Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculo de investigacin

Anlisis del torque y potencia de un motor de combustin interna con mezcla de etanol-gasolina en diferentes concentraciones y la influencia en el sistema de inyeccin

 

Analysis of the torque and power of an internal combustion engine with ethanol-gasoline mixture in different forms and the influence on the injection system

 

Anlise do torque e da potncia de um motor de combusto interna com mistura etanol-gasolina em diferentes concentraes e a influncia no sistema de injeo

Celin Abad Padilla-Padilla I
c_padilla@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-2241-5421
,Bolvar Alejandro Cuaical-Angulo III    
bacuaicala@istx.edu.ec https://orcid.org/0000-0003-1878-2541
Luis Fernando Buenao-Moyano II    
lfbuenanio@espoch.edu.ec https://orcid.org/0000-0002-2194-4102
,Diego Armando Tacle-Humanante IV
diego.tacle@istcarloscisneros.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-9287-5298
 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

*Recibido: 22 de mayo del 2021 *Aceptado: 20 de junio del 2021 * Publicado: 05 de julio del 2021

 

       I.            Magster en Diseo Mecnico Mencin en Fabricacin de Autopartes de Vehculos, Mster en Ingeniera de Vehculos Hbridos y Elctricos, Ingeniero Automotriz, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Mecnica, Carrera de Ingeniera Automotriz, Riobamba, Ecuador.

    II.            Magster en Gestin del Mantenimiento Industrial, Ingeniero Automotriz, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Mecnica, Carrera de Ingeniera Automotriz, Riobamba, Ecuador.

III.            Magster en Gestin de Energas, Ingeniero Automotriz, Instituto Superior Tecnolgico Cotopaxi, Carrera de Mantenimiento y Reparacin de Motores a Diesel y Gasolina, Latacunga, Ecuador.

IV.            Ingeniero Automotriz, Instituto Superior Tecnolgico Carlos Cisneros, Carrera de Tecnologa Superior en Mecnica Automotriz, Riobamba, Ecuador.

 

 

Resumen

Debido a la gran demanda en el parque automotor y los contaminantes producidos por los mismos, el presente trabajo da conocer la importancia de una mezcla de etanol con gasolina para motores de combustin interna, esto por la disminucin de los combustibles fsiles que producen gases contaminantes perjudiciales para el medio ambiente, para esto se ve la necesidad de buscar nuevas fuentes de combustibles como la mezcla del etanol a distintas concentraciones, sin afectar el torque y la potencia generada por el motor, adems de la influencia de la mezcla en el sistema de inyeccin de riel comn, ya que para su obtencin debe ser de buena calidad. El anlisis de torque y potencia se puede dar mediante un dinammetro o un sensor de presin y que mediante un programa computacional se podr obtener estos parmetros en tiempo real, entonces la utilizacin de etanol puro para la combustin es una de las alternativas que ya es aplicada en algunos pases. La mezcla de etanol con la gasolina en distinta concentracin tendra una influencia en el torque y la potencia ya que vara las propiedades del combustible, obteniendo as un ndice de octano muy relevante para la combustin, para ello tambin se debe tener en cuenta los gases contaminantes producidos por el nuevo combustible que son menos nocivos que utilizar directamente gasolina que es un derivado del petrleo.

Palabras clave: Motor de combustin interna; combustibles fsiles; etanol; gases contaminantes; riel comn.

Abstract

Due to the great demand in the automotive fleet and the pollutants produced by them, this work reveals the importance of a mixture of ethanol with gasoline for internal combustion engines, this due to the decrease in fossil fuels that produce harmful polluting gases for the environment, for this there is a need to look for new sources of fuels such as the mixture of ethanol at different concentrations, without affecting the torque and power generated by the engine, in addition to the influence of the mixture in the injection system of common rail, since to obtain it must be of good quality. The analysis of torque and power can be given by means of a dynamometer or a pressure sensor and through a computer program it will be possible to obtain these parameters in real time, then the use of pure ethanol for combustion is one of the alternatives that is already applied. in some countries. The mixture of ethanol with gasoline in another concentration will have an influence on the torque and power since the properties of the fuel vary, thus obtaining a very relevant octane number for combustion, for this, polluting gases must also be considered produced by the new fuel that are less harmful than directly using gasoline which is a derivative of petroleum.

Keywords: Internal combustion engine; fossil fuels; ethanol; polluting gases; common rail.

 

Resumo

Devido grande demanda da frota automotiva e aos poluentes por ela produzidos, o presente trabalho revela a importncia da mistura do etanol gasolina nos motores de combusto interna, devido diminuio dos combustveis fsseis que produzem gases poluentes prejudiciais ao meio ambiente. para isso necessrio buscar novas fontes de combustveis como a mistura de etanol em diferentes concentraes, sem afetar o torque e a potncia gerada pelo motor, alm da influncia da mistura no sistema de injeo do common rail, uma vez que para obt-lo, deve ser de boa qualidade. A anlise de torque e potncia pode ser dada por meio de um dinammetro ou sensor de presso e por meio de um programa de computador ser possvel obter esses parmetros em tempo real, ento o uso de etanol puro para combusto uma das alternativas que j aplicada em alguns pases. A mistura de etanol com gasolina em diferentes concentraes teria influncia no torque e na potncia, pois varia as propriedades do combustvel, obtendo-se assim um nmero de octanas muito relevante para a combusto, para isso, tambm devem ser considerados os gases poluentes produzidos pelos novos combustveis que so menos prejudiciais do que o uso direto de gasolina derivada do petrleo.

Palavras-chave: Motor de combusto interna; combustveis fsseis; etanol; gases contaminantes; trilho comum.

 

Introduccin

El parque automotor tiene un incremento sustancial en los ltimos aos, produciendo gases contaminantes que afectan al medio ambiente, debido a esto se considera una alternativa la utilizacin de una mezcla de gasolina con etanol en distintas proporciones hasta obtener una mezcla donde las emisiones sean lo ms bajas posibles, pero no afecte al torque y a la potencia del motor de combustin interna. Para solucionar este problema, en la presente investigacin se opta por utilizar una mezcla de gasolina con etanol a diferentes concentraciones en un motor de encendido provocado ya que es una opcin factible y viable que nos ayuda a contrarrestar la dependencia por el petrleo.

 

El etanol es un combustible ms utilizado que se obtiene de la destilacin de la caa de azcar, pltano entre otros, la caracterstica es que debe ser tratado hasta obtener un anhdrido para poder ser utilizado en la mezcla con la gasolina, en Brasil una fuente de combustible es etanol puro y no ha causado daos. En base a esto en Colombia se comenz la utilizacin de una mezcla de etanol con gasolina en ao 2005 cuando se aprob una ley donde todos los usuarios de automotores deben usar una mezcla de etanol del 10% designndose a la mezcla con la letra E, as la sustancia pura se denomina como E0 y en base a la concentracin de etanol en la gasolina se utiliza la designacin de E10, E15. Las propiedades fsicas-qumicas de esta mezcla y el comportamiento en los motores de combustin interna se ven afectados en la calidad de la gasolina, obteniendo datos variantes de las emisiones y contaminantes de los motores. (Masson Ricaurte, 2012)

En la actualidad los transportes impulsados por un motor hacen uso de combustibles fsiles que ya es muy escaso y en la combustin de estos est expuesto a altas temperaturas dentro de la cmara de combustin produciendo gases nocivos para el medio ambiente. La finalidad es determinar el comportamiento del motor de combustin interna con la mezcla gasolina-etanol obteniendo la reduccin de la temperatura en la cmara debido a las nuevas propiedades del combustible y as disminuyendo los gases contaminantes pero que el torque y la potencia no se vean afectados, para esto se debe hacer un estudio de la cantidad exacta que se debe introducir de etanol en la gasolina para alcanzar nuevas propiedades en el combustible que favorezcan a la combustin.

 

Metodologa

En los automotores que utilizan carburador, en los colectores de admisin se produce una mezcla de aire-combustible desigual para cada cilindro, por eso la necesidad de asignar un inyector a cada cilindro para que la mezcla sea estequiometria.

Clasificacin de los sistemas de inyeccin

         Segn el nmero de inyectores

         Segn el tipo de inyeccin

         Segn las caractersticas de funcionamiento

         Segn el lugar donde inyectan.

Partes del sistema de inyeccin electrnica a gasolina

Sensores: Estos convierten magnitudes qumicas o fsicas en seales elctricas que son enviadas a la unidad de control. La seal de salida no es considerada solo el voltaje sino tambin parmetros elctricos como la resistencia, capacidad e inductancia. En la figura 1 se puede apreciar el funcionamiento bsico del sensor. (Cabezas Jaramillo, y otros, 2015)


Figura 1: Funcionamiento bsico del sensor.

 

El motor de combustin interna es un conjunto de elementos mecnicos que permite transformar la energa qumica en mecnica mediante el movimiento alternativo. Para obtener la energa mecnica debe ocurrir 4 fases en donde el pistn efecta cuatro desplazamientos lineales dentro del cilindro, este movimiento lineal mediante el cigeal es convertido en movimiento rotacional. En la figura 2 podemos observar las cuatro fases del proceso de combustin.

Imagen que contiene Interfaz de usuario grfica

Descripcin generada automticamente

Figura 2: Funcionamiento del motor de combustin interna.

 

Par motor: La combustin de aire-combustible en la cmara produce un aumento de presin y temperatura en el motor, esta presin genera una fuerza de empuje sobre el pistn que se desplaza en movimiento lineal donde este movimiento es transformado en un movimiento rotacional por el cigeal que es enviado mediante mecanismos a las ruedas. Entonces podemos decir que es la capacidad que tiene el motor para mover el vehculo con o sin carga en l.

Potencia: Es cuantas veces est disponible el par motor en un determinado tiempo, mientras ms se disponga de este para en menos tiempo se puede decir que tendremos mayor potencia.

 

Balance energtico

En los motores de combustin interna el poder calorfico aportado por la gasolina en la combustin se descompone en trabajo til, calor disipado por el refrigerante, gases de escape que son evacuados a altas temperaturas, entonces la energa utilizada es baja debido a las prdidas trmicas. En la tabla 1 se muestra el porcentaje aproximado de prdidas de energa en un motor de combustin interna. (Castillo Caldern, y otros, 2015)

 

Tabla 1: Porcentaje de prdidas de energa

Descripcin

Porcentaje Aproximado

Perdidas por gases de escape

20-25%

Perdidas por refrigeracin

20-25%

Perdidas por radiacin calorfica

15-25%

Fuente: (Castillo Caldern, y otros, 2015)

 

Combustibles

En la actualidad tradicionalmente se utilizan combustibles derivados del petrleo por los tanto son de origen fsil, las normas que regulan las emisiones hacen que se implementes diversos sistemas para seguir utilizando este combustible.

Debido a la exigencia de los motores MEP y MEC se han desarrollado diversos tipos de combustibles con las caractersticas y prestaciones adecuadas para los regmenes de trabajo de cada uno de ellos. En la tabla 2 se da a conocer los tipos de combustibles ms utilizados.

 

Tabla 2: Aplicacin, fase en la que se encuentran y fuentes de los diversos combustibles.

 

Tipo de Motor

Fase del Combustible

Origen del Combustible

COMBUSTIBLE

MEP

MEC

LIQUIDO

GAS

FSIL

OTROS

Gasolina

X

 

X

 

X

 

Etanol

X

 

X

 

 

X

Metanol

X

 

X

 

X

X

MTBE

X

 

X

 

X

X

ETBE

X

 

X

 

 

X

Gas Natural Gas

X

 

X

X

X

 

Licuado de Petrleo

X

 

X

 

X

 

Hidrogeno

X

 

X

X

X

X

Disel

 

X

X

 

X

X

Biodiesel

 

X

X

 

 

X

GTL

 

X

X

 

X

 

CTL

 

X

X

 

X

 

BTL

 

X

X

 

 

X

DME

 

X

X

 

X

X

Biogs

X

 

 

X

 

X

Fuente: (Gmez Ynez, y otros, 2017)

 

Propiedades fsicas de los combustibles

Destilacin: se trata de la volatilidad de combustible, mientras ms pesados sean ms poder calorfico aportan.

Densidad relativa: la dispersin afecta negativamente a la potencia del motor, un ejemple tenemos la densidad del etanol 789,3 Kg⁄cm^3

Viscosidad y lubricidad: este parmetro es muy importante ya que debe tener una viscosidad suficientemente baja para circular por los conductos de alimentacin hasta ser inyectados sin tener perdas de cargas excesivas.

ndice de cetano: es la prediccin del cetano basado en las propiedades de destilacin y densidad del combustible.

El etanol es una sustancia qumica que tiene caractersticas similares que, de la gasolina, se obtiene mediante la fermentacin de azucares y hoy en da este compuesto ha empezado a ser utilizado como combustibles puro o en porcentajes de mezcla con la gasolina.

El etanol puede ser utilizado en cantidades pequeas o altas para la mezcla, la diferencia es que los vehculos deben ser modificados, pero en la actualidad existen algunas series de automotores que ya tienen sus respectivas modificaciones para soportar las concentraciones del etanol en la gasolina, esta serie de vehculos son denominados Coches Flexibles. En Europa est permitido usar el Etanol como aditivo para los autos. (SoliClima, 2018)

Tambin conocido como alcohol etlico, es un lquido inflamable de olor desagradable. Es un alcohol que contiene aproximadamente el 35% de oxgeno en su composicin y puede provocar por s misma la combustin en un motor, el resultado ms relevante de esto es las bajas emisiones de gases contaminantes hacia la atmosfera.

 

Tabla 3: Caractersticas fisicoqumicas del etanol anhidro

Caractersticas

Valor

Temperatura de ebullicin (C)

78.5

Temperatura de inflamacin (C)

13

Temperatura de autoignicin (C)

363

Densidad relativa (g/cm3)

0.79

Solubilidad en agua

miscible

Presin de vapor (mmHg a temp. ambiente)

43

Poder calorfico inferior (KJ/kg)

26,810

Poder calorfico superior (KJ/kg)

29,670

Nmero de octanaje (RON, MON)

109/98

Relacin estequiomtrica A/F

9

Fuente: (Camarillo Montero, 2011)

 

El etanol se obtiene a partir de la destilacin de la caa de azcar, remolacha, cascara del pltano entre otros. Existen diferentes tipos de etanol dependiendo de la cantidad de agua que contenga, el contenido mximo de pureza es del 96%, es por eso, que se ha utilizado en la mezcla con la gasolina para producir la combustin en los pases como Brasil y Cuba.

Etanol como Sustituto de la Gasolina, debido a que es fuente de combustible renovable, y es la manera para ya no depender de los combustibles fsiles. Este compuesto tiene un poder calorfico idntica a la Gasolina por lo que se les puede mezclar en cualquier proporcin, pero luego de los anlisis ya efectuados en distintos pases consideran que el porcentaje ideal es de entre 10 a 15% teniendo una gran influencia en tipo de motor de combustin interna.

Mezclas Etanol Gasolina, la mezcla proveniente de la gasolina con el etanol se le conoce con el nombre de alconafta, por tener un alto contenido de oxgeno se utiliza en la mezcla para sustituir al ter que es el contaminante del suelo y el agua.

La alconafta siendo una mezcla de gasolina y etanol es utilizada como combustible alternativo para motores de combustin interna que inicialmente son diseados para la combustin de los derivados del petrleo. El etanol es el ms utilizado para la mezcla con la gasolina ya que es ms comercializable entre los alcoholes, aunque tambin puede hacer una mezcla con el metanol. El uso ms comn de alconafta aprobado en Colombia es la utilizacin de un porcentaje del 10% de volumen de etanol, el porcentaje de este compuesto es designado con la letra E acompaado de la concentracin, de esta manera se designa de la siguiente forma E para un combustible de Etanol 100% puro, E10 par una concentracin de 10% de etanol y 90% de gasolina. En el mundo en el ao 2011 ms de 20 pases utilizan el E10 mientras que en Estados Unidos y Europa se utiliza un E85, y an ms notable es en Brasil ya que se utiliza un E100 es decir etanol puro para los automotores.

El E10 es una mezcla del 90% de gasolina con el 10% de etanol juntos hacen un combustible que es utilizado en los automotores de hoy en da sin producir dao en los motores a diferencia de otros combustibles que se tiene que modificar completamente el motor la para la utilizacin de ellos.

Produccin del etanol como combustible: los principales productores de este compuesto son Estados unidos y Brasil ya que ellos tienen una visin ms amplia de la reduccin de contaminantes producidos por los motores de combustin interna, seguido a ellos estn China, India y Francia.

La produccin de etanol en nuestro pas Ecuador es mnima ya que no cuentan con las refineras y equipos necesarios para la destilacin ptima para la obtencin del Etanol, Ecuador tiene una superficie amplia para la siembra de caa de azcar, remolacha u otros capaz de producir etanol, pero no lo suficiente para poder compararse con Brasil u otros pases.

         10% etanol: para la utilizacin con este porcentaje se debe hacer una modificacin en caso de ser un sistema a carburacin debido a que el alcohol tiene efectos perjudiciales con el aluminio, en el caso de ser un sistema de inyeccin no hace falta modificar nada.

         10% - 20%: Se debe sustituir el carburador completamente por el problema que se mencion anteriormente, en el sistema de inyeccin se requiere sustituir los inyectores propios del fabricante por unos de acero inoxidable que soporten el contenido de alcohol, de igual manera en el tanque de combustible es necesario poner un recubrimiento de iguales prestaciones, algunos componentes tambin son necesarios recubrirlos de un material anticorrosivo.

         20% - 100%: para la utilizacin de concentraciones superiores a 20% se requiere hacer una modificacin completa del motor empezando por el carburador, tanque de combustible entre otros componentes.

Efecto en el Octanaje: El Etanol como alcohol puro es una sustancio con un octanaje muy alto de aproximadamente 117 octanos dependiendo del pas en donde sea refinado, entonces es utilizado en mezclas con los combustibles fsiles para aumentar el octanaje y obtener una potencia mayor en los motores de combustin interna. Adems, la utilizacin del etanol es para reducir la llamada penalidad del petrleo crudo.

En la tabla 4 se dar a conocer el nivel de octanaje que aumenta con las distintas concentraciones de Etanol en la Gasolina.

 

Tabla 4: Octanaje en funcin de la concentracin de etanol

Porcentaje de Etanol en la Mezcla

Numero de Octano

Variacin de Octanos

0

72,5

0

5

74,8

2,3

10

76,8

1,8

15

78,5

1,9

20

80,3

1,8

25

81,4

1,1

Fuente: (Alvarez, y otros, 2017)

 

Los datos nos dan a conocer segn la experiencia brasilea que hay un aumento significativo entre los valores del 10 al 20% de Etanol en la Mezcal, este aumento es de aproximadamente 1,8. (Alvarez, y otros, 2017)

Los motores de combustin interna es un conjunto de mecanismo que con la utilizacin de un combustible producen un trabajo, pero para que esto pase el combustible a utilizar para la combustin debe ser de ptima calidad y tener un octanaje ptimo como para poder mover todos los elementos y agregar la potencia adecuada. Todos estos motores tienen varias formas de inyectar el combustible como los autos antiguos poseen solo carburadores siendo estos vehculos de gran consumo de combustible por el simple hecho de ser mecnicos y tener un ndice de error muy grande.

En la actualidad los vehculos vienen equipados con un sistema de inyectores y estos sistemas son conocidos por la precisin de pulverizacin que a su vez es controlada por una computadora llamada ECU esta recibe seales de diferentes sensores y actuadores para controlarla correcta cantidad de combustible a inyectar.

Estos autos de hoy en da tienen un sistema de Riel Comn que controla mediante una bomba de alta presin la cantidad exacta a ser pulverizado.

Combustin estequiomtrica: Para que la combustin sea rpida y completa se debe tener una mezcla de 14.7:1 esto quiere decir que 14.7 gramos de aire se deben mezclar con 1 gramo de gasolina, a esta mezcla se denomina estequiomtrica que tambin tiene un coeficiente lambda cuyo valor es 1

La relacin estequiomtrica tiene una variacin en cada uno de los combustibles empleados ya sean puro o combinados, en la tabla 5 se da a conocer esta relacin.

 

Tabla 5: Relacin estequiomtrica de diferentes combustibles

Combustible empleado

Relacin estequiomtrica

Gasolina pura

14.7/1

Etanol puro

9/1

Metanol puro

6.4/1

Gas Natural

17.2/1

Propano

15.5/1

Diesel

14.6/1

Hidrogeno

34/1

Fuente: (Mirian, Febrero 2015)

 

Mezcla rica: es cuando el valor de lambda es menor a 1, mezcla pobre: son cuando los valores de lambda es mayor a 1, esto indica un exceso de aire en la admisin.

Estas pruebas de la sonda lambda se lo puede hacer con un analizador de gases, estos analizadores captan la presencia de los distintos gases que salen del tubo de escape y nos arroja el dato de lamba y segn este dato se analiza para luego hacer las respectivas modificaciones en el sistema que se vea afectado, para ellos tambin se recurre al escner que nos da los parmetros bsicos del motor, estos parmetros se compara con el manual del fabricante y de igual manera se analiza los componentes que estn afectados para luego sustituirlos, calibrarlos o hacer alguna modificacin en el componente.

Luego de analizar los gases existentes se debe comparar con la norma de regulacin de gases contaminantes en caso de no hacerlos el sistema de matriculacin no tendr a estos vehculos aptos para la circulacin, puesto a que su contaminacin es mucha y daa al medio ambiente y por consecuencia al ser humano, estos gases txicos causan alergias, infecciones, cncer a la piel entre otras enfermedades que afectan a la salud a corto o largo plazo.

Entonces la manera ms eficiente para reducir gases contaminantes con la utilizacin de la mezcla gasolina etanol es con una concentracin de 10% de volumen del alcohol, as los gases contaminantes se vern reducidos en comparacin con la utilizacin de combustibles fsiles.

La gasolina es un derivado del petrleo y es utilizado como un combustible para los motores de combustin interna provocados por chispa, se obtiene en una refinera su color es rojo, pero mediante tratamientos puede asumir diferentes colores debido a su octanaje.

Este combustible en estado puro utilizado para la combustin produce gases contaminantes perjudiciales para el medio ambiente y para la salud del ser humano. Al ser un producto qumico sometido a altas temperaturas produce gases como el monxido de carbono, Dixido de carbono entre otros que son sustancias cancergenas o hasta pueden producir alteraciones genticas.

La ventaja de utilizar Etanol es que se introduce ms oxigeno por lo tanto la combustin ser ms completa.

Las emisiones de los gases contaminantes son la cantidad de gases que se producen por la combustin hacia la atmosfera, por lo general los gases ms comunes emanados al ambiente son: Dixido de carbono (CO2), monxido de carbono (CO), dixido de azufre (SO2), e hidrocarburos no combustionados (HC).

Dentro de la emanacin de gases contaminantes existen normas que regulan las emisiones, a este factor se le denomina lambda ya que controla que la mezcla sea estequiomtrica, porque un lambda mayor o menor a 1 las emisiones de gases son muy elevadas y se encuentran fuera de las normas internacionales. (Mantilla, 2010)

Se han creado polticas en varios pases para la utilizacin obligatoria del etanol en la gasolina con una concentracin del 10% debido a que no requieren ninguna modificacin mecnica en el motor, algunos autores afirman que los gases contaminantes son mayores que la utilizacin de la gasolina pura, esta controversia no ha permitido que algunos pases opten por la vi del desarrollo energtico.


 

Interfaz de usuario grfica, Aplicacin

Descripcin generada automticamente

Figura 3: Diagrama de la Metodologa (Camarillo Montero, 2011)

Elaboracin de la mezcla etanol combustible

 

En esta seccin se determina las propiedades fsicas-qumicas del nuevo combustible, as como las diferentes concentraciones en la mezcla.

Para la elaboracin se utiliza un etanol con una destilacin de 4% de contenido de agua que viene a ser el mejor alcohol obtenido en la refinacin,

 

Caractersticas de las mezclas

Miscibilidad: para ello se utilizaron vasos de precipitacin donde se mezclaron el etanol y la gasolina con su debida proporcin y se introdujeron a un bao trmico de 35C para evitar la separacin de las fases esto se lo hace en un tiempo de 5 minutos luego se agita suavemente y se observa que no haya una separacin de fases, luego se vuelve a introducir a un bao trmico por cinco minutos para luego ya ser utilizado como un combustible para los motores de combustin interna

Relacin estequiomtrica: para esta prueba se basa en la utilizacin de distintos mtodos que se basa en la medicin de los gases de escape que nos lleva a conocer la caracterstica principal que es el lambda.

Olor y aspecto fsico: para esta prueba se observ detenidamente la mezcla, as con cada sustancia por separado para ver la diferencia y la similitud. En la prueba de olor nicamente se inhalo cada sustancia (etanol, gasolina y la mezcla), el objetivo de esto es poder identificar el combustible solo con el olor. (Israel, 2012)

 

Resultados y discusin

Pruebas de caracterizacin fisicoqumica

Miscibilidad: despus de introducir al bao trmico a una temperatura de 35C no se observ ninguna separacin en las fases de la mezcla, por lo que queda listo para ser utilizado en motores de combustin interna.

Relacin estequiomtrica: la cantidad de agua presente en la mezcla nos da ms oxgeno al momento de la combustin por lo que se realiza de manera completa, esto se ve reflejado en la disminucin de gases contaminantes producidos por los motores de combustin interna.

Olor y aspecto fsico: todas las mezclas presentaron el color caracterstico de la gasolina, por otro lado, el olor se ve afectado cuando la concentracin es ms del 20% debido al alto contenido de alcohol. (Maldonado Sarmiento, 2013)

 

Parmetros de Operacin

Consumo de Combustible: El consumo de combustible aumenta en los motores de combustin interna que no hayan sido modificados, esta variacin es del 1 a 6% dependiendo del tipo de control de inyeccin. Se dice que el aumento del consumo de combustible es directamente proporcional al porcentaje de etanol que haya en la mezcla.

Potencia: Con la utilizacin de la mezcla la potencia no se ve muy afectada, debido a que la pequea perdida presente en los motores es compensada con el consumo de combustible. (Mezcla Gasonila-Etano en Motores de Combustion Interna en Colombia, 2016)

 

 

Tabla 6: Resultados de los experimentos

Potencia (HP)

Torque (Nm)

Velocidad (rpm)

% de Etanol

35,07

99,90

2500

5

53,01

107,86

3500

5

37,60

105,96

2500

10

58,87

119,79

3500

10

41,19

117,86

2500

15

58,61

119,27

2500

15

38,64

119,27

3500

20

54,32

110,53

2500

20

42,25

119,46

2500

0

57,7

116,19

3500

0

Fuente: (Alvarez, y otros, 2017)

 

Segn los resultados que se muestran en la tabla 6, tenemos una mayor Potencia con la utilizacin de Etanol de un 10 y 15%, que estos valores son buenos ya que no se va a hacer una inversin en modificaciones del motor.

La mezcla de Etanol afecta me manera considerable a la vida del motor por ser el Etanol un alcohol muy corrosivo, y debido al tiempo las partculas de esta sustancia se pegan en las paredes de los elementos que entren en contacto con la mezcla. (Zerdar, y otros, 2006)

Luego de un anlisis se puede decir que la calidad del combustible mejora con la adicin del 10% de volumen de Etanol a la gasolina, adems con esta mezcla se logra la reduccin del contenido de azufre, aromticos y por supuesto lo que es interesante la reduccin de gases contaminantes que es un benfico para el medio ambiente. La destilacin que se hace para esta obtencin es muy importante ya que deben mantenerse en los rangos permitidos. La cantidad de agua presente en la gasolina es menor a la mezcla gasolina-etanol ya que en la mezcla se junta el contenido de agua del Etanol adems del porcentaje de agua que haya absorbido del medio ambiente en la elaboracin de la mezcla, el contenido de agua debe ser hasta los 1500 o 2000 ppm como mximo para evitar la separacin de fases de los dos compuestos. (Estudio de la Mezcla de la Gasolina con 10% de Etanol Anhidrido, Evaluacion de Propiedades Fisicoquimicas, 2002)

La mezcla gasolina etanol con un porcentaje del 10% de concentracin de alcohol aporta una corrosin igual a la gasolina base ya que el etanol tiene un poder calorfico menor, por lo tanto, la corrosin de la mezcla es muy baja. (Estudio de la Mezcla de la Gasolina con 10% de Etanol Anhidrido, Evaluacion de Propiedades Fisicoquimicas, 2002)

 

Conclusiones

Se recopilo bibliografa de distintos artculos cientficos, documentos distintas marcas de vehculos, tesis de posgrado, tesis de maestras, obteniendo suficiente informacin para redactar el presente trabajo.

Para las concentraciones de etanol hasta un 20% las modificaciones en un sistema a carburacin se requiere cambiar el carburador y en el sistema de inyeccin se requiere cambiar los inyectores y dems componentes por elementos con revestimiento que soporten la degradacin del etanol, para una concentracin de ms del 20% se requiere la modificacin completa del motor de combustin interna.

La mezcla de etanol con la gasolina provoca que la temperatura de admisin disminuya considerablemente esto con una concentracin del 10% al 20%, esta particularidad hace que la eficiencia volumtrica del motor aumente, debido a las bajas temperaturas despus de la combustin los gases nocivos que emana se ven reducidos en una gran proporcin.

El Etanol puede ser considerado como una fuente de energa renovable del futuro ya que es un combustible que reduce las emisiones contaminantes producidas por la combustin, esto tambin por buscar ser independientes de los combustibles fsiles, hoy en da ya se hace muchos estudios para obtener el Etanol de la basura, algas entre otras luego de un debido proceso de fermentacin y destilacin. El objetivo es no modificar el motor, debido a que esta modificacin es muy costosa, entonces ya que el poder calorfico del Etanol es similar a la Gasolina en la actualidad solo se busca el porcentaje ideal para mezclar estos dos combustibles.

 

Referencias

1.               Alvarez, jos, Saenz, Carlos y Torres, Liliana. 2017. Utilizacin de Etanol en un Motor a Gasolina. D.F, Mexico : s.n., 12 de Noviembre de 2017.

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