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ESTUDIO DE CONSULTORÍA EN

GAS NATURAL VEHICULAR

CONTRATO No. 079-003/00

EVALUACIÓN DEL PROGRAMA DE CONVERSIÓN A GNV DE VEHÍCULOS DE LA FLOTA DE

EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLÍN

(EE.PP.MM.)

INFORME No.1

COMPAÑÍA DE ENTRENAMIENTO TÉCNICO AUTOMOTRIZ

CETa Ltda..

21 de Septiembre, 2001

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 1

OBJETIVOS 3

1. MARCO DE REFERENCIA 4

1.1 El gas natural y su uso como combustible automotor 4

1.1.1 Origen y fuentes del gas natural 4

1.1.2 Propiedades del gas natural 4

1.2 Desarrollo y perspectivas del uso del GNV en Colombia 14

1.2.1 Antecedentes. 14

1.2.2 Situación actual del mercado del GNV en Colombia 14

1.2.3 Expectativas de mercado para el GNV 16

2. TECNOLOGÍAS PARA USO DE GAS NATURAL EN VEHÍCULOS 18

2.1 Vehículos dedicados a GNV 21

2.2 Vehículos bi-combustible 22

2.3 Vehículos duales GNV - Diesel 26

3. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV 28

3.1 EVALUACIONES DE VEHÍCULOS A GNV 28

3.2. EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN CAMPO 32

3.2.1 EVALUACIÓN DE UNA FLOTA DE RECOLECTORES DE BASURA FUNCIONANDO CON GNV. 32

3.2.2 EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN UNA FLOTA DE TAXIS 35

3.3 EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN LABORATORIO 37

3.3.1 Proyecto de evaluación de vehículos a GNV del Departamento de Energía de los Estados Unidos 37

3.3.1.1 Evaluación comparativa de vehículos pick up Ford F250 dedicada a GNV y a gasolina 39

3.3.1.2 Evaluación comparativa de los automóviles Honda Civic versión dedicada a GNV y versión a gasolina 42

3.4 CONCLUSIONES SOBRE EXPERIENCIAS INTERNACIONALES 44

4. EXPERIENCIAS NACIONALES EN EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV. 46

4.1. Evaluación de bus de transporte publico a GNV en Bogotá. 46

4.1.1. Antecedentes 46

4.1.2. Objetivos 47

4.1.3. Metodología 47

Página

4.1.4. Resultados y conclusiones 47

4.2 Prueba piloto de gas natural vehicular en Bogotá 48

4.2.1. Antecedentes 48

4.2.2. Objetivos 49

4.2.3. Metodología 49

4.2.4. Resultados y conclusiones 50

5. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE VEHÍCULOS DE LAS EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN CONVERTIDOS A GNV. 51

5.1. Antecedentes del programa de conversión a GNV de las EE.PP.MM. 51

5.1.1. Condiciones del mercado del GNV en la región. 51

5.2 Objetivos de la evaluación de los vehículos de las EE.PP.MM. convertidos a GNV. 52

5.3 Descripción de la flota de vehículos de las EE.PP.MM. convertidos a GNV 52

5.4 Selección de la muestra de vehículos a evaluar 53

6. PROTOCOLOS DE PRUEBAS DE DESEMPEÑO MECANICO Y AMBIENTAL 55

6.1 Condiciones generales de las pruebas. 55

6.2 Inspección inicial de los vehículos de prueba 55

6.2.1 Objetivo 55

6.2.2 Verificación de pre-conversión del estado mecánico del motor y de sus sistemas asociados. 55

6.2.3 Inspección de aspectos de seguridad del vehículo. 57

6.2.4 Inspección de la instalación del kit de conversión a GNV 57

6.3 Pruebas comparativas de rendimiento en dinamómetro 58

6.3.1 Objetivo 58

6.3.2 Sitio de prueba 58

6.3.3 Equipo de prueba 58

6.3.4 Procedimiento 58

6.3.5 Resultados 58

6.4 Pruebas comparativas de rendimiento en campo a diferentes alturas sobre el nivel del mar (h<1000m, 1000m <h<2000m, h>2000m) 59

6.4.1 Objetivo 59

6.4.2 Condiciones de carga 59

6.4.3 Sitios de prueba 59

6.4.4 Requerimientos y condiciones generales de prueba: 59

6.4.5 Equipo de medición 60


6.4.7 Resultados de los ensayos 60

6.5 Pruebas comparativas de emisiones de gases a diferentes alturas sobre el nivel del mar. (h<1000m, 1000m <h<2000m, h>2000m) 60

6.5.1 Objetivos 60

6.5.2 Sitios de prueba 61

6.5.3 Equipos de medición 61

6.5.4 Procedimientos previos a la medición 61

6.5.5 Medición de emisiones a velocidad de crucero (2500 +/- 250 R.P.M) y en ralentí 62

6.5.6 Resultados 62

6.6 Ensayos de consumo de combustible 62

6.6.1 Objetivo 62


6.6.3. Resultados de los ensayos 63

7. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN EFECTUADA A LOS VEHÍCULOS DE LAS EE.PP.MM CONVERTIDOS A GNV 64

7.1 VEHÍCULO 1: Campero Toyota 64

7.1.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 64

7.1.2 Resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta 65

7.2 VEHÍCULO 2: Camioneta Luv Doble Cabina 93



7.3 VEHÍCULO 3: Camioneta Luv Pick-up 120



7.4 VEHÍCULO 4: Campero Trooper 147



8. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA CONVERSIÓN Y OPERACIÓN DE LOS VEHICULOS DE LAS EE.PP.MM A GNV 174

8.1. OBJETIVO GENERAL 174

8.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 174

8.3. METODOLOGÍA DESARROLLADA 174

8.4. DETERMINACIÓN DE INGRESOS 176

GUEST

GUEST

8.5. FLUJO DE CAJA E INDICADORES FINANCIEROS 183

8.6. CONCLUSIONES DE LA EVALUACIÓN FINANCIERA 187

9. RESUMEN GENERAL Y CONCLUSIONES 190

BIBLIOGRAFÍA 205

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ESTUDIO

• Fotos y comentarios sobre la instalación de los kits de conversión a GNV.

• Fotos de pruebas de rendimiento (potencia y torque) en dinamómetro.

• Fotos de equipos y vehículos utilizados en las ensayos de carretera

ANEXO 2. DATOS GENERALES DE FLOTA DE VEHÍCULOS DE LAS EE.PP.MM. CONVERTIDOS A GNV

ANEXO 3. REGISTROS IMPRESOS DE LAS PRUEBAS DE RENDIMIENTO

ANEXO 4. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

• New Vehicle Evaluation Project – U.S. Department of Energy (DOE)

• Running Refuse Haulers on Compressed Natural Gas - Evaluación de la flota de vehículos a GNV de recolección de basura. New York 1.992. Estudio auspiciado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE-US).

• Washington, D.C.´s Clean Air Cab: “America´s first natural gas cab company” – Evaluación de una flota de taxis a GNV. Estudio auspiciado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE-US).

ANEXO 5. ESPECIFICACIONES DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

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INTRODUCCIÓN

Durante los últimos años la contaminación atmosférica en las principales ciudades Colombianas ha alcanzado niveles alarmantes. La polución del aire ha originado aumentos en la frecuencia de enfermedades respiratorias, molestias oculares y otros impactos negativos sobre la salud publica, la calidad de vida y el bienestar general de la población.

Mediante estudios realizados a principios de la década de los noventa1 y corroborados por los monitoreos de calidad del aire efectuados en la actualidad en ciudades como Bogotá, Cali, Medellín y Bucaramanga, se ha detectado que los automotores contribuyen con alrededor del 60% de la descarga de contaminantes emitidos a la atmósfera. Para enfrentar este fenómeno, el Ministerio del Medio Ambiente ha diseñado una serie de estrategias tendientes a minimizar el impacto de las emisiones vehiculares sobre la atmósfera.

Una de las estrategias claves del Ministerio es la de promover el uso de combustibles alternativos menos contaminantes, en especial el gas natural vehicular (GNV) cuyas importantes reservas, infraestructura de distribución instalada y ventajas comparativa en precios frente a un combustible tradicional como la gasolina, lo hacen factible y atractivo de utilizar como combustible automotor.

Sobre estos antecedentes se planteó el desarrollo del presente trabajo, que representa un esfuerzo conjunto del sector público y privado para dar a conocer a los sectores interesados en utilizar el GNV, los verdaderos alcances y beneficios que puede representar el uso de este combustible.

En un proyecto conjunto entre las Empresas Publicas de Medellín (EE.PP.MM.) y el Ministerio del Medio Ambiente se acordó evaluar mediante este estudio de carácter experimental, el desempeño mecánico y ambiental de algunos vehículos de la flota de las EE.PP.MM, que fueron convertidos a GNV y además analizar la factibilidad financiera del proyecto, de modo que se pudiesen cuantificar los beneficios técnicos, ambientales y económicos que se obtienen de operar estos vehículos con GNV.

Para entender la justificación del trabajo que estamos presentando, es importante dar respuesta a un interrogante que frecuentemente surge entre aquellas personas que no están familiarizadas con el desarrollo de vehículos. ¿Por qué es necesario un estudio en el país sobre el uso del GNV, si existen antecedentes de muchos años de uso de este combustible en otros lugares del mundo?

La respuesta a esta pregunta da lugar, no solo a aclarar las inquietudes existentes en este sentido sino también a resaltar la importancia del trabajo experimental realizado en este estudio, porque si bien es cierto que existen experiencias internacionales muy validas e ilustrativas sobre los resultados ambientales, técnicos y económicos del uso del GNV, y de hecho algunas de ellas se incluirán como referencia en este trabajo, no es posible extrapolar sus resultados a los que se obtendrían en Colombia, dado que nuestras condiciones atmosféricas, de tráfico, tipo de parque automotor, composición y costo del GNV son totalmente diferentes a las de los lugares en que se efectuaron estos estudios. 1 Estudio JICA (Japanese International Cooperation Agency) sobre calidad del aire en la ciudad de Bogotá, 1990

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El presente estudio, por tanto, pretende adecuar algunas de las pruebas y experiencias más significativas a las condiciones colombianas, usando para ello los equipos y las metodologías más idóneos existentes en el país, tomando en cuenta los estudios previos en el tema para dar a los futuros investigadores, organizaciones y personas interesadas en el GNV, lineamientos, herramientas y pautas de referencia y de estudio en este campo.

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OBJETIVOS

Diseñar y aplicar una metodología para la evaluación comparativa del desempeño mecánico y ambiental de los vehículos de las Empresas Públicas de Medellín (EE.PP.MM) convertidos a operación bi-combustible Gasolina-GNV.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Describir las características generales del gas natural

- Identificar y evaluar las propiedades del gas natural como combustible automotor frente a otros combustibles tradicionales.

- Presentar los antecedentes, estado actual y perspectivas del uso del gas natural vehicular (GNV) en Colombia,

- Describir las tecnologías disponibles para el aprovechamiento del gas natural como combustible automotor.

- Recopilar y analizar información disponible en el ámbito nacional e internacional sobre el desempeño mecánico y ambiental comparativo de los vehículos accionados a gasolina frente a los propulsados con GNV .

- Diseñar y aplicar una metodología para evaluar el desempeño mecánico y ambiental de los vehículos de la flota de las Empresas Publicas de Medellín convertidos para operación dual (Gasolina-GNV)

- Realizar una evaluación financiera de todos los aspectos involucrados en los procesos de conversión y operación de los vehículos de la flota de las Empresas Publicas de Medellín convertidos para operar a gasolina y GNV.

- Determinar la viabilidad técnica y financiera de la conversión de vehículos a GNV en el ámbito del proyecto piloto de conversión de vehículos a GNV de las Empresas Publicas de Medellín.

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1. MARCO DE REFERENCIA

1.1 El gas natural y su uso como combustible automotor

1.1.1 Origen y fuentes del gas natural

El término gas natural se utiliza para designar al gas proveniente del subsuelo que se extrae durante la explotación del petróleo, ya sea simultáneamente con el petróleo crudo o de manera independiente.

En la cabeza del pozo, el gas natural es una mezcla de gases de petróleo que está compuesto en su mayoría por metano (CH4), uno de los hidrocarburos más ligeros y más simples. Las porciones restantes están constituidas por nitrógeno, dióxido de carbono, propano, etano, sulfuro de hidrogeno, agua y otros elementos.

El gas natural crudo o no procesado puede contener tanto como 98% o tan poco como 59% de metano dependiendo del campo donde se produjo.

En los yacimientos, los hidrocarburos pueden encontrarse en una o dos fases. En el primer caso cuando su estado es monofásico, el fluido pude encontrarse en forma líquida, disuelto totalmente con el petróleo, denominándose yacimiento de petróleo con gas asociado. Si el fluido del yacimiento es totalmente gaseoso se conoce como yacimiento de gas libre. En el segundo caso, cuando la acumulación de hidrocarburos se presenta en dos fases, como líquido y como gas, se le denomina yacimiento con capa de gas, pero si el estado gaseoso contiene hidrocarburos valorizables en superficie se tiene un yacimiento de condensado de gas.

1.1.2 Propiedades del gas natural

Para evaluar y analizar las consecuencias del uso del gas natural en el desempeño de los vehículos, antes de hacer ensayos experimentales, es preciso entender la influencia de las características físico-químicas del gas natural sobre los procesos de combustión que se producen al interior de sus motores.

A continuación se explican las características principales del gas natural y se hace un paralelo con las de otros combustibles de uso automotor, de modo que se puedan establecer las diferencias, ventajas o desventajas que implica el uso de uno u otro combustible.

En esencia, la gasolina y el diesel son mezclas complicados de hidrocarburos, incluyendo componentes aromáticos, nafténicos y parafínicos. Típicamente la gasolina contiene hidrocarburos con 5 a 12 retornos de carbón, el diesel átomos de 12 – 18. Como resultado de una combustión incompleta puede formarse compuestos parcialmente de oxidados de alta complejidad y muy contaminantes.

El gas natural se adapta muy bien a los motores de ciclo de Otto (encendido por chispa), tiene muy buena resistencia a la detonación, se mezcla en forma homogénea con el aire y presenta, por su composición química simple, un solo átomo de carbono, una combustión

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más completa, libre de hollín y con menos producción de contaminantes como monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) y otros elementos como el dióxido de carbono (CO2), generador de efecto invernadero.

Si por alguna razón se presenta una combustión incompleta, los hidrocarburos hallados en el escape serán en su mayoría metano, que es inofensivo para la salud pero que contribuye al efecto invernadero.

Figura 1. Molécula de Metano

• Estado en la naturaleza

El gas natural existe en forma gaseosa a presión atmosférica debido a su punto de ebullición sumamente bajo de alrededor de – 259 °F (-161ºC). Es un gas incoloro e inodoro al que se le agrega olor para facilitar la detección de fugas. El olor deberá ser evidente en cualquier momento en que la proporción de gas alcance 0.5 % en el aire.

• Contenido energético

Es común el expresar el contenido de energía de un combustible en BTU (Unidad Térmica Británica) que representa la cantidad de calor requerido para aumentar la temperatura de 1 lb. de agua en 1°F.

El contenido de energía de un combustible medido en BTU no refleja la cantidad de energía que debe usarse para vaporizar el agua que se produce durante la combustión. La cantidad de agua producida variará con cada combustible y de igual manera variará la cantidad de energía consumida para vaporizarla. Esta energía calorífica se pierde y no puede ser utilizada por el motor.

H

H

H H CH4 C

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El menor poder calorífico (el contenido de energía después de que se deduce la pérdida de energía) de los combustibles estará presente en esta unidad. Veamos las características de varios combustibles:

- Gas natural

El contenido de energía del GNV variará dependiendo de la fuente de gas usada. Esta variación dependerá del contenido de metano del gas natural. Típicamente, el contenido de BTU del gas natural comprimido a 2,400 psi y 70°F (21.1ºC) está alrededor de 19,760 BTU/m3.

- Gasolina

La gasolina excede a todos los combustibles en contenido de energía por unidad de volumen. Esto se debe a que la gasolina es una mezcla compleja de productos derivados del petróleo y aditivos que provee un alto contenido de energía y cumple las necesidades del motor de combustión interna. No obstante esta misma composición química tan positiva en términos energéticos, ocasiona que haya mayor probabilidad de combustión incompleta durante la operación de los motores y por lo tanto una mayor producción de material contaminante para ser expelido a la atmósfera.

El contenido de BTU de la gasolina varía según la calidad del combustible seleccionado y la formulación del combustible para cumplir necesidades especiales tales como climas y estaciones.

El contenido de BTU de la gasolina está alrededor de 115,000 BTU / galón líquido.

- GLP (Gas licuado del petróleo)

El contenido de energía del propano HD - 5 está alrededor de 82,450 BTU por galón de líquido. Ya que el GLP no es propano puro, el contenido de energía variará, pero solo ligeramente, según el porcentaje de butano y otros gases presentes en el GLP usado.

• Densidad de vapor

La densidad de vapor es un tipo de medida del peso específico en que un volumen de gas se compara con una cantidad igual de aire. El aire se dice que tiene una densidad de vapor de 1.0. Cualquier número inferior a 1 es más liviano que el aire y cualquier número más alto que 1 es más pesado que el aire. El gas natural tiene una densidad de vapor de 0.68.

Ya que el gas natural es más liviano que el aire, subirá si se descarga en la atmósfera. Esto hace del gas natural un combustible motor seguro. En un accidente en que un componente de gas natural se rompa, el gas subirá rápidamente y se dispersará, más bien que acumularse, evitando así un peligro de incendio.

En un caso similar el propano, más pesado que el aire, y también la gasolina o el diesel se acumulan a nivel del piso representando un peligro mucho mayor.

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• Límites de inflamabilidad en el aire

Para que un combustible queme, debe haber oxígeno presente en una relación apropiada. Una combinación de demasiado combustible y muy poco aire no quemará; así mismo, demasiado aire y muy poco combustible tampoco lo harán. Podemos mostrar estos límites como un porcentaje de combustible que debe estar presente en un volumen de aire para que la combustión ocurra.

El límite inferior de inflamabilidad para el gas natural es 5%. Si hay menos de 5% de gas natural presente en un volumen de aire, no quemará.

El límite superior de inflamabilidad es 15%; cualquier cantidad mayor no quemará.

• Temperatura de encendido

Para que la combustión ocurra deben estar presentes tres elementos: combustible, oxígeno y una fuente de encendido. Para encender el gas natural la fuente de encendido debe ser de por lo menos 1200°F (649ºC).

La temperatura de inflamación de la gasolina está alrededor de 600°F (315 ºC), alrededor de 50% de la del gas natural.

• Velocidad de la llama

La velocidad de la llama se mide en pies por segundo (fps) o metros por segundo (mps) y es una medida de cuán rápido quemará un combustible.

La velocidad de llama del gas natural está alrededor de 2.2 fps., comparada a la velocidad de llama de la gasolina de 2.8 fps, el gas natural quema más lento.

Cuando se determina el avance de encendido para un motor, es importante que se ajuste para que el combustible sea completamente quemado y las máximas presiones finales de la compresión sean alcanzadas alrededor de 10° - 15° DPMS. Esto aplica a cualquier combustible usado en un motor de combustión interna.

Un combustible que quema más lento, debe encenderse antes de forma que termine de quemarse al mismo tiempo sin considerar el combustible usado.

• Relación estequiométrica de aire / combustible

La relación estequiométrica es la relación ideal de mezcla de aire / combustible para la cual todo el oxígeno y todo el combustible se utilizan en el proceso de combustión. Las relaciones estequiométricas de algunos combustibles son las siguientes:

• Gasolina 14.7:1

• Propano (GLP) 15.6:1

• GNV aproximadamente 16.4:1

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El que la relación ideal aire / combustible para el gas natural (16.4:1) sea superior a la de la gasolina (14.7:1) significa que se requiere más aire para quemar 1 lb. de gas natural que para quemar 1 lb. de gasolina.

La cantidad de aire requerida para quemar un volumen de combustible es crítica para la operación del motor.

La cantidad de aire que un cilindro del motor puede tomar está limitada por el desplazamiento y el rendimiento volumétrico del cilindro. En un motor, se puede limitar la cantidad de aire tomada en un cilindro cerrando la válvula estranguladora del acelerador, pero no se puede aumentar la cantidad de aire tomada más allá de los límites físicos del cilindro. Además, a medida que se requiere más aire para quemar un combustible, el volumen de combustible factible de introducir en el cilindro se reducirá proporcionalmente.

De acuerdo con lo anterior, físicamente el volumen de gas natural que se podrá introducir en un cilindro será menor que el de gasolina, y, teniendo en cuenta que el gas natural tiene un contenido de energía inferior, la potencia del motor obtenida con gas natural será menor.

A pesar de sus diferencias, la cantidad de pérdida de potencia por el uso de gas natural en reemplazo de la gasolina está entre el 10 y el 20%, rango en el cual no debería percibirse por el conductor, excepto en operación con carga muy alta y/o en operación con el acelerador completamente abierto.

• Clasificación de Octanaje

El índice de octano es un número usado para medir y comparar las características antidetonantes de combustibles para motores. Entre más alto el número, mayor la capacidad antidetonante del combustible. A continuación se indican los índices de octanaje de algunos combustibles:

Combustible Índice de octano

Gasolina sin plomo 87-97

GLP (HD - 5) 107

Gas natural 115 – 130

Tabla 1. Índice de octanaje para diferentes combustibles

Un mayor octanaje permite mayor avance del encendido sin detonación o cascabeleo, que permite a su vez una mejor combustión del motor sin riesgo de daño.

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• Requerimientos de encendido

En un motor de encendido por chispa el sistema de encendido debe ser capaz de producir una chispa en la cámara de combustión y mantener esta chispa hasta encender completamente la mezcla de aire / combustible.

Cada combustible tiene sus propios requerimientos de encendido. Es más difícil hacer saltar una chispa eléctrica entre la separación de los electrodos de una bujía cuando la mezcla de aire / combustible es pobre que cuando es rica porque el aire tiene más resistencia eléctrica que el combustible. De igual manera es más difícil hacer saltar una chispa en una mezcla de aire / combustible donde se usa un combustible gaseoso debido a que los gases no se ionizan tan fácilmente como lo hace la gasolina.

El calentamiento de la fuente de encendido también es muy importante. La gasolina requiere alrededor de 600°F (315ºC) y el GNV alrededor de 1200°F (649 ºC), aproximadamente dos veces la temperatura requerida por la gasolina.

Por los anteriores factores, los requisitos de encendido de los motores son más exigentes cuando se operan con gas natural. Los sistemas de encendido de alta energía que actualmente se utilizan en los motores de gasolina pueden manejar estos requerimientos, pero deben mantenerse en sus condiciones ideales de operación.

• Requerimientos de ajuste del encendido

El avance inicial del encendido y la totalidad de la curva de avance tendrán que modificarse cuando se utilicen combustibles alternativos. Esto se debe a la rata de desplazamiento de llama más lenta de estos combustibles. Si toma más tiempo quemar la mezcla aire-combustible, entonces se debe comenzar a quemarla antes. La cantidad de aumento de avance de tiempo será diferente para cada combustible.

En el gráfico se muestra un tipo de curva “dual” en el cual el avance a bajas revoluciones del motor, menos de 1000 RPM, se conserva igual para gas que para gasolina.

Cuando la velocidad del motor supera las 1000 RPM y está operando con gas, un dispositivo (curva dual) avanza el encendido para compensar la menor velocidad de combustión (desplazamiento de llama) ver figura 2.

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Figura 2. Curva de avance de encendido requerido para operación de motores con GNV

Este mismo factor hará cada vez más necesaria la intervención de los OEM (Fabricante de Equipo Original) en el diseño y desarrollo de motores que operen con gasolina y gas, ya que los motores modernos para alcanzar menores niveles de emisiones, operan con sistemas de encendido y alimentación de circuito cerrado controlados por computadora, de este modo los cambios de avance serán realizados por controles electrónicos fabricados para cada combustible y vehículo en particular.

• Emisiones contaminantes

En vehículos sin convertidor catalítico que trabajan en circuito abierto el cambio de gasolina a gas generalmente conlleva una reducción en las emisiones contaminantes del escape. Hoy en día, sin embargo, los sistemas de control del motor, la eficiencia del convertidor catalítico y la operación en circuito cerrado, con retroalimentación son factores decisivos desde el punto de vista de la reducción de contaminantes. En esos vehículos el combustible en sí mismo juega un papel menos importante.

En aspectos como el uso total de energía y emisiones de gases de invernadero, acuerdos internacionales han definido la reducción drástica en las emisiones de gases de invernadero. En vehículos gasolina se puede lograr una reducción substancial de CO2

cambiando a gas natural. Adicionalmente, el metano, principal componente del gas natural puede ser recolectado a partir de tratamiento de desperdicios orgánicos por lo que es posible operar vehículos a gas natural con un combustible renovable.

• Rendimiento de los motores

El GNV presenta un buen rendimiento con el motor frío sin necesidad de recurrir a enriquecer la mezcla de combustible o avanzar el encendido a velocidad de ralentí.

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El GNV produce menos potencia que la gasolina. Sin embargo, debido a los modernos controles electrónicos del motor esta pérdida de potencia debería ser notada por el conductor únicamente bajo severas condiciones de carga.

La pérdida de potencia típica para el GNV debe estar entre el 10% y 15 % cuando el sistema se instala adecuadamente y está bien sincronizado.

• Arranque en clima frío

En comparación con la gasolina, el GNV tiene mejores características de arranque porque tiene un punto muy bajo de ebullición y permanecerá como vapor aun en climas muy fríos.

Como ya se mencionó el gas forma fácilmente una mezcla homogénea con el aire que entra en los cilindros. Esta es una ventaja para el encendido en frío. Si el motor es dedicado a gas no se requiere de ningún enriquecimiento como en el caso de la gasolina, con la cual, para garantizar que la cantidad de combustible necesaria reaccione, es indispensable enriquecer la mezcla en una relación de 5 a 10 veces para asegurar el arranque.

• Peso del combustible

La gasolina pesa alrededor de 6.5 lb. (2,9 Kg.) por galón, de forma que 20 galones (el volumen de un tanque típico) pesarían 130 lb. (59 Kg.).

El gas natural utilizado en los vehículos no es almacenado como líquido. Los vapores de gas, comprimidos en un volumen de un galón pesan alrededor de 1.1 lbs. (0.5 Kg.), haciendo del GNV el más ligero de los combustibles alternativos. Sin embargo, para conseguir la misma autonomía que un vehículo a gasolina, el GNV y su tanque tendrían que pesar 470% más, dependiendo de la tecnología usada en el tanque.

Los cilindros de combustible de compuesto más liviano rebajarían el peso combinado de GNV y del tanque. Sin embargo, son todavía significativamente más pesados que los otros tanques de almacenamiento de combustible líquido.

• Autonomía de manejo

Si usamos como base de comparación un vehículo abastecido con gasolina suficiente para viajar 320 Km, el mismo vehículo con el mismo volumen de GNV, viajaría alrededor de 80 Km. Es necesario tener presente que el GNV es un gas a presión y no un líquido, de modo que siempre tendremos menos combustible en el mismo volumen.

Autonomía de manejo comparada con la gasolina:

GLP (Propano) 15 % menos

GNV 75 % menos

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A pesar de que estos valores de autonomía favorecen ampliamente a la gasolina frente al GNV, es posible que al tener en cuenta el menor precio del GNV, resulte que el costo para recorrer la misma distancia sea menor con este combustible que con gasolina, o dicho de otra manera, con el mismo dinero se pueden recorrer más kilómetros.

• Vida del motor

El uso de GNV puede extender la vida del motor, básicamente porque es un combustible gaseoso. Como gas seco, no lava las paredes del cilindro que es lo que ocasiona la reducción de lubricación. También es menos probable que contamine el aceite del motor, siendo posible extender el tiempo entre cambios de aceite y aumentar la vida del motor por no debilitar la capacidad lubricante del aceite. Es menos propenso a ocasionar sedimentos de carbón en el motor.

No obstante el hecho de ser un gas implica que no tiene capacidad lubricante de un combustible líquido como la gasolina, haciendo necesario el uso de asientos de válvulas más resistentes y aumentando la exigencia sobre el sistema de enfriamiento.

• Seguridad del combustible

Siempre existen riesgos asociados al uso de un combustible. Si una sustancia no es fácil de encender y no quema suficientemente rápido, no sería un combustible adecuado para el uso en motores de los vehículos.

Aunque todos los combustibles para motores son peligrosos, algunos lo son menos que otros. Podemos determinar la seguridad de un combustible examinando aspectos tales como su forma de almacenamiento en el vehículo, la inflamabilidad y toxicidad del combustible, las boquillas de llenado y la posibilidad de que se produzcan derrames y/o salpicaduras.

- Tanques de almacenamiento

Los tanques, o mejor, los cilindros de GNV son más resistentes a la ruptura y al punzonado que un tanque de combustible líquido normal. En caso de una colisión o accidente con estos depósitos es menos probable dejar escapar combustible que con un tanque de gasolina. No obstante en un caso extremo en que definitivamente se produzca una ruptura del tanque o de una tubería de alta presión, el gas fugaría a una muy alta velocidad de modo que podría ocasionar lesiones personales.

- Inflamabilidad del combustible

Si hay demasiado o muy poco combustible presente en el aire, este no puede encenderse. La ventana de inflamabilidad (cantidad de combustible presente en el aire para que la combustión tenga lugar) es diferente para cada combustible.

La ventana de inflamabilidad puede ser establecida como el porcentaje de combustible presente en una cantidad de aire. Las ventanas de inflamabilidad para diversos combustibles son:

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Combustible Límites de inflamabilidad Rango

GNV 5 % - 15 % 10

Propano 2.4% - 9.5 % 7.1

Butano 1.8% - 8.4% 6.6

Gasolina 1.4% - 7.6% 6.2

Tabla 2. Límite de inflamabilidad para diferentes combustibles

Cuando consideramos la inflamabilidad del combustible debemos considerar también cuan rápido se disipará el combustible en la atmósfera.

En el evento de un escape en un tanque de gas natural, siendo mucho más liviano que el aire, se disipará muy rápidamente, mientras que el propano y todos los combustibles líquidos que son más pesados que el aire, se acumularan a nivel de piso y estarán presentes en una cantidad de aire menor, haciendo más factible su ignición.

- Toxicidad del combustible

La gasolina es muy tóxica. En caso de un derrame se contaminaría el agua subterránea y el suelo, necesitando una limpieza ambiental.

El GNV no es tóxico; sin embargo, en áreas encerradas ocasionará asfixia.

- Llenado de combustible

Para abastecer a los vehículos con GNV se usan uniones positivas, de tal forma que hay poco escape de combustible. Cuando se suministra un combustible líquido, los vapores del mismo están continuamente presentes en la boquilla del surtidor y además la posibilidad de un derrame de combustible es alta.

• Tiempo de llenado del tanque del vehículo

Para abastecer un vehículo a GNV, el tiempo de llenado variará dependiendo de qué tipo de sistema se esté utilizando:

- Un sistema de llenado lento de GNV comprime el gas a medida que el cilindro está siendo llenado; este tipo de relleno tomará entre 3 - 5 horas.

- En un sistema llenado rápido de GNV, el gas se comprime en una cascada de cilindros de almacenamiento y se transfiere al tanque del vehículo. Este llenado toma aproximadamente el mismo tiempo que el llenado con gasolina.

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1.2 Desarrollo y perspectivas del uso del GNV en Colombia

1.2.1 Antecedentes

Los primeros estudios para el desarrollo del proyecto de sustitución de combustibles líquidos por gas natural para el sector del transporte en Colombia fueron realizados por Ecopetrol a principios de los años ochenta. En ese entonces los objetivos perseguidos con el proyecto, que aun están vigentes, fueron; incentivar el uso de un combustible que contribuyera a reducir los índices de contaminación ambiental, remplazara en parte la importación de gasolina con el consecuente ahorro de divisas para el país y brindará a los usuarios de vehículos beneficios económicos gracias a su menor precio.

En el año de 1986, esta iniciativa oficial contó con un decidido impulso por parte del sector privado, Promigas empresa encargada de la comercialización del gas natural en la Costa Atlántica, instaló las primeras estaciones de gas natural comprimido y proporcionó los medios para realizar las conversiones de los primeros vehículos a GNV en su región de influencia. Para esa misma época, en el interior del país fue instalada una estación de suministro de GNV por la empresa Alcanos del Huila, destinada a atender el parque automotor de la ciudad de Neiva.

A partir de estos primeros esfuerzos realizados para promover el uso del GNV y gracias a la construcción de la red nacional de gasoductos que permite llevar este combustible a los grandes centros urbanos, se ha ido consolidando lentamente y a través de los años el uso del gas natural en el sector del transporte del país, en particular en la Costa Atlántica en donde circulan alrededor de 4000 vehículos convertidos.

En los últimos años, el gobierno nacional, consciente de la necesidad de racionalizar la balanza energética, ahorrar divisas por sustitución de la importación de la gasolina y reducir el impacto de los vehículos sobre el medio ambiente, ha emprendido nuevas acciones tendientes a impulsar y dar un renovado impulso al uso del GNV a nivel nacional, para lo cual ha conformado un grupo interdisciplinario y multisectorial coordinado por Ecopetrol, en el cual se analizarán aspectos claves para el éxito del programa como son entre otros: el dimensionamiento del programa, la normalización del uso del GNV en vehículos, esquemas tarifarios y estímulos para la conversión de automotores.

1.2.2 Situación actual del mercado del GNV en Colombia

En la Figura 3 se muestra el desarrollo del mercado del gas natural vehicular en Colombia. Es posible observar cómo desde un comienzo el GNV ha tenido una muy buena acogida y su consumo ha mostrado un crecimiento constante, aunque no muy acelerado. Se espera que con el impulso que se le está dando al uso del GNV en ciudades como Bogotá y Medellín, mediante la instalación de nuevas estaciones de suministro (3 más en Bogotá y 2 nuevas en Medellín) el parque automotor convertido crezca sustancialmente en los próximos años.

15

1986 1989 1992 1995 1997 1999

Cantidad de vehículos convertidos a GNV 38 945 2962 4175 4650 5199

Número DE Estaciones de GN 1 6 15 18 22 22

MMCM vendidos/año (1) 0.8 6.2 36.4 52.3 59.7 60.1

MMCM promedio/estación 0.8 1.0 24 29 27 27

(1) - MILLONES DE METROS CUBICOS

Figura 3. Datos generales de vehículos y estaciones de suministro de GNV en el país

En la figura 4, se muestra la distribución del parque por tipo de vehículo convertido. Como es de esperarse el mayor número de usuarios a la fecha, se encuentra entre los vehículos de uso intensivo que recorren grandes distancias diariamente como son los buses y vehículos de distribución de carga en ciudad. Estos automotores se ven beneficiados en su operación por el diferencial de precios a favor del GNV que existe en la actualidad.

El uso del GNV en el segmento de los taxis está poco desarrollado respecto a la cantidad de vehículos de esta clase en circulación en el país. Quizás la principal causa para el bajo número de taxis convertidos hasta el momento, ha sido la falta de una cantidad suficiente de estaciones de suministro en las grandes ciudades que garanticen el funcionamiento de los vehículos. Además, hasta hace muy poco tiempo no existían medios adecuados de financiación para las conversiones que estimularan a lo propietarios a utilizar el GNV.

TOTAL DE VEHICULOS CONVERTIDOS A GNV

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1986 1989 1992 1995 1997 1999

Años

Can

tid

ad

16

Figura 4. Distribución de vehículos convertidos por segmento

1.2.3 Expectativas de mercado para el GNV

Estudios recientes de la Unidad de Planeación Minero - Energética (UPME), adscrita al Ministerio de Minas, señalan un potencial crecimiento del parque de vehículos convertidos a GNV de 80.000 unidades; este crecimiento deberá estar asociado a un aumento en el número de estaciones de suministro de GNV distribuidas en el territorio nacional.

En la figura 5, se muestra la distribución geográfica del parque automotor convertido y de las estaciones de GNV que se estima estarán en servicio en los próximos 10 años.

1% 4%

59%15%

15%3%

3% Automoviles particulares(1%)Taxis (4%)

Buses (59%)

Camionetas(15%)

Camiones Medianos (15%)

Camperos (3%)

17

Figura 5. Distribución geográfica del programa de GNV para los próximos 10 años.

Ballena Riohacha

Villanueva

Curumani

Chuchupa

Santa Marta

Barranquilla

Cartagena

Sincelejo Guepaje

Codazzi

Provincia/Payoa

Bucaramanga

Opón

B/bermeja

Medellín Sebastopol

Vasconia

La Belleza

El Porvenir

Cusiana

Apiay

Villavicencio

Bogotá

MariquitaManizales

PereiraIbague

Montañuelo

GualandayArmenia

Cali

Neiva

ZONA NORTEVEHÍCULOS 16.000EST SERV GNV 70

ZONA NOROCCIDENTALVEHICULOS 21.800

EST SERV. GNV 95

ZONA OCCIDENTALVEHICULOS 12.800EST SERV. GNV 56

ZONA CENTRALVEHICULOS 32.000EST SERV. GNV 141

TOTALVEHICULOS 82.600EST SERV. GNV 362

TALLER DE SERVICIO YCONVERSIÓN 50

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2. TECNOLOGÍAS PARA EL USO DEL GAS NATURAL EN VEHÍCULOS

Si se analizan con cuidado las propiedades del GNV explicadas en los numerales anteriores, se puede concluir que este posee muchas de las características ideales de un combustible de uso automotor; su estado gaseoso, su composición con menor contenido de carbono, su alto número de octano (menor tendencia al auto encendido) y su combustión más limpia, son condiciones que lo hacen adecuado para utilizarse en motores de combustión interna y atractivo para el ambiente por sus potencialmente menores emisiones contaminantes.

No obstante, es claro que otras propiedades del gas natural como su velocidad de llama, su relación estequiométrica (16.4:1), sus requerimientos de encendido y su necesidad de almacenamiento a alta presión, impiden que se aproveche todo el potencial del GNV cuando se utiliza en motores que han sido diseñados originalmente para trabajar con gasolina o diesel.

La condición ideal para aprovechar todas las ventajas del GNV es que se utilice en un motor diseñado conforme a sus propiedades. Desafortunadamente aunque existen desarrollos de motores para uso exclusivo de GNV, estos no se han producido ni se han comercializado en la misma escala de los diesel o gasolina que continúan predominando.

A pesar de esta dificultad, el uso del GNV en el sector automotor se ha difundido ampliamente en muchas regiones mediante una industria dedicada a la adaptación de los motores de gasolina y diesel para que utilicen gas natural, los cuales, si bien no constituyen la opción óptima para el aprovechamiento del GNV, si son una buena alternativa para sustituir combustibles tradicionales ya sea por razones económicas o por razones ambientales.

Todos los sistemas de combustible de operación con GNV tienen los siguientes componentes principales:

• Almacenamiento de gas

• Regulación (reducción) de presión de una o varias etapas

• Unidad de mezcla aire-gas (mezclador)

Hay dos formas para controlar el suministro de gas al motor, mecánica o electrónicamente. Dependiendo del tipo de sistema de combustible, los motores a gas pueden dividirse en 4 categorías:

1ra generación - Sistema mecánico de suministro sin retroalimentación

2da generación - Sistema mecánico de suministro, control de circuito cerrado

- Inyección electrónica sin retroalimentación.

3ra generación - Inyección electrónica – sistema cerrado con retroalimentación

4ta generación - Sistema con OBD (Diagnóstico a bordo).

La clasificación equivalente en motores a gasolina sería:

1ra generación - Motor alimentado mediante un carburador

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2da generación - Inyección electrónica de combustible

3ra generación - Inyección de combustible multipunto de control de ciclo cerrado.

En un sistema de gas convencional se utiliza como sistema de suministro mecánico un venturi fijo o variable u otro sistema equivalente. El valor de relación de mezcla aire - gas variará con las condiciones de operación, es decir, velocidad del motor, carga, presión del tanque de gas y temperatura.

Las regulaciones de emisiones más estrictas de Norteamérica y Europa no pueden cumplirse con sistemas mecánicos de primera generación.

Figura 6. Sistema de gas convencional de primera generación

Si se usa un convertidor catalítico de tres vías para reducir el volumen de emisiones contaminantes en el escape, se requiere de un sistema de retroalimentación que provea control preciso de la relación de aire - gas.

Se usa entonces un sensor de oxígeno en los gases de escape. El sensor mide el contenido de oxigeno remanente en los gases de escape, el cual es inversamente proporcional a la riqueza de la mezcla usada para la combustión (más oxigeno = mezcla más pobre).

Cuando el sensor envía una señal de retroalimentación que indica mezcla rica (poco oxígeno), el sistema electrónico de control debe reducir la entrega de combustible, si su señal indica mezcla pobre (mucho oxígeno), el sistema debe aumentar la entrega.

Estas variaciones en los volúmenes y en la proporción de la mezcla son controladas mediante técnicas sofisticadas de software y equipos electrónicos.

Se usa un motor de pasos similar a una válvula de control de aire de mínimas para surtir el gas. Esta válvula tiene la habilidad de modificar su posición (apertura) dependiendo de

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la señal recibida del computador de control. La figura 7 muestra un sistema como el mencionado, de 2ª generación, más sofisticado que los usados en las instalaciones sobre motores carburados.

Figura 7. Sistema de 2da. generación (motor de pasos).

Para lograr el rendimiento óptimo en condiciones dinámicas, se requiere de un sistema de suministro de GNV de 3ra. generación. Durante los últimos años se han probado las emisiones de vehículos livianos en ciclos de prueba dinámica, y los límites de emisiones actuales no han podido cumplirse sin la ayuda de controles electrónicos muy precisos.

En términos generales, existen tres alternativas básicas para utilizar el gas natural en vehículos automotores, las cuales son: con motores dedicados para uso de GNV, con motores bi-combustible y con motores de operación dual. A continuación se explican brevemente los aspectos fundamentales de cada una de tecnologías.

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2.1 Vehículos dedicados a GNV2

Como su nombre lo indica, son vehículos “dedicados” para uso exclusivo de gas natural. Como se señaló anteriormente son la solución ideal para aprovechar las propiedades del gas natural. Aunque generalmente han sido desarrollados a partir de diseños de vehículos a gasolina se ha contemplado las propiedades particulares del GNV en el resultado final.

Algunos fabricantes de equipo original que han desarrollado y comercializado vehículos dedicados a GNV son: Ford, Honda y GM en el mercado de vehículos livianos y Renault y Volvo en el de buses de transporte público. Además Caterpillar y Cummins poseen motores dedicados a GNV para ser equipados en vehículos pesados ya sean camiones o buses.

Los diseños de motores de encendido por chispa diseñados para operar exclusivamente con GNV aprovechan las mejores características de combustión del GNV comparado con la gasolina. El aumento de la relación de compresión implica el aumento de la salida de potencia y disminuye el consumo de combustible. Cuánto puede ser aumentada la relación de compresión, depende del índice de octano del combustible que se use. El octanaje de una gasolina regular es de alrededor de 84 y el del GNV típico es de más de 115. La relación de compresión de motores gasolina es típicamente alrededor de 8.5:1, y la permitida con GNV es de 13:1. Este aumento implica también una mayor rigidez estructural del motor y una mayor carga sobre sus componentes mecánicos.

En los motores dedicados a GNV se ha contemplado la mayor necesidad de aire para la combustión del gas y el diseño de sistemas de encendido adecuados, (generalmente de alta energía) que suministran la temperaturas y avances de encendido requeridos para garantizar la correcta combustión del gas.

La inclusión en estos desarrollos de vehículos dedicados a GNV de los elementos de control electrónico de alimentación de combustible (circuitos de control de circuito cerrado) y los dispositivos de tratamiento de emisiones contaminantes (convertidores catalíticos), que actualmente son de uso común en vehículos a gasolina, permitirá reducir las diferencias existentes a favor de la gasolina en términos de potencia y autonomía de operación, y ampliar los beneficios ambientales de utilizar el gas natural en los vehículos.

Figura 8. Motor dedicado a GNV con sistema de inyección multipunto.

2 Las definiciones de vehículos dedicados, bi-combustible y duales son las establecidas por la Asociación

Internacional de Gas Natural Vehicular (IANGV de sus siglas en Ingles).

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2.2 Vehículos bi-combustible

Un vehículo bi-combustible puede funcionar con GNV o con gasolina. Su diseño permite que el cambio de un combustible al otro se realice de manera manual o automática cuando se detecte que el gas en el cilindro de almacenamiento está próximo a agotarse.

La mayoría de vehículos bi-combustible que circulan en la actualidad son vehículos diseñados para gasolina a los cuales se les han instalado los componentes de adaptación para operación con GNV. Estos vehículos pueden operar correctamente, sin embargo, la baja relación de compresión original del motor (entre 8.2:1 y 9.5:1) no permite una operación ni la economía de combustible óptimas cuando funcionan con GNV, ya que las relaciones de compresión para la combustión del GNV deben ser de alrededor de 13.5: 1. • Conversión de vehículos de gasolina a GNV En la actualidad existen esencialmente dos tipos de equipos de conversión, clasificados por los mecanismos de reducción de presión que utilizan; estos son: sistemas de venturi fijo y sistemas de válvula aire gas. El sistema de venturi fijo se utiliza en motores de baja cilindrada, hasta 2.3 litros, y se conocen como equipos de presión negativa, el flujo de gas hacia el motor se consigue gracias a la succión, la salida del GNV en el mezclador se hace a presión atmosférica. El sistema de válvula aire - gas se utiliza en la gama de automotores de hasta 7.0 litros. Se conocen como de presión positiva, el flujo de gas hacia el motor se asegura mediante la presión positiva en el reductor del equipo junto con la succión propia del motor. • Componentes de un sistema de conversión bi-combustible GNV- gasolina En la figura siguiente se ilustra esquemáticamente la ubicación de los elementos de un sistema típico de conversión utilizado en automóviles.

Figura 9. Sistema de montaje en vehículo

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1. Cilindro de presión (2400 - 3000 psi) 16. Manguera de vapor de GNV 2. Válvula del cilindro de GNV 17. Mezclador 3. Línea de alta presión de GNV 4. Válvula de corte principal

18. Mezclador de elevación de vacío (Opción para vehículos pequeños)

5. Válvula de llenado 19. Adaptador al motor 6. Interruptor de seguro de encendido 20. Adaptador (para motores pequeños)

21. Carburador de gasolina 7. Regulador de presión primario (Reduce la presión de 3000 a 100 psi) 22. Bloqueo de gasolina

8. Conexiones de refrigeración 23. Línea de gasolina 9. Medidor de presión 24. Panel de control 10. Medidor combustible y presión. (Opc.) 25. Interruptor de selección de combustible 11. Bloqueo por vacío / filtro 26. Interruptor de suministro de 12 V 12. Tubo de vacío de la válvula de aire 27. Solenoide de control de vacío 13. Solenoide de control de vacío 28. Vacío al múltiple de admisión 14. Tubo de vacío de la válvula de aire 29. Vacío al diafragma del carburador 15. Regulador secundario ajustable (Reduce

presión de 100 psi a 2"de agua) 30. Vacío a la válvula de aire del venturi

Fig. 10. Componentes de un sistema de conversión bi-combustible GNV- gasolina.

La función de cada elemento del sistema de conversión a GNV es la siguiente: - Válvula de llenado: es una válvula de retención que permite el paso de gas hasta a

3000 psi mediante una conexión positiva y sellada desde el surtidor de la estación de suministro de gas hasta los cilindros de almacenamiento del vehículo y que a su vez, después de ser retirada la boquilla de llenado, evita el escape de gas al ambiente.

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- Cilindros de almacenamiento: Son cilindros sin costura, generalmente de acero (al cromo-molibdeno o al manganeso), destinados a almacenar el gas a una presión de 3000 psi y con un espesor de pared que va desde 7 hasta 11 mm. Son probados a una presión de 4500 psi. Deben estar sujetos firmemente a la carrocería o al chasis del vehículo para evitar eventuales deslizamientos, rotación o desprendimiento durante la marcha del vehículo. Su tamaño varía de acuerdo al tipo de vehículo al cual están destinados pero en general su capacidad en agua varía entre 30 y 120 litros.

- Válvulas para los cilindros: Son fabricadas en bronce y se instalan directamente sobre la boca del cilindro. Permiten el paso de gas desde y hacia los cilindros. Su cierre se da en sentido horario (a derecha). Estas válvulas poseen discos de ruptura que operan como mecanismo de seguridad para aliviar la presión en caso de emergencia. Si el flujo es excesivo, se bloquean.

- Tubería de alta presión: Generalmente está fabricada en acero al carbono o acero inoxidable. Su función es comunicar los cilindros entre sí y a éstos con el equipo surtidor. El espesor de pared en general es de 1mm.

- Regulador de presión: Es el encargado de reducir la presión desde los 3000 psi que se tienen en los cilindros hasta un máximo de 5 pulgadas de columna de agua, que es la presión empleada en vehículos de cilindradas superiores a los 5.0 litros, o tan poco como 2 pulgadas de agua, usada en automóviles pequeños. Esta regulación de presión se hace mediante al menos 2 etapas de reducción de presión. El regulador de presión puede tener un solo cuerpo o 2 para vehículos de gran cilindrada. Tiene incorporado un circuito de calefacción con refrigerante del motor para evitar el congelamiento del gas debido a la caída de presión que tiene lugar allí.

- Válvula manual de cierre: Su función es aislar a los cilindros del resto del equipo para permitir los trabajos en las líneas con el sistema completamente despresurizado.

- Mezclador: Al salir el gas a baja presión del regulador se encuentra con el mezclador que es el encargado de dosificar la mezcla aire-gas que debe entrar a la cámara de combustión del motor. En el caso de vehículos pequeños el mezclador va montado directamente sobre el carburador y en los vehículos grandes se utiliza un adaptador para montar el conjunto sobre la boca del carburador. Para el caso de los vehículos a inyección se utilizan inyectores de gas similares a los originales de gasolina, o un mezclador intercalado en la toma de aire.

El equipo de conversión cuenta además con una serie de accesorios que permiten el funcionamiento normal del vehículo. Estos accesorios son:

- Electro válvula de gasolina: Es un componente electromecánico ubicado entre la bomba de gasolina y el carburador que impide el paso de combustible líquido mientras el automóvil trabaja con gas. La electro válvula cuenta con un sistema de cierre manual.

- Electro válvula de gas: También es un componente electromecánico ubicado lo más cerca posible al regulador de presión y su función es permitir un adecuado paso de gas tanto en el momento del encendido, cuando se necesita una cantidad extra de combustible, como durante la marcha normal del vehículo.

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- Indicador de nivel: Es un dispositivo eléctrico que dispone de un potenciómetro que muestra la presión existente en el tanque y por medio de una señal eléctrica activa los indicadores de nivel. El indicador de nivel está ubicado en la cabina del vehículo en un lugar visible para el conductor.

- Conmutador gas - gasolina: Este dispositivo usualmente es un interruptor de 3 posiciones y está integrado al conjunto indicador de nivel; sirve para seleccionar el tipo de combustible que se desea utilizar para la operación del vehículo.

- Dispositivo electrónico de avance de chispa: Como el gas opera con un punto de encendido más avanzado que la gasolina, requiere de un dispositivo que adelante el momento de encendido de las bujías cuando se utilice gas y que lo atrase automáticamente cuando se utiliza gasolina.

- Sensor de oxigeno: Es un elemento que percibe la cantidad de oxígeno en los gases de escape y envía una señal al conjunto de dosificación cuando es necesario regular la mezcla aire-gas.

• Conversión de vehículos de inyección electrónica La conversión a GNV de un automóvil de inyección con respecto a la conversión de uno de carburador, debe realizarse con más precaución y con un mayor nivel de precisión pues los motores han sido diseñados para trabajar con tolerancias más estrechas y cuentan con sensores, procesadores y actuadores electrónicos.

En general se puede afirmar que la instalación del conjunto reductor y el mezclador obedecen a los mismo principios que los utilizados en la conversión de automóviles de carburador. La única diferencia sustancial entre un automóvil convertido a GNV con carburador y uno con inyección, es que mientras que en el primero la señal de interrupción del caudal de combustible líquido durante el funcionamiento con GNV es producida por una electro válvula, en el segundo es producida por un relé. En ambos casos la electro válvula o el relé actúan interrumpiendo el funcionamiento de la bomba de combustible o de los inyectores.

El circuito eléctrico a interrumpir en el caso de inyección varía de vehículo a vehículo, por lo tanto durante la instalación del kit es necesario consultar los diagramas eléctricos del vehículo correspondiente.

De otro lado, el desarrollo de los vehículos con motores de gasolina y sistemas de inyección de combustible ha estado siempre ligado a la optimización de la operación, economía de combustible y reducción de emisiones contaminantes en condiciones dinámicas.

En los vehículos modernos los sistemas de suministro de aire y combustible están controlados por microprocesadores que reciben información de sensores y “deciden” cuánto combustible y cuánto avance de encendido van a entregar al motor para su operación más económica y menos contaminante.

Adicionalmente, el uso generalizado u obligatorio de convertidores catalíticos de tres vías con sensor de oxigeno de retroalimentación y control han hecho que los vehículos a gasolina de hoy contaminen tan poco o aún menos que un vehículo equivalente trabajando con gas sin controles electrónicos.

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Por estas razones en un futuro cercano será deseable que los fabricantes de equipo original “integren” los sistemas de operación a GNV en los microprocesadores originales y que el gas opere como parte constitutiva del sistema original del vehículo. De otro modo, con instalaciones no originales, el sistema de GNV no podrá ser certificado o su certificación será mucho más difícil y costosa.

2.3 Vehículos duales GNV - Diesel Se denomina vehículo dual GNV - DIESEL a aquel que puede operar con combustible diesel y gas natural simultáneamente.

El GNV no se encenderá por compresión en un motor diesel, puesto que su número de cetano, medida de la capacidad de un combustible para ser encendido por compresión en un motor diesel, es demasiado bajo.

Para la operación de los motores duales se comprime una mezcla de gas-aire en un ciclo diesel de cuatro tiempos; la mezcla no encenderá bajo condiciones de operación normales, de modo que el encendido se realiza mediante la inyección de un cantidad “piloto” de combustible diesel. La proporción de la mezcla de GNV y diesel es de alrededor de 80 a 20.

Uno de los métodos más usados en la actualidad para este tipo de motores es el de "Fumigación", mostrado en la figura siguiente y que ilustra el principio de operación de los motores duales.

Figura 11. Principio de operación por fumigación en un motor dual GNV-Diesel

Como se ve en la figura anterior, una carga secundaria de GNV es introducida a través del puerto de admisión de aire, se mezcla con este y alcanza el cilindro, en donde será inyectado el combustible diesel que será encendido por compresión iniciando la combustión.

GNV

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Las modificaciones al motor para operar en el modo de combustible dual son relativamente menores y normalmente no involucran el desensamble del motor. En esencia se adapta alguna forma de carburación de gas o sistema de inyección y se agrega un sistema de control para hacer que el gas y el diesel se ajusten a los requerimientos de carga del motor: Los costos de instalación de un sistema dual son por consiguiente más bajos que los necesarios para equipar un motor dedicado a gas.

El mayor costo en este sistema es el del control de suministro de combustible diesel que debe ser montado en la bomba de inyección y debe ser supremamente confiable para evitar sobrealimentación de combustible (gas más diesel) y daño del motor.

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3. EXPERIENCIAS INTERNACIONALES DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV

En este capítulo se describirán algunas de las experiencias en evaluación de vehículos a GNV, auspiciadas por el Departamento de Energía del los Estados Unidos de América (DOE por sus siglas en Inglés) en la década pasada. Se incluyen en este estudio las pruebas de campo y los ensayos de laboratorio realizados por el DOE en vehículos a GNV, debido a la rigurosidad técnica con que fueron ejecutadas y a que los resultados, en principio, no están afectados por intereses comerciales.

Los experiencias seleccionadas permiten ampliar la visión sobre las posibles aplicaciones del GNV, y los beneficios que se pueden obtener con su uso. Además servirán como base para comparar los diferentes procedimientos utilizados en la evaluación de vehículos a GNV en otros países y contrastar sus resultados con los que se obtengan al evaluar los vehículos de la flota de las Empresas Públicas de Medellín, en las condiciones típicas de operación de nuestro país.

3.1 EVALUACIONES DE VEHÍCULOS A GNV

Con el objeto de entender la metodología de las pruebas y el alcance de los resultados obtenidos en las evaluaciones de vehículos a GNV que se presentarán más adelante, es necesario hacer algunas precisiones respecto al tipo de ensayos en condiciones reales de operación y en laboratorio, que son factibles de realizar para evaluar el comportamiento mecánico y ambiental utilizando un combustible determinado.

• Evaluación mediante pruebas de operación normal en campo

Generalmente en este tipo de evaluación se selecciona una flota de vehículos en la que algunas o todas sus unidades son convertidas para operar de manera dual GNV- gasolina, o son reemplazadas por vehículos dedicados a GNV.

Los automotores a GNV de la flota se operan en las mismas condiciones que los demás vehículos equivalentes a gasolina (recorridos, condiciones de carga, hábitos de manejo, etc), y se les lleva un control de consumos de combustible, emisiones en condiciones estáticas, reparaciones o cambios de componentes del motor y frecuencia de cambio de filtros y lubricantes. Además se recopila y analiza la información subjetiva suministrada por los conductores en cuanto a: encendido en frío, potencia del vehículo, respuesta de aceleración, estabilidad del funcionamiento del motor y niveles de ruido en funcionamiento.

Las principales ventajas de este tipo de evaluación radican en que no se requieren equipos especializados para efectuarla y no es necesario retirar los vehículos de su servicio normal para realizar los ensayos. Además, es posible obtener una medición confiable de los beneficios económicos obtenidos con el uso del GNV como consecuencia de los menores costos de combustible, períodos mas largos entre cambios de aceite y menor desgaste de componentes.

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La debilidad de la evaluación en condiciones reales de operación es que aunque siendo sus resultados validos para la flota en que se efectuaron los ensayos, no son fácilmente extrapolables para otros casos, puesto que corresponden a un parque de vehículos y condiciones de servicio muy específicas. Adicionalmente los datos obtenidos de variables como pérdidas de potencia y torque, no son del todo confiables, puesto que normalmente corresponden a las percepciones de los conductores y no a una cuantificación real en laboratorio. Lo mismo sucede con las emisiones de contaminantes que usualmente se miden en condición estática, las cuales aunque nos dan una idea de la reducción de emisiones obtenida con el uso del GNV, no permiten cuantificar de manera exacta la cantidad de contaminantes expelidos a la atmósfera durante la operación normal del automotor con carga.

• Evaluación de desempeño en condiciones de laboratorio

La metodología de la evaluación de vehículos a GNV en condiciones de laboratorio es más rigurosa que la evaluación en campo, en cuanto a los procedimientos de prueba, equipos de medición y control de las variables externas que puedan afectar los resultados de los ensayos.

Los protocolos de los ensayos para la medición de torque y potencia están basados en las normas SAE3, y los de emisión de contaminantes en las pruebas dinámicas establecidas en las normas de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA – USA4). La aplicación de estos procedimientos estandarizados permite pruebas comparativas sobre un mismo vehículo utilizando diferentes combustibles y cuantificar de manera precisa los beneficios obtenidos en cada caso.

Las pruebas de vehículos en laboratorio son muy confiables, en particular para la determinación de emisiones de contaminantes, pues permiten medir de manera precisa las emisiones en masa (g/km) generadas por el vehículo bajo carga, cuando utiliza su combustible original y cuando funciona con GNV. Esto se logra mediante la operación del vehículo en un ciclo estandarizado de prueba (Velocidad - Tiempo) y la medición por separado de cada uno de los contaminantes producto de la combustión tales como; el monóxido de carbono, los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno. Esta medición es muy representativa del comportamiento del vehículo en condiciones normales de funcionamiento y por lo tanto permite una cuantificación real del beneficio ambiental del GNV.

Las pruebas de emisiones dinámicas para vehículos livianos se realiza con un vehículo completo sobre un dinamómetro de chasis. La Figura 12 muestra una representación esquemática de un sistema de prueba para vehículos livianos.

3 SAE Society of Automotive Engineers. Sociedad de Ingenieros Automotrices. 4 EPA – USA : Environmental Protection Agency, Unites States of America

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Figura 12. Representación esquemática de prueba de emisión de gases dinámica

El mismo tipo de dispositivos puede usarse para medir emisiones dinámicas de acuerdo con las regulaciones de los Estados Unidos de América, las Europeas y las del Japón. La dilución de los gases del escape y la determinación del volumen de flujo de los gases de escape se realiza mediante el sistema de muestreo de volumen constante (CVS).

Hay, sin embargo, diferencias considerables tanto en los ciclos de conducción como en los límites de emisiones. La Figura 13 muestra el ciclo de conducción Americano EPA FTP75, que es un ciclo con un alto transiente. Este ciclo aún es la base de las pruebas de emisiones Americanas.

Figura 13. Ciclo de prueba US EPA FTP75 para vehículos livianos

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El ciclo de conducción Europeo mostrado en la Figura 14, es más artificial, con una parte modelando conducción urbana (velocidad máxima de 50 km/h) y una parte simulando conducción en carretera (velocidad máxima de 120 km/h).

Figura 14. Ciclo de prueba Europeo para vehículos livianos

En conclusión se puede afirmar que las pruebas de vehículos en laboratorio aportan resultados muy confiables y representativos de la operación real de los mismos; no obstante, su realización requiere de altas inversiones por lo que es usual que los vehículos seleccionados para prueba sean prototipos representativos de un modelo de producción masiva, o correspondan a un tipo de vehículo de alto volumen en circulación; de tal manera que los resultados de los ensayos puedan hacerse extensivos a un gran parque de automotores.

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3.2. EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN CAMPO

A continuación se presentan dos casos reales de empresas dedicadas a diferentes actividades, que convirtieron o reemplazaron parte de los vehículos de su flota para poder utilizar el GNV como combustible.

El primer caso corresponde a una compañía de recolección de basura en New York (USA), y el segundo a una empresa de taxis en Washington (USA). Ambos experiencias arrojaron valiosas conclusiones, no solo relacionadas con los beneficios del GNV sino también con los aspectos a tener en cuenta cuando se convierte una flota de vehículos a GNV, de modo que se garantice su operación segura, rentable y benéfica para el medio ambiente.

3.2.1 EVALUACIÓN DE UNA FLOTA DE RECOLECTORES DE BASURA FUNCIONANDO CON GNV5.

• Objetivo

Evaluar el comportamiento mecánico y ambiental de camiones recolectores de basura equipados con motores dedicados a GNV, frente a camiones diesel que venían siendo utilizados por la compañía de aseo de la ciudad de New York (USA).

• Tamaño y especificaciones de la flota de vehículos

Especificaciones de los camiones a GNV utilizados por el Departamento de Aseo de la ciudad de New York

No de vehículos a GNV: 6

Motor: Cummins L10 dedicado a GNV

Cilindraje: 10 Litros

Potencia: 240 H.P.

Torque: 750 Lb.Pie

Peso Bruto Vehicular: 70.000 Lb.

Capacidad de los tanques de gas: 36 galones equivalentes de diesel

• Período de evaluación

La prueba se inició en el mes de Octubre de 1.992 y a la fecha de efectuar el reporte de la evaluación, los vehículos habían acumulado un kilometraje de 96.000 km operando en el servicio habitual de la compañía de aseo de New York.

5 El documento completo del estudio en su versión original en inglés puede ser consultado en la dirección de Internet http//: www.ott.doe.gov/showcase.html.

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• Resultados

- Economía y autonomía en el uso del combustible

Debido a que los motores a GNV son de encendido por chispa6 y tienen mariposa de aceleración, presentan una menor eficiencia en el uso del combustible que los motores diesel, ocasionadas por las pérdidas en la succión de aire. Estas perdidas se refieren a la cantidad de energía requerida por el motor para llevar aire a su interior durante el ciclo de admisión. En el motor diesel estas pérdidas son mucho menores pues no posee mariposa de aceleración que ocasione restricción al flujo de aire.

La eficiencia en el uso del combustible observada en los camiones accionados por GNV fue entre un 5% y un 20% menor que la de los vehículos a diesel. Esta diferencia coincide con la encontrada normalmente entre los motores de encendido por chispa y los motores diesel.

Referente a la autonomía, los camiones accionados a diesel podían llevar 50 galones de combustible diesel, que les daba una rango de operación de 152 Km entre abastecimientos de combustible.

Un galón equivalente de diesel (DGE) es la cantidad de GNV que tiene la misma energía que un galón de diesel. Los cilindros de gas en los camiones podían llevar hasta 36 DGE de GNV, de modo que la autonomía de estos camiones a GNV era de 97.6 Km, aceptable para la operación de recolección de basura, pues las rutas de los vehículos en la ciudad son generalmente cortas y requieren una sola operación de llenado de combustible por día.

- Reparación y mantenimiento

Por ser esta la primera experiencia de uso de vehículos a GNV en la flota de recolección de basura de la ciudad de New York, se esperaban un sinnúmero de problemas; sin embargo, aunque en efecto se presentaron algunos inconvenientes, en general se puede decir que los vehículos se comportaron de manera confiable durante el período de evaluación, y los usuarios de los mismos quedaron satisfechos con el servicio prestado.

Al inicio del proyecto, uno de los vehículos presentó problemas con el motor cuando un pistón se fundió a la cámara de combustión. La causa se encontró en un inadecuado control de la mezcla de aire – combustible. Con la experiencia obtenida en la solución de esta falla, fue posible corregir los camiones restantes para evitar situaciones similares.

Los registros de mantenimiento mostraron que los vehículos a GNV requirieron mayores gastos que los diesel. Un componente importante dentro de estos gastos de mantenimiento fueron los cables de alta, que debieron ser cambiados aproximadamente cada 6 meses a un costo de US$ 125 por juego de cables. Esta condición de corta duración de los cables de alta tensión se mejoró con ayuda del fabricante del motor que desarrolló cables cuya duración fue el doble de los originales.

6 Encendido por chispa : Combustión de la mezcla aire -combustible mediante la chispa generada por las bujías que se encuentran ubicadas en el interior de las cámaras de combustión.

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- Costos

Sobre una base de energía equivalente, el precio al publico del GNV es inferior al del diesel. Durante el mes de Enero de 1.996, el precio del diesel fue de US$ 1.15 por galón. El precio promedio del GNV fue de US$ 0.96 por DGE. Esto significaba un ahorro del 17% para ese entonces. No obstante, buena parte de la ventaja del GNV frente al diesel se pierde pues los motores que lo utilizan tienen una menor eficiencia que los motores diesel.

Los costos de ahorro de combustible deben estimarse teniendo en cuenta el costo adicional de un camión a GNV. En el caso de los vehículos recolectores de basura de la ciudad de New York, por ser los primeros de este tipo, tuvieron un costo significativamente alto frente a los diesel equivalentes.

- Emisión de contaminantes

Los motores diesel de uso pesado normalmente se certifican en un dinamómetro de motor en el cual se someten a un ciclo estandarizado de carga – velocidad y se miden las emisiones producidas por el motor durante la prueba. Después de que el motor ha sido ensamblado en el vehículo no es posible efectuar ese mismo ensayo y por lo tanto es necesario recurrir a un dinamómetro de chasis en el cual se ejecute un determinado ciclo de prueba.

Para cuantificar las emisiones de los camiones recolectores de basura de la ciudad de New York, la Universidad de Virginia probó los vehículos en un dinamómetro de chasis, sometiéndolos a un ciclo de prueba denominado Ciclo del Distrito de Negocios, el cual fue diseñado para simular el ciclo urbano de paradas y arranques continuos.

Los resultados obtenidos de estos vehículos prototipo fueron notablemente variables. En algunos casos las emisiones de óxidos de nitrógeno y de monóxido de carbono fueron menores en los vehículos a GNV y en otros, fueron menores en los diesel. No obstante en promedio, los vehículos diesel mostraron menor emisiones de estos contaminantes

Las emisiones de hidrocarburos totales fueron significativamente mayores en los vehículos a GNV, sin embargo, considerando que estas emisiones están compuestas entre un 90 y un 95% por metano, y que el metano en la actualidad no está contemplado como elemento contaminante, entonces el valor restante de emisiones de hidrocarburos no metánicos, que si están regulados, es similar al de los vehículos diesel que se probaron.

Con relación al material particulado, los vehículos a GNV mostraron resultados consistentes de prácticamente cero, con respecto a valores de 0.7 gramos de los vehículos diesel. Estas menores emisiones de los vehículos a GNV son de particular importancia especialmente para los vehículos de recolección de basura que circulan por áreas congestionadas en donde la contaminación producida por los automotores se ha convertido en un serio problema para la salud pública.

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3.2.2 EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN UNA FLOTA DE TAXIS

• Objetivo

Evaluar la viabilidad técnica y financiera de operar una flota de taxis con vehículos a GNV en la ciudad de Washington.

• Antecedentes

Mediante un acuerdo suscrito entre el Departamento de Energía de los Estados Unidos y un grupo de inversionistas privados que querían aprovechar la creciente preocupación de la opinión pública por el cuidado del medio ambiente, se fundó la compañía denominada “Taxis Aire Limpio”, cuyo propósito fue el de poner en funcionamiento una flotilla de vehículos de servicio público operados a GNV en la ciudad de Washington.

• Características de la flota de vehículos

No de vehículos a GNV: 15 automóviles para servicio de taxi

Combustible: GNV

Tipo de vehículos: 5 automóviles Chevrolet Caprice Bi - combustible (Gasolina-GNV) y 10 automóviles Ford Crown Victoria dedicados a GNV.

Ciudad: Washington (USA).

Acumulación de kilometraje : 1650 km por semana

• Experiencias con los vehículos convertidos a GNV

Los vehículos fueron convertidos por una compañía recomendada por la empresa de gas de Washington. Esta compañía también estaba certificada por Ford y General Motors para convertir sus vehículos. En cada vehículo se instalaron cuatro tanques de GNV que suministraban una capacidad de combustible de 10.5 galones de gasolina equivalente (gge) en los Caprice y de 12.5 en los modelos Victoria.

De los quince vehículos, 13 fueron convertidos utilizando componentes electrónicos, y dos con kits de conversión compuestos en su mayoría por componentes mecánicos. Estos últimos, al momento del informe, habían operado por 160.000 km sin fallas. Por otro lado, el 40% de los kits de conversión electrónicos fallaron en el primer año de instalación y según declaró la compañía, fue muy difícil el obtener servicio para estos kits, pues la garantía ya había expirado y el fabricante no ofrecía soporte de repuestos.

Debido a esta experiencia negativa con las conversiones, la compañía “Taxis Aire Limpio” decidió para futuras compras de vehículos a GNV adquirirlos directamente del fabricante y no emprender procesos de conversión con empresas de conversión independientes; las

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principales razones para esta decisión fueron; que el fabricante original del vehículo suministra garantía total sobre el mismo, evitando que se presenten situaciones como las que suceden cuando el vehículo es convertido por una compañía diferente, y que ante la eventualidad de un problema no se sabe si la responsabilidad de solucionarlo es del fabricante del vehículo o del proveedor del kit de conversión.

Otra razón tiene que ver con el espacio del compartimiento de carga (baúl), el cual es muy importante en los taxis. En este caso los fabricantes pueden diseñar el vehículo optimizando la ubicación de los tanques en el compartimiento de carga a fin de utilizar el menor espacio posible.

• Disponibilidad de combustible

Uno de los inconvenientes que afrontó la compañía de Taxis Aire Limpio al inicio de su operación fue la baja disponibilidad de estaciones de llenado de GNV en la ciudad de Washington; en ese entonces fue definitivo que los vehículos pudiesen operar con GNV y también con gasolina, de modo que cuando se agotaba el gas y no existía una estación de llenado cercana se podia continuar trabajando con gasolina.

Con el aumento del número de estaciones de llenado de GNV en la ciudad, la compañía de Taxis Aire Limpio pudo adquirir vehículos dedicados a GNV producidos directamente por el fabricante de equipo original.

• Costos del combustible y retorno de la inversión

En el año de 1.996, la compañía de taxis Aire Limpio pagó por el GNV entre US$ 0.75 y US$ 0.94 por gge. La compañía reportó que esto significaba un ahorro de entre US$ 0.30 - 0.50 por gge. (Aproximadamente US$ 0.03 por milla) con respecto al precio promedio de la gasolina en Washington que era de US$ 1.25 por galón. La expectativa de retorno de la inversión era de 2.5 años.

• Bajos requerimientos de mantenimiento

La compañía de Taxis Aire Limpio ha acumulado más de 2.08 millones de kilómetros recorridos con sus quince vehículos a GNV y reportó que no han habido problemas inusuales de mantenimiento en sus vehículos. De hecho, la compañía ha prolongado los períodos entre cambios de aceite, pasando de cada 3000 km a cada 9600 km, con base en el conocimiento de la combustión más limpia de los motores a GNV.

Esta empresa de taxis utiliza el mismo aceite 5W-30 utilizado regularmente en los motores a gasolina. No obstante, han cambiado las bujías y los cables de alta originales por elementos similares pero de alto rendimiento, como es el caso de bujías con electrodos de platino.

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3.3 EXPERIENCIAS DE EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV EN LABORATORIO

Como se mencionó anteriormente, la importancia de las evaluaciones de vehículos en condiciones de laboratorio radica en que es posible controlar muchas de las variables que afectan su desempeño, tales como: hábitos de manejo del conductor, condiciones ambientales del lugar de prueba y ciclos de carga a que se somete el vehículo.

Los ensayos en laboratorio son de particular interés cuando se están evaluando los efectos del uso de un combustible alternativo como el GNV, puesto que es posible realizar pruebas comparativas sobre el mismo vehículo funcionando con su combustible original y posteriormente probarlo en funcionamiento con GNV. Los datos obtenidos pueden permitir visualizar las diferencias en parámetros como potencia, torque y emisiones para cada uno de los combustibles.

Dentro de los estudios documentados, que se consultaron sobre evaluaciones de vehículos a GNV en condiciones de laboratorio, se encontró uno de particular interés realizado por el DOE (Departament Of Energy - USA), cuyos objetivos coinciden con los del presente trabajo, dado que su objetivo primordial fue el de suministrar a los posibles usuarios del GNV, información confiable acerca del rendimiento, manejo y emisiones de los vehículos operados con este combustible.

Dada la importancia del documento del DOE y lo pertinente para los propósitos de este estudio, especialmente por los datos que se obtienen en las pruebas comparativas de emisiones en condición dinámica, a continuación se incluyen los aspectos básicos del estudio del DOE denominado “Proyecto de evaluación de vehículos para funcionamiento con combustible alternativos” y se presentan los resultados de las evaluaciones efectuadas en dos de los modelos para uso dedicado a GNV:

3.3.1 Proyecto de evaluación de vehículos a GNV del Departamento de Energía de los Estados Unidos7

• Objetivo del estudio:

El objetivo primordial fue suministrar información a los consumidores acerca del desempeño, manejabilidad y emisiones de los vehículos operados con combustibles alternativos, en particular GNV.

• Programa de pruebas

El programa de pruebas de vehículos con combustibles alternativos realizado por el DOE comprendió los siguientes ensayos:

- Medición de la aceleración del vehículo

Se efectúan tres pruebas:

7 La version original del informe de este proyecto puede consultarse en la dirección de Internet http//: www.doe.gov/otu/field_ops/nve/.

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1- Se mide el tiempo que toma el vehículo en llegar hasta 60 mph, partiendo desde una posición de reposo y con el acelerador a fondo. La prueba se realiza tanto con el vehículo cargado como descargado.

2- Se mide el tiempo que gasta el vehículo en alcanzar las 60 mph, arrancando desde 40 mph. con el acelerador a fondo (simulación de sobrepaso).

3- Se mide el tiempo transcurrido y la velocidad final del vehículo después de recorrer un cuarto de milla con el acelerador a fondo. El resultado es el promedio de seis ensayos.

- Prueba de frenado

La superficie seca es concreto, la superficie húmeda es un camino de pavimento de baja fricción. Se mide la distancia de frenado sobre una superficie seca con el vehículo a 62 mph, y sobre la superficie húmeda desde una velocidad de 31 mph sin bloquear las ruedas.

- Ensayo de economía de combustible

El consumo de combustible en ciudad se determinó usando un ciclo de conducción urbana - una distancia de 2 millas con 8 paradas. Para el consumo de combustible en carretera se utilizó un ciclo de conducción promedio de 70 mph sin detenciones. Se alternaron ciclos urbanos y ciclos de carretera hasta completar un recorrido de 150 millas. Los resultados están reportados con un 70% de conducción en carretera.

- Calificación de la manejabilidad general del vehículo

Cuatro conductores califican cada uno de los aspectos del vehículo; el resultado final es el promedio de los cuatro conductores.

- Pruebas de emisiones conforme a los procedimientos federales de medición

Ambos vehículos, el de gasolina y el de GNV, fueron probados por emisiones conforme a los procedimientos federales.

- Capacidad de arranque en frío

Se mantiene el vehículo a - 20 °F en un cuarto con temperatura controlada por un tiempo mínimo de 12 horas, luego se arranca el vehículo y se registra el tiempo que toma el motor en arrancar y la velocidad de ralentí. Si el vehículo arranca, entonces se debe efectuar nuevamente la prueba a -20 °F como confirmación. Si el vehículo no arranca en el primer intento, repita el procedimiento a una temperatura mayor hasta determinar la mínima temperatura de arranque.

• Tipo de vehículos probados

Los ensayos se realizaron sobre un grupo de 5 vehículos, año modelo 1999 conformado por 2 camionetas, 2 automóviles y un vehículo de pasajeros multipropósito. También se probaron dos camionetas; una tipo Van y la otra una pick up. Cabe mencionar que todos los vehículos probados fueron diseñados de fabrica para operar con GNV.

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3.3.1.1 Evaluación comparativa de vehículos pick up Ford F250 dedicada a GNV y a gasolina

• Procedimiento de prueba

Se probaron en la mismas condiciones indicadas anteriormente, las versiones de la F250 dedicada a GNV y convencional a gasolina, con el objetivo de obtener resultados comparables que permitieran determinar el funcionamiento del vehículo con cada combustible.

• Especificaciones de los vehículos FORD F250

MODELO F250 GNV XL F250 GASOLINA XLT

MOTOR

- Cilindraje

- Configuración

- Transmisión

- Sistema de combustible

- Relación de compresión

5.4 Litros

V8

Automática- 4 velocidades

Inyección electrónica- EFI

Secuencial

9.0:1

5.4 Litros

V8

Automática- 4 velocidades

Inyección electrónica- EFI

Secuencial

9.0:1

CAPACIDADES

- Combustible

- Pasajeros

- Volumen de carga

- Peso en orden de marcha

18.9 Galones Equivalentes de GNV a 3000 PSI.

3 adelante

46.7 pies3

7650 Lb

30 Galones

3 adelante

72.6 pies3

7700 Lb

• Resultados de los ensayos

En los cuadros que se muestran a continuación se resumen los resultados de las pruebas de aceleración, consumo de combustible, arranque en frío y emisiones, que son las que están directamente ligadas con el uso del GNV como combustible. Los resultados de otros ensayos, como frenado y manejabilidad que están asociados a otros sistemas del vehículo, pueden consultarse en el documento competo del estudio del DOE que se incluye como anexo.

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ENSAYO: ACELERACIÓN

F250 GNV F250 Gasolina

- 0-60 mph cargada (s)

- 0-60 mph sin carga (s)

- 40-60 mph (s)

- Tiempo para ¼ milla (s)

- Velocidad final ¼ milla (mph)

16.03

12.02

6.03

18.76

72.90

13.35

9.53

4.70

17.28

81.55

ENSAYO: CONSUMO DE COMBUSTIBLE (mpg)


- Conducción en ciudad

- Conducción en carretera

- Conducción combinada (ciudad / carretera)

11.6

15.3

14.6

12.6

15.5

14.5

ENSAYO: ARRANQUE EN FRIO


Temperatura (°F)

Tiempo de arranque

Calificación de Ralentí (*)

Tiempo de arranque

Calificación de ralentí

- 20 8.5 5 3 6

(*) – La calificación del ralentí va de 1 a 9, siendo 1 el peor caso.

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ENSAYOS DE EMISIONES

Tier 1: Límites de Emisiones Federales de los Estados Unidos en el año 2000 ULEV: Límites para Vehículos de Muy Bajas Emisiones (Low Emisión Vehicles a California USA) NMHC: Emisiones de Hidrocarburos no Metánicos EPA: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos LEV: Límites para Vehículos de Bajas Emisiones en California

RESUMEN DE LA EVALUACIÓN

Los resultados de la evaluación para una F250 dedicada a GNV y una F250 convencional a gasolina muestran poca diferencia en la capacidad de arranque en frío y manejabilidad. Hay una ligera diferencia en la economía de combustible en ciudad (la camioneta a GNV estuvo alrededor de 8% por debajo), no hay una diferencia significativa en el consumo de combustible en carretera ni en operación combinada. La aceleración del vehículo a gasolina fue entre 9% y 28% mejor que con GNV. Los evaluadores de manejabilidad y rendimiento dieron buenas calificaciones a ambos vehículos.

Los beneficios de usar GNV se vieron principalmente en los resultados de emisiones para los dos vehículos. Los valores de emisiones medidos para ambos vehículos no solo cumplieron sino que excedieron los estándares federales para vehículos ULEV (Vehículos de Emisiones Ultra Bajas). Sin embargo, todos los componentes regulados, incluyendo el CO2 fueron mucho más bajos para el vehículo operado con GNV. Los Hidrocarburos no metánicos (NMHC) estuvieron 97% por debajo del vehículo a gasolina. El CO fue 62.6% más bajo, los NOX fueron 80.6% más bajos y el CO2 estuvo 17% por debajo que los valores a gasolina. Las emisiones en peso potencialmente tóxicas (incluyendo benceno, 1,3-butadieno, formaldehído y acetaldehído)8 para el vehículo a GNV fueron 99% menores que las del vehículo a gasolina.

8 Para más información sobre el cálculo de emisiones en peso potencialmente tóxicas, consultar la sección de emisiones en el sitio web http://www.ott.doe.gov/field_ops/nve/

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3.3.1.2 Evaluación comparativa de los automóviles Honda Civic versión dedicada a GNV y versión a gasolina

• Procedimiento de prueba

Se probaron en la mismas condiciones indicadas anteriormente, la versión dedicada a GNV y convencional a gasolina, con el objetivo de obtener resultados comparables que permitieran determinar el funcionamiento del vehículo con cada combustible.

• Especificaciones de los vehículos Honda Civic

MODELO Civic GX GNV Civic LX GASOLINA

MOTOR

- Cilindraje

- Configuración

- Transmisión

- Sistema de combustible

- Relación de compresión

1.6 Litros

L4

Automática - 4 velocidades

Inyección electrónica- MPFI

12.5:1

1.6 Litros

L4

Automática - 4 velocidades

Inyección electrónica- MPFI

9.4.:1

CAPACIDADES

- Combustible

- Pasajeros

- Capacidad del baúl

- Peso en orden de marcha

8 Galones Equivalentes de GNV a 3000 PSI.

2 adelante / 2 atrás

4.7 pies3

2599 Lb

12 Galones

2 adelante / 2 atrás

11.9 pies3

2456 Lb

• Resultados de los ensayos

En los cuadros que se muestran a continuación se resumen los resultados de las pruebas de aceleración, consumo de combustible, arranque en frío y emisiones, que son las que están directamente ligadas con el uso del GNV como combustible. Los resultados de otros ensayos, como frenado y manejabilidad que están asociados a otros sistemas del vehículo, pueden consultarse en el documento competo del estudio del DOE que se incluye como anexo.

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ENSAYO: ACELERACIÓN

GNV Gasolina

- 0-60 mph cargada (s)

- 0-60 mph sin carga (s)

- 40-60 mph (s)

- Tiempo para ¼ milla (s)

- Velocidad final ¼ milla (mph)

15.24

13.64

7.07

19.84

72.10

14.38

12.41

5.87

19.18

73.28

ENSAYO: CONSUMO DE COMBUSTIBLE (mpg)

GNV Gasolina

- Conducción en ciudad

- Conducción en carretera

- Conducción combinada (ciudad / carretera)

24.3

34.2

31.1

23.5

32.0

28.5

ENSAYO: ARRANQUE EN FRIÓ

GNV Gasolina

Temperatura (°F)

Tiempo de arranque

Calificación de Ralentí (*)

Tiempo de arranque

Calificación de ralentí

- 20 -- -- 48 4

- 15 4 seg. 6 -- --

(*) – La calificación del ralentí va de 1 a 9, siendo 1 el peor caso.

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ENSAYOS DE EMISIONES

ULEV: Límites para Vehículos de Muy Bajas Emisiones (Low Emisión Vehicles a California USA) NMHC: Emisiones de Hidrocarburos no Metánicos EPA: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos LEV: Límites para Vehículos de Bajas Emisiones en California

RESUMEN DE LA EVALUACIÓN

Los resultados de la evaluación para un Honda Civic dedicado a GNV y uno convencional a gasolina muestran poca diferencia en aceleración y manejabilidad. Los evaluadores reportaron que ambos vehículos maniobran bien, pero que el vehículo a gasolina muestra una aceleración ligeramente mejor. El espacio del vehículo a GNV presenta un espacio de baúl significativamente reducido debido a la ubicación del cilindro.

Los resultados muestran una reducción en el consumo de combustible del 8 para el vehículo a GNV con respecto al de gasolina. Se puede atribuir a la modificación en la relación de compresión del motor (12.5:1).

Los resultados de las pruebas de emisiones muestran los grandes beneficios de la operación a GNV. Aunque ambos vehículos cumplen con los niveles establecidos de emisiones, el de GNV presentó niveles notablemente bajos con valores inferiores a 1/10 de los límites establecidos para vehículos de emisiones ultra bajas (ULEV)

Las emisiones en peso potencialmente tóxicas (incluyendo benceno, 1,3-butadieno, formaldehído y acetaldehído) para el vehículo a GNV fueron 97% menores que las del vehículo a gasolina.

3.4 CONCLUSIONES SOBRE EXPERIENCIAS INTERNACIONALES

• Las conversiones de vehículos a GNV con respecto a los vehículos originales

Se encontró que las conversiones a GNV presentan dificultades principalmente porque los equipos de conversión no han sido desarrollados para un vehículo en particular sino que son componentes genéricos que se adaptan para el uso en diversos tipos y modelos de vehículos, siendo poco probable que su funcionamiento sea el optimo en la mayoría de los casos.

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En los casos descritos se observaron dificultades con los componentes de control electrónicos de los kits de conversión, que no mostraron una durabilidad adecuada y no contaban con soporte técnico de parte de los fabricantes del vehículo ni de los equipos.

Se comprobó cómo una inadecuada calibración de los equipos de conversión a GNV puede inducir a daños serios en el motor por mala puesta a punto y ajustes incorrectos de la mezcla aire/combustible.

Los equipos de GNV requieren que el sistema de encendido sea mantenido con mayor cuidado y, en ocasiones, que los componentes originales, tales como bujías y cables de alta tensión, sean reemplazados por unos de mayor capacidad y resistencia.

Para alcanzar el rendimiento óptimo de un vehículo dedicado a GNV, es necesario que éste sea diseñado específicamente para funcionar con este combustible; contemplando modificaciones en la cámara de combustión para lograr mayor relación de compresión y por consiguiente una mayor temperatura, e inhabilitando la posibilidad de usar gasolina como combustible. De otra forma, el rendimiento del vehículo no será óptimo, caso de todos los vehículos bi combustible.

• Aplicaciones típicas del GNV

En la mayoría de las experiencias documentadas acerca del uso del GNV se encuentra que los vehículos escogidos para las conversiones son de uso intensivo, de transporte de carga o de pasajeros; taxis, camiones de reparto, buses, etc. La razón es que estos vehículos recorren grandes distancias en su operación rutinaria, logrando un ahorro importante en costos de combustible que permite a los inversionistas un retorno más rápido de su inversión en equipos de GNV.

• Pruebas de campo

Son las más adecuadas para determinar la viabilidad de utilizar el GNV en una aplicación específica. Los ensayos no requieren equipos especializados, únicamente un seguimiento apropiado del vehículo en su condición de operación normal. Estas pruebas permiten cuantificar las ventajas o desventajas del GNV para un uso particular. El punto débil de estos ensayos es que los resultados obtenidos en pruebas de campo no permiten generalizaciones.

• Pruebas de laboratorio

Permiten determinar las ventajas o desventajas reales del GNV debido a que los ensayos se hacen en condiciones controladas y sobre vehículos nuevos o en muy buen estado.

Los resultados de los ensayos de emisiones en banco son los más cercanos a la realidad de operación y permiten obtener una comparación válida con los resultados de pruebas similares realizadas con gasolina u otros combustibles.

• Los resultados

En las pruebas de campo realizadas sobre vehículos con motores de gran capacidad no es notable para el conductor la pérdida de rendimiento utilizando GNV. La operación normal del motor no se realiza a plena carga.

En términos de emisiones los resultados de los vehículos dedicados originales de fábrica son muy destacados excediendo en más de diez veces los requerimientos de las regulaciones más exigentes, esto se debe principalmente a que el equipo y el vehículo han sido desarrollados simultanea y específicamente para operar con GNV.

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4. EXPERIENCIAS NACIONALES EN EVALUACIÓN DE VEHÍCULOS A GNV.

Dentro de los múltiples esfuerzos realizados en Colombia desde los años ochenta para promover el uso del gas natural en el sector del transporte, se encuentran algunos trabajos de carácter experimental, los cuales en general han tenido como objetivo cuantificar los beneficios de utilizar el GNV en el país, contemplando las condiciones típicas de nuestra geografía, las características del parque automotor existente y las condiciones de tráfico en las ciudades, entre otros.

En la revisión de los antecedentes nacionales existentes sobre evaluación de vehículos a GNV, llevada a cabo como actividad previa a la evaluación experimental objeto principal del presente estudio, se encontraron dos trabajos realizados al principio y final de la década pasada cuya metodología y resultados tienen plena vigencia, y que por lo tanto se ha considerado de interés reseñarlos como referencia en este capítulo. El primero de estos trabajos corresponde a una evaluación de buses realizada en la ciudad de Bogotá y el más reciente, llevado a cabo a finales de 1.998, fue una prueba piloto de GNV contratada por la Unidad de Planeación Minero-Energética.

Se podrá notar en los estudios citados, que aunque en ambos se contemplaron muchas de las variables que pueden influir en el comportamiento de un automotor cuando es convertido a gas, sólo en el trabajo con buses a GNV en Bogotá se tomaron en cuenta los cambios en el desempeño del automotor por efectos de la variación de la presión atmosférica originada por los cambios de altura, los cuales son muy frecuentes al transitar por nuestra geografía. En este aspecto es de resaltar que como complemento a estos trabajos precedentes, el presente estudio contempló de una manera más amplia el análisis del rendimiento mecánico y ambiental comparativo de los vehículos de otros segmentos diferentes al de los buses, cuando se considera la altura sobre el nivel del mar como una variable.

4.1. Evaluación de bus de transporte publico a GNV en Bogotá.

4.1.1. Antecedentes

En la década de 1980 se presentó en la Costa Atlántica un desarrollo interesante del GNV, liderado por Promigas en Barranquilla, tanto para uso doméstico como para vehículos, y se plantearon programas de masificación de su uso doméstico para todo el país, incluyendo la zona andina.

Con la perspectiva de la disponibilidad del gas doméstico en Bogotá, se instaló una estación piloto de suministro de GNV, alimentada con gas natural proveniente de los llanos orientales y se vio la necesidad de probar el desempeño de vehículos operados a GNV en ésta y otras ciudades a gran altura sobre el nivel del mar.

Como no había disponibilidad de gas en la ciudad y era necesario traerlo específicamente para la prueba, se escogió hacer la prueba en un solo vehículo que fuera representativo dentro del mercado objetivo, transporte público de pasajeros, y por eso se escogió un bus urbano B-60 de la marca Chevrolet, con motor carburado y del modelo 1986.

47

4.1.2. Objetivos

El objetivo de la prueba fue comparar el desempeño de un vehículo operado con GNV con el mismo vehículo operado con gasolina a gran altura sobre el nivel del mar, entre 2600 y 3000 metros, experiencia que no se había tenido en ningún lugar del mundo hasta entonces y sobre la cual había especulaciones.

4.1.3. Metodología

Fue instalado un equipo de mezcla de gas recomendado por el fabricante de la marca Impco Carburetor en un bus Chevrolet B-60, modelo 1986 con carburador Holley de cuatro bocas. El vehículo fue afinado por personal de Promigas, el gas fue suministrado por la empresa Neivana de gas, es decir que el gas provino de los yacimientos del Huila. Las pruebas fueron realizadas por personal y con equipos de prueba de GM Colmotores y con la supervisión de Ecopetrol.

Se llevaron a cabo dos tipos de pruebas comparativas; unas en dinamómetro, para evaluar el desempeño del motor en términos de torque y potencia, consumo específico de combustible, emisiones estáticas de CO y HC y temperaturas de operación. Todas las pruebas se realizaron con gas y con gasolina y se midió la sensibilidad del motor a diferentes ajustes de avance inicial y separación de bujías operando con GNV.

El segundo tipo de pruebas fue en carretera, cargando el vehículo a 10% por encima de su peso bruto vehicular, condición que se consideró típica en la operación de buses urbanos en Bogotá. Las pruebas se realizaron alternando los combustibles en una ruta, considerada como la más exigente, que incluía ascensos y arranques en ascenso en pendientes de hasta el 14% en las vías del sur oriente de la ciudad.

4.1.4. Resultados y conclusiones

• Se comprobó que aunque hubo pérdida de potencia del orden del 15% con GNV, los vehículos funcionaron bien y son operativos a grandes alturas, aun superiores a la de la Sabana de Bogotá (se hicieron pruebas hasta a 3.000 msnm) con carga máxima.

• La pérdida de potencia debida a la altura es similar para ambos combustibles, gasolina y gas, y es del orden del 30%.

• La menor respuesta en aceleración usando GNV no es notable en manejo urbano.

• Con GNV se logra una notable reducción de las emisiones contaminantes, el CO se reduce en un 80% con respecto a la gasolina.

• El costo final del combustible usando GNV es menor, lo cual hace atractivo su uso.

• El vehículo queda funcionando con un sistema dual, GNV – Gasolina, y además no presenta problemas de operación.

• Las ventajas para el país son grandes en ahorro de dinero dado que en la actualidad (1990) se importa gasolina. Con el uso de GNV cada galón sustituido será un galón menos que se debe importar.

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• La siguiente tabla resume las ventajas y desventajas obtenidas como resultado de ese estudio.

Ventajas Desventajas

• Es el combustible de más bajo costo en Colombia (60 % de la gasolina)

• Incrementa el peso del vehículo

• Es más seguro • Requiere equipo adicional

• Produce menos contaminación • Pérdida de potencia más notable en motores de baja relación de compresión

• El arranque en frío es más fácil (en motores dedicados)

• Pérdida por autonomía

• No produce dilución de combustible en el aceite del motor

• Faltan estaciones de servicio

• No se presentan depósitos de carbón en las válvulas ni en las culatas del motor

• Alarga la vida del motor

• Tiene mayor octanaje

• Permite altas relaciones de compresión (en motores dedicados)

• Existe la posibilidad de reabastecimiento en el hogar como sucede otros países.

Tabla 3. Ventajas y desventajas del uso del GNV.

4.2 Prueba piloto de gas natural vehicular en Bogotá

4.2.1. Antecedentes

En el año de 1.998 la Unidad de Planeación Minero-Energética (UPME) del Ministerio de Minas contrató un estudio para evaluar el comportamiento de automotores alimentados con gas natural en la ciudad de Bogotá9. Con este trabajo se buscaba obtener información que permitiera definir la viabilidad de promover un programa de masificación de este combustible a nivel nacional.

9 Prueba piloto de gas natural vehicular en Bogotá, Unidad de Planeación Minero – Energética (UPME). 1999

49

4.2.2. Objetivos

Los objetivos específicos del estudio planteado por la UPME fueron los siguientes:

• Determinar la incidencia de la conversión a GNV sobre la operación de los vehículos, tomando como parámetros de evaluación: la potencia y el torque del motor bajo condiciones de banco y de carretera.

• Cuantificar los beneficios ambientales de la operación con GNV mediante la medición de las emisiones de los automotores cuando operan con su combustible original (Gasolina o Diesel) y cuando lo hacen con GNV.

• Evaluar el comportamiento de los vehículos cuando se les instalan kits de GNV de diferentes fabricantes.

• Obtener información cualitativa sobre la opinión que tienen del GNV los conductores de vehículos que utilizan este combustible.

4.2.3 Metodología

La metodología se basó en ensayos experimentales realizados en dinamómetro para la obtención de las curvas de torque y potencia, y de una secuencia de ensayos en carretera que permitieron determinar la capacidad la aceleración y la capacidad de ascenso de cada vehículo. Es de especial importancia señalar que las pruebas fueron realizadas en cada vehículo utilizando kits de GNV de distintos fabricantes para determinar el efecto de la tecnología del equipo de gas y de su instalación y calibración sobre el desempeño de los automotores.

Las pruebas realizadas fueron de carácter comparativo, es decir, se realizaron operando el vehículo con su combustible original y con GNV para poder efectuar un análisis del efecto del uso de cada combustible.

La muestra de vehículos utilizada como objeto de estudio básicamente estuvo conformada por automóviles y por vehículos medianos. No se incluyeron vehículos utilitarios ni livianos de transporte de carga.

Las características de los vehículos probados fueron las siguientes:

• Chevette 1994, 1509 c.c. gasolina, carburado.

• Nissan Sentra, 1995, 1597 cc, gasolina, carburado.

• R-9, 1986, 1397 cc, gasolina, carburado.

• Taxi Hyundai, 1997, 1495 c.c., gasolina, inyectado.

• Camión diesel, Chevrolet Brigadier, recolector de basura

• Bus Chevrolet B-60, 1990, 6000 c.c. gasolina carburado.

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4.2.4. Resultados y conclusiones

Los aspectos más relevantes del estudio fueron:

• Sobre el GNV

- Buen combustible. Los conductores de vehículos con GNV en Bogotá reconocen sus ventajas comparativas representadas en ahorro de dinero, disminución de contaminación y seguridad. Recomiendan la conversión a GNV.

- Ahorro por combustible. Este aspecto, junto con el de menores costos de mantenimiento por el uso de GNV, son las más atractivos para los propietarios de automotores.

- Pérdida de potencia y torque. Es real e importante, desde el punto de vista práctico no es trascendente dado que en el tráfico urbano de Bogotá las cuestas de alta pendiente pueden superarse a menor velocidad que con gasolina, pero pueden superarse, además, el tráfico es lento y para el pasajero transparente.

• Sobre los kits de conversión

- No ofrecen tecnologías de punta y están todos diseñados para vehículos carburados.

- La conversión de vehículos de inyección presenta problemas no resueltos, por lo menos para este estudio, que ameritan mayor profundización en la investigación.

- En general los proveedores de equipos participantes presentaron improvisaciones, poca experiencia y stocks limitados, factores que deberán superar para pensar en planes masivos de conversión.

- En los componentes de los kits fue frecuente encontrar partes de diversas marcas.

- Por primera vez se realizó en el país la prueba para un kit convertidor de diesel a GNV y fue un éxito desde el punto de vista técnico. Requiere mayor análisis económico.

- Aunque las tecnologías y los principios son los mismos que para conversión de gasolina, no existen kits universales.

• Sobre los vehículos

- Requieren buenas condiciones mecánicas, especialmente en los sistemas de encendido y refrigeración del motor y en el estado general del chasis y la carrocería.

- Se requiere la adecuada afinación de los motores.

- La conversión no se recomienda para vehículos con muchos años de trabajo.

- Cada vehículo requiere de un kit especial y un ajuste particular de la conversión. No se deben usar equipos de conversión “universales”.

- Con el mismo tipo de Kit de conversión se encontraron resultados diferentes en vehículos distintos.

• Sobre las emisiones de gases del escape

- Definitivamente se obtienen resultados positivos con el GNV en cuanto a reducción de emisiones de CO, C02 y HC.

51

5. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE VEHÍCULOS DE LAS EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN CONVERTIDOS A GNV.

5.1. Antecedentes del programa de conversión a GNV de las EE.PP.MM.

Como agentes encargados de la distribución del gas natural en la ciudad de Medellín y en los demás municipios que comprenden el valle de Aburrá, Las Empresas Públicas de Medellín (EE.PP.MM) han trabajado intensamente en la promoción del uso de este combustible en todos los sectores donde es factible su aplicación como son: el domiciliario, el industrial y el automotor.

Con relación en particular al sector automotor, las EE.PP.MM. han desarrollado un plan estratégico orientado a incentivar el uso del GNV en su área de influencia y propiciar la dinámica entre oferta y demanda para favorecer la intervención de nuevos agentes económicos en el negocio que a su vez contribuyan al desarrollo del mismo.

Dentro de las acciones que han emprendido las EE.PP.MM para promover el uso del GNV se destacan las siguientes:

• Investigación del mercado potencial del GNV • Estaciones de servicio: gestión tarifaría y plan de financiación • Plan de Capacitación • Plan de Comunicaciones • Identificación de fuentes de financiación para estaciones y usuarios finales

(interna o externa) • Conversión de los vehículos de las EE.PP.MM. • Gestión ambiental El programa piloto de conversión de los vehículos de las EE.PP.MM a GNV, tiene como objetivo presentar un ejemplo práctico de la aplicación del GNV y poner de manifiesto la confianza y el respaldo de Empresas Públicas de Medellín a este combustible.

Dada la buena reputación y credibilidad de que gozan las EE.PP.MM en la región se espera que este programa de conversión despierte el interés y fortalezca la decisión de muchas otras personas y empresas por utilizar el GNV en sus vehículos. 5.1.1 Condiciones de mercado del GNV en la región • Oferta de GNV

El mercado del GNV en la región del Valle de Aburrá está en sus inicios; las EE.PP.MM han dado el primer paso para su desarrollo instalando dos estaciones de suministro de gas natural comprimido para uso vehicular. Dentro de los nuevos proyectos, se contempla la instalación a corto plazo de otras dos nuevas estaciones por parte de inversionistas privados.

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• Demanda

En este momento la demanda real de GNV la constituye la flota de vehículos convertidos por las EE.PP.MM. que en su etapa inicial estará compuesta por 84 unidades. No obstante existe una gran probabilidad de que se incremente rápidamente el uso del GNV, especialmente en el sector del transporte público en la ciudad de Medellín, puesto que de alrededor de 22.72010 vehículos (83% Taxis y 17% buses, busetas y colectivos) que lo constituyen, el 93% (21.212 vehículos) utilizan gasolina y son de modelos 1985 y posteriores, siendo su conversión a GNV, factible desde el punto de vista técnico y atractiva para sus propietarios en términos económicos.

Adicionalmente, existe una demanda potencial interesante dentro de las flotas de empresas que operan en la ciudad y que seguramente se verán estimuladas a seguir el ejemplo planteado por las EE.PP.MM.

5.2 Objetivos de la evaluación de los vehículos de las EE.PP.MM. convertidos a GNV.

• Realizar, en colaboración con el Ministerio del Medio Ambiente, una evaluación

comparativa del desempeño mecánico y ambiental (mediciones de HC y CO) de vehículos operando con gas natural y de los mismos en su estado original, utilizando gasolina como combustible. Estos ensayos se efectuarán en condiciones de carga en dinamómetro para obtener las curvas de torque y potencia, y en carretera para determinar su desempeño en condiciones típicas de operación.

• Determinar el efecto de la altura sobre el nivel del mar en el desempeño ambiental (emisiones) y de rendimiento mecánico de los vehículos convertidos a GNV.

• Evaluar desde el punto de vista financiero el proyecto de conversión a GNV de la flota de vehículos de las EE.PP.MM, tomando en consideración los costos de conversión, operación y mantenimiento de las unidades.

5.3 Descripción de la flota de vehículos de las EE.PP.MM. convertidos a GNV Empresas Públicas de Medellín seleccionó los vehículos de su flota que serán convertidos para uso con gas natural, teniendo en cuenta parámetros de consumo, marcas y modelos, de tal manera que se cubra un amplio espectro representativo del mercado en general, con el fin de demostrar a la comunidad las bondades del uso del GNV en diferentes aplicaciones.

En la tabla siguiente se resumen las características generales del parque de las EE.PP.MM a convertir en esta primera etapa que lo constituye un total de 85 vehículos y en el Anexo 2 se indican las característica de cada vehículo sometido a conversión.

10 Datos suministrados por EE.PP.MM. basado en la información de la Secretaría de Transito de Medellín

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Tipo de Vehículo

Cantidad a convertir

Cilindraje/ (Cantidad)

Año modelo Uso típico

Bus 2 6000 (2) 1989 (2) Ciudad

Camión pesado

21 6000 (11) 5700 (10)

1987 (1) 1989 (20)

Ciudad

Camioneta 17 2300 (17) 1989 (14) 1995 (1) 1997 (2)

Combinado (Campo y ciudad)

Campero 45 2600 (10) 4000 (10) 4500 (25)

1983 (10) 1989 (10) 1994 (20) 1995 (5)

Combinado (Campo y ciudad)

Tabla 4. Características generales de la flota de las EE.PP.MM a convertir a GNV.

5.4 Selección de la muestra de vehículos a evaluar

Como se mencionó en el numeral anterior, las EE.PP.MM poseen una flota de vehículos de diversas especificaciones que constituyen una excelente muestra para realizar un análisis de desempeño comparativo de su operación con gasolina y con GNV.

Considerando que ya se ha efectuado en el país alguna evaluación sobre vehículos medianos operados a GNV y que la flota disponible de las EE.PP.MM en este segmento no es muy amplia, y que resultado de ese estudio es una referencia válida, se consideró que constituiría un gran aporte al inventario nacional de experiencias del uso del GNV, la selección como muestra para este estudio de vehículos livianos de uso intensivo en campo y ciudad, los cuales representan una porción importante del parque automotor factible de convertir.

La muestra definitiva está compuesta por 4 unidades de la flota de las EE.PP.MM: dos camperos de marcas y especificaciones diferentes; y dos camionetas de la misma marca pero de distinto año modelo, que deben presentar condiciones mecánicas diferentes debido al tiempo y a la clase de servicio que han prestado. En la tabla 5 se presentan las especificaciones básicas de cada uno de los vehículos que fue seleccionado para la prueba.

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Vehículo 1 Vehículo 2 Vehículo 3 Vehículo 4

Placa OMH-398 OMH-408 OMG-718 OMG-691

Tipo CAMPERO CAMIONETA D.C.

PICK-UP CAMPERO

Marca TOYOTA CHEVROLET CHEVROLET CHEVROLET

Año modelo 1.994 1.994 1.989 1.989

Cilindrada 4.477 C.C. 2.254 C.C. 2.254C.C 2.559 C.C

Inyectado / Carburado

CARBURADO CARBURADO CARBURADO CARBURADO

Uso típico Urbano y rural Urbano Urbano Urbano y rural

Consumo de gasolina (km/gal)

14 km/gal 19 km/gal 21 km/gal 20 km/gal

Parámetros de puesta a punto en gasolina:

Avance (°) 3º 6º a 800 R.P.M. 6º a 800 R.P.M. 6º a 800 R.P.M.

Referencia bujías BKR5EYA BPR6ES BPR6ES BPR6ES

Separación de bujías 0.8 m.m. 0.7-0.8 m.m 0.7-0.8 m.m 0.7-0.8 m.m

Compresión 170.6 P.S.I. 170.6 P.S.I. 170.6 P.S.I.

RPM mínimas 800 R.P.M. 800 R.P.M. 800 R.P.M.

Componentes de kit de GNV:

Referencia Tanque 68.340.200 60.340.200 60.340.200 60.340.200

Referencia Regulador

LANDI-MT98SM LANDI-MT98CM

LANDI-MT98CM

MT98CM

Referencia Mezclador

Landi Ref. N.D Landi Ref. N.D Landi Ref. N.D Landi Ref. N.D

Dispositivo de control de avance

ELECTRÓNICO ELECTRÓNICO ELECTRÓNICO ELECTRÓNICO

Tabla 5. Información sobre vehículos para ensayos funcionales a GNV vs. Gasolina de

Empresas Públicas de Medellín

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6. PROTOCOLOS DE PRUEBAS DE DESEMPEÑO MECANICO Y AMBIENTAL

Para llevar a cabo las pruebas de desempeño ambiental y mecánico comparativo de la muestra seleccionada de vehículos de las EE.PP.MM, operando con GNV y con gasolina, se diseñaron y aplicaron los ensayos, descritos a continuación

6.1 Condiciones generales de las pruebas

Para obtener un comparativo adecuado entre el comportamiento de los vehículos operando con uno u otro combustible (GNV o gasolina), todas las pruebas en cada vehículo se realizaron con el motor del vehículo a temperatura normal de operación y en cada una de las siguientes condiciones de operación:

• Funcionando con gasolina y con el motor en condición original. Sin el surtidor de gas instalado.

• Funcionando con gasolina después de haberse instalado los elementos del Kit de conversión a GNV.

• Funcionando con gas natural comprimido.

6.2 Inspección inicial de los vehículos de prueba

6.2.1 Objetivo

Comprobar que los vehículos seleccionados para las pruebas se encuentran en condiciones mecánica aceptables de tal forma que:

- Se puedan efectuar los ensayos garantizando la seguridad del personal y de los equipos utilizados.

- Los resultados obtenidos sean representativos de vehículos con motores en condiciones de operación aceptables conforme a los ajustes y a los parámetros de calificación estipulados por su fabricante.

6.2.2 Verificación de pre-conversión, estado mecánico del motor y sistemas asociados.

Esta actividad debe ser efectuada por el personal encargado de instalar el kit de GNV y sus resultados deben permitir determinar si el motor es apto o no para efectuar la instalación del equipo de conversión a gas natural.

Se deben realizar como mínimo las siguientes verificaciones y sus resultados deben estar conformes a los rangos y/o especificaciones originales del fabricante del motor:

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• Parámetros del motor:

- Medición de compresión de los cilindros

- Verificación de vacío en el múltiple de admisión

- Verificación de velocidad de ralentí

- Inspección del sistema de enfriamiento: (verificación de fugas, nivel y condición del liquido refrigerante)

- Comprobación del avance inicial de encendido

- Verificación de continuidad y resistencia de los cables de alta tensión.

- Inspección de la batería (Voltaje y densidad del electrolito)

• Sistemas de control de emisiones11

- Verificación de componentes de la ventilación positiva del cárter (si está equipado).

- Inspección de la operación del canister (si está equipado)

- Comprobación de fugas por el tubo de escape

• Mantenimiento del motor

- Inspección / cambio de aceite motor.

- inspección / cambio de filtros de aire y aceite

NOTA: Las EE.PP.MM. llevan a cabo un riguroso programa de mantenimiento que garantiza el correcto estado mecánico de sus vehículos, de tal forma que para realizar la conversión únicamente se consideró necesario comprobar los registros de las inspecciones efectuadas a los 10.000 y a los 30.000 km., que se adjuntan como referencia en el Capitulo 7 para cada vehículo.

En la flota de las E.E.P.P.M.M. se llevan a cabo mantenimientos preventivos programados cada 10.000 km, y mantenimientos de puesta a punto cada 30.000 km.

En estos mantenimientos, como se indica en el anexo – se llevan a cabo inspecciones y reemplazos de componentes que aseguran el buen estado mecánico de los vehículos.

Teniendo esto en cuenta, aceptando que su mantenimiento es bueno y que el estado de los vehículos es tan bueno como es posible por su tiempo de servicio, se procedió a revisar las conversiones sin realizar inspecciones específicas sobre cada vehículo.

11 Los vehículos de las EE.PP.MM disponibles para este estudio no están equipados con convertidor

catalítico, son vehículos carburados, con control de emisiones de circuito abierto.

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6.2.3 Inspección de aspectos de seguridad del vehículo.

Como las pruebas de desempeño de un vehículo involucran una exigencia elevada, no solo para el motor, sino también para los frenos, la dirección y los sistemas de suspensión y estabilidad del vehículo, es necesario realizar las siguientes comprobaciones sobre cada unidad antes de los ensayos a fin de garantizar que estos se realicen de manera segura:

• Inspección del sistema de frenos, incluyendo recorrido del pedal, distancia de frenado y frenado uniforme en todos las llantas.

• Comprobación de la correcta operación del sistema de dirección del vehículo.

• Estado de la suspensión y comprobación de la estabilidad del vehículo en marcha.

• Inspección las llantas del vehículo para comprobar que se encuentren al menos en el 70% de su vida útil y que no sean reencauchadas.

6.2.4 Inspección de la instalación del Kit de conversión a GNV

Esta actividad consiste en comprobar que al instalar el kit de conversión a GNV se tuvieron en cuenta las precauciones necesarias para evitar:

• Fracturas de la parte estructural del vehículo;

• Daños en los sistemas eléctricos y de combustible;

• Montajes incorrectos de elementos que con el uso corriente pueden afectar la operación del motor o poner en riesgo la seguridad de los ocupantes.

En la inspección de la instalación del kit de conversión deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

• La correcta fijación del tanque de almacenamiento de gas. Si se aplicó soldadura para fijar los soportes, se debe verificar la uniformidad de los cordones y que no se hayan producido perforaciones en la lámina de la cabina y/o chasis. Si se realizó con tornillería se debe verificar la protección anticorrosiva de los agujeros y la utilización de arandelas de presión en el montaje.

• Ruteo, fijación y acoples adecuados de tubería de gas. Se debe verificar que no haya interferencias o rozamientos de los tubos contra partes metálicas, otros tubos o mangueras.

• Se debe observar que las conexiones que se realizaron para conectar el kit de GNV al sistema eléctrico original del vehículo se hayan hecho de manera adecuada, aplicando soldadura de estaño en la unión y aislando la misma con cinta dieléctrica.

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6.3 Pruebas comparativas de rendimiento en dinamómetro

6.3.1 Objetivo

La finalidad de esta prueba es la de obtener las curvas de potencia y torque para cada vehículo y determinar las diferencias que se presentan cuando opera con gasolina y cuando lo hace con GNV. 6.3.2 Sitio de prueba Los ensayos se efectuaron en la ciudad de Medellín, ubicada a 1560 msnm. 6.3.3 Equipo de prueba • Dinamómetro • Tacómetro • Calibrador de presión de aire

6.3.4 Procedimiento

Para la ejecución del ensayo deben realizarse los siguientes pasos: • Verificar que el recorrido del pedal del acelerador sea correcto. • Instalar un tacómetro en caso de que el vehículo no tenga uno instalado. • Calentar el motor a su temperatura normal de operación. • Ubicar el vehículo en el dinamómetro de chasis tomando las medidas de seguridad

recomendadas en los manuales de operación del equipo. • Acelerar el vehículo en marcha directa, dando todo el recorrido del pedal del

acelerador (WOT) hasta obtener la velocidad (RPM) de potencia máxima de motor, regular la carga del dinamómetro y registrar las lecturas de potencia y RPM cada 500 revoluciones por minuto hasta llegar , descendiendo la velocidad hasta 1000 RPM. NOTA: Se debe controlar la temperatura del motor durante la prueba para evitar que exceda la máxima permitida y se recaliente.

• Repetir el procedimiento anterior para cada una de las condiciones de prueba (gasolina original, gasolina con equipo de conversión y gas) y en cada uno de los vehículos.

6.3.5 Resultados Se deben tabular y graficar los datos de potencia y torque contra RPM en cada condición de prueba y explicar las resultados obtenidos en cada caso.

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6.4 Pruebas comparativas de rendimiento en campo a diferentes alturas sobre el nivel del mar ( h < 1000 m, 1000 m < h < 2000 m, h > 2000m)

6.4.1 Objetivo

Establecer la capacidad del vehículo para entregar potencia en condiciones de operación real de carretera a diferentes alturas sobre el nivel del mar, cuando utiliza GNV y cuando utiliza gasolina, con y sin el mezclador de gas.

6.4.2 Condiciones de carga

Los vehículos serán probados en condiciones de carga típica para el servicio que prestan a las EE.PP.MM.

6.4.3 Sitios de prueba

Los ensayos se efectuarán a diferentes alturas, en los siguientes lugares:

Vía de Medellín a Santafé de Antioquia : 550 msnm

Medellín (Pista de pruebas de SOFASA) : 1560 msnm

Vía de Medellín a Rionegro : 2200 msnm

En cada sitio se localizarán carreteras o pistas rectas y planas de una longitud mínima de 300 m. No se realizaron pruebas de recuperación en pendiente porque las características de las vías no permite la realización de pruebas con la debida seguridad.

6.4.4 Requerimientos y condiciones generales de prueba:

- Las vías deben estar totalmente secas y libres de arena o mugre

- La velocidad del viento debe ser inferior a 20 kph

- En caso de que la velocidad del viento sobrepase los 20 km/h y a fin de disminuir su incidencia en la prueba, ésta se realizará en ambas direcciones y se promediarán los resultados obtenidos.

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6.4.5 Equipo de medición

A continuación se listan los instrumentos utilizados en el ensayo. En el anexo 5 se incluye información detallada de sus características y especificaciones.

- Quinta rueda óptica (sensor con registro de velocidad, tiempo y aceleración). - 4 vehículos en buenas condiciones técnico – mecánicas, con las adaptaciones para

operar con gas ya instaladas y en condiciones aprobadas por las EE.PP.MM. - Inclinómetro - Altímetro - Medidor de presión de aire de neumáticos

6.4.6 Procedimiento

La prueba se realizará sobre superficies planas, y con máxima inclinación de 4%, iniciando desde una velocidad de 20 kph para evitar la carga excesiva sobre el sistema de embrague resultante de arrancar desde velocidad cero. Durante la prueba se mantiene el acelerador a fondo, efectuando los cambios de velocidad a las RPM de potencia hasta completar una distancia de 300 m. Durante las pruebas se registrarán los datos de velocidad y tiempo cada 100 m de recorrido.

6.4.7 Resultados de los ensayos Se deben tabular y graficar los datos de Velocidad y Tiempo contra Distancia y explicar las resultados obtenidos en cada caso.

6.5 Pruebas comparativas de emisiones de gases en condiciones estáticas a diferentes alturas sobre el nivel del mar, ( h<1000m, 1000m <h<2000m, h>2000m).

Los protocolos de prueba descritos a continuación están basados en la Resolución 005/96, en la cual se especifica el procedimiento de prueba para la medición de emisiones en ralentí, y en norma BAR-90 del Comité de Reparaciones Automotrices de California (USA), en la cual se encuentra consignado el procedimiento de prueba de emisiones a velocidad de crucero.

6.5.1 Objetivos

Medir los niveles de emisiones de Hidrocarburos (HC) y Monóxido de Carbono (CO) en prueba estática (Ralentí y Crucero), cuando los vehículos son operados con GNV y con Gasolina a diferentes alturas sobre el nivel del mar.

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6.5.2 Sitios de prueba

- Vía de Medellín a Santafé de Antioquia : 550 m.s.n.m

- Medellín (Vehiservicios, concesionario Chevrolet) : 1560 m.s.n.m

- Vía de Medellín a Rionegro (Somerautos concesionario CCA) : 2200 m.s.n.m

6.5.3 Equipos de medición

- Analizador de 5 Gases, marca Vectronix, portátil para uso en ensayos experimentales.

- Tacómetro

En el Anexo 5 se incluyen especificaciones detalladas de los equipos utilizados en los ensayos.

6.5.4 Procedimientos previos a la medición:

En el equipo de medición de gases:

- Efectuar los procedimientos de calibración y autocero señalados por el fabricante.

- Permitir el calentamiento y estabilización del equipo antes de realizar las mediciones, según lo especifica el manual del usuario.

En el vehículo:

- Verificar que la transmisión esté en neutro (manual) o en parqueo (automática)

- Revisar que el control manual del ahogador (si está equipado) no se encuentre en operación y que otros accesorios del vehículo (luces, aire acondicionado y otros) estén apagados.

- Inspeccionar el tubo de escape para verificar que no exista ninguna salida adicional a la de diseño que pueda permitir la dilución de los gases durante la medición.

- Comprobar que se encuentren en buenas condiciones: el sistema de encendido, el sistema de admisión de aire, el filtro de aire, el filtro de gasolina, el tapón del deposito de aceite y la tapa del tanque de gasolina.

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6.5.5 Medición de emisiones a velocidad de crucero (2500 +/- 250 RPM) y en ralentí

Para efectuar estos ensayos se deben desarrollar los siguientes pasos:

- Poner el motor en funcionamiento y permitir que alcance su temperatura normal de operación

- Instalar un tacómetro para la medición de la velocidad de motor (R.P.M).

- Insertar la sonda por el tubo de escape de acuerdo con lo indicado por el fabricante del equipo analizador de gases.

- Acelerar el motor hasta alcanzar 2500 +/-250 R.P.M y mantenerlo en esta condición por 30 segundos y registrar como resultado de emisiones en velocidad de crucero el promedio de valores de HC y CO de los últimos cinco segundos

- Permitir que el motor regrese y se estabilice a su velocidad de ralentí para luego dejarlo en esta condición por 30 segundos y registrar como resultado de emisiones en velocidad de ralentí el promedio de valores de HC y CO de los últimos cinco segundos.

- Retirar la sonda del tubo de escape y desconectar el tacómetro.

6.5.6 Resultados

Se deben reportar y tabular las mediciones de HC (ppm), CO (%), CO2 (%) y O2 (%). Además se deben graficar los resultados de HC y CO obtenidos para GNV y para gasolina a las diferentes alturas en que se realicen las mediciones.

6.6 Ensayos de consumo de combustible

6.6.1 Objetivo

Determinar el consumo de gasolina y de GNV sobre un mismo vehículo con el fin de calcular los costos por kilómetro recorrido al operar cada combustible.

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6.6.2 Procedimiento

Cada uno de los vehículos se operará por un periodo mínimo de dos meses, en las condiciones típicas de trafico de la ciudad de Medellín, con la misma carga y manejo dado durante su funcionamiento al servicio de las EE.PP.MM.

6.6.3. Resultados de los ensayos

Se deberán registrar los consumos de GNV y de gasolina y el kilometraje recorrido funcionando con cada uno de los combustibles y calcular el costo por kilómetro recorrido con GNV (Km/m3) y con gasolina (km/gal).

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7. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN EFECTUADA A LOS VEHÍCULOS DE LAS EE.PP.MM CONVERTIDOS A GNV.

Para cada vehículo se incluye: tablas de análisis y conclusiones de los ensayos realizados y los resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta.

7.1 VEHÍCULO 1: Campero Toyota 7.1.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 1 Características

generales El mezclador restringe demasiado el paso de aire al motor.

2 Potencia en dinamómetro

La potencia se reduce radicalmente con la instalación del mezclador.

3 Torque El torque se reduce con la instalación del mezclador.

4 Pérdida de potencia y torque

Las pérdidas de potencia y torque a gasolina, con el mezclador instalado alcanzan 30% y a gas 58%, cifras excesivas. Se puede concluir que el mezclador no está correctamente ajustado o su tamaño no es el apropiado para este vehículo.

5 Recuperación.

Sofasa (1560 m) Las pérdidas de recuperación en Medellín son del orden del 2.5% con gasolina convertida y de 9.3% con gas. Se consideran aceptables.

Santafé (540 msnm)

Las pérdidas de recuperación en Santafé son del orden del 19% con gasolina convertida y de 32% con gas. Son excesivas.

Rionegro (2200 msnm)

Las pérdidas de recuperación en Rionegro son del orden del 1% con gasolina convertida y de 7% con gas. Se consideran muy aceptables.

6 Emisiones

Sofasa (1560 m) Las emisiones de CO, HC y CO2 son más altas a gasolina con mezclador y con gas que a gasolina sin mezclador. Los valores con gas deberían ser mucho menores. El mezclador está generando una restricción exagerada y ocasionando el enriquecimiento de la mezcla.

Santafé (540 m) El comportamiento no es aceptable ni lógico, los niveles de CO operando con gas son superiores a los obtenidos con gasolina. Esto solo ocurre si el vehículo está mal ajustado para operación a baja altura.

Rionegro (2200 m)

Las emisiones de CO, HC y CO2 se comportan lógicamente, con valores aceptables en gasolina y con reducciones entre 25 y 75% operando con gas. El vehículo fue sincronizado para operación en Rionegro. En Medellín, y aun más en Santafé tiene proporcionalmente demasiado aire haciendo que la combustión sea incompleta.

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7.1.2 Resultados de las pruebas de rendimiento y emisiones en dinamómetro y en ruta.

A. REVISION DEL MOTOR:

CAMBIO FILTRO DE AIRE Y GASOLINA REVISIÓN DE BUJÍAS, CABLES, DISTRIBUIDOR Y BOBINA. CALIBRACIÓN DE VALVULAS (SI ES NECESARIO) INSPECCIÓN DE CORREAS Y MANGUERAS INSPECCIÓN Y LIMPIEZA EXTERNA DEL RADIADOR Y LA TAPA INSPECCIÓN DE BOMBA DE AGUA INSPECCIÓN DE SOPORTES INSPECCIÓN DE FUGAS COMBUSTIBLE, ACEITE O AGUA). INSPECCIÓN DEL SISTEMA DE ESCAPE

B. REVISION DEL SISTEMA ELECTRICO:

REVISIÓN DE TODAS LAS LUCES Y FUSIBLES REVISIÓN DE PLUMILLAS Y DIFUSORES REVISIÓN DE BATERÍA, BORNES Y CABLES. REVISIÓN MOTOR DE ARRANQUE. INSPECCIÓN DEL ALTERNADOR

C. REVISION DEL EMBRAGUE:

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO Y RUIDOS REVISIÓN RECORRIDO DEL PEDAL Y TENSION REVISIÓN CAUCHOS DE PEDALES. INSPECCIÓN DE CILINDROS

D. REVISIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCION.

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO. INSPECCIÓN DE TERMINALES INSPECCIÓN DE RESORTES Y AMORTIGUADORES

E. REVISIÓN DE LA CAJA DE VELOCIDADES.

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO, FUGAS Y SOPORTES INSPECCIÓN CARDAN, CRUCETAS Y SOPORTE

F. REVISIÓN DEL DIFERENCIAL.

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO INSPECCIÓN DE FUGAS.

E. REVISIÓN DEL SISTEMA DE FRENOS

REVISIÓN DE PASTAS (PASTILLAS) REVISIÓN Y TENSIÓN FRENO DE EMERGENCIA REVISIÓN LÍQUIDO DE FRENOS (NIVEL Y FUGAS). INSPECCIÓN DE RODILLOS (RODAMIENTOS) DELANTEROS (SIN DESARMAR, GIRANDO EL BOCIN). INSPECCIÓN DE RODILLOS (RODAMIENTOS) TRASEROS

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MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE 10.000 KMS. EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN

REVISIÓN DE RUTINACAMPERO TOYOTA

A. REVISION DEL MOTOR:

CAMBIO FILTRO DE AIRE Y GASOLINA REVISIÓN DE BUJÍAS, CABLES, DISTRIBUIDOR Y BOBINA. CALIBRACIÓN DE VALVULAS (SI ES NECESARIO) INSPECCIÓN DE CORREAS Y MANGUERAS INSPECCIÓN Y LIMPIEZA EXTERNA DEL RADIADOR Y LA TAPA INSPECCIÓN DE BOMBA DE AGUA INSPECCIÓN DE SOPORTES INSPECCIÓN DE FUGAS COMBUSTIBLE, ACEITE O AGUA). INSPECCIÓN DEL SISTEMA DE ESCAPE

B. REVISION DEL SISTEMA ELECTRICO:

REVISIÓN DE TODAS LAS LUCES Y FUSIBLES REVISIÓN DE PLUMILLAS Y DIFUSORES REVISIÓN DE BATERÍA, BORNES Y CABLES. REVISIÓN MOTOR DE ARRANQUE. INSPECCIÓN DEL ALTERNADOR

C. REVISION DEL EMBRAGUE:

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO Y RUIDOS REVISIÓN RECORRIDO DEL PEDAL Y TENSION REVISIÓN CAUCHOS DE PEDALES. INSPECCIÓN DE CILINDROS

D. REVISIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCION.

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO. INSPECCIÓN DE TERMINALES INSPECCIÓN DE RESORTES Y AMORTIGUADORES

E. REVISIÓN DE LA CAJA DE VELOCIDADES.

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO, FUGAS Y SOPORTES INSPECCIÓN CARDAN, CRUCETAS Y SOPORTE

F. REVISIÓN DEL DIFERENCIAL.

INSPECCIÓN DE FUNCIONAMIENTO INSPECCIÓN DE FUGAS.

E. REVISIÓN DEL SISTEMA DE FRENOS

REVISIÓN DE PASTAS (PASTILLAS) REVISIÓN Y TENSIÓN FRENO DE EMERGENCIA REVISIÓN LÍQUIDO DE FRENOS (NIVEL Y FUGAS). INSPECCIÓN DE RODILLOS (RODAMIENTOS) DELANTEROS (SIN DESARMAR, GIRANDO EL BOCIN). INSPECCIÓN DE RODILLOS (RODAMIENTOS) TRASEROS

67

MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE 30.000 KMS. EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN

REVISIÓN DE RUTINACAMPERO TOYOTA

VEHICULO 1: CAMPERO TOYOTA

IDENTIFICACION Y ESPECIFICACIONES DEL VEHÍCULO

Marca : Toyota

Año modelo : 1.994

Placa : OMH398

Cilindrada : 4.477 C.C.

Alimentación de combustible : Carburado

PARÁMETROS DE PUESTA A PUNTO EN GASOLINA

Avance (° APMS) : 3°

Referencia bujías : BKR5EYA

Separación de bujías : 0.8 m.m.

Compresión :

Velocidad de ralentí :

COMPONENTES DE KIT DE CONVERSIÓN A GNV

Referencia Tanque : 68.340.200

Referencia Regulador : LANDI-MT98SM

Referencia Mezclador :

Control de avance : ELECTRÓNICO, Avance 6° APMS

68

PRUEBAS COMPARATIVAS DE

RENDIMIENTO EN DINAMÓMETRO

TOYOTA 4.5

OMH-398

EXPLICACIÓN DE LAS GRÁFICAS DE LA PRUEBA

• Las dos gráficas y las tablas iniciales muestran el comportamiento de la potencia y el torque contra la velocidad del vehículo, mientras el vehículo opera sobre un dinamómetro de rodillos.

• Gasolina original: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el motor en su estado original.

• Gasolina convertido: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el equipo de mezcla de gas instalado.

• GNV (Gas): La prueba se realiza operando el motor del vehículo con GNV, con el equipo de mezcla de gas instalado sobre el motor.

• Las curvas de potencia muestran que la máxima potencia del vehículo se desarrolla entre las 3500 y las 4000 RPM del motor, tanto para gasolina como para GNV.

• El torque máximo, en cambio, se desarrolla a velocidades de rotación diferentes para cada condición del motor; para gasolina original, el motor desarrolla su torque a una velocidad de 1000 RPM y disminuye mientras aumenta la velocidad. Para gasolina convertido, debido a la instalación del equipo de conversión, el torque se desarrolla a las 2500 RPM y con GNV entre 1500 y 2000 RPM. El equipo de conversión parece perjudicar la respiración del motor a baja velocidad.

69

CARACTERISTICAS DE POTENCIA

MedioMedioMedioT (°C)

773Avance °APMS

5500

5000

3055754500

4065704000

4075703500

406567.53000

4070652500

3545552000

253542.51500

12.520301000

GNV(HP)

Gasolina(HP)

ConvertidoGasolina original

(HP)

Velocidad del motor (R.P.M.)

10

20

30

40

50

60

70

80

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Velocidad (R.P.M.)

Pote

ncia

(H

P)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas



TOYOTA 4.5

OMH-398

70


773Avance °APMS

5500

5000

35.0164.1987.534500

52.5282.3591.914000

60.02112.54105.043500

70.03113.79118.173000

84.03147.06136.552500

91.91118.17144.432000

87.53122.55148.811500

65.65105.04157.561000

GNV(Lb-pie)

Gasolina(Lb-pie)

ConvertidoGasolina original (Lb-pie)


30

50

70

90

110

130

150

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Velocidad (R.P.M.)

Torq

ue (

Lb-p

ie)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas

Torque (Lb-pie) = Potencia (Hp) x 5252 / RPM

CARACTERISTICAS DE TORQUE



TOYOTA 4.5

OMH-398

71

MedioMedioT (°C)

77Avance °APMS

5500

5000

26.6787.534500

42.867.144000

42.86-7.143500

40.743.703000

38.46-7.692500

36.3618.182000

41.1817.651500

58.3333.331000

GNV(%)

Gasolina(%)

ConvertidoVelocidad del motor (R.P.M.)

PERDIDA DE POTENCIA Y TORQUE

(Respecto a gasolina original)

TOYOTA 4.5

OMH-398

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Velocidad (R.P.M.) por mil

Perd

ida

P

orce

ntaj

e (%

)

G

anan

cia

Gasolina convertida

Gas

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

72

EXPLICACIÓN DE LA GRÁFICA

• La gráfica muestra la pérdida o ganancia de torque y potencia del vehículo cuando opera con gasolina convertido y con GNV, en comparación con su operación original con gasolina. La línea recta al nivel del cero (0) en la escala vertical representa el valor de torque y potencia del 100% con el vehículo operando con gasolina y sin el equipo de gas instalado sobre el motor.

• Los puntos de las curvas que están sobre la línea recta de 0% de variación de rendimiento con gasolina (línea de cero), representan una mejora de rendimiento.

• Los puntos de las curvas que están por debajo de la línea recta de 0% de variación de rendimiento con gasolina (línea de cero), representan una pérdida de rendimiento.

• Gasolina convertido: La curva muestra una pérdida que va disminuyendo desde 33.33% a 1000 RPM hasta 0 % a aproximadamente 2350 RPM. Luego, entre 2350 RPM y 3700 RPM hay un comportamiento similar al de gasolina sin conversión y, a partir de 3700 RPM, hay una pérdida creciente de hasta 26.67% a 4500 RPM.

• GNV: La curva muestra una pérdida que va disminuyendo desde 58.33% a 1000 RPM hasta 36.36 % a 2000 RPM, se estabiliza alrededor de 40 % hasta las 4000 RPM y disminuye nuevamente hasta 26.67 % a 4500 RPM.

COMENTARIOS

• Gasolina convertido: El equipo de conversión (mezclador) está mal calibrado o su tamaño no corresponde al requerido por este motor. El hecho de instalar el mezclador sobre el carburador induce una pérdida de 33% a baja velocidad, eso puede ocurrir porque la entrada de aire en el motor está restringida. El equipo de mezcla de GNV no es apropiado para este motor.

• GNV: Por la misma causa explicada, las cantidades de GNV y aire que entran al motor son insuficientes para generar una combustión suficiente, un 40 % de pérdida no es aceptable.

73

CONSUMOS DE COMBUSTIBLE

222.30 $ / Km112.37 $ / KmPrecio por Km (H / G) EPMJ

222.30 $ / Km121.34 $ / KmPrecio por Km (I / G) PúblicoK

I

H

G

F

E

D

C

B

A

3275.00 $ / Gal540.00 $ / m3Precio público

3275.00 $ / Gal500.05 $ / m3Precio EPM

14.73 Km / Gal4.45 Km / m3Consumo (F / E)

1065.13 Km2339 KmRecorrido total (B + D)

72.30 Gal525.77 m3Combustible total (A + C)

557.13 km1027 kmRecorrido Mayo 2001

37.90 Gal230.88 m3Combustible Mayo 2001

508 Km1312 KmRecorrido Abril 2001

34.40 Gal294.89 m3Combustible Abril 2001

GasolinaGNV

Tipo : CAMPERO

Marca : TOYOTA 4.5

Placa : OMH398


0

50

100

150

200

250

G N V -EPM G N V -Público G asolina

PRECIOS POR KILÓMETRO

La gráfica de consumo de combustible muestra que el precio por kilómetro recorrido es un 54% con GNV ($121.34) con respecto a la operación con gasolina ($222.30). El gas, desde el punto de vista de costo por consumo, es rentable para este vehículo.

Sin embargo, los consumos reportados de GNV y de gasolina son inferiores a los deseables para vehículos bien sincronizados. Es necesario hacer una campaña de sincronización para lograr mejores consumos de combustible.

74

CONDICIONES DE PRUEBA DEL VEHÍCULO

VEHÍCULO : TOYOTA

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm

VELOCIDAD INICIAL : 20 KPH

DISTANCIA RECORRIDA : 300 m

ESTADO FINAL : 4a@ 4.350 RPM Promedio

COMBUSTIBLE : GASOLINA ORIGINAL

CURVA DE RECUPERACIÓN

14.8725088.75

7.8610067.10

16.8330094.85

12.7620081.25

10.4015072.40

4.845050.70

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

PRUEBAS DE RECUPERACIÓN

PRUEBAS DE RECUPERACIÓN COMPARATIVA

Las pruebas de recuperación se realizan con el vehículo en peso de marcha, sin carga adicional y con cada uno de los combustibles y condiciones seleccionados.

La prueba consiste en llevar el vehículo desde una velocidad inicial de 20 km/h en el punto cero de inicio de la prueba, con acelerador a fondo, en marcha directa, hasta el final de la prueba de 300 metros y medir el tiempo, la velocidad puntual y la aceleración cada 50 metros.

75


VEHÍCULO : TOYOTA

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm




COMBUSTIBLE : GASOLINA CONVERTIDA


15.0125087.90

7.9510066.60

16.9930093.80

12.8620079.95

10.4815073.00

4.895049.85

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

76


VEHÍCULO : TOYOTA

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm




COMBUSTIBLE : GNV


15.8725080.00

8.2810062.65

18.0430086.10

13.5220072.35

10.9815069.85

5.075048.05

TIEMPO PROMEDIO

(Seg.)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

77

COMPARATIVO DEL VEHÍCULO

CURVA DE RECUPERACIÓN COMPARATIVA

VEHÍCULO : TOYOTA

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

El vehículo muestra un comportamiento bastante similar para gasolina sin equipo de mezcla, para gasolina con mezclador y para GNV a 2200 msnm, el comportamiento con gasolina con y sin mezclador es prácticamente igual y la pérdida en velocidad al final del recorrido de 300 metros con GNV es de aproximadamente de 7 km/h, aceptable.

78


VEHÍCULO : TOYOTA

LUGAR : PISTA DE PRUEBAS – SOFASA

ALTURA : 1.560 msm



ESTADO FINAL : 3a@ 4.800 R.P.M.



14.0725094.0

7.4610071.3

15.91300100.7

12.0920087.4

9.9115077.6

4.655055.7

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

79


VEHÍCULO : TOYOTA


ALTURA : 1.560 msm






14.8925091.3

7.9810068.8

16.8030097.5

12.8320083.4

10.5415073.0

5.025051.2

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

80


VEHÍCULO : TOYOTA


ALTURA : 1.560 msm




COMBUSTIBLE : GNV


15.3625085.3

8.0410064.4

17.4030090.7

13.1720078.3

10.7415069.7

4.975051.1

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

81



VEHÍCULO : TOYOTA


ALTURA : 1.560 msm



Cuando se trabaja al nivel de Medellín (1560 msnm), donde hay más aire y oxígeno, la instalación del mezclador empieza a tener influencia sobre el rendimiento del motor, tanto que se encuentra una pérdida de velocidad de aproximadamente 4 km/h a todo lo largo de la prueba cuando se opera con gasolina y con el equipo de mezcla. La operación con GNV sigue siendo muy aceptable, alejándose del rendimiento con gasolina aire (10 km/h), al tener el motor más necesidad de aire.

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

82


VEHÍCULO : TOYOTA

LUGAR : SANTAFE DE ANTIOQUIA

ALTURA : 550 msm






13.7225098.55

7.3210071.25

15.50300103.45

11.8220090.85

9.7315080.50

4.585056.90

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

83


VEHÍCULO : TOYOTA


ALTURA : 550 msm






16.1925078.30

8.4010057.40

18.4430082.10

13.8320074.55

11.2915067.25

5.065048.15

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

84


VEHÍCULO : TOYOTA


ALTURA : 550 msm




COMBUSTIBLE : GNV


18.8825066.5

9.5710049.4

21.5130069.6

16.0720061.8

13.0215055.7

5.685041.4

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

85



VEHÍCULO : TOYOTA


ALTURA : 550 msm



40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

A baja altura (550 msnm), donde hay más oxígeno en el aire y el motor debe alcanzar su mayor rendimiento, la gráfica muestra que el rendimiento con gasolina original aumenta con respecto a la operación a altura, (103 km/h contra 101 km/h en Medellín y 97 km/h en Rionegro). La pérdida inducida por el equipo de mezcla de GNV (18 km/h) se hace más crítica, demostrando que la instalación del equipo tiene influencia negativa sobre la respiración del motor. La pérdida operando con GNV es ahora muy notable respecto a las otras condiciones (21 km/h). La recuperación con gasolina y con el equipo de conversión instalado es inferior a la recuperación obtenida en Medellín (86 km/h contra 98 km/h). Este hecho demuestra que cuando el motor necesita más aire, el equipo de mezcla impide el suministro. El equipo es comparativamente más eficiente a medida que se aumenta la altura de operación.

86

PRUEBA DE EMISIÓN DE GASES

RIONEGRO: 2200 msnm

CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO

Tipo : CAMPERO TOYOTAMarca : TOYOTA 4.5

Año modelo : 1.994Placa : OMH398


CONDICIONES DE PRUEBA

Velocidad de ralentí : 800 R.P.M.Velocidad de crucero : 2500 ± 250 R.P.M.

RESULTADOS DE PRUEBA

O2 (%)CO2 (%)HC (PPM)CO (%)GNV Convertido

0.79.8652.56Crucero

0.710.31281.57Ralentí

1.311.42065.34Ralentí

0.413903.74Crucero

O2 (%)CO2 (%)HC (PPM)CO (%)Gasolina convertida

En las gráficas 1E y 1F, donde se comparan, para la ciudad de Medellín, las emisiones de CO (%) y HC (ppm) para el vehículo original a gasolina, a gasolina con equipo mezclador y a GNV, se registra un aumento muy significativo para CO de 0.74 % a 2.25 % a 2500 RPM y de 2.38 % a 3.94 % en ralentí. Así mismo hay un aumento en las emisiones de HC.

Como se indicó en los comentarios de las pruebas de recuperación, el equipo mezclador utilizado en este motor de 4.5 litros, restringe la entrada de aire y por ende enriquece la mezcla, (aumenta la proporción de gasolina en la mezcla), aumentando las emisiones de CO y de HC.

Adicionalmente, los gráficos 1E, 1F, 1I y 1J, indican que la cantidad de GNV que suministra el sistema mezclador cuando el motor trabaja a 2500 RPM es demasiado grande, incrementando, en lugar de reducir, las proporciones de CO y HC en los gases de escape. El comportamiento en Rionegro, Gráficos 1A y 1B, si muestra una reducción, no tan significativa como debería ser.

Este comportamiento muestra que la afinación del equipo mezclador de gas es tan crítica como la afinación de un carburador de gasolina, incluso la operación con GNV puede ser, en casos de mal ajuste del equipo o mala especificación, perjudicial para el ambiente.

Los equipos de mezcla de GNV deben tener posibilidades de ajuste, tanto de la mezcla de aire combustible como de la cantidad de GNV.

87



Tipo : CAMPEROMarca : TOYOTA 4.5Placa : OMH398


CONDICIONES Y RESULTADOS DE PRUEBA


0

1

2

3

4

5

6

2500 R alentí

CO (%)

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

G A S O L IN AC O N V E R T ID O

G N V

HC (ppm)

0

2

4

6

8

10

12

14

2500 R alentí

CO2 (%)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

2500 R alentí

O2 (ppm)


RIONEGRO: 2200 msnm

1C 1D

1A 1B

88


Tipo : CAMPEROMarca : TOYOTA 4.5







1.99.61232.53Crucero

2.310.4450.12Ralentí

1.912.22043.94Ralentí

1.913.2822.25Crucero


1.9131872.38Ralentí

2.113.8510.74Crucero

O2 (%)CO2 (%)HC (PPM)CO (%)Gasolina original


MEDELLIN: 1560 msnm

89


MEDELLIN: 1560 msnm






0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

2500 R alentí

CO (%)

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

G A S O L IN A


G N V

HC (ppm)

0

2

4

6

8

10

12

14

2500 R alentí

CO2 (%)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

2500 R alentí

O2 (ppm)1G 1H

1E 1F

90


SANTAFE DE ANTIOQUIA: 550 msnm


Tipo : CAMPERO TOYOTAMarca : TOYOTA 4.5







2.59.21302.40Crucero

3.810.5410.10Ralentí

3.01262001.79Ralentí

2.313.6601.90Crucero


91







0

0.5

1

1.5

2

2.5

2500 R alentí

CO (%)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2500 R alentí

HC (ppm)

0

20

40

60

80

100

120

140

2500 R alentí

G asolinaconvertido

G N V

CO2 (%)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

2500 R alentí

O2 (ppm)



1K 1L

1I 1J

92

93

.2 VEHÍCULO 2: Camioneta Luv, Doble Cabina 7.2.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 1 Características generales El mezclador aumenta la potencia del motor. Esto no

es lógico. La sincronización del motor original está mal graduada, al instalar el sistema la mezcla se homogeniza y el rendimiento mejora.

2 Potencia en dinamómetro La potencia aumenta con la instalación del mezclador.

3 Torque El torque aumenta con la instalación del mezclador.

4 Pérdida de potencia y torque Hay aumento de potencia y torque a gasolina con el mezclador instalado. El mezclador no restringe el paso de aire. Con gas, las pérdidas alcanzan entre 5 y 25 %, el rango de variación es bastante grande.

5 Recuperación.

Sofasa (1560 m) Las pérdidas de recuperación en Medellín son del orden del 1% con gasolina convertida y de 10% con gas. Son aceptables.

Santafé (540 msnm) Las pérdidas de recuperación en Santafé son nulas con gasolina convertida y de 6% con gas. Se consideran muy buenas.

Rionegro (2200 msnm) Las pérdidas de recuperación en Rionegro son nulas con gasolina convertida y de 10% con gas. Se consideran aceptables.

6 Emisiones

Sofasa (1560 m) Las emisiones de CO, HC y CO2 son semejantes con gasolina y mezclador. Con gas se reducen entre el 90 y el 50% para ralentí y crucero respectivamente. Los valores con gas son muy buenos.

Santafé (540 m) Las emisiones de CO, HC y CO2 con gasolina y mezclador son bastante altas. Con gas se reducen entre el 90 y el 50% para ralentí y crucero respectivamente. Los valores con gas son buenos.

Rionegro (2200 msnm) Las emisiones de CO, HC y CO2 son bastante altas con gasolina y mezclador. Con gas se reducen entre el 90 y el 50% para ralentí y crucero respectivamente. Los valores con gas son muy buenos.

94


VEHICULO 2: LUV 2.3 DOBLE CABINA


Marca : Luv 2.3 D.C.

Año modelo : 1.994

Placa : OMH408


Alimentación de combustible : Carburador


Avance(° APMS) : 6° a 800 R.P.M.

Referencia bujías : BPR6ES

Separación de bujías : 0.7 - 0.8 m.m.

Compresión : 170.6 P.S.I.

Velocidad de ralentí : 800 R.P.M.



Referencia Regulador : LANDI-MT98CM


Control de avance : ELECTRÓNICO. Avance 6° APMS

95



LUV 2.3 DOBLE CABINA

OMH-408



• Gasolina original: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, en su estado original.

• Gasolina convertido: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el equipo de mezcla de gas instalado.

• GNV (Gas): La prueba se realiza operando el motor del vehículo con GNV, con el equipo de mezcla de gas instalado.

• Las curvas de potencia muestran que la máxima potencia del vehículo se desarrolla entre 3500 y 4500 RPM del motor para gasolina y a 3500 RPM para GNV.

• El torque máximo se desarrolla a velocidades de rotación del motor de alrededor de 2500 RPM en todos los casos.

• En este caso, el hecho de instalar el equipo de conversión a GNV mejora la operación del motor. Las curvas indican ganancias de hasta 50% en potencia y torque. Este mejoramiento en el rendimiento del motor no tiene explicación con la información disponible.

96



10106Avance °APMS

5500

27.53532.55000

3037.5354500

3542.532.54000

27.545303500

2540303000

2535252500

2025202000

12.517.5151500

7.510101000

GNV(HP)

Gasolina(HP)


(HP)


6

14

22

30

38

46

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Velocidad (R.P.M.)

Pote

ncia

(H

P)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas




OMH-408

97


10106Avance °APMS

5500

28.8936.7634.145000

35.0143.7740.854500

45.9655.8042.674000

41.2767.5345.023500

43.7770.0352.523000

52.5273.5352.522500

52.5265.6552.522000

43.7761.2752.521500

39.3952.5252.521000

GNV(Lb-pie)

Gasolina(Lb-pie)



25

35

45

55

65

75

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Velocidad (R.P.M.)

Torq

ue (

Lb-p

ie)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas






OMH-408

98

MedioMedioT (°C)

77Avance °APMS

5500

15.38-7.695000

14.29-7.144500

-7.69-30.774000

8.33-50.003500

16.67-33.333000

0-40.002500

0-25.002000

16.67-16.671500

25.0001000

GNV(%)

Gasolina(%)





OMH-408

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60


Pérd

ida

P

orce

ntaj

e (%

)

G

anan

cia

Gasolina convertida

Gas

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

99


• La gráfica muestra la pérdida o ganancia de torque y potencia del vehículo cuando opera con gasolina convertido y con GNV con respecto a suoperación original con gasolina. La línea recta al nivel del cero (0) en las abscisas representa el valor de torque y potencia del 100% con el vehículo operando con gasolina y sin el equipo de gas instalado sobre el motor.

• Los puntos de las curvas que están sobre la línea recta de 0% de variación de rendimiento con gasolina (línea de cero), representan una mejora de rendimiento. Son los números negativos en la tabla.

• Los puntos de las curvas que están por debajo de la línea recta de 0% de variación de rendimiento con gasolina (línea de cero), representan una pérdida de rendimiento. Son los números positivos en la tabla

• Gasolina convertido: La curva muestra una ganancia que va aumentando desde 0% a 1000 RPM hasta 50 % a 3500 RPM. Luego desciende hasta una ganancia de 10% a alta velocidad.

• GNV: La curva muestra una pérdida que va disminuyendo desde 25% a 1000 RPM hasta 0 % a 2000 RPM, oscila entre pérdida y ganancia del 10% entre 2500 y 4000 RPM y cae nuevamente a alta velocidad.

COMENTARIOS

• Gasolina convertido: El equipo de conversión (mezclador) induce una ganancia que se sale de lo esperado. No hay una explicación para este fenómeno.

• GNV: El comportamiento con GNV es notablemente inferior al comportamiento con gasolina convertido pero razonable contra la operación con gasolina original. Se deben revisar los criterios de sincronización de los vehículos operando con gasolina.

• General: La ganancia en el rendimiento del motor al instalar el equipo de mezcla es inexplicablemente alta. La operación con GNV es aceptable desde el punto de vista del conductor.

100

CONSUMOS DE COMBUSITBLE

Tipo : LUV 2.3 DOBLE CABINA

Marca : CHEVROLET

Año modelo : 1.994

Placa : OMH408


3275.00 $ / Gal500.05 $ / m3Precio EPMH

3275.00 $ / Gal540.00 $ / m3Precio públicoI



G

F

E

D

C

B

A

20.22 Km/Gal6.20 Km/ m3Consumo (F / E)

1709 Km1948.80 KmRecorrido total (B + D)


671 km710 kmRecorrido Mayo 2001


1038 Km1238.80 KmRecorrido Abril 2001


GasolinaGNV

0

50

100

150

200

G N V -EPM G N V -público G asolina



Es necesario hacer una campaña de sincronización para lograr mejores consumos de combustible.

101

CONDICIONES DE PRUEBA DEL VEHÍCULOVEHÍCULO : LUV 2.3 DOBLE CABINA

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm






TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

16.1025078.40

8.3810060.65

18.3230083.45

13.7320073.00

11.1615067.75

5.065047.55

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO


La prueba consiste en llevar el vehículo desde una velocidad inicial de 20 km/h en el punto cero de inicio de la prueba, con acelerador a fondo, en marcha directa, hasta el final de la prueba de 300 metros y medir el tiempo, la velocidad puntual y la aceleración cada 50 metros.

102


VEHÍCULO : LUV 2.3 DOBLE CABINA

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm






TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

16.2425078.20

8.4610060.00

18.4830083.00

13.8520072.75

11.2715066.95

5.115047.40

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO

103



LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm




COMBUSTIBLE : GNV


TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

17.5825071.05

9.1210054.65

20.0530075.00

14.9720066.95

12.1915062.20

5.465043.45

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO

104




LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

R.P

.M.)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

El vehículo muestra un comportamiento similar para gasolina sin equipo de mezcla y para gasolina con mezclador. El comportamiento con GNV muestra una pérdida de 10% a todo lo largo de la prueba. Se considera normal. Como en estas pruebas no se usa el vehículo cargado, este no requiere la totalidad de su capacidad, explicando por qué no hay diferencia en la recuperación con gasolina, con y sin mezclador.

105




ALTURA : 1.560 msm






15.5625082.8

8.1910063.8

17.6630088.5

13.8720077.2

10.8715070.0

5.025049.2

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO

106




ALTURA : 1.560 msm






TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

15.5525082.6

8.1710063.4

17.6730087.6

13.3020076.1

10.8515069.7

4.995048.9

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO

107




ALTURA : 1.560 msm




COMBUSTIBLE : GNV


TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

16.7325076.2

8.8010058.7

19.0230080.9

14.2920070.9

11.6615066.6

5.355045.5

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO

108





ALTURA : 1560 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

Los resultados siguen siendo muy consistentes. La operación con gasolina es prácticamente equivalente con y sin mezclador. La operación con GNV muestra pérdidas de 10%. El mezclador usado es apropiado para el motor.

109




ALTURA : 550 msm






15.3725083.45

8.0310064.4

17.4630088.75

13.1420077.7

10.7115070.4

4.905050.1

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD(Kph)

TIEMPO

110




ALTURA : 550 msm






15.3625083.70

8.0110064.25

17.4430089.10

12.7320077.95

10.7015070.55

4.885049.95

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD(Kph)

TIEMPO

111




ALTURA : 550 msm




COMBUSTIBLE : GNV


TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

16.1225078.45

8.3910060.75

18.3430083.35

13.7520073.25

11.1815067.20

5.085047.55

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO

112




LUGAR : PISTA DE PRUEBA – SANTAFE

ALTURA : 550 msm



40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

El comentario es el mismo que el de la prueba en Medellín, se puede mencionar además que las pérdidas de velocidad máxima del vehículo durante la prueba con la altura son también razonables, (90 km/h en Santafé de Antioquia, 88 km/h en Medellín y 84 km/h en Rionegro)

113


RIONEGRO: 2200 msnm


Tipo : LUV 2.3 DOBLE CABINAMarca : CHEVROLET







5.58.6470.14Crucero

9.28.2770.15Ralentí

1.512.81363.20Ralentí

1.410.31048.03Crucero


En las gráficas 2E y 2F, donde se comparan, para la ciudad de Medellín, las emisiones de CO (%) y HC (ppm) para el vehículo original a gasolina, a gasolina con equipo mezclador y a GNV, se registra una disminución para CO de 7.23 % con gasolina original a 6.69 % con gasolina convertido y a 0.06 % con GNV a 2500 RPM y de 3.06 % a 2.91 % y a 0.08 en ralentí. Así mismo hay una reducción notable en las emisiones de HC. Los valores tan altos de CO a 2500 RPM indican problemas de sincronización del vehículo a alta velocidad, es decir, en los circuitos de potencia del carburador. Requiere revisión.

La operación con GNV en este vehículo es buena desde el punto de vista de emisiones estáticas de CO y HC.

Tanto en Rionegro como en Medellín y en Santafé de Antioquia el comportamiento de las emisiones es bueno cuando se opera el vehículo con GNV. Los valores de CO y HC obtenidos con gasolina a 2500 RPM en Rionegro y en Medellín son demasiado altos, indicando que hay problemas de riqueza demezcla cuando el motor opera a gran velocidad.

114


RIONEGRO: 2200 msnm

CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULOTipo : LUV 2.3 DOBLE CABINA

Marca : CHEVROLETPlaca : OMH408




0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí

G a s o lin aco n ve rtid o

G N V

CO (%)

0

20

40

60

80

100

120

140

2500 R alentí

HC (ppm)

0

2

4

6

8

10

12

14

2500 R alentí

CO2 (%)

0

2

4

6

8

10

2500 R alentí

O2 (ppm)2C 2D

2A 2B

115









6.38.3430.06Crucero

4.99.41240.08Ralentí

2.312.42312.91Ralentí

1.710.41126.69Crucero


1.912.21483.06Ralentí

1.79.71267.23Crucero



MEDELLIN: 1560 msnm

116


MEDELLIN: 1560 msnm






0

1

2

3

4

5

6

7

8

2500 R alentí

G a s o lin a


G N V

CO (%)

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

HC (ppm)

0

2

4

6

8

10

12

14

2500 R alentí

CO2 (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

2500 R alentí

O2 (ppm)2G 2H

2E 2F

117











7.68.0380.05Crucero

2.89.171650.04Ralentí

3.212.02642.1Ralentí

2.110.61204.3Crucero


118








0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

2500 R alentí


G N V

CO (%)

0

50

100

150

200

250

300

2500 R alentí

HC (ppm)

0

20

40

60

80

100

120

2500 R alentí

CO2 (%)

0

2

4

6

8

2500 R alentí

O2 (ppm)2K 2L

2I 2J

119

120

7.3 VEHÍCULO 3: Camioneta Luv, Pick up 7.3.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 1 Características generales El mezclador no disminuye prácticamente en nada la

potencia del motor. Está bien especificado.

2 Potencia en dinamómetro La potencia no se reduce con la instalación del mezclador.

3 Torque El torque no se reduce con la instalación del mezclador.

4 Pérdida de potencia y torque Las pérdidas de potencia y torque a gasolina con el mezclador instalado son despreciables. El mezclador no restringe el paso de aire. Con gas, la pérdidas alcanzan entre 32 y 41 %, muy grandes, sobre todo a altas revoluciones.

5 Recuperación.

Sofasa (1560 m) Las pérdidas de recuperación en Medellín son del orden del 1% con gasolina convertida y de 5% con gas. Se consideran muy aceptables.

Santafé (540 msnm) Las pérdidas de recuperación en Santafé son del orden del 1% con gasolina convertida y de 7% con gas. Se consideran buenas.

Rionegro (2200 msnm) Las pérdidas de recuperación en Rionegro son del orden del 1 al 13% (en alto régimen) con gasolina convertida y de 8 a 25% (en alto régimen) con gas. Parece que el mezclador está ajustado muy justo en cuanto a entrada de aire, cuando hay falta de aire, en Rionegro el vehículo sin mezclador despega mejor.

6 Emisiones

Santafé (540 m) Muestra mayores emisiones con gasolina demostrando que su sincronización es defectuosa. Con gas los valores son buenos, inferiores entre 50 y 90% a los obtenidos con gasolina.

Sofasa (1560 m) Las emisiones de CO, HC y CO2 son muy altas con gasolina, el vehículo está mal sincronizado. Con gas se obtienen reducciones entre 90% para CO y de 50% para HC en ralentí que son muy buenas.

Rionegro (2200 msnm) Las emisiones de CO, HC y CO2 se comportan lógicamente con reducciones entre el 25 y el 50% operando con gas.

121


VEHICULO 3: LUV 2.3 PICK UP


Marca : CHEVROLET LUV

Año modelo : 1.989

Placa : OMG718


Alimentación de combustible : Carburador




Separación de bujías : 0.7 - 0.8 m.m.

Compresión : 170.6 P.S.I.




Referencia Regulador : LANDI-MT98CM



122



• Gasolina original: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el motor en su estado original.

• Gasolina convertido: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el equipo de mezcla de gas instalado en el motor.

• GNV (Gas): La prueba se realiza operando el motor del vehículo con GNV, con el equipo de mezcla de gas instalado en el motor.

• Las curvas de potencia muestran que la máxima potencia del vehículo se desarrolla entre 3500 y 4000 RPM del motor para gasolina y a 3000 RPM para GNV.

• El torque máximo se desarrolla a velocidades de rotación del motor de alrededor de 2500 RPM en todos los casos.

• En este caso, el hecho de instalar el equipo de conversión a GNV no afecta la operación del motor. Las curvas indican un comportamiento muy aproximado en potencia y torque cuando se opera con gasolina con y sin el mezclador. Las pérdidas con GNV son de alrededor del 10% salvo en algunos puntos de la curva. Es normal.



LUV 2.3 PICK UP

OMG-718

123





10106Avance °APMS

5500

5000

101517.54500

152522.54000

17.522.5253500

2022.522.53000

17.520202500

12.515152000

7.510101500

557.51000

GNV(HP)

Gasolina(HP)


(HP)


4

8

12

16

20

24

28

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Velocidad (R.P.M.)

Pote

ncia

(H

P)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas

LUV 2.3 PICK UP

OMG-718

124



10106Avance °APMS

5500

5000

11.6717.5120.424500

19.7032.8329.544000

26.2633.7637.513500

35.0139.3939.393000

36.7642.0242.022500

32.8339.3939.392000

26.2635.0135.011500

26.2626.2630.001000

GNV(Lb-pie)

Gasolina(Lb-pie)



10

15

20

25

30

35

40

45

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Velocidad (R.P.M.)

Torq

ue (

Lb-p

ie)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas




LUV 2.3 PICK UP

OMG-718

125

MedioMedioT (°C)

77Avance °APMS

5500

5000

42.8614.294500

33.33-11.114000

30.0010.003500

11.1103000

12.5002500

16.6702000

25.0001500

33.3333.331000

GNV(%)

Gasolina(%)




LUV 2.3 PICK UP

OMG-718

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40


Perd

ida

P

orce

ntaj

e (%

)

G

anan

cia

Gasolina convertida

Gas

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

126


• La gráfica muestra la pérdida o ganancia de torque y potencia del vehículo cuando opera con gasolina convertido y con GNV con respecto a su operación original con gasolina. La línea recta al nivel del cero (0) en las abscisas representa el valor de torque y potencia del 100% con el vehículo operando con gasolina y sin el equipo de gas instalado sobre el motor.



• Gasolina convertido: La curva muestra una asimilación bastante precisa entre la operación con gasolina original y con gasolina convertido.

• GNV: La pérdida de 33% a baja velocidad indica menos capacidad de arranque del vehículo en condiciones de plena carga. Las pérdidas a velocidad media de entre el 16 % y el 11 %, se consideran aceptables y esperadas. El aumento de pérdidas a alta velocidad indica, aparentemente una característica de los equipos de conversión utilizados.

PÉRDIDA DE POTENCIA Y TORQUE


LUV 2.3 PICK UP

OMG-718

127

CONSUMOS DE COMBUSITBLE

Tipo : LUV 2.3 PICK UP

Marca : CHEVROLET

Año modelo : 1.989

Placa : OMG718


3275.00 $ / Gal500.05 $ / m3Precio EPMH




G

F

E

D

C

B

A


2247 Km765 KmRecorrido total (B + D)






GasolinaGNV

0

50

100

150

G N V -EPM G N V -Público G asolina



Siendo el mismo motor que el usado en el vehículo No. 2, la información de consumo varía mucho. Es necesario hacer una campaña de sincronización para lograr mejores consumos de combustible y comportamientos más consistentes entre los vehículos.

128


VEHÍCULO : LUV 2.3 PICK UP

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm






15.9325078.50

8.3210060.80

18.1630083.15

13.5720074.70

11.0715069.45

5.005046.95

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)



La prueba consiste en llevar el vehículo desde una velocidad inicial de 20 km/h en el punto de inicio de la prueba, con acelerador a fondo, en marcha directa, hasta el final de la prueba de 300 metros y medir el tiempo, la velocidad puntual y la aceleración cada 50 metros.

129



LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm






16.2025076.70

8.4510059.55

18.4730081.15

13.8020073.15

11.0015068.10

5.045045.70

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

130



LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm




COMBUSTIBLE : GNV


17.1125072.70

8.8910056.15

19.5430075.55

14.5720069.40

11.8815064.10

5.295044.05

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

131




LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

Las pérdidas con gasolina convertido son del orden de 1 – 2%, que se consideran normales. Al final de la prueba, los resultados a alta velocidad operando con gasolina sin mezclador son mejores. La restricción del mezclador, cuando se opera con gran necesidad de aire, reduce elrendimiento del motor. El vehículo muestra un comportamiento similar para gasolina sin equipo de mezcla y para gasolina con mezclador. El comportamiento con GNV muestra una pérdida de 8% a todo lo largo de la prueba. Se considera excelente.

132




ALTURA : 1.560 msm






16.0125079.8

8.4710061.2

18.2030084.0

13.6720074.4

11.1815070.7

5.185046.6

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

133




ALTURA : 1.560 msm






16.1425078.2

8.5010060.5

18.3630083.4

13.7620073.1

11.2615069.0

5.135047.2

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

134




ALTURA : 1.560 msm




COMBUSTIBLE : GNV


17.1025071.8

8.9010056.3

19.5230076.1

14.5520069.8

11.8715064.2

5.305044.3

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

135





ALTURA : 1.560 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

Los resultados son muy consistentes. La operación con gasolina es prácticamente equivalente con y sin mezclador. La operación con GNV muestra pérdidas de 8%. El mezclador usado es apropiado para el motor.

136




ALTURA : 550 msm






15.3525082.45

8.0710063.9

17.4730087.35

13.0920076.95

10.6815073.2

4.885047.85

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

137




ALTURA : 550 msm






15.5525080.95

8.1610062.70

17.7130085.70

13.2520075.50

10.8115071.65

4.945047.85

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

138




ALTURA : 550 msm




COMBUSTIBLE : GNV


16.2525075.80

8.4810059.85

18.5630080.25

13.8320072.35

11.2915067.95

5.095045.05

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

139





ALTURA : 550 msm



40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

El comentario es el mismo que el de la prueba en Medellín. Las pérdidas de velocidad máxima del vehículo durante la prueba con la altura son razonables, (90 km/h en Santafé de Antioquia, 88 km/h en Medellín y 84 km/h en Rionegro)

140


RIONEGRO: 2200 msnm


Tipo : LUV 2.3 PICK UPMarca : CHEVROLET

Año modelo : 1.989Placa : OMG718






3.49.8290.13Crucero

1.810631.62Ralentí

0.813.91181.67Ralentí

0.810.21708.26Crucero


En las gráficas 3E y 3F, donde se comparan, para la ciudad de Medellín, las emisiones de CO (%) y HC (ppm) para el vehículo original a gasolina, a gasolina con equipo mezclador y a GNV, se registra una disminución para CO de 9.01 % con gasolina original a 8.25 % con gasolina convertido y a 0.24 % con GNV a 2500 RPM y se encuentra que las emisiones de CO en ralentí son equivalentes a 1% en todos los casos. Las emisiones de HC son muy equivalentes operando con gasolina con y sin mezclador, y se reducen radicalmente al usar GNV.


Tanto en Rionegro como en Medellín y en Santafé de Antioquia el comportamiento de las emisiones es bueno cuando se opera el vehículo con GNV. Los valores de CO y HC obtenidos con gasolina a 2500 RPM en Rionegro, Medellín y Santafé son demasiado altos, indicando que hay problemas de riqueza de mezcla cuando el motor opera a alta velocidad.

141


RIONEGRO: 2200 msnm


Tipo : LUV 2.3 PICK UPMarca : CHEVROLET LUV 2.3Placa : OMG718




CO (%) HC (ppm)

CO2 (%) 02 (ppm)3C 3D

3A 3B

6

8

10

12

14

2500 R alentí

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

2500 R alentí

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí

G asolina convertido

G N V

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2500 R alentí

142









1.911100.24Crucero

1.710.6581.05Ralentí

1.713.51301.07Ralentí

1.59.52248.25Crucero


1.913.61040.94Ralentí

1.78.91829.01Crucero



MEDELLIN: 1560 msnm

143


MEDELLIN: 1560 msnm






CO (%) HC (ppm)

6

8

10

12

14

2500 R alentí0

0.5

1

1.5

2

2500 R alentí

CO2 (%) 02 (ppm)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2500 R alentí

G asolina


G N V

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

3G 3H

3E 3F

144











0.914.280.30Crucero

1.511.4420.80Ralentí

2.612.31520.90Ralentí

2.58.12938.23Crucero


145








CO (%) HC (ppm)

6

8

10

12

14

2500 R alentí

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

2500 R alentí

CO2 (%) 02 (ppm)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí


G N V

0

50

100

150

200

250

300

2500 R alentí

3K 3L

3I 3J

146

147

7.4 VEHÍCULO 4: Campero Trooper 7.4.1 Análisis y conclusiones de los ensayos 1 Características generales El mezclador no disminuye prácticamente en nada la

potencia del motor. Está bien especificado.

2 Potencia en dinamómetro La potencia no se reduce con la instalación del mezclador.

3 Torque El torque no se reduce con la instalación del mezclador. Hay un punto de medición erróneo.

4 Pérdida de potencia y torque Las pérdidas de potencia y torque a gasolina con el mezclador instalado son despreciables. El mezclador no restringe el paso de aire. Con gas, la pérdidas alcanzan entre 25 y 30 %, muy grandes. El vehículo requiere sincronización con gas.

5 Recuperación.

Sofasa (1560 m) Las pérdidas de recuperación en Medellín son del orden del 1% con gasolina convertida y del 3% con gas. Se consideran muy aceptables.

Santafé (540 msnm) Las pérdidas de recuperación en Santafé son del orden del 1% con gasolina convertida y de 7% con gas. Se consideran buenas.

Rionegro (2200 msnm) Las pérdidas de recuperación en Rionegro son del orden del 7% con gasolina convertida y de 17% con gas. Se consideran aceptables.

6 Emisiones

Sofasa (1560 m) Las emisiones de CO, HC y CO2 son muy altas con gasolina y gasolina con mezclador. Con gas se reducen entre el 70 y el 80% para CO y entre el 50 y 90% para HC. Los valores de emisiones con gas son buenos.

Santafé (540 m) El comportamiento es similar al descrito para Medellín. Hay una mala sincronización del vehículo.

Rionegro (2200 msnm) Las emisiones de CO, HC y CO2 se comportan lógicamente, el vehículo fue sincronizado para operación en Rionegro y en Medellín y aun más en Santafé tiene proporcionalmente demasiado aire haciendo que la combustión sea incompleta.

148


VEHICULO 4: CAMPERO TROOPER


Marca : Chevrolet

Año modelo : 1.989

Placa : OMG691


Alimentación de combustible : Carburado




Separación de bujías : 0.7-0.8 m.m.

Compresión : 170.6 psi




Referencia Regulador : MT98CM



149



TROOPER

OMG-691


Las dos gráficas y las tablas iniciales muestran el comportamiento de la potencia y el torque contra la velocidad del vehículo, mientras el vehículo opera sobre un dinamómetro de rodillos.

Gasolina original: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el motor en su estado original.

Gasolina convertido: La prueba se realiza operando el motor del vehículo con gasolina, con el equipo de mezcla de gas instalado en el motor.

GNV (Gas): La prueba se realiza operando el motor del vehículo con GNV, con el equipo de mezcla de gas instalado en el motor.

Las curvas de potencia muestran que la máxima potencia del vehículo se desarrolla entre 3500 y 4000 RPM del motor para gasolina y para GNV.

El torque máximo se desarrolla a velocidades de rotación del motor de alrededor de 2000 RPM en todos los casos.

En este caso, el hecho de instalar el equipo de conversión a GNV no afecta negativamente la operación del motor. Las curvas indican un comportamiento muy aproximado en potencia y torque cuando se opera con gasolina con y sin el mezclador. Las pérdidas con GNV son de 25 a 32%. Son demasiado altas.

150



10106Avance °APMS

5500

2027.5305000

2535354500

27.537.5404000

27.537.537.53500

2535353000

2030302500

17.525252000

12.517.517.51500

7.512.5101000

GNV(HP)

Gasolina(HP)


(HP)


6

12

18

24

30

36

42

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Velocidad (R.P.M.)

Pote

ncia

(H

P)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas



TROOPER

OMG-691

151



10106Avance °APMS

5500

21.0128.8931.515000

29.1840.8540.854500

36.1149.2452.524000

41.2756.2756.273500

43.7761.2761.273000

42.0263.0263.022500

45.9665.6565.652000

43.7761.2761.271500

39.3965.6552.521000

GNV(Lb-pie)

Gasolina(Lb-pie)



8

12

16

20

24

28

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Velocidad (R.P.M.)

Torq

ue (

Lb-p

ie)

Gasolina original

Gasolina convertida

Gas




TROOPER

OMG-691

152

MedioMedioT (°C)

77Avance °APMS

5500

33.338.335000

28.5704500

31.256.254000

26.6703500

28.5703000

33.3302500

30.0002000

28.5701500

25.00-25.001000

GNV(%)

Gasolina(%)




CHEVROLET TROOPER

OMG-691

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40


Perd

ida

P

orce

ntaj

e (%

)

G

anan

cia

Gasolina convertida

Gas

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

153

PÉRDIDA DE POTENCIA Y TORQUE


CHEVROLET TROOPER

OMG-691


• La gráfica muestra la pérdida o ganancia de torque y potencia del vehículo cuando opera con gasolina convertido y con GNV con respectoa su operación original con gasolina. La línea recta al nivel del cero (0) en las abscisas representa el valor de torque y potencia del 100% con el vehículo operando con gasolina y sin el equipo de gas instalado sobre el motor.



• Gasolina convertido: La curva muestra una asimilación bastante precisa entre la operación con gasolina original y con gasolina convertido.

• GNV: En este caso, el hecho de instalar el equipo de conversión a GNV no afecta negativamente la operación del motor. Las pérdidas con GNV son de 25 a 32%. Demasiado altas.

154

CONSUMOS DE COMBUSTIBLE

Tipo : TROOPER

Marca : CHEVROLET

Año modelo : 1.994

Placa : OMG691


3275.00 $ / Gal500.05 $ / m3Precio EPMH



198.22 $ / Km98.78 $ KmPrecio por Km (I / G) PúblicoK

G

F

E

D

C

B

A


1791 Km577 KmRecorrido total (B + D)






GasolinaGNV

0

50

100

150

200

G N V -EPM G N V Público G asolina


La gráfica de consumo de combustible muestra que el precio por kilómetro recorrido es un 50% con GNV ($98.78) con respecto a la operación con gasolina ($198.22). El gas, desde el punto de vista de costo por consumo, es rentable.

155


VEHÍCULO : TROOPER

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm






TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

15.9125079.60

8.3010060.70

18.1030084.50

13.5720074.25

11.0515069.45

4.985046.75

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20T

iem

po

(s

eg

.)VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)



La prueba consiste en llevar el vehículo desde una velocidad inicial de 20 km/h en el punto de inicio de la prueba, con acelerador a fondo, en marcha directa, hasta el final de la prueba de 300 metros y medir el tiempo, la velocidad puntual y la aceleración cada 50 metros.

156


VEHÍCULO : TROOPER

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm






TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

16.5325074.70

8.5110058.55

18.8830078.80

14.0220070.20

11.3815065.85

5.075045.75

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

157


VEHÍCULO : TROOPER

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm




COMBUSTIBLE : GNV


TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

17.8225067.05

9.0610053.50

20.4230070.80

15.0920065.00

12.2215060.05

5.335043.50

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

20

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

158



VEHÍCULO : TROOPER

LUGAR : RIONEGRO

ALTURA : 2.200 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

Las pérdidas con gasolina convertido son del orden del 5%, que son algo altas. La restricción del mezclador, cuando se opera con gran necesidad de aire, reduce el rendimiento del motor. El comportamiento con GNV muestra una pérdida de 11% a todo lo largo de la prueba. Es bueno.

159


VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 1.560 msm






15.3525083.8

8.0910063.6

17.4430088.9

13.1220077.8

10.6915069.8

4.895049.4

TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

160


VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 1.560 msm






TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

15.6425082.2

8.2210063.2

17.7530087.9

13.3720076.3

10.8915069.3

5.015048.4

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

161


VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 1.560 msm




COMBUSTIBLE : GNV


TIEMPO(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD(Kph)

16.0725079.3

8.4510061.0

18.2630084.3

13.7320074.1

11.1915067.5

5.135045.2

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

162



VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 1.560 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

Los resultados son consistentes. La operación con gasolina y mezclador está 1 % por debajo de la situación original. La operación con GNV muestra pérdidas de 5%. Son aceptables. El mezclador usado es apropiado para el motor.

163


VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 550 msm






14.6525088.25

7.6710067.4

16.6230093.60

12.5320081.55

10.2015073.35

4.665051

TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

164


VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 550 msm






TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

15.0025086.30

7.8810065.65

17.0230092.50

12.8320079.65

10.4515072.50

4.765049.00

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

165


VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 550 msm




COMBUSTIBLE : GNV


TIEMPO PROMEDIO

(Seg)

DISTANCIA(Mt)

VELOCIDAD PROMEDIO

(Kph)

15.6725082.70

8.2610062.10

17.7830087.85

13.4120076.20

10.9415070.45

4.995047.15

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

4

8

12

16

Tie

mp

o (

se

g.)

VELOCIDAD (Kph)

TIEMPO (seg)

166



VEHÍCULO : TROOPER


ALTURA : 550 msm



40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

El comentario es el mismo que el de la prueba en Medellín. Las pérdidas de velocidad máxima del vehículo con la altura durante la prueba son razonables.

167


RIONEGRO: 2200 msnm


Tipo : CAMPEROMarca : CHEVROLET



En las gráficas 4E y 4F, donde se comparan, para la ciudad de Medellín, las emisiones de CO (%) y HC (ppm) para el vehículo original a gasolina, a gasolina con equipo mezclador y a GNV, se registra una disminución para CO de 7.23 % con gasolina original a 6.69 % con gasolina convertido y a 0.06 % con GNV a 2500 RPM y se encuentra que las emisiones de CO en ralentí se reducen de 3.06% a 2.91% convertido y a 0.08% con GNV. Las emisiones de HC se reducen radicalmente al usar GNV.


Tanto en Rionegro como en Medellín y en Santafé de Antioquia el comportamiento de las emisiones es bueno cuando se opera el vehículo con GNV. Los valores de CO y HC obtenidos con gasolina a 2500 RPM en Rionegro y Medellín son demasiado altos, indicando que hay problemas de ajuste de riqueza de mezcla cuando el motor opera a alta velocidad.



4.99.0650.20Crucero

1.09.42002.27Ralentí

0.610.83267.6Ralentí

0.59.422510.07Crucero


168

0

2

4

6

8

10

12

2500 R alentí

CO (%) HC (ppm)


RIONEGRO: 2200 msnm

CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULOTipo : CAMPERO

Marca : CHEVROLETPlaca : OMG691


CONDICIONES Y RESULTADOS DE PRUEBAVelocidad de ralentí : 800 R.P.M.

Velocidad de crucero : 2500 ± 250 R.P.M.

0

2

4

6

8

10

12

2500 R alentí

CO2 (%)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

2500 R alentí

O2 (ppm)

0

50

100

150

200

250

300

350

2500 R alentí

G asolinaconvertido

G N V

4C 4D

4A 4B

169









6.38.3430.06Crucero

4.99.41240.08Ralentí

2.312.42312.91Ralentí

1.710.41126.69Crucero


1.912.21483.06Ralentí

1.79.71267.23Crucero



MEDELLIN: 1560 msnm

170

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2500 R alentí

CO (%) HC (ppm)


MEDELLIN: 1560 msnm






0

2

4

6

8

10

12

14

2500 R alentí

CO2 (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

2500 R alentí

O2 (ppm)

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

G asolina

G asolinaconvertidoG N V

4G 4H

4E 4F

171











8.48.3300.04Crucero

8.39.4720.06Ralentí

4.214.21541.0Ralentí

2.312.3803.5Crucero


172

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

2500 R alentí

CO (%) HC (ppm)








0

2

4

6

8

10

12

14

16

2500 R alentí

CO2 (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí

O2 (ppm)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2500 R alentí

G asolinaconvertido

G N V

4K 4L

4I 4J

173

174

8. EVALUACIÓN FINANCIERA

8.1. OBJETIVO GENERAL

Realizar una evaluación financiera del proceso de reconversión sobre la muestra de vehículos objeto del estudio1, de manera que los resultados de esta evaluación, sirvan como herramientas y elementos en la toma de decisiones sobre la viabilidad general del proyecto.

8.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Evaluar un adecuado sistema de financiamiento que permita cubrir la amortización del costo de la reconversión, con los ingresos generados al proyecto por concepto de ahorro en combustible y mantenimiento.

• Desarrollar herramientas pertinentes que permitan calcular el costo de la reconversión, permitiendo el manejo de variables tales como los precios de los combustibles, kilómetros recorridos por los vehículos en prueba, costo de los Kits de reconversión, entre otros. Finalmente, los modelos desarrollados serán aplicables a cualquier tipo de vehículo.

• Estimar índices financieros del proyecto, tales como el VPN, la TIR, etc, que le permitan vislumbrar al inversionista las ventajas o desventajas de invertir en el proyecto con respecto a su tasa de oportunidad.

8.3. METODOLOGÍA DESARROLLADA

• La evaluación determinará básicamente un flujo de caja para el proyecto, con base en la definición de variables indicadoras de los ingresos del mismo por concepto de ahorro en combustible y mantenimiento general de los vehículos; igualmente establecerá los egresos de éste, relacionados con la alta inversión inicial, necesaria para la compra e instalación de los Kits para la reconversión a GNV.

• En la elaboración del flujo de caja, específicamente para la determinación de los ingresos del proyecto, se tomarán los datos obtenidos en las pruebas de ruta realizadas a los vehículos en cuestión, pruebas que finalmente mostrarán el costo por kilómetro recorrido para cada uno de los combustibles utilizados (GNV y gasolina). La comparación entre los resultados arrojados, permitirá calcular el ahorro por kilómetro recorrido, para ser llevado al flujo de caja como un ingreso. (Ver Tablas No 11 a la No 14).

• Este método de cálculo será valido con la aplicación de una fórmula, que relaciona el rendimiento de la gasolina equivalente frente al rendimiento del GNV.

1 No. 1: Toyota Land Cruiser, No.2: Chevrolet Luv 2.3 Doble Cabina, No. 3: Chevrolet Luv

2.3 Pick Up y No. 4: Chevrolet Trooper.

175

• Así mismo, será llevada al flujo de caja como egreso, la inversión inicial en periodos mensuales de amortización. Estos periodos de amortización son consecuentes con la operación típica de los vehículos, de forma que la financiación de la inversión inicial queda cubierta a partir de los ahorros obtenidos en los diferentes periodos.

• La evaluación financiera optará por tomar una tasa de crédito comercial ofrecida por la banca comercial para el financiamiento de este tipo de proyectos, la cual, para la fecha del estudio, oscilaba alrededor del 2.4 % mensual aproximadamente. No obstante lo anterior, este tipo de aproximaciones en la evaluación, pueden ser superadas en la medida en que se conozca la tasa exacta de descuento a aplicar, la cual depende del tipo de financiación deseado por el inversionista, en el momento de tomar la decisión.

• Por lo anterior, es pertinente aclarar que el tipo de financiamiento seleccionado por el inversionista, incidirá sobre los índices económicos hallados en esta evaluación, por ello, se optó por un tipo de financiación acorde con lo ofrecido por entidades vinculadas al negocio de la distribución de GNV a clientes que desean realizar la reconversión a este combustible alternativo.

• Finalmente se evaluarán los resultados obtenidos, a partir de los indicadores financieros propuestos en el estudio:

Valor presente Neto (VPN)

El Valor Presente Neto (VPN) del flujo de caja de la alternativa de inversión, se entiende como el valor equivalente en pesos de hoy, de la ganancia o pérdida que se obtendrá al llevar a cabo la inversión.

Conocido el flujo de caja de la alternativa de inversión, se define el VPN como:

VPN = VPN(I) – VPN(E)

Donde:

VPN(I): Valor Presente Neto de los ingresos del proyecto

VPN(E): Valor Presente Neto de los egresos del proyecto

Tasa Interna de Retorno (TIR)

Desde le punto de vista de las matemáticas financieras, la TIR es la tasa que equilibra el VPN de los ingresos con el VPN de los egresos, es decir, la tasa en la que VPN(I) = VPN(E).

Relación Beneficio Costo R(B/C)

La Relación Beneficio Costo R(B/C) se define matemáticamente como:

R(B/C) = VPN(I) / VPN(E)

Como complemento de la evaluación financiera sobre la rentabilidad del proyecto, la R(B/C) es un criterio importante par definir la “conveniencia” y “oportunidad” del mismo proyecto, en términos de sí el sacrificio de los recursos económicos se ve superado por los beneficios, que en diferentes ámbitos, ofrezca la realización del mismo.

176

8.4. DETERMINACIÓN DE INGRESOS

Ingreso por ahorro en el consumo de combustible

A continuación se pretende determinar los ingresos del proyecto, estimados a partir de los ahorros en los consumos de combustible, los cuales a su vez se han estimado a partir de dos alternativas:

Alternativa 1. Esta alternativa determina los rendimientos promedio, es decir, el número de kilómetros recorridos por unidad de volumen de combustible consumido (km/gl – km/m3), a partir de los datos obtenidos para cada vehículo en las pruebas de ruta.

Alternativa 2. Esta alternativa determina el rendimiento promedio del GNV, a partir del rendimiento promedio de la gasolina, usando como referente el rendimiento equivalente reportado por las compañías encargadas del negocio de la distribución del gas. Este rendimiento equivalente, para el segmento donde se clasifican los vehículos seleccionados para la prueba es de 1 galón de gasolina por cada 2.83 m3 de GNV.

177

Vehículo No. 1

Marca TOYOTA

Tipo Campero

Referencia LAND CRUISER

Año modelo 1995

Cilindraje 4.477 c.c.

Placa OMH 398

Tabla No. 1

ALTERANTIVA No. 1

Variable GNV Gasolina

A Combustible consumido (abril de 2001) 294.89 m3 34.4 gal

B Kilometraje recorrido (abril de 2001) 1312 Km 508 Km

C Combustible consumido (mayo de 2001) 230.88 m3 37.9 gal

D Kilometraje recorrido (mayo de 2001) 1027 Km 557.13 Km

E Combustible total (A+C) 525.77 m3 72.3 gal

F Recorrido total (B+D) 2339 Km 1065.13 Km

G Rendimiento (F/E) 4.45 Km/m3 14.73 Km/gal

H Precio combustible 550 $/m3 3275 $/gal

I Costo por Km recorrido (H/G) 123.63 $/Km 222.3 $/Km

% de ahorro en el costo por Km recorrido con GNV 44.4

Tabla No. 2

ALTERANTIVA No. 2


Precio combustible 550 $/m3 3275 $/gal

Rendimiento equivalente RE 2.83 m3 GNV / gal gasolina

Rendimiento en gasolina (de la alternativa 1) 14.73 Km/gal

Rendimiento en GNV (a partir del RE) 5.2 Km/m3

Costo por Km recorrido (H/G) 105.67 $/Km 222.34 $/Km


178

Vehículo No. 2

Marca CHEVROLET

Tipo Pickup

Referencia LUV Doble Cabina

Año modelo 1994


Placa OMH 408

Tabla No. 3

ALTERANTIVA No. 1



B Kilometraje recorrido (abril de 2001) 1238.8 Km 1038 Km


D Kilometraje recorrido (mayo de 2001) 710 Km 671 Km


F Recorrido total (B+D) 1948.8 Km 1709 Km





Tabla No. 4

ALTERANTIVA No. 2








179

Vehículo No. 3

Marca CHEVROLET

Tipo Pickup

Referencia LUV

Año modelo 1989


Placa OMG 718

Tabla No. 5

ALTERANTIVA No. 1






E Combustible total (A+C) 117.43 m3 94 gal

F Recorrido total (B+D) 765 Km 2247 Km





Tabla No. 6

ALTERANTIVA No. 2








180

Vehículo No. 4

Marca CHEVROLET

Tipo Campero

Referencia TROOPER

Año modelo 1994


Placa OMG 692

Tabla No. 7

ALTERANTIVA No. 1







F Recorrido total (B+D) 577 Km 1791 Km





Tabla No. 8

ALTERANTIVA No. 2








181

A continuación, la Tabla No. 9 presenta un resumen de los ahorros promedios (en porcentaje) en el costo promedio por kilómetro recorrido, obtenidos a partir de las dos alternativas evaluadas para cada vehículo.

El hecho de que no se presenten diferencias significativas en los promedios de ahorro obtenidos a partir de la Alternativa No. 1, frente a la Alternativa No. 2, la cual parte de una valor empírico estándar, sugiere un alto grado de correspondencia en las pruebas de ruta y nos permite tomar un promedio de ahorro con la alternativa estándar, a fin de minimizar el error.

Tabla No. 9

VEHÍCULO

VARIABLE

No.1 TOYOTA

LAND CRUISER

No. 2

CHEVROLET LUV

(D.C.)

No. 3

CHEVROLET

LUV (PICKUP)

No. 4

CHEVROLET

TROOPER

% Ahorro alternativa No. 1 (a) 44.4 45.2 38.4 49.2

% Ahorro alternativa No. 2 (a) 52.5 52.5 52.5 25.5

% Ahorro Promedio 48045 48.85 45.45 50.85

Recorrido Promedio (km) (b) 1.702 1.829 1.506 1.184

Ingresos promedio ($) (c) 183.246 144.644 93.725 119.359

(a) Porcentaje de ahorro en el costo por kilómetro recorrido utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

(b) Promedio de abril y mayo de 2001.

(c) Representados en el ahorro en el costo de combustible utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

Ingreso por ahorro en el consumo de aceite lubricante

A continuación se pretende también determinar los ingresos adicionales del proyecto, que igualmente pueden ser estimados a partir de los ahorros en el consumo de aceite lubricante y de filtros para el mismo.

Como combustible automotor, además de las ventajas ambientales, el GNV, por ser un combustible de alta eficiencia y limpieza, ofrece al usuario un sinnúmero de beneficios adicionales, dentro de los que se destacan:

• Aumento de la vida útil de los motores

• Ampliación del período entre sincronizaciones

• La vida útil de los aceites lubricantes se prolonga en un 80% aproximadamente

• Reducción en el nivel de ruido entre tres y cinco decibeles

182

En este sentido, tendremos en cuenta el ahorro en el consumo de aceite lubricante y filtros, como determinante en el ahorro derivado de las ventajas del GNV. Este ahorro se determina a partir de los costos típicos de un cambio de aceite ($ 20.000 / 5.000 Km para este segmento) y de los datos reportados por las pruebas de campo.

183

Tabla No. 10

VEHÍCULO

VARIABLE

No. 1 TOYOTA

LAND CRUISER

No. 2 CHEVROLET

LUV (D.C.)

No. 3 CHEVROLET

LUV (PICKUP)

No. 4 CHEVROLET

TROOPER

Recorrido Promedio (km) (a) 1.702 1.829 1.506 1.184

Costo promedio mes (b) 6.826 7.236 6.024 4.762

Costo promedio mes (c) 4095 4.341 3.614 2.587

Ingresos promedios ($) (d) 2.731 2.895 2.410 2.175

(a) Promedio de abril y mayo de 2001.

(b) Costo promedio mes del cambio de aceite lubricante, usando gasolina como combustible.

(c) Costo promedio mes del cambio de aceite lubricante, usando GNV como combustible.

(d) Representados en el ahorro en el costo del lubricante y el filtro utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina

8.5. FLUJO DE CAJA E INDICADORES FINANCIEROS

Una vez obtenidos los ahorros derivados de la disminución en el consumo de combustible, así como de la menor demanda de aceite lubricante y filtros de aceite, estos ahorros son llevados al “Flujo de Caja” del proyecto como ingresos, para modelarlos frente a la inversión inicial, la cual comprende el valor del “kit” de reconversión y los costos asociados a su instalación.

La modelación del flujo de caja contempla los siguientes supuestos:

• Aunque de acuerdo con los sistemas típicos de financiación ofrecidos para la reconversión de vehículos de gasolina a GNV, el propietario debe contar como mínimo con un 20% de la inversión inicial; buscando castigar el proyecto, es decir, modelar el flujo de caja en situación más crítica, se ha asumido una financiación externa total, suponiendo el pago de esta inversión inicial, a partir de los ahorros generados mes a mes, en cuotas fijas mensuales.

• Se ha asumido como único supuesto macroeconómico el valor de la inflación, dado que éste influye directamente en el monto de la inversión inicial (precio del kit), a partir de una proyección de las tendencias históricas que muestra esta variable en el país; reflejándose en un aumento periódico del valor de los ingresos.

• La modelación estimó para cada vehículo, el periodo de amortización a partir del cual los indicadores financieros muestran rentabilidad en el proyecto.

Las Tablas a continuación, muestran los resultados de la modelación de los flujos de caja, para cada uno de los vehículos, expresados en función de los indicadores financieros antes definidos.

184

Tabla No. 11

Vehículo No. 1

Marca TOYOTA Ingresos promedio ($) (a)

Tipo Campero 183.246

Referencia LAND CRUISER Ingresos promedio ($) (b)

Año modelo 1995 2.731

Cilindraje 4.477 c.c. Ingresos promedio totales ($)

Placa OMH 398 185.977

Indicadores Financieros

Valor Presente Neto (VPN) ($) 984.927

Periodo de amortización (meses) 56

Relación Beneficio / Costo 1.30

Tasa Interna de Retorno (%) 2.4 mensual

(a) Representados en el ahorro en el costo de combustible utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

(b) Representados en el ahorro en el costo del lubricante y el filtro utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina

185

Tabla No. 12

Vehículo No. 2

Marca CHEVROLET Ingresos promedio ($) (a)

Tipo Pickup 144.644

Referencia LUV Doble Cabina Ingresos promedio ($) (b)



Placa OMH 408 147.539


Valor Presente Neto (VPN) ($) 1.178.556




(c) Representados en el ahorro en el costo de combustible utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

(d) Representados en el ahorro en el costo del lubricante y el filtro utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

186

Tabla No. 13

Vehículo No. 3


Tipo Pickup 93.725

Referencia LUV Ingresos promedio ($) (b)



Placa OMG 718 96.135


Valor Presente Neto (VPN) 449.177




(e) Representados en el ahorro en el costo de combustible utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

(f) Representados en el ahorro en el costo del lubricante y el filtro utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina.

187

Tabla No. 14

Vehículo No. 4


Tipo Campero 119.359

Referencia TROOPER Ingresos promedio ($) (b)

Año modelo 1994 2175


Placa OMG 692 121.534


Valor Presente Neto (VPN) 553.206




(g) Representados en el ahorro en el costo de combustible utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina

(h) Representados en el ahorro en el costo del lubricante y el filtro utilizando GNV, frente a los costos utilizando gasolina

8.6. CONCLUSIONES DE LA EVALUACIÓN FINANCIERA

• Como indicador financiero, el VPN puede dar una importante herramienta en la toma de la decisión, dado que:

Si VPN > 0, se obtendrá una utilidad, que medida en pesos de hoy, es igual al valor dado por el VPN, es decir, el proyecto es viable.

Si VPN < 0, se obtendrá una pérdida, que medida en pesos de hoy, es equivalente al valor dado por el VPN, es decir, el proyecto NO es viable.

Si VPN = 0, no se obtendrá ni pérdida ni utilidad, es decir, el proyecto tampoco es viable.

Vehículo

Valor Presente Neto (VPN) ($)

No. 1 984.927

No. 2 1.178.556

No. 3 449.177

No. 4 553.206

188

Todos los flujos de caja presentan VPN mayores a cero, por ello se consideran aceptables todas las decisiones de inversión alrededor de la reconversión de cada vehículo, como primer objetivo especifico planteado al inicio de este capitulo. No obstante lo anterior, el hecho que el VPN > 0 no siempre es garantía de la viabilidad financiera del proyecto, dado que adicionalmente éste debe cumplir con otra serie de objetivos del inversionista.

• Para estos efectos se evalúa también el periodo de amortización, a partir del cual la inversión, vista desde el criterio de rentabilidad, es también aceptable. Como se muestra a continuación y dado que se partió del supuesto de cubrir la totalidad de la inversión, a partir de los ahorros obtenidos mes a mes en el consumo de combustible y otros insumos, igualmente se pueden considerar razonables dichos periodos y adicionar un criterio de aceptabilidad al proyecto de reconversión.

Vehículo Periodo de amortización

(meses)

No. 1 56

No. 2 60

No. 3 46

No. 4 48

• De otra parte, es necesario evaluar la rentabilidad del proyecto en términos de la Tasa Interna de Retorno (TIR). Desde el punto de vista de la evaluación financiera, la TIR representa la tasa de interés más alta que el inversionista podría pagar sin perder dinero, si todos los fondos para el financiamiento de la inversión se tomarán prestados y el préstamo se pagara con las entradas en efectivo de la inversión, a medida que estas se fueran produciendo.

El criterio de decisión se torna entonces alrededor de sí la TIR es mayor o menor que la mejor tasa que como inversionista yo puedo obtener actualmente en el mercado. Para el caso particular del estudio, sí la TIR es más alta que la tasa que me ofrece una entidad financiera actualmente, la inversión se recuperará en un tiempo racional, es decir, la inversión en términos financieros es rentable.

Vehículo Tasa Interna de Retorno (TIR)

% mensual

No. 1 2.40

No. 2 2.93

No. 3 2.67

No. 4 2.71

189

En este sentido, las TIR para cada proceso de reconversión son atractivas y ligeramente superiores a la tasa de referencia del mercado para evaluar este tipo de proyectos, que normalmente se indexa a la tasa efectiva mensual de los Depósitos a Término Fijo (CDT). Por consiguiente, desde le punto de vista de la rentabilidad, los procesos de reconversión en los términos planteados y bajo los supuestos desarrollados, siguen siendo atractivos y viables.

• Como complemento de la evaluación financiera sobre la rentabilidad del proyecto, la Relación Beneficio Costo R(B/C) es un criterio importante para definir la “conveniencia” y “oportunidad” del mismo proyecto, en términos de sí el sacrificio de los recursos económicos se ve superado por los beneficios, que en diferentes ámbitos, ofrezca la realización del mismo.

Si R(B/C) > 1, el proyecto es aceptable.

Si R(B/C) < 1, el proyecto NO es aceptable.

• Para el caso particular de las reconversiones, esos otros aspectos, incluyen el ambiental, el cual justifica “per se” la R(B/C), que para todos los caso es R(B/C) > 1. Por consiguiente el sacrificio de los recursos económicos se ve superado por los beneficios, que en diferentes ámbitos, ofrezca la realización del mismo.

Vehículo Relación Beneficio Costo

R(B/C)

No. 1 1.30

No. 2 1.34

No. 3 1.13

No. 4 1.16

190

9. RESUMEN GENERAL Y CONCLUSIONES

• Descripción general del estudio

Siendo el objetivo primordial del estudio convenido entre el Ministerio del Medio Ambiente y las Empresas Públicas de Medellín, y desarrollado por CETa Ltda., que sus resultados y conclusiones queden disponibles como elementos de referencia y análisis para todos los interesados en utilizar el gas natural como combustible vehicular, este informe final no solo incluye los datos técnicos sobre el desempeño de los vehículos sometidos a prueba, sino que presenta un contexto general del uso del GNV que permite interpretar los resultados de una manera adecuada.

Con este propósito, se estructuró el informe final del estudio como sigue:

En el Capítulo 1, se establece un marco de referencia del uso del GNV, dividido en dos partes: la primera se refiere a los fundamentos básicos del uso del gas natural como combustible automotor, y la segunda, al desarrollo y perspectivas del GNV en Colombia.

En el Capítulo 2, se explican las diferentes alternativas tecnológicas existentes para el uso del GNV, haciendo énfasis en las conversiones para vehículos bi-combustibles (gasolina-GNV) que son las que se evalúan en este estudio.

En el Capítulo 3, se incluyen como referencia los resultados de algunas evaluaciones de vehículos a GNV realizadas en otros países. Para este efecto, se seleccionaron dos de la pruebas de vehículos a GNV realizados por el Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT), especialmente porque estas contemplan la medición de emisiones en pruebas dinámicas, las cuales son representativas del comportamiento ambiental de los vehículos en su funcionamiento cotidiano y para cuya realización se requieren equipos muy especializados.

En el Capítulo 4, se presentan los antecedentes nacionales existentes en cuanto a la evaluación de vehículos operados con GNV.

En el Capítulo 5, se describe el programa de conversión de vehículos a GNV de las Empresas Públicas de Medellín, señalando las motivaciones del estudio, las características del parque convertido y de los vehículos seleccionados para las pruebas.

El Capítulo 6, contiene los detalles de los protocolos que se utilizaron para efectuar los ensayos de rendimiento y emisiones de los vehículos convertidos.

En el Capítulo 7, se presentan los resultados de la evaluación efectuada a cada vehículo, incluyendo las tablas, graficas y fotografías de los ensayos realizados, incluyendo en cada caso un análisis de los datos de prueba.

En el Capítulo 8 se efectúa el análisis financiero del proyecto de conversión de vehículos de las Empresas Públicas de Medellín con el fin de establecer su viabilidad y los beneficios económicos que se derivarán del uso del GNV.

El Capítulo 9 constituye el resumen general del estudio, en el se condensan los resultados, análisis y conclusiones de los ensayos efectuados sobre los vehículos y de la evaluación financiera del proyecto.

191

Al final, como Anexos, se presenta:

- Registro fotográfico de la instalación de los kits de GNV con los comentarios y observaciones correspondientes, las pruebas de dinamómetro y de las pruebas en ruta.

- Resultados impresos de los datos obtenidos en las pruebas de desempeño en ruta.

- Catálogos y especificaciones de los equipos utilizados y algunos documentos de referencia.

- Documentos de referencia utilizados para la elaboración del estudio.

• Vehículos sometidos a prueba

La muestra de vehículos de prueba seleccionados pertenece al segmento de utilitarios y livianos de carga. Sus características son las siguientes:

Vehículo 1 Vehículo 2 Vehículo 3 Vehículo 4

Placa OMH398 OMH408 OMG718 OMG692

Tipo CAMPERO CAMIONETA D.C. PICK-UP CAMPERO

Marca TOYOTA CHEVROLET LUV DOBLE CABINA

CHEVROLET LUV

CHEVROLET TROOPER

Año modelo 1.994 1.994 1.989 1.989

Cilindrada 4.477 C.C. 2.254 C.C. 2.254C.C 2.559 C.C

Inyectado / Carburado CARBURADO CARBURADO CARBURADO CARBURADO

Uso típico Urbano/rural Urbano Urbano Urbano/rural

Consumo de gasolina (km/gal)

14 km/gal 19 km/gal 21 km/gal 20 km/gal

192

• Ensayos efectuados

Para comparar el desempeño mecánico y ambiental de los vehículos de la muestra operando con GNV y con gasolina en diferentes condiciones de altura, se diseñaron y realizaron un conjunto de ensayos en banco dinamométrico y en ruta, en tres condiciones diferentes: vehículo original a gasolina sin mezclador de gas, vehículo operando a gasolina con el mezclador y vehículo operando a gas. Las pruebas fueron las siguientes:

- Potencia y torque en dinamómetro de rodillos.

El ensayo consiste en someter el vehículo a una prueba de simulación de operación en carretera. El dinamómetro posee rodillos de inercia que son impulsados por las ruedas de tracción del vehículo apoyadas sobre ellos. Los rodillos impulsan a su vez una bomba de agua. La carga sobre las ruedas se aumenta o disminuye según la cantidad de agua que circule en el sistema y a la restricción que se le aplique. El agua actúa como freno para los rodillos.

La restricción y el caudal se convierten, mediante cálculos, en una medida de la cantidad de torque que están absorbiendo los rodillos de las ruedas del vehículo.

La potencia se calcula mediante una fórmula a partir de la medida del torque y de la velocidad de rotación de los rodillos.

- Recuperación en ruta a tres diferentes alturas sobre el nivel del mar.

Esta prueba reproduce las condiciones reales de operación en carretera y busca comparar la habilidad del motor de un vehículo para recuperarse cuando se acelera iniciando a baja velocidad. Un motor que entrega más torque operando, recuperará mejor, es decir, alcanzará más rápidamente mayor velocidad.

La prueba se inicia con el vehículo a 20 km/h y consiste en recorrer 300 metros con el la caja de cambios en directa (relación 1:1), generalmente cuarta marcha, el vehículo se acelera a fondo y se registran la velocidad y el tiempo cada 50 metros de recorrido hasta alcanzar los 300 metros

- Medición de emisiones en ralentí y 2500 RPM. del motor a tres diferentes alturas sobre el nivel del mar.

Aplicando los procedimientos exigidos por las regulaciones estatales, se miden las emisiones de CO (monóxido de carbono) y HC (hidrocarburos no quemados), además de otros componentes como CO2 y O2 que pueden servir como guía para futuros estudios pero que no están regulados en la actualidad.

- Medición de consumos de combustible (gasolina y GNV) en operación y condiciones de carga reales.

La reducción en el consumo de combustible y el ahorro consecuente en dinero son, además de la reducción de emisiones contaminantes, las principales motivaciones para realizar una conversión.

Estas pruebas de registro de consumo de combustible en condiciones reales de operación suministran la información necesaria para un análisis de rentabilidad de conversión.

193

• Resultados obtenidos

El Capítulo 7 contiene un análisis detallado de los resultados de las pruebas, incluyendo la siguiente información para cada vehículo:

- Explicación de todas las pruebas ejecutadas y de los gráficos explicativos.

- Pruebas comparativas de torque en dinamómetro.

- Pruebas comparativas de potencia en dinamómetro.

- Graficas de pérdida de potencia y torque.

- Curvas de recuperación a 2200, 1560 y 550 msnm.

- Curvas comparativas de recuperación a 2200, 1560 y 550 msnm.

- Resultados y gráficas de emisión de CO y HC, a 2200, 1560 y 550 msnm.

En este resumen y para ilustración de las conclusiones, se anexan las gráficas comparativas de torque y potencia en dinamómetro, de recuperación en ruta en todos los sitios de prueba y de valores de emisiones para CO y HC para todos los vehículos a todas las alturas de prueba.



-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5


Porc

enta

je (

%)

Gasolina convertida

Gas

TOYOTA 4.5

OMH-398LUV 2.3 DOBLE CABINA

OMH-408

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5


Porc

enta

je (

%)

Gasolina convertida

Gas

LUV 2.3 PICK UP

OMG-718

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5


Porc

enta

je (

%)

Gasolina convertida

Gas

CHEVROLET TROOPER

OMG-692

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5


Porc

enta

je (

%)

Gasolina convertida

Gas

Muestra pérdida o ganancia de torque y potencia operando con gasolina convertido y con gas. La línea de cero indica la operación original con gasolina.

Equipo de conversión mal calibrado o no apropiado. El mezclador induce una pérdida de 33% con gasolina y del 40%, inaceptables.

La ganancia al instalar el mezclador no es lógica.

Operación esperada, pérdidas ligeras con la instalación del mezclador. Con GNV, las pérdidas a baja velocidad son altas pero a más velocidad, son correctas. Se debe revisar ajuste del equipo.

Equipo de conversión no induce pérdidas, eso es correcto. Las pérdidas con GNVson muy altas, la operación con GNVrequiere calibración.

194


VEHÍCULO: TOYOTA

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GASMEDELLÍN

1560 msnm

40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

SANTAFE

550 msnm

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

RIONEGRO

2.200 msnm

Similar para gasolina con y sin mezclador. El mezclador no perjudica la ventilación del motor. ConGNV pierde 8%. Es aceptable.

El mezclador restringe la entrada de aire. Las pérdidas con mezclador y con GNV son las esperadas.

Las pérdidas debidas al mezclador son muy grandes y con GNV. El tamaño del mezclador no es apropiado o su calibración no es la correcta.

195


VEHÍCULO: LUV 2.3 DOBLE CABINA

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

MEDELLÍN

1560 msnm

SANTAFE

550 msnm

RIONEGRO

2.200 msnm

Mezclador no induce perdidas. Con GNV pierde 10 %, es normal.

Comportamiento consistente. Con GNV pierde 10%, está bien.

El rendimiento mejora al acercarse al nivel del mar. Todo el comportamiento del vehículo es normal.

196

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS


VEHÍCULO: LUV 2.3 PICK UP

40

50

60

70

80

90

100

110

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

MEDELLÍN

1560 msnm

SANTAFE

550 msnm

RIONEGRO

2.200 msnm

Perdidas con gasolina y mezclador correctas excepto a gran velocidad con GNV pierde 8%, es correcto.

Consistente. El mezclador usado es apropiado para el motor.

Comportamiento esperado. El mezclador no induce pérdidas significativas. Con GNVpierde 5% que es normal. Cuado el nivel sobre el mar disminuye, el rendimiento aumenta.

197

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS


VEHÍCULO: TROOPER

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

40

50

60

70

80

90

100

50 100 150 200 250 300Distancia (m)

Ve

loc

ida

d (

Kp

h)

GASOLINA ORIGINAL

GASOLINA CONVERTIDA

GAS

MEDELLÍN

1560 msnm

SANTAFE

550 msnm

RIONEGRO

2.200 msnm

Perdidas por mezclador de 5% son grandes. Las perdidas con GNV son correctas.

Consistente. Menos altura menor diferencia y mejor rendimiento.

Las pérdidas inducidas por el mezclador son correctas. Las pérdidas operando con GNV son aceptables. La velocidad máxima aumenta inversamente con la altura.

198

PRUEBA DE EMISIÓN DE GASESCAMPERO TOYOTA

MEDELLÍN 1560 msnm

SANTAFE 550 msnm

199

RIONEGRO 2.200 msnm

CO (%) HC (ppm)

0

1

2

3

4

5

6

2500 R alentí

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí


G N V

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

2500 R alentí

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

G A S O L IN A


G N V

0

0.5

1

1.5

2

2.5

2500 R alentí

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2500 R alentí

Los resultados son contrarios a lo esperado. Un equipo mal calibrado produce perjuicios ambientales y de rendimiento.

El mezclador no corresponde a ese motor.

Los valores de CO2 y O2 son de referencia.

No se tomaron datos de gasolina original. En un equipo bien ajustado los valores de emisiones deben ser semejantes.

La ganancia con GNV no es tan grande como se espera.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2500 R alentí

G a s o lin a


G N V

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí0

20

40

60

80

100

120

140

2500 R alentí

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

2500 R alentí 0

50

100

150

200

250

300

2500 R alentí

PRUEBA DE EMISIÓN DE GASESLUV 2.3 DOBLE CABINA

MEDELLÍN 1560 msnm

SANTAFE 550 msnm

200

RIONEGRO 2.200 msnm

CO (%) HC (ppm)

Cuando se compara con el vehículo sin mezclador los valores de emisiones de CO son semejantes. La reducción con GNV debería ser mayor. Falta afinación.

Reducciones esperadas de CO altas en HC. Los valores de CO2 y O2

son de referencia.

Es muy consistente los valores de emisiones con GNV. Son mucho menores que con gasolina.

PRUEBA DE EMISIÓN DE GASESLUV 2.3 PICK UP

MEDELLÍN 1560 msnm

SANTAFE 550 msnm

201

RIONEGRO 2.200 msnm

CO (%) HC (ppm)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí


G N V

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2500 R alentí

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2500 R alentí

G asolina


G N V

0

50

100

150

200

250

2500 R alentí

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2500 R alentí


G N V

0

50

100

150

200

250

300

2500 R alentí

Los valores son cosistentes la reducción en HC es menor a la esperada.

Consistente los valores reportados atrás de CO2 y O2 son de referencia.

Debe haber más reducción en ralenti. Falta ajuste

PRUEBA DE EMISIÓN DE GASESTROOPER

MEDELLÍN 1560 msnm

SANTAFE 550 msnm

202

RIONEGRO 2.200 msnm

CO (%) HC (ppm)

0

2

4

6

8

10

12

2500 R alentí

0

50

100

150

200

250

300

350

2500 R alentí

G asolinaconvertido

G N V

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2500 R alentí

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

2500 R alentí

G asolina

G asolinaconvertidoG N V

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

2500 R alentí

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2500 R alentí

G asolinaconvertido

G N V

Valores en gasolina original y con mezclador son los esperados. Ganancias con GNV son buenas.

Comportamientos esperados.

Comportamientos esperados.

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• Conclusiones generales

Sobre los resultados de los ensayos

Potencia y torque

Los resultados de pérdidas en dinamómetro operando con GNV, en general son grandes y varían en un rango muy amplio (entre 10 y 40 %).

Se destaca la influencia que la instalación del kit de conversión (mezclador) tiene sobre la potencia operando con su combustible original, gasolina, llegando a ocasionar pérdidas de potencia de hasta 30% en vehículos en los que el mezclador no es el adecuado (Toyota 4.5 L), o no está bien ajustado.

Obviamente las pérdidas de potencia están relacionadas con pérdidas de torque que pueden ser notables en el evento de que el vehículo sea sometido a condiciones de carga severa.

En general se puede decir que aunque las pérdidas de torque y potencia son apreciables, no se perciben en la operación normal de los vehículos debido al tamaño de los motores y al tipo de trabajo sin mayor exigencia de carga al que son sometidos.

Pruebas de desempeño en ruta

Los resultados muestran un mejor comportamiento comparativo de la operación con GNV en ruta que en dinamómetro. Esto se debe al menor nivel de exigencia al que se someten durante el funcionamiento en carretera porque las pruebas se realizan en condiciones de carga típicas, en este caso, de baja exigencia.

Emisiones

Bajo las condiciones de prueba, el GNV muestra muy buen comportamiento, alcanzando reducciones de CO superiores al 80% y de HC hasta del 50% en algunos vehículos. Se debe anotar que los vehículos probados no fueron específicamente ajustados para una prueba óptima de emisiones, es decir son vehículos que representan muy bien al parque automotor por su antigüedad y mantenimiento. Debemos anotar que el estado general de los vehículos objeto de esta prueba es bueno. En el campero Toyota, en el cual el equipo mezclador no está correctamente ajustado, el comportamiento de las emisiones es contrario a lo esperado. Los valores de CO y HC aumentan operando con GNV.

Economía de combustible

La operación con GNV es ventajosa en términos económicos. Se obtienen ahorros por kilómetro recorrido de entre el 50 y el 60% funcionando con GNV con respecto a la operación con gasolina, siendo este un aspecto muy importante cuando se evalúa la conveniencia de una conversión a GNV

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Sincronización

Los aumentos encontrados en los niveles de emisiones de algunos de los vehículos y las pérdidas grandes de potencia están asociados con defectos en la sincronización de los vehículos tanto en gasolina como en GNV. Estos defectos deben ser corregidos para obtener un mejor operación en rendimiento y emisiones. La especificación de los equipos de acuerdo con el tamaño del motor es definitiva para el buen resultado operativo y ambiental de una conversión.

Conclusión general

El GNV es un combustible adecuado para uso automotor. Su utilización presenta claros beneficios ambientales por reducción en las emisiones de contaminantes de CO y HC. Adicionalmente, el GNV es beneficioso para los usuarios en términos económicos por ahorro de costo de combustible.

Sin embargo, los resultados de esta prueba indican que la calidad de las instalaciones, la adecuada selección y ajuste de los kits de conversión, el estado del motor y su adecuado mantenimiento, son factores fundamentales para obtener los beneficios ambientales deseados.

El éxito de un programa de conversión masiva de vehículos a GNV depende, en gran medida, del conocimiento y apropiada capacitación técnica de todos los agentes involucrados en la selección de equipos y vehículos a convertir, en el proceso de conversión y en el mantenimiento de los vehículos convertidos.

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BLIOGRAFÍA

• IMPCO Carburetion. co. Service bulletins. Compressed Natural Gas lnstallation and adjustments 1988.

• Memorias Primer congreso Internacional y Muestra Empresarial de Gas Natural para Vehículos. Cartagena, Octubre 22, 23 y 24 de 1997.

• La cadena de gas natural en Colombia, actualización 1999, Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), Ministerio de Minas y Energía.

• Prueba piloto de gas natural vehicular en Bogotá, Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), Ministerio de Minas y Energía.

• Revista Gas Vehicular, Volumen 1, No. 2, Tercer Trimestre de 2000.

• IMPCO Carburetion. co, CNG Vehicies & Technology Report, 1998

• Motor Truck Engineering Handbook, James William Fitch, fourth, edition, 1994

• Páginas Web:

- Chevrolet.com

- Sofasa.com

- Gnav.com

• New Vehicle Evaluation Project. U.S. Department of Energy (DOE).

• Internacional Association of Natural Gas Vehicles. Web Page: www.iangv.org

• U.S. Department of Energy web pag: www.ott.doc.gov

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