FIMAAS UTP Ing Automotriz Curso Introduccin a la

FIMAAS UTP Ing. Automotriz Curso: Introducción a la Ing. Automotriz. Sesión Nº 5: Fuentes de energías de uso automotriz Profesor: Carlos Alvarado de la Portilla

Bibliografía. • Edgar Mayz Acosta • Manual de reparaciones Toyota, • http: //mecanicatodo 77. blogspot. com/2008/03/partesque-esta-constituido-un-vehiculo. html

• Fuentes de energías de uso automotriz • Fuentes de energía de uso actual. El diesel. La gasolina. GNV y GLP. Características y propiedades. • Fuentes de energía alternativos de uso automotriz. El biodiesel. El alcohol. Celdas electrolíticas H 2. Energía eléctrica.

Obtención del petróleo y gas natural

Proceso del petróleo (destilación)

• PROPIEDADES DEL DIESEL. • Indice de cetano • Así como el octano mide la calidad de ignición de la gasolina, el índice de cetano mide la calidad de ignición de un diesel. Es una medida de la tendencia del diesel a cascabelear en el motor. • La escala se basa en las características de ignición de dos hidrocarburos, • CH 3. (CH 2)14. CH 3 Cetano (n-hexadecano) y • CH 3 CH 3 | | CH 3. CH. CH 3 Heptametilnonano

• Azufre. • El azufre existe naturalmente en el petróleo. Si éste no es eliminado durante los procesos de refinación, contaminará al combustible. • El azufre del diesel contribuye significativamente a las emisiones de partículas (PMÕs). • La reducción del límite de azufre en el diesel a 0. 05 por ciento es una tendencia mundial. La correlación del contenido de azufre en el diesel con las emisiones de partículas y el S 02 está claramente establecida. En la Tabla I se presenta las fechas en que los principales países han adoptado el 0. 05 por ciento como máximo en el límite de azufre en el diesel.

• El límite de azufre en el diesel. • Para poder cumplir con los requerimientos de niveles bajos de azufre, es necesario construir capacidades adicionales de desulfuración. Así como las unidades de desintegración catalítica (FCC), son primordiales para la producción de gasolina, la hidrodesintegración es fundamental para la producción de diesel. En ambos procesos la cuestión se enfoca en la selección de la materia prima alimentada. • Mejorar la calidad del combustible no resolverá el problema de la contaminación a menos que se imponga un riguroso programa de inspección y mantenimiento para los vehículos viejos con motores a diesel. Los super emisores del mundo del diesel son los motores viejos que han recibido un mantenimiento pobre.

• Densidad y Viscosidad. • La inyección de diesel en el motor, está controlada por volumen o por tiempo de la válvula de solenoide. Las variaciones en la densidad y viscosidad del combustible resultan en variaciones en la potencia del motor y, consecuentemente, en las emisiones y el consumo. Se ha encontrado, además, que la densidad influye en el tiempo de inyección de los equipos de inyección controlados mecánicamente.

• Aromáticos. • Los aromáticos son moléculas del combustible que contienen al menos un anillo de benceno. El contenido de aromáticos afecta la combustión y la formación de PMÕs y de las emisiones de hidrocarburos poliaromáticos. • El contenido de aromáticos influye en la temperatura de la flama y, por lo tanto, en las emisiones de NOx durante la combustión. La influencia del contenido de poliaromáticos en el combustible afecta la formación de PMÕs y las emisiones de este tipo de hidrocarburos en el tubo de escape.

• Lubricidad. • Las bombas de diesel, a falta de un sistema de lubricación externa, dependen de las propiedades lubricantes del diesel para asegurar una operación apropiada. Se piensa que los componentes lubricantes del diesel son los hidrocarburos más pesados y las substancias polares. • Los procesos de refinación para remover el azufre del diesel tienden a reducir los componentes del combustible que proveen de lubricidad natural. A medida que se reducen los niveles de azufre, el riesgo de una lubricidad inadecuada aumenta

PROPIEDADES DE LA GASOLINA. • Los componentes de la gasolina. • La gasolina es una mezcla de varios hidrocarburos, líquida a temperatura y presión normales es idónea para accionar motores de combustión interna con ciclo Otto (ECH). Por ser una mezcla de diversos productos, la gasolina no tiene un punto fijo de ebullición, sino una curva de destilación que comienza a 30ºC y termina, generalmente, antes de los 200ºC. Su peso específico varía entre 0, 700 y 0, 790 kg/dm 3. La gasolina para automoción se presenta mezclada con colorantes orgánicos sintéticos y en general contiene aditivos de varias clases.

PROPIEDADES DE LA GASOLINA. • Los hidrocarburos que componen la gasolina están comprendidos entre los que poseen 4 átomos de carbono y los que tienen l 0 -11 átomos de carbono (C 10 -C 11). De las 4 clases en que se subdividen los hidrocarburos (parafínicos, nafténicos, aromáticos y olefínicos), la que predomina en el petróleo bruto es la clase de los hidrocarburos parafínicos (parafinas), que pueden ser de cadena lineal (n-parafinas) o ramificada (isoparafinas).

• Comportamiento de la gasolina en el automóvil. • La gasolina se usa en una enorme proporción para hacer funcionar los motores de combustión interna con encendido por chispa (motores de explosión). Antes de considerar las características de la gasolina resultará oportuno seguirla en su recorrido desde el depósito hasta la cámara de combustión, examinar las transformaciones a que está sometida y observar los productos de la combustión que salen a la atmósfera por el tubo de escape. De esta manera será posible conocer los fenómenos que ocurren y definir las principales características que debe reunir la gasolina para garantizar el buen funcionamiento de los órganos del motor por ella afectados.

• Antes de la combustión. En verano, debido al calentamiento del motor, una parte de la gasolina puede vaporizarse en los conductos de alimentación, de manera que las burbujas de gas que se forman lleguen a descebar la bomba de alimentación o, por lo menos, a reducir su caudal por debajo del solicitado por el motor. Este fenómeno, conocido con el nombre de vapor lock, provoca inconvenientes de funcionamiento y puede llegar incluso a parar el motor y obligar a dilatados períodos de espera antes de que las condiciones de arranque vuelvan a su primera situación.

• Durante la combustión. - El motor convierte la energía química del combustible en trabajo mecánico por efecto de la combustión, esta transformación fundamentalmente se realiza al arder la gasolina en la cámara de combustión.

• Durante la combustión. - (continuación) • Para que la energía transformada en trabajo sea la máxima posible, la gasolina que entra en el cilindro debe arder bien, por completo y en el momento preciso. Para realizar de manera óptima estas condiciones de funcionamiento, el proyectista del motor afina continuamente los sistemas de encendido, alimentación, escape y refrigeración, pero muy poco conseguiría si la gasolina no respondiera de forma idónea a estas exigencias fundamentales, de las que depende en gran manera el correcto funcionamiento de un motor moderno.

• Características de la gasolina. • Peso específico - Es la relación entre el peso y el volumen de una substancia determinada. • El de la gasolina se expresa generalmente en gramos por litro. Muchas veces se emplea el peso específico relativo, es decir la relación entre el peso específico de la gasolina y el del agua a determinada temperatura.

• Corrosividad. A veces la gasolina puede contener azufre libre o en forma de mercaptanos. En el primer caso, la gasolina tiende a atacar las superficies metálicas con que llega a ponerse en contacto, sobre todo si se trata de cobre y sus aleaciones. En el segundo caso, la gasolina, además de ser corrosiva, tiene mal olor, a causa de los mercaptanos. Estos inconvenientes se eliminan mediante procesos de purificación y suavización.

• El número de octano. Es el método para evaluar la resistencia a la detonación, a la que está ligada la característica más importante de la gasolina y la que, en definitiva, ha determinado la evolución técnica y ha sido la base de la elección de los procesos de producción. Se puede afirmar que el aumento de las potencias específicas del motor del automóvil se ha logrado gracias al poder antidetonante de la gasolina.

GNV GLP

• Biodiésel. El biodiésel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.

• El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: • B 100 en caso de utilizar sólo biodiésel, • U otras notaciones como B 5, B 15, B 30 o B 50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.

• El biodiésel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir éste por elastómeros sintéticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodiésel. • El impacto ambiental y las consecuencias sociales de su previsible producción y comercialización masiva, especialmente en los países en vías de desarrollo o del Tercer y Cuarto mundo generan un aumento de la deforestación de bosques nativos, la expansión indiscriminada de la frontera agrícola, el desplazamiento de cultivos alimentarios y para la ganadería, la destrucción del ecosistema y la biodiversidad, y el desplazamiento de los trabajadores rurales.

• Se ha propuesto en los últimos tiempos denominarlo agrodiésel ya que el prefijo «bio-» a menudo es asociado erróneamente con algo ecológico y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, algunas marcas de productos del petróleo ya denominan agrodiésel al gasóleo agrícola o gasóleo B, empleado en maquinaria agrícola.

• Propiedades. • El biodiésel se describe químicamente como compuestos orgánicos de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga y corta. • El biodiésel tiene mejores propiedades lubricantes y mucho mayor índice de cetano que el diésel de poco azufre. El agregar en una cierta proporción biodiésel al gasóleo reduce significativamente el desgaste del circuito de combustible; y, en baja cantidad y en sistemas de altas presiones, extiende la vida útil de los inyectores que dependen de la lubricación del combustible.

• Propiedades. • El poder calorífico del biodiésel es 37, 27 MJ/L (megajulio por litro) aproximadamente. Esto es un 9% menor que el diésel mineral. La variación del poder calorífico del biodiésel depende de la materia prima usada más que del proceso. • El biodiésel es líquido a temperatura ambiente y su color varía entre dorado y marrón oscuro según el tipo de materia prima usada. Es inmiscible con el agua, tiene un punto de ebullición alto y baja presión de vapor. Su punto de inflamación (superior a 130 °C) es mucho mayor que el diésel (64 °C) o la gasolina (-40 °C). Tiene una densidad de aproximadamente 0, 88 g/cm 3, menos que el agua. • Más allá, no tiene virtualmente ningún contenido de azufre y se suele mezclar como aditivo con el diésel de bajo contenido en azufre.

• Ventajas? • El biodiésel disminuye de forma notable las principales emisiones de los vehículos, como son el monóxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los motores de gasolina, y las partículas, en el de los motores diésel. • La producción de biodiésel supone una alternativa en el uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los agricultores.

• Ventajas? • El biodiésel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO 2 producidas por los combustibles derivados del petróleo, constituyendo así un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte. • Por su mayor índice de octano y lubricación reduce el desgaste en la bomba de inyección y en las toberas. • No tiene compuestos de azufre por lo que no los elimina como gases de combustión. • El biodiésel también es utilizado como una alternativa de aceite para motores de dos tiempos, en varios porcentajes; el porcentaje más utilizado es el de 10/1. • El biodiésel también puede ser utilizado como aditivo para motores a gasolina (nafta) para la limpieza interna de éstos.

• Inconvenientes. • Existen desacuerdos sobre la neutralidad en el punto de vista de la versión actual de este artículo o sección. La explotación de plantaciones para palmas de aceite (utilizadas para hacer biodiésel) fue responsable de un 87% de la deforestación de Malasia hasta el año 2000. En Sumatra y Borneo, millones de hectáreas de bosque se convirtieron en tierra de cultivo de estas palmeras y en los últimos años se ha conseguido más que doblar esa cifra, la tala y los incendios perduran. Hasta deforestaron por completo el famoso parque nacional Tanjung Puting de Kalimantan.

• Inconvenientes. • Debido a su mejor capacidad disolvente con respecto al petrodiésel, los residuos existentes son disueltos y enviados por la línea de combustible, pudiendo atascar los filtros, caso que se da únicamente cuando se utiliza por primera vez después de haber estado consumiendo diésel mineral.

• Tiene una menor capacidad energética, aproximadamente un 3% menos, aunque esto, en la práctica, no es tan notorio ya que es compensado con el mayor índice de cetano, lo que produce una combustión más completa con menor compresión. • Ciertas hipótesis sugieren que se producen mayores depósitos de combustión y que se degrada el arranque en frío de los motores, pero esto aún no está documentado. • Otros problemas que presenta se refieren al área de la logística de almacenamiento, ya que es un producto hidrófilo y degradable, por lo cual es necesaria una planificación exacta de su producción y expedición. El producto se degrada notoriamente más rápido que el petrodiésel

• Biocombustibles. (Biocarburante). Los biocombustibles se producen orgánicamente y a diferencia de los combustibles fósiles son una fuente de energía renovable. • Los biocombustibles provienen de la biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

• Biocombustibles. • Para la obtención de los biocombustibles se pueden utilizar especies de uso agrícola tales como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, o plantas oleaginosas como la soja, girasol y palmas. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos. • Al utilizar estos materiales se reduce el CO 2 que es enviado a la atmosfera terrestre ya que estos materiales van absorbiendo el C 02 a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los combustibles convencionales en el momento de la combustión. • En Europa, Argentina y Estados Unidos ha surgido diversa normativa que exige a los proveedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varían del 5 al 10%.

• Biocombustibles. • Para la obtención de los biocombustibles se pueden utilizar especies de uso agrícola tales como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, o plantas oleaginosas como la soja, girasol y palmas. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos. • Al utilizar estos materiales se reduce el CO 2 que es enviado a la atmósfera terrestre ya que estos materiales van absorbiendo el C 02 a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los combustibles convencionales en el momento de la combustión.

• Biocombustibles. • En Europa, Argentina y Estados Unidos ha surgido diversa normativa que exige a los proveedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varían del 5 al 10%.

FIN