MEZCLADORES AIRE ? GAS NATURAL COPSA El objetivo principal de este documento es el de brindar elementos básicos a los técnicos del taller para la selección adecuada del mezclador a usarse en los sistemas de presión negativa en la conversión de motores de gasolina a gas natural vehicular (GNV) En principio, y para ponernos de acuerdo, se definen algunos términos: Caudal: es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Siendo fluido líquido o gaseoso, el caudal se calcula como el volumen que atraviesa el área considerada por unidad de tiempo. Para el caso que nos ocupa requerimos considerar el caudal de aire el cual debe mezclarse con el volumen de gas para formar la mezcla combustible. Eficiencia volumétrica: Es una cifra que nos indica el porcentaje de aprovechamiento de la cilindrada de un motor. El volumen del cilindro completamente lleno de mezcla genera una determinada energía. Si se relaciona con la energía que realmente se está obteniendo del motor se tiene la eficiencia volumétrica. Sirve para indicar el llenado del cilindro conseguido y está en función de la eficacia del sistema de entrada y salida de los gases al cilindro. Presión atmosférica: es la fuerza del aire sobre la superficie terrestre, a nivel del mar es de 1 Bar o su equivalente en las demás unidades de presión 1 atm = 1, 01325 bares 1 bar 1 bar = 14, 5037738 PSI 1 bar = 750,06 mm Hg 1 atm = 760 mm Hg Presión negativa: es aquella que al medirla es inferior a la presión atmosférica o aquella tomada como referencia. Relación estequiométrica: La relación estequiométrica indica la proporción en masa de combustible y comburente (aire) necesarios para lograr una combustión completa. La mezcla estequiométrica de la combustión de la gasolina es de 14,7 partes de aire (en masa) por cada parte de gasolina (en masa). Es decir, para quemar completamente un gramo de gasolina se necesitan 14,7 gramos de aire. En el caso del Gas natural cuyo componente principal es el metano la relación estequiométrica esta entre 16,5 y 22 gramos de aire por gramo de combustible dependiendo de la naturaleza del gas, es decir si el gas natural fuera 100% metano (HC4) la relación estequiométrica es de 17,26 gramos de aire por gramo de metano en la mezcla combustible. Venturi: es una configuración geométrica que permite que el fluido que lo atraviesa cambie de presión y caudal en función del área que debe atravesar, esencialmente el carburador y el mezclador de aire-gas son aplicaciones del efecto Venturi y su explicación la detalla el principio de Bernulli. DISEÑO DEL MEZCLADOR Y CORRECTA APLICACIÓN Antes que nada debemos analizar ciertos aspectos técnicos de la operación del sistema de alimentación de combustible a fin de eliminar paradigmas y ciertas teorías incorrectas y comunes entre los técnicos automotrices ? Tanto en los motores de carburador como en los motores inyectados se encuentra un sistema de mariposa que comanda el volumen de mezcla que debe ingresar al motor, las dimensiones de los sistemas de admisión, si bien se diseñan en función de la cantidad de aire que requiere la operación del motor, sus dimensiones pueden ajustarse (como sucede en los autos de carreras) para generar comportamientos diferentes. La obstrucción de la entrada de aire en los motores con carburador da como resultado el enriquecimiento de la mezcla, pero la razón, no es otra que, la succión del motor genera caudal adicional en los ductos de combustible y no porque la restricción de caudal de aire en el venturi genere mayor ingreso de combustible como se puede verificar en el principio de Bernulli (al reducir el área de paso se aumenta la velocidad del fluido pero el caudal es constante). Lo importante en realidad es mantener la relación estequiométrica cerca de parámetros ideales en todos los regímenes del motor y que este caudal no altere la eficiencia volumétrica del motor. ? La dosificación del combustible (gas natural) no es constante en todas las condiciones; durante el encendido en frio se requieren mezclas especialmente enriquecidas tanto hasta llegar a relaciones de 4,5 gramos de aire por gramo de combustible, en cambio para la operación en ralentí la relación debe ser cercana a los 22 gramos de aire por gramo de combustible, en la condición de máxima potencia la relación esta por el orden de 14:1 y en máximo rendimiento 18:1. Dado que la geometría del mezclador es constante, el técnico encargado de la implementación deberá tener en cuenta: o Si es un vehículo de carga su principal necesidad deberá estar en liberar la mejor condición de par por lo tanto el mezclador deberá tener su mejor eficiencia en las rpm de máximo torque del motor o Si es un vehículo que requiere como característica principal el buen desempeño en velocidad (vehículos de carretera), deberá ajustarse idealmente en las rpm de máxima potencia o Si el vehículo es urbano requerirá de buenas condiciones de arranque y paradas continuas y buen desempeño en consumo de combustible sin ver afectada la temperatura del motor, en este caso debe buscarse la implementación ideal en el rango de rpm entre máximo torque y menor consumo específico de combustible. Como primera conclusión vemos que la selección adecuada del mezclador depende del tipo de uso del automotor además de los parámetros dimensionales del motor INSTALACION El mezclador tiene un sentido de circulación del aire de lo contrario no puede funcionar, el diseño del mezclador COPSA posee una entrada con forma de trompeta, como los carburadores de alto rendimiento, a fin de dar características especiales al flujo de aire de entrada que homogenice adecuadamente la mezcla; la salida es un cono con su área mas grande en el sentido que va la mezcla hacia el motor. El mezclador COPSA en principio consta de un cuerpo base que permite el intercambio del difusor interno lo cual lo hace especialmente práctico y evita tener un gran número de referencias de mezcladores en inventario, estos difusores vienen en dos modelos: ? Difusor de 34mm de diámetro sin restrictor de flujo que permite caudales para motores con cilindrada superior a 1600 cc hasta 4500 cc, se puede llegar a motores hasta de 6000 cc en aquellos casos que se pueden instalar dos mezcladores ? Difusor con restrictor de área para motores desde 800cc hasta 1600 cc, el centro del restrictor permite ser perforado para optimizar el mezclador a cada tipo de motor y operación. De lo explicado hasta el momento se puede concluir 1. El mezclador COPSA posee un cuerpo base que permite la instalación manguera ? manguera y cuerpo ? manguera en una gama de vehículos con ductos de admisión entre 52 y 75 milímetros de diámetro (remitirse al anexo de aplicaciones) 2. El difusor con restrictor permite ajustar caudales de aire en una para una gama de motores entre 800 y 1600 cc mediante la perforación del restrictor de acuerdo con las necesidades de operación del vehículo 3. Es pertinente verificar adecuadamente tanto la instalación del difusor dentro del cuerpo como del mezclador trabaje en el sentido del flujo correcto entrada por la trompeta y salida por el extremo de mayor diámetro del difusor. Por otra parte se observara que el difusor siempre será ajustado contra el tope del cuerpo por el sentido del flujo. RECOMENDACIONES La verificación de la adecuada implementación del mezclador siempre se realizara sobre los siguientes parámetros: 1. La presencia de oxigeno en los gases de escape para la condición seleccionada ideal para el vehículo (carga, velocidad o régimen de consumo) deberá oscilar entre 3% y 5% además de cumplir con los estándares de emisión para el vehículo especialmente en lo que se refiere a NOx. 2. La regulación se debe realizar siguiendo las indicaciones del fabricante del regulador para óptimos resultados debe acompañarse de adecuadas implementaciones de variador de avance, caudal de regulador y sistemas de lazo cerrado cuando las condiciones de operación de vehículo sean mixtas en función de su operación. 3. Para óptimos resultados deberá realizarse el montaje del mezclador de manera que el sistema de admisión reciba totalmente el aire filtrado y no presente fugas de vacio en ninguno de los puntos de unión o ajuste del sistema de admisión incluyendo la correcta estanquidad del cuerpo de mariposa, el filtro de aire y el carburador 4. Utilice como conexión desde el regulador solamente mangueras certificadas para GNV y que no se obturen por el ruteo o el cambio de la temperatura en el habitáculo del motor, recuerde que en lo posible la máxima distancia entre el regulador y el mezclador debe ser de 1000 mm 5. Instale el mezclador lo mas cercano posible al múltiple de admisión esto evitara retorno de llama en el motor y proporcionara mayor eficiencia en todo el sistema de GNV 6. Asegure el difusor al cuerpo del mezclador esto evitara que en eventuales contra-explosiones éste salga disparado a través de los ductos de admisión. 7. En los sistemas EGI con sensor de flujo de aire con hilo caliente coloque pantallas de protección del hilo que eviten el daño en caso de retorno de llama. 8. Apoye el diseño del sistema en su proveedor de equipos y el ingeniero del taller: ?TRACE UN PLAN DE INSTALACION Y SIGALO? no improvise, pregunte en caso de duda, eso evitara muchos gastos imprevistos.