Tanque de combustible

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Tanque de combustible

Los tanques de combustible de plástico se usaban tradicionalmente en vehículos con motores de combustión interna. Actualmente, los vehículos eléctricos híbridos que tienen un ICE, así como una batería, también constan de tanques de combustible de plástico. Estos tanques de combustible de plástico ayudan a reducir el peso, que es uno de los requisitos clave de la industria del automóvil. Los vehículos eléctricos de autonomía extendida cumplen con el requisito de autonomía extendida de la batería de los consumidores para hacer funcionar vehículos eléctricos en largas distancias. El vapor de combustible se genera dentro de un tanque de combustible debido a la temperatura y el desplazamiento. Las emisiones de hidrocarburos evaporativos se expulsan durante el proceso de combustión. Sin embargo, esto no sucede con los vehículos eléctricos híbridos cuando funcionan en modo eléctrico. A altas temperaturas, la presión acumulada dentro del tanque será sustancialmente más alta que en un sistema de combustible convencional. Como esta presión de vapor saturada de gasolina volátil es alta a temperaturas elevadas, los tanques de combustible de plástico son susceptibles a deformarse. El sistema de control de vapor de combustible en un vehículo controla los grados de presión que se descargarán o reduce la presión dentro del tanque de combustible.

El sistema de control de vapor de combustible de un vehículo eléctrico híbrido incluye un sensor de temperatura, grados de presión, válvula de corte del sensor de caída y sensor de nivel de combustible. El sensor de temperatura está montado en la pared superior de un tanque de combustible. Una válvula de control de presión tiene un extremo que se comunica con la válvula de cierre y el otro extremo se comunica con el recipiente. La unidad de control electrónico que marca radiactivamente la presión de vapor del tanque de combustible se calcula con el volumen del nivel de aceite para registrar los cambios en los parámetros de temperatura, presión y volumen del vapor. Cuando la presión de vapor aumenta y alcanza el máximo, la unidad de control electrónico emite una señal de alarma e indica que el motor de los vehículos eléctricos comience a funcionar.

Ventajas del tanque de combustible de plástico

Ligero : en el caso del tanque de metal, el peso considerado del tanque de acero de alta densidad es ~ 8 veces mayor que el del HDPE. La pared del tanque de HDPE es de 3 a 4 veces más gruesa que la de los tanques de acero. Los tanques de acero también son muy costosos debido al alto costo del estampado. Por ejemplo, un tanque de acero de un automóvil de pasajeros estándar pesa ~ 22 kg, mientras que el tanque de plástico pesa alrededor de 13 kg. Un tanque de combustible de plástico también ayuda a un ahorro significativo en la energía de la fase de uso en comparación con el acero. Esto contribuye al bajo requerimiento de energía de un vehículo y potencialmente ahorra el costo del combustible. La reducción de ruido es uno de los parámetros más importantes de los vehículos eléctricos. Los tanques de plástico amortiguan el ruido y las vibraciones en la cabina de los vehículos eléctricos.

Resistencia a la corrosión : Los tanques de combustible generalmente están expuestos a la corrosión debido a la acción del combustible y otros elementos externos, como barro, sal, grava, etc. en la carretera. Un tanque de combustible de plástico es muy resistente a la corrosión. El vapor de agua se forma dentro de un tanque de metal medio vacío que, a su vez, produce oxidación; sin embargo, el tanque de plástico no corrosivo es inmune a la oxidación.

Costo : el costo de un tanque de combustible de plástico es comparativamente menor que el de un tanque de acero tradicional. El uso de plásticos no solo reduce el costo de los materiales sino que también reduce el costo de mantenimiento. Sin embargo, los tanques de plástico multicapa tienen barreras para cumplir con los estándares que se imponen sobre las emisiones de evaporación. Esto se suma al costo final del tanque de combustible de plástico que, en ciertos casos, alcanza el mismo precio que el del acero.

Varias formas: los plásticos livianos se pueden moldear en múltiples formas de tanques, lo que les permite encajar en el espacio provisto y, por lo tanto, reducir el peso final de los vehículos. El espacio negativo sobrante se puede llenar diseñando el tanque de combustible de plástico al final de la fase de diseño del automóvil.

Desventajas de los tanques de combustible de plástico

Seguridad : Existe un riesgo significativo cuando un tanque de combustible de plástico está sujeto al fuego. Es más probable que el tanque de combustible de plástico se derrita, y el combustible del interior puede fluir, lo que eventualmente provocaría una explosión. Los nuevos tanques de combustible de plástico están muy avanzados; pueden deformarse y rebotar sin fallar, manteniendo así su volumen original y la presión segura del tanque. Esto evita la falla de explosión bajo estrés de choque.

Emisiones : Los tanques de combustible de plástico son permeables a los hidrocarburos de la gasolina. En algunos países desarrollados, existen certificaciones para vehículos de emisión parcial cero (PZEV), que no se proporcionan para vehículos que comprenden tanques de combustible de plástico. El alcohol etileno vinílico (EVOH) se utiliza como material de barrera en tanques de plástico a base de HDPE, lo que reduce la permeabilidad al vapor. Los tanques de combustible de plástico que utilizan EVOH como material de barrera están cumpliendo con las regulaciones establecidas por la EPA (Agencia de Protección Ambiental) de los EE. UU. Y LEV I por CARB (Junta de Recursos del Aire de California).

Eliminación : Los tanques de combustible de plástico se eliminaron antes y causaron un problema importante al medio ambiente. Con los avances tecnológicos actuales, los tanques de combustible de plástico o de HDPE se reciclan. Sin embargo, las características técnicas no son exactamente similares a las del plástico virgen.El tanque de combustible es una aplicación en la que el plástico ha avanzado rápidamente en los últimos años, especialmente en Europa Occidental. El primer tanque de combustible de plástico a bordo fue hecho en el 1967, lo que generó el interés de modo que en 1980 alrededor del 80% de todos los tanques eran de plástico. Los Estados Unidos, tiene tanques de plástico de una sola capa moldeados por soplado desde 1984. Ahora casi el 80% de los autos vendidos en Europa Occidental tienen un tanque de combustible hecho de HDPE moldeado por soplado. El plástico ofrece más libertad de diseño que el metal, de modo que las formas complejas, como los tanques en forma de "silla de montar", se pueden fabricar con un coste de inversión relativamente bajo, ya que el molde utilizado para el moldeo por soplado se puede fabricar de forma económica en comparación con el moldeo por inyección. Las otras ventajas son el bajo precio del polímero, el ahorro de peso, la resistencia a la corrosión (un problema severo con los tanques de acero y los combustibles bajos en plomo) y la incorporación de piezas que, con el acero, deben fabricarse por separado y necesitan soldarse entre sí. Varios productores de polietileno han desarrollado tipos especiales de HDPE de alto peso molecular para el moldeo por soplado de tanques de combustible, cumpliendo también el Reglamento europeo EC34, Apéndice 5 sobre seguridad contra incendios y el FMVSS 302 equivalente de EE. UU. Programas de desarrollo conjunto con fabricantes de automóviles y fabricantes de tanques de combustible. El alto peso molecular mejora la tenacidad del tanque final contra impactos y mejora la moldeabilidad. Hay un grado de HDPE experimental de alto peso molecular, alto módulo, con el cual es posible una reducción de peso del tanque de al menos un 10%. Se mencionan una resistencia a la fluencia mejorada así como tiempos de ciclo de moldeo más cortos. Los tanques de combustible se prueban dejándolos caer, llenos de glicol a una temperatura de -40°C desde una altura de 6 m en sus uniones sobre un piso de concreto. No deben romperse. La regulación ECE 34 significa que el tanque debe resistir un fuego abierto colocado directamente debajo de ellos para que llueva sin fugas y sin hundirse en más de una cantidad establecida. Los vehículos pesados a menudo tienen un escudo térmico de acero debajo del tanque para protección. El HDPE presenta una buena resistencia química a diferentes combustibles. Desafortunadamente, el polímero es bastante permeable a los hidrocarburos, por lo que los tanques de HDPE sin tratar pueden perder cantidades mensurables de combustible por "evaporación". Un tanque de combustible de HDPE promedio sin tratar puede perder hasta 20 g/día de combustible, mientras que se permite un máximo de 2 g/día (la prueba "SHED" de EE. UU.) Existen varias tecnologías establecidas para reducir la permeabilidad:

Por sulfonación del polímero HDPE en el interior del tanque, se forma una capa de HDPE sulfonado con permeabilidad reducida. Este método no se usa mucho.
Por fluoración de la capa interna de polímero de HDPE. Mediante el tratamiento del interior del tanque con gas flúor se forman unas pocas micras de PE fluorado que tiene una permeabilidad de hidrocarburos reducida. En la práctica, se distinguen dos métodos: fluoración en línea y fuera de línea. Una desventaja es que con el tiempo, especialmente con metanol o combustibles que contienen alcohol, esta fina capa se desgasta, dejando el tanque sin barrera. Esto se prueba mediante la llamada "prueba de salpicaduras" con un millón de ciclos que representan diez años de uso. La respuesta podría ser la denominada "superfluoración", es decir. creando una capa de barrera más gruesa.
La adición al HDPE de 5-7% al nailon 6 compatible con HDPE. El battier consta de muchas plaquetas discontinuas y superpuestas de Selar dentro del HDPE. Moldeo por soplado de coextrusión multicapa con una capa de barrera de polímero de EVOH (etileno-alcohol vinílico). La última variación de esta tecnología consiste en producir un tanque de 6 capas: HDPE / pegante/ EVOH / pegante / recHDPE / HDPE. Las capas de amarre se encargan de "pegar" juntas capas incompatibles de HDPE y EVOH. RecHDPE es chatarra de producción reciclada. El contenido total de EVOH podría ser del 2%. Este sistema es insensible a las calidades de combustible más nuevas. Las capas de amarre se encargan de "pegar" juntas capas incompatibles de HDPE y EVOH. RecHDPE es chatarra de producción reciclada. El contenido total de EVOH podría ser del 2%. Este sistema es insensible a las calidades de combustible más nuevas.
Una capa de barrera interna de nailon en un tanque de HDPE moldeado por soplado. Esto se ha desarrollado en los EE. UU., Pero parece probable que sea reemplazado por la tecnología.
Completamente experimental es la introducción de polímeros APK (policetonas alifáticas), resinas de alta barrera para sistemas de combustible y tanques en particular. Los polímeros APK no se pueden moldear por soplado y deben convertirse mediante moldeo por inyección. Esto significa moldear por inyección partes del tanque y soldar las piezas juntas. La construcción del tanque puede tener muchas más características que las moldeadas por soplado y menos problemas con el equipo interior del tanque. Se están realizando pruebas con un importante productor de tanques.
Una técnica experimentalconsiste en recubrir un tanque monocapa de HDPE con una capa de aproximadamente 45 micras de "Nanosilicatos" en el interior. Esto mejora las propiedades de barrera de manera muy significativa.

La cantidad máxima permitida de hidrocarburos difundidos (HC) que salen de un vehículo está limitada a 2 g / 24 h según lo medido en la prueba "SHED", y los cambios en la composición del combustible (en los Estados Unidos el combustible contiene alcohol), la tecnología, la coextrusión multicapa, está ganando terreno. SHED son las siglas en inglés de Determinación por evaporación de carcasa sellada. El estado de California ha decidido reducir este nivel a 0,5 g / día de HC liberado para el año 2004. Aún no se sabe con certeza si el resto del mundo lo seguirá, pero se considera posible a largo plazo. La tecnología de barrera multicapa se introdujo por primera vez a gran escala en los EE. UU. Debido a la fuerte inversión en máquinas de moldeo por soplado por parte de los principales actores, no se espera que los polímeros APK, a pesar de sus excelentes propiedades de barrera, logren un gran avance a mediano plazo, uno de los principales productores de tanques de combustible en Europa está experimentando con la tecnología de moldeo por inyección. Sin embargo, aún no está claro cuál será el nivel máximo permitido de emisión de HC en Europa para 2005. Si la superfluoración y la multicapa no son utilizables debido a regulaciones más estrictas, los tanques moldeados por inyección de APK pueden tener una oportunidad. La ventaja del moldeo por inyección y la soldadura posterior es que se pueden incorporar más piezas en el moldeo y no es necesario soldarlas. La superfluoración presenta algunos problemas con la soldadura de piezas adicionales en el tanque y, por lo tanto, es necesario fluorar fuera de línea, cuando las piezas ya están soldadas. Esta técnica permite aprobar cómodamente la normativa Euro 2000 y sin duda aumentará su penetración en el mercado europeo a medio plazo. Los productores estadounidenses que no les gusta la fluoración y prefieren la tecnología de coextrusión multicapa, pueden tener una muy buena alternativa, si las pruebas tienen éxito, con las técnicas de recubrimiento interno de un tanque de HDPE monocapa con nanosilicatos.