UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN DEL ACEITE DE UN
MOTOR OTTO CON EL USO DE COMBUSTIBLE EXTRA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
JUAN FRANCISCO CONTRERAS MORILLO
DIRECTOR: ING. EDWIN TAMAYO
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1714758024
APELLIDO Y NOMBRES: Contreras Juan Francisco
DIRECCIÓN: Sigchos Oe5-270
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2844907
TELÉFONO MOVIL: 0998526663
DATOS DE LA OBRA
TITULO: ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN DEL
ACEITE DE UN MOTOR OTTO CON EL
USO DE COMBUSTIBLE EXTRA
AUTOR: Juan Francisco Contreras
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
30 de Mayo del 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN
Ing. Edwin Tamayo
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: El proyecto de investigación consistió en el
pretenden conocer el deterioro o degradamiento que sufre el aceite a través de diferentes análisis con la ayuda del analizador de lubricantes tras el recorrido del vehículo seleccionado de 3000km. Las mediciones realizadas comprenden el porcentaje de deterioro del aceite y contenido de agua en el lubricante, además de su contaminación química, dieléctrico e índice ferroso que sufren los lubricantes con el trabajo mecánico del motor. Los resultados tras haber realizado el muestreo y análisis con ayuda de la maquina pudieron evidenciar el comportamiento del aceite en el motor y además los posibles defectos que pueda tener la combustión. Estos resultados arrojaron que el degradamiento del aceite y el comportamiento del motor es el correcto, además que el deterioro del aceite fue el correcto con relación a los 3000km de recorrido que recomiendan con un aceite mineral en la ciudad de Quito dado las condiciones de conducción. Con los resultados obtenidos y el análisis realizado se procedió a encontrar las ecuaciones necesarias a fin de proyectar el tiempo y kilometraje correcto para el siguiente cambio de aceite. En conclusión se pudo evidenciar que existió una ligera contaminación en el aceite mineral siendo esta degradación normal frente al recorrido de 3000km del vehículo.
PALABRAS CLAVE: Lubricante
Análisis Contaminación
ABSTRACT: The research project included analysis of
ferrous index and its dielectric number with the mechanical work and motor contamination. The results after performing the sampling and analysis using the machine could demonstrate the behavior of oil in the engine and also the possible defects that may have combustion by the degree of pollution suffered by the oil. These results showed that the downgrading of the oil and motor behavior is correct, in addition to oil deterioration was correct regarding the 3000km of travel that recommend a mineral oil in the city of Quito given driving conditions. With the results obtained and the analysis proceeded to find the necessary millage or work hours to project the right time and for the next oil change and equations. In conclusion we can show that there was a slight contamination in the mineral oil being this normal degradation against 3000km route of the vehicle.
KEYWORDS: Lubricant
Analysis Contamination
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________
CONTRERAS MORILLO JUAN FRANCISCO
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, CONTRERAS MORILLO JUAN FRANCISCO, CI 1714758024 autor/a del proyecto titulado: ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN DEL ACEITE DE UN MOTOR OTTO CON EL USO DE COMBUSTIBLE EXTRA previo a la obtención del título de GRADO ACADÉMICO COMO APRECE EN EL CERTIFICADO DE EGRESAMIENTO en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 2 de Junio de 2016
f:__________________________________________ CONTRERAS MORILLO JUAN FRANCISCO
DECLARACIÓN
Yo JUAN FRANCISCO CONTRERAS MORILLO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Juan Francisco Contreras Morillo
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Análisis de la
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme permitido llegar a este momento importante en mi formación profesional y darme las fuerzas necesarias para hacerlo. A mis Padres y mi familia por su esfuerzo, motivación, dedicación y apoyo incondicional para la culminación de mi carrera.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... xii
ABSTRACT ... xiii
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 4
2.1. MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ... 4
2.1.1. RESEÑA HISTÓRICA ... 4
2.1.2. PRINCIPIO DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ... 5
2.1.3. TERMINOS BÁSICOS DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ... 5
2.1.4. CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ... 6
2.1.4.1. Por los tiempos de trabajo... 6
2.1.5. MOTOR OTTO ... 8
2.1.5.1. Parámetros geométricos del motor Otto de 4 tiempos ... 8
2.1.5.2. Ciclos de trabajo del motor Otto de 4 tiempos ... 10
2.1.6. SISTEMA DE LUBRICACIÓN ... 12
2.1.6.1. Presión ... 12
2.1.6.2. Tipos de sistemas de lubricación ... 12
ii
2.1.6.4. Componentes del sistema de lubricación ... 13
2.2. LUBRICANTES... 16
2.2.1. SUSTANCIA ... 17
2.2.2. TRIBOLOGÍA ... 18
2.2.3. FRICCIÓN ... 18
2.2.4. DESGASTE ... 18
2.2.5. TIPOS DE LUBRICANTES ... 19
2.2.5.1. Aceite para motor de larga duración ... 19
2.2.5.2. Aceites minerales ... 19
2.2.5.3. Aceites monogrado ... 20
2.2.5.4. Aceites multigrado ... 21
2.2.5.4. Aceites sometidos a hidrocraqueo ... 21
2.2.5.5. Aditivos... 22
2.2.5.6. Atfn (automatic transmission fluid) ... 22
2.2.5.7. Barniz lubricante ... 22
2.2.5.8. Bisulfuro de molibdeno ... 22
2.2.6. PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES ... 23
2.2.6.1. Viscosidad ... 23
2.2.6.2. Punto de escurrimiento ... 23
2.2.6.3. Punto de floculación ... 24
2.2.6.4. Punto de inflamación ... 24
2.2.6.5. Punto de ignición ... 24
2.2.6.6. Rigidez dieléctrica ... 24
2.2.6.7. Número de neutralización ... 25
iii
2.2.6.9. Peso específico ... 26
2.2.6.10. Tendencia a la corrosión. ... 26
2.2.6.11. Oxidación acelerada ... 26
2.2.6.12. Humedad ... 26
2.2.6.13. Color... 27
2.2.6.14. Punto de anilina ... 27
2.2.6.15. Estabilidad térmica ... 27
2.2.7. ANALIZADOR DE LUBRICANTES... 28
2.3. COMBUSTIBLES ... 28
2.3.1. COMBUSTIBLES FÓSILES ... 29
2.3.1.1. Petróleo ... 29
2.4. MANTENIMIENTO DEL VEHÍCULO ... 31
2.4.1. MANTENIMIENTO PREVENTIVO ... 32
2.4.2. MANTENIMIENTO CORRECTIVO ... 32
2.4.3. MANTENIMIENTO PREDICTIVO... 33
3. METODOLOGÍA ... 35
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS ... 38
4.1. SELECCIÓN DEL LUBRICANTE ... 38
4.1.1. CLASIFICACIÓN API DE LOS LUBRICANTES ... 39
4.1.1.1. Clasificación api para vehículos a gasolina ... 39
4.2. SELECCIÓN DEL VEHÍCULO ... 41
iv 4.3.1. PROTOCOLOS Y CUIDADOS DE USO DEL
ANALIZADOR DE LUBRICANTES ... 43
4.3.1.1. Procedimientos para el equipo analizador de lubricantes ... 43
4.3.1.2. Cuidado con los componentes del analizador de lubricantes ... 44
4.3.2. SOFTWARE DEL ANALIZADOR DE LUBRICANTES ... 47
4.3.2.1. Proceso de configuración del software ... 47
4.3.2.2. Ventanas del software del analizador de lubricantes ... 49
4.3.3. CALIBRACIÓN DEL ANALIZADOR DE LUBRICANTES ... 52
4.3.4. EXTRACCIÓN DEL ACEITE ... 56
4.3.4.1. Muestreo con bomba de vacío ... 56
4.3.4.2. Muestreo por medio del cárter ... 56
4.3.5. PASOS PARA EL ANÁLISIS DE UN LUBRICANTE ... 57
4.3.6. ERRORES DE MEDICION ... 61
4.3.7. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ... 63
4.3.8. PARÁMETROS PARA LA TOMA DE MUESTRAS Y ANALISIS DE DATOS ... 63
4.4. RESULTADOS OBTENIDOS ... 65
4.4.1. PORCENTAJE DE USO DEL ACEITE ... 66
4.4.2. ÍNDICE QUÍMICO... 68
4.4.3. DIELÉCTRICO ... 69
4.4.4. ÍNDICE FERROSO ... 71
4.4.5. PORCENTAJE DE AGUA ... 72
v
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 38
5.1. CONCLUSIONES ... 76
5.2. RECOMENDACIONES ... 77
BIBLIOGRAFÍA ... 78
vi
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla1. Términos básicos de un MCI ... 6
Tabla2. Parámetros del motor Otto ... 9
Tabla3. Parámetros del motor Otto ... 9
Tabla 4. Tipos de aceites minerales ... 19
Tabla5. Grados de viscosidad de aceites bajo la clasificación SAE ... 20
Tabla 6. Relación de las viscosidades entre centiStokes y SUS ... 23
Tabla 7. Tabla de resultados para la prueba de anilina ... 27
Tabla8. Ficha técnica Skoda Fabia ... 41
Tabla9. Cuadro de toma de muestras ... 64
Tabla10. Alertas y límites de medición ... 64
Tabla11. Resultados de la investigación ... 65
Tabla12. Porcentajes de uso mecánico del aceite ... 67
Tabla13. Índice químico ... 68
Tabla14. Dieléctrico de las muestras ... 70
Tabla15. Índice ferroso de las muestras ... 71
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura1. Primer vehículo con motor de combustión interna creado por
Benz ... 5
Figura2. Términos básicos de un motor de 4 tiempos ... 6
Figura3. Motor de combustión interna de dos tiempos ... 7
Figura4. Motor de combustión interna de cuatro tiempos. ... 7
Figura5. Motor Otto ... 8
Figura6. Parámetros geométricos del motor Otto ... 9
Figura7. Tiempo de admisión ... 10
Figura8. Tiempo de compresión ... 10
Figura9. Tiempo de explosión ... 11
Figura10. Tiempo de escape ... 11
Figura11. Circuito de lubricación ... 14
Figura12. Bomba de aceite ... 14
Figura13. Manómetro de presión de aceite del tablero de instrumentos. ... 15
Figura14. Cárter ... 15
Figura15. Filtro de aceite de tipo cartucho de un Skoda Fabia 2008 ... 16
Figura 16. Aceite mineral Mobil súper 1000 10W30 ... 17
Figura17. Mezcla heterogénea donde se distinguen dos sustancias. ... 18
Figura 18. Aceite mineral multigrado Golden Bear 10W30 ... 21
Figura19. Aditivos para distintos sistemas del motor ... 22
viii
Figura21. Cuadro de rigidez dieléctrica y temperatura en grados
Celsius ... 25
Figura22. Analizador de lubricantes Oilview Quick Check ... 28
Figura23. Diagrama de una torre de destilación de petróleo ... 30
Figura24. Octanaje de diferentes gasolinas ... 31
Figura25. Proceso de mantenimiento preventivo. ... 32
Figura26. Mantenimiento correctivo ... 33
Figura27. Niveles del mantenimiento predictivo ... 34
Figura28. Aceite mineral Mobil súper 1000 10w30 ... 38
Figura29. Aceite Golden Bear con clasificación API SN ... 40
Figura30. Skoda Fabia 2008 ... 41
Figura31. Analizador de lubricantes "Oilview Quickcheck" ... 42
Figura32. Partes del equipo analizador de lubricantes ... 43
Figura33. Fluidos de calibración del analizador de lubricantes. ... 44
Figura34. Frascos recolectores de muestra ... 45
Figura35. Mezcla de aceite y diésel en el frasco de muestra ... 45
Figura36. Limpieza del sensor ... 46
Figura37. Curva de la variación del dieléctrico respecto de la temperatura... 46
Figura38. CD de instalación del analizador de lubricantes ... 47
Figura39. Ventana para el inicio de configuración ... 48
Figura40. Ventana de configuración ... 48
Figura41. Ventana para la creación de la base de datos ... 49
Figura42. Ventana indicadora de la posición del sensor ... 49
Figura43. Ventana de alarmas ... 50
ix
Figura45. Ventana de la base de datos ... 51
Figura46. Ventana de reporte ... 52
Figura47. Inicio del proceso de calibración ... 53
Figura48. Pantalla del inicio de la calibración ... 53
Figura49. Proceso de calibración con el fluido 220 ... 53
Figura50. Nivel de los fluidos de calibración ... 54
Figura51. Pantalla después de colocar el fluido de calibración 220 ... 54
Figura52. Calibración con el fluido 300 ... 54
Figura53. Finalización de calibración del Equipo ... 55
Figura54. Pantalla de finalización de la calibración del equipo ... 55
Figura55. Muestreo con bomba de vacío ... 56
Figura56. Muestreo por medio del tapón del cárter ... 57
Figura57. Equipo listo para el análisis del lubricante ... 58
Figura58. Medición del aceite con una probeta... 58
Figura59. Indicador del constante dieléctrico del lubricante ... 59
Figura60. Indicador para colocar el aceite diluido ... 59
Figura61. 30ml de diésel para la disolución del aceite ... 59
Figura62. Análisis final del aceite ... 60
Figura63. Resultados iniciales presentados en la pantalla ... 60
Figura64. Resultados finales del Analizador de lubricantes ... 61
Figura65. Limpieza del roscado y sensor ... 62
Figura66. Mesa de trabajo para la investigación ... 63
Figura67. Grafico del kilometraje y las horas de uso del aceite ... 66
Figura68. Porcentaje de uso mecánico ... 67
x
Figura70. Cambios del dieléctrico en el lubricante ... 70
Figura71. Aumento del índice ferroso ... 72
Figura72. Grafico del porcentaje de agua en el aceite ... 73
Figura73. Porcentaje de uso del aceite con respecto al kilometraje
xi
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1
Clasificación API de los lubricantes para motores a gasolina ... 80
ANEXO 2
Clasificación API de los lubricantes para motores diésel ... 81
ANEXO 3
Clasificación SAE de los lubricantes ... 82
ANEXO 4
Límites de detección del analizador de lubricantes... 83
ANEXO 5
Especificaciones técnicas del aceite mineral Mobil 1000 10w30 ... 84
ANEXO 6
xii
RESUMEN
xiii
ABSTRACT
1
1. INTRODUCCIÓN
Los hidrocarburos son sustancias que están presentes bajo la corteza terrestre obtenidas de la descomposición de elementos orgánicos a través del tiempo, los cuales se depositan en el subsuelo. El estudio de los hidrocarburos comienza de la intención del hombre por cambiar el uso de la madera por combustibles fósiles tales como el carbón mineral, el gas natural y el petróleo. Los combustibles fósiles fueron esenciales para el desarrollo de la sociedad, la desventaja de este tipo de combustibles es su difícil obtención y el hecho que no son renovables. En la actualidad los combustibles fósiles son indispensables ya que su uso genera el 80% de la energía total utilizada en el planeta. El combustible fósil que se tomara en cuenta en la investigación es el petróleo de donde viene la gasolina. La gasolina es un elemento básico para la investigación ya que es el combustible utilizados en el vehículo que se utilizara, específicamente la gasolina utilizada en el proyecto es la gasolina extra la cual cuenta con 89 octanos y un mayor índice de azufre y mayor contenido de plomo (Instituto Francés del Petróleo, 2004).
Un campo muy importante dentro del funcionamiento óptimo de los motores que utilizan gasolina es el sistema de lubricación ya que de este dependerá directamente el desgaste generado por la fricción entre los componentes metálicos del motor. Este sistema es el encargado de generar una película de aceite en todos los componentes del motor impidiendo el rozamiento directo de dos componentes. Para que todo esto se cumpla es necesario la elección correcta de un buen lubricante.
2 aceites que son los minerales los cuales son hechos a partir de petróleo crudo, estos lubricantes tienen un tiempo de vida de 5000km pero en la ciudad de Quito este durabilidad puede ser afectada por las condiciones de uso del vehículo y la calidad de combustible que se tiene en el país, es por esta razón que se necesita un estudio de la contaminación de aceite y se recomienda que el cambio de aceite de este tipo de lubricantes se realice tras un recorrido de 3000km.
El enfoque de la investigación es el análisis de la contaminación que se puede generar por una mala combustión del motor y el deterioro normal de los aceites que sufren tras el recorrido del vehículo. Es importante conocer el tiempo de vida útil de los aceites ya que de estos depende el índice de desgaste que puede sufrir el motor que puede repercutir directamente en el rendimiento del mismo.
El método para el trabajo investigativo fue el análisis de un aceite mineral tras 3000km de recorrido, todo esto se lo realiza gracias a un analizador de lubricantes en el cual se puede medir parámetros como el porcentaje de uso del aceite, índice químico, índice ferroso y el porcentaje de agua que puede tener el aceite. Estos parámetros son suficientes para un análisis de un aceite mineral y saber si este lubricante elegido es apto para el óptimo funcionamiento en el vehículo. En el trabajo escrito también se puede encontrar los pasos necesarios para la investigación como son los parámetros y procedimiento para las tomas de muestras, indicaciones para una correcta manipulación del equipo y para el correcto funcionamiento del software. Con todo esto también se establecieron los parámetros necesarios con el fin de obtener datos confiables.
3 Se pudo evidenciar que el aceite utilizado en la investigación cumplió cabalmente con su acción de lubricación y no sufrió excesivos cambios en sus componentes químicos, esto gracias también a que el vehículo seleccionado tenía un óptimo funcionamiento en su motor y el sistema de lubricación. La investigación realizada con el aceite mineral con un motor Otto constituye una guía de estudio del comportamiento que tienen los lubricantes dentro del motor y de cómo estos cambian sus propiedades con el trascurso del tiempo de recorrido del vehículo, así como para identificar los rangos de tolerancia de contaminación química e índice ferroso que el aceite tiene en su tiempo de vida.
El objetivo general del proyecto analizar la contaminación del aceite de un motor Otto con el uso de gasolina extra para su funcionamiento.
Mediante el proyecto se busca cumplir con los objetivos específicos propuestos como investigar las características y propiedades del aceite mineral para la aplicación en motores Otto y establecer los parámetros y tipos de análisis que se realizaran en la investigación con el fin de obtener datos confiables.
4
2. MARCO TEÓRICO
Para poder entender el trabajo es importante primero conocer los equipos y componentes que van a intervenir a lo largo de todo este documento e investigación, así como las características y variedades de los lubricantes que existen en el mercado y los factores que pueden influir en los resultados que posteriormente con ayuda de las pruebas se podrán sacar las debidas conclusiones.
En este capítulo se explicaran todos los componentes y características importantes de los componentes y sustancias que influirán en el trabajo de titulación, así como los fenómenos y procedimientos que se realizaran a lo largo del trabajo.
2.1. MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
2.1.1. RESEÑA HISTÓRICA
El principio de los motores de combustión interna se dio a partir de los motores a vapor ya que los dos aprovechan la presión generada por la combustión y vapor respectivamente en cada máquina.
El primer motor de combustión interna fue hecho por el científico Etienne Lenoir en el siglo a mediados del siglo 19 el cual obtenía energía mecánica, es decir trabajo de los componentes mecánicos a partir de la combustión creada a partir del aire y del oxígeno.
5
Figura1. Primer vehículo con motor de combustión interna creado por Benz (Sanz, 2011)
2.1.2. PRINCIPIO DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
Los motores de combustión interna son los más utilizados en automóviles gracias a su eficiencia y su costo no muy elevado comparándolos con los motores eléctricos, estas máquinas son capaces de transformar la energía química que produce la mezcla de aire y combustible al momento de la ignición en la cámara de combustión, en energía cinética y potencial que gracias a los diferentes mecanismos del motor se transforman en energía mecánica que permite el movimiento del cigüeñal y este es transmitido al diferencial y posteriormente a las cuatro o a dos ruedas del vehículo. (Corporación BOSCH, 2005).
2.1.3. TERMINOS BÁSICOS DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
6
Figura2. Términos básicos de un motor de 4 tiempos (Corporación BOSCH, 2005)
Tabla1. Términos básicos de un MCI
(Corporación BOSCH, 2005)
2.1.4. CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
2.1.4.1. Por los tiempos de trabajo
- Motor de dos tiempos, Los motores de dos tiempos como en la figura 3 son los cuales realizan el ciclo de trabajo en 180°, es decir en una vuelta del cigüeñal. Los tiempos que realiza este motor son carga, compresión, combustión y expulsión. Estos motores podemos encontrarlos en motocicletas en el caso del motor a gasolina y los que funcionan a diésel se los utiliza para grandes propulsiones marinas (Sanz, 2011).
TERMINO NOMBRE DESCRIPCIÓN
PMS Punto muerto superior Punto mas alto al que va a llegar el pistón
PMI Punto muerto inferio Punto mas bajo al que va a llegar el pistón
S Carrera Distancia que recorre el piston del PMI al PMS
Vc Volumen de la cámara Volumen contenido en la cámara de combustion
Vh Volumen del cilindro Volumen contenido en el cilindro
7
Figura3. Motor de combustión interna de dos tiempos (Sanchez, 2012)
-Motor de cuatro tiempos,El ciclo de trabajo en este tipo de motores se realiza en 4 tiempos o 2 vueltas del cigüeñal, los tiempos son admisión, compresión, combustión (diésel) o explosión (gasolina) y escape.
Como se puede observar en la figura 4 todo este procedimiento es controlado con la admisión y escape de la mezcla aire combustible por 2,3 o 4 válvulas dependiendo de la construcción del motor (Sanz, 2011).
8
2.1.5. MOTOR OTTO
Son los motores más comunes y están colocados en la mayoría de vehículos livianos, sus componentes son livianos y las presiones que soporta no son muy altas, por esta razón el régimen de revoluciones se encuentra entre las 5000 y 7000 rpm, el trabajo es generado por la explosión de la mezcla de aire-combustible de la cámara de combustión que con la ayuda de la chispa generada por la bujía realiza un desplazamiento del pistón y produce el movimiento del cigüeñal. En la figura 5 se puede apreciar un motor Otto de 4 cilindros en línea (Sanz, 2011).
Figura5. Motor Otto
2.1.5.1. Parámetros geométricos del motor Otto de 4 tiempos
9
Tabla2. Parámetros del motor Otto
(Sanchez, 2012)
Tabla3. Parámetros del motor Otto
(Sanchez, 2012)
10
2.1.5.2. Ciclos de trabajo del motor Otto de 4 tiempos
A continuación se explicará los 4 tiempos del motor Otto de una forma simplificada, estos 4 tiempos se los realiza en dos vueltas del cigüeñal, es decir en un recorrido de 720°.
- Admisión, en la figura 7 se puede observar el recorrido del pistón del PMS al PMI, la válvula de escape se encuentra cerrada y la de admisión abierta, el movimiento del émbolo crea una depresión el cual permite el ingreso de la mezcla de aire y combustible pulverizado (Sanchez, 2012).
Figura7. Tiempo de admisión (Sanchez, 2012)
- Compresión, el émbolo se desplaza del PMI al PMS, las válvulas se encuentran cerradas y la mezcla se comprime en la cámara de combustión como muestra la figura 8 (Sanchez, 2012).
11 - Explosión, las válvulas de admisión y escape se encuentran cerradas como muestra la figura 9, el émbolo recorre al PMI a causa de la explosión que se produce por la chispa generada por la bujía lo que genera una gran presión que mueve el pistón hacia abajo y mueve el cigüeñal (Sanchez, 2012).
Figura9. Tiempo de explosión (Sanchez, 2012)
- Escape, el émbolo se mueve del PMI al PMS que empuja los gases residuales de la explosión por la válvula de escape que se encuentra abierta. Este procedimiento se puede observar en la figura 10 (Sanchez, 2012).
12
2.1.6. SISTEMA DE LUBRICACIÓN
La función del sistema de lubricación de un vehículo es entregar el aceite lubricante hacia todos los sistemas mecánicos del automóvil, esto lo realiza creando una película de aceite la cual no permite el rozamiento directo entre dos componentes mecánicos y así alargar la vida del motor reduciendo el rozamiento y desgaste.
El motor Otto es un motor capaz de aprovechar del 23 al 35% de la energía generada en la cámara de combustión, mucho de esto se pierde por la friccion mecánica y en calor generado, el sistema de lubricación es el encargado de reducir estas pérdidas de desgaste mediante la irrigación de lubricante en todo el sistema el cual cumple la función de enfriar y no permitir el contacto directo de dos piezas metálicas (Gil, 2000).
2.1.6.1. Presión
La presión dentro del sistema de lubricación es muy importante ya que una baja presión no permitirá que el aceite llegue de manera correcta hacia las paredes del cilindro lo que producirá un excesivo desgaste, mientras que una presión excesiva no dejaría trabajar de forma óptima a los mecanismos ya que crearía oposición de movimiento entre el émbolo y las paredes del cilindro (Gil, 2000).
2.1.6.2. Tipos de sistemas de lubricación
El sistema de lubricación es el encargado de generar o distribuir el aceite a fin de crear una película de aceite la cual evitara el rozamiento entre dos componentes metálicos, para este procedimiento existen diferentes tipos de lubricación:
13 - Sistema a presión. Este sistema es el más usado y el más común, costa de una bomba la cual irriga el lubricante a todo el motor excepto al pie de biela. - Sistema a presión total. Es el mismo sistema de lubricación anterior pero más perfeccionado, este es capaz de lubricar todas las partes móviles que se encuentran en el motor y pueden sufrir un desgaste.
- Sistema de cárter seco. Este tipo de sistema de lubricación es utilizado en motores de competición y en motores de aviones, son utilizados ya que sus motores se encuentran constantemente en cambio de posición, también es utilizado en vehículos de competición de perfil balo los cuales por temor a perdida por efecto de un rozamiento o golpe colocan el depósito de aceite en la parte superior lo que además brinda una mejor refrigeración del aceite. (Gil, 2000).
2.1.6.3. Tipos de refrigeración de los lubricantes
Gracias a las altas temperaturas generadas por el motor el aceite puede modificar sus propiedades lubricantes, por esta razón se necesita enfriarlo para un correcto funcionamiento y para esto se emplean dos sistemas de refrigeración de lubricantes operador por el cárter y el segundo por un radiador.
- Refrigeración por cárter
- Refrigeración por radiador. El aceite es enfriado en su recorrido por el radiador que esta refrigerado por agua.
(Gil, 2000)
2.1.6.4. Componentes del sistema de lubricación
14
Figura11. Circuito de lubricación
- Bombas de aceite. Es la encargada de generar una presión con la cual va a ser enviado el aceite a todos los mecanismos del motor, este se encuentra en el cárter y el aceite es succionado por la bomba hacia todo el motor, podemos apreciar la forma de una bomba de aceite en la figura 12 (Gil, 2000).
Figura12. Bomba de aceite
15
Figura13. Manómetro de presión de aceite del tablero de instrumentos.
- Carter. Es el depósito donde se encuentra el aceite que lubrica el motor, este componente debe soportar altas temperaturas, este en su interior cuenta con unas aletas que ayudan en la disipación de calor del aceite. El cárter como en la figura 14 tiene un orificio en la parte inferior el cual permite el vaciado del depósito (Gil, 2000).
Figura14. Cárter
16 de cartucho como podemos observarlo en la figura 15 que es el filtro utilizado por el vehículo seleccionado para la investigación del lubricante, que no tienen una carcasa metálica ni componentes metálicos, por esta razón este tipo de filtros son fáciles de reciclar y por lo tanto amigables con el medio ambiente (Gil, 2000).
Figura15. Filtro de aceite de tipo cartucho de un Skoda Fabia 2008
2.2. LUBRICANTES
17
Figura 16. Aceite mineral Mobil súper 1000 10W30
2.2.1. SUSTANCIA
En química se puede definir a una sustancia de la siguiente manera, como un tipo específico de materia homogénea y cuya composición no es variable, otra definición es que una sustancia es la materia por la cual está compuesta un cuerpo (Real Academia Española, 2014).
18
Figura17. Mezcla heterogénea donde se distinguen dos sustancias.
2.2.2. TRIBOLOGÍA
La tribología es la ciencia encargada del estudio del rozamiento que se produce entre dos cuerpos. Se enfoca en el análisis del desgaste producido por la fricción en sistemas mecánicos (Martínez, 2002).
2.2.3. FRICCIÓN
La fricción es la fuerza que se produce o la oposición de un material o superficie al deslizarse sobre una superficie. Esto se produce debido a la rugosidad de dos superficies
Evitar la fricción entre los componentes es algo indispensable en el funcionamiento del motor ya que de este depende directamente del desgaste que se produzca en el mismo, todo esto depende del nivel de viscosidad de un lubricante, la acción del lubricante es formar una fina capa que no permite la fricción entre dos piezas metálicas (Corporación BOSCH, 2005).
2.2.4. DESGASTE
19 partículas por la acción de un esfuerzo tribológico (Corporación BOSCH, 2005).
2.2.5. TIPOS DE LUBRICANTES
Existen diferentes tipos de lubricantes, y se debe tener en cuenta el adecuado para cada tipo de motor, esto dependerá de la temperatura de trabajo, exigencias de trabajo, tipo de motor y de las especificaciones requeridas por el fabricante.
2.2.5.1. Aceite para motor de larga duración
Lubricante capaz de trabajar largos períodos de tiempo por lo tanto este tipo de aceites se los debe cambiar después de prolongados intervalos de tiempo o trabajo (Bosch, 2005).
2.2.5.2. Aceites minerales
Son mezclas de hidrocarburos y otras composiciones químicas, este tipo de lubricantes son hechos a partir de petróleo crudo. Los aceites de base parafínica tienen una composición molecular en cadena y una alta viscosidad, los aceites de base nafténica tienen una composición química en cadena y una viscosidad media y los aceites aromáticos que tienen un índice de viscosidad bajo. En la tabla 4 se puede apreciar las características de cada tipo de aceite mineral (Bosch, 2005).
Tabla 4. Tipos de aceites minerales
BASE FORMA MOLECULAR RESISTENCIA A LA OXIDACIÓN VISCOCIDAD
Parafínico Cadena Alta Alto
Nafténico Anillos Media Medio
20
2.2.5.3. Aceites monogrado
Los aceites monogrados como su nombre lo indica son lubricantes que funcionan en una época del año o temperatura, es decir tienen un solo grado de viscosidad, estos son utilizados en lugares en los cuales no existe cambios grandes de temperatura en su clima, estos aceites los podemos encontrar en las siguientes presentaciones y como los muestra la tabla 5 (Peña, 2013). - SAE 40 - Para vehículos pesados en época de calor
- SAE 30 - Para vehículos livianos en época de calor
- SAE 20 - Utilizado en climas templados o temperaturas inferiores a 0°C, no se recomienda su uso.
- SAE 10 – Recomendado para temperaturas inferiores a 0°C.
Tabla5. Grados de viscosidad de aceites bajo la clasificación SAE
21
2.2.5.4. Aceites multigrado
Son aceites para la lubricación de motores y movimiento de engranajes, están sometidos a diferentes temperaturas de funcionamiento y están destinados para usarlos en todas las épocas del año en vehículos (Bosch, 2005).
Estos lubricantes están hechos para tener un buen funcionamiento a diferentes temperaturas ambientales en lugares donde la temperatura del ambiente puede variar constantemente, este tipo de aceites son los más utilizados en el campo automotriz, estos aceites funcionan y protegen mejor a los componentes del motor en el arranque en frio, economizan con los cambios estacionales de aceite. Un ejemplo es el aceite SAE10W30 de la figura 18, lo que indica que este lubricante a bajas temperaturas va a actuar como un SAE10 y en altas temperaturas actuará como un SAE30. La tabla con la clasificación SAE de los aceites se aprecia en el anexo 3 (Peña, 2013).
Figura 18. Aceite mineral multigrado Golden Bear 10W30
2.2.5.4. Aceites sometidos a hidrocraqueo
22
2.2.5.5. Aditivos
Como muestra la figura 19, son sustancias los cuales modifican las propiedades físicas o químicas de un aceites con el fin de mejorar sus características, las principales funciones de un aditivo pueden ser mejorar la oposición a la corrosión, protección contra el desgaste o gripado (Bosch, 2005).
Figura19. Aditivos para distintos sistemas del motor
2.2.5.6. ATFN (Automatic Transmission Fluid)
Lubricante hecho para soportar los altos esfuerzos y exigencias producidas en una transmisión automática (Bosch, 2005).
2.2.5.7. Barniz lubricante
Mezcla de lubricantes solidos que con ayuda de un aglutinante, evitan en un punto el rozamiento (Bosch, 2005).
2.2.5.8. Bisulfuro de molibdeno
23
2.2.6. PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES
2.2.6.1. Viscosidad
Es la resistencia que tienen los líquidos a fluir, es la característica que tiene cada lubricante al cambiar su temperatura, los lubricantes a una mayor temperatura disminuyen su viscosidad y al disminuir la temperatura aumentan su viscosidad. Debemos elegir el aceite con la viscosidad adecuada para el funcionamiento de los mecanismos del motor ya que si este tiene una viscosidad muy baja el aceite no permanecerá en las paredes o superficies lo que podría causar un desgaste excesivo ya que no existe una película protectora, del mismo modo, si un aceite tiene un índice de viscosidad muy alto causara mucha resistencia lo que causaría pérdida de fuerza y el lubricante no podrá fluir fácilmente entre los componentes móviles. Según la Organización Internacional de Estandarización (OIS) la unidad de viscosidad de los aceites debe mostrarse en centiStokes, pero también podemos encontrar esta propiedad en SUS, la conversión de estas unidades se las puede ver en la tabla 6 (T&P Refrigeración, 2009).
Tabla 6. Relación de las viscosidades entre centiStokes y SUS
(Bosch, 2005)
2.2.6.2. Punto de escurrimiento
24
2.2.6.3. Punto de floculación
Es la temperatura en la cual un aceite empieza a dejar depósitos de cera (flocular), esto sucede al exponer a los aceites a bajas temperaturas, todo aceite contiene cera parafínica y la solubilidad de estos disminuye a bajas temperaturas hasta llegar al punto que estos elementos se separan (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.4. Punto de inflamación
El punto de inflamación es la temperatura más baja a la cual el vapor del aceite existentes se inflama con la presencia de una flama, hay que tener en cuenta que esta temperatura no es lo bastante alta para mantener el aceite ardiendo (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.5. Punto de ignición
Es la temperatura donde un aceite es expuesto a una flama y este arde y continúa ardiendo por un lapso mayor o igual a 5 segundos (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.6. Rigidez dieléctrica
La rigidez dieléctrica es la resistencia que presenta un aceite al paso de corriente eléctrica, esta medida se la presenta en kW (kilovoltios), si el lubricante contiene impurezas la rigidez dieléctrica será más alta (T&P Refrigeración, 2009).
La rigidez dieléctrica se enfoca en la capacidad de aislar que puede tener un lubricante, el contenido de agua como muestra la figura 20 es un factor determinante en el aumento del dieléctrico.
25 paso de corriente eléctrica. La temperatura es influyente como muestra la figura 21 en el valor de la rigidez eléctrica ya que esta aumenta conforme la temperatura crece hasta los 100°C (Torres, 2012).
Figura20. Cuadro de rigidez eléctrica y cantidad de agua en el aceite
Figura21. Cuadro de rigidez dieléctrica y temperatura en grados Celsius
2.2.6.7. Número de neutralización
Es la cantidad de ácido mineral que contiene un aceite lubricante, estos ácidos minerales son muy corrosivos y dañinos para la estabilidad del aceite, estos ácidos están presentes debido a una mala refinación de los lubricantes (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.8. Carbonización
26 de carbón duro y pegajoso mientras que los aceites de base nafténica dejan residuos de carbón ligero y esponjoso, siendo el primero al más contaminante y más perjudicial en la lubricación. Mientras un aceite no muestre la formación de residuos de carbón al momento de exponerlos a superficies calientes será de mejor calidad (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.9. Peso Específico
El peso específico nos permite conocer el peso de un lubricante por cada litro y conocer el origen del crudo en el cual ha sido hecho o refinado (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.10. Tendencia a la corrosión.
La tendencia a la corrosión de un lubricante es proporcional a la cantidad de azufre que tiene, ya que el azufre al tener contacto con una superficie metálica acelera el proceso de corrosión (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.11. Oxidación acelerada
Es la capacidad de un aceite o lubricante a mantener sus propiedades de refrigeración en presencia de oxígeno en el sistema. Debemos tomar en cuenta que esta característica de los lubricantes no es muy importante ya que en un buen sistema de lubricación no existirá la presencia de oxígeno (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.12. Humedad
27 humedad ayuda a la formación de ácidos, lodos y tendencia a congelarse en el sistema (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.13. Color
El color que presenta un aceite lubricante dependerá directamente de su refinamiento, un alto refinamiento dará como resultado aceites de color más claro y con menor cantidad de hidrocarburos insaturados. Existe la conclusión que los mejores lubricantes que hay son aquellos aceites de color claro, esto quiere decir que un aceite claro será más ligero pero su capacidad lubricar disminuirá. El color de un aceite es determinado por la cantidad de luz transmitida y basado en la comparación de una paleta de colores estándar (T&P Refrigeración, 2009).
2.2.6.14. Punto de Anilina
El punto de anilina es una prueba que se realiza en los aceites la cual nos permite identificar la base de los lubricantes. Los valores obtenidos de esta prueba los comparamos con la tabla 7 (T&P Refrigeración, 2009).
Tabla 7. Tabla de resultados para la prueba de anilina
2.2.6.15. Estabilidad térmica
Es importante que el lubricante aceite utilizado tenga una buena estabilidad térmica ya que esto previene la formación de lodos, ácidos, gomas y lacas, estas formaciones pueden afectar el rendimiento de un mecanismos ya que pueden taponar conductos de lubricación lo que acelera el proceso de desgaste (T&P Refrigeración, 2009).
Menores de 65 Aceites aromáticos
Entre 66 y 80 Aceites predominantemente nafténicos
Entre 81 y 90 Aceites nafténicos-parafínicos
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2.2.7. ANALIZADOR DE LUBRICANTES
El analizador de lubricantes de la figura 22, utilizado en el trabajo es el “Oilview Quick Check”, este equipo está encargado del análisis de aceites con el fin de conocer sus características y propiedades para saber si estos son aptos para su uso o su índice de contaminación. Además este se encuentra equipado con un software para la instalación en la computadora donde se puede tener un seguimiento y comparación entre aceites.
Figura22. Analizador de lubricantes Oilview Quick Check
2.3. COMBUSTIBLES
Los combustibles son materiales capaces de producir o generar energía la cual es utilizada para el funcionamiento de un mecanismo o simplemente para cambiar las condiciones térmicas de un lugar.
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2.3.1. COMBUSTIBLES FÓSILES
Este tipo de combustible es uno de los principales en la actualidad y el que más ha sido influyente en el desarrollo del transporte y desarrollo de la sociedad ya que las principales maquinas que se han inventado a lo largo de la historia y las más influyentes han sido para la humanidad, han sido creadas para funcionar con combustibles fósiles.
Dentro de los combustibles fósiles se encuentra el petróleo, el carbón y el gas natural, la principal características y desventaja de estos combustibles es que no son renovables, la dependencia actual por estos combustibles es inmensa en todo el mundo ya que generan el 80% de la energía total que se utiliza. La extracción de este tipo de combustibles es complicada ya que implica numerosas operaciones costosas y difíciles de hacer, así como la perforación del suelo para la extracción de petróleo o la excavación de minas para recoger carbón, además de complicado la obtención de este tipo de combustibles también va acompañado de grandes contaminaciones perjudiciales para el medio ambiente y por lo tanto para el ser humano (Departamento de energía química y textil de la Universidad de Salamanca, 2004).
2.3.1.1. Petróleo
Sustancia que a través de los años ha sido fundamental en la vida de la humanidad gracias a sus propiedades de adhesividad, maleabilidad y como combustible, este se encuentra a grandes profundidades bajo tierra y su extracción puede ser complicada, en el caso del Ecuador la extracción del petrolero es uno de los pilares fundamentales de la economía ya que es dependiente de este recurso no renovable.
30 indispensables para el diario vivir de una persona. En la figura 23 se puede conocer el diagrama de destilación del petróleo y de donde se obtiene cada uno de sus derivados (Pinedo, 2005).
Figura23. Diagrama de una torre de destilación de petróleo (Fundación Wikipedia, 2016)
- Gasolina. Es uno de los principales productos derivados del petróleo utilizado para el trabajo de vehículos livianos y de motores de no muy alto cilindraje, aproximadamente el 90% de la gasolina refinada del petróleo va destinado para el funcionamiento de automóviles.
Un factor importante en la gasolina es su contenido de plomo, actualmente la gasolina comercializada en el país no contiene plomo, este componente de la gasolina producirá una mayor contaminación y generaba grandes daños al catalizador (James & Handwerk, 2003).
En el país se comercializan dos tipos de gasolina, estas son la gasolina súper y extra, las principales diferencias entre estos dos combustibles son:
31 compresión mayor a 8.5, y la gasolina extra tiene un octanaje de 89 octanos (James & Handwerk, 2003).
Otra característica de las gasolinas es su densidad, a una mayor densidad el poder calorífico de una gasolina será mayor, en nuestro país la gasolina súper tiene una mayor densidad pero esta diferencia es mínima por lo cual el poder calorífico es casi el mismo. En la figura 24 se puede apreciar los diferentes tipos de gasolina que se comercializan en el Ecuador (Corporación BOSCH, 2005).
Figura24. Octanaje de diferentes gasolinas
2.4. MANTENIMIENTO DEL VEHÍCULO
32
2.4.1. MANTENIMIENTO PREVENTIVO
El objetivo principal del mantenimiento preventivo es maximizar el rendimiento y minimizar los posibles fallos que pueda tener un vehículo, esto quiere decir que este tipo de mantenimiento es programado a fin de reemplazar piezas que puedan tener fallas mecánicas o causar fricción, taponamiento o desgaste entre los componentes del motor lo que produciría perdida de potencia. El mantenimiento preventivo va también de la mano de la seguridad activa y pasiva del vehículo y evitar los excesivos gastos que produce el mantenimiento correctivo (Bolaños, 2007).
Dentro del trabajo de titulación nos enfocaremos en la actividad del mantenimiento preventivo más practicada como es el cambio de aceite del motor, el cual se puede ver el procedimiento del control de su nivel en la figura 25.
Figura25. Proceso de mantenimiento preventivo.
2.4.2. MANTENIMIENTO CORRECTIVO
33 automotor, el coste de un mantenimiento correctivo es alto ya que este no puede ser planeado y siempre comprende la reparación o reemplazo de uno de los componentes del vehículo (Ramírez, 2012).
Los procedimientos que se realizan en el mantenimiento correctivo no implican cambios funcionales en el vehículo, sino que es el encargado de corregir defectos o fallas que este pueda tener para su correcto funcionamiento, a continuación en la figura 26 se presenta el cuadro de los pasos a seguir del mantenimiento correctivo (Igllón & Chávez, 2013).
Figura26. Mantenimiento correctivo (Bolaños, 2007)
2.4.3. MANTENIMIENTO PREDICTIVO
34 propietario quiera darle al vehículo. Los niveles del mantenimiento predictivo son presentados en la figura 27 (Bolaños, 2007).
35
3. METODOLOGÍA
Para el cumplimiento del objetivo general, el presente trabajo está encargado del análisis de un aceite lubricante con el fin de recaudar la información necesaria para conocer el tiempo de vida y porcentaje de contaminación el cual va tener el aceite tras 3000km de recorrido, es decir para el trabajo se aplicó la investigación científica que comprende la búsqueda de conocimientos o datos informativos con la comparación de muestras de lubricantes mediante el uso de un analizador de lubricante con el fin de optimizar el uso que le damos al aceite.
Toda la investigación realizada en el trabajo fue con ayuda del analizador de lubricantes "OilView Quick-Check", donde se realizaron las diferentes pruebas a fin de conocer el estado de contaminación del aceite mineral seleccionado para la investigación y con la recopilación de esta información se pudo demostrar la vida útil y la calidad de aceite que se utilizó para el trabajo. Para el desarrollo del primer objetivo específico se realizó una investigación en base a fuentes bibliográficas en donde se reunió la mayor cantidad de información necesaria para el estudio y entendimiento del trabajo de titulación, esta recopilación de información se la realizo a través de libros y artículos científicos.
La fuente primaria de la investigacion nos brinda información teórica la cual nos indica conceptos e indicaciones la cual se utilizó para el desarrollo del trabajo. Todo este tipo de información necesaria para el trabajo de titulación se la obtuvo de:
- Libros de conceptos básicos - Artículos científicos
- Libros especializados en el ámbito automotriz.
36 - Folletos y manuales de instituciones
- Manual de servicio del vehículo seleccionado - Trabajos de titulación
Para el cumplimiento del objetivo de establecer los parámetros se utilizó la investigación de campo, la cual recopilo la información necesaria que se necesitaba para la realización con el fin de obtener resultados reales en la circulación diaria de los vehículos de motor Otto con gasolina extra. Los parámetros elegidos fueron.
- Realizar esta investigación en un vehículo de un cilindraje bajo o común en la ciudad de Quito
- La elección de un lubricante que sea rápida y de fácil obtención en el mercado automotriz.
- Elección del tipo de aceite que se acostumbra usar en vehículo liviano de no gran tamaño.
- El vehículo elegido debe estar en un buen estado de funcionamiento con el fin de obtener los mejores resultados.
Posteriormente para el seguimiento y obtención de los mejores resultados para el proyecto de titulación, que fue lo necesario para cumplir con el último objetivo, se procedió a realizar la investigación de tipo experimental ya que este método era el correcto para la obtención de resultados para su debida comparación y análisis del lubricante seleccionado, para este utiliza el método experimental realizaron numerosas pruebas al aceite lubricante Mobil super 1000 10w30 dependiendo del recorrido del vehículo utilizado. Todo este proceso de investigación experimental se lo realizó con la ayuda del analizador de lubricantes el cual era el dispositivo adecuado para el trabajo ya que brinda los resultados necesarios para una adecuada investigación. El analizador de lubricantes usa los siguientes métodos para la obtención de:
- Índice químico
Chemical idx = (Dieléctrico – Ref. Dieléctrico) x 100 [1] Donde:
37 Dieléctrico = Número dieléctrico obtenido de la muestra
Ref. Dieléctrico = Dieléctrico de referencia del lubricante nuevo
- Índice ferroso indicado en los resultados del software
Ferrous idx = Índice ferroso obtenido / 5 [2]
Donde:
Ferrous idx = Índice ferroso
38
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS
Este capítulo trata de la obtención de resultados y la interpretación de los mismos a partir de los diferentes análisis realizados al aceite lubricante seleccionado y las variantes que este presenta con el recorrido del motor en intervalos de 500 y 1000km hasta llegar a los 3000km que es el tiempo de vida aproximado de un aceite mineral para un vehículo liviano circulando en la ciudad de Quito.
También trata de los procesos y procedimientos necesarios para el manejo adecuado del software del equipo, para la toma de muestras, parámetros de la investigación y análisis de resultados
4.1. SELECCIÓN DEL LUBRICANTE
El lubricante elegido para la investigación fue el “Mobil súper 1000 10w30” ya que este aceite entraba en el grupo de lubricantes recomendados para el vehículo en el cual se realizaron las pruebas, además se eligió este lubricante ya que es común de encontrar y es una marca conocida para cualquier propietario de un vehículo liviano.
Este aceite es de tipo mineral es el de la figura 28 y se encuentra en la clasificación de lubricantes API de tipo SN que es la mayor calificación actual debido a su gran calidad y prestaciones que presenta. Las especificaciones del aceite Mobil 10w30 se pueden encontrar en el anexo 5.
39
4.1.1. CLASIFICACIÓN API DE LOS LUBRICANTES
La clasificación API se relaciona directamente con la calidad y refinamiento que tiene el aceite, se los puede diferenciar de acuerdo al tipo de vehículo en el que va a ser utilizado, los vehículos a gasolina tienen al inicio la letra S mientras que los motores diésel utilizan los iniciados con una letra C (Peña, 2013).
4.1.1.1. Clasificación API para vehículos a gasolina
La diferencia entre los aceites para motores a gasolina con respecto a la calidad de los aceites va de la mano con la segunda letra, van desde la letra A hasta la letra M, a medida que continuamos con la siguiente letra nos indicara que el lubricante es de mejor calidad, siendo un “API SM” superior en prestaciones a un “API SG”. Un ejemplo claro de este tipo de clasificación se puede apreciar en la figura 26 de un aceite mineral de marca Golden Bear con clasificación API “SN”.
La clasificación API de los lubricantes de gasolina y diésel se los puede apreciar en los anexos 1 y 2 respectivamente.
- Nivel API "SA"- Aceite antiguo de denominación común no apto para vehículos hechos después de 1930
- Nivel API "SB"- Con poca protección antidesgaste y no apto para vehículos hechos después de 1951
- Nivel API "SC"- Con pocos aditivos y para uso en distancias máximas de 4000km, no apto para vehículos hechos a partir de 1967.
- Nivel API "SD"- Con pocos aditivos pero se añadió antidesgaste y anticorrosivo, no apto para vehículos hechos después de 1971.
40 - Nivel API "SF"- Adquiere protección a la oxidación del lubricante y antidesgaste con un autonomía de 5000km para vehículos anteriores al año 1988.
- Nivel API "SG"- Mejora las cualidades de su antecesor con una autonomía de 5000km, hecho para vehículos fabricados después de año1993.
- Nivel API "SH"- Mejora las características que su antecesor API SG, creado para motores a carburador o inyección, para vehículos anteriores al año 1996. - Nivel API "SJ"- Mayor control de residuos, mayor fluidez mayor protección y mejores prestaciones, para motores a inyección y carburados menores al año 2001.
- Nivel API "SL"- Mejorado para el arranque en frio y mejores prestaciones antioxidantes con una autonomía de 5000 a 8000 km para vehículos anteriores a 2005
- Nivel API "SM"- Para motores con altas prestaciones con mejoras de la clasificación anterior, protección en arranque en frio y antidesgaste mejorados, resistencia de oxidación.
- Nivel API “SN”- Último aceite que brinda grandes prestaciones, mejorado en comparación del SM y para vehículos de última generación.
(Peña, 2013)
41
4.2. SELECCIÓN DEL VEHÍCULO
El vehículo elegido de la figura 30, para el estudio fue un Skoda Fabia año 2008 con un promedio de recorrido anual de 19000km, la elección de este vehículo se debe a que cumple su régimen de trabajo es moderado y con los parámetros técnicos establecidos tales como tipo de motor, además es el vehículo que se encuentra a disposición de la investigación ya que es el automóvil de uso diario familiar. El funcionamiento del vehículo lo realiza con gasolina extra y que la mayoría de su recorrido lo realiza dentro de la ciudad de Quito, es decir la mayoría de su funcionamiento lo realiza en lugares con alto índice de circulación vehicular. El objetivo del proyecto es el análisis de la contaminación del aceite mineral en la ciudad de Quito tras el recorrido de 3000km. En la tabla 8 se puede apreciar las características del vehículo seleccionado y mediante el anexo 6 se puede encontrar la ficha técnica del automóvil.
Tabla8. Ficha técnica Skoda Fabia
Figura30. Skoda Fabia 2008
MARCA Skoda
MODELO Fabia
AÑO 2008
CILINDRAJE 1200 cc
NUMERO DECILINDROS Tres
DISPOSICION En linea
KILOMETRAJE 148000 km
TIPO Hatchback
COLOR Negro
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4.3. EQUIPO ANALIZADOR DE LUBRICANTES
El equipo utilizado en la investigación de la figura 33, fue el analizador de lubricantes “ OilView QuickCheck Analyzer", los parámetros que el equipo puede medir son:
- Número dieléctrico del lubricante - Índice químico
- Porcentaje de agua que contiene el lubricante - Índice ferroso que contiene el lubricante
Los componentes que vienen incluidos en el maletín como se puede apreciar en la figura 33 del analizador de aceites son:
Equipo analizador de lubricantes - Cable de poder
- Cable USB para la conexión con el ordenador - Sensor del dispositivo
- Bomba de vacío para la extracción de lubricantes - Recipientes para la extracción de aceites
- Manguera de la bomba de extracción - Fluidos para la calibración del equipo - CD de instalación del software del equipo
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4.3.1. PROTOCOLOS Y CUIDADOS DE USO DEL ANALIZADOR DE
LUBRICANTES
Es importante conocer los cuidados para el correcto uso del analizador de lubricantes, siguiendo todos estos cuidados y recomendaciones los datos obtenidos con el equipo serán los correctos y ayudaran en el alargamiento de su tiempo de funcionamiento o de vida.
4.3.1.1. Procedimientos para el equipo analizador de lubricantes
Para un correcto uso es necesario tomar en cuenta indicaciones del fabricante a fin de proteger el equipo, estas indicaciones son:
La posición del botón de encendido y apagado el cual se encuentra en un costado de la maquina como muestra la figura 32, es importante, ya que si al dejar de usar la maquina la desconectamos directamente del tomacorriente se corre el riesgo de dañar la máquina, es necesario poner el interruptor en posición de apagado para prevenir daños en la máquina.
Si el fusible llegara a quemarse es necesario sustituirlo con uno nuevo, este fusible debe ser de dos amperios y su ubicación se muestra en la figura 32.
44 La limpieza de la maquina es necesaria, esta se la realiza con un paño seco o humado, a fin de quitar los rastros de lubricante que se pueden depositar en las superficies, estos rastros pueden contaminar los conectores y puertos y dejarlos sin utilidad.
Si existe una medición posiblemente errónea es necesario verificar la calibración tomando los líquidos incluidos en el maletín para medir el dieléctrico a fin de saber si los resultados arrojados por la maquina son los correctos. Los dieléctricos de estos líquidos vienen impresos en la etiqueta de las botellas como muestra la figura 34 que servirán de referencia para verificar si el equipo esta calibrado correctamente (MJR Technologies, 2010).
Figura33. Fluidos de calibración del analizador de lubricantes.
4.3.1.2. Cuidado con los componentes del analizador de lubricantes
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Figura34. Frascos recolectores de muestra
Para el análisis del lubricante se necesitan 30ml y otros 30ml de un disolvente como el diésel que recomienda el manual, para la correcta medición en el equipo se debe juntar estos dos elementos y agitar constantemente por 30 segundos como muestra la figura 35 (MJR Technologies, 2010).
Figura35. Mezcla de aceite y diésel en el frasco de muestra (MJR Technologies, 2010)
46
Figura36. Limpieza del sensor
Otro factor a tomar en cuenta es la limpieza del roscado del sensor ya que en este pueden depositarse restos de anteriores análisis lo que producirá que exista una contaminación de otro lubricante. La cuadricula del sensor debe ser colocada adecuadamente para prevenir la rotura de los conectores que van conectados al equipo.
Algo importante en el proceso del análisis de lubricantes con la ayuda del equipo es que la muestra de aceite o lubricante seleccionado al momento del análisis debe tener una temperatura ambiente a fin de que no exista una variación en el dieléctrico el cual es un dato de mucha relevancia en el trabajo, la curva del cambio del dieléctrico en relación con la temperatura se muestra en el grafico 37 (MJR Technologies, 2010).
47
4.3.2. SOFTWARE DEL ANALIZADOR DE LUBRICANTES
Para utilizar correctamente el analizador de lubricantes es necesario la instalación de un software que viene incluido dentro de un CD como se puede ver en la figura 34 en el maletín del analizador, el cual es el encargado de interpretar y presentar los datos recopilados por el analizador de lubricantes con el fin de crear un seguimiento del lubricante analizado y ordenar los resultados de los diferentes aceites con sus respectivos clientes. De esta manera se podrá utilizar el equipo conectándolo con el cable USB a la computadora donde se ha instalado el programa.
Figura38. CD de instalación del analizador de lubricantes
4.3.2.1. Proceso de configuración del software
En la figura 39 se muestra el mensaje del software el cual indicara el comienzo de la configuración, para esto lo primero que se debe hacer es configurar con el puerto al cual el cable USB se encuentra conectado en la computadora, estos son los puertos COM1 o COM 2, mediante la ventana de posición del sensor se puede verificar que el puerto escogido sea el correcto.
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Figura39. Ventana para el inicio de configuración
Figura40. Ventana de configuración
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Figura41. Ventana para la creación de la base de datos
4.3.2.2. Ventanas del software del analizador de lubricantes
Después de la configuración del software del analizador de lubricantes es importante conocer los resultados que nos puede brindar el equipo y cómo podemos encontrar cada uno de ellos.
- Ventana del estatus del sensor del equipo. Esta ventana es la encargada de indicar los mensaje que aparecen en la pantalla de la maquina analizadora, además reconoce si el sensor se encuentra conectado correctamente, el aspecto de esta ventana lo podemos ver mediante la figura 35.
50 - Ventana de alarmas. Esta ventana está programada para generar alarmas en el lubricante analizado acorde a como el usuario programe estas alarmas, para la investigación se utilizaron las alarmas programadas de fábrica, estas alarmas ayudan a identificar las deficiencias que puede sufrir un aceite. En la figura 43 se puede apreciar los valores programados de fábrica para vehículos a gasolina.
Figura43. Ventana de alarmas
51
Figura44. Ventana de clientes
- Ventana de la base de datos. En esta ventana se encuentran todos los datos de los análisis realizados a los aceites. En la figura 45 se puede apreciar la ventana de datos.
Figura45. Ventana de la base de datos
52 detalladamente como ha cambiado dicho lubricante. En la figura 46 se puede apreciar la ventana de reporte de un análisis a un aceite.
Figura46. Ventana de reporte
4.3.3. CALIBRACIÓN DEL ANALIZADOR DE LUBRICANTES
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Figura47. Inicio del proceso de calibración
Figura48. Pantalla del inicio de la calibración
Una vez que se haya retirado el sensor, el segundo paso para la calibración del equipo será colocar el fluido 220 como se va a poder observar en la pantalla del equipo como se muestra en la figura 49, este fluido no debe rebasar el inicio del roscado como lo muestra la figura 50.
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Figura50. Nivel de los fluidos de calibración
Después de poner el fluido 220 en el sensor, la maquina nos pedirá volver a poner el sensor limpio como lo muestra la figura 51, después de eso el equipo necesitará que se coloque esta vez el fluido 300 como lo muestra la figura 52.
Figura51. Pantalla después de colocar el fluido de calibración 220
55 Se debe colocar el fluido 300 con la misma cantidad del fluido 220, una vez realizado todo el procedimiento de calibración la maquina nos mostrara el mensaje que la maquina esta calibrada tanto en la pantalla como en el equipo de la forma que se muestran en la figura 53 y 54 respectivamente, y con esto se encuentra lista para utilizar y nos mostrara el mensaje de colocar el aceite puro.
Figura53. Finalización de calibración del Equipo