COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
COMBUSTIBLES CONVENCIONALES
Carlos Sousa
AGENEAL, Agencia Municipal de Energía de Almada
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
MOTORES DIÉSEL Y DE GASOLINA
• Ciclo de 4 tiempos
• Componentes principales
• Sistemas auxiliares
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos
ADMISIÓN
Entrada de aire en la cámara de
combustión
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DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos
COMPRESIÓN
Con todas las válvulas cerradas, el
pistón sube, comprimiendo el aire en el
interior del cilindro
Aumentan la presión y la temperatura
del aire.
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DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos
INYECCIÓN
Una vez comprimido el aire, se inyecta el
combustible a alta presión en el cilindro.
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DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos
EXPLOSIÓN
Se produce el encendido al entrar en contacto
el combustible con el aire caliente.
Se transmite la energía mecánica generada al
motor.
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DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos
ESCAPE
Después de la combustión, los
gases calientes salen del cilindro
por las válvulas de escape.
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DIÉSEL – Ciclo de 4 Tiempos
ADMISIÓN
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COMPRESIÓN
INYECCIÓN
EXPLOSIÓN
ESCAPE
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
• Relación de Compresión =
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V max
V res
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COMPONENTES PRINCIPALES DEL MOTOR
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COMPONENTES DEL MOTOR
• Pistón – Transmite el movimiento a la
biela
• Biela – Transmite el movimiento al
cigüeñal
• Cigüeñal – Transforma el movimiento
alterno en rotatorio
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
PRINCIPALES SISTEMAS AUXILIARES
• Distribución (apertura y cierre de las válvulas)
• Sistema de refrigeración (evita el sobrecalentamiento de los componentes)
• Lubricación (reduce el rozamiento, limpia los componentes, etc.)
• Combustible (admisión de combustible)
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DISTRIBUCIÓN
Doble Árbol de Levas en
Cabeza (DOHC)
Leva Lateral
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DISTRIBUCIÓN
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Objetivos
1. Enfriar los componentes del motor:

mantener el motor a una temperatura de funcionamiento
adecuada (p.ej. evitar que se fundan los componentes)

mantener las propiedades físicas y químicas del aceite
lubricante (una excesiva temperatura podría deteriorarlo)
2. Proporcionar calor para climatizar el interior del vehículo
3. Mejorar el arranque en frío
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SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
• Bomba de agua
• Termostato
• Radiador
• Ventilador
• Circuito de
calefacción
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SISTEMA DE LUBRICACIÓN
La función del aceite de motor va más allá de la mera lubricación.
El aceite también debe tener:
• Gran capacidad detergente y dispersante
• Gran capacidad anti-oxidante
• Buena capacidad de refrigeración (ayuda a refrigerar el motor)
• Buena capacidad de neutralizar ácidos
• Capacidad de mantener sus propiedades ante cambios de
temperatura (en frío y en caliente)
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SISTEMA DE LUBRICACIÓN
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
SISTEMA DE COMBUSTIBLE
Objetivo:
• Introducir combustible en el motor para su mezcla con el aire
caliente en el interior del cilindro y posterior evaporación,
auto-ignición y combustión
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
SISTEMA DE
COMBUSTIBLE
1. Inyección indirecta
2. INYECCIÓN DIRECTA
•
Inyección directa en los cilindros
•
Mayor presión de inyección
•
Tecnología más cara y exigente
•
Múltiples inyectores de compresión
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INYECCIÓN DIRECTA vs. INYECCIÓN INDIRECTA
Pérdidas
Rendimiento
Régimen
Combustible
Inyección
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Directa
Indirecta
Menor pérdida de
temperatura
Mayor pérdida de temperatura
entre cámaras
Mayor
Menor
Régimen de revoluciones más
lento
Régimen de revoluciones más
rápido
Necesita combustibles de
mayor calidad
Funciona con combustibles de
menor calidad (viscosidad,
índice de cetano)
Multipunto – varios inyectores
(mayor presión de inyección)
Monopunto – 1 inyector
(menor presión de inyección)
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
INYECCIÓN DIRECTA vs. INYECCIÓN INDIRECTA
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Ventajas
Inconvenientes
Menor consumo de
combustible
Precio
Potencia
Ruido
Arranque en frío
Vibraciones
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INYECCIÓN DIRECTA
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INYECCIÓN DIRECTA
Turbulencias (“squish”)
y remolinos (“squirl”)
del aire en la cámara
de combustión
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TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN
• Bomba radial y en línea
• Bomba-inyector
• Conducto común (“common-rail”)
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TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN
Bomba en línea
600...700 bares  1 000 bares en la punta del inyector
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN
Bomba radial
1000 - 1500 bares en la punta del inyector
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
SISTEMAS DE INYECCIÓN
Bomba-inyector
 2000 bares
Ventajas
• Sin tuberías
• Mayor presión de inyección
• Menor consumo de combustible
• Mejor par y potencia a regímenes de revoluciones bajos
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
SISTEMAS DE INYECCIÓN
Conducto Común (“Common-Rail”)
1800  2 000 bares
Ventajas
• Mejor control de la inyección
• Disminución del ruido y de la vibración
• Buen consumo de combustible
• Buen par y potencia
• Disminución de emisiones contaminantes
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
ADMISIÓN EN LOS MOTORES DE GASOLINA
Un motor de gasolina puede admitir:
• Una mezcla de aire y combustible
• Aire, con inyección directa del combustible
al interior del cilindro – Motores de
Inyección Directa
Source: Total
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
TURBOCOMPRESIÓN
Objetivo: Aumentar la relación potencia/peso
Un compresor aumenta la densidad del aire antes de su admisión en los
cilindros
Desventajas (en relación con los motores atmosféricos sin turbocompresor):
• Mayor complejidad y coste
• Mayor esfuerzo físico y térmico del motor
Ventajas:
• Mayor par y potencia
• Mejor consumo de combustible
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TURBOCOMPRESIÓN
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TURBOCOMPRESIÓN
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
TURBOCOMPRESIÓN
Geometría variable
• Mayor par en todos los regímenes
de revoluciones por minuto
• Mejor consumo de combustible
• Mayor potencia
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
TURBOCOMPRESIÓN
INTERENFRIADOR
O “INTERCOOLER”
Objetivo: Aumentar la
relación potencia/peso
Enfría el aire después de la
compresión antes de su
admisión en los cilindros:
• Admisión de una mayor
masa de aire en los cilindros
• Mayor consumo
• Mayor par
• Mayor potencia
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES
La combustión en los motores Diésel se caracteriza por una alta
concentración de gotículas de combustible (baja vaporización del
combustible).
Principales contaminantes:
• Partículas (PM)
• Hidrocarburos sin quemar (HC)
• Monóxido de carbono, (CO)
• Óxidos de nitrógeno (Nox )
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FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES
Control de las emisiones:
• Recirculación de los gases de escape (EGR)
• Filtro de partículas
• Convertidor catalítico
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FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES
Control de las emisiones
Diésel:
• Recirculación de los gases de escape o EGR (evita la formación de NOx)
• Filtros de partículas, activos y pasivos (disminución de PM)
• Convertidor catalítico de oxidación (reducción de HC y CO)
• Reducción catalítica selectiva o SCR (transforma el NOx en N2 y H2O)
Petrol:
• Convertidores catalíticos con tres vías
• Catalizadores de oxidación (transforma CO y HC en CO2 y H2O)
• Catalizadores de reducción (transforma NO en N2 y O2)
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
Calidad del combustible Diésel:
• El Diésel es un derivado del cetano (C10H22)
• Cetanaje o Índice de cetano: Indica la mayor o menor capacidad de
autoignición del combustible ( menor lapso hasta la autoignición)
• 15: Baja capacidad de autoignición: isocetano
• 100: Alta capacidad de autoignición: cetano
• Menor índice de cetano requerido: 51
• Contenido de azufre: Menos de 50 ppm  combustible de bajo
contenido en azufre
• Eliminación de las emisiones de dióxido de azufre (SO2)
• Reducción de las emisiones de PM
• Menos de 10 pmm: Combustible sin azufre (a partir de 2009)
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Regeneración
por filtro
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FORMACIÓN Y CONTROL DE LOS CONTAMINANTES
HC
CO
NOx
PM
Diésel
Gasolina
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
NORMAS EUROPEAS SOBRE EMISIONES
Vehículos de pasajeros Diésel  2,5t (valores en g/km)
Norma
Año
CO
HC
HC + Nox
Nox
PM
Euro 1
1992
2,72
-
0,97
-
0,14
Euro 2 - IDI
1996
1,00
-
0,70
-
0,08
Euro 2 - DI
1999
1,00
-
0,90
-
0,10
Euro 3
2001
0,64
-
0,56
0,50
0,05
Euro 4
2005
0,50
-
0,30
0,25
0,025
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
EFICIENCIA ENERGÉTICA
PAR
Energía generada por el motor en una revolución, resultante de la combustión
del combustible [kg.m o N.m].
1 kg.m=9,8 N.m
Cuanto más alto el par, mayor es la eficiencia del motor a un régimen de
revoluciones determinado.
POTENCIA
Energía generada por unidad de tiempo [W o CV].
1kW = 1,36 CV
1 CV = 0,736 kW
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
EFICIENCIA ENERGÉTICA
Curva de par de giro
• Muestra la distribución del par a cualquier régimen de revoluciones, a plena
carga.
• Debería ser lo más baja posible, lo que significa buena respuesta del motor a
cualquier régimen de revoluciones.
• RPM x N.m (o kg.m).
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EFICIENCIA ENERGÉTICA
Curva de potencia
• Muestra la distribución de la potencia en cualquier régimen de revoluciones, a
plena carga.
• RPM x kW (o CV).
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
EFICIENCIA ENERGÉTICA
• Emisiones de CO2 por litro: la gasolina supera ligeramente al Diésel
• Emisiones de CO2 por km: menor consumo de Diésel y menor emisión
• La eficiencia energética es una función de las relaciones de compresión
• Los motores Diésel utilizan una relación variable de combustible y aire
• Los motores de gasolina utilizan una relación constante de aire y combustible
(estequiométrica de 14,7 a 1), independientemente de la velocidad y la carga
• El tipo de admisión de los motores Diésel permite que la relación de aire y
combustible en régimen de ralentí pueda descender hasta 100 a 1, siendo su
eficiencia de consumo mucho mayor que la de los motores de gasolina
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Rendimiento teórico del motor
EFICIENCIA ENERGÉTICA
Motores de
gasolina
Motores Diésel
Relación de compresión
V max
V res
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EFICIENCIA ENERGÉTICA
Trabajo útil
Pérdidas
Variaciones de velocidad
Pérdidas por combustión
Pérdidas por mezcla
Pérdidas por fricción
Proceso ideal
Pérdidas
87%
Motor de gasolina, conducción en ciudad
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DIÉSEL vs. GASOLINA
Diésel
Gasolina
Admisión
Aire
Aire y combustible
Combustión
Autoignición provocada por la
alta presión y temperatura en
el interior del cilindro
Encendido por bujías
Combustible
Debe ser de vaporización fácil
Debe ser resistente a la
y favorecer la autoignición
autoignición (octanaje algo)
(cetanaje alto)
Relación de compresión
La máxima posible (15 a 24)
Limitada por las
características del
combustible (9 a 12)
Eficiencia
~35%
Menor de 30%
Turbocompresión
Siempre que sea posible.
Aumenta la eficiencia y
mejora la combustión
Solución poco frecuente, pero
cada vez más popular
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DIÉSEL vs. GASOLINA
Diésel
Gasolina
Consumo
Menor
Mayor
Precio
Normalmente menor, pero
depende de los impuestos
con que se grave en cada
país
Mayor
Peso
Más pesado
Más ligero y compacto
Arranque
Cuasi-inmediato
Inmediato
Nivel de vibración y ruido
Alto
Bajo
Velocidad del motor
Limitada por las
características del
combustible y del ciclo
Alta
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INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL - CURIOSIDADES
En 1976, Volkswagen presentó la denominación “GTI”, pero no la
registró. Casi todos los fabricantes la utilizaron.
Sin embargo, en 1991, Volkswagen presentó la denominación “TDI”,
pero esta vez sí la registró. El resultado fue el siguiente …
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INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL - CURIOSIDADES
TDI – VAG Group
TiD - Saab
JTD - Alfa, Fiat, Lancia
D- 4D - Toyota
d - BMW
D5- Volvo
CRD - Chrysler, Jeep
HDI - Peugeot, Citroën
TDdi - Ford
Di-D – Mitsubishi
TDCi - Ford
dTi - Renault
CDTi - Honda
dCi - Renault
CRDi - Hyundai
CDT – Rover
DvTdi – Mazda
DTI – Opel
DiTD – Mazda
CDI – Mercedes
DDTi – Nissan
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
Resumen
Ventajas de los motores Diésel:
• Mejor eficiencia energética: menor consumo de combustible/uso de
energía (funciona con relaciones de compresión mayores)
Ventajas de los motores de gasolina:
• Mejor arranque en frío
• Menor nivel de ruido y vibraciones
• Mayor elasticidad (velocidades de motor más altas)
• Más ligero
• Más potencia con un mismo tamaño de motor
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
Resumen
La tendencia actual en motores y tecnologías Diésel se dirige a:
• mejorar la pulverización del combustible (mayor presión de inyección)
• mejorar el flujo en el interior del cilindro
• optimizar la inyección para reducir el ruido y las vibraciones
• maximizar la potencia y el par sin sacrificar la economía de
combustible (optimizar la turbocompresión)
• optimizar la inyección de combustible para reducir el consumo de
combustible (p.ej. tecnologías de inyección)
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COMBUSTIBLES Y VEHÍCULOS ALTERNATIVOS
Resumen
La tendencia actual de las petroleras se dirige a:
• Aumentar el cetanaje
• Reducir el contenido de azufre
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Nuestro agradecimiento al
Profesor Tiago Farias
Universidad Técnica de Lisboa
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¡Muchas gracias por su atención!
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