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ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ALTITUD SOBRE UN MOTOR DE AUTOMOCIÓN OPERANDO CON MEZCLA DE GASOLINA Y BIOETANOL Agudelo. John, Córdoba. Jorge* & Pérez. Juan Grupo de Manejo Eficiente de la Energía -GIMEL- Universidad de Antioquia, Calle 67 Número 53-108, Medellín, Colombia *E-mail de correspondencia: [email protected] Resumen: A causa del crecimiento del parque automotor colombiano y con ello los problemas de movilidad y contaminación por emisiones vehiculares, el gobierno colombiano ha venido impulsado la oxigenación de las gasolinas con bioetanol producido en el país. Este trabajo presenta una caracterización energética y ambiental de un motor Renault 1,6 L montado en banco dinamométrico. El trabajo experimental investiga el efecto de tres factores: El grado de carga (niveles parciales), altura sobre el nivel del mar (1500 y 2500 msnm) y el combustible que incluye gasolina y mezcla gasolina-bioetanol (E20). Los resultados muestran que desde la perspectiva mecánica el motor aumenta en consumo específico de combustible con respecto a la gasolina, y disminuye con respecto a la altitud al incluir bioetanol. En materia de emisiones contaminantes se aprecia una reducción general en los hidrocarburos totales (THC) y también de monóxido de carbono (CO) en las condiciones más severas de operación, sin embargo se obtuvieron emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) mayores. Es destacable también el hecho de que en términos generales el motor se comporto satisfactoriamente sin necesidad de hacer modificación alguna para usar la mezcla E20. Palabras clave: Bioetanol, motores de combustión interna, desempeño energético, emisiones contaminantes, altura sobre el nivel del mar. Abstract: Due to growing in the automobile fleet in Colombia along with the problems in transportation and vehicular pollutant emissions, Colombian government has been promoting the oxygenation of national gasoline with ethanol obtained from national production. This work shows the characteristic energetic and environmental behavior of a Renault engine 1.6 L tested at dynamometric bench. The experimental work compares the effect of: Engine load (partially loaded test included), altitude above sea level (1500 and 2500 meters a.s.l.) and the fuel which includes gasoline and gasoline-ethanol blend (E20). The mechanical behavior result shows that fuel consumption increases when ethanol is used, and decreases using it at higher altitude. Pollutant emissions analysis shows lower production of Hydrocarbons (THC) and lower carbon monoxide (CO) emissions at the tougher operation conditions when E20 was used, however, higher nitrogen oxides (NOx) were obtained with blends. It is also remarkable the fact that the engine works fine in the whole tests without any modifications for using the E20 blend. Keywords: Bioethanol, internal combustion engines, mechanical performance, pollutant emissions, altitude above sea level.

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ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ALTITUD SOBRE UN MOTOR DE AUTOMOCIÓN OPERANDO CON MEZCLA DE GASOLINA Y BIOETANOL

Agudelo. John, Córdoba. Jorge* & Pérez. Juan Grupo de Manejo Eficiente de la Energía -GIMEL- Universidad de Antioquia, Calle 67 Número

53-108, Medellín, Colombia

*E-mail de correspondencia: [email protected]

Resumen: A causa del crecimiento del parque automotor colombiano y con ello los problemas de movilidad y contaminación por emisiones vehiculares, el gobierno colombiano ha venido impulsado la oxigenación de las gasolinas con bioetanol producido en el país. Este trabajo presenta una caracterización energética y ambiental de un motor Renault 1,6 L montado en banco dinamométrico. El trabajo experimental investiga el efecto de tres factores: El grado de carga (niveles parciales), altura sobre el nivel del mar (1500 y 2500 msnm) y el combustible que incluye gasolina y mezcla gasolina-bioetanol (E20). Los resultados muestran que desde la perspectiva mecánica el motor aumenta en consumo específico de combustible con respecto a la gasolina, y disminuye con respecto a la altitud al incluir bioetanol. En materia de emisiones contaminantes se aprecia una reducción general en los hidrocarburos totales (THC) y también de monóxido de carbono (CO) en las condiciones más severas de operación, sin embargo se obtuvieron emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) mayores. Es destacable también el hecho de que en términos generales el motor se comporto satisfactoriamente sin necesidad de hacer modificación alguna para usar la mezcla E20.

Palabras clave: Bioetanol, motores de combustión interna, desempeño energético, emisiones contaminantes, altura sobre el nivel del mar.

Abstract: Due to growing in the automobile fleet in Colombia along with the problems in transportation and vehicular pollutant emissions, Colombian government has been promoting the oxygenation of national gasoline with ethanol obtained from national production. This work shows the characteristic energetic and environmental behavior of a Renault engine 1.6 L tested at dynamometric bench. The experimental work compares the effect of: Engine load (partially loaded test included), altitude above sea level (1500 and 2500 meters a.s.l.) and the fuel which includes gasoline and gasoline-ethanol blend (E20). The mechanical behavior result shows that fuel consumption increases when ethanol is used, and decreases using it at higher altitude. Pollutant emissions analysis shows lower production of Hydrocarbons (THC) and lower carbon monoxide (CO) emissions at the tougher operation conditions when E20 was used, however, higher nitrogen oxides (NOx) were obtained with blends. It is also remarkable the fact that the engine works fine in the whole tests without any modifications for using the E20 blend.

Keywords: Bioethanol, internal combustion engines, mechanical performance, pollutant emissions, altitude above sea level.

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Memorias del IV Simposio de Química Aplicada – SIQUIA 2009

Universidad del Quindío - 9, 10 y 11 de septiembre– Armenia, Colombia 2

1. INTRODUCCIÓN

Colombia tiene en marcha un proceso de oxigenación de las gasolinas nacionales por medio de la mezcla de la gasolina con etanol anhidro producido localmente, con lo cual se pretende además reducir las emisiones contaminantes, diversificar la canasta energética nacional en el uso de combustibles automotores, permitiendo además que ante un parque automotor creciente se alivie un poco la dependencia del petróleo y se promueva el desarrollo de esta parte de la industria nacional.

Ante la masificación inminente del uso de etanol cada vez en mayor proporción contra la gasolina y con mayor cobertura nacional, es importante estudiar el efecto del etanol sobre las prestaciones mecánicas y ambientales del motor, trabajando con vehículos típicos del parque automotor colombiano y considerando además las condiciones variables del piso térmico colombiano donde los vehículos operan altitudes muy diferentes sobre el nivel de mar.

Estudios internacionales presentan al etanol como un combustible con ventajosas propiedades físico-químicas (Torres, 2002 – Dermibas 2006) que se puede usar en pequeñas concentraciones sin necesidad de modificar el vehículo. Sin embargo diversos estudios presentan que al usar cantidades mayores de etanol, podría requerir modificaciones en el motor, tanto de sus componentes como de los parámetros de operación (Environment Australia. 2002 – Poulopoulos. 2003). Existe además un notable interés por determinar el comportamiento de los combustibles oxigenados con la altura sobre el nivel del mar, donde la presión atmosférica más baja afecta el llenado del cilindro, y se reduce la disponibilidad de oxigeno para el motor.

El trabajo realizado se llevo a cabo sobre un motor de encendido provocado (MEP) típico del parque automotor colombiano, montado en banco de ensayos y acoplado a un freno electromagnético y sobre el cual se midieron las principales variables de operación así como las emisiones en la corriente de gases de escape.

Los resultados obtenidos han mostrado que el motor pueden en términos de prestaciones mecánicas y ambientales desempeñarse apropiadamente sin ningún ajuste en los parámetros de operación con mezclas por lo menos de hasta un 20% de etanol en volumen (E20), otorgando además una mejora en la eficiencia y el correspondiente incremento en potencia con el uso de E20 a plena carga, estas características se han visto magnificadas en el funcionamiento a gran altitud, donde las prestaciones y eficiencia son aún más significativas con E20 respecto al funcionamiento con gasolina (E0). En materia de emisiones contaminantes el motor ha mostrado un comportamiento favorable al uso de E20, reduciendo las emisiones de hidrocarburos totales (THC) y de Monóxido de carbono (CO), en el rango donde el motor funciona cercano a la estequiometria, sin embargo al igual que ocurre con gasolina, no puede evitarse el incremento sustancial de estas emisiones cuando el motor es exigido y la mezcla se enriquece y al incremento de las emisiones con la altitud. Los Óxidos de Nitrógeno (NOx) se han conservado básicamente igual, las diferencias han sido tan pequeñas tanto entre combustibles como entre las pruebas a diferente altitud que no se puede hablar de tendencia alguna, a aumentar o reducirse.

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2. METODOLOGÍA

2.1. Diseño Experimental

En el desarrollo del trabajo se realizaron pruebas en el motor con dos combustibles, gasolina que sirve como referencia y con una mezcla conformada por 20% en volumen de bioetanol y el 80% restante gasolina extra, las propiedades de estos combustibles se presentan en la Tabla 1. Con cada combustible se realizaron mediciones 20 modos de operación obtenidos de la combinación de 4 niveles de carga y 5 regímenes de giro del motor. Adicionalmente se realizaron replicas para comprobar la reproducibilidad de cada modo de operación. Esta información se detalla en la Tabla 2.

Tabla 1. Propiedades de los combustibles (Agudelo, 2007)

Tabla 2. Diseño experimental de las pruebas preliminares

Combustible Concentración bioetanol Identificación Número de pruebas

realizadas

Gasolina 0% E0 3

E20 20% E20 2

Modos de operación del motor

Regímenes de giro (rpm) 2000, 2900, 3500, 4000, 5500

Grados de carga 25, 50, 75 N.m (cargas parciales) y 100% (carga máxima) Los regímenes de giro de motor elegidos principales están entre las 2000 y 4000 rpm, que son valores típicos de operación para este tipo de motores, evitando cargar el motor a muy bajas rpm, lo cual es atípico en el motor y produce un funcionamiento inestable del motor, también se midió a 5500 rpm que aunque no es una condición típica de operación del motor, es a la que entrega su máxima potencia según especificaciones del fabricante (ver Tabla 3). Los grados de carga elegidos fueron determinados por el Par del motor, de manera que todas las pruebas fueran a igualdad de condiciones, es decir, que el motor realizará el mismo trabajo. Esto por supuesto con excepción de las pruebas a plena carga en las que sencillamente se abre completamente la válvula de mariposa para obtener las máximas prestaciones del motor.

Combustible Fórmula Densidad [kg/m3]

Dosado Estequiométrico

Poder Calorífico Inferior

[kJ/kg] E0 C7 H17 730 0.0652 44510

E20 C5.144 H12.9168 O0.3712 741 0.0661 40972

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Tabla 3. Características del motor Referencia RENAULT Tipo MPFI Cilindrada 1600 cm3 Configuración 4 cilindros en línea Numero de Válvulas 8 Relación de compresión 9.7 : 1 Potencia nominal 67 kW (90 hp) @ 5500 rpm Par máximo 127 Nm a 2300 rpm

2.2. Instrumentación y equipos

Las mediciones se hicieron con el motor, montado en un banco de ensayos automatizado ubicado en el Laboratorio de Máquinas Térmicas de la Universidad de Antioquia. En la Figura 1 se muestra un esquema de la instalación experimental.

Figura 1. Esquema de la instalación experimental

El banco de ensayos está equipado con termopares y sensores para la medida de temperaturas y presiones medias, de tal modo que se pueda caracterizar y monitorear con precisión el punto de funcionamiento del motor, además de los equipos para medición de flujo de aire, combustible, analizadores de gases y otros. Esta información se presenta en la Tabla 4. Adicionalmente se utilizó un sistema de adquisición de datos de alta velocidad (Modelo PCI-MIO-16E-4 board), el cual se programó usando un paquete informático en Labview.

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Tabla 4. Características de la instrumentación principal.

Instrumento Marca Referencia Lectura

Freno Dinamométrico Schenck E90 [N.m]

Medidor de combustibles Danfoss MASSFLO 6000 [0 – 800 g/min]

Medidor de aire Magnetrol TA2 [0 – 200 Nm/s]

Analizador de Gases AVL DIGAS 4000

RPM [0 - 8000 rpm] CO [0 – 10% vol ] CO2 [0 – 20% vol ]

HC [0 – 20000 ppm vol ] O2 [0 – 22% vol ]

NO [0 – 9000 ppm vol ]

Medidor de NOx Horiba EXA 240CL NOx [0 - 2500 ppm]

O2 [0 – 25% vol ]

Medidor de THC Mess–M & A Thermo FID THC [0 a 500 ppm Hex]

3. CÁLCULOS REALIZADOS EN PARÁMETROS EFECTIVOS Y EMISIONES

Las siguientes expresiones fueron utilizadas para obtener los parámetros efectivos de motor y lso índices de emisiones contaminantes presentados en la sección de resultados.

Consumo especifico de combustible: fmgefNe

=

Donde mf es el flujo másico de combustible, y Ne es la potencia al freno calculada a partir del Par motor y el régimen de giro. [Heywood, 1988].

Eficiencia Efectiva: 1

f

Negef PCim PCi

η = =⋅⋅

Donde PCi es es el poder calorífico inferior del combustible. [Heywood, 1988].

Índices de Emisión: j j gj

g

Y PM mI

Ne PM=

Donde el subíndice j representa los gases de escape: CO, THC, NOx. Yj es la fracción molar del gas j en la mezcla de gases de salida del motor, PMj el peso molecular del gas j, mg, el flujo másico de gases en el motor, PMg el peso molecular de la corriente de gases de escape. [Agudelo, 2006].

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4. RESULTADOS

4.1. Desempeño Energético

4.1.1. Par Motor La Figura 2, presenta el para al freno para todos los modos de operación trabajados, se aprecia para las cargas parciales que se obtiene la misma condición de carga, comprobando que las pruebas se hicieron a igualdad de condiciones. Caso especial es el Par a carga máxima, mientras que a carga parcial se ajusta la posición de la mariposa de aceleración en la posición necesaria para obtener el par y régimen deseados, en la prueba a plena carga, la mariposa se abre al máximo para todos los casos, y el motor entrega el máximo torque posible.

Figura 2. Par al freno para todos los modos de operación.

Se aprecia que el torque (y por ende también la potencia, dado que se trabajó a igualdad de Par y Régimen) es un poco mayor en cada caso con la mezcla E20, este comportamiento es claro en el rango de bajo a medio en rpm, hasta el régimen de par máximo aproxidamente. Mientras la diferencia en potencia con gasolina mantiene una tendencia similar en todo el rango, con E20 el par tiende a bajar y se nivela con el torque para E0. Es importante notar que no se hizo ningún ajuste en la electrónica del motor, es decir, al usar la mezcla E20, la ECU del motor operaba con los mismos parametros que para E0. Al tener el bioetanol menor poder calorifico, es necesario inyectar más para alcanzar la misma potencia, altos valores de carga y régimen demandan las mayores cantidades de flujo de combustible y es probable que se requieran ajustar los parametros de inyección para poder proveer el flujo adicional. Lo interesante esta en el hecho de que trabajando a mayor altitud, el motor con E20 ha sido más potente que en gasolina en todo el rango de operación, de hecho se ve aún menos perjudicado a altos régimenes donde la demanda de aire es alta pero la disponibilidad menor, seguramente debido al contenido de Oxigeno molecular del combustible. Las mayor potencia alcanzada con E20 puede también deberse al incremento del octanaje del combustible al incluir etanol, lo cual permitiría al motor usar mayores avances de encendido, centrando la combustión para obtener mayor par al freno.

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4.1.2. Consumo especifico de combustible (gef) El consumo especifico de combustible indica la cantidad de combustible que el motor requiere para su entrega de potencia, considerando nuevamente que el E20 tiene menor poder calorifico, el motor debe consumir un poco más de combustible para poder entregar el mismo par al freno que su contraparte de E0, en efecto esto es lo que ocurre en todos los casos. Al considerar el cambio en la altitud desde 1500 msnm a 2500 msnm se aprecia que mientras el consumo con E0 cae bastante, debido a que no dispone suficiente aire, mientras que el consumo con E20 se mantiene más mucho más cercano a los valores de consumo a 1500 msnm (ver Figura 3).

25 N.m 50 N.m

75 N.m 100 %

Figura 3. gef del motor a diferentes grados de carga.

Se remarca el hecho entonces de que la altitud con la consecuente deficiencia de aire que perjudica el desempeño mecánico de los motores afecta en menor medida al motor cuando incluye un contenido de combustible oxigenado, y el resultado ha sido similar para todas las condiciones de carga parcial. A plena carga sin embargo el motor no logra inyectar todo el combustible necesario, especialmente a altos regimenes. Se recalca el hecho de que en esta condición de operación el motor trabaja en lazo abierto, y la inyección depende de la cartografia el motor, la cual ignora el hecho de que se esta trabajando con E20.

4.1.3. Eficiencia efectiva (η ) Los resultados de la eficiencia del motor para convertir el contenido energético de combustible no solo ratifican los observado en prestaciones y consumo, sino que revela además que hay una mejora en este aprovechamiento energético del motor al usar el contenido de E20 (ver Figura 4).

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25 N.m 50 N.m

75 N.m 100 %

Figura 4. Eficiencia efectiva del motor a diferentes grados de carga.

Para las pruebas a carga parcial se tiene en esencia la misma eficiencia, sin embargo en las pruebas a plena carga se aprecia que es mayor la eficiencia con el uso de E20. Un aspecto interesante común a todas las pruebas es que la eficiencia del motor ha sido siempre igual o mayor en las pruebas realizadas a mayor altitud sobre el nivel del mar. Esto porque para lograr que el motor entregue la misma potencia en la altura donde la presión atmosférica y la disponibilidad de oxigeno también decrece, es necesario abrir más la mariposa de aceleración del motor, lo cual mejora la eficiencia volumetríca del motor, el aire fluye a mayor velocidad, y se facilitan los procesos como el llenado del cilindro y homogenización de la mezcla, también el contenido de oxigeno del combustible se hace más importante para suplir parcialmente la menor disponibilidad de oxigeno del aire y el más alto octanaje del E20 para centrar la combustión. Se pueden relacionar estos resultados con los de consumo especifico de combustible, para concluir que aunque el consumo específico de combustible debe incrementarse para compensar el hecho del menor poder calorifico del etanol, en general el motor mantiene su eficiencia energética y de hecho se incrementa respecto a la gasolina cuando el motor es exigido.

4.2. Desempeño Ambiental

4.2.1. Hidrocarburos (THC) La emisión de hidrocarburos totales se mantuvo baja y controlada en la mayor parte del rango de operación de motor (ver Figura 5), esto es, para las pruebas a carga parcial en los regimenes bajos a medio altos, con emisiones por debajo de las 40 ppm base hexano (y unos 35 g/kW_h aproximadamente), un acercamiento a la zona permite observar que aún en valores tan pequeños

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se tiene una tendencia a emisiones ligeramente mayores en con E0 como era de esperarse para el combustible con mayor proporción de carbono y con mayor altitud.

25 N.m

0

50

100

150

200

250

1000 2000 3000 4000 5000 6000

THC [g/kW_h

]

Régimen del motor [rpm]

E20_1500 msnm

E20_2500 msnm

E0_1500 msnm

E0_2500 msnm

0

10

20

30

40

1500 2500 3500 4500

50 N.m

75 N.m 100 %

Figura 5. Emisión de THCs del motor a diferentes grados de carga.

Las emisiones de THC son realmente importantes cuando se alcanzan régimenes de giro muy altos, cercanos al de máxima potencia del motor y cuando se aplica plena carga llegando a las 300 ppm a altos régimenes y por encima de las 400 ppm cuando es máxima carga, y es justo en esta condición que se aprecia una reducción notable de las emisiones de THC con E20, en regimenes medios y altos, que estan del orden del 50% en regimenes en torno al de máximo par y del 25% en régimenes en torno al de máxima potencia, en los cuales se suele enriquecer la mezcla. Las emisiones se expresan como la cantidad emitida en gramos por unidad de potencia entregada para comparar a igualdad de condiciones e incluyendo el hecho de que hay variaciones en dosificación, flujos y la concentración misma de hidrocarburos, salvo para el caso particular de máxima carga donde las condiciones de muy alta temperatura de muestreo no permitieron registrar los parametros necesarios para obtener este indice al altos regimenes, pero si se tiene el registro individual de THC para todas las condiciones de operación.

4.2.2. Monóxido de Carbono (CO) En un motor las emisiones de CO estan comunmente asociadas en tendencia a las emisiones de hidrocarbunos puesto que ambos son básicamente resultado de la combustión incompleta que ocurre en el interior del motor, sobre todo cuando la mezcla es rica. De esta manera se aprecia que las emisiones de CO siguen tendencias similares a las obtenidas para THC (ver Figura 6).

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Los niveles son mínimos para regimenes bajos a medio altos para todas las cargas parciales y solo se disparan justo como ocurrió con los THCs cuando se alcanzan los máximos régimenes y a plena carga, donde la mezcla se enriquece para proporcionar mayor potencia.

25 N.m

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

CO [g/kW_h

]

Régimen del motor [rpm]

E20_1500 msnm

E20_2500 msnm

E0_1500 msnm

E0_2500 msnm

0

100

200

300

400

1500 2500 3500 4500

50 N.m

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

CO [g/kW_h

]

Régimen del motor [rpm]

E20_1500 msnm

E20_2500 msnm

E0_1500 msnm

E0_2500 msnm

0

50

100

150

1500 2500 3500 4500

75 N.m

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

CO [g/kW_h

]

Régimen del motor [rpm]

E20_1500 msnm

E20_2500 msnm

E0_1500 msnm

E0_2500 msnm

0

20

40

6080

100

1500 2500 3500 4500

100 %

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1000 2000 3000 4000 5000 6000

CO [g/kW_h

]

Régimen del motor [rpm]

E20_1500 msnm

E20_2500 msnm

E0_1500 msnm

Figura 6. Emisión de CO del motor a diferentes grados de carga.

Justo como ocurrió con los THCs, un acercamiento a la zona de bajas emisiones revela mayores emisiones con E0 y con la altura, ratificando que el motor se ve beneficiado por el combustible oxigenado para realizar una combustión más completa.

4.2.3. Óxidos de Nitrógeno (NOx) Las emisiones de NOx obtenidas han sido muy bajas también, lo que hablá de un buen funcionamieto del convertidor catalitico del motor (ver Figura 7). En las figuras se aprecia que el orden de los valores esta por debajo de las 10 ppm, que no hubo un incremento al incluir Etanol en el combustible para producir la mezcla E20, las diferencias obtenidas entre uno y otro fluctuan para diversos regimenes y niveles de carga, pero era de esperarse puesto que los valores obtenidos estan muy cerca del limite de resolución del equipo utilizado.

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25 N.m 50 N.m

75 N.m 100 %

Figura 7. Emisión de NOx del motor a diferentes grados de carga.

5. CONCLUSIONES

Al agregar etanol al combustible es necesario aumentar el consumo de combustible en una cantidad proporcional a la diferencia en poder calorifico entre el combustible de referencia usado que es gasolina y la mezcla que contiene etanol, para lograr la misma potencia, la misma entrega energética en el eje a condiciones de carga parcial, encontrando que en las condiciones de mayor carga donde la mezcla se enriquece la mezcla E20 permite obtener una potencia ligeramente mayor, por la de via incrementar la eficiencia del motor. El motor se comporta bien sin hacer cambios en los parametros de funcionamiento del motor, por lo menos en mezclas que contienen hasta 20% de etanol en volumen.

La compensación de la cantidad de combustible inyectado (medida en el incremento en gef) no require incrementar en la misma medida el tiempo de inyección, gracias a que el etanol es más denso, y aunque a alta carga y régimen el dosado no alcanza los parametros de inyección del motor (la mezcla se enriquece menos), la mejora en la combustión con el combustible oxigenado le permite seguir igualando e incluso incrementar la potencia.

La comparación del desempeño energético del motor al cambio en la altitud sobre el nivel del mar, ha mostrado que el rendimiento de conversión energética del combustible en potencia que realiza el motor se mantiene al cambiar a la mezcla E20 respecto al E0 para las condiciones de carga parcial, y es ligeramente incrementado a plena carga donde la mezcla tiende a enriquecerse, momento en el cual el oxigeno molecular del combustible ayuda al proceso de combustión. También se aprecia que aunque la potencia entregada es menor, la eficiencia del motor es mayor en la altura, donde puede operar con mayores avances de

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encendido y se trabaja con una posición mayor de la mariposa de aceleración que favorece la eficiencia volumetrica y la velocidad del flujo de aire al motor.

La comparación del desempeño ambiental con la altitud revela que las emisiones varian muy poco con la altura a condiciones de carga parcial, una tendencia más clara se ve a plena carga, donde las emisiones de THC y CO son menores con E20 que con E0, indicando que el contenido de combustible oxigenado compensa un poco la disminuación del oxigeno disponible a causa de a altitud, la comparación para la mezcla E20 a las dos alturas sobre el nivel del mar muestran que la emisión es un poco mayor a mayor altitud.

El funcionamiento del motor es estable, las emisiones son bajas y bien controladas por el convertidor catalitico desde regimen bajo hasta medianamente altos, el incremento en emisiones se da siempre en régimenes muy altos o plena carga donde el motor cambia los parametros de operación, principalmente enriqueciendo la mezcla para responder a la exigencia del usuario, causando con esto el incremento en emisiones, en este caso las emisiones de compuestos de carbono tienen a ser ligeramente menores con la mezcla E20, las emisiones de NOx se mantienen bajas, sin presentar tendencia a incrementarse con el uso de E20, aún cuando el motor es exigido al máximo.

El comportamiento del motor matiene las tendencias normales de operación con gasolina y la mezcla E20, en especial se aprecia que el motor trabaja muy bien a un régimen en torno al de par máximo, presentando en general las mejores prestaciones mecánicas y menores emisiones con cada combustible.

6. RECOMENDACIONES

Este estudio se ha realizado sobre el motor de un vehículo tipido de automoción colombiano, de reciente generación (modelo 2007) estos motores realizan una importante gestión de control de su funcionamiento a partir de la información obtenida con la sensorica del motor. Colombia mantiene un importante parque automotor de vieja generación, gran cantidad de vehículos carburados cuyo desempeño sin la gestión electrónica puede ser muy diferente del presentado aquí, y es conveniente determinar la pertinencia de realizar estudios sobre motores de este tipo.

7. NOMENCLATURA

E20. Mezcla de combustibles conformada por 20% de etanol y 80% de gasolina

en volumen. MPFI. Denominación para los motores de inyección multipunto. gef. Consumo especifico de combustible [g/kWh] η Eficiencia efectiva del motor, o rendimiento de conversión de energía del

combustible en potencia efectiva en el eje [%]. Ij Índice de emisión, expresa la cantidad másica emitida del gas j por unidad

de potencia entregada [gj/kWh] o por unidad de combustible consumido [gj/gcomb].

Yj Fracción molar del gas j en la corriente de gases. ECU Computador a bordo que controla el funcionamiento del motor. Numero de Octano. Cantida de indica la capacidad antidetonande de un combustible, propiedad importante para los motores de encendido provocado.

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“Los Biocombustibles: hacia el Desarrollo Sostenible”

Universidad del Quindío - 9, 10 y 11 de septiembre– Armenia, Colombia 13

8. REFERENCIAS

Agudelo, Andres. Agudelo, John. Benjumea, Pedro. 2007. Diagnostico de la combustibles en motores. Universidad de Antioquia. Heywood, John B. Internal combustion engine fundamentals. McGraw Hill. 1988. Torres, Jaime. Molina, Daniel. Pinto, Carlos. Rueda, Fernando. Gasolina con 10% de etanol anhidro. Evaluación de propiedades fisicoquímicas. Ciencia Tecnología y Futuro. Num. 3. 2002 Carrillo, Ricardo. 2008. Certificación de biocombustibles colombianos. Memorias Biocombustibles Colombia - 2008. Modlin, Reg. Raney, Dave. Assessing Effects of Mid-Level Ethanol Blends. Mobile Sources Technical Review Sub-Committee Meeting. May 2008. Environment Australie (2002). A Testing Based Assessment to Determine Impacts of a 20% Ethanol Gasoline Fuel Blend on the Australian Passenger Vehicle Fleet. Report to Environment Australia. March 2003. Poulopoulos S. G., Philippopoulos C. J. (2003). The Effect of Adding Oxygenated Compounds to Gasoline on Automotive Exhaust Emissions. ASME Journal of Engineering for Gas Turbine and Power. Vol 125, No 1 de 2003. pp 344-350. Henrique Benvenutti, Leandro. Technical review on biofuels – Ethanol. Ford Motor Company Brasil. ANDI. Bogota. 2008 Dermibas, Ayhan. 2006. Progress and recent trends in biofuels. Elsevier Progress in energy and combustion science. EPA Alternative fuels (2004).Clean Alternative Fuels: Ethanol. www.epa.gov/otaq/consumer/fuels/altfuels/altfuels/420f00035.pdf