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UNIUERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIEHIA MECANICA
"ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL AHORRO DE ·COMBUSTIBLE EN UEHICULOS DE CARGA CON MOTORES DIESEL MEDIANTE EL SISTEMA DE DESCONEXION DE CILINDROS" TESIS PAHA OPTAH EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA JUAN ELMER GRADOS CALDERON PHOMOCION:
1988-11
LIMA - PERU 1994
INDICE Página
PROLOGO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 CAPITULO I INTRODUCCION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 CAPITULO II DIAGNOSTICO DEL PARQUE AUTOMOTOR NACIONAL 2. 1
Antecedentes. . .. . . . ... . . ................... ... 6
2.2
Características de la composición del parque automotor. ...... ...... . . ... ............ 7
2.3
Evaluación del estado técnico del parque automotor. . .. . .... . ... . .... . ... . ..... ... . ... .. 9
2.4
Influencia del estado técnico del parque automotor en la contaminación ambiental....... 10
2.5
Trabajo en altura de los motores Diesel....... 18
CAPITULO III DESCRIPCION Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SlSTEM� DE DESCONEXION DE CILINDROS
3.1. Antecedentes... . ..... . ............ . ....... .. . . 20 3.2. Fundamento teórico del trabajo en vacío de los motores Diesel......................... 21 3.3. Métodos de desconexión de cilindros empleados en los motores Diesel............... 27
3.3.1.
Interrupción del suministro, derivando al tanque de almacenamiento antes gue ingrese a la bomba de inyección..... 28
3.3.2.
Interrupción del suministro por posición del émbolo buzo............ 29
3.3.3.
Interrupción del suministro por deshermetización de la linea de alta presión........................ 35
3.3.4.
Corte de suministro de combustible mediante la inmovilización de la aguja del inyector .................. 36
3.4. Descripción y principio de funcionamiento del sistema de desconexión de cilindros con el empleo de un regulador de la presión inicial de inyección (RND) ............ 38 3.4.1.
Descripción y principio de funcionamiento del sistema.......... 39
3.5. Empleo simultáneo del método de desconexión de cilindros y el método de regulación de la presión inicial de inyección (RND) ......... 44 3.6. Otras posibilidades del incremento de la efectividad del trabajo de los motores Diesel con el empleo de métodos y medios de desconexión de cilindros ...................... 46
CAPITULO IV METODOLOGIA EXPERIMENTAL COMBUSTIBLE
PARA EL
Y LA INFLUENCIA
AHORRO DE
ESTUDIO DEL
EN LOS NIVELES
MEDIANTE EL USO .DEL SISTEMA DE DESCONEXION
DE HUMEADO,
DE CILINDROS,
EN UN VEHICULO DE CARGA MARCA SCANIA MODELO 110 SUPER. 4.1. Especificaciones técnicas del vehículo. 4.1.1.
Características técnicas del vehículo .................. � .... . ... 49
4.1.2.
Características técnicas del motor .......... . ... . . ...... .. . . . ... 50
4.1.3.
Sistema de alimentación de combustible ....... : ............ . ... 52
4.1.3.1.
Bomba de inyección ................. 52
4.2. Metodología experimental de ensayos .......... 55 4.3. Instalación del sistema de desconexión de cilindros en el sistema de combustible del motor SCANIA DS11 ............................ 58 4.4. Descripción y principio de funcionamiento del mando eléctrico .......................... 59 4.5. Descripción y principio de funcionamiento
del analizador de hollín ..................... 61 4.6. Parámetros medidos durante los ensayos ....... 62 4.7. Fórmulas empleadas para los cálculos ......... 63 4. 7 .1.
Errores en la toma de datos ........ 65
CAPITULO V ANALISIS DE RESULTADOS 5.1. Análisis de las características comparativas del motor Diesel Scania sin el sistema (S/SDC) comparado con el funcionamiento del motor con el sistema (C/SDC): 5.1.1.
Análisis de resultados tomando como parámetro constante el recorrido por tramos ................ 71
5.1.2.
Análisis de resultados tomando como parámetro constante el peso neto vehicular ...................... 75
5.2. Análisis de las características comparativas del motor Diesel Scania sin el sistema (S/SDC) comparado con el funcionamiento del motor con el sistema como RND: 5.2.L
Análisis de resultados tomando como parámetro constante el recorrido por tramos. . . ............. 81
5.2.2.
Análisis de resultados tomando como parámetro constante el peso neto vehiculai ...................... 89
5.3. Análisis de las características comparativas del motor Diesel Scania sin el sistema (S/SDC) comparado con el funcionamiento del motor con el sistema como RND y con desconexión (C/SDC), simultáneamente:
5.3.1.
Análisis de resultados.tomando como parámetro constante el recorrido por tramos.... � ........... 92
5.3.2.
Análisis de �esultados tomando como parámetro constante el peso neto vehioular...................... 98
5.4. Análisis de los resultados de las p�uebas efectuadas en marcha en vacío o de ralenti con el si�tema de desconexión
100
5.5. Análisis económico ........................... 102
CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES ..................... 105 BIBLIOGRAFIA APENDICE
PROLOGO El presente trabajo trata sobre el funcionamiento Sistema de Desconexión de
del
siste ma de alimentación SCANIA DSll, 110
Diesel
de carga
SCANIA
mostrándose en
obtenidos
de combustible del motor el vehículo
instalado en
SUPER,
las
Cilindros instalado en el
los
pruebas
resultados de
experimentales
campo,
efectuando· el
recorrido de Trujillo a Lima, cubriendo una
distancia de
540 km. En el primer capítulo, se explica el significado y la trascendencia estos
que
puede tener
dispositivos en los
el empleo
motores Diesel y
futuro
de
el objetivo
del presente trabajo. En el segundo capítulo, se muestra el diagnóstico de
nuestro
parque automotor, asi como s�
influencia en
la contaminación ambiental. En el tercer capitulo, se analizan los diferentes sistemas
de desconexión, que existen y
actualidad
en
los
motores
Diesel,
se emplean en la y
el
sistema
de
desconexión utilizado en el presente trabajo. En el cuarto capitulo, se describe el vehículo de
carge.
marca
SCANIA
110
SUPER
:V
la.
metodología.
2
experimental
en
seguida
el
presente
trabajo
de
investigación. En el quinto capitulo, se presentan los resultados y
análisis para establecer
se efectúa el
del
de
Sistema
Desconexión
de
la influencia
Cilindros
en
el
funcionamiento del motor Diesel SCANIA DSll. En el sexto capitulo, se efectúan las conclusiones y recomendaciones producto del presente trabajo. Quiero expresar mi mas sincero y profundo agradecimiento Motores
a
el
todo
de Combustión Interna, y
Dr. Guillermo Lira Cacho, Ing.
personal
Andrés
Valderrama
valiosas sugerencias.
del
Instituto
en forma particular al
Dr. Luis Lastra Espinoza y Romero,
También a
de
por
su gran
todos los
apoyo
al y
técnicos que
han contribuido en el desarrollo del presente trabajo.
CAPITULO I INTRODUCCION Parece que el hombre estará condenado a vivir en el futuro
con DDT en
su sistema linfático,
plomo y estroncio
cerebro,
mercurio en su
monóxido de carbono en sus pulmones. Solo diariamente se 46,000 estas
de
bosques y
emiten
métricas de dióxido de
emisiones son producidas
vehiculos que
recordemos que
extinguen 130 especies de animales, talan
hectáreas
toneladas
huesos y
radioactivo en sus
hay en el
60
millones de
carbono; gran parte de por los 570
mundo y se
millones de
estima que
para el
año 2,000 habrá 800 millones. El automóvil es considerado el causante más visible de la contaminación ambiental que amenaza
al mundo y por
ello desde 1,972 los fabricantes empezaron a emisiones autos
de
sus motores,
desarrollando
ecológicos, "verdes" o de
fabricarán comercialmente autos
reducir las los
llamados
emisión cero. Pronto se impulsados por baterias,
hidrógeno o combustibles "limpios". La Universidad Nacional de Ingenieria, a través, impulsa
del Instituto de Motores de Combustión Interna, trabajos
de
investigación que
funcionamiento
de
los
motores
conllevan de
a
mejorar el
combustión
interna
4
(MCI) y la consiguiente
contaminación
disminución de la
ambiental. El Instituto de Motores de Combustión Interna de la Facultad
viene desarrollando en
de Ingeniería Mecánica,
su fase final el proyecto general denominado: "Optimización Diesel
y
del
mejora.miento
ecológicas
de
proyecto comprende de
las
cuales
Diesel
cuatro líneas es
el
económicas y
cualidades
de las
motores
loa
combustible
reservas de
las
uso de
de investigación,
los motores Diesel
una del
"Estudio
denominado:
Cilindros y
comportamiento del Sistema de Desconexión de Ciclos en
Este
Perú".
en el
de aplicación autom9triz".
Este proyecto comprende las siguientes etapas: I Etapa:
Estudio del comportamiento inyección en
de los sistemas
de
empleando el
un banco de pruebas
Sistema de Desconexión de Cilindros (SDC). II Etapa: Estudio
de
la
variación
de
los
parámetros
efectivos y de toxicidad de los motores multicilíndricqs
en
bancos
de
Diesel pruebas
empleando el SDC. III
Etapa:Estudio
de
la variación
efectivos y de toxicidad
de
los
parámetros
de .los motores Diesel
de uso comercial empleando el SDC.
5
Las etapas I y II han sido desarrolladas en los laboratorios Interna, y
del
Instituto
han sido materia
de
Motores
de
Combustión
de elaboración de
tesis de
competencia profesional. El presente trabajo de tesis profesional, está ubicado en la III estudia
la
Desconexión en
los
influencia
empleo
del
de Cilindros en el
niveles
modelo DS11,
SCANIA
etapa del proyecto antes
de humeado
instalado
mode.lo
110
regímenes de vacío
y
en el
SUPER,
del
mencionado
y
de
Sistema
consumo de combustible y
(hollín)
del
vehiculo de cuando
éste
motor Diesel carga
marca
funciona
regímenes de cargas parciales.
en
CAPITULO II
DIAGNOSTICO DEL PARQUE AUTOMOTOR NACIONAL 2.1. ANTECKDKNTES El-parque automotor en el Perú, según estudios recientes posee los 12
años, lo
camión nuevo de ·30
una antigüedad que quiere
índices
somos
por uno
vehículo de
Entre
mencionar
Argentina
que
automotor
automotor
los
países
tiene
bordea
cada auto
y
de antigüedad. Con más
los países
personas/vehículo
Latinoamérica.
promedio que
decir que por
hay uno con 24 años
habitantes
automóvil,
en
7.6
con
y
55
por
uno
de
los
altos
en
más
vecinos
podemos
habitantes
por
vehículo, Chile 20, ·.,Colombia 45, Brasil 16, etc. Sin embargo, la apertura del año 1991, con el país en plena crisis económica, permitió el ingreso
de 30,000
vehículos, ya que la demanda embalsada era superior a crisis, lo
que se
refleja aún
más en
1992, en
la
que se
llega a 45,000 unidades. El transporte representa entre el 10 y el 15% del producto bruto interno e incide en todas económicas del país, por lo tanto un
activo fundamental para el
las actividades
el parque automotor es
desarrollo del pais; para
7
comprender esto basta recordar que el 90% de pasajeros
del transporte
se hace sobre vehículos
y carga en el Perú
de carga y el 10% restante corresponde al
tráfico aéreo,
naviero, fluvial y ferroviario.
2. 2. CARACTERISTICAS
· DE
DEL
COMPOSICION
LA
PARQUE
AUTOMOTOR La composición del parque automotor se refleja en los
observar en del
cuadros
siguientes 80
al
determinado
el cuadro 90
fue
estadísticos, llegando
mínima,
,,
circulación seguían considerados en gasolina
y
convertidos
no
el se
en
en
un
momento
algunos rubros. Esto, aún
a ser negativo en
desde que
década
crecimiento en la
#1, el
sin tomar en cuenta que muchos vehículos que
puede
se
como
que salieron de
las estadísticas, ya
impuesto
al
rodaje se
retiran
las
placas
chatarra,
se
carga muchos en
consideran
a
la
autos las
estadísticas. La renovación del parque requiere no sólo del ingreso
de vehículos nuevos,
sino también la
circulación de los vehículos viejos. Este es
salida de
un fenómeno
que en los países pobres solo se origina·cuando el
costo
de operación supera
costo
de
el valor de
reparación supera el valor
reposición, o el
del vehículo reparado. Un
8
factor que
ha contribuido
a
refleja en
las estadísticas�
depurar el es la
parque que
se
racionalización del
precio de la gasolina. PARQUE AUTOMOTOR
Cuadro# 1:
NACIONAL ESTIMADO
CLASE DE VEHICULO
1987 - 1993
SEGUN
(en miles)
1�988
1,989
1,990
1,991
1,992
1,993
332.15
328.64
324.44
333.73
352.91
367.46
44.64
44.15
43.72
45.33
49.44
51.19
Pick up
100.00
100.34
99.73
102.82
106.67
111.00
e.Rural
30.95
30.96
30.70
33.52
47.11
55.60
e.panel
8.89
8. 73
8.56
8. 75
9.18
Omnibus
20.61
20.61
20.61
21.24
27.27
30.63
Camión
68.28
67.57
66.57
66.61
67.65
68.36
Remolca.
4.99
5.04
5.04
5.47
5.90
6.41
Semi-rem
6.05
6.17
6.19
6.47
6.82
7.28
616.58
612.25
605.55
623.95
672.96
Vehículo Autos
sw
TOTAL
..
9.52
707.4
La cifra de inscripciones (matrículas de autos vendidos) del
es un indicador más
mercado.
Mientras
que
real de la evolución las
.importaciones
CUADRO# 2:
ll[l_§§]:�:;fatK4@EI !lfi.t�� !:B�OC� :;�!: :1�1-1?.?.l�!:wl#L{lffi� �tiltlf§4m�---it:;t�®;Iªlt AUTOS S. W. PICKUP C.RURAL C. PANEL OMNIBUS CAMION REMOLCADOR SEMI-REM. VEH. MENORE TO TA L E S.
ª*ª� ltñf:§1� i{tlt�ªª�ff:m:::: :rnªmB2.�lllll\Si-?: :
INSCRIPCION DE VEHICULOS EN 1,993 POR ANO DE FABRICACION Y CLASE
136 18 49 146 8 194 121 62 58 41 833
29 4 6 16 O 122 20 20 4 2 223
50 2 8 37 2 216 26 22 1 13 377
113 14 18 116 3 342 22 24 3 8 663
506 57 52 435 ,5 453 47 22 7 73 1,657
713 113 73 751 5 415, 61 49 6 65 2,251
1,399 204 111 1,043 16 308 59 39 6 81 3,266
1,132 271 102 1,172 12 255 65 25 5 86 3,125
790 415 87 1,024 12 167 42 16 3 65 2,621
464 150 33 588 34 52 80 8 6 43 1,458
232 32 58 214 3 25 29 12 21 50 676
180 16 21 107 3 28 37 12 5 87 496
2, 173 200 322 340 96 331 203 24 39 562 4,290
':"'.':'?'}��{ kT�¡ggJ 7,723 15,640 2,158 q62 2,477 1,537 7,034 1,045 398 199 3,095 187 1,151 339 373 38 · 167 331 1,743 567 12,464 34,400
9
obedecen a pedidos que con
la
demanda
economía), la
no siempre guardan
(fluctuante
de
inscripción refleja
relación con
la
la capacidad
de
acuerdo
compra del mercado y sus tendencias.
2.3. EVALUACION DEL ESTADO TKCNICO DEL PARQUE AUTOMOTOR En
el
vehículos ilustra la
cuadro
#2
importados,
se
resume
indicando
las dimensiones que ha
importación
de
vehiculos
usados.
procedentes de EE. UU. y
por
Callao o
por
año
de
de
fabricación,
alcanzado el problema de
usados, el
inscripción
la
estos
vehículos
Asia, ingresan al Perú
la frontera
con
Chile, Bolivia,
Ecuador;' éstos a razón de casi 800 unidades mensuales. Unicamente en el año 93 se registra vehículoe nuevos.
Aún si
consideramos un 20%
columna
anterior (del 92) como
de los
autos de la
nuevos, quedarían más de
3,400 usados; lo que resulta mucho más alarmante son
las
primeras
han
columnas.
Estamos
importando
chatarra,
entrado más de 2,000 vehículos con 10 o más años de uso. La estadística de inscripciones en tránsito no sólo permite estimar cuántos vehículos nuevos y usados
hay en
el p aís, sino también su antigüedad.
Asi por ejemplo, al
8 de Abril del
en la
94 se
han inscrito
Dirección de
CUADRO# 3 INSCRIPCION DE VEHICULOS POR CLASE EN 1,994 (al 8 de Abril)
:lJ.P.A'$'E·' ·= =r=·=', , :.:,=., ••,1 Mhtü�1W¡ �mt�.mr '*-�·º�¿:· �,i�a4i ;': 'W:;eas: =:= :w;�'®'.t AUTOS C. RURAL
22 27
22
32
94
143
299
338
322
175
116
74
75
1 ,203
2,140
5,055
43.84
8
29
67
174
243
377
567
301
141
25
102
14�
167
2,377
20.61
C. PICKUP
10
9
3
21
24
35
39
35
15
16
10
12
384
516· 1,129
9.79
C. PANEL
2
O
O
2
5
3
6
1
4
2
O
5
31
31
92
0.80
S. WAGON . V. MENORES
5 7
2 O
3 6
25 20
45 19
65 26
84 16
194 18
91 9
19 9
8 18
15 82
11 O 265
130 100
796 595
6.90 5.16
OMNIBUS
37
33
42
58
105
87
109
67
27
9
5
23
32
62
696
6.04
CAMION
37
13
15
28
25
21
30
36
19
3
5
6
35
292
.565
4.90
REMOLQUE
17
5
13
18
13
8
8
1
12
O
4
O
5
33
137
1.19
12 176
O 92
O 143
2 335
1 554
O 787
O 1,007
1 1,242
2 655
2 317
2 151
O 320
18 2,232
1.53
0.80
1.24
2.91
4.80
6.83
8.73
10.77
5.68
2.75
1.31
SEMI-REM. T O TA L %
2.78 . 19.36
0.77 89 49 3,520 11,531 100.00 30.53 100.00
%
10
importados: decir,
vehículos
de Transportes 11,531
Tránsito del Ministerio
( cu.adro #3) 5, 758 nuevos . y 5, 773 usados, es es
un
resultado
concentración
de
vehículos
que
50/50%
relación
una
preocupante. Si
la
bien
importados
mayor
de unidades
importante cantidad 335 del
fabricadas años
del 82;
83; 92
84; 143 del
una
trajeron al· país
85 y 89 se
tiempo, entre los años
mucho
hace
no
fabricados
fueron
usados
antes:
176 antes del
81;
todos ellos de alto riesgo para sus propietarios.
TECNICO DEL PARQUE
2.4. INFLUENCIA DEL ESTA1X>
AUTOMOTOR
EN LA CONTAMINACION AMBIENTAL. Durante el proceso de combustión de un motor Diesel como
consecuencia de
momento
la compresión
del
sistema
de
sincronizado,
combustible
Diesel
e.l
suministra la
combustible
pulverizado,
expandiendo
los
gases
en el
inyección
de
cantidad
adecuada de
la
combustión,
originando empujando
aire, y
los
pistones,
y
convirtiendo la energía térmica en energía mecánica. El proceso puede resumirse, diciendo que la energía química del combustible y
luego
en
mecánica.
se convierte en energía La
reacción
química,
térmica si
la
11
combustión escape
sólo
anhídrido
Desgraciadamente, gases de escape con diverso
la combustión
grado de
y
carbónico (C02)
contienen una
no
los
sustancias
dañinas para
que se mezcla
monóxido de
(H20).
perfecta y
es
toxicidad, todas
hace formando
agua
diversidad de
Parte del carbono
medio ambiente. oxígeno lo
en los gases de
fuera perfecta, se obtendría
el
con el
carbono (CO),
un
gas altamente tóxico. Una parte del oxígeno se mezcla en moléculas de 3 átomos
(03),
tóxico.
que
forman
Parte ·de los
no se quema y salen poseen ojos
ozono, un
gas
hidrocarburos de la
altamente
gasolina (HC)
a la atmósfera en forma de gases que
un
olor característico
y los
pulmones, y ataca
nitrógeno, que a las
el
a
gasolina, irrita
a las
no interviene en la
altas temperaturas que se dan
los
plantas. Parte del
combustión, sometido dentro de la cámara
de combustión, se combina con el oxígeno
formando óxidos
de nitrógeno (NOx). Además de las reacciones químicas de la gasolina con el oxígeno
y
el nitrógeno,
cruda que no se quema; contiene añade
azufre y
plomo
�lementos
para
salen a
así como de la
en ciertos países el
combustible
en muchos -
como el nuestro
elevar
índice
el
la atmósfera
por
gasolina
octánico.
- se le Ambos
el gas · de escape,
12
siendo el plomo tóxico y el azufre generadores de
óxidos
causantes de la "lluvia ácida". La composición y la proporción de los componentes tóxicos en los gases de estructurales y del
escape dependen de los
de regulación, del
funcionamiento de los
trabajo,
grado de
motores, de sus
factores perfección
regímenes de
del estado técnico, etc. De un modo general, en
los· MCI existen varias fuentes
de emision.e s tóxicas, de
las
son;
cuales
las
principales
los
vapores
del
combustible, los gases del cárter y los gases de escape. Los gases de escape, son la fuente principal de
las emisiones
tóxicas. Un vehiculo
expulsa a la atmósfera camión de 1.5 quema
CO, y un
a 2.8 kg/hora de CO. En general, cuando se
g de componentes tóxicos. Cuando
gasolina,
media,
de 0.6 a 1.7 kg/hora de
1 kg de combustible diesel, se desprenden cerca de
80 a 100 de
pequeño promedio
se
con
expelen
velocidad
e
se quema 1 kg
intensidad
aproximadamente
componentes tóxicos. (ver cuadro # 4)
300
a
de 310
trabajo g
de
13
Cuadro #4:
Contenido máximo en volúmen (%) Acción
Componente de los
Gasolina
Diesel
gases de escape
sobre el organismo humano
Nitrógeno
74 - 77
76 - 78
no tóxico
OxJgeno
0.3 - 0.8
2.0 - 18
no tóxico
Vapor de agua
3.5 - 5.5
0.5 - 4.0
no tóxico
Dióxido de carbono
5.0 - 12
1.0 - 10
no tóxico
(C02) Monóxido de carbono
.,
0.1
-
10
0.01 - 0.5
tóxico
0.1 - 0.5
0.001 - 0.4
tóxico
0.2 - 3.0
0.009 - 0.5
tóxico
Aldehídos
o.o
- 0.2
0.001-0.009
tóxico
Dióxido de azufre
o
-
0.002
o
- 0.04
(CO) Oxides de nitrógeno
,,
(NOx) Hidrocarburos no cancerigenos (CxHy)
o
- 0.03
tóxico
(S02) Hollín (g/m3) Benzopireno (g/m3)
0.01 - 0.02
0.01 - 1.1 hasta 0.01
tóxico cancerígeno
14
Actualmente, para uso vehicular se prefiere a los motores diesel, porque son más económicos
y producen
menos componentes tóxicos. Un medio para reducir las emisiones tóxicas es el
empleo
colocado
de
un
entre
catalizador,
el
motor
y
que es el
un
dispositivo
silenciador.
construido de una estructura metálica en forma
E.stá
de panal;
a la cual se le aplican los metales reactivos que
entran
en contacto con los gases de escape, transformándolos. Los principales metales reactivos usados son platino gases
y. rodio, más
nocivos.
hidrocarburos monóxido
elementos que
de
Así,
"crudos" carbono
el
reducen platino
convirtiéndolos
en dióxido
de
u
reduce en
el Perú es
que aún se
a
agua"' y
carbono.
ayuda a descomponer los óxidos de nitrógeno. en
oxidan los los el
El rodio
El problema
vende .gasolina con
plomo, el
cual cubre los metales reactivos inutilizándolos. Otro medio de controlar las emisiones nocivas consiste crear
en dosificar la mezcla
las condiciones
de modo más eficiente y
propias para
completa, lo
que se
inyección
encendido electrónicos
y
logra, en
una combustión
parte,
con sistemas
combinados
más de
con una
computadora programada para optimizar la comoustión.
15
En el Perú la contaminación ambiental debido a los motores debido
a
de
combustión Interna
ser la
ciudad
se centra
que reúne
automotor a nivel nacional.
La
el
62% del
congestión
la decadencia económica comercial de Lima originado
los
altos
índices
atmosférica, reduciendo la
en
Lima, parque
vehicular y
Monumental han
de
contaminación
cantidad de aire
limpio para
la población residente y la que trabaja en dicha área, simplemente para aquellos que son de tránsito
o
obligado a
los conos norte, sur, este y oeste de a ciudad. Algunas vías de la red soportan una alta densidad de agrava
en
vehículos en las
horas
punta,
desequilibrio
de
número
vehículos.
de
circulación, punto
(tanto de por
relación
indicando
Las
de llegada
el intenso tráfico
se
ello
el
con
de
principales
centro de la
o
no soportan el
servicio público,
lo cual
entre dimensiones
sobretodo en el
obligado
circundantes,
forma permanente,
de
vía y
vías
de
ciudad es el
pasada de
las
zonas
flujo del parque automotor como particular)
vehicular; lo que
originado
ocasiona gran
congestionamiento, especialmente, en las horas punta. Esta falta de capacidad de las vías de circulación, ya una
sea porque
mala planificación del
son estrechas
o porque
tránsito vehicular,
hay
han ido
16
se registren, bajo ciertas condiciones, y
originando que a
determinadas
contaminantes
horas
del
día,
gaseosos,
atmosféricos
del orden de 53 ppm/hora
máximos son
aire en Lima� La
las
promedio
flota
origen y
entre el
mecánica y
el
destino
por debe.jo de más baje.s
de
los accidentes� En combustible, las
cue.nto a
condiciones
están por debajo de cualquier nivel, debido a que el de
las unidad es sobrepasan la
pésimo
mantenimiento;
vehículos
los restantes lo señalado negativo
no
Diesel
5
al
10%
regulados. Por
normas. Debe
que las.gasolinas de 84
en el Perú, contiene 1.2 cm3 plomo por
del
más
expulsan a la atmósfera entre
en las
y
los
lo tanto, 3 a 5 veces
agregarse como
factor
y 95 octanos utilizada Asimismo el
país contiene alto
azufre, convirtiéndose en una de de contaminación atmosférica.
de
1.84 cm3 de tetraetilo de
galón, respectivamente.
empleado en el
82%
década de antigüedad, con
encuentran bien
se
de
transporte público, siendo una
altamente propensa a
la calidad
baja
bajar a 10 kmjb. Las
entre las
seguridad están
que se registra para
del
mecánico y de funcionamiento,
km/h, y en hora punta puede
condiciones de
velores
y 0.17 ppmjhora de
pobladores más alejados está
final de los los 14
c�yos
calidad del transporte público es
a que el parámetro
como velocidad
de
índices
qu e reducen la calidad
CO y S02 respectivamente, lo debido
altos
petróleo
porcentaje de
las principales fventes
17
La ciudad de Lima, al igual que otras ciudades como Santiago de
Chile y
los Angel�s,
que potencialmente favorece la presencia persistente de en
de
problemas
contaminación debido a la
Más aún, si
industrialización de
atmós�era
una o más inversiones
su estructura vertical.
grado
tienen una
de
Lima tuviera el
estas
contaminación serian
térmicas
ciudades,
mayores,
ya que
sus la
estabiiidad de su atmósfera es más intensa. Sabiendo que el mayor productor de contaminación ciudades es el
atmosférica en nuestras
automóvil y que
en promedio se estima que una unidad es-capaz de casi
1 tonelada
de contaminantes
esta sola . causa, se toneladas, entre
emitirian
los que
40
p.p.m.,
el
se encuentran plomo
en
Lima por
anualmente unas
carbono que alcanza en las calles hasta
al afio;
generar 400,000
el monóxido
de
céntricas de la ciudad con
0.7
g/m 3.
y
los
benzopirenos 3-4 hasta 11.1 g/1000 ms . Lima no sólo tiene como fuente contaminante del aire a los aire
las
las de
emanaciones de
harina de
enterradas influye
vehículos automotores, también pescado, y
en sus la
alcantarillado.
las
falta
zonas de
de un
contaminan el
industrias, especialmente las basuras
acumuladas no
disposición final; sistema
además
completo
de
18
2.5
TRABAJO EN ALTURA DE LOS MOTORES DIESEL. La explotación de los motores de uso automotriz en
el Perú, motores
en
altura
uso, los
con
productos
cuales abastecen a de la
pasando
m.s.n.m. La de
sierra
por
interna
gue
influye
por
los
otras ciudades
de
la Carretera
superan
los
5000
trabajo de un motor
negativamente.
sólo
a
pesados el tipo de
a través
lugares
Diesel influye, no
mayoría
Lima y
altura en el proceso de
combustión
motores
su
Diesel, siendo los vehículos
más
Central,
corresponde en
En
los
el enrarecimiento
del aire, sino también a que el proceso de combustión
es
afectado,
de
debido
al
empeoramiento
del
pulverización
y al aumento
trayendo como
consecuencia la disminución de la potencia
y
de la demora
grado
del encendido,
el aumento del consumo específico de combustible. Todos los parámetros e índices de funcionamiento
son
afectados, el coeficiente
de exceso
4000 metros s.n.m., disminuye en valor normal
a
nivel del
de aire
un 40%, con respecto al
mar, ocasionando
enriquecimiento de la mezcla, aumento de las calor y
emisión de
coeficiente
humos. La
de llenado
(11 v)
(a) a
un
elevado
pérdidas de
eficiencia volumétrica disminuy·e
con la
altura,
debido a la influencia de los gases residuales gue no expulsan
totalmente y gue permanecen
o se
en el cilindro aún
19
de escape.
después de la carrera
Uno de las diferencias entre el motor Diesel con el motor de Gasolina es la demora en el encendido valor
que
trabajo
del
y
aumente
notablemente
la
del
demora
disminución de
la densidad y del flujo
con la altura,
reduce el grado de
aumentat más la demora del
hace altura
cuanto más
baja sea
que
encendido.
La
de aire aspirado
pulverización, lo que encendido. Además en la
la densidad
del
las
gotas
hace que
inyección inadecuada sea
llegará a
no
formación
combustión,
un
de
mayor
mayor desgaste de las biela-manivela.
alcanzar las
paredes
además de
el
disminuyendo así
la
una mayor
carbonilla
parte
haciéndolo
quemarse,
de expansión;
el período
eficiencia del ciclo, humos,
del dardo
se deposita parcialmente. Una
del cilindro, donde resto en
de una
acompañado
la penetración
llegando a
demasiado grande,
del combustible
esto
de combustible,
medio que
es el diámetro
llena la cámara de combustión, mas grande de
menor
de
ocasiona
altura,
la
con
temperatura
presión
condiciones
las
combustible,
del
químicas
físico-
las propiedades
y de
su estructura,
motor, de
condiciones de
de las
general
depende en
en
la
recalentamiento del
emisión
de
cámara
de
y
un
motor
piezas fundamentales del mecanismo
CAPITULO III
DESCRIPCION Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE DESCONEXION DE CILINDROS 3.1. ANTECEDENTES Uno de los principales problemas de la industria de motores de del
combustión interna
aumento de la
particular la
depende de
los
de combustible. Se
moto�es alternativos en
regímenes de
cargas
valores
búsqueda
óptimos
parciales o marchas
o muy
y en
sabe, que
gran medida
funcionamiento; si
régimen nominal o cercanos a él, los alcanzan
ser la
efectividad del funcionamiento,
de la economía
economía de los
viene a
en
el
índices de economía
cercanos
en vacío la
a
ellos;"' en
efectividad del
funcionamiento
de los
motores empeora
sustancialmente;
precisamente,
éstos
regímenes
los
frecuencia de Debido a cargas
de
mayor
funcionamiento de los motores vehiculares.
esto, los parciales
científico
son
para
regímenes de
marcha en
representan
interés
aumentar
funcionamiento de los motores.
la
vacío y
de
práctico
y
efectividad
de
21
3.2. FUNDAMENTO
TEORICO DEL TRABAJO
LOS
DE
VACIO
EN
MOTORES DIESEL Esta característica es la dependencia entre la frecuencia
rotación
de
lugar, el
primer
los
y
del combustible),
consumo
el punto
obtiene cerrando mientras que e:.iclico
inicial de
mínimo
regulador asegurando .·
cuando
el
motor de
característica se
gases hasta
el
tope,
la
cremallera
correspondiente
al
suministro
donde
trabaja
el
frecuencia
estable
dé
en
ccmbustible, minima
la
(en
Diesel cuando
el motor de
esta
mariposa de
posición
la
en
está
en
la
motor
carga (Ne=O). En el
motor está funcionando sin carburado r
índices del
rotación de ma rcha en vacío. La marcha en vacío puede ser en vacío propiamente dicho (motor de
los
sin carga) o vacío
vehículos
característica de
march a
régimen térmico del motor
Diesel en
Por
forzado (desplazamiento
pendientes en vacío
negativas).
La
también d epende
del
motor. El proceso del
vacío
es deficiente
formación del dardo de combustible y al la
combustión,
el
cual
está
trabajo de un
debido a
la mala
empeoramien to de
relacionado
disminución de la presión de inyección del
con
la
con1bustible y
del aumento del período de retraso del encendido.
22
Si analizamos las curvas (ver Fig.3.1): I.-
Variación de la presión Pp en el pulverizador, en del ángulo de giro del árbol de levas de
función
la bomba de inyección (
cf,
)•
II.- Levantamiento de la aguja del inyector, en función del ángulo de
giro del árbol
de inyección (
cf,
de levas de la
)•
III.- Diámetro medio de las gotas, según el
bomba
proceso de inyección,
Zauter, durante
en función del
ángulo de
giro del árbol de levas de la bomba de inyección. émbolo buzo,
en
función del ángulo de giro del árbol de levas de
la
IV.- Velocidad
desplazamiento
de
bomba de inyección ( V.-
Velocidad
cf,
del
) •
combustible, en función
de suministro de
del ángulo de
giro del árbol
de inyección (
cf,
de levas de la
bomba
)•
La disminución de la presión de inyección se debe a que
según el esquema IV,
del
émbolo buzo es
casi
la
1/4 de
(irregular)
la
sumamente pequeña y
velocidad en
efecto se manifiesta inyector,
la velocidad de desplazamiento
cual
disminuye hasta
el régimen
nominal; este
en el levantamiento de la aguja del se
y no llega
efectúa
en
a lograr un
como en el caso del régimen nominal.
forma
intermitente
levantamiento total
l 't tMl':11
(JI)
�\I -111
.10 10
JO
.
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y
(111111)
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\
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0,1 d,AUlt'A
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\
.
\
Fig.3.1. Variación de los parámetros inyección
-,
h
del proceso de
24
Debido a este fenómeno que se da en el proceso de trabajo en vacío de los de
las gotas
de
considerablemente
motores Diesel el diámetro medio
combustible gue
lo
(según Sauter), los
empeora
aumentan
procesos
de
formación de la mezcla y de combustión. Según estudios experimentales se ha demostrado gue el diámetro medio de las gotas de combustible es: 1
dg= f( p -P �
ce
)
Donde: dg *'F$ - Pee:
., Diámetro medio de las gotas Diferencia
de
combustible en el
del
presiones pulverizador y
presión de los gases en
la
la cámara de
combustión.
*
Estas presiones
varían instantáneamente
el proceso de inyección, es por establece la de inyección.
presión máxima
durante
este motivo gue
y la
se
presión promedio
25
Algunos.rangos de valores:
Pmáx (MPa)
Tipo de Sistema de Inyección
70 - 100
Lineal
110 - 200
Inyector Bomba
50 - 60
Para las al
Bombas rotativas o de Distribución
bombas de
petróleo Diesel
un
inyección lineal,
considerando
fluido incompresible,
se
puede
decir que Piny � nz , esto es la causa por lo que en velocidad
se
empeora
la pulverización,
y
el diámetro
medio de las gotas se incrementan notablemente, se puede apreciar en esta razón la
el gráfico III,
tal como
de la Fig.3.1
tendencia moderna es que
baja �
Por
a baja velocidad
la presión de inyección no disminuya excesivamente. En la figura 3.2, se muestra la variación de diversos parámetros así
como
de
coeficiente de
las
de funcionamiento del emisiones
exceso de aire
vacío a puede llegar a un valor un aumento
considerable de
tóxicas, (a). Para
motor Diesel,
en
función
el régimen
del de
de 5 ó más, y se aprecia
hidrocarburos libres
(C:>
CILINDROS
INICIAL DEL
DESCONEXION
DE
DE REGULACION DE
DE
LA PRESION
COMBUSTIBLE (RND).
El parámetro que permite intensificar la inyección de
combustible, de
combustible inicial
del
la
estabilizar un
ciclo
combustible
otro se
a
(Pinio) en
alimentación denomina la
de
presión
de alta
línea
presión. Durante la variación de la carga inestable el regulador mantener relaciona
frecuentemente no puede
de rotación lo
una velocidad constante con
las
cumplir su función de que se
del suministro
características
del
combustible. En los trabajos se muestra que bajo los regímenes transitorios (variación del
motor en
suministro de
función
éstos
se
del
tie�po),
combustible Diesel,
transitorios cambiando efectividad
parámetros de
de los
la
Pi nio
y la economía del
pueden
aumentar
en el
operación sistema
suceden los lo
que
de
procesos
disminuye
la
trabajo del motor Diesel;
mediante
el aumento
de
la
estabilidad de la Pini o. Especialmente, la variación notable de la Pini o, se
45
manifiesta en los regímenes de pequeñas cargas en
vacío; que es
cuando se emplea,
y marchas
preferentemente, el
Sistema de Desconexión de Cilindros El mejoramiento de la economía de los motores Diesel
en
regulación varias durante
regímenes
pequeñas
de la presión inicial
tesis el
de
profesionales, trabajo
efectuadas
como GLP,
octanaje, alcohol, etc.
mediante
la
(Pinio) se muestran en por
investigación,
de
combustibles alternativos de bajo
cargas
egresados
suministrando
kerosene, gasolinas
hacia la línea
de alta
presión. El empleo simultáneo en los motores Diesel del sistema de
desconexión cilindros
método
la
de
inyección
(RND),
sistema el presión
regulación muestra
cual deriva las
de
incrementar la
de
la
y.ciclos
(SDCC) y
el
presión
inicial
de
empleo
del
la utilidad
combustible a
cilindros
del
la línea de
desconectados,
presión inicial (Pinio)
baja
para
así
en los cilindros
que trabajan en el motor. Es conocido que en los regímenes de pequeñas cargas marchas
en
vacío
estabilidad
en
el
consumidor,
incluso
y
ocurre
una
trabajo conjunto hasta
la
disminución del
aparición
motor del
de
la
con el régimen
46
inestable.
El incremento
de
la
estabilidad
estos
en
regimenes es posible Ya sea . mediante la corrección de la de
característica
velocidad,
mediante
el
empleo
sistema RND (regulación de la presión inicial), también con el método de
del
así como
desconexión de cilindros,
el
y
empleo simultáneo de estos métodos.
3.6
POSIBILIDADES
OTRAS
DEL
EFECTIVIDAD DEL TRABAJO DE EL EMPLEO
DE
CILINDROS:
INCREMENTO LOS MOTORES
DE
LA
DIESEL CON
METODOS Y MEDIOS DE DESCONEXION
DE
En los trabajos publicados se muestra que el método de
cilindros
desconexión de
con
eficiencia en cal idad
robo,
sin
etc.;
su
mayor necesidad de
el accionamiento de simultáneo
de
electromagnético. válvulas gracias al la
LAP,
suministro
la
para
puede utilizarse
de medio de
protección anti-
embargo la
medios se diferencian
inmensa
y
potencia. Una baja
válvulas
RND
En
sistemas
estos
derivación
caída
de tales
del
aparecen en
su
y
potencia para
estos sistemas se basa
cuales la
mayoría
notablemente por su complejidad
con
en el empleo accionamiento
la
apertura
combustible
aprovechamiento del proceso los
·.,
ciclos
y
de
ocurre
hidrodinámico en
durante
el
asiento
de
corte la
del
válvula
47
impelente
de la bomba
de inyección. La
conformación de
los elementos en el sistema de desconexión con baja potencia de las
posibilidades
de cilindros,
accionamiento, permite hablar sobre
de su
empleo comandado
por sistemas
electrónicos. En los motores Diesel sobrealimentados con turbinas a gas
de impulsos
válvulas
de los
cargas,
permite
escape,
los
originan un se
aumento de
eleve
cilindros,
la
a
regímenes de
bajas
de
del
de esta forma la mejorando
los
turbina
la
gases de de gas
y
también se
logra
turbocompresor
(Pk),
su potencia y
presión
más
en V,
la energía
ingresan
dos o
en los motores
cilindros en
aumentar
cuales
incrementándose los
en motores con
impelentes, por ejemplo,
la desconexión
que
y también
cantidad de aire hacia
las
características
de
potencia, economía y toxicidad del motor Diesel. La posibilidad de aumentar la potencia de los motores
sobrealimentados
método de En una
con
turbinas
desconexión de cilindros
serie de
trabajos, el método
del motor.
acerca del
método de
(con inyección
Existen
electrónica).
con
de
regulación de la investigación
motores a
En ellos
el
un 50%.
de desconexión
trabajos de
regulación de
gas
es de hasta
cilindros y ciclos se emplea durante la potencia
a
gasolina
se muestran
que
48
cuando se tiene posible
y
válvulas)
un número
llevar a
efectivo la
de
desconexión
de
de cilindros
potencia
sus cilindros
cabo del y
las caracteristicas
dinámicas,
con la
de cilindros
desconexión
programas de
de control
cilindros
y
regulación (sin
motor,
mediante
la vibración
�eparados
estables.
también en
es
la
también
la
del se
motor
proponen
desconexión-conexión para
regulación de la potencia, no solamente en transitorios, sino
y más
ciclos. Considerándose
periódico de
ciclos
de 6
asegurar
la
los regimenes
los regímenes
de trabajo
CAPITULO IV
METODOLOGIA EXPERIMENTAL COMBUSTIBLE
Y
LA
HUMEADO,MEDIANTE
EL
PARA EL
INFLUENCIA USO DEL
ESTUDIO DEL AHORRO DE EN
SDC,
LOS EN UN
CARGA MARCA SCANIA MODELO 110 SUPER. 4.1. ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL VEHICULO 4.1.1. CARACTERISTICAS TECNICAS DEL VEHICULO Clase:
Camión
Marca:
Scania Vabis
Modelo:
110 Super
Tipo de cárrocería:
Baranda
Año de fabricación:
1,970
Número de ejes:
3
Número de ruedas:
10
Fórmula de tracción:
6 X 2
Peso seco (tara):
10,450 .kg
Peso Neto (carga útil):
20,000 kg
Peso·bruto:
30,450 kg
Largo máximo:
13.70 m
Ancho máximo:
2.5 m
Altura máxima:
3.6 m
NIVELES
DE
VEHICULO DE
50
4.1.2. CARACTERISTICAS TECNICAS DEL MOTOR Modelo:
DSll Turboalimentado
Tipo de inyección:
Directa, 4 tiempos
Número de cilindros:
6 en línea
Diámetro del cilindro:
127 mm
Carrera del pistón:
145 mm
Cilindrada:
11.02 dm3
Potencia a 2000 rpm:
224 kW (305 CV)
Par Motor a 1300 rpm:
1235 N-m (126 kg.m)
Consumo específico de combustible:
204 g/kW.h
(15Ó g/CV.h)
1500 rpm Orden de funcionamiento: 1-5-3-6-2-4 Relación de compresión:
15:1
Rotación baja:
500 rp�
Rotación alta:
2000-2200 rpm
Válvula de admisión: - Holgura de calibración:
0.45 mm
- Angulo de la cara:
19.5 º
- Diámetro de cabeza:
54 mm
Válvula de escape: - Holgura de calibración:
0.8 mm
- Angulo de la cara:
45.5 º
- Diámetro de cabeza:
45 mm
Avance de la inyección:
250 APMS
Presión de inyección :
220 kg/cm2
a
'·
POT&NCIA
cv
320 300
kW
·240,
220
2SO
260 240 220
1eo
160
140 130
200
120 100
-110 100
160
90 140 120
00 70
·oo
600
60
100 CONSUMO
g/cvh
00