Alternativas de prueba de manejo: PARTE 2 - Autos
Si tienes la oportunidad de sobrevolar Siberia Occidental de noche, a través de la ventana verás un espectáculo grotesco, que recuerda al desierto de Kuwait después de la retirada de las tropas de Saddam durante la primera guerra en Irak. El paisaje está plagado de enormes "antorchas" encendidas, lo que es una clara evidencia de que muchos productores de petróleo rusos todavía consideran al gas natural como un subproducto y un producto innecesario en el proceso de búsqueda de campos petroleros ...
Los expertos creen que este desperdicio se detendrá en un futuro próximo. Durante muchos años, el gas natural se consideró un producto excedente y se quemaba o simplemente se liberaba a la atmósfera. Se estima que hasta ahora solo Arabia Saudita ha vertido o quemado más de 450 millones de metros cúbicos de gas natural durante la producción de petróleo ...
Al mismo tiempo, el proceso se invierte: la mayoría de las compañías petroleras modernas han estado consumiendo gas natural durante mucho tiempo, reconociendo el valor de este producto y su importancia, que solo puede aumentar en el futuro. Esta visión de las cosas es especialmente característica de los Estados Unidos, donde, en contraste con las reservas de petróleo ya agotadas, todavía existen grandes yacimientos de gas. Esta última circunstancia se refleja automáticamente en la infraestructura industrial de un enorme país, cuyo trabajo es impensable sin automóviles, y más aún sin grandes camiones y autobuses. Cada vez son más las empresas de transporte en el extranjero que están renovando los motores diésel de sus flotas de camiones para que funcionen tanto con sistemas combinados gas-diésel como únicamente con combustible azul. Cada vez más barcos se están pasando al gas natural.
En el contexto de los precios de los combustibles líquidos, el precio del metano suena fantástico, y muchos comienzan a dudar de que haya trampa aquí, y con razón. Considerando que el contenido energético de un kilogramo de metano es mayor que el de un kilogramo de gasolina, y que un litro (es decir, un decímetro cúbico) de gasolina pesa menos que un kilogramo, cualquiera puede concluir que un kilogramo de metano contiene mucho más energía que un litro de gasolina. Está claro que incluso sin este aparente revoltijo de números y disparidades vagas, hacer funcionar un automóvil que funciona con gas natural o metano le costará mucho menos dinero que operar un automóvil con gasolina.
Pero aquí está el clásico gran "PERO"... Por qué, dado que la "estafa" es tan grande, casi nadie en nuestro país usa gas natural como combustible para automóviles, y los automóviles adaptados para su uso en Bulgaria son más raros. fenómeno del canguro al pino monte Ródope? La respuesta a esta pregunta perfectamente normal no la da el hecho de que la industria del gas en todo el mundo se está desarrollando a un ritmo frenético y actualmente se considera la alternativa más segura a los combustibles líquidos derivados del petróleo. La tecnología de motores de hidrógeno aún tiene un futuro incierto, la gestión en cilindro de los motores de hidrógeno es extremadamente difícil y aún no está claro cuál es el método económico para extraer hidrógeno puro. En este contexto, el futuro del metano es, por decirlo suavemente, brillante, especialmente porque hay enormes depósitos de gas natural en países políticamente seguros, que las nuevas tecnologías (mencionadas en el número anterior de licuefacción criogénica y conversión química de gas natural en líquidos) son cada vez más baratos, mientras que el precio de los productos de hidrocarburos clásicos está aumentando. Por no hablar del hecho de que el metano tiene todas las posibilidades de convertirse en la principal fuente de hidrógeno para las pilas de combustible del futuro.
La verdadera razón del abandono de los gases de hidrocarburos como combustibles automotrices son los bajos precios del petróleo durante décadas, que han impulsado el desarrollo de la tecnología automotriz y la infraestructura de transporte por carretera relacionada hacia el suministro de energía para motores de gasolina y diesel. En el contexto de esta tendencia general, los intentos de utilizar gas combustible son más bien esporádicos e insignificantes.
Incluso después del final de la Segunda Guerra Mundial, la escasez de combustibles líquidos en Alemania provocó la aparición de automóviles equipados con los sistemas más simples para el uso de gas natural, que, aunque mucho más primitivos, difieren poco de los sistemas que utilizan los taxis búlgaros en la actualidad. de cilindros de gas y reductores. Los combustibles gaseosos cobraron más importancia durante las dos crisis del petróleo en 1973 y 1979-80, pero incluso entonces solo podemos hablar de breves destellos que pasaron casi desapercibidos y no llevaron a un desarrollo significativo en esta área. Durante más de dos décadas desde esta crisis aguda más reciente, los precios de los combustibles líquidos se han mantenido constantemente bajos, alcanzando precios absurdamente bajos en 1986 y 1998 a $ 10 el barril. Está claro que tal situación no puede tener un efecto estimulante sobre tipos alternativos de combustible gaseoso ...
A principios del siglo XI, la situación del mercado se está moviendo de forma gradual pero segura en una dirección diferente. Desde los ataques terroristas 11 de septiembre de 2001, ha habido una tendencia ascendente gradual pero constante en los precios del petróleo, que ha seguido aumentando como resultado del aumento del consumo de China e India y las dificultades para encontrar nuevos depósitos. Sin embargo, las empresas automovilísticas son mucho más incómodas en la dirección de la producción en masa de coches adaptados para funcionar con combustibles gaseosos. Las razones de esta incomodidad se pueden encontrar tanto en la inercia de pensamiento de la mayoría de los consumidores, acostumbrados a los combustibles líquidos tradicionales (para los europeos, por ejemplo, el gasóleo sigue siendo la alternativa más realista a la gasolina), como en la necesidad de grandes inversiones en infraestructura de oleoductos. y estaciones de compresores. Cuando esto se suma a los complejos y costosos sistemas de almacenamiento de combustible (especialmente gas natural comprimido) en los propios automóviles, el panorama general comienza a aclararse.
Por otro lado, las centrales eléctricas de combustible gaseoso se están diversificando y siguen la tecnología de sus contrapartes de gasolina. Los alimentadores de gas ya utilizan los mismos componentes electrónicos sofisticados para inyectar combustible en la fase líquida (aún rara) o gaseosa. También existen cada vez más modelos de vehículos de serie preparados de fábrica para suministro de gas monovalente o con posibilidad de suministro dual gas/gasolina. Cada vez más, se está observando otra ventaja de los combustibles gaseosos: debido a su estructura química, los gases se oxidan más completamente y el nivel de emisiones nocivas en los gases de escape de los automóviles que los usan es mucho menor.
Un nuevo comienzo
Sin embargo, un gran avance en el mercado requerirá incentivos financieros específicos y directos para los usuarios finales de gas natural como combustible para vehículos. Para atraer clientes, los vendedores de metano en Alemania ya ofrecen a los compradores de vehículos de gas natural bonificaciones especiales, cuya naturaleza a veces parece simplemente increíble; por ejemplo, la empresa de distribución de gas de Hamburgo reembolsa a las personas por la compra de gas. automóviles de ciertos concesionarios por un período de un año. La única condición para que el usuario pegue la pegatina publicitaria del patrocinador en su coche...
La razón por la cual el gas natural en Alemania y Bulgaria (en ambos países la gran mayoría del gas natural proviene de Rusia por tubería) es mucho más barato que otros combustibles, debe buscarse en una serie de premisas legales. El precio de mercado del gas está lógicamente ligado al precio del petróleo: a medida que aumenta el precio del petróleo, también lo hace el precio del gas natural, pero la diferencia de precios de la gasolina y el gas para el consumidor final se debe principalmente a la menor fiscalidad del gas natural. gas. En Alemania, por ejemplo, el precio del gas está legalmente fijado hasta 2020, y el esquema de esta “fijación” es el siguiente: durante este período, el precio del gas natural puede crecer junto con el precio del petróleo, pero su ventaja proporcional sobre otras fuentes de energía debe mantenerse a un nivel constante. Está claro que con un marco legal tan regulado, precios bajos y la ausencia de problemas en la construcción de "motores de gas", el único problema para el crecimiento de este mercado sigue siendo una red subdesarrollada de gasolineras - en la enorme Alemania, por ejemplo, solo hay 300 puntos de este tipo, y en Bulgaria hay muchos menos.
Las perspectivas para colmar este déficit de infraestructura parecen excelentes en este momento: en Alemania, la asociación de Erdgasmobil y el gigante petrolero francés TotalFinaElf tiene la intención de invertir fuertemente en la construcción de varios miles de nuevas estaciones de servicio, y en Bulgaria varias empresas han asumido un similar tarea. Es posible que pronto toda Europa utilice la misma red desarrollada de estaciones de servicio de gas natural y licuado de petróleo como consumidores en Italia y los Países Bajos, países cuyo desarrollo en esta área les contamos en el número anterior.
Honda cívico GX
En el Salón del Automóvil de Frankfurt de 1997, Honda presentó el Civic GX, afirmando que era el automóvil más ecológico del mundo. Resultó que la ambiciosa declaración de los japoneses no es solo otra estrategia de marketing, sino la pura verdad, que sigue siendo relevante hasta el día de hoy, y se puede ver en la práctica en la última edición del Civic GX. El automóvil está diseñado para funcionar solo con gas natural y el motor está diseñado para aprovechar al máximo el alto octanaje del combustible gaseoso. No es sorprendente que los vehículos de este tipo hoy en día puedan ofrecer niveles de emisión de escape inferiores a los requeridos en una futura economía europea Euro 5, o un 90 % inferiores a los ULEV (vehículos de emisión ultrabaja) de EE. UU. . El motor Honda funciona con extrema suavidad y la alta relación de compresión de 12,5:1 compensa el menor valor de energía volumétrica del gas natural en comparación con la gasolina. El depósito de 120 litros está fabricado en material compuesto y el consumo de gas equivalente es de 6,9 litros. El famoso sistema de sincronización variable de válvulas VTEC de Honda funciona bien con las propiedades especiales del combustible y mejora aún más la carga del motor. Debido a la menor tasa de combustión del gas natural y al hecho de que el combustible está "seco" y no tiene propiedades lubricantes, los asientos de las válvulas están hechos de aleaciones especiales resistentes al calor. Los pistones también están hechos de materiales más resistentes, ya que el gas no puede enfriar los cilindros cuando se evapora como la gasolina.
Las mangueras del Honda GX en fase gas son inyectadas con gas natural, que es 770 veces mayor que la cantidad equivalente de gasolina. El mayor desafío tecnológico para los ingenieros de Honda fue crear los inyectores adecuados para trabajar en tales condiciones y requisitos previos: para lograr una potencia óptima, los inyectores deben hacer frente a la difícil tarea de suministrar simultáneamente la cantidad requerida de gas, para lo cual, en principio, Se inyecta gasolina líquida. Este es un problema para todos los motores de este tipo, ya que el gas ocupa un volumen mucho mayor, desplaza parte del aire y requiere inyección directa en las cámaras de combustión.
En el mismo 1997, Fiat también demostró un modelo Honda GX similar. La versión "bivalente" de Marea puede usar dos tipos de combustible: gasolina y gas natural, y el gas es bombeado por un segundo sistema de combustible completamente independiente. El motor siempre arranca con combustible líquido y luego cambia automáticamente a gas. El motor de 1,6 litros tiene una potencia de 93 hp. con combustible de gas y 103 cv. Con. al usar gasolina. En principio, el motor funciona principalmente con gas, excepto cuando este último se agota o el conductor tiene una clara voluntad de usar gasolina. Desafortunadamente, la "naturaleza dual" de la energía bivalente no permite aprovechar al máximo las ventajas del gas natural de alto octanaje. Fiat está produciendo actualmente una versión Mulipla con este tipo de fuente de alimentación.
Con el tiempo, aparecieron modelos similares en la gama de Opel (Astra y Zafira Bi Fuel para versiones LPG y CNG), PSA (Peugeot 406 LPG y Citroen Xantia LPG) y VW (Golf Bifuel). Volvo se considera un clásico en esta área, produciendo variantes del S60, V70 y S80, capaces de funcionar con gas natural, así como con biogás y GLP. Todos estos vehículos están equipados con sistemas de inyección de gas mediante boquillas especiales, procesos tecnológicos controlados electrónicamente y componentes mecánicos compatibles con el combustible, como válvulas y pistones. Los depósitos de combustible GNC están diseñados para soportar una presión de 700 bar, aunque el gas en sí se almacena allí a una presión de no más de 200 bar.
BMW
BMW es un conocido defensor de los combustibles sostenibles y ha estado desarrollando varios sistemas de propulsión para vehículos con fuentes alternativas durante muchos años. Allá por los años 90, la empresa bávara creó modelos de las series 316g y 518g, que utilizan gas natural como combustible. En sus últimos desarrollos, la compañía decidió experimentar con tecnologías fundamentalmente nuevas y, junto con el grupo de refrigeración alemán Linde, la compañía petrolera Aral y la compañía energética E.ON Energy, desarrolló un proyecto para el uso de gases licuados. El proyecto se desarrolla en dos direcciones: la primera es el desarrollo de suministros de hidrógeno licuado, y la segunda es el uso de gas natural licuado. El uso de hidrógeno licuado todavía se considera una tecnología prometedora, de la que hablaremos más adelante, pero el sistema de almacenamiento y uso de gas natural licuado es bastante real y se puede poner en práctica en la industria automotriz en los próximos años.
Al mismo tiempo, el gas natural se enfría a una temperatura de -161 grados y se condensa a una presión de 6-10 bar, mientras pasa a la fase líquida. El tanque es mucho más compacto y liviano en comparación con los cilindros de gas comprimido y es prácticamente un termo criogénico hecho de materiales súper aislantes. Gracias a la moderna tecnología Linde, a pesar de las paredes del tanque muy delgadas y livianas, el metano líquido se puede almacenar en este estado durante dos semanas sin problemas, incluso en climas cálidos y sin necesidad de refrigeración. La primera estación de servicio de GNL, en cuya construcción se invirtieron 400 €, ya está en funcionamiento en Múnich.
Procesos de combustión en motores de combustible gaseoso
Como ya se mencionó, el gas natural contiene principalmente metano y gas licuado de petróleo, propano y butano en proporciones que dependen de la temporada. A medida que aumenta el peso molecular, disminuye la resistencia a la detonación de los compuestos de hidrocarburos parafínicos (de cadena lineal) como el metano, el etano y el propano, las moléculas se rompen más fácilmente y se acumulan más peróxidos. Así, los motores diésel utilizan combustible diésel en lugar de gasolina, ya que la temperatura de autoignición es menor en el primer caso.
El metano tiene la relación hidrógeno / carbono más alta de todos los hidrocarburos, lo que en la práctica significa que para el mismo peso, el metano tiene el valor energético más alto entre los hidrocarburos. La explicación de este hecho es compleja y requiere cierto conocimiento de la química y la energía de las relaciones, por lo que no nos ocuparemos de esto. Baste decir que la molécula de metano estable proporciona un octanaje de aproximadamente 130.
Por esta razón, la tasa de combustión del metano es mucho menor que la de la gasolina, las moléculas pequeñas permiten que el metano se queme más completamente y su estado gaseoso conduce a una menor lixiviación de aceite de las paredes de los cilindros en motores fríos en comparación con las mezclas de gasolina. ... El propano, a su vez, tiene un octanaje de 112, que es aún más alto que la mayoría de las gasolinas. Las mezclas pobres de propano y aire se queman a una temperatura más baja que la gasolina, pero las ricas pueden provocar una sobrecarga térmica del motor, ya que el propano no tiene las propiedades de enfriamiento de la gasolina debido a su entrada en los cilindros en forma gaseosa.
Este problema ya se ha solucionado con el uso de sistemas con inyección directa de propano líquido. Debido a que el propano se licua fácilmente, es fácil construir un sistema para almacenarlo en un automóvil y no es necesario calentar los colectores de admisión porque el propano no se condensa como lo hace la gasolina. Esto, a su vez, mejora la eficiencia termodinámica del motor, donde es seguro usar termostatos que mantienen una temperatura más baja del refrigerante. La única desventaja significativa de los combustibles gaseosos es el hecho de que ni el metano ni el propano tienen un efecto lubricante en las válvulas de escape, por lo que los expertos dicen que es un "combustible seco" que es bueno para los anillos de los pistones pero malo para las válvulas. No puede depender de los gases para entregar la mayoría de los aditivos a los cilindros del motor, pero los motores que funcionan con estos combustibles no necesitan tantos aditivos como los motores de gasolina. El control de la mezcla es un factor muy importante en los motores de gas, ya que las mezclas ricas dan como resultado temperaturas más altas de los gases de escape y sobrecarga de la válvula, mientras que las mezclas pobres crean un problema al reducir la tasa de combustión ya baja, que nuevamente es un requisito previo para la sobrecarga térmica de la válvula. La relación de compresión en los motores de propano se puede aumentar fácilmente en dos o tres unidades, y en los de metano, incluso más. El aumento resultante de los óxidos de nitrógeno se compensa con unas emisiones más bajas en general. La mezcla óptima de propano es ligeramente "más pobre": 15,5:1 (aire a combustible) frente a 14,7:1 para la gasolina, y esto se tiene en cuenta al diseñar evaporadores, dispositivos de medición o sistemas de inyección. Debido a que tanto el propano como el metano son gases, los motores no necesitan enriquecer las mezclas durante el arranque en frío o la aceleración.
El ángulo de adelantamiento de encendido se calcula en una curva diferente a la de los motores de gasolina: a bajas revoluciones, el adelantamiento de encendido debería ser mayor debido a la combustión más lenta de metano y propano, pero a altas velocidades, los motores de gasolina necesitan aumentar más. mezcla (la velocidad de combustión de la gasolina se reduce debido al corto tiempo de las reacciones previas a la llama, es decir, la formación de peróxidos). Es por eso que los sistemas de control de encendido electrónico de los motores de gas tienen un algoritmo completamente diferente.
El metano y el propano también aumentan los requisitos para los electrodos de bujías de alto voltaje: una mezcla "más seca" es "más difícil" de perforar que una chispa porque es un electrolito menos conductor. Por lo tanto, la distancia entre los electrodos de las bujías adecuadas para tales motores suele ser diferente, el voltaje es más alto y, en general, el problema de las bujías es más complejo y sutil que para los motores de gasolina. Las sondas lambda se utilizan en los motores de gas más modernos para una dosificación óptima de la mezcla en términos de calidad. Tener sistemas de encendido en dos curvas separadas es especialmente importante para los vehículos equipados con sistemas bivalentes (para gas natural y gasolina), ya que la escasa red de puntos de llenado de gas natural requiere muchas veces el uso forzado de gasolina.
La relación de compresión óptima del gas natural es de aproximadamente 16:1 y la relación aire-combustible ideal es de 16,5:1, perderá aproximadamente el 15% de su potencia potencial. Al utilizar gas natural, la cantidad de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) en los gases de escape se reduce en un 90 % y los óxidos de nitrógeno (NOx) en aproximadamente un 70 % en comparación con las emisiones de los motores de gasolina convencionales. El intervalo de cambio de aceite para motores de gas generalmente se duplica.
Gas-diesel
En los últimos años, los sistemas de suministro de combustible de combustible dual se han vuelto cada vez más populares. Me apresuro a señalar que no estamos hablando de motores "bivalentes" que funcionan alternativamente con gas o gasolina y que tienen bujías, sino de sistemas especiales de diesel-gas en los que parte del combustible diesel se reemplaza por gas natural suministrado por un sistema de energía separado. Esta tecnología se basa en motores diesel estándar.
El principio de funcionamiento se basa en el hecho de que el metano tiene una temperatura de autoignición superior a 600 grados, es decir, por encima de una temperatura de aproximadamente 400-500 grados al final del ciclo de compresión del motor diesel. Esto, a su vez, significa que la mezcla de metano y aire no se enciende por sí sola cuando se comprime en los cilindros, y el combustible diésel inyectado, que se enciende a unos 350 grados, se usa como una especie de bujía. El sistema podría funcionar completamente con metano, pero en este caso sería necesario instalar un sistema eléctrico y una bujía. Por lo general, el porcentaje de metano aumenta con la carga; al ralentí, el automóvil funciona con diésel y, con mucha carga, la relación metano/diésel alcanza 9/1. Estas proporciones también se pueden cambiar de acuerdo con el programa preliminar.
Algunas empresas producen motores diesel con los llamados. Sistemas de potencia de "micropiloto", en los que el papel del sistema diésel se limita a la inyección de una pequeña cantidad de combustible necesaria solo para encender el metano. Por lo tanto, estos motores no pueden funcionar de forma autónoma con diésel y generalmente se utilizan en vehículos industriales, automóviles, autobuses y barcos, donde el reequipamiento costoso está económicamente justificado; después de su desgaste, esto conduce a un ahorro significativo en la vida útil del motor. aumenta significativamente, y las emisiones de gases nocivos se reducen significativamente. Las máquinas Micropilot pueden funcionar tanto con gas natural licuado como comprimido.
Tipos de sistemas utilizados para instalaciones adicionales
La variedad de sistemas de suministro de gas para combustibles gaseosos crece constantemente. En principio, las especies se pueden dividir en varios tipos. Cuando se utilizan propano y metano, estos son sistemas de presión atmosférica combinados, sistemas de inyección en fase gaseosa y sistemas de inyección en fase líquida. Desde un punto de vista técnico, los sistemas de inyección de propano-butano se pueden dividir en varias generaciones:
La primera generación son sistemas sin control electrónico, en los que el gas se mezcla en un simple mezclador. Estos suelen estar equipados con viejos motores de carburador.
La segunda generación es una inyección con una boquilla, una sonda lambda analógica y un catalizador de tres vías.
La tercera generación es una inyección con una o más boquillas (una por cilindro), con control por microprocesador y la presencia tanto de un programa de autoaprendizaje como de una tabla de códigos de autodiagnóstico.
La cuarta generación es de inyección secuencial (cilíndrica) en función de la posición del pistón, con el número de boquillas igual al número de cilindros, y con realimentación a través de una sonda lambda.
Quinta generación: inyección secuencial multipunto con retroalimentación y comunicación con un microprocesador para controlar la inyección de gasolina.
En los sistemas más modernos, la computadora de "gas" aprovecha al máximo los datos del microprocesador principal para controlar los parámetros del motor de gasolina, incluido el tiempo de inyección. La transmisión y el control de datos también están totalmente vinculados al programa principal de gasolina, lo que evita la necesidad de crear mapas de inyección de gas en XNUMXD completos para cada modelo de automóvil: el dispositivo inteligente simplemente lee los programas del procesador de gasolina. y los adapta a la inyección de gas.
