Lab 3 Informes.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

ASIGNATURA: LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA 3 DOCENTE: ING. SILVA VIDAL, Lester TEMA: BIOCOMBUSTIBLES ALUMNOS: ALCA MAMANI, Patricia Ruth LUPINTA CUTIPA, Alex Franklin PUMACHARA VILLAGRA, Marc Daniel VARGAS VILCA, Julio Jampierr

AREQUIPA-PERÚ 2019

I.

INDICE

Contenido I.

INDICE ......................................................................................... 2

II.

MARCO TEORICO ........................................................................ 3

1.

BIOCOMBUSTIBLES: ............................................................. 3

2.

OBTENCION:............................................................................ 3

3.

PROCESO: ............................................................................... 4 3.1

Preparación de bioetanol: ............................................... 4

a.

Reacción: ........................................................................... 4

b.

Lavado: .............................................................................. 5

c.

Secado: .............................................................................. 5

d.

Almacenamiento:.............................................................. 6

VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ............................................. 6

4.

4.1

Ventajas ............................................................................. 6

4.2

Desventajas ...................................................................... 6

5.

TIPOS ........................................................................................ 7

6. PANORAMA GLOBAL DE LA INVERSION EN BIOCOMBUSTIBLES .................................................................... 10 7.

PRECIOS ................................................................................ 11

8.

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA .................................. 11

9.

FORMAS DE APROVECHAMIENTO ................................. 12

10.

ALMACENAMIENTO ......................................................... 13

11.

TRANSPORTE ................................................................... 14

12.

BIOCOMBUSTIBLES EN EL PERU ............................... 14

13.

NORMATIVA ....................................................................... 16

14.

TENDENCIA ....................................................................... 17

III.

REFERENCIAS .................................................................. 18

II.

MARCO TEORICO 1. BIOCOMBUSTIBLES: Los biocombustibles son combustibles de origen biológico obtenido de manera renovable a partir de restos orgánicos. Estos restos orgánicos proceden habitualmente del azúcar, trigo, maiz o semillas oleaginosas. Todos ellos reducen el volumen total de CO2 que se emite en la atmósfera, ya que lo absorben a medida que crecen y emiten prácticamente la misma cantidad que los combustibles convencionales cuando se queman, por lo que se produce un proceso de ciclo cerrado. Los biocombustibles son a menudo mezclados con otros combustibles en pequeñas proporciones, 5 o 10%, proporcionando una reducción útil pero limitada de gases de efecto invernadero. En Europa y Estados Unidos, se ha implantado una legislación que exige a los proveedores mezclar biocombustibles hasta unos niveles determinados. Esta legislación ha sido copiada luego por muchos otros paises que creen que estos combustibles ayudarán al mejoramiento del planeta a través de la reducción de gases que producen el denominado ‘Efecto Invernadero’. 2. OBTENCION: Para la obtención de los biocombustibles se pueden utilizar especies de uso agrícola tales como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, o plantas oleaginosas como la soja, girasol y palmas. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos. Al utilizar estos materiales se reduce el CO2 que es enviado a la atmosfera terrestre ya que estos materiales van absorbiendo el C02 a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los combustibles convencionales en el momento de la combustión. En Europa y Estados Unidos han surgido diversas normativas que exigen a los provedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varian del 5 al 10%. Según la naturaleza de la biomasa y el tipo de combustible deseado, se pueden utilizar diferentes métodos para obtener biocombustibles: procesos mecánicos (astillado, trituración, compactación), termoquímicos (combustión, pirolisis y gasificación), biotecnológicos (micro bacterianos o enzimáticos) y extractivos. Cada uno de estos procesos se inicia con la biomasa vegetal que se forma a partir del proceso de

fotosíntesis, con el aporte de la energía solar que captan y transforman estos organismos. Cada técnica depende del tipo de biomasa disponible. Si se trata de un material seco puede convertirse en calor directo mediante combustión, el cual producirá vapor para generar energía eléctrica. Si contiene agua, se puede realizar la digestión anaeróbica que lo convertirá en metano y otros gases, o fermentar para producir alcohol, o convertir en hidrocarburo por reducción química. Si se aplican métodos termoquímicos es posible extraer metanol, aceites, gases, etc. El método de la digestión por el cual se obtiene biogás es el más empleado 3. PROCESO: 3.1 Preparación de bioetanol: Moler el grano de maíz (con o sin el germen) y cocinar hasta dar una pasta. Agregar la enzima diastasa en forma de malta (cebada germinada, secada y molida) y mantener la mezcla a 40 ºC hasta que todo el almidón se haya convertido en el azúcar maltosa (esto puede verificarse con el agregado de reactivo de Lugol). La solución obtenida se conoce con el nombre de mosto. Enfría a 20 ºC, diluir a un 10 % de maltosa y agregar un cultivo puro de levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae). La levadura produce dos enzimas, maltasa, que convierte la maltosa en glucosa y Zimasa, que convierte la glucosa en dióxido de carbono y alcohol. La temperatura debe mantenerse por debajo de los 32 ºC para evitar la destrucción de las enzimas. Después de 40-60 horas la fermentación estará completa. Separar por filtración el líquido del material sólido y destilarlo mediante destilación fraccionada. Primero destilará una pequeña cantidad de acetaldehído (p.eb 21 ºC) y a continuación alcohol de 95 %. Una mayor purificación puede hacerse mediante una destilación fraccionada del producto de la destilación anterior 3.2 Preparación de biodiesel: Los reactivos de partida van a ser aceite vegetal o grasa animal, alcohol metílico e hidróxido de sodio. a. Reacción: - A partir de aceite nuevo Disolver 3,5 g de hidróxido de sodio en 200 cm3 de metanol (se formará metóxido de sodio). Agregar esa solución a 1 litro de aceite vegetal contenido en un balón y calentar la mezcla entre 45ºC y 50ºC agitando durante una hora. Dejar reposar. Se observará la formación de dos fases: la superior es el biodiesel y la inferior la glicerina. Separarlas utilizando una ampolla de decantación. - A partir de aceite usado

Si bien la técnica de preparación es similar, deben llevarse a cabo algunas operaciones previas: - Filtrar el aceite para separar posibles restos de sólido. - Debe titulárselo tomando 1 cm3 de aceite disuelto en 10 cm3 de iso-propanol y agregando solución de hidróxido de sodio 0,1% P/V gota a gota hasta viraje del indicador fenolftaleína. - La cantidad de hidróxido de sodio a usar se basa en el resultado de la titulación anterior. Se usará 1 gramo de NaOH por cada cm3 gastado en la titulación, sumado a la cantidad mencionada en la técnica anterior (3,5 gramos por cada litro de aceite). - Calentar el aceite a 100ºC durante unos minutos para secarlo y luego enfriar hasta 45-50ºC. En ese punto agregar la solución de metóxido de sodio y continuar como en el caso anterior. Una vez terminada la reacción se la deja reposar, al cabo de una hora la glicerina se deposita en el fondo del recipiente, mientras que en la parte superior se encuentra el biodiesel. La soda cáustica y el alcohol en exceso (en cualquiera de los casos el metanol se agrega en exceso) se encuentra en la fase de la glicerina, pero muy poco queda en el biodiesel, por lo que es necesario lavar el combustible. b. Lavado: El lavado tiene como objetivo eliminar todos aquellos compuestos disueltos en el biodiesel, estos pueden ser la soda cáustica, la glicerina, el alcohol, y el jabón que se pudo haber formado en la reacción. Todos ellos presentan una buena solubilidad en agua y mala en biodiesel; así, sabiendo que el biodiesel es insoluble en agua, el lavado consiste simplemente en agregarle agua al combustible y agitarlo bruscamente por un tiempo de cinco minutos. Al dejar reposando para separar las fases, el agua con las impurezas irá al fondo del recipiente y el biodiesel quedará en la parte superior. El lavado se debe repetir hasta que el agua se observe limpia (libre de jabón), generalmente con dos lavados es suficiente. 107 El lavado es la primera prueba de calidad del biocombustible, si al agitarlo con agua, el biodiesel posee mucho jabón, la emulsión que se forma no se separa o tarda mucho en separarse, si el biodiesel obtenido es de buena calidad la separación se logra en unos minutos. c. Secado: Antes de utilizar el biodiesel en el motor, es vital extraer toda el agua del combustible, pues el agua puede resultar muy dañina para el motor. El secado con burbuja consiste en conectar un compresor de

aire a un trozo enrollado de tubería de cobre con pequeños agujeros. Aquí es importante tener un recipiente ancho para crear la mayor superficie de contacto posible entre el aire y el biodiesel. También es importante tener un sistema de burbujeo que pueda trasmitir burbujas a través de todo el biodiesel. Este método se basa en crear una interfase entre el biodiesel y el agua para contribuir a que esta se evapore del biodiesel. d. Almacenamiento: El biodiesel obtenido de esta forma no requiere un almacenaje especial. Ya puro o en mezcla con gasoil puede ser almacenado igual que este último, excepto en tanques de concreto. En niveles altos de mezcla puede deteriorar gomas o materiales de poliuretano. Al tener una temperatura de autoignición elevada, resulta seguro para el transporte y se manipula como el gasoil. 4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS: 4.1 Ventajas  Permite el cierre del ciclo de carbono (CO2), lo que contribuye a la estabilización de la concentración de este gas en la atmósfera (esto ayuda a frenar el calentamiento global).  En ciertas ocasiones una amplia zona para el cultivo de plantas puede utilizarse para la producción de biocombustibles.  Generación de empleo e ingresos en el campo (esto evita el colapso en los núcleos urbanos).  Menor inversión financiera en investigación (las investigaciones de prospección de petróleo son muy dispendiosas).  El biodiesel sustituye a la gasolina diesel sin necesidad de ajustes en el motor.  Reducción de basura en el planeta (puede ser utilizada para la producción de biocombustibles). Manejo y almacenamiento más seguro que los combustibles fósiles. 4.2 Desventajas  Consume grandes cantidades de energía para producirse.  Aumento del consumo de agua (para el riego de cultivos).  Reducción de la biodiversidad.  Las culturas para producción de biocombustibles consumen muchos fertilizantes nitrogenados, con liberación de óxidos de nitrógeno, que también contribuyen al efecto invernadero.  Devastación de áreas forestales (grandes consumidores de CO2) para la siembra de

los cultivos involucrados en la producción de biocombustibles.  Posibilidad de reducción de la producción alimentaria a expensas de la producción de biocombustibles creciente, que puede contribuir a aumentar el hambre en el mundo y el encarecimiento del precio de los alimentos.  Contaminación de las aguas subterráneas por nitritos y nitratos de los fertilizantes. La ingestión de estos productos causa problemas respiratorios, debido a la producción de metahemoglobina (hemoglobina oxidada).  La quema de caña de azúcar libera grandes cantidades de nitrógeno gaseoso, que regresa al ambiente en forma de lluvia seca de fertilizantes. En los ambientes acuáticos, el efecto es muy rápido: proliferación de algas, con liberación de toxinas y consumo de casi todo el oxígeno del agua, lo que provoca la muerte de un gran número de especies. 5. TIPOS Primera, segunda y tercera generacion Dependiendo de la materia prima utilizada en su producción se dividen en combustibles de primera generación, segunda y tercera generación. Dentro del primer grupo encontramos a los biocombustibles provenientes de cultivos alimenticios, entre las que encontramos cultivos como caña de azúcar o la remolacha, girasol y las semillas de cártamo, entre muchos otros. La segunda generación de biocombustibles se refiere a aquellos que pueden obtenerse a través de materias primas que pueden convertirse en celulosa, como por ejemplo los desechos de cultivos de maíz, trigo, e incluso aserrín. Finalmente, la tercera generación de biocombustibles es la que pretende obtenerlos desde cultivos específicos como las algas en cuyo caso los hace especialmente interesantes ya que la obtención del combustible no compite con la producción de alimentos; el mycodiesel que se deriva del hongo Gliocladium Roseum, que crece en la Patagonia Argentina y Chilena, tiene la característica venajosa de poder digerir directamente la

celulosa directamente de las plantas sin necesidad de un proceso previo; también se ha logrado producir combustible biológico a través de una modificación genética realizada la Escherichia coli, se ha logrado que en el proceso de digestión, esta bacteria logre digerir el azúcar y transformarla en una especie de biodiesel, en lugar de transformarla en grasa que es su función natural. Tanto los combustibles de segunda como de tercera generación se

encuentran

en

fase

experimental

y

aún

no

son

económicamente rentables, aunque sí tienen un futuro promisorio dada la velocidad de desarrollo de las tecnologías de investigación y aplicación en métodos productivos. Bioetanol, biodiesel y biogas. Los biocombustibles provienen de diversas fuentes del reino animal y vegetal y los productos obtenidos como combustibles son bioetanol, biodiesel y biogás. El bioetanol es un alcohol etílico anticorrosivo y oxigenante, de alta pureza, que se obtiene a partir de material vegetal renovable. Se emplea en porcentajes de entre el 5% (E5) al 20% (E20) mezclado con nafta, el bioetanol funciona como oxigenante y eleva la potencia de combustión, sustituyendo al componente tradicional (éter metil tert-butílico MTBE) que es altamente contaminante, por lo que las gasolinas mezcladas con bioetanol son menos agresivas con el medio ambiente; aunque en Brasil por ejemplo, es común utilizarlo de manera pura (E100) como combustible, lo que requiere vehículos preparados para este uso. El biodiesel se obtiene de aceites, que pueden provenir de semillas, aceite usado de cocina, o aceites animales; si el aceite es reutilizado, debe pasar por un proceso de limpieza y filtrado, una vez que el aceite base está limpio, se somete al proceso principal conocido como transesterificación en el que se separan sus componentes, resultando en biodiesel y glicerina. Por su parte, el biogás puede ser obtenido de los desechos orgánicos de la basura de las ciudades con una inversión

relativamente baja; se trabaja en los sitios donde se arrojan los residuos, creando confinamientos sellados en los tiraderos, donde los desechos orgánicos que se descomponen generan gas metano. Este gas es procesado y utilizado para generar electricidad.ependiendo de la materia prima utilizada en su producción se dividen en combustibles de primera generación, segunda y tercera generación. Dentro del primer grupo encontramos a los biocombustibles provenientes de cultivos alimenticios, entre las que encontramos cultivos como caña de azúcar o la remolacha, girasol y las semillas de cártamo, entre muchos otros. La segunda generación de biocombustibles se refiere a aquellos que pueden obtenerse a través de materias primas que pueden convertirse en celulosa, como por ejemplo los desechos de cultivos de maíz, trigo, e incluso aserrín. Finalmente, la tercera generación de biocombustibles es la que pretende obtenerlos desde cultivos específicos como las algas en cuyo caso los hace especialmente interesantes ya que la obtención del combustible no compite con la producción de alimentos; el mycodiesel que se deriva del hongo Gliocladium Roseum, que crece en la Patagonia Argentina y Chilena, tiene la característica venajosa de poder digerir directamente la celulosa directamente de las plantas sin necesidad de un proceso previo; también se ha logrado producir combustible biológico a través de una modificación genética realizada la Escherichia coli, se ha logrado que en el proceso de digestión, esta bacteria logre digerir el azúcar y transformarla en una especie de biodiesel, en lugar de transformarla en grasa que es su función natural. Tanto los combustibles de segunda como de tercera generación se

encuentran

en

fase

experimental

y

aún

no

son

económicamente rentables, aunque sí tienen un futuro promisorio dada la velocidad de desarrollo de las tecnologías de investigación y aplicación en métodos productivos.

6. PANORAMA GLOBAL DE LA INVERSION EN BIOCOMBUSTIBLES Actualmente todas las energías renovables juntas proveen alrededor del 19% de la energía mundial. De ellas, la mayor parte está representada la biomasa tradicional (principalmente leña) y sólo el 0.8% de la energía total proviene de los biocombustibles (datos actualizados al año 2013). Según muestra el informe de Tendencias Globales de Inversión en Energía Renovable 2013, publicado por la UNEP (Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente PNUMA), la inversión en biocombustibles tuvo su pico más alto durante en el año 2007, 28.2 mil millones de dólares fue la cifra que ese año se dedicó a las nuevas inversiones en biocombustibles. Hasta el año 2010 el primer lugar sin disputa lo mantuvo la inversión en energía eólica, a partir del año 2010 en adelante el financiamiento a nuevas inversiones se movilizó hacia la energía solar.

La industria Capacidad Instalada La capacidad total de las aproximadamente 650 plantas de etanol que operan globalmente es de unos 100 mil millones de

litros, pero algunas operan debajo de su capacidad instalada y otras han cerrado debido a las fluctuaciones en la demanda y otros temas que atañen a la sustentabilidad ambiental del producto. A nivel global, se han continuado abriendo plantas nuevas de etanol, como las de la empresa Green Future, con una capacidad de 54 mil millones de litros/año abierta en Filipinas en enero de 2013. Mientras la demanda por biodiesel continua aumentando, nuevas plantas se abren alrededor del mundo. Por ejemplo, Cargill abrió su primer planta de biodiesel usando poroto de soja en Brasil, y Lignol Energy, de Canadá invirtió 1.2 millones de dólares para reabrir una planta con capacidad de 150 millones de litros/año en Darwin Australia. 7. PRECIOS

El precio promedio mundial en 2012 del etanol rondó los 85 centavos de dólar por litro; presentando un aumento constante desde el año 2006 en que se encontraba en USD 0.41/litro. El precio promedio mundial del biodiesel para el año 2012 se ubicó alrededor de USD 1.5/litro. 8. APLICACIONES EN LA INDUSTRIA El biodiesel puede utilizarse sin problemas en un motor diesel en forma 100% pura. Sin embargo, normalmente se utiliza mezclado con diesel común en una proporción de 10% de biodiesel, de manera de disminuir el consumo del combustible fósil. Como las propiedades son similares, no hay problemas al utilizarlos en conjunto. Entre las aplicaciones del biodiesel, están el transporte urbano en ciudades con altos índices de smoke, transporte en aeropuertos, navegación en lagos, etc., en general, en áreas donde el impacto ambiental sea importante.

En el sector de los transportes, pueden establecerse diversas opciones de uso en función de la morfología del biocombustible:  

Los biodiésel suelen utilizarse como sustitutivo del gasóleo en proporciones inferiores al 50%. La principal salida del bioetanol es la síntesis de ETBE, elemento aditivo de la gasolina que permite la sustitución hasta niveles del 10%.

9. FORMAS DE APROVECHAMIENTO Los biocombustibles ofrecen muchos beneficios. Al reducir la demanda de petróleo los biocombustibles podrían volver más seguro el abastecimiento de energía. Su uso también reduciría los costos de importación a países con déficit de energía y ofrecería mejores balanza comercial y balanza de pagos. Todos estos desarrollos descongelarían la escasez de recursos para otras necesidades apremiantes. Las emisiones de gases invernadero, monóxido de carbono y particulados podrían reducirse de forma significativa. Y los biocombustibles también mejoran el desempeño de los vehículos; de hecho, la lubricidad del biodiésel extiende la vida de los motores diésel. Hay potenciales beneficios para el desarrollo agrícola y rural, incluyendo nuevos trabajos y la generación de ingreso, lo que indudablemente ayuda a alcanzar las Metas de Desarrollo del Milenio.

Además, moverse hacia los biocombustibles creará nuevas industrias y traerá un aumento en la actividad económica. También debiera brindar oportunidades para el comercio de carbono a muchos países africanos. Los biocombustibles son renovables y tanto el bioetanol, como el biodiésel son de combustión limpia. Otra aspecto importante es que pueden comercializarse más fácil que otras alternativas, porque pueden almacenarse y distribuirse usando infraestructura existente. Los biocombustibles debieran tener un rol significativo en las políticas de cambio climático y esto ciertamente abrirá oportunidades para el desarrollo de los biocombustibles en países en desarrollo, incluyendo los de África. 10. ALMACENAMIENTO El biodiesel puro no es tóxico, es biodegradable y es mucho menos irritante para la piel que el diesel. Sin embargo, las mismas normas de seguridad que se refieren al diesel se aplican también al uso de mezclas de biodiesel. La siguiente lista resume algunas cuestiones de seguridad:  Cuando se manipula biodiesel se recomienda usar guantes revestidos con PVC, así como lentes de seguridad.  Almacenar en recipientes cerrados, ventilados.  Mantener alejado de agentes oxidantes, calor excesivo, y de fuentes de ignición.  Almacenamiento, llenado y el uso debe ser en lugares bien ventilados protegidos de sol directo.  No guardar o use cerca del calor, chispas o llamas Se aconseja almacenarlo por un tiempo promedio de entre 3 y 6 meses utilizando aditivos para estabilizarlo. Esto es válido también para las mezclas (una vida más prolongada puede lograrse con la adición de estabilizantes). Normalmente el biodiesel producido tiene estabilidad en sus propiedades bajo condiciones normales de almacenamiento, sin formación de productos insolubles de degradación, aunque algunos reportes sugieren que el biodiesel puede degradarse más rápido que el diesel. El biodiesel que va a ser almacenado por periodos prolongados se debe seleccionar cuidadosamente para evitar

aumento de acidez, viscosidad y formación de sedimentos, que puede taponar los filtros afectando la operación de la bomba de combustible, y/o obstruir los inyectores cuando esté en funcionamiento en el motor. 11. TRANSPORTE Con respecto a las tuberías se tiene que pueden ser fabricadas de aceros al carbono utilizados convencionalmente en tuberías para el transporte de hidrocarburos, tales como: ASTM A-312, 316L, ASTM A-53 A y B, ASTM A-106 gr. B. Además pueden ser de fibra de vidrio, materiales termoplásticos compatibles con biodiesel y en casos especiales, por su elevado precio, acero inoxidable. No se deben utilizar tuberías de cobre, reguladores de bronce y accesorios de cobre. Debido a que el combustible y los accesorios reaccionan cambiando de color, además los insolubles formados pueden taponar los filtros de combustible. Si hay un derrame, es importante limpiar rápidamente. El biodiesel puro puede remover la pintura de las estructuras y dañar el concreto (pinturas no compatibles con biodiesel).

12. BIOCOMBUSTIBLES EN EL PERU La FAS Lima entiende que Perú no va a producir biodiesel en CY 2014, ni tampoco es probable produzca biodiesel en CY 2015. Fuentes indican que a pesar de la existencia de la ley de promoción de biocombustibles que prioriza la producción nacional de biodiesel y las adquisiciones, los distribuidores locales de los combustibles continuarán importando biodiesel argentino más asequible. FAS Lima pronostica CY 2015 las importaciones de biodiesel se mantendrán en un nivel de 283.000

TM.

El Perú impuso derechos antidumping y compensatorios sobre origen estadounidense biodiesel en el CY 2009 a raíz de un

gran incremento (700 por ciento) de las exportaciones estadounidenses. Producción Biodiesel: La FAS Lima entiende que Perú no va a producir biodiesel en CY 2014, ni tampoco es probable que se produzca biodiesel en CY 2015. Fuentes indican que a pesar de la existencia de una ley de promoción de biocombustibles que prioriza la producción nacional de biodiesel y las adquisiciones, los distribuidores locales de los combustibles continuarán importando biodiesel argentino más económico. Las condiciones económicas del biodiesel importado tendrán como consecuencia la paralización de la producción de biodiesel local. La parada de las plantas de procesamiento de biodiesel locales afectarán negativamente a los productores de palma aceitera en el Perú que ven que el mercado para su materia prima desaparece. En FAS Lima, se entiende que un gran número de cultivadores de palma de aceite se encuentra dentro delas áreas de producción de la hoja de coca del país. Muchos de estos productores de palma aceitera fueron ellos mismos antiguos cultivadores de coca

que fueron alentados por diversas

administraciones gubernamentales para cambiar la producción hacia cultivos alternativos. Fuentes le informaron a FSA Lima que el nivel de vida de los productores de palma aceitera puede ser amenazado por las importaciones de un biodiesel más económico desde Argentina. La situación podría llegar a convertirse en un problema político serio. La administración de Humala está promoviendo activamente los cultivos alternativos en las zonas de producción de coca del país al mismo tiempo que el aumento de los trabajos de erradicación de coca (impopulares por su naturaleza) a veces lleva a los productores a recurrir bandas criminales para la protección.

El mayor productor de biodiesel a base de aceite de palma del Perú es Palmas de Espino. Opera una planta a gran escala en el departamento de San Martín, donde se procesa 7.357 hectáreas de palma de aceite. Palmas de Espino está evaluando ahora

(2014) si va a incrementar otros 10.000

hectáreas de tierras que le pertenecen en la misma región para aumentar su capacidad de producción de aceite de palma. Palmas de Espino, junto con la empresa Heaven Petroleum, explican cerca del 91 por ciento de la producción total de biodiesel peruana. Consumo de Biodiesel FAS Lima prevé para CY 2015 que el consumo de biodiesel llegará a 283.000 toneladas, prácticamente igual al de nuestra CY 2014 estimación. El combustible diesel sigue siendo el combustible de mayor consumo en el Perú. A partir de CY 2011, todo combustible diesel vendido en el Perú debe contener un componente de biodiesel del 5 por ciento. Comercio Biodiesel FAS Lima pronostica CY 2015 las importaciones de biodiesel serán de 283.000 toneladas, originarias en su totalidad a partir de

Argentina.

Perú

impuso

derechos

antidumping

y

compensatorios sobre origen estadounidense biodiesel en CY 2009, tras el aumento repentino (700 por ciento) en las exportaciones estadounidenses. Posteriormente el 23 de agosto de 2010, INDECOPI (la agencia de defensa del consumidor de Perú) publicó la Resolución 151-2010-CFDINDECOPIla

imposición

de

cuotas

compensatorias

permanentes de $ 178 por tonelada métrica de 100 por ciento de biodiesel (B100) y o cualquier mezclas de biodiesel de 50 por ciento (B50) o mayor de los Estados Unidos. Esto en adición a la $ 212 por cada derecho antidumping tonelada métrica 13. NORMATIVA

Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles LEY Nº 28054 LEY DE PROMOCIÓN DEL MERCADO DE BIOCOMBUSTIBLES Artículo 1.- Objeto de la Ley La presente Ley establece el marco general para promover el desarrollo del mercado de los biocombustibles sobre la base de la libre competencia y el libre acceso a la actividad económica, con el objeto de diversificar el mercado de combustibles, fomentar el desarrollo agropecuario y agroindustrial, generar empleo, disminuir la contaminación ambiental y ofrecer un mercado alternativo en la Lucha contra las Drogas. 14. TENDENCIA Científicos de las universidades Politécnica de Madrid (UPM) y de Castilla la Mancha (UCLM) trabajan en el desarrollo de un nuevo método para elaborar biocombustibles a partir de los residuos de la producción del vino. Los especialistas del Grupo Estudios Ambientales y del Grupo de Combustibles y Motores han centrado sus investigaciones en el potencial de aceite de pepita de uva y bioetanol, materias obtenidas del proceso de producción de dicha bebida, y que se caracterizan por ser totalmente renovables.

Los residuos de la industria del vino constituyen una materia prima para el biodiésel, sobre todo en países con una importante producción vinícola. Ese aceite puede convertirse en biocombustible, mediante la reacción con bioetanol. Tras el prensado de la uva para producir vinos y mostos, de los desechos se obtienen orujo, hollejo, raspón y pepitas de uva, y tan solo las pepitas contienen alrededor del siete por ciento de aceite, que puede ser extraído por prensado o con disolventes

III.

REFERENCIAS



https://www.researchgate.net/publication/318470970_P roduccion_e_Impacto_del_Biodiesel_Una_Revision



http://www.administracion.usmp.edu.pe/institutoconsu mo/wp-content/uploads/2013/08/BiocombustiblesIICA.pdf



https://www.ecured.cu/Biocombustibles



https://elpais.com/diario/2008/05/11/negocio/12105116 65_850215.html



http://www.olade.org/sites/default/files/CIDA/IICA/Manu al_Biocombustibles_ARPEL_IICA.pdf http://www.biofuelsdigest.com/bdigest/2018/06/06/top-



10-biodiesel-trends-2018-whats-up-with-the-worldsfavorite-advanced-biofuel 

https://www.ssecoconsulting.com/el-biodiesel-en-elperuacute-iquestcoacutemo-va.html



http://www.minam.gob.pe/wpcontent/uploads/2017/04/Ley-N%C2%B0-28054.pdf



https://news.culturacolectiva.com/mundo/creanbiocombustible-a-partir-de-residuos-de-la-produccionde-vino/

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

MOTORES TURBOALIMENTADOS GASOLINEROS

PRESENTADO POR: Derly

ZAYRITUPAC MENDOZA,

20140974 LEY CHARAGUA, Kevin Edward

20143451 GOMEZ TOMAYA,Beltran

20151059

CURSO:

LABORATORIO DE

INGENIERÍA MECÁNICA 3

2019

A CARGO DE:

Ing. LESTER SILVA VIDAL

GRUPO:

“C”AREQUIPA,24 marzo de

INDICE

1.............................................. CICLOS TERMODINAMICOS EN MOTORES SOBREALIMENTADOS

................................................................................................................................................... 21

2................................................................................ VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL TURBO

................................................................................................................................................... 23

3........... DIFERENCIAS ENTRE LOS DISTINTOS ÍNDICES ESPECÍFICOS Y INDICADOS DE MOTORES

GASOLINEROS Y DIÉSEL ............................................................................................................. 26

4........ PARTICULARIDADES DE LA SITUACIÓN DEL SOBREALIMENTADO EN LOS MOTORES QUE

UTILIZAN CARBURADOR ............................................................................................................ 29

5.......................................... SOBREALIMENTACIÓN Y ANTICONTAMINACIÓN EN LOS MOTORES

................................................................................................................................................... 31

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 33

1. CICLOS TERMODINAMICOS EN MOTORES SOBREALIMENTADOS

Ciclo generalizado de un motor alternativo en coordenadas p - V

Ciclo con suministro mixto de calor, expansión prolongada y presión variable de los gases delante de la turbina y con desprendimiento de calor a p = constante

La línea bf, representa el proceso de expansión prolongada que se efectúa en el rotor de una turbina a gas, acoplada a un compresor. En el compresor el aire aspirado de la atmósfera se comprime hasta la presión pa > p0 (línea la) y luego ingresa al cilindro del motor a pistón. Con este método de realización del proceso las perdidas mecánicas en el grupo turbocompresor a gas serán considerablemente menores y el rendimiento total será mayor.

El compresor también puede accionarse por el cigüeñal del motor (accionamiento mecánico), pero en este caso parte de la potencia desarrollada por el motor se gasta para el trabajo de compresión en aquel. Es más conveniente para este objetivo utilizar en primer lugar la sobrealimentación por turbocompresor, en el cual se emplea la energía de los gases que escapa del cilindro. Los ciclos con sobrealimentación se emplean ampliamente en los motores Diésel.

Ciclos termodinámicos con suministro mixto de calor y con sobrealimentación a) con expansión continuada b) con presión constante de los gases ante la turbina

Ciclo de un motor sobrealimentado con el suministro de calor mixto: a) sin enfriamiento intermedio de aire b) con enfriamiento intermedio del aire

2. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL TURBO Ventajas 

No consume energía en su accionamiento.



Fácil localización, sin accionamiento directo del eje del motor.



Reducido volumen, en relación a su caudal proporcionado.



Gran capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales.

Inconvenientes 

Mala capacidad de respuesta en bajas cargas por el poco volumen de gases.



Retraso en su actuación, por la inercia de la masa móvil y su aceleración mediante gases.



Alta temperatura de funcionamiento al accionarse con gases de escape.



Mayores cuidados de uso y mantenimiento.

Limitar la presión máxima en los turbos se hace importante, tanto en diésel, (es posible rebasar la capacidad de aguante de la culata) como en Otto, en estos se suma la necesidad de rebajar la temperatura final de compresión que puede provocar el autoencendido, o la detonación en según qué circunstancias. Para evitarlo sin llegar a enriquecimiento no

tolerables por las normas de anticontaminación, se reduce la presión de alimentación, generándose los turbos de bajo soplado, de esta forma se dispone de una mejora en la capacidad de respuesta, pero sin llegar a valores excesivamente altos de par y potencia. La introducción de la electrónica en el control de la gestión del motor, y los sensores de detonación han generado que se puede estar montando turbos en motores de gasolina garantizando su funcionamiento incluso en niveles de sobrealimentación elevados, debido al control exhaustivo que se tiene del ciclo en cada vuelta, para evitar el problema de detonación, sin necesidad de renunciar a altas prestaciones. Debido a la reducción de compresión motivada para permitir una sobrealimentación aceptable sin problema de detonación, hace que el rendimiento de estos motores cuando el turbo no sopla sea muy bajo. La sobrealimentación en gasolina no admite a diferencia del diésel, la geometría variable, debido a las altas temperaturas de funcionamiento, por lo que su forma de uso es de peor rendimiento en bajas vueltas, esto genera que en arrancadas y uso a cargas parciales se hagan de mayor consumo frente a motores atmosféricos de similar potencia y más difíciles de manejar, por su poca fuerza a régimen de ralentí. La búsqueda de coches más adaptados al uso cotidiano, genera que no se recurra tan fácilmente a sobrealimentar motores con ciclo Otto. La mala fama injustamente extendida de respuesta brusca y a destiempo de estos motores han jugado un flaco favor a su aceptación. Fabricantes como Saab, han conseguido hacer una gama de motores con distintos grados de sobrealimentación adaptándolos a cada tipo de cliente y parece que, gracias a buenas realizaciones en el mercado, este tipo de motores parece volver a la vida. La solución para este problema consiste en reducir la relación de compresión por debajo de 10:1 con el fin de que no aumente demasiado la presión y con ello la temperatura de la mezcla

que

puede

provocar

el

autoencendido

o

la

detonación.

Otro problema que hay que sumar a estos motores lo representa el aumento de las cargas térmicas y mecánicas. Debido a que las presiones durante el ciclo de trabajo en un motor sobrealimentado son mayores, esto se traduce en unos esfuerzos mecánicos y térmicos por parte del motor que hay que tener en cuenta a la hora de su diseño y construcción, reforzando las partes mecánicas más proclives al desgaste y mejorando la refrigeración del motor. Otra cosa a tener en cuenta es la variación en el diagrama de distribución. Así para un motor

sobrealimentado, cuanto mayor sea el AEE (avance a la apertura de la válvula de escape) tanto

mejor

será

el

funcionamiento

de

la

turbina.

También la regulación al avance del encendido debe de ser mucho más preciso en un motor sobrealimentado, por eso se hace necesario un motor un encendido sin ruptor, por lo que es mejor el uso de encendidos transistorizados o electrónicos. Además de todo ello, la sobrealimentación de gasolina ha de tener en cuenta los siguientes factores: 

Bomba de gasolina de mayor caudal y presión (por lo que se opta generalmente por bombas eléctricas).



Que en el circuito de admisión de aire se instale un buen filtrado y que este perfectamente estanco.



A fin de optimizar el llenado del cilindro, se precisa de un dispositivo (intercooler) que enfríe el aire que se ha calentado al

comprimirlo por el sistema de

sobrealimentación antes de entrar en los cilindros del motor. 

La riqueza de la mezcla, que influye directamente en la temperatura de los gases de escape; si el motor es turboalimentado, se reducirá la riqueza a regímenes bajos y elevar así la temperatura en el escape para favorecer el funcionamiento de la turbina; por el contrario, se elevará con regímenes altos, disminuyendo la temperatura de escape, a fin de proteger la turbina.



En el escape, la sección de las canalizaciones una vez superada la turbina se agranda para reducir en la medida de lo posible las contrapresiones que se originan en este punto. Asimismo, al producir la turbina una descompresión de los gases de escape, los motores turbo son muy silenciosos.



La contaminación que provocan los motores turboalimentados de gasolina es comparable a la de un motor atmosférico, aunque los óxidos de nitrógeno son más importantes debido a las mayores temperaturas.

3. DIFERENCIAS ENTRE LOS DISTINTOS ÍNDICES ESPECÍFICOS Y INDICADOS DE MOTORES GASOLINEROS Y DIÉSEL

Índices indicados Pi,ni y gi para distintos motores

Índices específicos Pe,ne,ge y nm para distintos motores

*Bajo la presión de sobrealimentación Pc≤0.2MPa y enfriamiento intermedio de aire ** los valores pertenecen al volumen completo del cilindro

4. PARTICULARIDADES DE LA SITUACIÓN DEL SOBREALIMENTADO EN LOS MOTORES QUE UTILIZAN CARBURADOR Según sea el sistema utilizado para sobrealimentar el motor de gasolina, el compresor puede situarse antes o después del carburador. 

Carburador soplado: el carburador se sitúa entre el compresor y el colector de admisión. De esta forma el aire que entra en el compresor es aire limpio directamente del exterior.



Carburador aspirado: el carburador se monta antes del compresor por lo que en este caso lo que se comprime es una mezcla de aire y gasolina

El carburador aspirado fue el más utilizado en las primeras aplicaciones de la sobrealimentación, por su sencillez y porque proporcionaba una mezcla de aire - gasolina de

temperatura

más

baja

que

el

sistema

soplado.

Sin embargo actualmente se utiliza más el sistema de carburador soplado ya que este sistema permite la utilización de un intercambiador de calor o intercooler. Esta configuración se puede ver en la imagen inferior:

5. SOBREALIMENTACIÓN Y ANTICONTAMINACIÓN EN LOS MOTORES Los motores térmicos son convertidores de energía química en energía mecánica, como medio para desarrollar un trabajo. Por ello, podríamos decir que existe una cuestión fundamental que debe ser resuelta: conseguir que el quemado de la mezcla en el interior de la cámara de combustión sea lo más completo y favorable posible. Ello obliga a cumplir con tres condicionantes, los cuales dan lugar a tres sistemas fundamentales en un motor: el sistema de combustión, el de alimentación y el de sobrealimentación. Dichos condicionantes son: –

Conseguir que la mezcla del combustible con el comburente sea lo más homogénea posible: esto es resuelto por el sistema de combustión.

–

Tener capacidad de adaptación a distintos regímenes de funcionamiento: lo soluciona el sistema de alimentación.

–

Incrementar la potencia mediante un aumento del volumen de mezcla admitido, independiente de la presión atmosférica: se encarga el sistema de sobrealimentación.

Las exigentes normativas anticontaminación han dado lugar, especialmente estos últimos años, al desarrollo de un sistema capaz de controlar las emisiones en los motores de manera que cumpla con aquéllas. También debemos tener presente que lo que pretende un motor térmico es mezclar combustible con aire, de manera que la combustión de la mezcla sea lo más perfecta posible. Es conveniente recordar tres aspectos a tener en cuenta: –

La gasolina es un líquido menos pesado que el agua, de un peso específico de 0,75 kg/l, con un alto poder calorífico (10.500 kcal/Kg). El rendimiento obtenido en el motor por su combustión no supera el 27% del contenido en la gasolina.

–

El aire está compuesto por un 21% de oxígeno y un 78% de nitrógeno, con un peso variable según la temperatura, la presión absoluta y la presencia de humos y polvos.

–

La formación de la mezcla debe buscar una proporción de aire/gasolina adecuada (mezcla estequiométrica de 1/15 en peso y 1/10.000 en volumen).

–

A mayor atomización de la gasolina, mejor combustión.

En el caso particular de los Diesel, debemos añadir a lo anterior: –

El gasoil es un líquido más pesado que la gasolina, pero menos que el agua, de un peso específico de 0,85 kg/l, con un poder calorífico similar al de la gasolina (10.500 kcal/Kg). El rendimiento obtenido en el motor por su combustión no supera el 27% del teórico.

–

A mejor pulverización del gasóleo, mejor combustión.

Motor diésel de inyección directa “common rail” y turbocompresor 7 y 8; el motor diésel funciona con dosados muy pobres, bastante más de 30. Con el turbocompresor entra al motor mucho aire que alcanza temperaturas muy altas, lo que permite inyectar poca

cantidad de gasóleo en fases (“common rail”, reduce vibraciones y ruido características de motores diésel de tecnologías anteriores) y así obtener excelentes valores de par motor. Estos son los resultados; mecho menos CO, HC, CO2 y consumo de gasóleo, pero gran cantidad de NOX (“dosado muy pobre”); y MPC a bajas y muy altas RPM. Estas son las soluciones anticontaminantes; catalizador de dos funciones C2 (CO y HC), EGR (pueden ser dos de alta y baja presión, antes y después del turbo) para reducir la recreación de NOX en las combustiones, filtro antipartículas FAP que acumula y quema las MPC y para eliminar el exceso de NOX que no pude evitar la EGR, una trampa de NOX TNOX o catalizador SCR con aditivo AdBlue

Sistemas anticontaminación en motores de gasolina y diesel

BIBLIOGRAFÍA http://www.aficionadosalamecanica.net/turbo.htm

Motores de automóvil - M. S. Jóvaj http://escueladeltrabajo.net/Pregturbo.pdf

Motor-a-gasolina.blogspot.com/2010/07/partes.prinsipales.html?rn=1

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA 3 SISTEMA DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE PARA MOTORES DIESEL

CASTILLA PAUCAR, MANUEL GUTIERREZ ROQUE, REYSA NOVA DELGADO, ANTHONY QUISPE CARPIO, JOSUE VELARDE SUYCO, ANGEL

Sistema de alimentación Diesel GENERALIDADES Desde 1930 los motores Diesel, también llamados de aceite pesado o de combustión, ha tenido una aplicación mayor en el automovilismo. Aunque inicialmente fueron empleados en vehículos industriales y hasta mediados de la década de los 60 no apareció el primer turismo con motor diésel, hoy en dia su uso se ha generalizado La organización de sus elementos es la misma que en los motores de explosión, pero en los de combustión, hay algunas diferencias sensibles en su funcionamiento

El sistema de combustible de un motor diesel tiene como misión el entregar la cantidad correcta de combustible limpio a su debido tiempo en la cámara de combustión del motor. Es el encargado de suministrar el combustible necesario para el funcionamiento del motor, pudiéndose diferenciar dos apartados fundamentales:

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DIESEL Este sistema de inyección para combustibles líquidos, utilizado comúnmente en los motores Diésel, es un sistema de inyección a alta presión (en el orden de los 200 Kg/cm2). Sirve para inyectar, de acuerdo a la secuencia de encendido de un motor, cierta cantidad de combustible a alta presión y finamente pulverizado en el ciclo de compresión del motor, el cual, al ponerse en contacto con el aire muy caliente, se mezcla y se enciende produciéndose la combustión

SISTEMAS DE INYECCIÓN En un principio se usaba inyección mecánica pero actualmente la inyección electrónica es común incluso en motores diésel. Los sistemas de inyección se dividen en:  Inyección multipunto y monopunto: Para ahorrar costes a veces se utilizaba un solo inyector para todos los cilindros, o sea, monopunto; en vez de uno por cada cilindro, o multipunto. Actualmente, y debido a las normas de anticontaminación existentes en la gran mayoría de los países, la inyección monopunto ha caído en desuso.  Directa e indirecta. En los motores de gasolina es indirecta si se pulveriza el combustible en el colector de admisión en vez de dentro de la cámara de combustión ó sea en el cilindro. En los diésel, en cambio, se denomina indirecta si se inyecta dentro de una precámara que se encuentra conectada a la cámara de combustión ó cámara principal que usualmente en las inyecciones directas se encuentran dentro de las cabezas de los pistones. CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN El circuito que se utiliza en los motores de ciclo Diesel para llevar el combustible desde el depósito hasta el interior de la bomba de inyección se denomina circuito de baja presión. Su esquema y la denominación de sus elementos pueden verse en la siguiente figura:

Figura 1.- Circuito de alimentación del combustible.

Su funcionamiento es semejante al que, de igual forma, lleva la gasolina en los motores de ciclo Otto desde el depósito hasta la cuba del carburador. Se compone de depósito, de características similares a los empleados para gasolina, de filtro de malla, que elimina las partículas gruesas, de bomba, que aspira el combustible del depósito y lo envía a cierta presión, de filtro exhaustivo, que realiza un prefiltrado del gasoil, de válvula reguladora de presión, tarada con un valor suficientemente alto como para mantener el flujo de combustible e impedir la entrada de aire, y de una salida que lleva el combustible hasta la bomba de inyección.

CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN Este circuito, que recibe el combustible a la presión tarada en la válvula reguladora de presión del circuito de alimentación, está formado por una bomba de inyección, que comprime el combustible a presión que en algunos vehículos llega a superar 1250 atmósferas, lo que ha cambiado muchas de las antiguas ideas que había sobre los motores Diesel, de finas tuberías de acero, una por cilindro, que conducen el combustible que sale de la bomba de inyección, de inyectores, que situados en la culata pulverizan a alta presión, cada uno en su respectiva cámara de combustión, el combustible que reciben a través de las tuberías de presión desde la bomba de inyección. Debido a la gran precisión de funcionamiento y a los ajustes entre los elementos constituyentes de la bomba de inyección y de los inyectores, para el correcto funcionamiento de los mismos es fundamental un filtrado exhaustivo del combustible para eliminar todas las partículas que pueda llevar en suspensión. Esto en los motores Diesel se realiza en tres fases, la primera mediante un filtrado grosero situado a la salida del de depósito 58 en la aspiración de la bomba de alimentación de combustible, la segunda mediante un segundo filtro más fino situado a la salida de ella, y la tercera, mucho más exigente, mediante un filtro denominado filtro principal, que elimina las partículas por minúsculas que sean. El filtro principal, que se construye de diferentes modelos, aunque en esencia sólo se diferencian entre sí en el diseño y en la materia empleada como elemento filtrante, debe caracterizarse por tener, además de ofrecer una gran superficie de filtrado, para permitir el paso de gran cantidad de combustible sin apenas ofrecer pérdida de carga, un reducido volumen y por ser duradero y tener fácil limpieza. Aunque hasta hace poco tiempo se utilizaba el fieltro como elemento filtrante, hoy se usa fundamentalmente el papel. • Los antiguos filtros de fieltro estaban formados por un recipiente, con un conducto de entrada y otro de salida del combustible, en cuyo interior se situaba

en cuyo orificio central se colocaba un formado por anillos de fieltro, rodeando un tubo perforado por cuyos orificios entraba el gasoil limpio y por uno de sus extremos salía hacia la bomba de inyección. En la tapa del recipiente se situaba un tornillo de purga para sacar el aire del circuito En el conducto de salida del exceso de combustible, va montada una válvula antirretorno, tarada mediante un resorte para dar la suficiente presión al circuito como para que el gasoil llegue sin problemas a la bomba de inyección y para evitar que entre aire en el circuito que impediría el normal funcionamiento del motor

Figura 2.- Filtro de combustible con placas de fieltro. • El filtro de papel, tiene una constitución semejante al anterior pero, como elemento filtrante, utiliza papel plegado como se muestra en la siguiente figura, gracias a lo que ofrece una gran superficie de filtrado y un reducido volumen. A veces se encuentran tractores con doble filtro de papel. • La bomba de inyección transforma la energía mecánica del motor en presión del combustible y lo envía a los inyectores situados en la culata que a alta presión lo inyectan, en la cantidad justa y en el instante adecuado, en cada cilindro del motor. Las bombas de inyección tienen que aportar la cantidad exacta de combustible según las necesidades de funcionamiento del motor, enviando la misma cantidad a cada cilindro, y además de hacer la inyección en el instante preciso, deben automáticamente que adaptar dicho momento al régimen de giro del motor, pues, como se expuso al hablar de las cotas de reglaje del motor, el comienzo de la inyección debe variar según la velocidad de giro del motor. A todo ello hay que añadirle que debe ser apta para conseguir una alta presión de inyección, pues cuanto mayor es esta menor es el tamaño de las gotas que produce el inyector, más corto el tiempo de combustión, menor la relación de combustión a presión constante, más alto el rendimiento térmico y más suave y silencioso es el motor.

Todas estas condiciones de funcionamiento hacen que la bomba de inyección sea un elemento de elevada precisión, empleándose en su fabricación materiales de gran calidad, fabricados con extremado ajuste. Antiguamente las bombas de inyección eran de pistones en línea, hoy ,por sus mejores prestaciones, la mayoría de los motores diesel utilizan las denominadas bombas rotativas. Mediante finas tuberías metálicas con diámetro interior de tan sólo dos milímetros con la que se eliminan acumulaciones de combustible por dilatación, y pared de espesor suficiente como para poder soportar la alta presión de trabajo, el combustible es enviado a los inyectores, cuya misión es introducirlo finamente pulverizado en el 59 cilindro, para que se mezcle uniformemente, al final de la compresión, con el aire caliente y se queme en su totalidad. Cada inyector van montado sobre un soporte, denominado portainyector, el cual se fija a la culata mediante espárragos, y en su interior tienen una aguja sobre la que actúa un resorte, la cual cierra el orificio de salida del liquido al interior del cilindro. Dicho orificio se denomina tobera. El combustible procedente de la bomba entra a alta presión en el interior del inyector y su presión desplaza la aguja venciendo la acción que sobre ella ejerce el resorte, por lo sale por la tobera al interior del cilindro. El tamaño de la tobera, medido por su diámetro, y la presión del combustible enviado por la bomba, definen el tamaño de las gotas que entran en el cilindro, de forma que a mayor presión y a menor diámetro del orificio más pequeñas son las gotas pulverizadas y, cuanto menor sea el tamaño de la población de gotas menor es el tiempo necesario para la combustión, menor la relación de combustión a presión constante y más alto el rendimiento térmico del motor. Se comprende así que el diámetro de la tobera sea muy pequeño, o que incluso el inyector lleve la tobera con varios microorificios de salida, lo cual además de reducir el tamaño de las gotas, ofrece mayor facilidad de combustión, pues hay un mejor contacto del combustible con el aire caliente.

Figura 4.- Inyector. INYECTOR El funcionamiento de los inyectores es como se presenta a continuación: Cuando la bomba de inyección envía el combustible este pasa los conductos internos del portainyector y llega hasta una cavidad en la que está el extremo de la aguja, cuya punta tapona la tobera. La presión del combustible actúa sobre la aguja inyectora y, venciendo la fuerza del muelle que la obliga a cerrar la tobera, la levanta dejando abierto el orificio de salida, por él sale el combustible finamente pulverizado al interior del cilindro y se mezcla con el aire a alta temperatura contenido en la cámara de compresión y ardiendo a continuación. Cuando la bomba de inyección deja de enviar combustible, deja de haber presión y el muelle empuja la aguja que cierra la tobera. Como entre la aguja y el cuerpo del inyector hay inevitablemente una cierta holgura. Para dar salida al combustible que escapa entre ambos el inyector lleva un orificio roscado en el que se conecta un tubo de baja presión que lo lleva hasta el depósito. Los fabricantes de motores Diesel, han venido adoptando diferentes sistemas para inyectar el gas-oil en el cilindro. De estos, hoy, el más usado es el de inyección directa, ya que la alta presión de inyección que se consigue permite evitar las complicaciones mecánicas y constructivas que ofrecía la inyección en antecámara. La inyección en antecámara se hacía en una cavidad tallada en la culata, al lado de la cámara de combustión y conectada con ella. Durante la compresión el aire entraba tangencialmente en la referida cavidad por un conducto, lo que provocaba una gran turbulencia y favorecía el íntimo contacto de aire y combustible. Al quemarse la mezcla, los gases salían por el mismo conducto al interior del cilindro, presionando suavemente sobre la cabeza del pistón. De esta forma se evitaban, o al menos se reducían, las trepidaciones producidas al arder las relativamente gruesas gotas que se inyectaban.

Figura 5.- Sistema de inyección en antecámara. Con la inyección directa se introduce el gas-oil directamente sobre el pistón, el cual tiene en la cabeza tallados huecos que provocan turbulencias en el aire que se comprime, lo que asegura una rápida y eficaz mezcla con el combustible finamente pulverizado, lo que mejora la combustión y reduce el tiempo necesario para la misma.

Figura 6.- Sistema de inyección directa multipunto. En los motores Diesel, para facilitar el arranque en frío, se coloca un dispositivo de calentamiento a base de resistencias eléctricas el cual, antiguamente se manejaba por el conductor, y hoy su funcionamiento está automatizado mediante sensores de temperatura que indican al conductor el momento adecuado para poner en marcha el motor.

BOMBA DE INYECCIÓN DE PISTONES EN LINEA

Figura 7.- Bomba de inyección de pistones en línea El funcionamiento de la bomba de inyección es como sigue: Cuando el pistón está en la parte más baja de su recorrido, el combustible que llega microfiltrado y a cierta presión pasa por los orificios y llena el interior del cilindro. Cuando sube empujado a través de su vástago por la leva, una vez que cierra los orificios de entrada de combustible al cilindro, empuja al gasoil que sale hacia el inyector, para lo que abre la válvula antirretorno colocada a la salida, venciendo la fuerza del muelle que la empuja, hasta que la leva pasa por su cresta. A continuación el pistón baja empujado por el muelle, el pistón deja de enviar gasoil, la válvula antirretorno se cierra, la presión en la tubería que lleva el combustible al inyector cesa y la inyección se detiene súbitamente. Como el pistón siempre recorre la misma carrera, es precisamente para adaptar el volumen de combustible inyectado a las necesidades de funcionamiento del motor, para lo que se le hace se hace pivotar en el interior de su correspondiente cilindro, lo que hace que su escotadura coincida antes o después con uno de los orificios de llenado del cilindro, con lo que el pistón deja de enviar combustible al inyector, y para ello se usa la cremallera, el engranaje del cilindro giratorio y la cruz del vástago. Hay una posición del pistón en la que la ranura vertical coincide con uno de los orificios de llenado 61 del cilindro, por lo que al desplazarse no inyecta nada de combustible, y el motor se para, lo que se aprovecha para detener el motor. Para inyectar más combustible se gira el pistón de manera que sea necesario un mayor desplazamiento para que su escotadura coincida con el correspondiente orificio de llenado del cilindro. El pivotamiento del pistón lo hace la cremallera, la cual se

mueve desde el acelerador, el cual la desplaza y hace girar al piñón de la carcasa que, como se dijo está conectada a la cruz del vástago.

BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA Este tipo de bombas, que tienen un único elemento que da presión al combustible y mediante un distribuidor lo envía a todos los inyectores del motor, han sido, hasta la aparición de la última generación de motores diesel con sistema de alimentación “common rail”, las más empleadas para alimentar motores de ciclo Diesel.

ALIMENTACIÓN COMMON RAIL Desde un punto de vista tecnológico, lo último en alimentación de los motores de ciclo Diesel es la inyección directa con sistema “common rail”, también conocido como sistema a base de electroinyectores. El “common rail”, que traducido significa conducto común, consiste en un tubo de distribución en el que a alta muy alta presión, que hoy supera incluso 1250 atmósferas, está contenido el carburante enviado por una bomba de paletas. De igual forma que en los sistemas descritos el gasoil es aspirado desde el depósito mediante una bomba cuya misión es la de proporcionar el combustible microfiltrado con el caudal necesario para garantizar la lubricación y la refrigeración de la bomba de paletas. Desde el colector común se hacen conexiones mediante tubos de acero con diámetro interior de 2 mm y diámetro exterior de 6 mm, capaces de soportar la alta presión de trabajo, hasta el elemento que introduce el combustible en la cámara

de combustión, que por ser accionado eléctricamente se le denomina electroinyector. Este está constituido por una bobina que actúa sobre una aguja cuyo extremo, de forma semejante a la expuesta al describir los inyectores, abre y cierra una tobera con salida multipunto. La duración de la corriente de excitación enviada al electroinyector, la presión de trabajo y la sección de salida del combustible por la tobera son los parámetros que permiten controlar el volumen de combustible inyectado, y por tanto la energía puesta en juego. Dicho control de la cantidad a inyectar, así como el instante de inicio de la pulverización de combustible en cada cilindro, está regulado por un microordenador que recibe continuamente 63 información de todos los sensores colocados en el motor, los cuales hacen que, en función de la velocidad de giro, de la posición del acelerador, de la temperatura ambiente, de la temperatura del motor, etc.; el microprocesador las procese todas y consiga un funcionamiento óptimo.

LINKOGRAFIA https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/alimentacion_dies el.pdf https://es.slideshare.net/JairoCastro3/sistema-de-alimentacin-diesel http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/90174/fichero/TFG.+Alejandro+Castillejo+Call e.pdf https://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/3851/1/T-ESPEL-0173.pdf http://biblio3.url.edu.gt/Publi/Libros/2013/ManualesIng/02/28/05.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE NGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA MECÁNICAELÉCTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA 3

INFORME: SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA DOCENTE: Ing. LESTER SILVA VIDAL PRESENTADO POR:    

Castro Vera, Augusto Fernando. Hancco Solís, Ysabel Alexandra. Quispe Huarca, Marcos Fernando. Soria Ramos, Henry Raúl.

20151052 20143439 20151027 20122567

AREQUIPA, 24 DE MARZO DEL 2019

Sistema de Refrigeración de Motores de Combustión Interna Introducción La lubricación consiste en la aplicación de una película de fricción reducida, llamada lubricante, entre 2 piezas con el fin de disminuir su rozamiento y desgaste. En nuestro campo, la mayoría de la maquinaria requiere de lubricación para evitar rozamiento y desgaste entre piezas, ya que, de no ser así, la vida útil se reduciría considerablemente y surgiría problemas graves en el equipo,

pero la lubricación al evitar dichos problemas, agiliza la producción, reduce el ruido y mejora el servicio, entre otras. En ocasiones, a los lubricantes se les agregan productos químicos para mejorar sus propiedades, estos productos se les conocen como aditivos, con el fin de darle un mantenimiento bastante bueno y específico a la máquina. Por tanto, un ingeniero tiene que tener conocimiento en lubricación y aditivos para mejorar el funcionamiento del equipo. En el presente trabajo se presenta la clasificación de los lubricantes y aditivos, las propiedades de los lubricantes, la diferencia entre la lubricación con aceite y la lubricación con grasa y el servicio de lubricación de un motor, para comprobar, mediante un análisis de antes y después, todos los beneficios que conlleva un buen lubricante.

1. Objetivos del Sistema de Refrigeración 1.1.

Objetivo Principal

Reducir el rozamiento y la temperatura de los elementos en contacto de un motor de combustión interna.

1.2.  

    

Objetivos Específicos

Reducir el rozamiento directo entre superficies o elementos en movimiento para aumentar la vida útil de dichos elementos y prevenir su desgaste prematuro. Disminuir la temperatura de funcionamiento de los elementos en movimiento, actúa como disipador de calor, por una parte, evita un calentamiento evitando el contacto directo entre componentes y por otra parte absorbiendo el calor y disipándolo posteriormente en intercambiadores o cediéndolo a la atmósfera. Función protectora ante los agentes químicos producidos durante la combustión. Función de limpieza de los residuos producidos durante la combustión y el rozamiento desplazándolos a lugares separados de la zona de trabajo. Función amortiguadora en los cojinetes, aprovechan la lubricación hidrodinámica de la que se hablará luego para repartir la carga y reducir la fricción en el cojinete. Hermetiza uniones mecánicas como sería el conjunto cilindro-pistón-segmentos evitando fugas de presión de gases de la cámara de combustión. Para usos de transmisión de fuerzas (sistemas hidráulicos)

2. Coeficiente Para entrar en los lubricación es curva de Stribeck.

de fricción regímenes de preciso estudiar

la la

[H]= (η·v/Fn)   

[V] Representa la velocidad de deslizamiento [η] Representa la viscosidad dinámica [Fn] Representa la fuerza normal aplicada

La evolución del coeficiente de rozamiento [f] tiene un valor mínimo cercano al 0,001 correspondiente a la parte baja de la curva.

Partiendo del punto más bajo de la curva: 





Si el parámetro [H] (Parámetro de Hersey) aumenta, el coeficiente de fricción [f] aumenta muy poco en relación, esto significa que entre los elementos en contacto se dispone una película gruesa y estable de lubricante que evita el contacto directo. (Zona de lubricación Hidrodinámica) Si el parámetro [H] disminuye, el parámetro [f] aumenta de forma exponencial hasta un determinado valor, entre la zona límite y la zona hidrodinámica la capa de lubricante varía según el valor el valor de [f] siendo más o menos delgada la capa de lubricante entre elementos. (zona mixta) Si el parámetro [H] sigue disminuyendo, se consideran que la película de lubricante no permite evitar el contacto directo entre los elementos. (Zona límite)

3. Lubricación

Hidrodinámica

La lubricación hidrodinámica es la separación de componentes por un colchón de aceite que se forma hidrodinámicamente. En un motor, la mayoría de la lubricación de los cojinetes es proporcionada por este colchón hidrodinámica. Cuando la quema de combustible empuja el pistón hacia abajo contra su biela y el cojinete para forzar el giro del cigüeñal, necesitamos un colchón de aceite para reducir la fricción y el desgaste. La formación de la película hidrodinámica depende de la geometría, velocidad de la máquina, la carga que lleva y la viscosidad del aceite. En un motor, también depende de la presión del aceite y la condición del filtro de aceite. Para obtener este colchón, se bombea el aceite por el cigüeñal forzándolo a salir por el orificio, entrando a presión en el cojinete para separarlo del cigüeñal.

Si el aceite es muy delgado (baja viscosidad), fluye directamente al cárter sin separar las piezas. Esto provoca desgaste prematuro. Si el aceite es muy espeso (alta viscosidad), no puede salir al cojinete con bastante rapidez para formar este colchón. Esto también provoca desgaste prematuro. Antes de hacer su trabajo de formar el colchón, el aceite tiene que pasar por el filtro de aceite. Si el aceite es muy viscoso por baja temperatura del ambiente, no pasará por el papel filtrante y abrirá la válvula de alivio de presión del filtro, llevando toda la suciedad consigo para contaminar el aceite y lijar los cojinetes y otras piezas.

Cada motor está diseñado con ciertas tolerancias, tomando en cuenta la viscosidad del aceite recomendado. El punto más crítico es el momento de arranque. En el arranque y apagado del equipo no hay lubricación hidrodinámica, eliminando esta lubricación. Una vez que el motor está en funcionamiento normal, existe un colchón bastante fuerte, aunque una pérdida de viscosidad en el aceite podría dejar fluir el aceite del cojinete más rápido de lo que entra, causando desgaste. Uno de los puntos más importantes en la lubricación de motores es la viscosidad cP en puntos calientes del motor bajo altas presiones. Para medir esto se utiliza la prueba HT/HS (Alta Temperatura/Alta Cizallamiento) que mide la viscosidad mínima a 150°C a 90 ciclos de estrés para simular las condiciones de los cojinetes del motor. Esta viscosidad determina la protección del aceite en lubricación hidrodinámica.

Las normas del SAE J300 dictan que los aceites mantengan las siguiente viscosidades en estas condiciones (estos valores han sido modificados con los años):

Los aceites buenos SAE 15W-40 como AMERICAN Supreme mantienen una viscosidad 4.22 cP en estas condiciones, proveyendo 45% más protección en los puntos más importantes del motor que algunas formulaciones antiguas que continúan en el mercado. Hay muchos puntos de lubricación en el motor que depende de la viscosidad y los aditivos antidesgaste correctos. [1]

4. Lubricación Hidrostática Se obtiene introduciendo el lubricante en el área de soporte de la carga a una presión suficientemente elevada para separar las superficies con una capa relativamente gruesa de lubricante. Se utiliza en los elementos donde las velocidades son relativamente bajas. En el caso de los motores de combustión interna antes de que se genere la lubricación hidrodinámica es necesario generar una fuerza que separe los elementos móviles. Esta fuerza se genera al inyectar el lubricante a presión por medio de una bomba la cual normalmente es movida por el motor.

Este tipo de lubricación permite suministrar el lubricante a todas las partes que lo requieran y no depende de la velocidad de rotación de los elementos. La cantidad de lubricante inyectado depende de la presión de la bomba de aceite, de la temperatura y de la viscosidad del lubricante.

5. Lubricación Elastohidrodinámica La lubricación elastohidrodinámica es quizá uno de los casos más representativos de la TRIBOLOGÍA y en el cual se hallan involucrados todos los factores que conforman esta ciencia, como: la fricción, el desgaste, la lubricación, el diseño, los materiales, el funcionamiento del equipo y las condiciones de operación. No pocos mecanismos en la industria funcionan bajo estas condiciones de lubricación; en muchos casos estos se han detectado no como consecuencia de un proceso de cálculo, sino como resultado de una práctica experimental a lo largo de muchos años de profundos análisis e investigaciones, que han llevado a la conclusión de que no es posible establecer del todo un planteamiento matemático para determinar que mecanismos en realidad trabajan bajo lubricación EHL. A nivel práctico es posible determinarlo porque, como es obvio, el desgaste prematuro o el agarrotamiento del mecanismo es una señal inequívoca de que se tienen condiciones de fricción metal metal o que lubricación debe ser EHL y que por lo tanto, requiere de lubricantes especiales que permitan operar el equipo sin riesgo alguno y de tal forma que en todo momento se involucre esta práctica dentro un proceso tribológico. La Lubricación EHL es un estado de lubricación hidrodinámica que se caracteriza por la deformación elástica de las irregularidades de ambas superficies, debido a la carga que actúa sobre ellas. En este caso, la presión hidráulica de la película lubricante es lo suficientemente alta como para separarlas. Normalmente este tipo de de lubricación se presenta para valores específicos de la película lubricante (λ) por debajo de 1.5. Este parámetro se calcula a partir de la relación ho / Ϭ, donde ho es el espesor mínimo de la película lubricante en µm (pulg) y Ϭ es la rugosidad promedio de las superficies metálicas, en µm (µpulg.). La lubricación EHL tiene lugar en elementos que ruedan entre sí o con respecto a una superficie plana. En la Figura 2.26 se presentan las características de la formación de este tipo de película. El aumento de la viscosidad del aceite, debido a la presión; y el aplastamiento de la superficie, se combina para "atrapar" el lubricante en el momento en que éste penetre en la zona de contacto. El espesor mínimo de la película lubricante oscila entre 0,05 y 2 µm y es menor que en el caso de la teoría clásica hidrodinámica. La viscosidad del aceite puede llegar a límites de magnitud mayor que la viscosidad de entrada y la película lubricante puede desarrollar presiones hasta 350000 psi. Los engranajes, rodamientos, levas y cadenas, por lo general operan bajo condiciones de lubricación EHL. Según la teoría hidrodinámica, se creía que las transmisiones por engranajes trabajaban bajo condiciones límite, a pesar de que se conocían casos de engranajes que habían operado bajo estas condiciones durante un largo período de tiempo y aún mostraban en la mayor parte de su superficie de trabajo las huellas del maquinado inicial. Esto permitió concluir que estos elementos funcionan bajo condiciones de lubricación EHL, con un valor específico de la película lubricante,

entre 1 y 2, y que el único desgaste que se puede presentar es durante el arranque y parada del equipo. El espesor de la película lubricante, calculado por la teoría de lubricación EHL, es una función de tres parámetros: carga, velocidad, y coeficiente piezo-viscosidad. Este espesor de película también es limitado porque si es muy grande, se incrementa la fricción entre diferentes capas del lubricante, produciéndose un incremento de temperatura que provocaría, de forma inevitable, un descenso en la viscosidad del aceite y por tanto, del espesor de la película lubricante entre las superficies. A nivel industrial es muy común que se presenten las condiciones de lubricación EHL, como en el caso de rodillos en siderúrgicas, laminación, hornos cementeros y palas mecánicas, entre otros, que se encuentras sometidos a cargas muy elevadas, del orden de 900000 o mas newton, y a velocidades entre 15 y 20 rpm, dando lugar a valores muy bajos del parámetro de Hersey n.ns / P, permitiendo que se puedan presentar condiciones de película límite o mixta. En la práctica esta situación se cambia por EHL, mediante el empleo de un lubricante formulado para tal efecto. Así, por ejemplo, se tiene que para temperaturas de operación por debajo de 50°C, se utiliza aceite Compound o compuesto (para cilindros de vapor), por encima de 50°C, es necesaria la utilización de un aceite con aditivos de EP (Extrema Presión). En caso de lubricación EHL, hay deformación elástica de las irregularidades de ambas superficies, sin rompimiento de la película lubricante. De no utilizarse ninguno de los lubricantes especificados anteriormente, se presentaría el contacto metálico y las superficies metálicas se agarrotarían. Para temperaturas por encima de 50°C, un lubricante sintético del tipo SHC daría un margen de seguridad mayor que uno de tipo EP, porque permite la formación de una película lubricante más estable, de mayor viscosidad y de elevada adhesividad. [2]

6. Lubricación de película mínima o al límite Tiene lugar simpre que un mecanismo se pone en movimiento, debido a que las condiciones de velocidad, carga, temperatura (viscosidad) o métodos de aplicación del lubricante no son favorables para la formación de una película fluida. En este momento hay sólo una mínima cantidad de lubricante sobre las superficies metálicas, la cual permite que se presente la máxima interacción entre las rugosidades de ambas superficies; sin embargo, el aditivo anti desgaste del lubricante impide que se presente fricción metal-metal,

permitiendo que ésta sea del tipo sólida. Si la lubricación límite prevalece por mucho tiempo, se puede romper la película sólida, formada por el aditivo antidesgaste y se presentará un reducción considerable de la vida útil del mecanismo. Bajo condiciones normales de operación, el régimen de lubricación de película límite debe desaparecer totalmente; de lo contrario, el lubricante ha sido mal seleccionado o se ha contaminado con una sustancia de menor viscosidad. Otras circunstancias que pueden dar lugar a esta situación es cuando se varían las condiciones de operación de la máquina, como en el caso de someter los diferentes mecanismos a presiones mayores que las de diseño, dando lugar a que los efectos hidrodinámicos sean totalmente nulos. Las condiciones de película límite también se presentan inmediatamente antes que el mecanismo se detenga. Por lo tanto, un equipo cuyos elementos mecánicos estén sometidos a paradas y arrancadas frecuentes consume mas aditivo antidesgaste por lo que el aceite se debe cambiar más rápido que en los que funcionan en forma continua, porque en estos el aditivo antidesgaste solamente trabaja en el momento del arranque o cuando el mecanismo se detenga. El desgaste adhesivo bajo condiciones de película límite se puede presentar solamente durante el tiempo que demora en reaccionar el aditivo anti desgaste con la superficie metálica, cuando la película sólida formada por el aditivo antidesgaste ha desaparecido. El espesor de la película lubricante (ho) en régimen de lubricación de película límite oscila entre 0,001 y 0,05 um. En condiciones de lubricación de capa límite, el desgaste puede ser producido por corrosión, adhesión, fatiga, y arado (o abrasión), actuando solos o en combinación. La corrosión se inicia por la formación de una película de capa límite cuando la superficie reacciona químicamente con su medio ambiente. Estas películas pueden estar constituidas por:  

Óxidos de metal formados por el oxígeno o del agua presentes en el aire o en el lubricante. Sales resultantes de la reacción con un aditivo del lubricante o con productos de la oxidación.

El desgaste corrosivo tiene lugar cuando la película de capa límite tiende a ser desplazada hacia los extremos de la superficie, más bien que a penetrar las verdaderas zonas de soporte de carga entre las asperezas. La adhesión ocurre cuando las superficies están totalmente limpias y se presenta una microsoldadura entre las asperezas de las dos superficies. La fatiga es el resultado de ciclos de tensión y compresión elevados, actuando sobre las dos asperezas. Estos esfuerzos producen alguna deformación plástica hasta que la parte o todas las asperezas, se fracturan o desaparecen de la superficie. Este mecanismo de desgaste resulta evidente, debido a la aparición de micropicaduras en las superficies de los elementos en movimiento. El arado (o la abrasión) ocurre directamente cuando una aspereza dura afilada o un tercer cuerpo (como una partícula de desgaste de aspereza fatigada o una película de polvo) ranura o aran la superficie.

Todos los productos que se utilizan en lubricación contienen aditivos anti desgaste que controlan las condiciones de lubricación de película límite; sin embargo, en el mercado hay lubricantes especialmente formulados para ser utilizados cuando estas condiciones prevalecen por largo tiempo. Los más utilizados son: 

De origen orgánico: Son una mezcla de un aceite mineral tipo parafínico y de un 5% a un 7% de sebo animal o de un ácido graso. (esteárico, oléico, palmítico o láurico, etc). El radical ácido tiene afinidad por los metales, particularmente por el hierro y el acero, siendo la

atracción inicial de naturaleza eléctrica y las moléculas se orientan ellas mismas o se erizan, como el pelo de una alfombra. La eficacia de los ácidos grasos se debe a la reacción entre el radical polar y la superficie metálica, la cual da lugar a una película lubricante de poca resistencia al cizallamiento, pero que se adhiere fuertemente a las superficies. La película de un lubricante compuesto o compound disminuye considerablemente los riesgos de microsoldadura entre las asperezas de las superficies metálicas y por consiguiente el desgaste adhesivo. Los ácidos grasos son muy miscibles con los aceites minerales, obteniéndose así lubricantes que presentan un excelente poder de lubricación límite, y se les conoce como aceites con aditivos de untuosidad, compuestos o Compound. Son efectivos para temperaturas de operación por debajo de 50°C. 

De película sólida: Los más empleados son el grafitoy el bisulfuro de molibdeno (MoS2). Se pueden utilizar en una base coloidal que se adiciona al aceite entre un 5% a 7% por volumen, o en polvo para agregárselo a las grasas entre un 3% a un 5% por peso. En el mercado se consiguen tanto aceites como grasas, que vienen ya con el bisulfuro de molibdeno. En la figura se puede observar un mecanismo que opera permanentemente bajo condiciones de lubricación de película límite.[3]

7. Lubricación con Material Sólido Este tipo de lubricación se genera cuando se agregan partículas de material sólido al lubricante, éstas pueden ser de materiales antifriccionantes como el grafito o el disulfuro de molibdeno. Estos compuestos se comportan como si fueran “canicas” y separan a los elementos que están en movimiento evitando el contacto físico entre ellos.

8. Características de un buen lubricante Cuando requiere comprar aceite para su motor, debe escoger un lubricante que le brinde la máxima protección posible. Las características que debe cumplir un buen lubricante resaltan las siguientes:           

Baja viscosidad. Vicocidad invariable con la temperatura. Estabilidad química. Acción detergente para mantener limpio el motor. Carencia de volatilidad. No ser inflamable. Tener características anticorrosivas. Tener características antioxidantes. Tener gran resistencia pelicular. Soportar altas presiones. Impedir la formación de espuma.

9. Clasificación de los aceites: SAE –API

Los aceites lubricantes se clasifican de acuerdo a la SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices) o al API (Instituto Americano del Petróleo) de la siguiente forma:

9.1.

Clasificación SAE

La Sociedad de Ingenieros Automotrices SAE clasifica a los aceites de acuerdo a la viscosidad del lubricante y los divide en: monogrados (a estos se les asigna un número el cual es indicativo de su viscosidad) y multigrados (se les asigna dos números y entre ellos se coloca la letra W de winter que significa invierno en inglés). Los aceites monogrados tienen la característica de que su viscosidad cambia de manera importante con la temperatura, cuando ésta baja, su viscosidad se incrementa y cuando aumenta su viscosidad disminuye. Entre los aceites monogrados se tienen:  SAE40 Usado en motores de trabajo pesado y en tiempo de mucho calor (verano)  SAE30 Sirve para motores de automóviles en climas cálidos  SAE20 Empleado en climas templados o en lugares con temperaturas inferiores a 0°C, antiguamente se utilizaba para asentamiento en motores nuevos. Actualmente esto no se recomienda:  SAE10 Empleado en climas con temperaturas menores de 0°C. Desde 1964 se utilizan aceites multigrados en los motores. Estos aceites tienen la característica de que su viscosidad también cambia con la temperatura pero lo hacen de una manera menos drástica que los aceites monogrados. Para los aceites multigrados se tienen algunas de las siguientes clasificaciones SAE5W30, 10W40,10W50, etc.

9.2.

Clasificación API

El Instituto Americano del Petróleo clasifica a los aceites de acuerdo al tipo de motor en el cual será utilizado, los divide en aceites para motores a gasolina o para diesel y les asigna dos letras: la primera indica el tipo de motor; si es de gasolina, esta letra es una “S” del inglés spark (chispa) si la letra es una “C” (del inglés compression) el aceite es para un motor a diesel. La segunda letra que forma la pareja indica la calidad del aceite.

10. Aceites para motores a gasolina        

SA Típico para motores en condiciones ideales en donde son adecuados los aceites minerales simples (obsoleto) SB Para motores cuyo funcionamiento se asemeja al anterior, para motores que necesitan un aceite que les brinde protección contra rayaduras, resistencia a la oxidación y a la corrosión (obsoleto) SC Para vehículos de 1964 a 1967, incluye aditivos detergentes y dispersantes a la vez ofrecen protección contra el desgaste, la herrumbre y la corrosión SD Para motores a partir de 1968 ofrecen mayor protección contra el desgaste, la herrumbre y la corrosión SE Para motores modelo 1972 y posteriores, ofrecen mayor protección contra corrosión, los depósitos por alta temperatura (lodos) y la oxidación del aceite SF Para motores a partir de 1980, efectúa protección contra oxidación del aceite, formación de depósitos, herrumbe y corrosión SG Adecuado para motores modelo 1989, se recomienda usar en motores recién reparados SH Adecuado para motores modelo 1993 de inyección electrónica de combustible, turbocargados o supercargados



SJ Adecuado para motores modelo 1996 turbocargados, supercargados o de inyección electrónica, especialmente preparado para reducir el desgaste durante el arranque y reducir el consumo de combustible

11. Aceites para motores a diesel        

CA Servicio ligero hasta moderado y con combustible con mínimo o ningún contenido de azufre, protege contra la corrosión de cojinetes o depósitos por alta temperatura CB Parecido al anterior pero se puede emplear un combustible con mayor contenido de azufre CC Para motores turbocargados en servicio moderado hasta severo, protege contra lodos por alta temperatura CD Para motores turbocargados en servicio a alta velocidad y con cargas pesadas, en donde es necesario el control eficaz del desgaste y evitar la formación de depósitos de baja y alta temperatura CE Para motores diesel de servicio pesado y turbocargados fabricados después de 1983 CF.- Para motores diesel de servicio pesado protege contra lodos y depósitos y permite un control eficaz del desgaste CF4 Permite un mejor control del consumo de aceite y los depósitos en los pistones sustiuyte al CD y CE CG4 Para motores diesel de servicio pesado y que trabajan con diesel con bajo contenido de azufre 0.5% en peso. Se desempeña mejor que el CD, CE y el CF-4

Para motores diesel de dos tiempos se tienen:  CDII  CF-2. Tiene mejor desempeño que el CD II Los aceites para motores a diesel deben controlar la acidez que se pueda generar por el azufre en el combustible el cual al reaccionar con el agua (generada de la propia combustión o de la humedad que tiene el aire) se genera ácido sulfúrico que corroe los materiales. A los fabricantes de aceites para motores a diesel los catalogan a través del TBN (número básico total).

12. Partes del Sistema de Refrigeración Los componentes del sistema de lubricación se detallan a continuación: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Carter Campana de succión o coladera Bomba de aceite Válvula de alivio Filtro de aceite Enfriador de aceite Ductos o vena principal de lubricación Conductos internos hacia los cojinetes Respiradero del motor

La función principal del cárter es recolectar y almacenar el aceite del motor. En su mayoría hechos de láminas de acero prensado, con una zona hueca profunda y una placa divisora construida en previsión al oleaje del aceite para adelante y para atrás. En su parte inferior está provisto de un tapón de vaciado, que es el lugar por donde se extrae el aceite cuando es necesario su cambio. La tapa está provista de aletas en su parte externa cuya función es mantener el aceite a una buena temperatura de funcionamiento (80 ºC – 90 ºC). La bomba de aceite es la encargada de aspirar el aceite del cárter y enviarlo hacia los cojinetes, pistones, eje de levas, válvulas y otras partes del motor. Proporciona un flujo y presión constante hacia los componentes que están en constante fricción en el motor. El filtro de aceite sirve para limpiar el aceite que circula a través del motor, las sustancias que retiene principalmente son: partículas de metal, carbón, suciedad aerotransportada, etc. En la mayoría de los casos es montado a la mitad del camino del circuito de lubricación. Además de los componentes anteriormente mencionados, también forman parte del circuito elementos como: reguladores de presión de aceite, válvulas compensadoras y válvulas de descarga. [1], [2]

13. Circuito de aceite en el motor Sistema de lubricación a alta presión para cárter húmedo El sistema más utilizado en motores, se necesita de un engrase a alta presión para lograr una lubricación hidrodinámica efectiva.

El aceite es aspirado del cárter por medio de una bomba (3), esta impulsa por el circuito el lubricante haciéndolo pasar por una válvula termostática (5), dicha válvula, en función de la temperatura del aceite, hará pasar el fluido por el intercambiador de calor (6) si la temperatura es mayor a la temperatura a la cual se tara la válvula, en caso contrario, si la temperatura es menor, pasará directamente al filtro de aceite (7). A continuación, el aceite es llevado a todos los elementos del sistema que necesitan lubricación, tales como:    

Cojinetes del árbol de levas (10) Bulones (11) Cojinetes de los balancines (12) El turbocompresor (13-14)

Finalmente, después de haber lubricado los componentes, el aceite desciende por gravedad hasta retornar al cárter. Sistema de lubricación a alta presión para cárter seco Mantiene semejanzas con el sistema descrito anteriormente, existiendo la diferencia en que el cárter pierde su función contenedora de aceite y en su lugar se dispone de un depósito aparte, donde retorna y se acumula el lubricante. [3]

Avances en el rendimiento de motores de combustión interna en base al sistema de lubricación Nuevo filtro de biomasa lubricante Con el incremento masivo del parque automotor actual es de importancia buscar alargar el intervalo de drenaje de aceite del motor y de reducir sus efectos sobre las emisiones del mismo. Para lo cual se desarrolló un filtro de “aserrín modificado” centrando el estudio sobre la tasa de consumo de combustible y de las emisiones del motor. En las emisiones se tomaron en cuenta los siguientes gases: óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), e hidrocarburos (HC) Los resultados arrojaron una disminución de 0.4–2.1%, 3.7–7.5%, 1.6–13.3% para CO, HC, NOx, respectivamente. Además de un decrecimiento en el consumo de combustible. [4]

14. Acciones para la mejora del rendimiento del combustible y que involucran al Sistema de Lubricación Mejora de las características tribológicas del ensamble del anillo de pistón en motores automotrices que utilizan nano-materiales de Al2O3 y TiO2 como aditivos para nano-lubricantes. Con el objetivo de minimizar las pérdidas de potencia por fricción en los motores de los automóviles es necesario mejorar las características tribológicas del conjunto del anillo-pistón. Para lo cual se estudió el impacto de nano-partículas como aditivos nano-lubricantes. Utilizándose nano-partículas de Al2O3 y TiO2 de 8-12 nm y 10 nm respectivamente. Dichas partículas se suspendieron usando ácido oleico en cuatro concentraciones diferentes en el aceite del motor (0.05, 0.1, 0.25 y 0.5% en peso). Como resultados finales se mostró una disminución en el coeficiente de fricción, pérdidas de potencia y desgaste. Las distintas pruebas demostraron una reducción del coeficiente de fricción de hasta un 50% sin cambios significativos en la viscosidad del aceite. [5]

15. Acciones que dañan al motor a través del Sistema de Lubricación No revisar periódicamente el nivel de aceite del motor Se debe revisar de forma periódica el nivel de aceite del motor. El nivel debe ser el adecuado, no puede estar por debajo ni por encima. El nivel bajo de aceite genera pérdidas en la presión lo que ocasiona que las piezas no logren lubricarse de la forma adecuada. Si el nivel es alto genera problemas de estanqueidad y llevará a que se dañen los sellos y juntas. Cuando se encienda el testigo del aceite que se relaciona a continuación se debe detener inmediatamente el vehículo, para evitar daños irreparables en el motor. Sobre revolucionar el vehículo en frio Es una mala práctica que tienen algunas personas en las mañanas al encender el auto y en los semáforos. Al acelerar el auto en vacío en las mañanas es perjudicial ya que en ese instante no

se ha lubricado completamente el sistema, el aceite se encuentra más viscoso y tardara más en llegar a las partes más altas, esto reduce la película antifricción que cumple el lubricante, puede generar daños irreparables en los pistones, camisas y cojinetes. El manejo agresivo (alta velocidad, aceleración rápida, detención brusca) daña las partes internas del motor y genera consumo excesivo de combustible. No cambiar el aceite o utilizar lubricantes de baja calidad El aceite se degrada con el tiempo y el uso. Una de las razones es la presencia de contaminantes como combustible quemado o suciedad, estos deben ser combatidos por los aditivos del aceite, neutralizados químicamente o evitando que se aglomeren estos lodos generan daños en el motor. El cambio de aceite debe realizarse de acuerdo con la ficha técnica del vehículo, cada 5.000, 8.000 o 10.000 kilómetros. Recuerde que con el paso del tiempo el aceite pierde sus propiedades. Un lubricante de baja calidad puede presentar problemas de temperatura, viscosidad excesiva, o falta de viscosidad, se recomiendan aceites que cumplan con la norma API-SG o superior. Tener fugas de aceite Los daños en algunos de los retenedores o juntas del motor pueden producir fugas, un nivel inadecuado de aceite puede generar fugas, es tan perjudicial tener un nivel bajo de aceite como tenerlo por encima del nivel. Las juntas se cristalizan por los cambios de temperatura, se deben sustituir las juntas de acuerdo a los manuales de servicio o si están presentando fuga. Un poro o una fisura en el Carter puede generar fugas de aceite, un tapón de aceite que no presenta sello. Uso excesivo de aditivos No se debe aplicar ningún aditivo al aceite, el aceite multigrado trae los aditivos necesarios. El mezclar el aceite con aditivos puede generar daños en el motor, las mezclas que se obtienen no son homogéneas ni equilibradas y pueden generar efectos negativos.

Bibliografía o o

Muñoz,M .Payri,F.(1984).Motores alternativos de Combustión Interna. Valencia. Ed servicio de publicaciones UP. Heywood,J.(1998). Internal Combustion Engine Fundamentals. Florida. Ed. McGraw-Hill.

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Desantes,J.(2011). Motores de combustión interna alternativos. España. Ed. Reverté. [1]"Lubricación Hidrodinámica", Widman International SRL, 2019. [Online]. Available: https://www.widman.biz/Seleccion/hidrodin amica.html. [Accessed: 24- Mar- 2019] [2]C. Roldan, C. Roldan and V. perfil, "TRIBOLOGÍA: Lubricación Elastohidrodinámica (EHL o EHD)", Ingesaerospace-mechanicalengineering.blogspot.com, 2019. [Online]. Available: http://ingesaerospace-mechanicalengineering.blogspot.com/2011/06/tribologialubricacion.html. [Accessed: 24- Mar- 2019] [3]C. Roldan, C. Roldan and V. perfil, "TRIBOLOGÍA: Lubricación Límite", Ingesaerospacemechanicalengineering.blogspot.com, 2019. [Online]. Available: http://ingesaerospacemechanicalengineering.blogspot.com/2011/02/tribologia-lubricacion-limite.html. [Accessed: 24Mar- 2019] [1] González Calleja. (2012). Motores Térmicos y sus Sistemas Auxiliares. Ediciones Paraninfo, S.A. [2] Pérez Belló, M. Tecnologías de los Motores (1st ed.). [3] Sanz, S. Motores, Transporte y Mantenimiento de Vehículos (1st ed.). [4] Chen, X., Wang, Z., Pan, S., & Pan, B. (2019). A novel biomass lubricant filter and its effect on gasoline engine emissions and fuel economy. Journal Of The Energy Institute, 92(2), 332-340. doi: 10.1016/j.joei.2018.01.003 [5] Ali, M., Xianjun, H., Mai, L., Qingping, C., Turkson, R., & Bicheng, C. (2016). Improving the tribological characteristics of piston ring assembly in automotive engines using Al 2 O 3 and TiO 2 nanomaterials as nano-lubricant additives. Tribology International, 103, 540-554. doi: 10.1016/j.triboint.2016.08.011

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN

AGUSTIN

U N S A

FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA 3

ANALISIS DE MOTORES HIBRIDOS

PRESENTADO POR:    

ARAUJO GONZALES ALEX ALA CHARA GUSTAVO HANCCO CERVANTES GUSTAVO SONCCO SUÑIGA JOSE

DOCENTE:

ING. LESTER SILVA AREQUIPA — PERÚ

2019-A Contenido INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................... 68 HISTORIA DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

68

Orígenes .............................................................................................................................................. 68 MARCO TEORICO ........................................................................................................................................ 69 SURGIMIENTO DEL VEHÍCULO HIBRIDO

69

COMPONENTES DEL SISTEMA HIBRIDO

70

Motor térmico ..................................................................................................................................... 71 Motor eléctrico ................................................................................................................................... 71 Generador: .......................................................................................................................................... 71 Baterías: .............................................................................................................................................. 71 Sistema de gestión .............................................................................................................................. 71 Transmisión ......................................................................................................................................... 71 Inversor ............................................................................................................................................... 72 Instalación de alta tensión .................................................................................................................. 72 Sistema de control .............................................................................................................................. 73 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR HIBRIDO HIBRIDO EN PARALELO

74

HIBRIDOS EN SERIE 75 COMO AHORRA UN HIBRIDO 75

73

Arranque desde parado ...................................................................................................................... 75 Aceleración: ........................................................................................................................................ 76 Velocidad de crucero baja: ................................................................................................................. 76 Velocidad de crucero media/alta ........................................................................................................ 76 Frenado: .............................................................................................................................................. 76 Detenciones ........................................................................................................................................ 76 IMPACTO ÉTICO, SOCIAL, TECNOLÓGICO, ECONÓMICO Y AMBIENTAL 76 CONCLUSIONES ........................................................................................................................................... 77 Ventajas:

77

Desventajas: 77 BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................................. 77

INTRODUCCIÓN Antes de poder realizar el estudio minucioso que busca este proyecto es de interés mirar brevemente hacia atrás a fin de contextualizar lo que ha sido la evolución histórica del transporte eléctrico desde sus comienzos hasta la actualidad, pasando por los diversos vaivenes que ha atravesado la industria. No es objetivo realizar un estudio profundo sino simplemente dejarle al lector una somera idea de la historia que hay detrás.

HISTORIA DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS Orígenes El origen del coche eléctrico hay que buscarlo incluso antes de la aparición del motor de cuatro tiempos con el que Rudolf Diesel (motor diesel) y Karl Benz (motor de gasolina sentaron las bases del automovil actual.

Entre 1832 y 1839 (el año es incierto), el hombre de negocios escocés Robert Anderson, inventó el primer vehículo eléctrico puro. El profesor Sibrandus Stratingh de Groningen, en Holanda, diseñó y construyó con la ayuda de su asistente Christopher Becker vehículos eléctricos a escala reducida en 1835. Los automóviles eléctricos, producidos en los Estados Unidos por Anthony Electric, Baker, Detroit, Edison, Studebaker, y otros durante los principios del siglo XX tuvieron relativo éxito comercial. Debido a las limitaciones tecnológicas, la velocidad máxima de estos primeros vehículos eléctricos se limitaba a unos 32 km/h, por eso fueron vendidos como coche para la clase alta y con frecuencia se comercializan como vehículos adecuados para las mujeres debido a conducción limpia, tranquila y de fácil manejo, especialmente al no requerir el arranque manual con manivela que si necesitaban los automóviles de gasolina de la época.

Los autos eléctricos se fabricaron por docenas de empresas hasta principios de la década de 1920. Su reputación de confiables, silenciosos y eficientes los hacía atractivos. A los médicos que hacían visitas a domicilio les agradaba la idea de que el auto estaba listo tan pronto se cargaba, eliminando el largo proceso de arranque de los autos de vapor o el molesto arranque de manivela en los de gasolina. Un modelo popular era el Detroit Electric, fabricado por Anderson Carriege Company

Primer renacimiento del vehículo eléctrico Después de la Segunda Guerra Mundial surgió un nuevo tipo de autos eléctricos. Muchos fabricantes independientes trataron de fabricar un auto eléctrico que resultase barato y que cubriese más distancia con una sola carga. Pero el peso de la batería y la duración de la carga seguían siendo problemas.

MARCO TEORICO SURGIMIENTO DEL VEHÍCULO HIBRIDO Los modelos 100% eléctricos demostraban que quedaba mucho por hacer, las baterías daban prestaciones muy pobres y muy poca autonomía, así que los híbridos eran la alternativa más viable. Estamos en Nueva Jersey en 1970 y el problema era que los coches estaban en alto consumo y se estaba convencido de que el coche totalmente eléctrico no tenía una potencia suficiente y no almacena la energía suficiente entonces se les ocurre combinar el motor a gasolina con la limpieza y eficiencia del motor eléctrico Es así q se empieza planear utilizar un motor de combustible para dar potencia al motor eléctrico que impulsa las ruedas.

Reducir el consumo y las emisiones de gas sino que se reduce el rendimiento es una idea muy atractiva y está a punto de ser todavía mejor. Se crea una empresa con Russel y empiezan a fabricar el primer coche hibrido comercial Así que se extrae el motor V8 y se complementa componentes y el conflicto en oriente medio que provoca escasez de petróleo, en occidente los precios del combustible se dispara y el alocado invento híbrido está cobrando forma día a día. Es así que se experimenta con un innovador sistema de frenado llamado freno regenerativo. Lo que aprovecha la energía de frenado en energía para las baterías. Ya estamos en 1974 y el auge del petróleo vuelve a aparecer en oriente lo que hace perder las esperanzas y el interés del coche hibrido pero solo por un tiempo. Actualmente es prácticamente imposible ir a un lugar del mundo y no encontrarse con algún tipo de automóvil impulsado por gasolina o gasoil, pero en estos inicios del siglo XXI se está gestando ya una nueva revolución que es patente en ciertos lugares, sobre todo las grandes ciudades industriales, pero que se ampliará a corto plazo por todo el planeta. El nuevo concepto de vehículos de recarga que cobra cada vez más relevancia, debido, entre otros aspectos, a la flota cada vez mayor, más completa y con cargas más rápidas y eficientes, de postes de recarga. Las principales ventajas de este tipo de vehículos respecto a los no enchufables son que consiguen reducir todavía más el consumo, en ocasiones hasta un 75 %, y también las emisiones, pues al funcionar más tiempo en modo eléctrico no generan gases contaminantes ni tampoco ruidos molestos que contribuyan a aumentar la ya saturada contaminación acústica. Los fabricantes actualmente ya prometen consumos que irían entre 1,5 y 2 litros a los cien kilómetros, mientras que uno convencional vendría a gastar entre 5,5 o 7,0 l/100 km. Eso sí, esto dependerá de cómo lo usemos.

COMPONENTES DEL SISTEMA HIBRIDO Este tipo de vehículos tiene varios componentes comunes independientemente de la arquitectura (híbrido en serie, paralelo o combinado). Si fuese un vehículo 100% eléctrico no tendría motor térmico, y el resto es igual.

Motor térmico: Suele ser gasolina (ciclo Otto, Atkinson o Miller) o diesel. También podría funcionar con gas o biocombustibles. Tienen poca cilindrada respecto a un modelo equivalente de motor convencional y prima el par máximo sobre la potencia.

Motor eléctrico: Puede haber más de uno y siempre va conectado a la transmisión o empuja directamente a las ruedas, como es el caso de los motores in-wheel o dentro de la rueda. Su sonoridad es prácticamente nula y dan casi todo el par en un régimen muy bajo de revoluciones.

Generador: No es una pieza sino una función. Recupera energía en las frenadas, retenciones y aceleraciones en las que el motor térmico entregue potencia de más. Lo normal es que el mismo motor eléctrico desempeñe esta función siempre que no esté empujando.

Baterías: Suelen ser de plomo-ácido (Pb), níquel-metal hidrido (NiMh), níquel-cadmio (NiCd) o ión litio, en orden de eficiencia. Se almacenan normalmente en la parte trasera y añaden mucho peso al coche. Necesitan un sistema de refrigeración pero no mantenimiento por parte del usuario. Van aparte de la batería de 12V de siempre.

Sistema de gestión: Independientemente de que hablemos de un modelo manual (muy raro) o de uno automático, para que un híbrido sea más eficiente debe esta gestionado por un ordenador con múltiples sensores, que decida qué combinación es más eficiente en cada momento.

Transmisión Toyota denomina a la transmisión utilizada en el Prius como “Power Split Device”. Esta transmisión no tiene una caja de cambios convencional con distintos engranajes, ni una caja automática de variador continuo con correa. Este vehículo dispone de un "engranaje planetario" para transmitir el movimiento a las ruedas. No tener una caja de cambio normal aporta ventajas notables y especialmente necesarias en un coche como éste: menos peso, más espacio y menos pérdidas por rozamiento.

Inversor Se encarga de transformar y administrar el flujo de electricidad entre la batería y el motor eléctrico. Ademas posee un convertidor integrado que envía parte de la electricidad del sistema a la batería auxiliar de 12 V. El inversor se encarga de las siguientes funciones: Convierte los 201,6 V DC (corriente continua) que entrega la batería HV en 201,6 V AC trifásica (corriente alterna). Multiplica estos 201,6 V AC trifásica hasta un máximo de 500 V AC trifásica. al motor y al generador eléctricos del THSD Convierte los 201,6 V DC en 201,6 V AC para el compresor eléctrico del aire acondicionado. Convierte los 201,6 V DC en 12V DC y 100 A. para recargar la batería de 12V, dada la ausencia de alternador y alimentar a los demás elemento eléctricos del vehículo (luces, audio, ventiladores, etc.).

Instalación de alta tensión La instalación eléctrica para la propulsión funciona con 500 V, hay otra instalación de 12 V para los demás elementos eléctricos del coche (incluida una toma de corriente para arrancar el motor con una batería normal, si fuera preciso). Para reducir peso (y precio) la red de cables de alta tensión no es de cobre, sino de aluminio. Hay sensores que cortan instantáneamente la corriente en caso de accidente o de cortocircuito.

La tensión de funcionamiento del circuito de alta tensión (HV) varia en función de la evolución del sistema híbrido THS (Toyota Hybrid System)..

Sistema de control El sistema de control de THS II gestiona el vehículo en su máxima eficiencia controlando la energía usada por el vehículo, lo cual incluye la energía para mover el vehículo así como también la energía usada para dispositivos auxiliares, como el aire acondicionado, los calentadores, los focos delanteros y el sistema de navegación. El control de sistema monitorea los requisitos y las condiciones operativas de componentes del sistema híbrido, como elemento principal, el motor térmico que es la fuente de energía para el vehículo híbrido entero; El generador, que se utiliza como motor de arranque para el motor térmico y ademas convierte la energía del motor térmico sobrante en electricidad; El motor eléctrico, que mueve el vehículo usando la energía eléctrica de la batería; Y la batería, que almacena la energía eléctrica generada a través de la regeneración de electricidad por el motor eléctrico durante la desaceleración. El sistema de control también tiene en cuenta las informaciones que recibe del sensor de freno, sensor de velocidad, posición del acelerador, así como cuando el conductor actúa sobre la palanca de cambio.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR HIBRIDO La invención del motor híbrido surge de la necesidad de mejorar el ahorro de combustible en los vehículos actuales y aumentar su potencia, combinando las prestaciones de los motores de gasolina con los motores eléctricos. Dos fuentes de potencia que pueden trabajar juntas, por

separado o en paralelo, en función del tipo de uso para el que están diseñados. Pero veamos el funcionamiento del motor híbrido de un coche y que diferencias existen. Este tipo de motores se compone de una serie de engranajes que conectan cada uno de los motores a una cadena que aporta movimiento a las ruedas. El motor eléctrico es quien inicia el movimiento del vehículo haciendo girar el engranaje exterior, ganando velocidad sin consumir una gota de gasolina. En cambio, a partir de una cierta velocidad, el motor de combustión interna se activa haciendo girar los 4 engranajes del divisor de potencia y aumentando la potencia del coche.

El sistema se completa con un engranaje central conectado a un generador que carga las baterías, accionado por el motor de gasolina y que aporta potencia extra al motor eléctrico. Esta es la clave del funcionamiento del motor híbrido, pero veamos los dos tipos de motores que existen.

HIBRIDO EN PARALELO Aunque los coches híbridos más comunes son los llamados híbridos en paralelo, existe otra tipología de híbridos en serie con diferencias notables en función de la contribución del motor de gasolina al movimiento y el ámbito de uso del vehículo. Es decir, en función de si circulamos habitualmente en ciudad o en carretera, el híbrido en paralelo o en serie aporta unas prestaciones u otras. En el caso de los híbridos en paralelo, tanto el motor eléctrico como el de combustión interna están conectados a las ruedas del vehículo, pudiendo trabajar de forma conjunta o por separado. Esta particularidad los hace especialmente interesantes desde el punto de vista del consumo y las emisiones. Circulando en ciudad, donde no hace falta mucha potencia, el motor eléctrico permite un ahorro notable de combustible y cero emisiones a la atmósfera, alimentado con la energía almacenada en las baterías instaladas en el coche. Estas baterías pueden recargarse estando parado mediante una toma-corriente o bien en marcha a través del generador acoplado al motor de combustión interna. En este último caso, la fuerza que llega a las ruedas procede tanto del motor eléctrico, alimentado por la electricidad que producen el generador, como del motor de combustión. Una excelente opción para los que necesitan más prestaciones y autonomía en carretera.

HIBRIDOS EN SERIE En cambio, en los híbridos en serie, el vehículo se mueve con la potencia que suministra el motor eléctrico, utilizando la electricidad suministrada por el generador accionado por el motor de combustión interna. La ventaja de este tipo de vehículos reside en las prestaciones y autonomía que aporta el motor eléctrico en ciudad, a través del generador y de las propias baterías. Los coches híbridos disponen de un motor térmico (de gasolina o diesel) con un nivel de potencia inferior al modelo tradicional y un motor eléctrico conectado con la transmisión. En condiciones de conducción normal funcionarán alternativamente ambos propulsores. Si estamos llaneando y no necesitamos potencia extra, el motor eléctrico toma el control. Si necesitamos más velocidad, por ejemplo en una cuesta, la combinación de ambos motores proporcionará mayor potencia.

El motor eléctrico no produce contaminación, es eficiente en cuanto a consumo y ahorra energía interna. Para ello cuenta con un generador que recupera energía en las frenadas (frenada regenerativa, cuando aplicamos presión al pedal de freno, el sistema empleará parte de esa fuerza de frenado en recargar la batería), aprovechando la inercia del coche (cuando mantenemos el coche en movimiento gracias a la inercia, por ejemplo en pendientes descendentes o en llano, el coche híbrido activa la generación de energía) y en las aceleraciones en las que el motor térmico aporte más potencia al funcionamiento del coche híbrido. Las baterías de un coche híbrido suelen ser de plomo-ácido, níquel-metal hídrido, níquelcadmio o ión litio que se colocan en la parte trasera del vehículo y necesitan un sistema de refrigeración. Para que un híbrido sea más eficiente dispone de un sistema de gestión con múltiples sensores que establece la combinación más eficiente en cada momento. La centralita del coche híbrido tratará de que el motor eléctrico esté en funcionamiento el máximo tiempo posible para minimizar el gasto de gasolina, minimizando también las emisiones contaminantes.

COMO AHORRA UN HIBRIDO Arranque desde parado: El motor eléctrico se utiliza para mover el coche con o sin el motor térmico (con poca demanda de aceleración). La transición de parado a movimiento es lo más

suave posible, alcanzada cierta velocidad el motor de gasolina mueve el coche también si no lo ha hecho ya. Así evitamos un momento de gran ineficiencia del motor térmico. Los semihíbridos siempre arrancan con los dos motores.

Aceleración: Como el motor térmico es de potencia más ajustada, el eléctrico se utiliza para ayudarle a empujar durante un tiempo suficiente (no valdría para un 0-punta). Al tener que hacer menos esfuerzo el térmico su consumo es menor y el comportamiento similar a si tuviese más potencia.

Velocidad de crucero baja: En zona urbana y en determinadas circunstancias el motor eléctrico puede realizar toda la labor de empuje mientras el nivel de carga de las baterías lo admita. El consumo de combustible pasa a ser cero, no hay emisiones y el sonido del vehículo se limita al ruido de rodadura de los neumáticos.

Velocidad de crucero media/alta: Es el motor térmico el que empuja al vehículo, con puntuales asistencias del eléctrico para ligeras pendientes, en caso contrario se almacena en las baterías cualquier excedente de potencia del motor térmico. En este caso, la alta eficiencia del motor térmico rebaja el consumo. Es mucho más fácil en términos de esfuerzo mantener una velocidad que hacer variaciones en ella (aceleración en este caso).

Frenado: Si la potencia de frenada exigida es baja, en vez de utilizarse los frenos de disco el generador ofrece una gran resistencia al avance y convierte el movimiento del vehículo en electricidad para recargar baterías. Si exigimos más potencia de frenado actúa el sistema convencional además del regenerativo.

Detenciones: Cuando estamos detenidos no funciona ninguno de los motores a menos que las baterías estén bajas de carga. No hacemos ningún ruido, ni gastamos, ni emitimos ningún gas. Los peatones pensarán que se nos ha calado el coche. El sistema de aire acondicionado tirará de la energía almacenada en las baterías para evitar el ralentí, una gran pérdida de energía.

IMPACTO ÉTICO, SOCIAL, TECNOLÓGICO, ECONÓMICO Y AMBIENTAL El impacto que se a producido con los automóviles hibridos en el area tecnológico es muy grande ya que ah sido un avance con respecto a eficiencia-ecologia ya que este tipo de automóviles ahorran una gran cantidad de combustibles y tienen tanta o incluso mas potencia que un auto ordinario y con la misma comodidad, el impacto en lo ético pus no ha sido el que se esperaba ya que en lo que respecta a Mexico pues lo hemos tomado como un lujo el adquirir este tipo de automóviles en vez de verlo por el lado de concientizar hacia el bienestar de nuestro planeta. Pensamos que en lo social también caemos en el mismo error de tomarlo como lujo aunque en los Estados Unidos como mencionamos se puede adquirir un crédito para la compra de un hibrido, en lo económico pues a sido muy fuerte ya que

pues el costo de estos es elevado asi como también las tenencias que se pagan y los servicios de mantenimiento que se les tienen que realizar la única parte en que el aspecto económico es bueno es en la reducción en el gasto de gasolina, y por ultimo el impacto ambiental ah sido muy bueno ya que emiten muy pocos gases contaminantes y ayudan a preservar más las reservas de petróleo de nuestro planeta.

CONCLUSIONES Ventajas: Ahorro energético. La eficiencia del combustible se incrementa notablemente y también recupera energía en las deceleraciones. Menor ruido. Motor más elástico y de respuesta más rápida. Menor contaminante. En recorridos cortos no se utiliza el motor convencional, por lo que éste no trabaja en frío y mejora su envejecimiento. Mayor suavidad y facilidad de uso que un motor convencional. Es muy difícil que se queda sin batería por dejarse algo encendido. Se puede hacer uso por ejemplo del aire acondicionado con el motor apagado.

Desventajas: Un coche híbrido tiene mayor peso que un coche convencional. También tiene más complejidad y más posibilidad de desperfectos. El precio.

BIBLIOGRAFÍA https://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculo_h%C3%ADbrido_el%C3%A9ctrico https://tecvolucion.com/que-es-un-motor-hibrido-y-que-tipos-hay/ https://www.toyota.es/world-of-toyota/articles-news-events/2017/como-funciona-motorelectrico-coche-hibrido-toyota http://www.aficionadosalamecanica.net/hibridos.htm http://amounal.es/que-es-y-para-que-sirven-los-motores-hibridos/