Evaluación del desempeño de un motor-generador que utiliza GLP de alto contenido de butano como combustible

• Romero-Piedrahita, Carlos Alberto ^[1] ; Mejía-Calderón, Luz Adriana ^[1]
  1. [1] Universidad Tecnológica de Pereira

     Universidad Tecnológica de Pereira

     Colombia

     
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 21, Nº. 1, 2022 (Ejemplar dedicado a: Revista UIS Ingenierías), págs. 143-162
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Performance evaluation of an engine-generator set operating on high butane content LPG fuel
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se presentan los resultados del diagnóstico de desempeño de un grupo motor-generador de 6 cilindros, originalmente diseñado para funcionar con combustible diésel o con gas natural, operando en modo de encendido por chispa y alimentado con gas licuado de petróleo (GLP) de alto contenido de butano. Con el fin de evaluar la operación en estados estacionarios y transitorios del motor-generador, se ha diseñado un protocolo original de prueba y registro de variables de operación, basado en una secuencia escalonada de cargas, que comprende el arranque en frío, la operación en vacío, la operación en unos puntos de carga media y a una limitada plena carga. Durante las pruebas se registraron continuamente la variación de la velocidad de rotación del cigüeñal, el tiempo de calentamiento, las temperaturas del motor, las vibraciones del bloque, la potencia activa/reactiva y frecuencia del motor-generador, así como las emisiones de escape. Los resultados evidencian que, durante el arranque en frío el motor tarda en alcanzar la velocidad nominal, su tiempo de calentamiento es largo y su respuesta de revoluciones durante los transitorios de carga también es lenta, reflejándose esto último en las desviaciones de voltaje y frecuencia de la energía de salida; también durante los transitorios se intensifican los niveles de vibración, aunque los valores se inscriben dentro de los rangos aceptables según la normativa. El desempeño del par del grupo motor-generador es bueno cuando opera con GLP, satisfaciendo las exigencias para las unidades de motor-generador de clase G2, pero durante los cambios transitorios no cumple con las especificaciones requeridas para la clase G1, en términos de desviaciones de frecuencia y voltaje. A la luz de los límites de emisiones sugeridos por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) para las unidades estacionarias, se puede concluir que, sin ajustes y regulaciones apropiados particulares para el GLP, el conjunto motor-generador no cumple con los límites de emisión de monóxido de carbono.

  • English

    This paper presents the results of the performance diagnosis of a 6-cylinder engine-generator set, originally designed to run on diesel fuel or natural gas, operating in spark ignition mode and fueled with high butane content liquefied petroleum gas (LPG). In order to assess the steady-state and transient operation of the engine-generator, an original protocol for testing and recording of operating variables was designed, based on a stepped sequence of loads, comprising cold start, idling, operation at some mean load points and at a limited full load. During the tests, the variation of crankshaft rotational speed, warm-up time, engine temperatures, block vibrations, active/reactive power and engine-generator frequency, as well as exhaust emissions were continuously logged. The results show that, during the cold starting process, the engine is slow to reach nominal rated speed, its warm-up time is lengthy and its speed response during load transients is also sluggish, the latter being reflected in the voltage and frequency deviations of the output power; also, during transients, vibration levels are intensified, though the values are within the acceptable ranges according to the regulations. The torque performance of the engine-generator set is good when operating with LPG, satisfying the requirements for class G2 engine-generator units, but during transient processes it does not meet the specifications required for class G1, in terms of frequency and voltage deviations. In light of the emission limits suggested by the Environmental Protection Agency (EPA) for stationary units, it can be concluded that, without appropriate adjustments and regulations particular to LPG, the engine-generator set does not meet the carbon monoxide emission limits.