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ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO

SEDE - LATACUNGA

INGENIERIA AUTOMOTRIZ

“MOTORES ESPECIALES”

DISENO DEL MEZCLADOR PARA UN MOTOR

DE GASOLINA TOYOTA 5R, ADAPATADO

PARA USO con Gas.

NIVEL: NOVENO / COMPETENCIAS - 2013

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TEMA: DISENO DEL MEZCLADOR PARA UN MOTOR DE GASOLINA TOYOTA 5R, ADAPATADO PARA

USO CON GAS

OBJETIVOS GENERAL:

Diseñar el mezclador para un motor de gasolina Toyota 5R.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Fundamentar teóricamente el diseño del mezclador por medio de cálculos que respalden

su aplicación.

Diseñar y simular el mezclador mediante Dibujo Asistido por computadora (CAD.)

MARCO TEORICO:

MEZCLADORES

El mezclador dosifica proporcionalmente el carburante con el aire de aspiración en

cantidades correctas para alimentar el motor. Está unido al reductor mediante un tubo

por donde pasa el gas, y está equipado con un registro para dosificar el gas.

Constituye un verdadero carburador su construcción y correcto posicionamiento en una

instalación de G.L.P. son muy importantes.

Por tanto se puede decir que por cada clase de automóvil hay un modelo diferente de

mezclador.

Considerando su funcionamiento, sus características y su posicionamiento, los

mezcladores pueden ser subdivididos en dos grupos.

Primer grupo:

Los llamados apropiadamente mezcladores, que se colocan después del tubo

venturi original del coche.

Los mezcladores de placa que en general se colocan antes del tubo venturi original.

Segundo grupo

El sistema mixto (boquilla o acoplamiento) que consiste en un tubo insertado que

perfora el carburador.

El sistema a horquilla que consiste en un tubo insertado en el carburador sin

perforarlo.

MEZCLADOR DE CHAPA SUPERIOR

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Son aquellos mezcladores que se colocan encima del carburador. En general son fáciles de

montar, basta desmontar la caja del filtro y su tubo de unión al carburador y poner el

mezclador encima del carburador.

Se puede fijar el mezclador al carburador mediante los correspondientes tornillos o

sujetarlo con un muelle.

Después es suficiente hacer un agujero en la caja del filtro aire eligiendo la mejor posición

para poder montar la tubería del G.A.S. desde el reductor hasta el mezclador.

Ilustración 1. GALARZA, TAPIA. (2005) ADAPTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMBUSTIBLE CON LA UTILIZACIÓN DE GLP A UN MOTOR DE GASOLINA TOYOTA 5R”

MEZCLADORES BAJO CHAPA

Se trata de mezcladores hechos de chapa fina que se montan entre el carburador y el

cuerpo de la válvula a mariposa, en aquellos carburadores cuyas dos partes se pueden

separar.

Se instalan en sustitución del espaciador de baquelita, perfectamente en línea con los

tubos Ventura del carburador.

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Ilustración 2. GALARZA, TAPIA. (2005) ADAPTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMBUSTIBLE CON LA UTILIZACIÓN DE GLP A UN MOTOR DE GASOLINA TOYOTA 5R”

Aunque su montaje es un poco fatigoso esta clase de mezcladores ofrece muchas

ventajas:

Crea una cohesión mejor en la mezcla aire – gasolina,

Reduce notablemente las emisiones nocivas de los gases de escape, como el óxido

de carbono;

Al estar montado debajo del difusor del carburador no altera casi nada el

funcionamiento con gasolina.

Cada mezclador está equipado con varillas, tornillos o espárragos que reemplazan los

originales a fin de mantener inalterables las características del carburador una vez

montado.

Se suministra también una serie de guarniciones para garantizar la estanqueidad una vez

terminada la instalación.

SISTEMA MIXTO

Presenta sin embargo algunos problemas:

No se puede aplicar con todo tipo de carburadores

Para montarlo hace falta tiempo y habilidad y

Si no se hace de forma correcta puede provocar graves daños al carburador.

La elección de la posición del orificio está condicionada por la necesidad de situar el

acoplamiento como indicado en la figura; la entrada debe ser hecha de tal manera que la

generatriz superior del acoplamiento se halle un poco más bajo (2 ó 3 mm) de la sección

estrecha del tubo venturi, posición que coincide en general con la extremidad del

centrador del carburador.

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Ilustración 3. GALARZA, TAPIA. (2005) ADAPTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMBUSTIBLE CON LA UTILIZACIÓN DE GLP A UN MOTOR DE GASOLINA TOYOTA 5R”

SISTEMA DE HORQUILLA

Esta adaptación es mucho más fácil de realizar que la anterior y se puede colocar en casi

todos los carburadores.

Si se elige esta adaptación habrá que volver a perfilar las mariposas de los carburadores y

prestar atención a la extremidad de la horquilla que tendrá que entrar por el punto más

estrecho del tubo de venturi.

Los tubos de aspiración del gas no tienen que atravesar el elemento de filtrado del aire,

sino solamente la caja del filtro.

Ilustración 4. GALARZA, TAPIA. (2005) ADAPTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMBUSTIBLE CON LA UTILIZACIÓN DE GLP A UN MOTOR DE GASOLINA TOYOTA 5R”

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FUNCIONAMIENTO DEL MEZCLADOR

El objetivo de ambos dispositivos (carburador – mezclador) es el de garantizar una relación

constante (en masa) entre la cantidad de aire y la cantidad de carburante, cosa que es necesaria a

fin de que el motor funcione bien. Por tanto hay que cumplir dos funciones:

1. Medir el caudal del aire.

2. Dosificar el combustible.

El tubo Venturi desempeña la primera función: la caída de presión que se crea en su sección

estrecha está vinculada al caudal de masa.

La segunda función, o sea la dosificación, se produce porque la caída de presión en el tubo Venturi

atrae una cierta cantidad de gas, vinculada a la pérdida de presión.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

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DISEÑO MEDIANTE CAD DEL MEZCLADOR

Ver Anexo 1

CONCLUSIONES

Mediante los cálculos y el diseño realizados la velocidad de salida de los gases por el

mezclador es de 100,699 m/s, adquiriendo una mayor velocidad en comparación con la de

entrada que es de 60 m/s. Lo cual es muy importante para el ingreso de la mezcla al

motor, y para una buena combustión.

La presión de salida del gas a través del mezclador disminuyó, partiendo inicialmente de

72463,77 Pa y reduciendo a 68245,22 Pa; con esta presión entra el gas hacia el carburador

del motor Toyota 5R para el correcto funcionamiento y desempeño.

Es necesario 21795,74 gr de oxígeno para combustionar una mol de GLP, con una relación

ideal de 12,7:1.

Es necesario 13280 gr de oxígeno para combustionar una mol de BIOGAS, con una relación

ideal de 16 :1

Es necesario 8125 gr de oxígeno para combustionar una mol de GNC, con una relación

ideal de 13:1.

El gas licuado de petróleo, es el que necesita mayor cantidad de masa de oxígeno, para la

combustión ideal dentro del motor Toyota 5R, lo cual reduce índices de hidrocarburos no

combustionados.

Los materiales que se emplearon para el diseño del acople del mezclador es ACERO ASTM

A-36 Como la mayoría de los aceros, el A36, tiene una densidad de 7850 kg/m³ (0.28

lb/in³). El acero A36 es muy vendido en nuestro mercado, de fácil acceso, y fácil

mecanizado, además por sus buenas propiedades mecánicas, tiene un límite de fluencia

mínimo de 250 MPA (36 ksi), y un límite de rotura mínimo de 410 MPa (58 ksi). Las

planchas con espesores mayores de 8 plg (203,2 mm) tienen un límite de fluencia mínimo

de 220 MPA (32 ksi), y el mismo límite de rotura.

Para el cuerpo exterior e interior del mezclador se utilizo ALUMINIO 6061, ya que es una

aleación dúctil y Ligera, con gran resistencia y excelentes características de acabado, es

ideal para la elaboración de piezas maquinadas con calidad de excelencia y para trabajos

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que requieran buen acabado superficial. Posee excelente resistencia a la corrosión y

acabado además de facilidad de soldadura y una resistencia parecida a la del acero.

RECOMENDACIONES

• Realizar de los cálculos del mezclador con la debida precaución para evitar así fallas en el

diseño.

• Es muy importante diseñar los elementos mediante CAD, para validar los cálculos

realizados.

• Es muy importante considerar el material a ser usado en el mezclador para el diseño por

CAD, ya que cada material tiene diferentes propiedades, y por tal motivo se debe

seleccionar uno que se encuentre a nuestro alcance y que tenga buenas propiedades

mecánicas y fácil mecanizado,

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ANEXOS

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ANEXO 1

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ANEXO 2

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Tabla 1. Ilustración 1. GALARZA, TAPIA. (2005) ADAPTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMBUSTIBLE CON LA UTILIZACIÓN DE GLP A UN MOTOR DE GASOLINA TOYOTA 5R”, Propiedades de los carburantes.

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ANEXO 3

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CARACTERISTICAS CH4 CO2 H2-H2S OTROS BIOGAS

60/40

Proporciones %

Volumen

55-70 27-44 1 3 100

Valor Calórico MJ/m3 35,8 - 10,8 22 21,5

Valor Calórico kCal/m3 8600 - 2581 5258 5140

Ignición % en aire 5-15 - - - 6-12

Temp. ignición en ºC 650-750 - - - 650-750

Presión crítica en Mpa 4,7 7,5 1,2 8,9 7,5-8,9

g/l 0,7 1,9 0,08 - 1,2

Densidad relativa 0,55 2,5 0,07 1,2 0,83

Inflamabilidad Vol. en

% aire

5-15 - - - 6-12

Tabla 2. Biogas. TEXTOS CIENTIFICOS (2013). Recuperado de(http://www.textoscientificos.com/energia/biogas)

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ANEXO 4

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Ilustración 5. La formula barometrixa(2013). Recuperado de (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/kinetic/barfor.html)