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— Tutorial Nº 96 —

Adaptación de Vehículos a Gas

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- Tipos de gases combustibles para vehículos

1.3- Configuraciones de los motores de vehículos a gas

2- Adaptación de vehículos a GLP

2.1- ¿Qué es el GLP?

2.2- Principio de funcionamiento de vehículos usando GLP

2.3- Componentes principales de la instalación

2.4- Montaje e instalación

2.5- Consideraciones de uso

3- Adaptación de vehículos a GNC

3.1- ¿Qué es el GNC?

3.2- Principio de funcionamiento de vehículos usando GNC

3.3- Componentes principales de la instalación

3.4- Montaje e instalación

3.5- Consideraciones de uso

Anexos y Tablas:

A.1- Reglamentos aplicables a vehículos adaptados

A.2- Ficha de Datos de Seguridad y Propiedades del Gas Licuado del Petróleo (GLP)

A.3- Tablas de Poder Calorífico de los principales combustibles


DESARROLLO DEL CONTENIDO


1- Introducción

1.1- Generalidades

Como consecuencia de una legislación a nivel internacional que cada vez es más restrictiva en lo que respecta al control de las emisiones contaminantes de los vehículos y de una mayor conciencia ciudadana sobre la necesidad de cuidar el medio ambiente, la industria del automóvil se encuentra inmersa en un continuo proceso de búsqueda de nuevas soluciones, donde la variable medioambiental de los diseños cobra un valor más importante día a día.

Adaptación de vehículos a gas

Resulta ya sobradamente comprobado, que el uso para la automoción de los combustibles tradicionales, diesel y gasolina, constituye una de las principales fuentes de contaminación para el medio ambiente, debido a las emisiones resultantes, principalmente por el aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera, causante del efecto invernadero, y también por el aumento de las emisiones de NOx, responsable de la lluvia ácida.

Como consecuencia, la industria del automóvil está siendo sometida a un marco legislativo cada vez más restrictivo de regulación de las emisiones contaminantes, por ejemplo en la Unión Europea a través de las sucesivas actualizaciones de las normas EURO, que está obligando a los fabricantes de vehículos a buscar nuevos diseños que mejore la eficiencia de funcionamiento de los motores limitando la emisión de contaminantes, o la inclusión de nuevos componentes que permitan la limpieza activa de las emisiones ya producidas.

Otra posible respuesta a esta necesidad, y que es el objetivo de este tutorial, consiste en someter a los vehículos a reformas que busquen adaptarlos al uso de combustibles alternativos que sean menos contaminantes, distintos a los tradicionales gasolina o diesel, como por ejemplo, ciertas reformas que tengan por objetivo la adaptación de los motores para que funcionen a gas, bien sea empleando GNC (Gas Natural Comprimido), o bien GLP (Gas Licuado del Petróleo).

 

1.2- Tipos de gases combustibles para vehículos

Principalmente, los tipos de gases combustibles que se emplean en la automoción son dos: Gas Natural Comprimido (GNC) y Gas Licuado del Petróleo (GLP). No son lo mismo, y por tanto, el tipo de reforma a llevar a cabo en los vehículos es distinta según el tipo de gas que se utilice. Las características principales de ambos tipos de gases son las siguientes:

• GNC (Gas Natural Comprimido): el gas natural comprimido está compuesto fundamentalmente por gas metano, como el que se emplea frecuentemente para uso doméstico en nuestras casas. Su almacenamiento es necesario hacerlo en depósitos a altas presiones, generalmente entre 200 y 250 bares.

Al ser un gas compuesto fundamentalmente por metano (CH4), en su composición presenta un alto porcentaje de átomos de hidrógeno por cada átomo de carbono, lo que va a generar durante el proceso de combustión menos dióxido de carbono (CO2) por unidad de energía entregada, en comparación con otros hidrocarburos más pesados (con más átomos de carbono y por tanto una menor relación H/C).

• GLP (Gas Licuado del Petróleo): el gas licuado del petróleo (también llamado autogás) es una mezcla de butano y propano que proviene del petróleo y que, aunque en condiciones normales de presión y temperatura es gaseoso, es licuable a presiones moderadamente más altas.

En la actualidad, ambos gases son de precios más baratos que la gasolina o el diesel, por lo que a las ventajas medioambientales de ser menos contaminantes, se les une el hecho de ser combustibles más económicos.

No obstante, los consumos suelen ser mayores. Así, un motor que haya sido adaptado para funcionar con gasolina y GLP indistintamente, suele gastar más volumen de combustible cuando funciona sólo con GLP que cuando emplea sólo gasolina (en torno a un 20% más). No obstante, al ser el GLP un combustible más barato que la gasolina se compensa al final el margen de este mayor consumo.

En cuanto a la diferencia de uso entre GLP y GNC, destaca el hecho que el GNC se suministra en estado gaseoso que tendrá que ser almacenado a muy altas presiones, mientras que el GLP, por sus propiedades, permite ser suministrado en estado líquido a unas presiones que no serán muy elevadas.

En lo que respecta al poder calorífico de ambos combustibles en comparación frente a la gasolina, en la siguiente tabla se muestran lo valores aproximados del poder calorífico por unidad de masa de combustible en cada caso:

Combustible

Poder Calorífico Inferior

Peso molar

Gasolina

10.510 kcal/kg

114,2 g/mol

GLP

10.990 kcal/kg

49,7 g/mol

Gas Natural

11.259 kcal/kg

18,2 g/mol


 

De la tabla anterior se ve que, aunque el gas natural ofrece un alto poder calorífico por unidad de masa, al tratarse de un gas muy volátil y con un peso molar bajo (mucho más bajo que la gasolina o el GLP que son hidrocarburos más pesado), es necesario comprimir muchísimo el gas natural para conseguir la misma cantidad de masa que la gasolina o el GLP, y así poder ofrecer la misma energía.

Volviendo a las condiciones de uso y suministro, una de las diferencias más importantes entre ambos tipos de gases radica, como se ha dicho, en la presión de almacenamiento. Así, un tanque que almacene GNC en estado gaseoso a bajas presiones, tendrá poca masa de combustible, y por tanto, poca energía almacenada que hará que el vehículo disponga de poca autonomía. Para subsanar este inconveniente, será necesario comprimir el gas a grandes presiones (en torno a los 200 bar), con el objeto de conseguir una mayor cantidad de masa de gas natural almacenada, y así mejorar la autonomía del vehículo.

Por su parte, el GLP, debido a sus propiedades, puede almacenarse a presiones más bajas, generalmente en torno a los 7 bar y en estado líquido, lo que aumenta la masa acumulada de gas. Como la presión de almacenamiento es baja, los tanques de GLP para vehículos pueden fabricarse de un acero más delgado y manejable, lo que resultan tanques más ligeros y baratos, haciendo más económica la instalación.

Por otro lado, en caso que se origine un escape de gas, al ser el GNC más liviano que el aire, éste tenderá a subir en la atmósfera, al contrario del GLP que es más pesado. De ese modo, si hay una fuga de gas, el GNC acabará por disiparse en la atmósfera, mientras que el GLP caería al suelo.

Con las pruebas realizadas en vehículos a gas y de la experiencia de los propios conductores que ya conducen vehículos a gas, se tiene que el sobrecosto que supone reformar un vehículo para adaptarlo al uso de gas se compensa sobradamente. Ello es debido a un precio de adquisición menor tanto del gas natural como del GLP en comparación con los precios actuales de la gasolina y el gasoil.

En cuanto a la autonomía, con la tecnología actual que se está aplicando, la autonomía de los vehículos funcionando exclusivamente con GNC es menor. Además, con la configuración de los motores actuales, un vehículo a GNC pierde en torno a un 15% de potencia en comparación con el mismo motor usando gasolina, mientras que en el caso de un motor empleando GLP logra entregar casi la misma potencia que con gasolina.

Por último, después de haberse comprobado horas de servicios de vehículos adaptados al gas, se tiene que aquellos vehículos que se mueven con gas duplican la duración del motor debido al menor desgaste que sufren los cilindros y segmentos del motor. Ello es debido a que el gas es más limpio que la gasolina y el gasoil, por lo que deja menos depósitos carbonosos en la combustión y permite que el aceite del motor se mantenga limpio durante más tiempo. Sin embargo, el gas no puede ofrecer una lubricación tan buena como la gasolina, por lo que puede generar un desgaste prematuro de ciertos elementos, sobre todo de las válvulas. Por eso se hace muy importante realizar un buen mantenimiento tanto del motor como del sistema GLP/GNC en los vehículos adaptados.

 

1.3- Configuraciones de los motores de vehículos a gas

En función de la tecnología empleada en el motor del vehículo, cabe diferenciar tres grandes tipos de configuraciones de motores:

a) Motor bifuel:

Se denominan vehículos bifuel, aquellos vehículos con un motor de encendido provocado o encendido por chispa (es decir, un motor de gasolina) que son adaptados para que puedan funcionar también, bien con gas licuado (GLP) o con gas natural comprimido (GNC).

De este tipo de vehículos trata este tutorial, es decir, cómo llevar a cabo la adaptación de vehículos que funcionan normalmente con gasolina para que puedan funcionar también con gas.

En la actualidad existen multitud de talleres especializados en realizar este tipo de reformas, que por otro lado está muy estandarizada. De hecho, existen kits completos con los componentes para llevar a cabo de una manera sencilla la adaptación de los vehículos al uso de gas. No obstante, este tipo de reforma sólo debe realizarse en talleres especializados y homologados para tal fin, con objeto de no perjudicar la seguridad del vehículo.

En líneas generales, este tipo de reforma lleva aparejada la necesidad de realizar la instalación de un nuevo sistema de almacenamiento de combustible apto para gas (que será distinto, según sea GLP o GNC) y de un nuevo sistema de alimentación del motor en paralelo al ya existente de gasolina.

Evidentemente, dependiendo de la tecnología del motor del coche (si utiliza carburador, inyección multipunto, mono punto, etc.), el tipo de instalación será distinta. Básicamente, se pueden clasificar en tres tipos de instalaciones diferentes, que coincide con el grado de avance de la tecnología de los motores:

De lazo abierto: configuración adaptada a vehículos con tecnología de alimentación por carburador e inyección mono punto.

En este sistema es necesario usar un mezclador en la admisión de aire del vehículo para suministrar el gas al motor. El suministro de aire al motor es controlado por una válvula de potencia manual.

De lazo cerrado: configuración adaptada a vehículos inyectados, que disponen de sensor que regula la cantidad de oxígeno en la alimentación.

Para este sistema se usa también un mezclador en la admisión de aire del vehículo para suministrar gas al motor. Pero en este caso, el suministro de combustible es controlado por una central electrónica que toma como referencia la lectura del sensor de oxígeno lambda que dispone el vehículo, con objeto de poder así regular la cantidad de gas en la mezcla.

De inyección secuencial: es un tipo de configuración que sólo se emplea en vehículos más modernos que disponen de inyección multipunto.

En este caso, los vehículos disponen de una central electrónica ECU, que es programable de acuerdo a las características del vehículo (cilindrada, tipo de inyección, número de cilindros, etc.), la cual controla y acciona la inyección de la gasolina al motor.

Este tipo de vehículos ya dispone de fábrica de inyectores individuales que mejora y hace más precisa la alimentación de la gasolina a cada cilindro del motor.

En este caso, el nuevo sistema de alimentación de gas a instalar toma como referencia los parámetros originales del vehículo, es decir, los de funcionamiento con gasolina, para así realizar el control del suministro de gas de una manera más precisa y rápida.

El sistema de alimentación del vehículo siempre iniciará en modo gasolina y se conmutará a gas por tiempo o por temperatura, según la programación realizada en el taller. No obstante, este sistema siempre garantizará una utilización frecuente del combustible original, es decir, gasolina, además de asegurar en todo momento la temperatura adecuada del reductor de presión de gas.

Con este sistema, y gracias a todas las variables electrónicas que maneja, la reducción de emisiones contaminantes que se consigue es mayor que en las demás tecnologías de adaptación de vehículos a gas.

b) Motor mono fuel:

Se denominan vehículos mono fuel, aquellos vehículos que utilizan sólo gas, bien sea gas licuado del petróleo (GLP) o gas natural comprimido (GNC) como carburante.

En este caso, se trata de un motor similar al de la gasolina, con ciclo Otto, que se ajusta específicamente a las condiciones del gas, consiguiéndose rendimientos incluso superiores a los motores bi-fuel.

De hecho, el alto octanaje del GNC por ejemplo, superior a los 115 octanos, le permite a estos motores operar con relaciones de compresión (de 12:1 a 14:1) superiores a los motores de gasolina (<10:1) mejorando, por tanto, el rendimiento térmico del motor.

c) Motor dual fuel:

Los vehículos con motores dual-fuel funcionan simultáneamente con diesel y gas, es decir, es un sistema adaptado a vehículos con motores de encendido por compresión (MEC). Su principio de funcionamiento consiste en poder inyectar a la vez gas y gasóleo en la cámara de combustión del motor, pudiendo llegarse a sustituciones de gasóleo del 80%.

Mediante un nuevo sistema de control electrónico adaptado al vehículo se podrá monitorizar y controlar en todo momento la cantidad adecuada de la mezcla aire + gas que debe inyectarse en la admisión, y que se combinará con el combustible diesel en la cámara de combustión.

En caso de ser necesario, este sistema permite que el motor pueda funcionar sólo con combustible diesel en caso de falta de gas, de manera que se asegura la continuidad de funcionamiento del motor en situaciones de no disponibilidad del combustible principal o cualquier otra razón.

Es un sistema cuya reforma a llevar a cabo no resulta intrusiva, es decir, que no implica realizar modificaciones irreversibles en el motor diesel original, pudiendo hacer que éste funcione de forma normal (sólo con Diesel) o en forma Dual (Diesel + Gas).

2- Adaptación de vehículos a GLP

2.1- ¿Qué es el GLP?

El GLP (Gas Licuado del Petróleo) es una mezcla compuesta mayoritariamente de gas propano (C3H8) en torno a un 60% y de gas butano (C4H10) alrededor del 40%, que proviene como parte del proceso de refino del petróleo, mediante la destilación y condensación del petróleo crudo.

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Es un gas insípido e incoloro a temperatura y presión ambiente. Tiene un odorizante que le proporciona un olor característico, fuerte y desagradable. El GLP es un gas más pesado que el aire, por lo que si se originase una fuga tiende a descender hacia el suelo y acumularse en sótanos, alcantarillas, fosas, pozos, zanjas, etc.

Cuando el GLP se utiliza como carburante en la automoción está definido a nivel europeo por la Norma UNE EN 589, siendo conocido más usualmente con el nombre de AutoGas.

El AutoGas en su estado natural, como se ha dicho, es gaseoso a temperatura ambiente y presión atmosférica. Para obtenerlo en estado líquido, estado en el que suele suministrarse en las estaciones de servicio, es necesario someter al AutoGas a presión relativamente baja que oscila entre 4 y 8 atmósferas. Su densidad en estado líquido a 15 ºC es de 0,535 Kg/l. (ASTM D1657).

Para el suministro de AutoGas en las estaciones de servicio es necesario disponer de un depósito de almacenamiento para el gas, consistente básicamente en un recipiente de acero destinado a contener el GLP en estado líquido bajo presión. Los depósitos pueden situarse aéreos o enterrados, en función del terreno disponible y las exigencias del cliente, guardando las preceptivas distancias de seguridad establecidas en la Reglamentación correspondiente.

Para proceder al llenado de un vehículo con el gas, el GLP es bombeado desde el depósito de almacenamiento en estado líquido, por medio del aparato surtidor hacia el depósito incorporado en el vehículo.

El procedimiento del suministro es muy similar al que se utiliza para repostar gasolina. A la válvula colocada en el lateral del vehículo se conecta el boquerel de la manguera del surtidor de GLP, por un sistema de acoplamiento rápido y totalmente estanco.

Ya en el interior del depósito del vehículo, el GLP en estado líquido sale del depósito y antes de llegar al motor pasa por un reductor-vaporizador, en el cual el GLP pasa del estado líquido al gaseoso, modo en el que se introduce a través de los inyectores en cada uno de los colectores de aspiración de los cilindros del motor para su combustión.

 

 


ANEXOS Y TABLAS


 

A.1.- Reglamentos aplicables a vehículos adaptados

Reglamento nº 110 de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas (CEPE). Disposiciones uniformes relativas a la homologación de:
 
I. Componentes específicos de vehículos de motor que utilizan gas natural comprimido (GNC) y/o gas natural licuado (GNL) en sus sistemas de propulsión.
 
II. Vehículos en relación con la instalación de componentes específicos de un tipo homologado para el uso de gas natural comprimido (GNC) y/o gas natural licuado (GNL) en sus sistemas de propulsión.

A.2.- Ficha de datos de Seguridad y Propiedades del Gas Licuado del Petróleo (GLP)

Ficha de datos de Seguridad y Propiedades del Gas Licuado del Petróleo (GLP)

A.3.- Tablas de poder calorífico de los principales combustibles

Poder calorífico de los principales combustibles

(*) Fuente:

• Fuentes: Eurostat, AIE y Resolución de la Secretaría de Estado de Energía de 27 de diciembre de 2013.



 

 

 

 

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