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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS www.transportlearning.net con el apoyo de: COMBUSTIBLES CONVENCIONALES Carlos Sousa AGENEAL, Agencia Municipal de.

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1 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: COMBUSTIBLES CONVENCIONALES Carlos Sousa AGENEAL, Agencia Municipal de Energía de Almada

2 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: MOTORES DIÉSEL Y DE GASOLINA Ciclo de 4 tiempos Componentes principales Sistemas auxiliares

3 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos ADMISIÓN Entrada de aire en la cámara de combustión

4 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: COMPRESIÓN Con todas las válvulas cerradas, el pistón sube, comprimiendo el aire en el interior del cilindro Aumentan la presión y la temperatura del aire. DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos

5 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: INYECCIÓN Una vez comprimido el aire, se inyecta el combustible a alta presión en el cilindro. DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos

6 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EXPLOSIÓN Se produce el encendido al entrar en contacto el combustible con el aire caliente. Se transmite la energía mecánica generada al motor. DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos

7 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: ESCAPE Después de la combustión, los gases calientes salen del cilindro por las válvulas de escape. DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos

8 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: ADMISIÓNCOMPRESIÓNEXPLOSIÓNESCAPEINYECCIÓN DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos

9 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Relación de Compresión =

10 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: COMPONENTES PRINCIPALES DEL MOTOR

11 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Pistón – Transmite el movimiento a la biela Biela – Transmite el movimiento al cigüeñal Cigüeñal – Transforma el movimiento alterno en rotatorio COMPONENTES DEL MOTOR

12 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de:

13 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de:

14 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de:

15 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Distribución (apertura y cierre de las válvulas) Sistema de refrigeración (evita el sobrecalentamiento de los componentes) Lubricación (reduce el rozamiento, limpia los componentes, etc.) Combustible (admisión de combustible) PRINCIPALES SISTEMAS AUXILIARES

16 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Doble Árbol de Levas en Cabeza (DOHC) Leva Lateral DISTRIBUCIÓN

17 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: DISTRIBUCIÓN

18 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Objetivos SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN 1. Enfriar los componentes del motor: mantener el motor a una temperatura de funcionamiento adecuada (p.ej. evitar que se fundan los componentes) mantener las propiedades físicas y químicas del aceite lubricante (una excesiva temperatura podría deteriorarlo) 2. Proporcionar calor para climatizar el interior del vehículo 3. Mejorar el arranque en frío

19 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Bomba de agua Termostato Radiador Ventilador Circuito de calefacción SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

20 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: La función del aceite de motor va más allá de la mera lubricación. El aceite también debe tener: Gran capacidad detergente y dispersante Gran capacidad anti-oxidante Buena capacidad de refrigeración (ayuda a refrigerar el motor) Buena capacidad de neutralizar ácidos Capacidad de mantener sus propiedades ante cambios de temperatura (en frío y en caliente) SISTEMA DE LUBRICACIÓN

21 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: SISTEMA DE LUBRICACIÓN

22 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: SISTEMA DE COMBUSTIBLE Objetivo: Introducir combustible en el motor para su mezcla con el aire caliente en el interior del cilindro y posterior evaporación, auto-ignición y combustión

23 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: 1. Inyección indirecta 2. INYECCIÓN DIRECTA Inyección directa en los cilindros Mayor presión de inyección Tecnología más cara y exigente Múltiples inyectores de compresión SISTEMA DE COMBUSTIBLE

24 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: DirectaIndirecta Pérdidas Menor pérdida de temperatura Mayor pérdida de temperatura entre cámaras Rendimiento MayorMenor Régimen Régimen de revoluciones más lento Régimen de revoluciones más rápido Combustible Necesita combustibles de mayor calidad Funciona con combustibles de menor calidad (viscosidad, índice de cetano) Inyección Multipunto – varios inyectores (mayor presión de inyección) Monopunto – 1 inyector (menor presión de inyección) INYECCIÓN DIRECTA vs. INYECCIÓN INDIRECTA

25 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: VentajasInconvenientes Menor consumo de combustible Precio PotenciaRuido Arranque en fríoVibraciones INYECCIÓN DIRECTA vs. INYECCIÓN INDIRECTA

26 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: INYECCIÓN DIRECTA

27 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Turbulencias (squish) y remolinos (squirl) del aire en la cámara de combustión INYECCIÓN DIRECTA

28 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN Bomba radial y en línea Bomba-inyector Conducto común (common-rail)

29 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN Bomba en línea bares bares en la punta del inyector

30 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN Bomba radial bares en la punta del inyector

31 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: SISTEMAS DE INYECCIÓN Ventajas Sin tuberías Mayor presión de inyección Menor consumo de combustible Mejor par y potencia a regímenes de revoluciones bajos Bomba-inyector 2000 bares

32 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: SISTEMAS DE INYECCIÓN Conducto Común (Common-Rail) bares Ventajas Mejor control de la inyección Disminución del ruido y de la vibración Buen consumo de combustible Buen par y potencia Disminución de emisiones contaminantes

33 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: ADMISIÓN EN LOS MOTORES DE GASOLINA Un motor de gasolina puede admitir: Una mezcla de aire y combustible Aire, con inyección directa del combustible al interior del cilindro – Motores de Inyección Directa Source: Total

34 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TURBOCOMPRESIÓN Objetivo: Aumentar la relación potencia/peso Un compresor aumenta la densidad del aire antes de su admisión en los cilindros Desventajas (en relación con los motores atmosféricos sin turbocompresor): Mayor complejidad y coste Mayor esfuerzo físico y térmico del motor Ventajas: Mayor par y potencia Mejor consumo de combustible

35 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TURBOCOMPRESIÓN

36 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TURBOCOMPRESIÓN

37 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Geometría variable Mayor par en todos los regímenes de revoluciones por minuto Mejor consumo de combustible Mayor potencia TURBOCOMPRESIÓN

38 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: TURBOCOMPRESIÓN INTERENFRIADOR O INTERCOOLER Objetivo: Aumentar la relación potencia/peso Enfría el aire después de la compresión antes de su admisión en los cilindros: Admisión de una mayor masa de aire en los cilindros Mayor consumo Mayor par Mayor potencia

39 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES La combustión en los motores Diésel se caracteriza por una alta concentración de gotículas de combustible (baja vaporización del combustible). Principales contaminantes: Partículas (PM) Hidrocarburos sin quemar (HC) Monóxido de carbono, (CO) Óxidos de nitrógeno (No x )

40 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES Control de las emisiones: Recirculación de los gases de escape (EGR) Filtro de partículas Convertidor catalítico

41 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES Control de las emisiones Diésel: Recirculación de los gases de escape o EGR (evita la formación de NO x ) Filtros de partículas, activos y pasivos (disminución de PM) Convertidor catalítico de oxidación (reducción de HC y CO) Reducción catalítica selectiva o SCR (transforma el NO x en N 2 y H 2 O) Petrol: Convertidores catalíticos con tres vías Catalizadores de oxidación (transforma CO y HC en CO 2 y H 2 O) Catalizadores de reducción (transforma NO en N 2 y O 2 )

42 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Calidad del combustible Diésel: El Diésel es un derivado del cetano (C 10 H 22 ) Cetanaje o Índice de cetano: Indica la mayor o menor capacidad de autoignición del combustible ( menor lapso hasta la autoignición) 15: Baja capacidad de autoignición: isocetano 100: Alta capacidad de autoignición: cetano Menor índice de cetano requerido: 51 Contenido de azufre: Menos de 50 ppm combustible de bajo contenido en azufre Eliminación de las emisiones de dióxido de azufre (SO 2 ) Reducción de las emisiones de PM Menos de 10 pmm: Combustible sin azufre (a partir de 2009)

43 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Regeneración por filtro

44 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: HCCONO x PM Diésel Gasolina FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES

45 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: NORMAS EUROPEAS SOBRE EMISIONES NormaAñoCOHCHC + No x No x PM Euro ,72-0,97-0,14 Euro 2 - IDI19961,00-0,70-0,08 Euro 2 - DI19991,00-0,90-0,10 Euro ,64-0,560,500,05 Euro ,50-0,300,250,025 Vehículos de pasajeros Diésel 2,5t (valores en g/km)

46 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EFICIENCIA ENERGÉTICA PAR Energía generada por el motor en una revolución, resultante de la combustión del combustible [kg.m o N.m]. 1 kg.m=9,8 N.m Cuanto más alto el par, mayor es la eficiencia del motor a un régimen de revoluciones determinado. POTENCIA Energía generada por unidad de tiempo [W o CV]. 1kW = 1,36 CV 1 CV = 0,736 kW

47 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EFICIENCIA ENERGÉTICA Curva de par de giro Muestra la distribución del par a cualquier régimen de revoluciones, a plena carga. Debería ser lo más baja posible, lo que significa buena respuesta del motor a cualquier régimen de revoluciones. RPM x N.m (o kg.m).

48 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EFICIENCIA ENERGÉTICA Curva de potencia Muestra la distribución de la potencia en cualquier régimen de revoluciones, a plena carga. RPM x kW (o CV).

49 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EFICIENCIA ENERGÉTICA Emisiones de CO 2 por litro: la gasolina supera ligeramente al Diésel Emisiones de CO 2 por km: menor consumo de Diésel y menor emisión La eficiencia energética es una función de las relaciones de compresión Los motores Diésel utilizan una relación variable de combustible y aire Los motores de gasolina utilizan una relación constante de aire y combustible (estequiométrica de 14,7 a 1), independientemente de la velocidad y la carga El tipo de admisión de los motores Diésel permite que la relación de aire y combustible en régimen de ralentí pueda descender hasta 100 a 1, siendo su eficiencia de consumo mucho mayor que la de los motores de gasolina

50 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EFICIENCIA ENERGÉTICA Relación de compresión Rendimiento teórico del motor Motores Diésel Motores de gasolina

51 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: EFICIENCIA ENERGÉTICA Trabajo útil Proceso ideal Pérdidas por mezcla Pérdidas por combustión Variaciones de velocidad Pérdidas Pérdidas por fricción Pérdidas 87% Motor de gasolina, conducción en ciudad

52 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: DIÉSEL vs. GASOLINA DiéselGasolina Admisión AireAire y combustible Combustión Autoignición provocada por la alta presión y temperatura en el interior del cilindro Encendido por bujías Combustible Debe ser de vaporización fácil y favorecer la autoignición (cetanaje alto) Debe ser resistente a la autoignición (octanaje algo) Relación de compresión La máxima posible (15 a 24) Limitada por las características del combustible (9 a 12) Eficiencia ~35%Menor de 30% Turbocompresión Siempre que sea posible. Aumenta la eficiencia y mejora la combustión Solución poco frecuente, pero cada vez más popular

53 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: DIÉSEL vs. GASOLINA DiéselGasolina Consumo MenorMayor Precio Normalmente menor, pero depende de los impuestos con que se grave en cada país Mayor Peso Más pesadoMás ligero y compacto Arranque Cuasi-inmediatoInmediato Nivel de vibración y ruido AltoBajo Velocidad del motor Limitada por las características del combustible y del ciclo Alta

54 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL - CURIOSIDADES En 1976, Volkswagen presentó la denominación GTI, pero no la registró. Casi todos los fabricantes la utilizaron. Sin embargo, en 1991, Volkswagen presentó la denominación TDI, pero esta vez sí la registró. El resultado fue el siguiente …

55 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL - CURIOSIDADES TDI – VAG GroupTiD - Saab JTD - Alfa, Fiat, LanciaD- 4D - Toyota d - BMWD5- Volvo CRD - Chrysler, JeepHDI - Peugeot, Citroën TDdi - FordDi-D – Mitsubishi TDCi - ForddTi - Renault CDTi - HondadCi - Renault CRDi - HyundaiCDT – Rover DvTdi – Mazda DTI – Opel DiTD – Mazda CDI – Mercedes DDTi – Nissan

56 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Resumen Ventajas de los motores Diésel: Mejor eficiencia energética: menor consumo de combustible/uso de energía (funciona con relaciones de compresión mayores) Ventajas de los motores de gasolina: Mejor arranque en frío Menor nivel de ruido y vibraciones Mayor elasticidad (velocidades de motor más altas) Más ligero Más potencia con un mismo tamaño de motor

57 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Resumen La tendencia actual en motores y tecnologías Diésel se dirige a: mejorar la pulverización del combustible (mayor presión de inyección) mejorar el flujo en el interior del cilindro optimizar la inyección para reducir el ruido y las vibraciones maximizar la potencia y el par sin sacrificar la economía de combustible (optimizar la turbocompresión) optimizar la inyección de combustible para reducir el consumo de combustible (p.ej. tecnologías de inyección)

58 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: La tendencia actual de las petroleras se dirige a: Aumentar el cetanaje Reducir el contenido de azufre Resumen

59 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: Nuestro agradecimiento al Profesor Tiago Farias Universidad Técnica de Lisboa

60 COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS con el apoyo de: ¡Muchas gracias por su atención!


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