Kazimierz Witaszek 1, Krzystof Garbala 2, Mirosław Witaszek 3, Tomasz Cybulko 4 Aspectos económicos de la alimentación de un turismo con gas GLP Introducción Los gastos relacionados con la compra del combustible influyen de manera considerable en los costes de explotación del automóvil. En el caso de los turismos propulsados con motores de encendido por chispa, un método usado frecuentemente para reducir estos gastos es la adaptación del vehículo a la alimentación con gas GLP. El empleo de este tipo de combustible no solo mejora los aspectos económicos del viaje con el automóvil, sino que también influye de forma beneficiosa en su ecología - gracias a la reducción de la toxicidad de los gases de combustión [1, 2]. Para disfrutar a largo plazo del ahorro relacionado con el montaje de la instalación de gas es preciso tener en consideración los gastos iniciales de su compra y montaje. El criterio fundamental a la hora de tomar la decisión es su rentabilidad, expresada, por ejemplo, mediante el periodo tras el cual se producirá el reembolso de los gastos de equipamiento del automóvil con la instalación anteriormente mencionada. Dada la alterabilidad de los precios de combustible [3], así como los múltiples factores que determinan el consumo del combustible en una unidad del trayecto [4], la definición de este periodo no es fácil. En este trabajo han sido propuestos dos métodos para esa valoración. Uno basado en los datos disponibles en el momento de repostar combustible en el automóvil, otro completado con los datos recogidos a través de la interfaz de diagnóstico OBD2 de tipo ELM327 y guardados en la memoria del teléfono inteligente Samsung Galaxy 4 Mini con el software Torqe Pro instalado. Con su ayuda ha sido determinado el kilometraje del vehículo después del cual se compensarán los gastos de su equipamiento con la instalación de gas. 1 Politechnika Śląska, Wydział Transportu, Katedra Budowy i Eksploatacji Pojazdów Samochodowych, [Escuela Politécnica de Silesia, Departamento de Transporte, Cátedra de Construcción y Explotación de Automóviles], Katowice, ul. Krasińskiego 8, 2 AC. SA., Centro de Investigación y Desarrollo, Białystok, ul. 42 Pułku Piechoty 50, 3 Politechnika Śląska, Wydział Transportu, Katedra Budowy i Eksploatacji Pojazdów Samochodowych, [Escuela Politécnica de Silesia, Departamento de Transporte, Cátedra de Construcción y Explotación de Automóviles], Katowice, ul. Krasińskiego 8, 4 AC. SA., Centro de Investigación y Desarrollo, Białystok, ul. 42 Pułku Piechoty 50,
Características técnicas del automóvil y de la instalación GLP Los aspectos económicos de explotación del automóvil han sido definidos a partir de los datos obtenidos durante el uso de un automóvil Renault Thalia fabricado a finales del año 2003. El automóvil estaba propulsado con un motor de ocho válvulas, de aspiración natural con encendido por chispa, cuya potencia era de 55 kw y su cilindrada de 1390 cm 3. Los datos recogidos comprenden el periodo desde la compra del vehículo en el año 2013 hasta la mitad de octubre del año 2015. Durante el primer año y medio el automóvil fue usado con una alimentación mediante gasolina de 95 octanos. A finales de julio de 2015 en el automóvil fue montada la instalación GLP de la marca STAG. La instalación está compuesta por un depósito toroidal de 42 dm 3 de volumen, la multiválvula Tomasetto Achille y el reductor ACR02 (fig. 1). Los rasgos esenciales que diferencian a STAG R02 son sus pequeñas dimensiones y una estructura única compuesta por dos piezas fundidas de aluminio y una tapa fabricada en un sistema propio de ACtherm, que protege el reductor contra el enfriamiento del gas, lo que garantiza un buen aislamiento térmico. Debido a su estructura única, el equipo se calienta muy rápidamente, lo que permite una conmutación lo más posible rápida de la alimentación del motor de gasolina a gas. Debido a esto, el controlador no necesita realizar un trabajo adicional en forma de corrección de la temperatura. El alto rendimiento térmico y la resistencia a las impurezas contenida en el GLP suponen ventajas esenciales del reductor. En la tabla 1 se muestran sus especificaciones técnicas. Fig. 1. Reductor GLP STAG R02 [5]
Tabla 1: Especificaciones técnicas del reductor GLP STAG R02 [5] Material dos piezas fundidas de aleaciones de aluminio y una tapa de plástico duro resistente Masa 1,56 kg Dimensiones 125 x 122 x 89 Presión máxima en la entrada 30 bar Presión de salida 0.9 1.5 bar Diámetro de entrada de gas M10x1 Diámetro de salida de gas tubo flexible Ø12 Diámetro de salida de agua Ø16 Potencia máxima del motor 100 kw/ 136 CV Homologación 67 R 01 6865 La instalación de alimentación del vehículo con combustible GLP fue equipada con el conducto de inyección ACW01. Los inyectores de este tipo están destinados para una inyección secuencial de gas en los vehículos con encendido por chispa. Garantizan una dosificación precisa del gas vaporizado al canal de entrada independientemente para cada uno de los cilindros del motor. Todos los conductos AC disponibles cuentan con una durabilidad confirmada mediante ensayos de uso de larga duración en distintas condiciones de carretera y del tiempo, realizados en automóviles de distintas marcas. El conducto de inyección AC cuenta con bobinas de una resistencia de 2 Ω, por lo que no provoca una carga excesiva de los sistemas de control. Las bobinas están equipadas con enchufes hembras con un grado de protección IP67. El elemento principal del conducto es la carcasa fabricada de aluminio anodizado. Los racores de conexión han sido fabricados de latón y las empaquetaduras de mezclas de goma correspondientes con los demás componentes [6]. Fig. 2. Conducto de inyección ACW01 [6]
Tabla 2: Especificaciones técnicas del conducto de inyección ACW01 [6] Presión de trabajo nominal 0,95 1,2 bar Presión de trabajo máxima 4,5 bar Temperatura de trabajo -20 C a +120 C Tiempo de apertura del inyector ~2,1 ms Tiempo de cierre del inyector ~1,5 ms Rango de rendimiento 11 29 kw/cilindro Masa 0,48 kg Caudal máximo 90 l/min con p= 1 bar El trabajo de la inyección secuencial de gas fue controlado por el ordenador STAG Qbox Basic (fig. 3). El controlador está destinado para vehículos con un motor de 4 cilindros con inyección indirecta de gasolina. La estructura del equipo está basada en un microprocesador de 32 bits que permite un control preciso de la dosis de gas, una reacción rápida a las condiciones variables de trabajo del motor y la medición de los tiempos de inyección de gasolina. La plataforma de hardware está equipada con muchas funciones adicionales, entre otras, con la posibilidad de cambio de secuencia de la inyección, el control de la interfaz inalámbrica bluetooth y la posibilidad de lectura de las revoluciones a partir de las señales de la inyección de gasolina. La estructura del equipo permite añadir nuevas funcionalidades y, por lo tanto, su futura extensión [7]. Fig. 3. Controlador STAG Qbox Basic [7] Investigaciones propias sobre la alimentación de un turismo con gas GLP Desde el momento de la compra del automóvil cada repostaje fue una oportunidad para conseguir información sobre la cantidad de combustible repostado, su precio y el kilometraje. Para registrar los datos sirve la cámara fotográfica incorporada en el teléfono móvil, al principio Samsung 5610, luego el teléfono inteligente Samsung Galaxy 4 mini. Esta forma de
adquisición de datos ha sido seleccionada dada la comodidad y la disponibilidad que da el teléfono móvil. La información de las fotografías se anotaba sucesivamente en una hoja de cálculo, gracias a lo cual se consiguió la posibilidad de realizar a partir de la misma más cálculos y análisis. En la tabla 3 se muestran los datos más importantes, manteniendo la división entre el periodo anterior al montaje de la instalación GLP y posterior al mismo. En el periodo anterior al montaje de la instalación GLP, el cual duró 580 días, el automóvil recorrió casi 15400 km consumiendo casi 1250 dm 3 de gasolina. El propietario del vehículo en este tiempo asumió unos gastos de combustible por un importe de aprox. 1600 USD. El día 22 de julio de 2015 se montó en el automóvil ensayado la instalación GLP, después de lo cual durante un periodo de 85 días fueron recogidos los datos de repostaje. Durante ese periodo el automóvil recorrió más de 6600 km consumiendo 605 dm 3 de gas y 24,4 dm 3 de gasolina. En total los costes de combustible ascendieron a unos 315 USD. Tabla 3. Datos de explotación del automóvil ensayado Antes de instalar GLP Con GLP instalado Periodo de recogida de datos 2013-12-19... 2015-07-22 2015-07-22... 2015-10-15 (580 días) (85 días) Kilometraje, [km] 15377 6629 Consumo de gasolina, dm 3 1247,5 24,4 Coste de gasolina, USD 1593,21 27,73 Consumo de GLP, dm 3 -------- 605,0 Coste de GLP, USD -------- 287,26 Consumo medio de gasolina, dm 3 /100 km 8,11 0,37 Consumo medio de GLP, dm 3 /100 km -------- 9,13 Coste de combustible, USD/100 km 10,36 4,75 Análisis de los resultados de la alimentación del turismo con gas GLP La comparación del consumo de combustible en los periodos de anterior y posterior al montaje de la instalación GLP en el automóvil ensayado se muestra en la figura 4. Resulta que después del montaje de la instalación GLP el consumo total de combustible aumentó más de
un 17%, en cambio la participación de consumo de GLP alcanzó un 96%. Dado el precio de compra de gas mucho más bajo, los gastos de explotación relacionados con el combustible en un tramo de 100 km se redujeron en más de un 55% (fig. 5). Tomando en consideración los datos de precio de compra de combustible, el reembolso de los gastos asumidos por la compra de la instalación GLP tendría lugar una vez recorridos unos 11500 km. Este análisis, a pesar de haberse basado en datos reales de explotación, tiene sin embargo defectos, dado que fueron comparados dos periodos de tiempo distintos durante los cuales se produjeron fluctuaciones considerables del precio de combustible. Múltiples causas económicas y políticas, independientes de los usuarios, provocan que los precios de los combustibles estén sujetos a oscilaciones continuas, de ahí que a la hora de analizar la rentabilidad del montaje de la instalación de gas este factor no puede ser omitido. No obstante, el usuario de Internet puede encontrar páginas Web con bases de datos de los precios de los diferentes tipos de combustibles, tipos de cambio de moneda, etc. Para los efectos del presente trabajo se ha usado la base de datos facilitada en la página [3]. Fig. 4. Consumo de combustible según los datos LPG Benzyna Zużycie paliwa Koszt paliwa Przed instalacją LPG Po instalacji LPG Fig. 5. Gastos de viaje según los datos de explotación GLP Gasolina Consumo de combustible Coste de combustible Antes de instalar GLP Después de instalar GLP
En la figura 6 se muestran los cambios del precio medio de la gasolina de 95 octanos y del gas GLP en el periodo de tiempo correspondiente a la explotación del vehículo ensayado con la instalación de gas montada. Además, se han marcado puntos que ilustran los precios del combustible repostado en el automóvil. El día 22 de julio de 2015 se llenaron los depósitos de gasolina y de gas GLP y todos los demás repostajes también se realizaron hasta su finalización automática por el distribuidor en la gasolinera. Por motivos obvios el repostaje de gas GLP tuvo lugar con más frecuencia que en el caso de la gasolina, cuyo consumo en todo el periodo ensayado fue de apenas 25 dm 3, es decir, un poco por encima de la mitad de la capacidad del depósito de combustible en el automóvil Renault Thalia. Fig. 6. Comparativa con información sobre los precios de los combustibles en el periodo posterior al montaje de la instalación GLP Cena paliwa Precio del combustible Czas średnia cena benzyny średnia cena LPG tankowanie LPG tankowanie benzyny Tiempo precio medio de la gasolina precio medio del GLP repostaje de GLP respostaje de gasolina Además es preciso mencionar que en el periodo ensayado también pudo cambiar el estilo de conducción del vehículo. El tiempo de explotación del vehículo tras el montaje de la instalación GLP estuvo caracterizado por una mayor participación de viajes más largos. El
número de kilómetros recorridos al día prácticamente se multiplicó por tres. Gracias al equipamiento del vehículo con el sistema de registro de parámetros de trabajo del motor, incluyendo también el consumo instantáneo de combustible, fue posible estimar la rentabilidad de montaje de la instalación GLP. El sistema estaba basado en la interfaz de diagnóstico OBD2 de tipo ELM327 y en el teléfono inteligente Samsung Galaxy 4 Mini con el software Torqe Pro instalado. La información sobre cada recorrido realizado fue guardada en la memoria del teléfono inteligente. Es preciso mencionar que la aplicación Torque Pro calcula el consumo a partir del tiempo de apertura de los inyectores de gasolina por lo que, a pesar de haber equipado el automóvil con la instalación GLP, los datos se refieren al consumo de gasolina pronosticado, dado que la interfaz OBD en este vehículo no permite descargar la información sobre los inyectores de gas. La dependencia del consumo medio pronosticado de gasolina con la longitud del tramo recorrido se muestra en la figura 4. Para una mejor legibilidad del gráfico, el eje x se ha mostrado en una escala logarítmica. De la figura se desprende que el vehículo fue usado en tramos de entre 1 y 300 km. Una información más detallada sobre las características de explotación del automóvil se muestra en la figura 5. De ella se desprende que el vehículo fue usado muchas veces en recorridos de aprox. 10 km, aunque más de la mitad del kilometraje fue realizada en recorridos de una longitud superior a 50 km, en los cuales el consumo de combustible es considerablemente menor que en el caso de recorridos más cortos. A partir de los datos registrados por la aplicación Torque Pro y de los datos guardados al repostar el vehículo se comparó el consumo combustible durante la explotación del vehículo alimentado con gas GLP con su correspondiente consumo de gasolina (fig. 8). Fig. 7. Dependencia del consumo medio pronosticado Fig. 8. Participación de los kilómetros recorridos
de gasolina con la longitud del recorrido Średnie zużycie paliwa Długość trasy Udział przejechanych km Długość trasy de la longitud del recorrido Consumo medio de combustible Longitud del recorrido Participación de los km recorridos Longitud del recorrido De ahí resulta que los cambios del estilo de conducción y de las características de los recorridos influyeron en cierto grado en el consumo de gasolina, dado que fue más de 0,5 dm 3 /100 km inferior de lo que resultaría del análisis previo (fig. 4). Eso significa que el consumo total de combustible del vehículo ensayado después del montaje de la instalación GLP no aumentó el 17% como se estimó inicialmente, sino casi un 27%. Este factor y la considerable bajada de los precios de la gasolina influyeron en la estimación de los costes de viaje en una distancia de 100 km (fig. 10). El viaje con el automóvil ensayado propulsado con gas GLP sigue siendo, indudablemente, un 47% más económico en comparación con una alimentación clásica con gasolina. Sin embargo, en este caso el reembolso estimado de los recursos invertidos en la instalación de gas tendrá lugar una vez recorridos un poco más de 15000 km, algo que con la explotación actual del vehículo tendrá lugar en 6,5 meses. Los cambios de los precios de los combustibles tienen una gran influencia en la estimación de la rentabilidad del montaje de la instalación GLP. Para ilustrar este fenómeno fueron usados los datos sobre los precios de combustibles en el periodo desde la compra del automóvil. Los resultados de los cálculos se muestran en la figura 11. De esta figura resulta que las condiciones económicas más favorables de explotación del vehículo alimentado con gas GLP tienen lugar en los meses de verano, cuando el precio del gas normalmente es el más bajo. La considerable bajada del precio de la gasolina a caballo de los años 2014 y 2015 pudo ser un factor que desanimó a algunos conductores a montar instalaciones GLP en sus automóviles.
Fig. 9. Consumo de combustible según los datos pronosticados y de explotación LPG Benzyna Zużycie paliwa Koszt paliwa Bez instalacji LPG Z instalacją LPG Fig. 10. Costes de viaje según los datos pronosticados y de explotación GLP Gasolina Consumo de combustible Coste del combustible Sin instalación GLP Con instalación GLP Fig. 11. Fluctuaciones de la rentabilidad del montaje de la instalación GLP para el automóvil ensayado Zwrot po przejechaniu, tys. Km Czas Amortización una vez recorridos, miles de km Tiempo
Resumen El método de ensayo presentado en este artículo permite determinar el consumo y los costes de combustible en caso de alimentar el automóvil con un combustible convencional, como es la gasolina, y otro alternativo, es decir, el gas GLP. La referencia de estos costes al recorrido realizado permitió su comparación. Se comprobó que en el automóvil ensayado al pasar de la alimentación con gasolina a gas GLP el consumo de combustible aumentó aprox. un 27%. Sin embargo, los costes de consumo de combustible se redujeron casi a la mitad. El motivo es el precio bajo del gas combinado con la alta participación de su consumo (aprox. 96%). La variabilidad de los precios de los combustibles a lo largo del año hace que el coste de compra y montaje de la instalación de gas se amortice una vez recorridos desde aprox. 13000 a aprox. 24000 km, lo que en el caso de una explotación intensa del automóvil puede durar apenas unos meses. BIBLIOGRAFÍA 1. http://www.knra.pl 2. www.agaz.pl 3. mrc.tychy.pl/ceny.paliw/ 4. Witaszek K., Witaszek M.: Wpływ wybranych warunków eksploatacyjnych pojazdu samochodowego na zużycie paliwa. /Influencia de determinadas condiciones de explotación del automóvil en el consumo de combustible./ Logistyka 4/2015, płyta nr 2. 5. Catálogo de productos STAG - reductor R02 6. Catálogo de productos STAG - inyectores ACW02 7. Catálogo de productos STAG - Controlador STAG Qbox Basic