UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
“ESTUDIO DE EMISIONES DE GASES DE UN MOTOR DIÉSEL
UTILIZANDO EL COMBUSTIBLE ECUATORIANO Y EL
COLOMBIANO EN UN DINAMOMETRO”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
JAVIER ALEXANDER BELTRÁN MANJARRÉS
DIRECTOR: ING. EDWIN TAMAYO MSC.
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 171872477-4
APELLIDOS Y NOMBRES: Beltrán Manjarrés Javier Alexander
DIRECCIÓN: De los geranio N16-103 y calle 85
EMAIL: javy-ldu@hotmail.com
TELÉFONO FIJO: 022031295
TELÉFONO MOVIL: 0983506725
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
Estudio de emisiones de gases de un motor diésel utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano en un dinamómetro
AUTOR O AUTORES: Javier Alexander Beltrán Manjarrés
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: 2017-03-10
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
Ing. Edwin Tamayo, Msc.
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN:
En este estudio se realizó un análisis de la opacidad de un motor diésel con combustible ecuatoriano y combustible colombiano, rigiéndose a las normas INEN, se utilizaron equipos de medición como el opacímetro y el dinamómetro, este último se utilizó como equipo adicional ya que en el presente estudio también se determinó la opacidad cuando el vehículo alcanzó su torque y potencia máxima , la selección del vehículo se determinó por varios temas de tesis en proceso de desarrollo,
una vez que se adquirieron los combustibles colombiano y ecuatoriano se determinó sus propiedades generales de cada país, esto se investigó para realizar varias tesis con estos combustibles.
La investigación se la realizó bajo las normas INEN 202, 207 y 960, las cuales son de procedimiento para medición por el método de aceleración libre, opacidades máxima fuentes móviles, y procedimiento para medición de potencia y torque, consumo ,etc. de motores a diésel en el dinamómetro respectivamente. Una vez realizados los análisis se determinó que el combustible diésel colombiano obtuvo una mayor potencia con 78,58 HP y una opacidad de 39,40% y un torque de 192,28 Nm con una opacidad de 36,67% obteniendo un mejor rendimiento del combustible colombiano en comparación con el combustible diésel ecuatoriano, en el caso del método de aceleración libre se obtuvieron resultados similares, el diésel colombiano obtuvo 35,52% de opacidad mientras que el ecuatoriano obtuvo 40,07%, siendo el combustible colombiano menos contaminante que el combustible ecuatoriano. Se determinó que la opacidad de los 2 tipos de combustibles se encuentra por debajo del límite máximo.
PALABRAS CLAVES: Contaminación, gases de escape, opacidad,
inyección, diésel, normas.
ABSTRACT:
In this study an analysis of the opacity of a diesel engine with Ecuadorian fuel and Colombian fuel was carried out, according to the INEN standards, measuring equipment such as the opacimeter and the dynamometer were used, the latter being used as additional equipment since in the This study also determined the opacity when the vehicle reached its maximum torque and power, the selection of the vehicle was determined by several thesis topics in the process of development, once Colombian and Ecuadorian fuels were acquired was determined its general properties of each Country, this was investigated to make several theses with these fuels.
engines in the dynamometer respectively. Once the analyzes were carried out, it was determined that the Colombian diesel fuel obtained a higher power with 78.58 HP and an opacity of 39.40% and a torque of 192.28 Nm with an opacity of 36.67% obtaining a better performance of the Colombian fuel compared to Ecuadorian diesel fuel, in the case of the free acceleration method similar results were obtained, Colombian diesel obtained 35.52% opacity while the Ecuadorian obtained 40.07%, Colombian fuel being less polluting than The Ecuadorian fuel. It was determined that the opacity of the 2 types of fuels is below the maximum limit.
KEYWORDS
Pollution, exhaust gas, opacity injection, diesel, standards
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, BELTRÁN MANJARTRÉS JAVIER ALEXANDER, CI 171872477-4 autor del proyecto titulado: “Estudio de emisiones de gases de un motor diésel utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano en un dinamómetro” previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ 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.
DECLARACIÓN
Yo JAVIER ALEXANDER BELTRÁN MANJARRÉS, 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
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Estudio de emisiones de gases de un motor diésel utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano en un dinamómetro”, que, para aspirar al título de Ingeniero
DEDICATORIA
A Dios y a mi familia que fue mi fuerza para cada día seguir mi camino en la culminación de mi carrera, a mis padres por hacer siempre el esfuerzo para mí y mis hermanas, por ser mi inspiración y ayuda, todo lo que soy y seré en el futuro es por ellos y para ellos.
AGRADECIMIENTOS
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN 1
ABSTRACT 2
1. INTRODUCCIÓN 3
2. METODOLOGÍA 14
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 16
3.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL VEHÍCULO UTILIZADO
EN LAS PRUEBAS 16
3.2. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD DEL VEHÍCULO CON COMBUSTIBLE DIÉSEL ECUATORIANO
EN EL DINAMÓMETRO. 17
3.2.1. POTENCIA 18
3.2.2. TORQUE 21
3.3. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD DEL VEHÍCULO CON COMBUSTIBLE DIÉSEL COLOMBIANO EN
EL DINAMÓMETRO. 23
3.3.1. POTENCIA 23
3.3.2. TORQUE 26
3.4. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE
ECUATORIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE. 28 3.5. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE
COLOMBIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE. 31 3.6. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS
A LOS COMBUSTIBLES DIÉSEL ECUATORIANO Y
COLOMBIANO EN EL DINAMÓMETRO. 33 3.6.1. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE
POTENCIA 34
3.6.2. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE
TORQUE 37
3.7. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS A LOS COMBUSTIBLES DIÉSEL ECUATORIANO Y
COLOMBIANO POR EL MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE. 40
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 44
4.1.CONCLUSIONES 44
4.2.RECOMENDACIONES 45
ii
iii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA Tabla 1. Clasificación de las bombas de inyección diésel. 8
Tabla 2. Especificaciones técnicas Camión K3000 16
Tabla 3. Valores de potencia máxima 19
Tabla 4. Potencia vs. Opacidad 20
Tabla 5. Valores de torque máximo 22
Tabla 6. Torque vs. Opacidad 23
Tabla 7. Valores de Potencia Máxima. 25
Tabla 8. Potencia vs. Opacidad 26
Tabla 9. Valores Torque máximo 27
Tabla 10. Torque vs. Opacidad 28
Tabla 11. Opacidad 1 Combustible ecuatoriano 29
Tabla 12. Opacidad 2 combustible ecuatoriano 30
Tabla 13. Opacidad 1 Combustible colombiano 31
Tabla 14. Opacidad 2 Combustible colombiano 32
Tabla 15. Potencias medias combustibles ecuatoriano y colombiano 33
Tabla 16. Potencia media y opacidad media combustible diesel
ecuatoriano y colombiano. 35
Tabla 17. Límites de potencia 35
Tabla 18. Límites de Opcidad 35
Tabla 19. Torque medio con combustibles ecuatoriano y colombiano 36
Tabla 20. Torque medio y opacidad media combustible diésel
ecuatoriano y colombiano. 38
Tabla 21. Límites de Torque 39
Tabla 22. Límites de opacidad 39
Tabla 23. Opacidades del combustible ecuatoriano y colombiano. 40
Tabla 24. Límite máximo de opacidad norma ecuatoriana 41
Tabla 25. Límite máximo de opacidad norma colombiana 41
Tabla 26. Medias de las mediciones en el dinamómetro y método de
aceleración libre. 42
Tabla 27. Requisitos del Diésel 2 de bajo contenido de azufre
Ecuatoriano 48
Tabla 28. Requisitos de calidad del combustible diésel y sus mezclas
con biocombustibles 49
Tabla 29. Clasificación de las bombas de inyección 50
Tabla 30. Especificaciones Técnicas opacímetro 5 Y 51
Tabla 31. Resumen de los gases de escape de un motor diésel. 52
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA Figura 1. Oferta de derivados en millones de barriles del diésel
en el 2016. 4
Figura 2. Comparación de emisiones de NOx y Ppm Euro 6
Figura 3. Camión Kia K3000 17
Figura 4. Conexión de equipos de medición con el vehículo Kia K3000. 18
Figura 5. Medición experimental de torque y potencia. 19
Figura 6. Curvas de Potencia. 20
Figura 7. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible ecuatoriano. 21
Figura 8. Medición experimental de torque y potencia. 21
Figura 9. Curvas de Torque. 22
Figura 10. Torque máximo vs. Opacidad con combustible ecuatoriano. 23
Figura 11. Resultado experimental potencia máxima. 24
Figura 12. Curvas de potencia. 25
Figura 13. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible colombiano. 26
Figura 14. Curvas de torque. 27
Figura 15. Torque máximo vs. Opacidad combustible colombiano. 28
Figura 16. Opacidad 1 del combustible ecuatoriano. 29
Figura 17. Opacidad 2 del combustible ecuatoriano. 30
Figura 18. Opacidad 1 del combustible colombiano. 31
Figura 19. Opacidad 2 del combustible colombiano. 32
Figura 20. Curvas de potencia promedio de combustible Diésel
ecuatoriano y colombiano. 33
Figura 21. Control de potencia (HP). 35
Figura 22. Control de opacidad. 36
Figura 23. Curvas de Torque promedio de combustible Diésel
ecuatoriano y colombiano. 37
Figura 24. Control de torque. 39
Figura 25. Control de opacidad. 40
Figura 26. Opacidades resultantes. 42
Figura 27. Comparación de opacidad en el dinamómetro vs. Opacidad método de aceleración libre. 43
Figura 28. Opacímetro modelo 5Y. 54
Figura 29. Software del dinamómetro. 55
Figura 30. Dinamómetro 2WD Dyno X del fabricante Dynocom
v
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1. Propiedades del combustible diésel ecuatoriano. 48
ANEXO 2. Propiedades del combustible diésel colombiano. 49
ANEXO 3. Bombas de inyección de los motores diésel. 50
ANEXO 4. Características del opacímetro. 51
ANEXO 5. Tablas de emisiones de escape motores diésel. 52
ANEXO 6. Especificación del combustible Diésel ASTM 0975. 53
ANEXO 7. Procedimiento para la preparación de los equipos
de medición. 54
ANEXO 8. Norma Técnica Ecuatoriana nte inen 2 202:2000. 57
ANEXO 9. Norma Técnica NTC colombiana 4231. 61
ANEXO 10. Vehículos automotores determinación de la potencia del
1
RESUMEN
En este estudio se realizó un análisis de la opacidad de un motor diésel con combustible ecuatoriano y combustible colombiano, rigiéndose a las normas INEN, se utilizaron equipos de medición como el opacímetro y el dinamómetro, este último se utilizó como equipo adicional ya que en el presente estudio también se determinó la opacidad cuando el vehículo alcanzó su torque y potencia máxima , la selección del vehículo se determinó por varios temas de tesis en proceso de desarrollo, una vez que se adquirieron los combustibles colombiano y ecuatoriano se determinó sus propiedades generales de cada país, esto se investigó para realizar varias tesis con estos combustibles.
La investigación se la realizó bajo las normas INEN 202, 207 y 960, las cuales son de procedimiento para medición por el método de aceleración libre, opacidades máxima fuentes móviles, y procedimiento para medición de potencia y torque, consumo ,etc. de motores a diésel en el dinamómetro respectivamente. Una vez realizados los análisis se determinó que el combustible diésel colombiano obtuvo una mayor potencia con 78,58 HP y una opacidad de 39,40% y un torque de 192,28 Nm con una opacidad de 36,67% obteniendo un mejor rendimiento del combustible colombiano en comparación con el combustible diésel ecuatoriano, en el caso del método de aceleración libre se obtuvieron resultados similares, el diésel colombiano obtuvo 35,52% de opacidad mientras que el ecuatoriano obtuvo 40,07%, siendo el combustible colombiano menos contaminante que el combustible ecuatoriano. Se determinó que la opacidad de los 2 tipos de combustibles se encuentra por debajo del límite máximo.
Palabras clave:
2
ABSTRACT
In this study an analysis of the opacity of a diesel engine with Ecuadorian fuel and Colombian fuel was carried out, according to the INEN standards, measuring equipment such as the opacimeter and the dynamometer were used, the latter being used as additional equipment since in the This study also determined the opacity when the vehicle reached its maximum torque and power, the selection of the vehicle was determined by several thesis topics in the process of development, once Colombian and Ecuadorian fuels were acquired was determined its general properties of each Country, this was investigated to make several theses with these fuels.
The research was carried out under the standards INEN 202, 207 and 960, which are procedures for measurement by the method of free acceleration, opacities maximum mobile sources, and procedure for measuring power and torque, consumption, etc. Of diesel engines in the dynamometer respectively. Once the analyzes were carried out, it was determined that the Colombian diesel fuel obtained a higher power with 78.58 HP and an opacity of 39.40% and a torque of 192.28 Nm with an opacity of 36.67% obtaining a better performance of the Colombian fuel compared to Ecuadorian diesel fuel, in the case of the free acceleration method similar results were obtained, Colombian diesel obtained 35.52% opacity while the Ecuadorian obtained 40.07%, Colombian fuel being less polluting than The Ecuadorian fuel. It was determined that the opacity of the 2 types of fuels is below the maximum limit.
Keywords:
3
1. INTRODUCCIÓN
La contaminación ambiental es un gran problema para la humanidad produciendo daños en el entorno natural y afectaciones a la salud, en este estudio se va a comparar el nivel de contaminación (opacidad) que tiene el combustible diésel ecuatoriano y el combustible diésel colombiano al ser combustionado en un motor y observar cuál de ellos es más contaminante, tomando en cuenta las ordenanzas que rigen en cada país con respecto a los niveles de contaminación en los vehículos diésel.
Históricamente la contaminación ambiental ha sido un gran problema por el aumento de sus niveles y sobre todo por el crecimiento del parque automotor, en el país no se tenía un centro especializado en medir los gases contaminantes de los vehículos públicos y privados, en la ciudad de Quito se inició un centro de revisión automotriz en el año 2003, el cual cuenta con equipos para medir los gases de escape, suspensión, sistema de luces entre otros aspectos de los vehículos públicos y privados que circulan en la ciudad, siendo un requisito primordial para la matriculación vehicular que se realiza cada año (AMT, 2015).
Al aumentar el uso de los vehículos con motor diésel que en el parque automotor representan un 5,6% también aumentan los niveles de contaminación produciendo a largo plazo enfermedades respiratorias, llegando a producir enfermedades terminales como el cáncer, edemas pulmonares, entre otros, la contaminación del aire ha causado la muerte a aproximadamente 4 millones de personas a nivel mundial, según un estudio realizado por la OMS (OMS, 2016).
En la ciudad de Quito la contaminación del aire es moderado y anualmente los vehículos a diésel liberan material particulado de 2.5 y 10, en razón de que esta categoría emite el 76.3%, 71.6 % respectivamente, según un estudio realizado en el año 2012, siendo los de mayor incidencia o problemas de opacidad, es decir, que superan los límites permitidos, los vehículos de transporte público, estos han sido multados en controles que se realizan en las diferentes calles de la ciudad siendo los mayores contraversores con el 61.26% del total de vehículos revisados, le siguen los vehículos particulares con el 20.10% y por último los vehículos escolares con el 18.64% es por eso que este (Dayana Vega, 2015).
4 teniendo como objetivos específicos, determinar los parámetros de funcionamiento de un motor ciclo diésel, las emisiones de gases producidas y opacidad del mismo; determinar las propiedades de los combustibles ecuatoriano y colombiano establecidos en las normas respectivas; realizar las pruebas de gases de escape y opacidad tanto por el método de aceleración libre como en potencia y torque máximo con la ayuda de un dinamómetro utilizando el diésel ecuatoriano y el colombiano, analizar los resultados obtenidos de las pruebas realizadas, y con ello determinar que combustible afecta más al medio ambiente.
Al aumentar el parque automotor la contaminación aumentará y si no se toma las medidas necesarias para solucionar el problema a largo plazo las consecuencias podrían ser mortales o irreparables, los más afectados por estas condiciones son los niños menores de 5 años y los adultos mayores, aunque también es notorio como el nivel de alergias, asma entre otras afectan a la población y cada año en mayor proporción, por eso este estudio intentara crear conciencia sobre el consumo masivo de los derivados del petróleo, en este caso se hablará del combustible diésel y también sobre los derivados del petróleo.
En la figura 1 se observa como el diésel ha aumentado su consumo, se ha convertido en el combustible más usado en el país, con una demanda de 7,9 millones de barriles del combustible para el uso de los diferentes automotores, generadores, barcos, entre otros, siendo la refinería de esmeraldas la mayor planta generadora de diésel en el país.
Figura 1. Oferta de derivados en millones de barriles del diésel en el 2016 (Economía, 2016).
5 combustión en las primeras gotas del diésel, esto se produce sobre todo en la aceleración (Orovio, 2014).
Se ha reducido el azufre y el plomo de los combustibles, disminuyendo los gases contaminantes emitidos al ambiente.
Para hablar de la opacidad se debe explicar cómo se combustiona el combustible, el motor diésel cuenta con características similares al motor OTTO, usando un combustible gasoil o diésel que es mucho más pesado que la gasolina, su régimen de temperatura de trabajo se encuentra entre 700 y 900 °C, al aumentar la temperatura aumenta también la compresión produciendo la auto inflamación del combustible, esta compresión se encuentra entre 14:1 a 23:1.
La Opacidad es la coloración del humo que reduce la cantidad de luz que se observa en una tubería ocasionan los gases de escape al pasar por ésta y se la puede representar con la fórmula matemática (Agudo, Emisiones contaminantes en motores diesel y gasolina, 2015).
[1]
Donde: N: Opacidad
La opacidad puede ser producida por diferentes factores; por la falta de oxígeno en el momento de la combustión, exceso de goteo durante la inyección o por una mala combustión. Las emisiones de gases se clasifican en emisiones en frio y en caliente; en frio cuando el líquido refrigerante está por debajo de los 70°C y caliente cuando el líquido refrigerante está por encima de los 70°C,
Esta clasificación influye en la opacidad porque el motor cuando no se encuentra en la temperatura de trabajo, los gases de escape y la coloración del humo saldrán en mayor cantidad y la opacidad puede variar en la coloración, tomando en cuenta que si se realiza alguna medición en ese estado los valores no serán los reales. Las fuentes móviles en el DMQ son las más contaminantes, en el caso de los motores diésel son los buses, maquinaria pesada, los que tienen altos valores de CO, NOx y la opacidad (PM10) (Dayana Vega, 2015).
La opacidad se caracteriza por tener coloraciones de humo, el cual como se conoce da indicadores de fallas, estas coloraciones pueden ser:
Humo de color negro que se caracteriza por partículas sólidas de carbón que se forman por una combustión incompleta, su tamaño varía entre 0.02mm hasta 0.12mm, teniendo su origen en las cámaras de combustión (Margarita).
El humo de color azul es causado por la excesiva presencia de lubricante de motor en la cámara de combustión; Puede también ser provocado por combustible sin quemar, esto significa que el tamaño de las gotas está cercano a 0.5 µm;
6 condiciones normales se produce en el arranque en frio, desapareciendo cuando el motor alcanza su temperatura normal de trabajo (Adaxial, 2011). Matemáticamente la opacidad es expresada con la fórmula de la transmitancia; que se define como el proceso físico por el cual la energía radiante que incide sobre una superficie o área es parcialmente transmitida (metas, 2008).
[2]
Donde:
: Transmitancia K: Densidad de humo
L: Longitud de trayectoria óptica efectiva. Entonces, reemplazando [2] en [1] se tiene:
[3]
La densidad de humo (K), llamada también, coeficiente de extensión de luz, es una función que determina el número de partículas en una corriente de humo. La densidad del humo (K) se mide en metros s la menos 1 ( ) (Norma Tecnica Colombiana, 2002).
Al aumentar la demanda del combustible Diésel en el Ecuador es necesario realizar un análisis de las propiedades, tanto del ecuatoriano como se observa en el anexo 1 y del colombiano como también se observa en el anexo 2, esto dará una idea de lo que podría suceder cuando este es utilizado en los motores, específicamente en su nivel de contaminación ambiental.
En la figura 2 se muestra la comparación de emisiones de NOx y PM con los limites, comparando con los límites de la Euro 1, los cuales eran bastante altos con valores de 0,16 (g/km) en el caso de PM y 1,2 (g/km) en el caso de los NOx, hasta llegar a la euro 6 donde se tiene límites máximos de emisiones de 0,005 (g/km) de PM y 0,80 (g/km) de NOx. Tomando en cuenta que hoy en día un vehículo de los años 70s u 80s contamina lo mismo que 10 vehículos fabricados en la última década, eso indica los progresos que se tuvieron en las diferentes cumbres sobre la contaminación en el planeta (Penabad, 2015).
7 Las propiedades del diésel o gasoil en el caso del ecuatoriano como se observa en el anexo 1 se tiene que es el combustible más consumido en el país, no solo por automotores livianos, si no también pesados, maquinaria y termoeléctricas; al igual que el diésel colombiano, en el caso de la densidad entre ambos varia una centésima teniendo en el diésel ecuatoriano con 0,83 (Kg/ ) y el diésel colombiano 0,84 (Kg/ ) (INCOTEC, 2002) (INEN, 2012). Con respecto a la viscosidad, ambos combustibles tienen la misma resistencia u oposición de fluir un centímetro cuadrado sobre una superficie en los diferentes puntos por los que atraviesan para por ultimo llegar a ser combustionados (INCOTEC, 2002), (INEN, 2012).
En el caso del diésel su punto de inflamación, por lo general se encuentra entre los 40 y 60 [°C], este es una medida de seguridad para su almacenamiento y su manejo, no tiene relación con el rendimiento térmico del motor (cochez, s.f.).
El poder calorífico en el combustible, tanto ecuatoriano como el colombiano es de 9,98 kWh/l de poder calorífico inferior y de 10,18kWh/l de poder calorífico superior, este influye en el grado de condensación del agua en los gases de escape (Petromercado, s.f.).
El número de cetano del combustible diésel es una propiedad muy importante ya que se utiliza para caracterizar la volatilidad y la fácil inflamación del diésel o gasoil durante el ciclo de combustión, guarda relación con el retraso a la ignición, es decir, mientras más elevado sea el número de cetano será menor el retraso a la ignición y mejora la calidad de la combustión, por el contrario mientras menor sea el número de cetano retrasa la ignición quemando los gases muy rápidamente, obteniendo altos índices de contaminación y disminución de la potencia, ruido excesivo, fatiga del motor, presiones muy elevadas, humo y problemas al arrancar el motor en frio. En dicho caso, el golpeteo del motor es muy tenue, pero el escape es negro y maloliente (Herrería, 2011).
La calidad del índice de cetano se regula por las siguientes condiciones:
Transferencia de calor para llevar el combustible inyectado en frío a su temperatura de auto inflamabilidad.
Temperatura de auto inflamabilidad que depende de la naturaleza del carburante.
Construcción del motor; inyección directa; precámera de combustión y cámara de aire.
También existen los aromáticos como propiedad del diésel tanto ecuatoriano como colombiano, estos son moléculas del diésel que contienen al menos un anillo de benceno, afectan la combustión y la formación de PMOs de las emisiones de hidrocarburos poli aromáticos. Este contenido de aromáticos influye en la temperatura de la flama y, en las emisiones de NOx durante la combustión (Emily, 2012).
8 Los hidrocarburos son solubles entre sí en todas las proporciones, la separación de los componentes puede llevarse a cabo con solventes polares, como el dióxido de azufre, furfural y otros. En éstos, los aromáticos se disuelven de manera más fácil que los parafínicos y nafténicos.
Por otro lado, los hidrocarburos de elevado peso molecular con los de inferior peso molecular son miscibles en cierto grado; determinando que la solución se sature provocando la precipitación del componente de mayor peso (Mayorga, 2016).
La entropía en el diésel determina la parte de energía que no se utilizara para producir el trabajo, de esta magnitud física parte el material particulado porque no se quema todo el combustible.
Mientras que la entalpia es la cantidad de energía que se puede utilizar para el intercambio con el entorno, es decir, es la energía que se utilizará en la combustión para el movimiento del motor. (Lina, 2013)
La inyección en los motores diésel es muy importante para la reducción de contaminación en lo que se refiere a los gases de escape y opacidad, hay varios tipos de bomba de inyección diésel, cada una de ellas tiene diferente presión de inyección, al igual que las partes constitutivas que poseen unas de otras como se observa en la tabla 1.
Tabla 1. Clasificación de las bombas de inyección diésel.
Clasificación de las bombas de inyección
Tipos Características
Presión de inyección
Potencia por cilindro
Aplicación
Bomba en línea 550 - 950 20
Camiones ligeros y medianos, tractores, motores industriales.
Bomba rotativa
radial y axial 350 - 1700 25
Para vehículos con motores que contengan de 3 a 6 cilindros.
Inyector bomba
UIS 1600 – 2050 25 - 80
Para turismos con dos unidades de control es posible también número mayor de cilindros.
Common Rail 1300 – 1400 30 – 200
9 Para hablar de potencia en un motor diésel se empieza por el trabajo que se realiza en el tiempo de expansión (W) durante el tiempo que dura todo el ciclo (2 vueltas del cigüeñal en el caso de los motores de 4 tiempos), con esto se utiliza la formula siguiente.
[4]
[5]
Reemplazando [1] en [2], se tiene.
[6]
[7]
Reemplazando en la fórmula de potencia, se tiene.
[8]
Dónde: P: Potencia.
n: Número de moles del combustible. Cv: Poder calorífico del combustible.
: Variación de la temperatura. t: Tiempo.
Una vez obtenida la ecuación de potencia con relación al diésel sea este ecuatoriano o colombiano, también se debe tener en cuenta la potencia que el motor envían con los diferentes combustibles hacia las ruedas, pero para comenzar obligatoriamente se debe calcular el par motor con la siguiente formula.
[9] Dónde:
T: Torque o par.
F: Fuerza de empuje a los cilindros
d: Distancia al eje geométrico de giro del árbol del cigüeñal.
Luego con la fórmula de velocidad angular.
[10]
Dónde:
N: Son las RPM del motor.
10
[11]
Dónde:
P: Es la potencia M: Es el par motor
: Es la velocidad angular
Se podrá calcular la potencia en la rueda.
Se detectaran errores porcentuales que se podrán calcular con la siguiente formula.
[12]
Para realizar las pruebas se necesitará un equipo que mida la cantidad de humo de los gases de escape de los motores diésel. El opacímetro tiene 3 componentes importantes dentro de su estructura en la cámara de medición, el analizador y un terminal portátil.
Por medio de un tubo y una manguera se conecta al escape con la cámara de medición, los gases de escape ingresan y mediante un sensor que mide la interfaz de luz calcula la densidad de las partículas. El tubo contiene una fuente de luz en un extremo y un receptor en el otro el cual analiza cuando no encuentra algún tipo de variación en su interfaz la intensidad de luz no se ve afectada, las características del opacímetro se puede observar en el anexo 4.
Los medidores de opacidad existentes son de dos tipos según los principios que se usen para las medidas.
Medidores por extinción, Como quiera que la pérdida de luminosidad a lo largo de un haz de luz que atraviesa el aire ambiente en un túnel es muy pequeño, el recorrido S del haz luminoso ha de ser de decenas incluso centenares de metros para producir una diferencia medible entre Io e I y dado que la opacidad del aire en un túnel no es homogénea.
11 suministra directamente el valor correspondiente a la opacidad del aire muestreado y no un valor medio integrado a lo largo de algún centenar de metros.
Este valor puede ser entregado como porcentaje de Opacidad (siendo 100% totalmente nublado y 0% totalmente claro) o como un número equivalente denominado valor k (Adaxial, 2011).
Un banco dinamométrico, es una pieza de equipo usado para poner a prueba el poder en el motor de un vehículo. Dinamómetros normalmente se utilizan para medir cuánto peso puede transportar un motor sin averías. También se utilizan para medir aspectos tales como RPM (revoluciones por minuto) y la aceleración. Fundamentos dinamómetros vienen en diferentes tamaños y medir el poder de un motor a través de diferentes métodos. Un tipo se fija directamente a un motor, mientras que el otro es un pedazo más grande de la maquinaria que se coloca debajo de las ruedas de un vehículo. Ambos tipos de dinamómetros están conectados a los ordenadores que proporcionan una lectura de la potencia total del motor.
Dinamómetros que se adjunta a un motor se hacen así que después de que el motor haya sido retirado de un vehículo. Según wordiq.com, estos tipos de dinamómetros "miden la potencia y el par motor directamente desde el cigüeñal de un motor”.
12 dinamómetros tienen solo un par de estos rodillos, lo que significa que los vehículos de tracción en las cuatro ruedas no se pondrían a prueba correctamente. Para estos vehículos, un banco de pruebas especial debe ser utilizado. Los rodillos sobre un dinamómetro de chasis o bien pueden ejercer una fuerza de resistencia contra las ruedas para medir la potencia, o, en su lugar, se permiten aproximar las fuerzas que un vehículo puede generar cuando se acelera sobre una superficie plana. Estos diseños son conocidos como dinamómetros de freno y dinamómetros de inercia (Almeida, s.f.).
En un banco de pruebas pueden utilizarse diferentes tipos de dinamómetro según la aplicación. En ocasiones el usuario posee diferentes alternativas en cuanto a la tecnología que puede emplear. Se compara estas alternativas para ayudar a decidir qué tipo de dinamómetro se adapta mejor a la aplicación.
Para el dinamómetro de chasis. Ventajas
Rapidez para el montaje y desmontaje del vehículo.
Permite ensayar muchos vehículos en poco tiempo o muchos cambios en poco tiempo (rolos).
Mide la potencia efectiva que llega al piso
Mide al mismo tiempo motor y transmisión
Es posible estimar, aunque con baja exactitud, el desempeño de la transmisión por separado (ensayo de desaceleración).
Desventajas.
Muy impreciso si se desea medir la potencia del motor, ya que es imposible determinar las pérdidas reales entre motor y ruedas.
Sin un dinamómetro acoplado es difícil de calibrar.
Influencia de los componentes del vehículo en el resultado de la medición (en rolos sin dinamómetro).
Costo elevado respecto a un dinamómetro de motor.
Requiere de mayor superficie de taller para su instalación.
Mayor dificultad para insonorizar.
Y con la ayuda de un dinamómetro el cual sirve para obtener las curvas de potencia, par, consumo específico de combustible de un vehículo, se medirá también la opacidad en la potencia máxima del vehículo y de igual manera se realizará la misma medición en el torque máximo.
Para el dinamómetro de motor. Ventajas.
Se mide sólo el motor, sin influencia de otros elementos de transmisión (a menos que se incorpore algún tipo de transmisión).
Homologables bajo normas.
13 Desventajas
Es necesario desmontar el motor para su ensayo, por lo que requiere una infraestructura externa al vehículo (suministro de combustible, arranque, encendido, cableado y ECU en el caso de inyección electrónica, cable de acelerador, sistema de refrigeración del motor).
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2. METODOLOGÍA
En el presente estudio se analizó las emisiones de gases y opacidad producidos por un motor diésel con combustible ecuatoriano y colombiano, tomando en cuenta el protocolo normalizado para las mediciones, en ese aspecto se enfocó en el nivel porcentual de la opacidad, el cual, es el objetivo del siguiente estudio.
Se utilizó un vehículo con motor diésel para la realización de las pruebas, este vehículo fue seleccionado para realizar varias investigaciones con los mismos combustibles.
Con los 2 tipos de combustibles, y como se observan en los anexos 1 y anexo 2 se determinaron las propiedades de cada uno y su influencia en la combustión y por consecuencia en sus emisiones de gases y opacidad comparando con las normas antes planteadas y se observó que ambos cumplen con las características de su país.
Para medir correctamente la opacidad se utilizó las normas ecuatorianas y colombianas, en el caso de la ecuatoriana se trabajó con norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2 207:2002 y la norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2 202:2000 como se muestran en el anexo 8. Con estas guías se pudo comenzar a realizar las mediciones en lo que respecta al combustible diésel ecuatoriano y colombiano ya que la norma técnica colombiana ICONTEC 4231 como se indica en el anexo 9, que de igual manera habla de la determinación de la opacidad de los motores a diésel con el método de aceleración libre también se pudo realizar las pruebas con el combustible colombiano.
Para las mediciones de opacidad en la potencia y torque máximo se realizó procedimientos teóricos previos utilizando el dinamómetro ya establecido. Trabajando con la norma técnica ecuatoriana INEN 960 como se indica en el anexo 10, se realizaron pruebas parciales de torque y potencia en el vehículo con cada uno de los combustibles, y al obtener las mediciones máximas se realizó una prueba de opacidad y se obtuvieron resultados parciales.
Para realizar las pruebas de opacidad con el método de aceleración libre se tomó en cuenta las normas previamente establecidas, utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano, se comenzó con el diésel ecuatoriano el cual ya se encontraba utilizado en el vehículo para realizar las pruebas, se procedió a medir su opacidad según las normas y siguiendo los respectivos procesos se empezó a obtener resultados parciales, de la misma manera se realizó con el combustible colombiano una vez que se vació por completo el tanque de combustible con el diésel ecuatoriano, se procedió a medir la opacidad del humo de escape con el combustible colombiano y también se obtuvieron resultados parciales, para realizar estas mediciones se utilizó los equipos antes mencionados.
Con los resultados parciales de las pruebas de opacidad realizadas a potencia y torque máximo, se realizó un análisis comparativo entre los 2 tipos de combustible, luego también se realizó un análisis comparativo entre los métodos utilizados para las mediciones.
15 anexo 4, el cual dentro de su sistema electrónico de medición de la interfaz de luz utilizo la ecuación 1 y 3.
También se utilizó un dinamómetro automotriz de chasis modelo 2WD Dyno X del fabricante Dynocom Industries de la Universidad Internacional del Ecuador, dentro del cual se utilizó la ecuación 8 y 9.
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la presente sección se muestran todos los datos recolectados en los análisis efectuados en el taller automotriz de la Universidad Internacional del Ecuador en agosto de 2016, utilizando el opacímetro y un dinamómetro se analizó y comparó la coloración del humo de gases de escape de cada uno de los combustibles con la potencia y torque máximo, tanto del ecuatoriano como el colombiano con el fin de determinar cuál será el combustible más opaco o contaminante.
3.1. ESPECIFICACIONES
TÉCNICAS
DEL
VEHÍCULO
UTILIZADO EN LAS PRUEBAS
Como se indicó en la metodología se utilizará un vehículo con motor diésel de la marca Kia modelo K3000, con las especificaciones vistas en la tabla 2, esto se determinó porque el vehículo se utilizó para varias pruebas con los mismos combustibles.
Tabla 2. Especificaciones técnicas Camión K3000.
Marca Kia
Modelo K3000
Tipo de cuerpo Camión con cabina estándar
Año de fabricación 2015
Potencia Máxima 84HP @ 4000
Torque Máximo 182Nm @ 2200
Número de cilindros 4 en línea
Número de válvulas 8
Tipo de distribución OHV
Cilindrada 2956 cc
Diámetro x Carrera del pistón 98.00 mm x 98.00 mm
Alimentación Atmosférico
Trasmisión Manual de 5 velocidades 2WD
Peso bruto vehicular 3.59 kg
Capacidad de carga 2,5 Ton
Capacidad del tanque de
17 En la figura 3 se observa al vehículo utilizado para las diferentes pruebas de que se realizó con los diferentes combustibles en la Universidad Internacional del Ecuador.
Figura 3. Camión Kia K3000 (KIA, 2015).
3.2. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD
DEL
VEHÍCULO
CON
COMBUSTIBLE
DIÉSEL
ECUATORIANO EN EL DINAMÓMETRO.
Antes de realizar la prueba se debe seguir el siguiente procedimiento, además en el anexo 7 se puede observar el procedimiento para la preparación de los equipos a utilizar.
Revisar que el sistema de escape se encuentre en buenas condiciones, sin salidas adicionales que no consten en el diseño original del vehículo.
Verificar los niveles de líquidos que se encuentren dentro de los parámetros que exige el fabricante.
Encender el motor.
Colocar el vehículo sobre el dinamómetro a utilizar.
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Colocar en posición de neutro a la transmisión del vehículo en caso de ser manual, o en parking (P) en caso de tener transmisión automática.
Acelerar el vehículo hasta su potencia máxima, con el fin de limpiar el sistema de escape, se recomienda realizar esta operación en 2 ocasiones.
Colocar la sonda del opacímetro en la salida del tubo de escape.
Preparar el dinamómetro para la medición.
Acelerar el vehículo a la potencia máxima según el fabricante (4000 RPM), este proceso realizarlo mínimo en 3 ocasiones.
Acelerar el vehículo al torque máximo según el fabricante, para este vehículo será a 2200 RPM, de la misma manera realizar este proceso mínimo 3 veces.
El vehículo se encuentra posicionado para realizar las pruebas que sean necesarias, tal como se observa en la figura 4.
Figura 4. Conexión de equipos de medición con el vehículo Kia K3000.
3.2.1. POTENCIA
Según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 960 que habla sobre la determinación de la potencia y torque de un motor en un dinamómetro; se realizó las pruebas de potencia máxima en HP cumpliendo con los parámetros básicos que exige la norma.
El vehículo consta con encendido eléctrico.
El sistema de inyección está según lo estipula el fabricante.
Utilizar el equipo de medición de humo acorde sea necesario.
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Figura 5. Medición experimental de torque y potencia. Obteniendo los siguientes resultados vistos en la tabla 3.
Tabla 3.Valores de potencia máxima en HP.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 51,95 50,75 50,28 50,99
2200 56,00 57,66 56,99 56,88
2400 61,34 60,29 60,21 60,61
2600 62,35 64,36 62,49 63,07
2800 63,36 67,05 63,83 64,75
3000 64,71 67,85 65,62 66,06
3200 65,38 67,12 66,91 66,47
3400 66,72 67,03 69,06 67,60
3600 68,06 68,50 69,19 68,58
3800 66,03 66,78 64,63 65,81
4000 52,64 60,34 54,98 55,99
20 En la figura 6 se observa las curvas de potencia máxima a la que llegó el motor del vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, obteniendo su potencia máxima a 3600 RPM el valor de 68,58 HP en promedio, se obtuvo un dato curioso el cual es que la potencia máxima no se obtuvo a las 4000 RPM como indica el fabricante si no a los 3600 RPM, esto se da porque la pruebas realizadas por el fabricante son a nivel del mar o a alturas que no superan los 1000 metros sobre el nivel del mar, en cambio este estudio se realizó en la ciudad de Quito ubicado a 2800 metros sobre el nivel del mar, y como es de conocimiento los vehículos que trabajan en la altura disminuyen su eficiencia de trabajo.
Figura 6. Curvas de Potencia.
Al alcanzar la potencia máxima se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación obteniendo en promedio los siguientes resultados vistos en la tabla 4.
Tabla 4. Potencia vs. Opacidad.
Prueba 1 Opacidad
1 Prueba 2
Opacidad
2 Prueba 3 Opacidad 3
Opacidad media
68,06 43% 68,5 41% 69,19 42,60% 42%
En la figura 7 se puede observar la potencia máxima del motor vs. la opacidad medida del combustible ecuatoriano.
21
Figura 7. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible ecuatoriano.
3.2.2. TORQUE
Se realizó la prueba de torque experimental máximo en Nm en el vehículo que se indica en la metodología y siguiendo las normas ya planteadas para la medición correcta con valores reales, de la misma manera se realizó el proceso previamente estipulado en potencia, tomando en cuenta que en la misma prueba se realizó las de torque también, con la diferencia que el equipo de medición en esta ocasión se lo utilizó en su torque máximo es decir a 2200 RPM, las curvas resultantes que se obtuvieron se muestra en la figura 8.
22 Obteniendo los siguientes resultados que se observan en la tabla 5.
Tabla 5. Valores de torque máximo en Nm.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 180,13 184,60 179,56 181,43
2200 182,84 184,90 187,10 184,95
2400 178,65 176,73 180,31 178,56
2600 165,72 162,47 170,40 166,20
2800 159,67 162,13 156,49 159,43
3000 147,98 148,69 148,67 148,45
3200 150,34 141,58 145,87 145,93
3400 141,63 140,80 142,34 141,59
3600 140,37 136,98 139,87 139,07
3800 120,82 122,45 120,78 121,35
4000 98,69 113,73 99,70 104,04
(Mayorga, 2016).
En la figura 9 se observa las curvas de torque máximo que alcanzó el vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, el torque máximo del motor del vehículo es a 2200 RPM obteniendo un valor de 184,95 Nm, siendo mayor a diferencia de lo que el fabricante muestra que es de 182 Nm a las mismas 2200 RPM.
Figura 9. Curvas de Torque. Torque
23 De la misma manera se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación en su torque máximo a 2200 RPM, se realizó varias pruebas para obtener en promedio los siguientes resultados que se observan en la tabla 6.
Tabla 6. Torque (Nm) vs. Opacidad (%).
Prueba 1 Opacidad 1 Prueba 2 Opacidad 2 Prueba 3 Opacidad 3 Opacidad Media
182,84 40,30% 184,9 42,70% 187,1 39,20% 40,73%
Según la figura 10 la opacidad disminuye en el torque del vehículo en comparación con la potencia, esto sucede porque el motor no está trabajando a altas revoluciones, su régimen de trabajo no es tan alto como la potencia y por ende su nivel de opacidad en promedio es menor.
Figura 10. Torque máximo vs. Opacidad con combustible ecuatoriano.
3.3. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD
DEL
VEHÍCULO
CON
COMBUSTIBLE
DIÉSEL
COLOMBIANO EN EL DINAMÓMETRO.
3.3.1. POTENCIA
24 el proceso de pruebas con el combustible colombiano, se siguió el mismo procedimiento del combustible ecuatoriano.
El vehículo consta con encendido eléctrico.
El sistema de inyección está según lo estipula el fabricante.
Utilizar el equipo de medición de humo acorde sea necesario.
La única diferencia en este proceso es que se desmonto el tanque de combustible del vehículo para vaciarlo por completo.
Desmontar del tanque de combustible para cambiar el diésel ecuatoriano por el colombiano.
El procedimiento de medición de la potencia según la norma técnica colombiana es similar a la norma ecuatoriana, es por eso que no se cita la norma colombiana, esto bajo la tutoría y comprobación del director de tesis. En la figura 11 se muestra la prueba realizada en el dinamómetro.
25 Se realizó la prueba de potencia máxima obteniendo los valores que se observan en la tabla 7.
Tabla 7. Valores de potencia máxima en HP.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 53,64 52,29 51,62 52,52
2200 60,34 58,66 57,39 58,80
2400 65,71 64,33 62,26 64,10
2600 66,48 67,05 67,15 66,89
2800 71,41 68,02 67,85 69,09
3000 73,41 69,45 67,66 70,17
3200 75,55 71,78 70,94 72,76
3400 77,98 75,39 75,85 76,41
3600 79,43 77,21 78,56 78,40
3800 75,05 73,12 75,81 74,66
4000 71,68 67,34 66,44 68,49
(Mayorga, 2016).
En la figura 12 se observa las curvas de potencia máxima a la que llego el vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, obteniendo su potencia máxima a 3600 RPM el valor de 78,40 HP. De la misma manera se observa que la potencia máxima se obtuvo a las 3600 RPM, esto en similar se obtuvo con el combustible ecuatoriano, afirmando la teoría que la altura de la ciudad de Quito influyó sobre las pruebas realizadas con los diferentes combustibles obteniendo en este caso una mayor potencia que el combustible colombiano.
26 Al alcanzar la potencia máxima se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación en su potencia máxima obteniendo en promedio los resultados que se indican en la tabla 8.
Tabla 8.Potencia (HP) Vs. Opacidad (%).
Prueba 1 Opacidad 1 Prueba
2 Opacidad 2 Prueba 3 Opacidad 3
Opacidad Media
79,43 40,60% 77,21 37,90% 78,58 39,70% 39,40%
En la figura 13 se observa la potencia vs. la opacidad con el combustible colombiano, y existe un leve incremento de potencia, así mismo existe una disminución del porcentaje de opacidad, esto por las propiedades del combustible.
Figura 13. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible colombiano.
3.3.2. TORQUE
Se realizó la prueba de torque experimental máximo en Nm.
27
Tabla 9. Valores Torque máximo en Nm.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 183,42 182,12 182,53 182,69
2200 196,00 188,43 192,41 192,28
2400 183,10 193,20 195,60 190,63
2600 171,64 188,39 190,31 183,45
2800 169,23 176,87 185,44 177,18
3000 168,98 161,82 171,72 167,51
3200 160,23 160,14 167,23 162,53
3400 159,21 147,98 162,10 156,43
3600 145,49 142,10 151,21 146,27
3800 125,62 123,80 136,55 128,66
4000 105,70 107,56 105,72 106,33
(Mayorga, 2016).
En la figura 14 se observa las curvas de Torque máximo que alcanzo el vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, el torque máximo del motor es en 2200 RPM obteniendo un valor de 192,28 Nm, registrando un ligero aumento en comparación al Torque con el combustible Diésel ecuatoriano.
Figura 14. Curvas de torque. Torque
28 De la misma manera se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación en su torque máximo obteniendo los resultados vistos en la tabla 10.
Tabla 10. Torque (Nm) vs. Opacidad (%).
Prueba 1 Opacidad 1 Prueba 2 Opacidad 2 Prueba 3 Opacidad 3 Opacidad Media
196 37,90% 188,43 35,40% 192,41 36,70% 36,67%
Según la figura 15 la opacidad disminuye pero el torque del motor ser mantiene al valor del fabricante. Además, el torque aumenta con relación al combustible diésel ecuatoriano.
Figura 15. Torque máximo vs. Opacidad combustible colombiano.
3.4. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE
ECUATORIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN
LIBRE.
Según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2 202:2002, y cumpliendo con los procedimiento contemplados en la misma, se determinó el porcentaje de opacidad de las emisiones en el sistema de escape.
29 Se aplicó la aceleración libre, haciendo que el vehículo sea acelerado a sus máximas revoluciones por minuto y luego que el motor regrese a ralentí por sí mismo, esta prueba se realizó 6 veces, obteniendo en promedio los resultados tabulados en la tabla 11.
Tabla 11. Opacidad 1 - Combustible ecuatoriano.
Pruebas Ecuatoriano
Prueba 1 42,60%
Prueba 2 37,80%
Prueba 3 39,40%
Opacidad 1 39,93%
En la figura 16 se indica la primera medición de opacidad con el combustible ecuatoriano por el método de aceleración libre.
30 En la tabla 12 se muestra el promedio de la segunda prueba de opacidad realizada con el combustible ecuatoriano.
Tabla 12. Opacidad 2 combustible ecuatoriano.
Pruebas Ecuatoriano
Prueba 1 44,20%
Prueba 2 38,60%
Prueba 3 37,80%
Opacidad 2 40,20%
En la figura 17 se indica la segunda medición de opacidad con el combustible ecuatoriano.
Figura 17. Opacidad 2 del combustible ecuatoriano.
31
3.5. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE
COLOMBIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN
LIBRE.
Aplicando las normativas colombiana ICONTEC 4231 y norma ecuatoriana INEN 2202, se procedió con el proceso ya planteado para la medición y se determinó los siguientes datos vistos en la tabla 13.
Tabla 13. Opacidad 1 Combustible colombiano.
Pruebas Colombiano
Prueba 1 35,20%
Prueba 2 35,80%
Prueba 3 33,60%
Opacidad 1 34,87%
En la figura 18 se observa las mediciones de opacidad obtenidos en la prueba de opacidad con el combustible colombiano.
Figura 18.Opacidad 1 del combustible colombiano.
32
Tabla 14. Opacidad 2 Combustible colombiano.
Pruebas Colombiano
Prueba 1 36,30%
Prueba 2 37,60%
Prueba 3 34,60%
Opacidad 2 36,17%
En la figura 19 se observa la opacidad del combustible sufre una variación que no representa mayor diferencia con la opacidad 1.
Figura 19. Opacidad 2 del combustible colombiano.
33
3.6. ANÁLISIS
COMPARATIVO
DE
LOS
ESTUDIOS
REALIZADOS
A
LOS
COMBUSTIBLES
DIÉSEL
ECUATORIANO
Y
COLOMBIANO
EN
EL
DINAMÓMETRO.
En la tabla 15 se observa las medias resultantes de potencia de las pruebas realizadas con los combustibles diésel ecuatoriano y diésel colombiano.
Tabla 15. Potencias medias combustibles ecuatoriano y colombiano.
Diésel Ecuatoriano en HP Diésel colombiano en HP
50,99 52,52 56,88 58,8 60,61 64,1 63,07 66,89 64,75 69,09 66,06 70,17 66,47 72,76 67,6 76,41 68,58 78,4 65,81 74,66 55,99 68,49
En la figura 20 se observa las curvas de potencia media de cada combustible, que como datos se tiene del combustible ecuatoriano 68,58 HP y del colombiano 78,4 HP, estos valores se obtuvieron a 3600 RPM.
34 El vehículo teóricamente tiene una potencia de 84 HP a 4000 RPM según indica el fabricante, obteniendo cierto porcentaje de error que se lo calculó con la fórmula [12] y de la siguiente manera.
3.6.1. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE POTENCIA
3.6.1.1. Combustible ecuatoriano.
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
Existe un error entre el valor teórico y experimental del 18,36% en el combustible diésel ecuatoriano.
3.6.1.2. Combustible colombiano.
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
También se obtuvo un error entre el valor teórico y valor experimental en este caso de 6,67%, aproximadamente la tercera parte del error en comparación con el combustible ecuatoriano.
Esto se debe a que la potencia del motor con el combustible colombiano es mayor que la potencia con el combustible ecuatoriano, también la diferencia que existe entre el valor experimental de la potencia con el combustible colombiano versus la potencia que obtuvo el fabricante se da por varias razones, la que más influyo es la altura sobre el nivel del mar a la que se realizó este estudio y la del fabricante, al ser un vehículo fabricado en Corea del Sur sus estándares de medición se encuentran a nivel del mar.
35
Tabla 16. Potencia media y opacidad media combustible diesel ecuatoriano y colombiano.
Potencia media Opacidad media Potencia media Opacidad media
68,58 HP 42% 78,4 HP 39,40%
En la tabla 17 se observan los límites de potencia que alcanzan los combustibles ecuatorianos y colombianos calculados previamente.
Tabla 17. Límites de potencia en HP.
Diésel Potencia media Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 68,58 74,00 80,94 67,06
Colombiano 78,40 74,00 80,94 67,06
En la figura 21 se muestra a la potencia dentro de los límites de control calculados previamente.
Figura 21.Control de potencia (HP).
Los límites de la opacidad que se registran en la tabla 18 se basan en la potencia máxima del vehículo Kia K3000.
Tabla 18. Límites de opcidad.
Diésel Opacidad Media Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 42,00% 41,00% 42,84% 39,16%
36 En la figura 22 se muestra la opacidad calculada dentro de los límites de control, observando que ninguno de los datos previamente calculados se excede de los límites establecidos previamente.
Figura 22.Control de opacidad.
En el caso del torque en la tabla 19 se observa las medias resultantes de las pruebas realizadas con los combustibles diésel ecuatoriano y diésel colombiano.
Tabla 19. Torque medio con combustibles ecuatoriano y colombiano en Nm.
Diésel ecuatoriano Diésel colombiano
181,43 182,69 184,95 192,28 178,56 190,63
166,2 183,45
37 En la figura 23 se observa las curvas de torque medio de cada combustible, que como datos se tiene del combustible ecuatoriano 184,95 Nm y del colombiano 192,28 Nm, estos valores se obtuvieron a 2200 RPM.
Figura 23.Curvas de Torque promedio de combustible Diésel ecuatoriano y colombiano. El vehículo teóricamente tiene un torque de 182 Nm a 2200 RPM según indica el fabricante, obteniendo cierto porcentaje de error que se lo calculó con la fórmula [12].
3.6.2. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE TORQUE 3.6.2.1. Combustible ecuatoriano
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
Existe un error entre el valor teórico y experimental del 1,62% obteniendo mayor torque en el combustible diésel ecuatoriano.
3.6.2.2. Combustible colombiano
38 También se obtuvo un error entre el valor teórico y valor experimental en este caso de 5,65%, obteniendo experimentalmente un mejor torque con el combustible colombiano.
La diferencia que existe entre los torques resultantes es porque el combustible diésel colombiano posee un torque mayor que el combustible diésel ecuatoriano, por tal motivo el error en el combustible colombiano será mayor al error que se obtuvo con el combustible ecuatoriano, todo esto comparado con el torque teórico del fabricante.
Esto se debe a que el torque del motor que se encuentra con el combustible colombiano es mayor que el torque de motor que se encuentra con el combustible ecuatoriano, determinando y confirmando la eficiencia del combustible colombiano, la diferencia que existe entre el valor experimental del torque con el combustible colombiano versus el torque que obtuvo el fabricante se da por varias razones, y de igual manera hacemos un énfasis que en lo que más influyó en la medición, en este caso el torque es la altura sobre el nivel del mar a la que se realizó este estudio que es a los 2800 metros que se encuentra ubicada la ciudad de Quito, mientas la altura del fabricante, al ser un vehículo fabricado en Corea del Sur sus estándares de medición se encuentran a nivel del mar.
Con los valores de las pruebas realizadas a torque máximo tanto con el ecuatoriano como con el combustible colombiano se determinó la opacidad de los gases de escape de cada uno de los combustibles, obteniendo como resultados promedio los valores vistos en la tabla 20.
Tabla 20. Torque medio y opacidad media combustible diésel ecuatoriano y colombiano.
Diésel ecuatoriano Diésel colombiano
Torque medio Opacidad media Torque medio Opacidad media
39 En la tabla 21 se observan los límites de torque que alcanzan los combustibles ecuatorianos y colombianos.
Tabla 21. Límites de torque (Nm).
Diésel Torque
medio Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 184,95 189,00 194,18 183,82
Colombiano 192,28 189,00 194,18 183,82
En la figura 24 se observa el torque promedio que no excede los límites establecidos previamente calculados.
Figura 24.Control de torque.
Los límites de la opacidad que se registran en la tabla 22 se basan en el torque máximo del vehículo Kia K3000.
Tabla 22. Límites de opacidad.
Diésel Opacidad Media Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 40,73% 39,00% 41,87% 36,13%
40 En la figura 25 se observa a la opacidad que depende del torque no sobrepasar los límites establecidos previamente.
Figura 25. Control de opacidad.
3.7. ANÁLISIS
COMPARATIVO
DE
LOS
ESTUDIOS
REALIZADOS
A
LOS
COMBUSTIBLES
DIÉSEL
ECUATORIANO Y COLOMBIANO POR EL MÉTODO DE
ACELERACIÓN LIBRE.
En la tabla 23 se muestran los datos de las pruebas realizadas en el vehículo Kia K 3000 en el cual se obtuvieron los siguientes resultados promedios entre los combustibles diésel ecuatoriano y diésel colombiano.
Tabla 23. Opacidades del combustible ecuatoriano y colombiano.
Ecuatoriano Colombiano
Opacidad total 40,07% 35,52%
41 en Ecuador, ya que la opacidad máxima para este vehículo es de 50% como se indica en la tabla 24.
Tabla 24. Límite máximo de opacidad norma ecuatoriana.
Año de fabricación Opacidad (%)
2000 y posteriores 50
1999 y anteriores 60
(INEN, 2001).
Mientras que en la República de Colombia, según ordenanza municipal de la ciudad de Bogotá, su capital, la opacidad es muy alta según su normativa tal como se explica en la tabla 25.
Tabla 25. Límite máximo de opacidad norma colombiana.
Año modelo Opacidad (%)
1970 y anterior 50
1971 - 1984 26
1985 - 1997 24
1998 - 2009 20
2010 y posterior. 15
