Mezclador

MEZCLADOR AIRE – GAS NATURAL

El mezclador es el componente mecánico donde se integran el aire proveniente de la atmósfera con el gas natural provisto por el reservorio para introducirlo al motor, cumpliendo una función muy similar a la del carburador en los vehículos a gasolina. Por ello se le atribuye importancia en el desempeño mecánico y ambiental. Sus características de diseño yconstrucción son vitales en las aplicaciones dual combustible (gasolina-gas natural), de hecho el desempeño del sistema completo depende del mezclador.
En su interior se suele aplicar una restricción para producir el efecto Venturi, que es la succión que provoca el aire en función a su caudal al gas natural, y para producir las proporciones adecuadas de mezcla es importante especificar adecuadamente susdiámetros o secciones (relación de áreas). Por otra parte, dicha restricción lastimosamente reduce el rendimiento volumétrico para el ingreso de aire al motor, por ello que se atribuyen empresas dedicadas a esta actividad el desempeño de sus sistemas a las características de diseño y construcción de sus mezcladores que inclusive suelen patentar.

Determinación de la relación de áreas

Lasdimensiones de las áreas de entrada de aire y gas natural en el venturi del mezclador son una característica geométrica que determinan el desempeño mecánico ambiental, pues son fundamentales en la dosificación de los volúmenes de aire y combustible a introducirse al motor. Para la determinación de estas áreas, se considerará la ecuación de flujo másico.


donde:

PA : Presión absoluta del aireestático en la atmósfera
AA : Sección de flujo de aire en la restricción del Venturi
TA : Temperatura absoluta del aire aguas arriba del Venturi
gc : Constante de la gravedad
A : Constante gama (cp/cv) del aire
RA : Constante del gas aire
PT : Presión en la restricción del Venturi

Aplicamos esta ecuación para la mezcla en el Venturi de dos gases (aire y gas natural), para obtener larelación de áreas o secciones según dosificación Aire/Combustible (A/F) deseada.



donde:

es la relación másica de aire/combustible


AF : Sección de flujo de gas natural en la restricción del Venturi
PF : Presión absoluta del gas natural estático proveniente del tanque de reservorio
TF : Temperatura absoluta del gas natural aguas arriba del Venturi
F : Constante gama(cp/cv) del gas natural
RF : Constante del gas natural

Para determinar los valores de F y RF se considera una composición típica del gas natural en nuestro medio, para obtener la siguiente tabla:

Elemento x M xM   i R Ri
Metano CH4 0,925 16,04 14,837 0,866 1,321 1,144 52,86 45,777
Etano C2H6 0,055 30,07 1,654 0,096 1,187 0,114 28,20 2,707
Nitrógeno N2 0,015 28,02 0,420 0,024 1,399 0,03330,265 0,726
Propano C3H8 0,005 44,10 0,220 0,013 1,127 0,015 19,23 0,250
 1,000 1,000 1,306 49,460
Siendo; x fracción molar,  fracción gravimétrica, M peso molecular

Por lo tanto, F = 1,306, RF= 49,46 (Kg m/KgºK)

Las relaciones A/F se determinan para hidrocarburos con la ecuación :



para:

reemplazando tenemos:

Elemento  A/F  ( A/F )
Metano CH4 0,866 17,2314,921
Etano C2H6 0,096 16,09 1,545
Nitrógeno N2 0,024 0 0
Propano C3H8 0,013 15,67 0,204
 1,000 16,670

Entonces ( A/F )F = 16,670 másico
Para el Diesel asumimos: ( A/F )F = 14,5[23]

En el modo bi combustible deberá obtenerse una relación ( A/F )F intermedio determinado por la relación equivalente Re.

El valor de Re se calcula en función del poder calorífico del gas natural y DieselOil, el primer valor se calcula con las fracciones gravimétricas según la siguiente tabla:

Elemento  hinf  ( hinf )
Metano CH4 0,866 50,0 43,30
Etano C2H6 0,096 47,4 4,55
Nitrógeno N2 0,024 0 0
Propano C3H8 0,013 46,4 0,60
 1,000 48,45

Debido a impurezas que no se consideran en el balance redondeamos el valor a hinf del gas natural a : 48 MJ/Kg
Mientras que para el Diesel Oil...