburos no quemados •
Se forma por una combustión imperfecta. En los gases de escape existen alrededor de 150 diferentes hidrocarburos gaseosos. No son directamente venenosos, pero irritan fuertemente las mucosas. Bajo radiación solar se descomponen formando otros productos venenosos, con propiedades cancerigenas.
NOx Óxidos de Nitrógeno •
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Se forman durante la combustión a altas temperaturas , por encima de 2000 °C en presencia de oxigeno libre. Es un gas invisible, sin olor, ni sabor, venenoso, que irrita las vías respiratorias y en casos de exposición a altas concentraciones y tiempo prolongado puede producir la muerte por destrucción de los tejidos pulmonares.
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5. Revisión previa al vehículo
El motor debe funcionar muy bien con gasolina para ser convertido a GNV.
Se debera verificar y evaluar los siguientes aspectos
Presion de compresion Potencia de encendido Avance de encendido
5.1. Presión de compresión 120 a 140 PSI en Santa Cruz 100 a 120 PSI en La Paz
1 bar = 14,5038 PSI
Se denomina PSI (del inglés Pounds per Square Inch) a una unidad de presión cuyo valor equivale a 1 libra por pulgada cuadrada.
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5. Revisión previa al vehículo
Presión atmosférica
La perdida de presión atmosférica es algo mas del 30 %
Pat = 0,95 bar en Santa Cruz Pat = 0,68 bar en La Paz (valor medido) ▼
Pat≈ 30 %
Presión de compresión politropica
n1 coeficiente politropico de compresión, de 1,23 a 1,30 para gasolina Pc presión de compresión Relación de compresión ITAB
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5. Revisión previa al vehículo Presión de compresión teórica o adiabatica
k coeficiente adiabático Pc = 14,17 bar en Santa Cruz PcGNV = 0,68*9
1,23
= 10,14 bar en La Paz
PcGNV= 0,68*12 1,23 = 14,45 bar en La Paz para vehiculo dedicado a GNV
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5. Revisión previa al vehículo Temperatura de compresión
Tc = 100 Tc = 180 12 : 1 Tc = 100 Tc = 165 de 9 : 1
12 1,23 - 1 °C para GNV con relación de compresión de °C*
9 1,23 - 1 °C para GNV con una relación de compresión °C*
Ta temperatura de admisión alrededor de 100 °C Tc temperatura en final de compresión
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5. Revisión previa al vehículo
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5. Revisión previa al vehículo 5.2. Potencia de encendido
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5. Revisión previa al vehículo
Para mejorar el sistema de encendido se debe
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Cambiar cables con mejor aislante y alma de carbón. El cableado de alambre de cobre produce interferencias de radio ”IR” y pueden dañar los componentes electrónicos. Resistencia total del circuito secundario = 25 kΩ Cable de carbón = (20 –25) kΩ/m
La bujías deben se cambiadas por bujias de doble electrodo transversal y subir en un grado el valor termico de las mismas
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5. Revisión previa al vehículo
La separación de los electrodos de la bujía debe ser disminuida en 0,1 mm.
Si se realiza cambio de bobina por una que tenga mayor voltaje en el circuito secundario, entonces se incrementara la distancia de electrodos de la bujía, aumentando así la intensidad de la chispa para un mejor funcionamiento a GNV.
Las normas argentinas NOM 15 y NOM 16 recomiendan cambiar todo los componentes del sistema de encendido. ITAB
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5. Revisión previa al vehículo
5.3. Avance de encendido
Si el punto esta muy adelantado o atrasado, el motor calienta. Cuando esta muy adelantado, el flanco de llama encuentra al pistón al final de su carrera ascendente, produciéndose la interacción de dos fuerzas opuestas sin aprovechamiento de la energía de la combustión. Cuando esta muy atrasado, Los gases de la explosión entregan su energía a las paredes del cilindro y en menor medida a la cabeza de piston. ITAB
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5. Revisión previa al vehículo
Varidador de avance: Los motores convertidos que funcionaran en sistema dual, es decir tanto con gasolina como con GNV, al tener diferentes valores de avance en correspondencia al combustible seleccionado, deben llevar un varidador de avance.
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6. Posibles daños en motor convertido
Válvulas de admisión: puede sufrir desgaste prematuro por que el GNV no cumple las siguientes funciones auxiliares de la gasolina:
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Lubricación de la guía de válvula Refrigeración de la válvula
Una medida paliativa es el funcionamiento alterno GNV – gasolina
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7. Componentes del equipo (Kit) de conversión
Para carburador Reductor con manometro y electrovalvula de corte de GNV Llave conmutadora y cables Valvulas De carga Electrovalvula para corte de gasolina Registro de máxima
Mangueras De suministro del reductor al mezclador De calefacción
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Caño de alta presión 4 m de longitud y 6 mm de diámetro Bolsa y tubos de venteo Pernos y accesorios de sujeción Conversión de motores a GNV
7. Componentes del equipo (Kit) de conversión
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7. Componentes del equipo (Kit) de conversión
Para Inyección: El equipo deberá incluir
Un conmutador que soporte el modo de inyección o ser exclusivo para inyección. Además se tendrán los siguientes dispositivos: Variador de avance, que puede ser para: Sensor de PMS Inductivo Sensor de PMS Hall Sensor en distribuidor generador de pulsos Sensor MAP (variación por estrategia MAP) Para encendido por ruptor Emulador de inyectores Emulador de sensor de oxigeno
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7. Componentes del equipo (Kit) de conversión
7. Componentes del equipo (Kit) de conversión
Otros componentes Cilindro de alta presión Válvula de cilindro Dispositivos a fabricar Mezclador Soporte de cilindro (Cuna) Herramientas para la instalación
Taladro Broca de copa de 1 pulg. Juego de brocas Corta tubos Destornilladores Juego de llaves Llave de válvula de cilindro Torquimetro Ruleador o bandeador
7. Componentes del equipo (Kit) de conversión
8. Reductor de presión
Proveedores en el mercado local
Argentinos
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Dinamotor GasPetro Impulso Gas Pelmag Tomasetto Achille Tomasetto Lovato
Brasileros Landi Renzo Italianos Bugatti Lovato Tartarini
8. Reductor de presión
Los reductores pueden ser activados por:
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Aspiración natural El vacío producido por los pistones en su carrera descenderte en admisión actúa sobre un diafragma, abriendo la válvula de suministro de GNV en el reductor. Válvula electromagnética Una válvula electromagnética NC activada desde un dispositivo de mando llamado conmutador, abre un paso interno de segunda etapa de reducción a tercera etapa, suministrando así GNV al motor.
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4.1. Reductor de presión
Reductores para diferentes potencias 140 HP 180 HP 220 HP Estuve investigando un poco sobre el tema de potenciacion de reguladores. Y estas son las conclusiones que extraje: Casi todos los fabricantes de reguladores para GNC presentan dos modelos de aparato que en escencia son iguales salvo que modifican la presion de segunda etapa para convertirlo en standart o potenciado: Ej Tomasseto Achile tiene -ST40 con primera etapa que reduce de 200 bar a 4.5 bar y Segunda etapa que reduce de 4.5 bar a 1.5 bar. Este dicen que es para "hasta 140 HP" - ST80 con primera etapa que reduce de 200bar a 4.5 bar y Segunda etapa que reduce de 4.5 bar a 2 bar. Este dicen que es para "hasta 200 HP" Landi Renzo tiene El tamaño 1 normal que reduce de 200 a 4 bar en la primera y de 4 a 1.5 bar en la segunda. Este dicen que es para 100 HP y luego tienen otros para mayor potencia pero no dan datos...
Dinamotor tiene ITAB
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4.1. Reductor de presión
Funciones del reductor
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Bajar la presión de suministro del cilindro, en etapas sucesivas, hasta la presión de aspiración del motor Permitir o cortar el paso de combustible al motor, por medio del mecanismo de depresión o la electrovalvula. Regular el suministro de combustible por medio de tornillos de mínima y media, para las diferentes condiciones de operación del motor. Facilitar la expansión del GNV calefaccionando la zona de primera etapa. Conversión de motores a GNV
4.1. Reductor de presión, componentes Ahora viene la cosa : Existe la posiblidad de potenciarlo ???? siii Me lo hace cualquier cacho ????? nooo Que es lo que le hacen ???? Leí que trabajan sobre el diafragma de la 2º etapa ?????le ponen 1 arandelita de 0.5mm debajo del resorte de 2da etapa (en algunos casos 1era tambien= 3kg de 1era y 1.5/1.7 de 2da es lo aconsejable, teniendo un orificio (ujeritooo) de 3era de 6mm, debajo del balancin Es un tema complicado y dificil y si hacen algo mal se me caga el reductor ????noooo, si tienen 2 1/2 neurona Que pierdo al potenciarlo???? Linealidad ????nooo Se pueden potenciar todos los reguladores
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4.1. Reductor de presión
Etapas de reducción Primera
Segunda
Mediante un conjunto resorte diafragma reducen los 200 bares de presión a unos 3,5 bares ( dependiendo de la marca y modelo). Por un agujero calibrado llega el gas a la 2º etapa, esta funciona en forma similar que la primera, reduciendo estos +- 3,5 bares a 1,5 +- bares.
Tercera
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Otro orificio calibrado comunica la 2º con la 3º etapa, la reducción funciona en forma similar a las anteriores, con la particularidad de que la succión del motor, acciona un balancín, y éste a su vez mediante mitones, válvulas, etc., deja salir del reductor una cierta presión, que a través del paso calibrado del agujero que tapa el conjunto balancín se transforma en caudal constante. Conversión de motores a GNV
4.1. Reductor de presión
Filtro de GNV en reductor
Tornillo de mínima
Tornillo de media
Orificio de toma de presión atmosférica
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hgh
Instalación
Orientación
Altura
Distancias respecto a los limites del vehículo
Distancia del reductor
calefacción
4.1. Reductor de presión
Distancias a calibrar
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4.1. Reductor de presión, instalación
Regulación de alta Regulación de máxima Regulación de sensibilidad o media Ahora bien, dada la sensibilidad del diafragma, por diámetro, espesor, tipo de compuesto, etc., mas el accionamiento del brazo palanca que conforma el conjunto balancín/válvula, es necesario sensibilizar la acción de este, porque de no ser así, ocurriría que se abriría a muy bajas rpm o muy altas.
Por lo tanto un resorte, regulable, se transforma en un registro de intermedia, que no hace ni más, ni menos que actuar en contra de la apertura del diafragma.
En los reductores con solamente tornillo de media, se trata de calibrar ese registro de manera que ante la mínima depresión este se habrá posibilitando la regulación de baja.
En los reductores con registro de baja, se intenta endurecer la misma, a fin de que comience a actuar mediante la depresión de las primeros accionamientos del acelerador, independientemente de la posición en ralenti constante de éste. La baja es un tornillo en forma de aguja, cuyo pasaje calibrado permite un by-pass entre 2º y 3º etapa, constante y mínimo para permitir un caudal en ralenti solamente. ITAB
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4.1. Cilindro
Cilindro: Almacena el GNV a alta presión (Maxima presion de carga 200 Bar)
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Pt = 200 bar (20 Mpa o 3600 PSI) PPH = 350 bar
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4.1. Cilindro
Son fabricados sin costura, llevan un solo orificio con rosca cónica para la válvula de cilindro. Existen cuatro variedades básicas de cilindros, su elección depende de la necesidad de reducir el peso y de la disponibilidad a una solución mas cara. Todas las variedades ofrecen igual estándar de seguridad, al cumplir las mismas normas. Las precauciones a tomar son diferentes en cada variedad.
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4.1. Cilindro, variedades Variedad 1 Cilindro hecho completamente de metal (Aluminio o Acero)
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No tiene otra protección que una capa de pintura Lleva sus características viñeteadas sobre el metal, en lado de su boca en lugar de etiqueta Es el mas económico pero pesado
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4.1. Cilindro, variedades Variedad 2 Cilindro de metal y reforzado parcialmente en el centro con envoltura de fibra de
vidrio aramid o carbono
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El metal absorbe el 50 % del esfuerzo y la fibra el otro 50 %. Liviano, pero costoso
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4.1. Cilindro, variedades Variedad 3
Cilindro con franjas metálicas y envoltura de fibra del mismo material que la variedad 2 en todo el tanque
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Las tiras metálicas absorben solo parte del esfuerzo mecánico Mas liviano pero de mayor costo
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4.1. Cilindro, variedades Variedad 4 Cilindro con franjas plásticas y envoltura de fibra del mismo material que la variedad 2 en todo el tanque
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El esfuerzo es soportado por la fibra Ligero y costoso
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4.1. Cilindro, condiciones de servicio Condiciones de servicio Las condiciones de servicio en carretera son severas para los cilindros de GNV Temperaturas extremas (entre -20 °C a 100 °C ) Múltiples llenados, por tanto fatiga Exposición al medio ambiente (humedad, acidez), golpes fortuitos y fricción Vibración Fuego en caso de incendio Colisión en caso de accidente Las normas establecen pruebas para cada una de las condiciones referidas.
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4.1. Cilindro, algunas pruebas del fabricante
Ensayos destructivos Ensayos aleatorios destructivos son realizados periódicamente garantizando un control de calidad continuo. Prueba hidraulica Prueba realizada con agua por la facilidad de elevar la presión del liquido. La presion es elevada por encima de los 350 bar y el cilindro debe presentar fugas por la formación de grietas pero no debe explotar.
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4.1. Cilindro, algunas pruebas del fabricante
Prueba de impacto por gravedad
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En cilindros de las variedades 2, 3 y 4 es difícil reconocer el daño producido La región de impacto, debido a la carga dinámica (llenado y vaciado del cilindro), estalla con el uso.
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4.1. Cilindro, algunas pruebas del fabricante
Prueba de incendio
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Para verificar si la válvula térmica instalada en la válvula del cilindro evacua el GNV a temperaturas superiores a 100 °C, evitando así la explosión del cilindro
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4.1. Cilindro, algunas pruebas del fabricante
Prueba de vibración
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Realizada para confirmar la resistencia del cilindro de GNV a vibración constante en operación del vehículo
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4.1. Cilindro, algunas pruebas del fabricante
Prueba de impacto hidráulico Utiliza un actuador hidráulico que impacta sobre el cilindro presurizado tratando de destruirlo. La prueba se realiza con 150 000 kgf. El cilindro es golpeado por el cilindro hidráulico en contra de una pared de concreto reforzado.
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4.1. Cilindro, algunas pruebas del fabricante
Prueba de impacto con dos toneladas
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Se deja caer un bloque de dos toneladas sobre cilindro presurizado
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4.1. Cilindro, pruebas de recalificación
Ensayos no destructivos
Tienen la finalidad de establecer si el cilindro aun cumple requerimientos de seguridad, de ser así , recalifica al cilindro extendiendo su vida útil.
Inspección óptica Radiografía metalográfica Barrido con ultrasonido Prueba hidráulica
Prueba hidráulica
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El tiempo de vida del cilindro de acuerdo a normas argentinas (ENARGAS) es de 10 años, al cabo del cual debe ser sometido a una prueba hidráulica con agua a 350 bar, estableciendo si cumple aún con los limites permisibles de deformación, de ser así, se extiende el tiempo de vida por 5 años. Conversión de motores a GNV
4.1. Cilindro de metal, características
Características del cilindro de metal
Espesor del cilindro entre (8 a 12) mm
No lleva costura
Fabricado por:
Extrusión
que cosiste en pasar una plancha de metal caliente por un orificio Re laminación de tubo de acero
Recibe tratamiento térmico para incrementar su resistencia.
Tiene un orificio cónico con rosca donde se instala la válvula de cilindro.
Para uso dinámico (en vehículos) esta pintado de amarillo
Para uso estático tiene color blanco
Soportan generalmente de 10000 a 15000 ciclos de carga
Pueden soportar mas ciclos de carga según Conversión de motores a GNV ITAB especificaciones hasta 80000
4.1. Cilindro de metal, proveedores
Los cilindros mas comunes en Bolivia son de industria:
Argentina Brasilera Italiana
Los proveedores de cilindros mas conocidos en la región son:
CIDEGAS CILBRAS FABER INFLEX INPROCIL KIOSHI MAT
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4.1. Cilindro, capacidad de almacenamiento
Capacidad de almacenamiento
La cantidad de volumen de GNV en m 3, que cabe en un cilindro varia en función de la temperatura ambiental, debido a esto la capacidad de los cilindros es indicada en litros.
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4.1. Cilindro, capacidad de almacenamiento
Las capacidades hidráulicas mas comunes empleadas en Bolivia son las siguientes:
En un cilindro de una capacidad hidráulica de 100 litros se almacena un volumen de 25 m3 a una presión de 200 bar . ITAB
4.1. Cilindro, capacidad de almacenamiento
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Prueba de inserción de tabla
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4.1. Cilindro Autonomia
3 = 1,27 l de gasolina 1m
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4.1. Cilindro Proceso entropico
Este proceso se caracteriza pr la absorcion de calorpor la expansion del gas al caer la presion de este
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5. Regulacion del sistema
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Instalacion del Equipo
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Regulación del Equipo
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