- Thomas Dalton
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-Kermit the Frog dijo una vez: "No es tan fácil ser verde". Aunque no se refería a los automóviles, su observación parece particularmente apropiada para la industria automotriz actual: diseñar, desarrollar y comercializar automóviles "ecológicos" no ha sido una tarea fácil, razón por la cual los vehículos a gasolina siguen dominando las carreteras y los combustibles fósiles. todavía representan casi el 75 por ciento del consumo energético mundial. Sin embargo, a medida que aumentan los precios de la gasolina y aumenta la preocupación por las emisiones nocivas, los automóviles que funcionan con fuentes de combustible alternativas serán cada vez más importantes. Un vehículo de gas natural, o NGV, es el ejemplo perfecto de un automóvil de este tipo: ahorra combustible, es ecológico y ofrece un costo de propiedad relativamente bajo..
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Imágenes de David McNew / Getty
Un aparato de repostaje doméstico de gas natural, Phill, de FuelMaker, está conectado a un vehículo de gas natural Honda Civic NGV. Ver imágenes de vehículos de combustible alternativo.
Este artículo explicará la idea básica de los NGV, observará los desafíos de diseño únicos involucrados y examinará las ventajas y beneficios de esta tecnología..
Descubrimiento Algunos estudiosos especulan que las personas que viven en el Medio Oriente descubrieron esta propiedad del gas natural entre 6000 y 2000 AC cuando los rayos encendieron el gas natural que se filtraba desde el suelo. Los chinos quemaron gas natural ya en el 211 a. C. para secar la sal de roca que se encuentra en la roca caliza. También perforaron los primeros pozos de gas natural conocidos, utilizando postes de bambú y trozos primitivos, pero solo pudieron alcanzar profundidades de 500 pies.. -La palabra "gas" es un término confuso porque se usa para describir muchas sustancias diferentes que son similares pero no exactamente iguales. Por ejemplo, el "gas" que le pone a su automóvil es gasolina, un componente del petróleo crudo o petróleo. El petróleo es una mezcla líquida oscura y pegajosa de compuestos formados bajo tierra por la descomposición de antiguos animales marinos..
El gas natural también proviene de la descomposición de organismos antiguos, pero naturalmente toma una forma gaseosa en lugar de una forma líquida. El gas natural se encuentra comúnmente asociado con el petróleo crudo. Se deriva tanto de plantas terrestres como de materia orgánica acuática y se forma por encima o por debajo de los depósitos de petróleo. A menudo se disuelve en petróleo crudo a las altas presiones que existen en un yacimiento. También hay reservorios de gas natural, conocido como gas no asociado, que contienen solo gas y no petróleo.
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El gas natural se compone principalmente de metano y otros gases de hidrocarburos. Los hidrocarburos son compuestos orgánicos compuestos únicamente por los elementos carbono e hidrógeno. Los hidrocarburos del gas natural se denominan hidrocarburos saturados porque contienen hidrógeno y carbono unidos por enlaces sencillos. Como muestran los diagramas, el metano es el hidrocarburo saturado más simple.
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Al igual que la gasolina, el gas natural es combustible, lo que significa que se puede utilizar en un motor de combustión como la gasolina. Pero los autos que podían quemar gas natural no aparecieron en escena hasta la década de 1930..
Extraemos gas natural atrapado en reservorios subterráneos perforando pozos en la tierra. Un pozo moderno, equipado con brocas con incrustaciones de diamantes, puede perforar a profundidades cercanas a los 25,000 pies.
Extracción y procesamiento La mayoría de los pozos modernos extraen tanto petróleo crudo como gas natural al mismo tiempo. Se puede usar algo de gas natural, ya que proviene del pozo, sin ninguna refinación, pero la mayoría requiere procesamiento. El procesamiento del gas natural consiste en separar todos los diversos hidrocarburos y fluidos del gas natural "húmedo" hasta que esté "seco". El gas natural seco es metano puro, que es el combustible preferido para muchas aplicaciones de consumo, incluidos los vehículos de gas natural..A lo largo del siglo XIX, el uso de gas natural permaneció localizado porque no había forma de transportar grandes cantidades de gas a largas distancias. En 1890, la invención de un acoplamiento de tubería a prueba de fugas hizo posible transportar gas a kilómetros de la fuente. Las mejoras en la tecnología de los gasoductos continuaron durante las siguientes dos décadas hasta que la transmisión de gas a larga distancia se volvió práctica. De 1927 a 1931, los trabajadores construyeron más de 10 importantes sistemas de transmisión de gas natural en los Estados Unidos, lo que convirtió al gas natural en una fuente de energía viable para muchas aplicaciones. La escasez de petróleo de finales de la década de 1960 y principios de la de 1970 trajo un renovado interés en el gas natural como fuente de combustible, especialmente para automóviles..
Hoy en día, los propietarios de vehículos a gas natural pueden llenar sus autos en una de las 1300 estaciones de servicio ubicadas en los Estados Unidos. Honda también ofrece una bomba de gas natural personal a las personas que compran su Civic a gas natural. La bomba utiliza las líneas de gas natural existentes de una casa y se puede instalar por $ 500 a $ 1500.
En la siguiente sección discutiremos cómo se diseñan los vehículos de gas natural..
Biogás El gas natural no es la única fuente de metano. El metano también se puede obtener fermentando materia orgánica, como estiércol, en niveles bajos de oxígeno. En tales condiciones, las bacterias utilizarán los nutrientes del estiércol como fuente de alimento y liberarán metano y dióxido de carbono como productos de desecho. Este metano, conocido como biogás, se puede recolectar y utilizar como fuente de combustible. Los vehículos de gas natural utilizan los mismos principios básicos que los vehículos de gasolina. En otras palabras, el combustible (gas natural en este caso) se mezcla con aire en el cilindro de un motor de cuatro tiempos y luego se enciende mediante una bujía para mover un pistón hacia arriba y hacia abajo. Aunque existen algunas diferencias entre el gas natural y la gasolina en términos de inflamabilidad y temperaturas de ignición (consulte el cuadro a continuación), los NGV en sí operan con los mismos conceptos fundamentales que los vehículos a gasolina..
Propiedad | Gas natural | Gasolina | Diesel |
Límites de inflamabilidad (% de volumen en aire) | 5-15 | 1.4-7.6 | 0,6-5,5 |
Autoencendido Temperatura (°F) | 842 | 572 | 446 |
Llama pico Temperatura (°F) | 3423 | 3591 | 3729 |
Aún así, se requieren algunas modificaciones para que un NGV funcione de manera eficiente. Estos cambios se encuentran principalmente en el tanque de almacenamiento de combustible, el motor y el chasis..
Almacenamiento de combustible
La mayoría de los NGV funcionan con gas natural comprimido, por lo que el combustible ocupa menos espacio. En una estación de servicio, el gas se comprime a 3,000-3,600 libras por pulgada cuadrada antes de ser bombeado a cilindros en forma de tubo de alta presión que están conectados a la parte trasera, superior o tren de aterrizaje del vehículo. Los tanques de almacenamiento de los primeros NGV eran voluminosos y ocupaban gran parte del espacio de carga del vehículo, pero se han desarrollado cilindros más nuevos y livianos. Denominados Sistemas de almacenamiento integrados (ISS), estos cilindros totalmente compuestos están contenidos dentro de una carcasa de fibra de vidrio y espuma que absorbe los impactos para protegerlos en caso de un choque. Los cilindros también tienen un diámetro más pequeño, por lo que tres de ellos se pueden alojar juntos en un tamaño y forma que se asemeja a un tanque de gasolina convencional..
Imagen cortesía del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins |
Modificaciones del motor
Cuando se arranca el motor de un NGV, el gas natural fluye desde los cilindros de almacenamiento hacia una línea de combustible. Cerca del motor, el gas natural ingresa a un regulador para reducir la presión. Luego, el gas se alimenta a través de un sistema de inyección de combustible gaseoso multipunto, que introduce el combustible en los cilindros. Los sensores y las computadoras ajustan la mezcla de aire y combustible para que cuando una bujía encienda el gas, se queme de manera eficiente. Un motor de gas natural también incluye aluminio forjado, pistones de alta compresión, asientos de válvulas de escape de níquel-tungsteno endurecido y un convertidor catalítico específico para metano.
Foto cortesía del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins Un motor de gas natural instalado |
Modificaciones de chasis
Es posible que se requieran algunas modificaciones en la suspensión de un NGV para crear espacio para los contenedores de almacenamiento de combustible. En la parte trasera del vehículo, una suspensión de brazo semirremolque a veces reemplaza la suspensión de enlace lateral que viene de serie en muchos automóviles a gasolina. Esto crea más espacio abierto en el tren de aterrizaje trasero y, al mismo tiempo, proporciona una conducción suave y cómoda. Los NGV también quitan la llanta de repuesto y el gato, lo que permite un plano de piso plano. Los neumáticos "Run-Flat", como los neumáticos de movilidad extendida de Goodyear Tire, se instalan para compensar el hecho de que faltan el neumático de repuesto y el gato..
Foto cortesía del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins |
Diferencias en el repostaje
Repostar un vehículo de gas natural también puede ser un poco diferente. El punto de repostaje se encuentra típicamente en la parte delantera del vehículo, aunque en algunos vehículos a motor, como el Honda Civic GX, el punto de repostaje está en la parte trasera. Un NGV se puede alimentar con una bomba de "llenado rápido" aproximadamente en el mismo tiempo que se tarda en alimentar cualquier vehículo de gasolina o diesel. Alternativamente, un NGV se puede alimentar en cinco a ocho horas usando un método de "llenado lento". Las estaciones de reabastecimiento de combustible en el hogar que ofrece Honda son de llenado lento, lo que requiere que los propietarios de automóviles reposten sus vehículos durante la noche..
A continuación, analizaremos qué ventajas tienen los vehículos de gas natural sobre los vehículos de gasolina, así como las desventajas..
La mayor ventaja de los NGV es que reducen las emisiones nocivas para el medio ambiente. Los vehículos de gas natural pueden lograr una reducción de hasta un 93 por ciento en las emisiones de monóxido de carbono, una reducción del 33 por ciento en las emisiones de varios óxidos de nitrógeno y una reducción del 50 por ciento en los hidrocarburos reactivos en comparación con los vehículos de gasolina. Los NGV también tienen una calificación más alta en las emisiones de material particulado 10 (PM10). Las partículas PM10 transportan y depositan materiales tóxicos a través del aire. Los NGV que operan en aplicaciones diésel pueden reducir las emisiones de PM10 en un factor de 10.
Los vehículos de gas natural también ofrecen estos beneficios:
Los NGV de Build vs. Buy se pueden construir desde cero para incluir las mejoras de diseño descritas anteriormente. Un vehículo de gas natural nuevo cuesta entre $ 4,000 y $ 8,000 más que un vehículo de gasolina comparable. También es posible modificar los vehículos de gasolina convencionales para que funcionen con gas natural. Esto también puede ser costoso y las modificaciones suelen costar entre $ 3,000 y $ 5,000. Los vehículos que funcionan únicamente con gas natural se conocen como NGV "dedicados". Los vehículos que pueden funcionar tanto con gas natural como con gasolina se conocen como vehículos "bicombustibles". En vehículos bicombustibles, el conductor puede cambiar de forma segura de un combustible a otro mientras conduce.. |
- Los NGV son más seguros. Los tanques de almacenamiento de combustible de un GNV son más gruesos y resistentes que los tanques de gasolina o diésel. No ha habido una ruptura del tanque de combustible de GNV en más de dos años en los Estados Unidos.
- Los costos del gas natural son más bajos que los de la gasolina. En promedio, el gas natural cuesta un tercio menos que la gasolina en el surtidor.
- El gas natural es conveniente y abundante. Existe una infraestructura de gasoductos bien establecida en los Estados Unidos para suministrar gas natural a casi todas las áreas urbanas y la mayoría de las áreas suburbanas. Hay más de 1300 estaciones de servicio de GNV en los Estados Unidos y cada día se agregan más.
- Los precios del gas natural han mostrado una estabilidad significativa en comparación con los precios del petróleo. Históricamente, los precios del gas natural han mostrado una estabilidad de precios significativa en comparación con los precios de los combustibles derivados del petróleo. Esta estabilidad hace que sea más fácil planificar con precisión los costos a largo plazo..
- Los NGV tienen menores costos de mantenimiento. Debido a que el gas natural se quema tan limpiamente, reduce el desgaste del motor y extiende el tiempo entre los ajustes y los cambios de aceite..
Desventajas
Una de las mayores quejas sobre los NGV es que no son tan espaciosos como los coches de gasolina. Esto se debe a que los NGV tienen que ceder un valioso espacio de carga y maletero para acomodar los cilindros de almacenamiento de combustible. No solo eso, estos cilindros pueden ser costosos de diseñar y construir, un factor que contribuye a los costos generales más altos de un vehículo de gas natural en comparación con un automóvil de gasolina..
Foto cortesía del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins Tren de aterrizaje trasero mostrando cilindros de combustible |
Otro inconveniente es la autonomía limitada de conducción de los vehículos a motor, que normalmente es aproximadamente la mitad que la de un vehículo de gasolina. Por ejemplo, el Civic de gas natural de Honda, el Civic GX, puede recorrer hasta 220 millas sin repostar. Un Civic típico con motor de gasolina puede recorrer aproximadamente 350 millas sin repostar. Si un GNV dedicado se queda sin combustible en la carretera, tendría que ser remolcado hasta la casa del propietario o hasta una estación de servicio de gas natural local, que podría ser más difícil de encontrar que una estación de servicio "normal"..
Finalmente, cabe señalar que el gas natural, como la gasolina, es un combustible fósil y no puede considerarse un recurso renovable. Si bien las reservas de gas natural en los Estados Unidos aún son considerables, no son inagotables. Algunos predicen que quedan suficientes reservas de gas natural para otros 67,1 años, asumiendo que el nivel de producción de 2003 continúa..
A pesar de algunas de las ventajas que ofrecen los NGV, todavía son relativamente poco comunes. Según la Coalición de Gas Natural, actualmente hay 130.000 NGV en las carreteras de los Estados Unidos y más de 2,5 millones en todo el mundo. Para poner esto en perspectiva, considere que había 142,5 millones de vehículos registrados en 2001, lo que significa que los vehículos a gasolina superan en número a los NGV en casi 1.100 a uno en los Estados Unidos. Y, sin embargo, más de 40 fabricantes diferentes, incluidos Ford, General Motors, Toyota y Volvo, producen NGV actualmente..
Foto cortesía de Honda El aparato de reabastecimiento de combustible Phill Home |
Si bien vehículos como el Civic GX y el E 200 NGT solo están disponibles en mercados muy limitados (el primero en ciertos estados occidentales, el último en Europa), se espera que los vehículos con GNV estén más disponibles para los consumidores en las próximas dos décadas, especialmente a medida que el precio del petróleo sigue subiendo. Cuando eso suceda, ser verde será un poco más fácil.
Para obtener más información sobre vehículos a gas natural y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente..
Flotas de GNV Las flotas que consumen mucho combustible y que viajan muchas millas cada día han estado utilizando gas natural durante años. Esto incluiría flotas de taxis, autobuses escolares y de tránsito, lanzaderas al aeropuerto, vehículos de construcción, camiones de basura, camiones de reparto y vehículos de obras públicas. ¿Por qué las flotas son especialmente adecuadas para el gas natural? Primero, el mayor volumen de vehículos hace que sea más económico convertir vehículos o comprarlos directamente. Pero lo que es más importante, los vehículos de la flota se mantienen de forma centralizada, lo que hace que el proceso de repostaje sea conveniente y confiable.. Muchos camiones y autobuses de larga distancia funcionan con una forma diferente de gas natural llamado gas natural licuado o GNL. El GNL se fabrica refrigerando gas natural a -260 ° F, condensándolo en un líquido. La forma líquida es mucho más densa y, por lo tanto, tiene más energía potencial para la cantidad de espacio que ocupa. Eso significa que se puede almacenar más energía en la misma cantidad de espacio en un automóvil o camión.. |
Gracias Gracias a Jeff Beckman por su ayuda con este artículo.
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Más enlaces geniales
- El sitio educativo de la Asociación de Suministro de Gas Natural
- La Coalición de Vehículos de Gas Natural
- Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins
- Sitio web del Honda Civic GX
- Vehículos de gas natural - Pacific Gas & Electric Company
Fuentes
- Dickson, T.R. Introducción a la Química, 7ª ed. Nueva York: John Wiley y
Hijos, Inc. - Durbin, D. "Honda ofrece el primer vehículo minorista de gas natural y el hogar
estación de servicio ", The Detroit News. 22 de abril de 2005.
http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0504/22/autos-159034.htm - Enciclopedia Británica 2005, s.v. "gas natural." CD-ROM, 2005.
- GermanCarFans.com.
http://www.germancarfans.com/news.cfm/newsid/2050207.006 - Sitio web del Honda Civic GX
http://automobiles.honda.com/models/model_overview.asp?ModelName=Civic+GX&bhcp=1 - Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins.
http://www.jhuapl.edu/programs/trans/ANGV.htm - Mundo de la seguridad del gas natural.
http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html - Sitio educativo de la Asociación de suministro de gas natural.
http://www.naturalgas.org/ - Vehículos de gas natural. Compañía Pacific Gas & Electric.
http://www.pge.com/about_us/environment/natural_gas_vehicles/ - La Coalición de vehículos de gas natural. http://www.ngvc.org/ngv/ngvc.nsf
- El Foro de vehículos de gas natural. http://www.ngv.org/ngv/ngvorg01.nsf
- Parfit, M. "Impulsando el futuro", National Geographic. Agosto de 2005, págs..
2-31. - Wright, Michael y Mukul Patel, eds. 2000. Scientific American: cómo
las cosas funcionan hoy. Nueva York: Crown Publishers.