EL ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR A GAS NATURAL COMPRIMIDO EN AUTOS Y SUS CARACTERÍSTICAS

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El motivo por el cual decidí investigar este tema es por el hecho de poder conocer cómo funcionan los motores a gas natural ya que con el aumento del petróleo y con su desconsiderado uso, no está muy lejos de agotarse. Siendo el gas natural un combustible totalmente compatible y adaptable a cualquier motor de combustión interna.

1.5. Objetivo general

El objetivo de la realización de esta investigación es para poder analizar y describir en una forma sencilla y clara las principales características y propiedades que presenta el gas natural, de misma forma su uso como combustible. Otro fin es el poder conocer, comprender y explicar el funcionamiento de los motores a GNC (Gas Natural Comprimido).

1.6. Objetivos específicos

- Señalar las ventajas y desventajas del uso de GNC en los motores de los automóviles.

- Identificar los componentes principales con los cuales un motor funciona a GNC.

1.7. Área de estudio

Esta investigación se realiza en las instalaciones de la universidad I.T.E. (Instituto Tecnológico de Ensenada) ubicado en la dirección de Boulevard Tecnológico 150 Col. Ex Ejido Chapultepec. Código postal: 22750. En la ciudad de Ensenada, Baja California México.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Gas natural

También conocido como gas metano, es un combustible compuesto de hidrocarburos paranínficos que se encuentran en el subsuelo de los campos y pozos petrolíficos, procede de la descomposición de los sedimentos de materia orgánica atrapada entre estratos rocosos y es una mezcla de hidrocarburos ligeros en el que el metano (CH4) se encentra en grandes proporciones, acompañado de otros hidrocarburos y gases cuy concentración depende de la localización del yacimiento (Nequiz, 2013).

2.2 Características del gas natural

Las características que describen de un manera más a fondo la definición del gas natural es a partir del análisis de sus propiedades físicas y químicas, de igual importancia es el rango de inflamabilidad y la equivalencia energética que lo identifican (Baquero y Avila, 2008). En la imagen (Figura 1) se muestra como esta cavado un hueco para la extracción del gas natural, puede ser en tierra o mar.

[pic 1]

Figura 1: yacimiento de gas natural.

2.3 Propiedades físicas del gas natural

2.3.1 Estado

“El gas natural siempre se encontrará en estado gaseoso a cualquier temperatura, por encima de –126cº. Es por esa razón que el gas natural en condiciones de presión y temperatura ambiente se transporta y almacena en estado gaseoso” (Baquero y Avila, 2008, p.27).

2.3.2 Olor, Color, Sabor

“En su estado puro, tal como fluye del yacimiento, el gas natural no tiene color, sabor, ni olor. Sólo por razones de seguridad y para detectar casos de fuga, se le agrega un odorante llamado etil mercaptano” (Idem).

“Cuando se trabaja con gas natural, no sólo se confiará en el olor para detectar fugas, siempre será obligatorio aplicar otro procedimiento de prueba de fugas (detector electrónico de fugas), inspección con espuma de agua jabonosa” (Baquero y Avila, 2008, p.27).

2.3.3 Gravedad específica

“La gravedad específica se define como la relación entre la densidad del gas y la densidad del aire seco, tomados a la misma presión y temperatura” (Idem).

El gas natural al tener una gravedad específica menor que el aire como se observa en la (Tabla 1), significa que pesa menos que éste, por lo tanto, cualquier fuga o escape de gas se disipará rápidamente en la atmósfera, eliminando el posible riesgo de concentración de mezclas explosivas, ventajas ésta que no tienen los combustibles líquidos (gasolina y diésel) ni el GLP (mezcla butano propano) (Idem).

[pic 2]

Tabla 1: gravedad especifica de los diferentes gases para combustión.

2.3.4 Toxicidad del gas natural

El gas natural es un asfixiante simple que no tiene propiedades peligrosas inherentes, ni presenta efectos tóxicos específicos, pero actúa como excluyente del oxígeno para los pulmones. El efecto de los gases asfixiantes simples es proporcional al grado en que disminuye el oxígeno en el aire que se respira. En altas concentraciones pueden producir asfixia (s/a, 2000, p.6).

2.4 Propiedades químicas del gas natural

En la siguiente tabla (Tabla 2) se muestran las propiedades principales de los componentes del gas natural (15 °C y 1 atmósfera).

[pic 3]

Tabla 2: componentes del gas natural.

2.4.1 Relación aire/ combustible (a/c)

Esta relación, define la cantidad de aire y de combustible necesarios para lograr una combustión. Cuando la relación aire / combustible se logra en proporciones correctas, se le llama relación estequiométrica1. Para el caso de gas natural, la relación estequiométrical se indica en volumen; en cambio para la gasolina se indica en relación de peso o de masa (Baquero y Avila, 2008, p.31). Haciendo una comparación entre estos dos combustibles se tiene:

En un motor, la máxima cantidad de energía disponible depende del volumen de desplazamiento del cilindro y del contenido de energía de la mezcla. Como el volumen del cilindro es constante, la energía disponible dependerá sólo del tipo de combustible utilizado y de la relación (a / c) lograda (Idem).

La gasolina entra a la cámara prácticamente en estado líquido, por lo tanto, solo ocupa una pequeña porción del espacio disponible, en cambio el GNC por su estado gaseoso requiere de un mayor espacio. Como consecuencia de esta situación el motor pierde en GNC aproximadamente un 10% de potencia (Idem).

2.4.2 Mezcla en combustión

La gráfica (Gráfica 1) nos muestra los porcentajes de mezcla que se producen en una combustión normal, la mezcla rica es la que se quema en una manera adecuada en el