Especificación Tecnica Disponible ETD 722002
Sistema de conversión de motores de combustión interna a gas natural vehicular Especificaciones para sistemas de conversión bicombustible y dualcombustible ICS 75.060
Gas natural
DICIEMBRE 2007
Instituto Boliviano de Normalización y Calidad
Prefacio La elaboración de la Especificación Técnica Disponible ETD 722002 “Sistema de conversión de motores de combustión interna a gas natural vehicular Especificaciones para sistemas de conversión bi-combustible y dual-combustible ” ha sido encomendada al Comité Técnico Normalizador CTN 7.22 “Gas natural”. Las instituciones y representantes que participaron fueron los siguientes:
REPRESENTANTE
INSTITUCIÓN
Edgar Quiroga Villca
UMSA - FACULTAD TECNICA
Orlando Limachi
UMSA - IIF
Wilder Andrade
CII – SIB
William Cusi Arequipa
SIB – CIQ
Febo Flores
SIB – COLMEC – UMSA
Javier Linera
LVC – MOTOR GAS LTDA
Alejandro Mayori
SIB – COLMEC
Amilcar Peñafiel
IBNORCA
Fecha de aprobación por el Comité Técnico de Normalización 2007-11-15 Fecha de aprobación por el Consejo Rector de Normalización CONNOR 2007-11-29 Fecha de ratificación por la Directiva 2007-12-13
IBNORCA
ESPECIFICACCIÓN TÉCNICA DISPONIBLE
ETD 722002
Sistema de conversión de motores de combustión interna a gas natural vehicular Especificaciones para sistemas de conversión bi-combustible y dual-combustible. 1
OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN
1.1 Esta Norma establece los requisitos de fabricación y correspondientes métodos de ensayo, que deben cumplir los componentes de los sistemas de conversión, aplicados en motores de encendido por compresión al modo Bi-Combustible Diesel Oil con G.N.V. y Motores de encendido por chispa al modo Dual-Combustible: Gasolina con G.N.V. 1.2
Esta norma no es aplicable a: -
componentes que utilizarán Gas Natural Licuado G.N.L; motores Bi-Combustibles dedicados; cilindros para combustibles; medios de sistemas de conversión y de cilindros; sistemas de control electrónico; programación y sistemas de comunicación empleados para el control.
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DEFINICIONES
2.1
Motor de encendido por compresión
El encendido se consigue de comprimir el aire o comburente a niveles tal que la temperatura obtenida en el cilindro, permite la autoignición de la mezcla con el combustible que se inyecta. Estos motores son también conocidos como Diesel. 2.2
Motores de encendido por chispa
El encendido se consigue de calentar la mezcla aire con combustible, mediante una chispa proporcionada por una bujía. El motor opera con el Ciclo Otto y es el que se emplea en los motores que funcionan con gasolina. 2.3
Gás Natural Vehicular (G.N.V) o Gás Natural Comprimido ( G.N.C.)
Es el Gas Natural está compuesto predominantemente por gas metano que se obtiene del tratamiento de extracción de licuables, comprimido hasta una presión de 200 bar (manométrico) para el uso en recipientes instalados en los automotores; y hasta 250 bar para el almacenamiento y para los tanques de las plantas de recarga. 2.4
Sistemas de Conversión Bi-Combustible
Es el conjunto de componentes mecánicos, electrónicos y software o “kit” que permiten transformar la operación original de un motor de encendido por compresión con combustible Diesel dedicado, a uno bi-combustible, cuya característica de funcionamiento es que el motor opera con Diesel Oil y gas natural juntos. Según el método escogido por el fabricante, pueden emplearse uno o más mezcladores que combinan aire con G.N.V. antes de introducir la mezcla al cilindro del motor o emplear inyectores que introducen el G.N.V. diréctamente al interior del cilindro del motor. 1
NB 722002 2.5
Sistemas de conversión Bi-Combustible dedicados
Son los sistemas que permiten solamente la operación en modo Bi-Combustible (gas natural con Diesel Oil) y no es posible cambiar a voluntad del operador, la forma de operación al modo Diesel dedicado. 2.7
Sistemas de Conversión Dual-Combustible
Es aquel que permite escoger de acuerdo a conveniencia del operador sólo un tipo de combustible para operación, como es el caso de los transformados Dual Combustible: gasolina o G.N.V.
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REFERENCIAS
NB 722001 Revisión periódica de cilindros de acero sin costura para GNC 4
CONSTRUCCIÓN Y ENSAMBLAJE
4.1
Generalidades
Los materiales utilizados serán adecuados al G.N.V. y a las condiciones de operación. Los componentes para GNV pueden realizar más de una función, pero en todos los casos se comportarán conforme a las funciones asignadas a cada elemento, cumpliéndolas individualmente. La construcción de cada componente del sistema, responderá a conceptos de resistencia, operabilidad y seguridad. Las partes componentes deben estar bien fijadas y no mostrar signos de deformación, flexión, rotura u otros daños durante el montaje, para realizar ensayos o cualquier otra operación, cumpliendo lo exigido por esta norma. Las roscas de cualquier componente para unión en zona de alta presión, pero diferente a la del cilindro, deben ser del tipo M 12 paso 1 mm. Todas las partes componentes de un sistema que estén sometidas a la presión reinante en el cilindro de G.N.V., deben estar diseñadas para una presión de trabajo no menor de 200 bar (manométrico). Los componentes deben operar en forma segura dentro del rango de temperatura comprendida entre - 40 ºC y 120 ºC. Los cables conductores eléctricos serán de sección adecuada a la intensidad de corriente que circula por los mismos. El cableado de los circuitos suministrados, debe ser de calidad automotriz, de acuerdo a la norma ISO 6722 parte 1 hasta la 4, de modo que garanticen una adecuada resistencia mecánica, aislamiento y capacidad de conducción de corriente.
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NB 722002 Los componentes a los que se les conecta conductores eléctricos deben tener las aberturas, construidas de tal forma, que impida la abrasión por rozamiento de aquéllos. Las uniones de los componentes deben brindar un sello hermético al gas durante el desempeño. Donde se requiera desensamblar las uniones se recomienda el reemplazo de los accesorios que tienen roscas cónicas. Todos los sellos y diafragmas de material sintético deben cumplir con el ensayo de envejecimiento con oxígeno especificado en la (ISO/FDIS 15500-2). Todos los materiales sintéticos en contacto con el gas natural deben cumplir con el ensayo de inmersión de sintéticos no metálicos especificado en la (ISO/FDIS 15500-2). Todos los componentes expuestos a la intemperie y a otras condiciones corrosivas deben estar hechos de materiales resistentes a la corrosión o estar protegidos contra ésta de otra manera. El corte del flujo de G.N.V. debe considerarse como un modo de falla segura. 4.2
Folletos con instrucciones
El Sistema de Conversión, ya sea Bi-Combustible o Dual-Combustible, deberá ser acompañado por un folleto con indicaciones e instrucciones impresas, que sean fácilmente comprensibles, en idioma castellano; y que sirvan para: 4.3
especificar el modelo del Sistema de Conversión Bi-Combustible en función de las características del motor a transformar; que pueda realizarse la correcta conexión y armado de la instalación; describir la operación del sistema y componentes especiales; describir controles de límite para operación segura; requerimientos de mantenimiento del sistema y sus componentes. Rotulado
El sistema de conversión debe incluir la siguiente información: a) Nombre del fabricante o su representante, marca comercial o logotipo b) Designación del modelo. c) Presión de servicio o rango de presión y temperatura d) La dirección del flujo (cuando sea necesaria para la correcta instalación) e) El tipo de combustible f) El número de serie. El Sistema de Conversión, así como las piezas que lo componen deberán ser acompañadas por un folleto con indicaciones e instrucciones impresas, que sean fácilmente comprensibles, en idioma castellano; y que sirvan para:
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NB 722002 -
especificar el modelo del Sistema de Conversión Bi-Combustible o dual combustible en función de las características del motor a transformar;
-
que pueda realizarse la correcta conexión y armado de la instalación;
-
describir la operación del sistema y componentes especiales;
-
describir controles de límite para operación segura;
-
requerimientos de mantenimiento del sistema y sus componentes.
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MÉTODOS DE ENSAYO
5.1
Ensayo de comportamiento de los componentes
Los ensayos se realizarán a temperatura ambiente, salvo cuando expresamente se indican otras condiciones. Las piezas componentes que sean sometidas a ensayos de pérdida de presión a 1,5 veces la presión de trabajo, antes y después de haber cumplido las pruebas establecidas en 5.2, 5.5, 5.6, 5.7 y 5.8. 5.2
Pérdida por ensayo neumático
a) toda pieza componente que confina gas (no se considera la tubería o cañería) no debe mostrar pérdidas en su faz externa, cuando se la somete a una presión neumática de valor 1,5 veces la presión normal de operación, aplicada en el orificio de entrada, con los pasajes intermedios abiertos y con la salida taponada; b) la duración será de 1 min y para detectar las pérdidas se utilizará espuma (agua jabonosa); c) la pieza se expone durante 6 h en un ambiente especial, como una cabina de ensayo, a la temperatura de 120 ºC y a continuación se realiza la verificación; d) la pieza se expone durante 6 h en un ambiente o cabina de ensayo a la temperatura de - 40 ºC y a continuación se realiza la verificación. 5.3
Ensayo hidrostático
Excepto para reguladores de presión (véase 3.7.3), el cuerpo de los componentes que confinan gas a presión (no se considera la tubería o cañería) no debe romperse, fracturarse o exhibir deformación permanente, cuando se ensaya como se indica a continuación: a) el ensayo debe ser realizado a temperatura ambiente; b) la salida del regulador debe ser cerrada. Una presión hidráulica, dos (2) veces al valor de la presión del gas a ingresar para operación, será aplicada a la entrada del regulador, por un periodo de 5 min; c) la zona del cuerpo del regulador corriente arriba del asiento de la válvula de reducción de presión no se debe romper, fracturar o exhibir deformación permanente. 5.4
Presión de cierre del regulador
La presión de cierre de un regulador, diseñado para suministrar presión superior a la atmosférica, no debe exceder 120 % de la indicada por su fabricante, como presión inicial liberada.
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NB 722002 A la salida del regulador se conecta un ducto de dos (2) secciones unidas por una T. A la sección libre de la pieza T, se conecta un manómetro adecuado a la presión esperada de salida. A la sección final del ducto se conecta una llave de paso. Se aplica una presión en la entrada del regulador entre 50 bar y 200 bar. Se cierra la llave de paso gradualmente, la presión ascendente en el manómetro, no debe superar los 120 % de la presión de salida especificada por el fabricante. Manteniendo la presión de entrada en el regulador, nuevamente se abre la llave de paso, posteriormente se la cierra de manera brusca y se observa la presión en el manómetro. La presión en el manómetro no debe superar los 120 % de la presión de salida indicada por el fabricante. 5.5
Envejecimiento por oxigeno
Para los reguladores de presión que posean diafragmas de goma natural o goma sintética, los mismos no deben craquearse ni mostrar signos evidentes de deterioro, cuando se someten a envejecimiento por oxígeno, conforme a lo siguiente: Muestras representativas de elementos fabricados con goma sintética, deben ser preparadas para ser ensayadas: a) esfuerzo de tracción conforme al método de la norma ASTM D 412; b) dureza, conforme al método de la norma ASTM D 1415; c) otras muestras deben ser expuestas durante 96 h en un ambiente con oxígeno, a la temperatura de 70 ºC y presión de 20 bar, conforme a lo establecido en la norma ASTM D 572. A continuación del período de envejecimiento, se ensayan muestras a esfuerzos de tracción y sobre otras, se miden dureza, siguiendo la técnica de los procedimientos indicados en a) y b). Los valores obtenidos en los ensayos de tracción no deben ser menores al 70 % de los obtenidos en la muestra virgen y la dureza no debe variar ± con respecto a la muestra original. Un material sintético, no metálico, en contacto con GNV, debe ser fabricado con materiales resistentes a hidrocarburos, estos materiales deben provenir de un fabricante con certificación de calidad de sus productos. En caso de no poder demostrar la procedencia de los materiales sintéticos, los mismos no deben mostrar excesivo cambio de volumen o pérdida de peso cuando se somete al ensayo siguiente. Una muestra representativa de material sintético no metálico, debe ser preparada, medida y pesada. Luego se la sumerge durante 70 h en un baño de n-hexano. Al cabo de ese período, cada muestra extraída del baño no habrá experimentado un cambio de volumen mayor de 23 % por hinchamiento, o mayor del 1 % por encogimiento. La pérdida de peso no debe ser mayor del 10 %.
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NB 722002 5.6
Ensayo de inmersión en nitrato mercurioso (NO3 Hg)
Todo componente fabricado en bronce debe ser fabricado en bronce laminado o bronce centrifugado, las piezas no deben mostrar porosidades. El material utilizado debe provenir de un fabricante con certificación de calidad de sus productos y las características del material deben ser adecuadas para su uso con hidrocarburos y resistentes a la corrosión. En caso de que el fabricante funda el bronce o que el fabricante no posea certificación de calidad, entonces todo componente fabricado en bronce y que se halle en contacto con GNV, debe ser capaz de tolerar sin fisurarse, el siguiente ensayo con nitrato mercurioso. Los componentes se utilizarán ensamblados tal como se emplearán en el sistema. Cuando deban empalmarse a tubos o caños, se ajustarán con los valores de torque normal y cada muestra será inmersa durante 50 min en una solución acuosa de nitrato mercurioso, conteniendo 100 g de NO3Hg y 13 ml de ácido nítrico (NO3H), por litro de solución. Luego de haber estado sumergidos en el baño ácido, los accesorios no deben mostrar fugas, ante los ensayos conforme al punto 4.2 a temperatura ambiente. 5.7
Longevidad o durabilidad
Un regulador debe ser capaz de actuar en forma segura y no mostrar signos de deterioro después de haber cumplido 25 000 ciclos de apertura y cierre de la/s válvula/s del mismo, conforme al siguiente procedimiento de ensayo: Un regulador preparado para el ensayo de ciclos, debe ser ajustado a la cantidad de flujo y presión de operación, para la presión normal de salida. La entrada del regulador luego debe ser conectada a un curso de presión neumática y mantenida a la presión de operación. El aparato de ensayo será fabricado en forma tal, que asegure la operación intermitente al mecanismo de regulación, durante el cual, la presión de salida del accesorio debe ser positiva, luego reducida hasta la presión atmosférica. La finalidad es lograr el máximo de los movimientos en los mecanismos de regulación. El aparato de ensayo debe ser diseñado para causar 25 000 ciclos en los mecanismos, a no más de 30 por minuto ni a menos de 20 por minuto y el número de ciclos debe ser determinado por un contador vinculado con el mecanismo de control de la presión, o por otro medio equivalente. Cumplidos los 25 000 ciclos, los reguladores no mostrarán deterioro y podrán seguir operando en forma segura y no mostrarán fugas, ensayados conforme a 4.2.a, a temperatura ambiente. Las válvulas solenoides para circuitos de cierre, después de 25 000 ciclos de operación de apertura y cierre, deben permanecer sin deterioros y podrán utilizarse con seguridad. El procedimiento de ensayo es el siguiente: La entrada de la válvula debe ser conectada a un suministro de GNV y a la presión de operación. El ensayo se realiza con voltaje normal.
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NB 722002 La válvula se somete 25 000 ciclos de operación, debiendo realizar cada ciclo a no más de 30 por minuto ni a menos de 20 por minuto. Al final de los ensayos, la válvula se mantendrá en forma, como para operar. 5.8
Voltajes eléctricos anormales
Los componentes deben ser capaces de operar adecuadamente a pesar de ser sometidos a voltajes eléctricos anormales. Cada componente se someterá a por lo menos 50 ciclos de los siguientes voltajes: 85 % y 110 % del normal de operación y se comportarán adecuadamente sin mostrar signos de quemado o de perforación (pitting) en los contactos eléctricos de los selectores. 6
BIBILIOGRAFÍA
Norma NAG 417. Norma NTP 111.014:2004. Norma NTC 4830.
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NB 722002 2007
IBNORCA: Instituto Boliviano de Normalización y Calidad IBNORCA creado por Decreto Supremo N° 23489 de fecha 1993-04-29 y ratificado como parte componente del Sistema Boliviano de la Calidad (SNMAC) por Decreto Supremo N° 24498 de fecha 1997-02-17, es la Organización Nacional de Normalización responsable del estudio y la elaboración de Normas Bolivianas. Representa a Bolivia ante los organismos Subregionales, Regionales e Internacionales de Normalización, siendo actualmente miembro activo del Comité Andino de Normalización CAN, del Comité Mercosur de Normalización CMN, miembro pleno de la Comisión Panamericana de Normas Técnicas COPANT , miembro de la International Electrotechnical Commission IEC y miembro correspondiente de la International Organization for Standardization ISO. Revisión Esta norma está sujeta a ser revisada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. Características de aplicación de Normas Bolivianas Como las normas técnicas se constituyen en instrumentos de ordenamiento tecnológico, orientadas a aplicar criterios de calidad, su utilización es un compromiso conciencial y de responsabilidad del sector productivo y de exigencia del sector consumidor. Información sobre Normas Técnicas IBNORCA, cuenta con un Centro de Información y Documentación que pone a disposición de los interesados Normas Internacionales, Regionales, Nacionales y de otros países. Derecho de Propiedad IBNORCA tiene derecho de propiedad de todas sus publicaciones, en consecuencia la reproducción total o parcial de las Normas Bolivianas está completamente prohibida.
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