Presión en el GNC: Almacenamiento e Inyección

El Gas Natural Comprimido (GNC) se ha consolidado como una alternativa de combustible para vehículos, ofreciendo beneficios económicos y ambientales. Sin embargo, su funcionamiento implica el manejo de presiones significativas que son fundamentales para su almacenamiento, distribución y correcto suministro al motor. Comprender estas presiones es clave para entender el sistema de GNC en un automóvil.

A diferencia de los combustibles líquidos, el GNC se almacena a alta presión para maximizar la cantidad de energía que se puede transportar en un volumen limitado. Esta alta presión es necesaria para comprimir el gas natural y permitir que los vehículos tengan una autonomía razonable. El sistema de GNC en un automóvil está diseñado para manejar estas presiones de manera segura y eficiente, reduciéndolas progresivamente hasta el nivel necesario para la inyección en el motor.

Las Presiones Clave en el Sistema GNC

Dentro del ciclo de vida del GNC como combustible vehicular, existen varias etapas donde la presión juega un rol determinante. Desde el momento en que el gas es comprimido en una estación de servicio hasta que llega a las cámaras de combustión del motor, la presión varía considerablemente.

Presión en la Estación de Servicio

En las estaciones de servicio de GNC, el gas natural es sometido a un proceso de compresión. Este proceso eleva la presión del gas desde la presión de distribución convencional hasta un nivel mucho mayor. El gas natural es comprimido a una presión de hasta 250 bar en un proceso continuo. Este gas ya comprimido se almacena en módulos contenedores especiales dentro de la estación, listo para ser transferido a los vehículos. La estación cuenta con un patio de carga, con facilidades para cargar simultáneamente más de un módulo contenedor de GNC, asegurando un suministro eficiente.

Presión de Almacenamiento en el Vehículo

Una vez que el vehículo se carga en la estación de servicio, el GNC se transfiere a los cilindros de almacenamiento a bordo. La presión típica de almacenamiento en estos cilindros es de 3,600 psi cuando la temperatura es de 70ºF (aproximadamente 21ºC). Es importante notar que la presión de almacenamiento puede variar ligeramente dependiendo de factores como la temperatura ambiente y el equipo de la estación de servicio, pero este es el valor estándar de referencia.

Presión de Inyección

Para que el GNC pueda ser utilizado por el motor, su alta presión de almacenamiento debe ser reducida drásticamente. Esto se logra mediante un componente llamado regulador o reductor de presión. El regulador reduce la presión del gas a un nivel manejable para los inyectores de combustible. La presión de inyección óptima para el GNC es de 2,6 bar. Esta presión mucho más baja permite que el gas sea dosificado con precisión por los inyectores para una combustión eficiente en el motor.

Cilindros de Almacenamiento de GNC

Los cilindros donde se almacena el GNC a alta presión son componentes críticos del sistema. Están diseñados para soportar las elevadas presiones de operación y deben cumplir con rigurosos estándares de seguridad. Los fabricantes de cilindros de GNC suministran cantidades estándar para los cilindros que fabrican, aunque la cantidad real que se puede recargar en una estación durante el uso normal puede variar. La cantidad de recarga variará en diferentes estaciones y otros factores afectarán la cantidad de recarga, como el clima, las temperaturas, el equipo de la estación de combustible de GNC, la altitud, la presión del recipiente de almacenamiento, la compensación de temperatura, etc.

Existen diferentes tipos de cilindros de GNC, clasificados principalmente por los materiales de construcción:

• Tipo 1: Es un cilindro completamente metálico, generalmente de acero. No tiene recubrimiento exterior más allá de la pintura. Este es el tipo de cilindro más común.
• Tipo 2: Es un cilindro metálico (de acero o aluminio) con un recubrimiento parcial que rodea el cilindro. El recubrimiento suele estar hecho de vidrio, aramida o carbono, contenido en una resina epoxi o de poliéster.
• Tipo 3: Este tipo de cilindro está completamente recubierto con el mismo tipo de material utilizado para el recubrimiento parcial de un cilindro Tipo 2. Este tipo de cilindro tiene un revestimiento metálico, generalmente de aluminio.
• Tipo 4: Este tipo de cilindro también está completamente recubierto con el mismo tipo de material utilizado para el recubrimiento parcial de un cilindro Tipo 2. Sin embargo, a diferencia del Tipo 3, este tipo de cilindro tiene un revestimiento de plástico.

Estos cilindros deben ser robustos y seguros. Todos los contenedores de combustible de GNC para vehículos deben cumplir con el estándar de seguridad federal del gobierno, el Estándar Federal de Seguridad de Vehículos Motorizados (FMVSS) 304 (49 CFR 571.304), Integridad del Contenedor de Combustible de Gas Natural Comprimido. Además, todos los contenedores de combustible de GNC para vehículos DEBERÍAN cumplir con el estándar de la industria ANSI/CSA NGV2, Requisitos Básicos para Contenedores de Combustible de Vehículos de Gas Natural Comprimido. Este estándar de la industria es más completo y actualizado que el FMVSS 304.

La Importancia de la Temperatura en la Carga

Uno de los factores que más influye en la cantidad de GNC que se puede cargar en un cilindro es la temperatura. Si la temperatura ambiente sube o baja, la presión también sube o baja correspondientemente. El GNC se almacena típicamente a 3,600 psi a 70ºF.

Durante el llenado rápido en una estación, el GNC se calienta a medida que se comprime dentro de los tanques. Por ejemplo, en un día a 70ºF, usted llena su vehículo de GNV completamente en una estación de llenado rápido. Usted llena hasta 3,600 psi a una temperatura elevada (digamos 100ºF) en los tanques. A medida que el GNC se enfría de nuevo a la temperatura ambiente de 70ºF, la presión del gas disminuye. El resultado final es menos gas; en lugar de llenar a 3,600 psi, es posible que solo haya llenado a 3,400 psi. Es más probable que obtenga un llenado más completo en días más fríos que en días más cálidos.

Presión Residual en los Tanques

Es importante saber que el cilindro de GNC siempre tendrá presión de combustible restante en el tanque cuando el indicador de combustible muestre que está vacío. Esto se debe a las presiones del riel de combustible de GNC que son necesarias para suministrar combustible de GNC al motor. Por ejemplo, para un cilindro con capacidad nominal de 21.2 gge (galones equivalentes de gasolina) según el fabricante, las recargas suelen estar en el rango de 17.5 a 20 gge. Es posible tener recargas incluso menores. La cantidad exacta que se obtendrá en las recargas no se puede garantizar, ya que hay demasiadas variables fuera de control del fabricante o del usuario, como las mencionadas anteriormente (equipo de la estación, clima, temperatura, altitud, etc.).

Inspección de Cilindros

La seguridad es primordial en los sistemas de alta presión. Por ello, los cilindros de GNC deben ser inspeccionados periódicamente por un inspector autorizado. La inspección debe realizarse cada 3 años o 36,000 millas, lo que ocurra primero. Esta inspección garantiza que los cilindros se mantengan en condiciones seguras para operar a las altas presiones requeridas.

Preguntas Frecuentes sobre la Presión del GNC

¿Cuál es la presión de inyección de GNC?

La presión de inyección óptima para el GNC en el motor es de 2,6 bar.

¿Cuál es la presión típica de almacenamiento de GNC en el vehículo?

El GNC se almacena típicamente a 3,600 psi a una temperatura de 70ºF en los cilindros del vehículo.

¿A qué presión se comprime el gas natural en una estación de servicio?

El gas natural es comprimido hasta una presión de 250 bar en las estaciones de servicio.

¿Por qué la cantidad de GNC que puedo llenar en mi vehículo varía?

La cantidad de GNC que se puede llenar varía debido a la temperatura ambiente (que afecta la presión), el calentamiento del gas durante el llenado rápido, el equipo de la estación, la altitud y la presión residual en el tanque.

¿Existen diferentes tipos de cilindros de almacenamiento de GNC?

Sí, existen cuatro tipos principales de cilindros (Tipo 1, 2, 3 y 4) que se diferencian por sus materiales de construcción y recubrimientos.

¿Con qué frecuencia debo inspeccionar los cilindros de GNC de mi vehículo?

Los cilindros de GNC deben ser inspeccionados por un profesional autorizado cada 3 años o 36,000 millas, lo que ocurra primero.

¿El tanque de GNC está completamente vacío cuando el indicador marca cero?

No, siempre queda una presión residual en el tanque necesaria para el funcionamiento del sistema de combustible.

Conclusión

La presión es un factor fundamental en el uso del GNC como combustible vehicular. Desde la alta presión de compresión y almacenamiento (hasta 250 bar en estaciones, 3600 psi en vehículos) hasta la baja presión de inyección (2.6 bar), cada nivel de presión cumple una función específica en el sistema. La temperatura juega un papel crucial en la eficiencia del llenado, y los cilindros de almacenamiento, con sus diferentes tipos y requisitos de inspección, son esenciales para la seguridad y el rendimiento del sistema. Comprender estos aspectos ayuda a los usuarios de vehículos a GNC a tener una mejor noción de cómo funciona su sistema de combustible.

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