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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS

GUANAJUATO

PROYECTO INTEGRADOR

INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES

PROYECTO:

"ANÁLISIS DEL EFECTO DE UN ECONOMIZADOR MAGNÉTICO, EN ELCONSUMO DE COMBUSTIBLE Y EN LA EMISION DE CONTAMINANTES; DE

UN MOTOR DE ENCENDIDO PROVOCADO"

PRESENTA:

Ricardo Michell Perez Hernandez

ASESOR (ES) INTERNO (S):José Francisco Villegas Alcaraz. Nancy Martínez Campos.

PROFESOR TITULAR:

Raymundo Jiménez Zavala.

Silao de la Victoria, Gto. A (20) de Noviembre de 2014.

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CAPITULO I. INFORMACIÓN GENERAL

1.1 Introducción.

En la actualidad los medios de transporte aportan una variedad de emisiones contaminantes,

debido a los combustibles fósiles con los que operan. Por esta razón, se han implementado

diversos métodos que permiten disminuir el consumo de combustible, y la emisión de

partículas contaminantes que se generan en el proceso de combustión. En este trabajo se

determinará el efecto de un economizador magnético (EM), implementado en un motor

monocilíndrico; que opera a revoluciones y par variable.

Se plantea obtener las curvas de rendimiento: par, potencia y consumo de gasolina, en

función de un régimen de velocidad máximo, observando el efecto que produce el

economizador; en el funcionamiento del motor.

1.2 Objetivos.

General: Demostrar el efecto de un economizador magnético, en el rendimiento y en los

niveles de emisión de contaminantes, generados por un motor monocilíndrico de encendido

provocado.

Específicos:

Determinar las curvas de rendimiento del motor monocilíndrico; con y sin el

economizador instalado. Realizar un estudio de las emisiones generadas por el motor monocilíndrico; con y sin

el economizador instalado.

Definir resultados concluyentes o nuevas hipótesis.

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1.3 Justificación.

El uso de acondicionadores magnéticos de combustible1, en motores de combustión interna

alternativos (MCIA), permitirá el mejor aprovechamiento del combustible, y la disminución

de emisiones contaminantes [1], [6]. Con esta investigación, se demostrará que el

economizador magnético, es capaz de mover las moléculas de los hidrocarburos del

combustible, orientándolas en una sola dirección; facilitando así el proceso de combustión.

Además, haciendo uso de un equipo para medir la emisiones, semejante a la sonda tipo

Lambda, se logrará obtener indicadores de las partículas contaminantes, como los niveles

de: HC, CO, CO2, O2, NO y de la razón aire-combustible (λ); generados por los MCIA.

Sectores de mayor impacto: Automotriz, medio ambiente y salud.

1.4 Hipótesis.

Experimentar con un EM, nos proporcionará los datos necesarios para justificar, que el

campo magnético generado por el dispositivo economizador, permite que mayor número de

moléculas de oxígeno reaccionen con los hidrocarburos; mejorando la combustión [6].

1.5

Límites y Alcances.

Límites: Se retomará la investigación, a partir de una experimentación previa, con el fin de

plantear mejores y más claros resultados; además se realizarán sugerencias de mejora y se

visualizarán áreas de oportunidad, para la aplicación del dispositivo economizador; basado

en los datos concluyentes que se logren.

1 Coloquialmente en México se le denominan: Economizadores magnéticos.

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3

Alcances: De lograrse obtener resultados favorables que demuestren la efectividad y

fiabilidad de los EM, se podría incluso difundir el uso y la adaptación del dispositivo en

todos los vehículos que funcionen con combustibles fósiles, teniendo gran impacto

especialmente en el ramo automotriz.

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CAPITULO II. ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA.

2.1 Antecedentes.

Antecedentes del proyecto.

Este proyecto se retomó de una investigación, que consistió en experimentar con un motor

monocilíndrico utilizando un banco de pruebas para laboratorio, y cuyos resultados, se

compararon con los obtenidos en experimentos llevados a cabo con un motor de automóvil

de 1.2 litros. Sin embargo, los datos no resultaron convincentes, y se procedió entonces a

realizar una segunda experimentación, donde se analizaron las curvas de rendimiento y el

análisis de las emisiones del motor.

Esta versión actualizada del proyecto, justificará el uso de los EM, proponiendo otras

alternativas para la experimentación, que demostrarán con resultados claros y explícitos, el

efecto real del economizador magnético en un MCIA.

Antecedentes Técnicos.

Un sensor tipo LAMBDA, es un elemento utilizado para el análisis de gases, se coloca a la

salida del escape del motor y proporciona una estimación del coeficiente aire – combustible2.

En los motores de ciclo OTTO, este índice es de 14.7 a 1, es decir: una relación de 14.7 kg

de aire por cada 1 kg de combustible. Se establece que cuando [λ=1], la relación es la

deseada y las emisiones son mínimas, cuando [λ <1] la mezcla es RICA3 y cuando [λ >1]

la mezcla es POBRE4.

2 λ ó relación estequiometria 3 Menos Kg de aire por cada Kg de combustible4 Más Kg de aire por cada Kg de combustible

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Moulay y Mohamed el Hafidi, han indicado que un dispositivo economizador, debe

adaptarse en las líneas de alimentación del combustible, generando un campo magnético,

que permitirá orientar y direccionar los hidrocarburos del combustible en un solo sentido;

mejorando así la atomización al inyectarse el combustible. La Figura. 1, muestra el ejemplo

del ensamble de un ahorrador magnético (2,3), alrededor de la línea de combustible (4),

usando elementos de sujeción (1), [1].

Figura 1. Diseño de un Acondicionador de Combustible Magnético [1]

2.2 Identificación del problema.

En la actualidad el diseño de Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIA), está

orientado en la disminución de emisiones, e incrementar la eficiencia térmica de estos. Lo

anterior ha sido motivado por las crecientes restricciones en las normativas ambientales

europeas y americanas; en cuanto a los niveles de emisiones de CO, NO y otros

contaminantes generados por el parque vehicular; el cual cada vez va en incremento [4].

El rendimiento, incremento de la potencia, reducción del consumo de combustible, y el

desarrollo de nuevos combustibles, son otras de las áreas de oportunidad y/o desarrollo

tecnológico para los MCIA.

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2.3 Situación Actual.

Los medios de trasporte en la actualidad, funcionan principalmente al quemar combustibles

fósiles, dando como resultado, una variedad considerable de partículas dañinas para la salud

de las personas. Debido a esto, se han planteado una variedad de propuestas para disminuir

las emisiones derivadas de la combustión, siendo en su mayoría propuestas costosas y de

difícil acceso, que requieren de tecnología e infraestructura; con las cuales no se cuenta en

nuestro país.

2.4 Situación Deseada.

Se trabaja bajo la propuesta de que un “economizador magnético”, logra disminuir la

emisión de las partículas contaminantes, se demostrará que este dispositivo fácil de adquirir

y de bajo costo; logra además reducir el consumo de combustible, durante el proceso de

combustión; en los motores de ciclo OTTO.

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CAPITULO III. MARCO TEÓRICO.

3.1 Marco teórico.

Principios de motores térmicos.

Un motor térmico, es aquel que transforma la energía térmica en energía mecánica. Se

clasifican en dos grandes grupos: los de combustión externa, y los de combustión interna.

Para generar la energía térmica, todos estos motores precisan de, un comburente5 y un

combustible6 [2].

Los motores de combustión interna, de dividen en: rotativos, alternativos y de reacción. De

este modo, los alternativos o MCIA, se subdividen en: Motores de encendido provocado

MEP7 y motores de encendido por compresión MEC8 [3].

Ciclos termodinámicos de los (MCIA).

Un MCIA, se clasifica también, dependiendo del ciclo termodinámico con el que opera, pudiendo ser de ciclo: otto, diesel o mixto. Y a su vez, se pueden subclasificar de acuerdo a

su “ciclo de trabajo”, es decir, si son de 2 o de 4 tiempos [2].

Emisiones en el Estado de Guanajuato.

Los principales contaminantes del aire, que se han asociado con riesgos a la salud y que son

necesarios de reducir son: el Ozono (O3), dióxido de Azufre (SO2), monóxido de Carbono

(CO), dióxido de Nitrógeno (NO2), partículas suspendidas totales (PST), partículas menores

5 Oxígeno.6 Que puede ser líquido o sólido.7 La combustión se genera por una “chispa” eléctrica, en una cámara donde hay aire y gasolina. 8 La combustión se genera al comprimir el Diesel y el aire, de la cámara.

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8

a 10 micrómetros de diámetro (PM10) y partículas menores a 2.5 micrómetros de diámetro

(PM2.5) [4], [5].

La Tabla 1, muestra las emisiones registradas en el año 2008 en el estado de Guanajuato,

donde se puede observar, que los automóviles9 , son la principal fuente de emisión de CO,

contribuyendo con el 92% del total. Los datos registrados en el 2008, reflejan la necesidad

de mejorar la eficiencia de los motores y con ello; la reducción de partículas contaminantes.

Tabla 1. Emisiones totales. Inventario de emisiones Guanajuato (2008) [4], [5].

La problemática de las emisiones contaminantes.

En los últimos años, el problema de la contaminación provocada por los gases de escape de

los automóviles, ha ido incrementando de forma alarmante [ídem]; debido a la creciente

demanda de vehículos, que además, refleja un aumento en las emisiones de: CO, HC, NO,

entre otros; mermando la calidad vida en nuestro planeta.

9 Fuentes móviles.

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9

Para solucionar este tipo de problemas, varias tecnologías se han desarrollado, con el fin de

incrementar la eficiencia térmica de los motores, se han implementado y propuesto

alternativas como son: el uso los aditivos en combustibles fósiles, nuevos materiales para la

fabricación de motores, nuevos diseños y en los últimos años, el uso de economizadores

magnéticos.

Un economizador magnético.

La Figura 2, ejemplifica el funcionamiento hipotético de un EM, para todos los tipos de

máquinas de combustión interna [6]. La función principal del EM, es organizar las

moléculas de combustible, permitiendo elevar así, la combustión dentro de un MCIA.

“La magnetización de la corriente de combustible , permite reducir la atracción

intermolecular de los Hidrocarburos, que trae como resultado una mejora en la

combustión” [Ídem].

Figura 2. Mecanismo de un Acondicionador de Combustible Magnético [6].

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CAPITULO IV. METODOLOGÍA.

4.1 Definición.

Se plantea a continuación el método, que define el proceder de la experimentación, para

comprobar la hipótesis y cumplir los objetivos:

Determinar la metodología: Es importante determinar que indicadores son necesarios o

no para comprobar la hipótesis. Se ha decidido utilizar como apoyo, los “manuales de

usuario” del equipo a emplear, debido que definen el uso más apropiado para obtener

las variables deseadas. Para determinar una buena metodología que contemple las

posibles variaciones, se debe conocer el tema, esto es, realizar una investigación previa

del fenómeno a estudiar y el funcionamiento del equipo a emplear.

Con el fin de facilitar el contexto general de la metodología, se ha decidido, separar la

misma en dos etapas:

o

ETAPA 1: Curvas de rendimiento.

o

ETAPA 2: Análisis de emisiones.

Realizar una simulación previa con el equipo: Es un punto que permite conocer mejor el

funcionamiento del motor y familiarizarse con su uso. Es recomendable corroborar que

el equipo está en buen estado, antes de realizar el experimento definitivo, se debe

verificar que no falle el motor, ni el banco de pruebas, que los display funcionan y que

se tengan los recursos para mantener en operación el equipo; durante el tiempo

necesario.

Observaciones: Recabadas a partir de la simulación propuesta, se debe tener especial

atención a detalles, irregularidades y factores que se presenten y/o que no hayan sido

considerados.

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Realizar ajustes a la metodología: Con el fin de afinar detalles a la metodología

propuesta, se hacen correcciones según las observaciones e información recolectada

durante la simulación.

Determinar las curvas de rendimiento (ETAPA 1): Esta división de la metodología, se

decidió con base en: el equipo a emplear, y el objetivo de la etapa. El equipo con el que

se cuenta para realizar las pruebas, se limita a obtener los datos que permiten describir

cuantitativamente el comportamiento del motor, básicamente, las curvas de

rendimiento.

Realizar pruebas para análisis de emisiones (ETAPA 2): División de la metodología que

tiene por interés, estudiar el rendimiento y cuantificar las emisiones generadas por el

motor durante las pruebas de laboratorio, esto se logrará con un dispositivo para el

análisis de emisiones; el modo de uso de este, se explica detalladamente en el manual

de usuario [8].

Observaciones: Tomar un registro de los indicadores necesarios para el análisis del

experimento. Los factores y las variables consideradas, se describen en el desarrollo de

este documento.

Evaluación de resultados: Realizar previamente los cálculos, gráficos, comparativos,

conversiones y equivalencias necesarias, permite aterrizar las observaciones y los

indicadores obtenidos.

Análisis y exposición de resultados: Estudiar y describir la evidencia obtenida, para

darle una interpretación a los indicadores; de modo que se logre plasmar el

comportamiento del motor y los datos obtenidos durante la metodología.

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Conclusiones y recomendaciones: Plantear claramente si se logró o no, cumplir con los

objetivos y la hipótesis propuesta; esta parte del método es esencial, ya que indica si

fueron satisfactorios los resultados obtenidos, o en caso contrario, si es necesario

visualizar las áreas de oportunidad como: proponer otra metodología, realizar

correcciones al experimento, emplear otros indicadores, entre otras.

4.2

Factores.

Existen factores a considerar, que pueden mermar el desempeño, y la fiabilidad de las

pruebas de laboratorio, de los cuales destacan:

AMBIENTALES10:

Factores Descripción

Presión

Tiene efectos principalmente en los fluidos con los que opera el motor, el

cambio en la presión, repercute en el comportamiento del flujo de

combustible y su punto de ebullición.

Temperatura

Deben realizarse las pruebas siempre bajo un mismo régimen, debido que

afecta: el estado de la materia, volumen, solubilidad, dilatación, la

disminución de la densidad, entre otras

Humedad

Es el agua que impregnada a un cuerpo, o la presente en la atmosfera, mucha

humedad, puede afectar la temperatura del cuerpo y con ello, el registro de

los valores registrados por el banco de pruebas, y el rendimiento del motor.

Tabla 2. Factores ambientales.

Se debe de utilizar un medidor y tomar una lectura de la humedad en el filtro del banco de

pruebas, al llevar a cabo la primera corrida con este, para que en futuros experimentos, se

10 Aquellos relacionados con características climáticas del lugar, y que están en constante cambio.

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13

procure realizarlos bajo las mismas condiciones. Del mismo modo, revisar la presión y la

temperatura; un consejo para regular estos factores es: realizar las pruebas en la misma

ubicación geográfica11, y a una misma hora.

METODOLÓGICOS:


Metodologías propuestasQue sean apropiadas para desarrollar todas las pruebas y que

contemple los posibles inconvenientes.

Capacidad de

reproducibilidad yrepetibilidad de las pruebas

Garantizar resultados fiables con el equipo empleado, ya sea

si la experimentación se realiza varias veces por un mismooperador, o que sea realizada por dos o más operadores.

Cantidad y calidad de

datos adquiridos

Debe contemplar la obtención de todos los datos necesarios,

para lograr describir el experimento, evitando así, inventar o

suponer estos.

Sistema de unidades

Generalizar el sistema de medición, deben contemplarse, las

unidades con las que operan los instrumentos y las que

emplean las formulas; se deben realizar las equivalencias o

conversiones necesarias.

Tabla 3. Factores de metodología.

OPERACIÓN:


Habilidad del

operador

Capacidad de reacción y toma de decisiones del operador ante

situaciones adversas, acciones de contingencia y acciones preventivas.

Dominio del

equipo y del tema

Manejo y control del equipo de laboratorio, para garantizar el uso,

cuidado y realización de las pruebas, sin mermar el desempeño de las

mismas.

11 Incluyendo lugar de laboratorio, municipio, latitud o longitud, ya que la ubicación geográfica va de la manocon la variación climática.

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14

Dominio de la

metodología

Indispensable conocer cada aspecto y paso a seguir de la

experimentación, se debe estar consciente de la importancia, de realizar

cada paso correctamente, y su impacto positivo o negativo; en los

resultados.

Tabla 4. Factores relacionados con el operador.

Estos van ligados directamente con la habilidad y el conocimiento de quien operará el

motor o de quien supervisará las pruebas, se recomienda que el experimento sea realizado

por dos personas; ya que permite mantener controlados estos factores.

EQUIPO DE LABORATORIO.


Disponibilidad y

Calidad del equipo

Debe contarse con el equipo de laboratorio necesario para realizar

las pruebas, de no haber en existencia o disponibilidad, se

omitirían datos; que resultan relevantes para la interpretación de

los resultados.

Instrumentos

Es importante emplear solo instrumentos calibrados, ajustados, conintervalo de errores permisibles y en buen estado, necesarios para

medir las características deseadas, y para acercar al equipo a una

condición de rendimiento y ausencia de errores.

Sustancias de

laboratorio a emplear

En este caso gasolina Premium, de ser un carburante distinto, el

tiempo y las condiciones bajo las que reaccionará12, afectaran la

fiabilidad de los resultados.

Tabla 5. Factores relacionados con el equipo de laboratorio.

12 Reaccionaría diferente debido a su composición química.

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INDICADORES:


Par

Uno de los valores que podemos controlar durante los experimentos, en

algunos, es punto de referencia para interpretar el comportamiento delmotor.

Velocidad

Es una variable que durante ambas etapas de la metodología, permite

aterrizar el estudio del rendimiento del motor. En la industria automotriz, se

utiliza este indicador como referencia para definir un rango de valores;

donde un motor es más eficiente.

Consumo

Es uno de los resultados objetivo de ambas etapas de la metodología, para

comprobar si se cumple o no la hipótesis, se calcula mediante fórmulas o

con software especiales.

Lambda

La variable que se obtiene y que resulta esencial para la segunda etapa,

permite darle sentido e interpretación a los datos arrojados por el dispositivo

de análisis de emisiones13.

Tabla 6. Factores relacionados con el desempeño y desarrollo de las pruebas.

Los indicadores mencionados, permiten desarrollar los experimentos, así como aterrizar los

resultados obtenidos; al emplear fórmulas y graficar los datos, se pueden comparar las

variables para interpretar el comportamiento del motor. El procedimiento para calcular y

extraer las variables necesarias, se explica con más detalle en el punto 4.3 de este

documento.

13 Datos arrojados: Partículas de HC, NO, CO, CO2 y O2.

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4.3 Procedimiento.

Como se explicó, el proyecto se desarrolla en dos etapas, es importante mencionar que

todos los procedimientos serán llevados a cabo, con y sin el uso del economizador

magnético, los detalles del método se mencionan a continuación:

DESCRIPCIÓN ETAPA 1: CURVAS DE RENDIMIENTO.

Se determinarán las curvas de rendimiento del motor monocilíndrico, haciendo uso, del

equipo señalado en la (Figura 3) y (Tabla 2). Se determinó el procedimiento, a partir del

manual “Experiment Instruction” [7].

Figura 3. Equipo de laboratorio, para pruebas con un MEP.

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Nombre Descripción

CT 159 Módulo básico para motores de combustión.

HM 365 Unidad universal de conducción y frenado.

CT 150 Motor monocilíndrico, de 4 Tiempos.

Digital timer Cronómetro digital.

Tabla 7. Descripción: Equipo de Laboratorio, para pruebas con un MEP.

Se logará calcular el consumo de gasolina y la potencia de salida del MEP, mediante la

variación controlada del par; todas las mediciones se realizarán por triplicado, reportando

un promedio de cada medición.

Se adaptará un economizador magnético (EM), sobre la manguera suministro de

combustible del motor, ubicada entre el filtro y el carburador (Figura 4).

NOTA: Cada imán que compone al EM, tiene una capacidad de campo magnético de

4300 Gauss y una dimensión de 55 mm de largo, 30 mm de ancho y 28 mm de alto.

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Figura 4. Esquema (Vista superior), del motor monocilíndrico; señala la ubicación del EM.

Una vez adaptado el EM, se volverán a determinar las curvas de consumo de gasolina y la

potencia de salida, para observar el efecto del dispositivo; el funcionamiento y rendimiento

del motor.

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Figura 5. Esquema (Vista frontal), del motor monocilíndrico.

Con base en la metodología propuesta por el manual del equipo de laboratorio [7], se

considera indispensable la simbología señalada (Tabla 3), para determinar mediante

fórmulas predeterminadas (Tabla 4), algunas de las variables que indican el rendimiento de

un MEP:

Símbolo Descripción y obtención de la variable que representa Unidad

Revoluciones por minuto: constantes a régimen máximo de 2500

RPM.R.P.M.

Par: variación del par desde (0.5 - 3.5) N.m; con un incremento

constante de 0.5 N.m. N.m.

Potencia: se calcula mediante las fórmulas. W

Tiempo: registrado en segundos, según lo definido en la metodología. s

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Flujo Volumétrico: calculado con formula.

ṁ Flujo másico: obtener mediante fórmula.

ℎ

Densidad del combustible (gasolina): corresponde a 0.73

Consumo de combustible: emplear formula.

ℎ

Tabla 8. Simbología empleada, descripción, método de obtención y unidad.

Calculo de la Potencia (P):

= . . 2.

Flujo volumétrico de combustible ():

=4.4

Flujo másico de combustible (ṁ):

ṁ = .

Consumo de combustible ():

=ṁ

Tabla 9. Formulario para la obtención de las variables.

DESCRIPCIÓN ETAPA 2: ANÁLISIS DE EMISIONES.

Aquí se determinarán las curvas de rendimiento, y el análisis de emisiones de

contaminantes, generado por el motor monocilíndrico; para esta sección, se propone una

nueva metodología con base en manual de uso “Gas Analyzer VEA-401/501” [8], del

equipo para medir emisiones.

NOTA: es importante llevar a cabo la conversión de unidades, según corresponda;

algunas fórmulas están definidas en equivalencia de unidades diferentes a las registradas.

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Figura 6. VEA501 automotive emission analyzer: Dispositivo para medición de emisiones.

Para esta experimentación:

Se utiliza el mismo combustible bajo mismas condiciones ambientales, el motor se

arrancará a plena carga, haciendo variar las revoluciones de 100 en 100, desde un

máximo de 3450 rpm, hasta un mínimo de 550 rpm aproximadamente; se realizarán 6

mediciones por cada régimen de velocidad.

Realizará un nuevo análisis de las curvas de rendimiento: potencia, par y consumo,

usando un software, que registra los mismos datos que el módulo CT 159, pero con

intervalos de tiempo previamente definidos14; para cada lectura o registro de datos.

14 Se ha determinado, emplear un intervalo de 20 segundos entre cada medición.

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Llevará a cabo además, el análisis de emisiones generadas por el motor, implementando

un dispositivo medidor de emisiones (Figura 6); que funciona bajo el mismo principio

de una sonda Lambda.

DESARROLLO ETAPA 1: CURVAS DE RENDIMIENTO.

La metodología general, se desglosa a continuación:

1. Colocar y conectar el motor en el banco de pruebas; según las instrucciones del

manual [7]; páginas: 7 - 9.

Se debe asegurar el motor sobre el banco de pruebas de laboratorio, debido a las

vibraciones generadas durante el experimento; ocasionadas por el proceso de combustión.

Para asentar correctamente el motor sobre el banco de pruebas, es necesario ajustarlo a un

plato ubicado en el módulo CT 159; con tornillos de sujeción (Ilustración 1).

Ilustración 1. Tornillos y plato, para sujeción del motor al banco de pruebas.

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Se debe conectar el banco de pruebas15 a la corriente eléctrica, se puede encender el modulo

HM 365 al girar la perilla (Ilustración 2) desde la posición de OFF hacia ON.

15 Módulo CT 159 + Módulo HM 365.

NOTA: La manguera o ductos de escape (Ilustración 3), deben estar afuera de un

edificio cerrado, por las partículas contaminantes y dañinas que emiten.

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Los filtros de combustible (Ilustración 6), son indispensables para mantener el motor en

operación durante periodos largos de tiempo, la función de un filtro de consumible es,

retener y evitar la introducción de partículas, que pueden contaminar el combustible que se

introduce a la cámara de combustión. Tanto los filtros, las bujías y el aceite, se deben

reemplazar y mantenerse bajo constante revisión, durante intervalos definidos de tiempo;

según el manual de operación [7] páginas: 12 - 13.

Ilustración 6. Filtro de la manguera de admisión de combustible.

2. Revisar el nivel y las conexiones de combustible.

Los depósitos de combustible deben estar siempre a un nivel apropiado, que garantice

mantener operando el motor; durante la duración de las pruebas de laboratorio.

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Ilustración 7. Conexiones del depósito de combustible (Gasolina Premium).

3.

Inicializar el equipo

16

; manual [7] páginas: 9 - 11.

Para llevar a cabo el arranque del motor y la inicialización del banco de pruebas, se debe

hacer uso de los elementos de operación (Ilustración 8). Para energizar las 3 conexiones

eléctricas del motor: Línea de conexión de combustible, sensor de temperatura y socket

para energizar el motor 17.

16 Módulos CT 150, CT 159 y HM 365.17 Energía eléctrica necesaria para generar la chipa con la bujía del motor.

NOTA: Es importante, revisar las conexiones y el estado de las mangueras que

conducen el combustible, del depósito al banco de pruebas, con el fin de evitar

derrames, accidentes y el desperdicio de combustible.

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Ilustración 8. Elementos de operación y conexión.

4. Arrancar el motor en modo de Ralentí “OPERATION”.

Se denomina que un motor está en Ralentí, cuando este se encuentra en un número de

revoluciones por minuto (RPM), que adquiere el motor de un automóvil u otro vehículo;

cuando no está acelerado.

Ilustración 9. Cuerpo de aceleración (carburador + mariposa de admisión)

NOTA: La ignición inicia al presionar el botón “Motor Start”; el motor empezara a

operar, una vez que haya sido debidamente conectado al panel.

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Significa que el motor se encuentra encendido y en operación, pero con una velocidad y un

torque de cero, es decir, no se encuentra realizando ningún esfuerzo de desplazamiento; no

está siendo revolucionado ni soportando algún tipo de carga.

5. Seleccionar el modo de operación del módulo HM 365.

Al seleccionar la opción SPEED, significa que el comportamiento del motor, durante las

pruebas de laboratorio, se determina únicamente en función de la variación de la velocidad,

si se selecciona “TORQUE”, la variación de este, determinará el comportamiento del

motor.

Ilustración 10. Panel para selección de funciones, del módulo de HM 365.

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La perilla de selección de dirección (Ilustración 11), controla el sentido de operación del

motor. Esto se debe a que el módulo HM 365, ejerce la carga sobre el motor mediante una

polea y una banda de transmisión, que le permite variar la velocidad y el torque.

El motor interno del módulo HM 365 se enciende con el botón de arranque (Ilustración

12). Es el motor interno del módulo el que se encarga de ejercer la carga sobre el motor, de

no estar encendido, el motor operaria sin variación en su velocidad y su torque.

6.

Variar la velocidad “Speed”, a 2500 RPM.

Este valor de la velocidad no es el máximo permisible por el módulo, pero se determinó

que es un valor promedio apropiado para realizar la experimentación; idealizando el

proceso, se debe mantener (casi constante)18 durante las pruebas.

18 En realidad, no se mantiene constante, ya que tiende a variar con el incremento o la disminución delTorque.

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Ilustración 13. Display de velocidad a 2500 RPM.

7. Colocar la perilla del Par “Torque” a un mínimo de 0.5 N.m.

Ilustración 14. Display de Torque a 0.5 N m.

8.

Llenar el depósito el combustible.

NOTA: El valor del torque, es el que debemos modificar constantemente, para fines de

obtener los datos necesarios; según las fórmulas del manual de operación [7].

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Llenar el tubo graduado19 del banco de pruebas, nos permite tener un nivel de combustible,

suficiente para garantizar el funcionamiento ininterrumpido del motor, además, la escala

graduada nos facilita el desarrollo del experimento.

Ilustración 17. Tubo graduado, depósito de combustible del banco de pruebas.

19 El depósito de combustible adjunto al módulo CT 159, es un tubo graduado con una capacidad conocida encm3.

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9. Dejar estabilizar el motor, es decir, que se estabilicen las variaciones de la

temperatura y el comportamiento del motor.

Al arrancar el motor, los indicadores del panel en el módulo CT 159, varían

constantemente, esto se debe al proceso de calentamiento que tiene el motor antes de

alcanzar una temperatura de operación estable.

Ilustración 28. Indicadores de temperatura y consumo de aire, del banco de pruebas.

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10. Cronómetro digital y libreta de registros.

Se deber llevar un control lo más preciso posible del registro de los datos20, se recomienda

llevar a cabo la experimentación con la ayuda de un software que registre los parámetros

automáticamente, en caso de no contar con esto, se recomienda trabajar con más de un

operador durante el experimento.

Ilustración 39. Cronómetro digital.

20 Datos: Torque, velocidad, temperatura, nivel de combustible y el tiempo.

NOTA: Se debe reiniciar el cronometro digital a ceros (Ilustración 19), cada que se

concluye un régimen de Torque, es decir, cada que el Torque es incrementado 0.5

[N.m].

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11. Colocar el motor a plena carga “START”; manual [7], página: 15 “Full load

curves”.

Ilustración 20. Elementos de ajuste del límite de velocidad.

12. Iniciar las pruebas con el motor, cuando el nivel de combustible llegue a la escala

de 0.

Según el tubo graduado, la escala se considera CERO al nivel de combustible más alto, es

decir, cuando está completamente lleno; se considera entonces, que es el nivel ideal para

iniciar las pruebas con el motor.

Ilustración 21. Tubo graduado de combustible, a escala 0 (lleno).

7/21/2019 Michel


34

13. Tomar el tiempo cada que el combustible disminuir seis niveles del depósito

graduado, es decir, hasta que llegue a la escala marcada con el numero “6”.

Debido a que el tubo graduado de combustible, está dividido en 18 fracciones (del 0 al 18),

cada una con una resolución de 4.4 cm3, se tomaran lecturas de datos cada que el tubo se

vacía 6 fracciones (26.4 cm3); con el fin de realizar 3 registros para cada valor del Torque.

Ilustración 22. Tubo graduado de combustible, a escala 6.

14. Registrar las variaciones de la velocidad conforme se vacía el depósito de

combustible.

Se registran las pequeñas variaciones de la velocidad, debido a que los motores, no se

comportan de forma ideal. Se observará, que conforme se aumenta o se reduce el torque; la

velocidad tiende a disminuir no proporcionalmente.

7/21/2019 Michel


35

Ilustración 234. Indicadores de variación de velocidad y torque, durante la operación del motor.

15. Detener el experimento, hasta que el depósito de combustible llegue al último

nivel, escala 18.

Cuando se llega al final de la escala graduada del tubo de combustible, escala 18 (79.2

cm3), se deben obtener resultados más confiables. Debido a que se ha logrado un registro de

las mediciones para calcular un promedio y una desviación de los datos: sin mencionar que,

el motor se mantiene en una condición de estabilidad21.

21 El motor esta aun en condiciones de operación, sin riesgo de que se apague repentinamente o falle.

7/21/2019 Michel


36

Ilustración 24. Tubo de combustible a 18 (parcialmente vacío).

16.

Llenar nuevamente el depósito y realizar dos ocasiones más la experimentación,

con el mismo Torque.

17. Al finalizar con las tres pruebas, aumentar el torque a (M= 1 N.m). Realizar las

pruebas por triplicado con este nuevo régimen.

Ilustración 25. Display de Torque a 1 N m.

NOTA: Repetir el proceso, permite realizar un triplicado de las pruebas para cada

régimen de torque; se obtendrán mejores resultados.

7/21/2019 Michel


37

18. Al finalizar cada régimen, se deberá ir aumentando el Torque 0.5 N.m

constantemente, hasta llegar a un máximo de 3.5 N.m.

Ilustración 26. Display de Torque, a 3.5 N m (final).

19.

Al finalizar, desconectar, limpiar y guardar adecuadamente, el equipo empleado.

Se deben llevar a cabo como mínimo, los siguientes pasos:

Apagar el motor progresivamente22.

Regresar el combustible a depósito (Ilustración 8).

Dejar enfriar el motor 23.

Apagar el banco de pruebas.

Desconectar el equipo de laboratorio de la corriente eléctrica.

Desmontar y guardar el equipo empleado.

Limpiar el área de trabajo.

22 Sin llevar a cabo un paro repentino o brusco del mismo.23 Especial cuidado con la temperatura del tubo de escape.

7/21/2019 Michel


38

Ilustración 27. Boquilla de retorno de combustible (del motor al banco de pruebas).

DESARROLLO ETAPA 2: ANÁLISIS DE EMISIONES.

La metodología general, se desglosa a continuación:

1. Seguir los mismos pasos de la metodología “ETAPA 1: CURVAS DE

RENDIMIENTO”, pasos del (1-5).

Para esta segunda etapa, el motor se debe de montar, conectar y arrancar del mismo modo,

sobre el banco de pruebas y los módulos correspondientes.

2. Arrancar el motor a una velocidad máxima permitida.

Como parte del planteamiento de la metodología propuesta, se opta por realizar las pruebas

con base en el control de la variación de la velocidad, en vez de hacer variar el torque.

7/21/2019 Michel


39

Se inician las pruebas al régimen máximo de velocidad permitido (3400 RPM)

aproximadamente. Esta metodología nos permite analizar el comportamiento del par, del

consumo y además de las emisiones contaminantes emitidas, teniendo como punto de

referencia las revoluciones con las que opera el motor.

Ilustración 28. Display de velocidad, a 3 200 RPM.

3. Encender la computadora e inicializar el software CT159.

El banco de pruebas, cuenta con la facultad de conectarse a un software de nombre “CT-

159”. Este sistema, es una propuestra de mejora con respecto a la metodología anterior, nos

permitie registrar los datos en tiempo real, disminuyendo asi la incertidumbre de los

resultados, y proporciona un mejor análisis de los parámetros de operación del motor.

7/21/2019 Michel


40

Ilustración 59. Conexión del puerto USB del banco de pruebas hacia el CPU.

4. Inicializar software CT-159.

El software solicita una variedad de parámetros, temperatura, ajuste de tiempo,

especificaciones del combustible, entre otros; que deben ser introducidos según sean las

condiciones del laboratorio y el tipo de combustible con el que se realicen las pruebas.

5.

Guardar el archivo para poder iniciar las pruebas.

El sof tware “CT-159”, registra los resultados en tiempo real, solo si el archivo se encuentra

respaldado en el disco duro de la computadora; de lo contrario, se perderán los datos.

NOTA: Es importante establecer en el software, que éste registre los datos cada 20

segundos; este intervalo de tiempo, ofrece mejor precisión de las lecturas de emisiones.

7/21/2019 Michel


41

6. Inicializar el medidor de emisiones “VEA501 automotive emission analyzer”.

Con base en las instrucciones indicadas en el manual “Gas Analyzer VEA-

401/501” [8]; páginas: 6-9.

Deben seguirse una variedad de instrucciones más detalladas sobre el funcionamiento y

manejo del medidor de emisiones, por lo que es indispensable consultar el manual citado.

La Ilustración 30, es básicamente la distribución trasera del medidor de emisiones, todos

los puertos, interruptores, filtros e indicadores, (del 1 al 13), que deben ser conectados para

el funcionamiento óptimo del medidor; se describen detalladamente dentro del manual de

uso y operación [8].

Ilustración 30. Layout del panel trasero del medidor de emisiones (las partes enumeradas del panel, se

describen en el manual [8]).

7/21/2019 Michel


42

El Layout (Ilustración 31), es básicamente el panel y la interface de operación del medidor

de emisiones, los botones “S” y “K”, activan las funciones internas que la interface

proporciona, las flechas permiten el desplazamiento entre pantallas, dentro de la misma.

Ilustración 61. Panel frontal del medidor de emisiones.

Cuando es encendido el medidor de emisiones, el inicializar el dispositivo requiere un

periodo de tiempo de aclimatación “Warming Up”, para entrar en funcionamiento; de otro

modo, será imposible trabajar con la sonda.

Ilustración 32. Interface del medidor de emisiones, Indica la inicialización "calentamiento" de la sonda,

ya conectada al motor.

7/21/2019 Michel


43

7. Colocar la sonda de análisis de gases en el tubo de escape del motor.

Como se ha mencionado con anterioridad, el medidor de emisiones emplea un sensor tipo

lambda (Ilustración 33), este tipo de sensor registra las emisiones generadas tras la

combustión, que luego el medidor de emisiones procesa e interpreta, para arrojar el índice

aire-combustible del motor.

Este tipo de dato, es indispensable para analizar el comportamiento y la eficiencia del

motor; durante su periodo de operación.

Ilustración 33. Sonda Lambda y manguera (extensión) del escape del motor.

7/21/2019 Michel


44

Ilustración 34. Tubo de escape y sonda (filtros + manguera de extensión de longitud).

PRECAUCIONES:

En caso de llegar a presentarse algún comportamiento inusual o con algún nivel de riesgo,

relacionado con el motor o el módulo HM 365, se debe tomar la iniciativa y detener en

breve el experimento (Ilustración 35); como medida de emergencia.

Ilustración 35. Botón de paro de emergencia.

7/21/2019 Michel


45

Debido a que no se tiene un aislamiento apropiado del tubo de escape, se deben extremar

precauciones; por las altas temperaturas a las que opera durante la experimentación [7],

página 14.

Entre otras está, evitar operar el motor en un lugar cerrado o aislado, debido a la

concentración de gases nocivos y dañinos a la salud; que son emitidos por la quema de

combustibles fósiles.

Ilustración 36. Señales de precaución, por altas temperaturas de operación.

Es importante hacer caso a las señales de precaución indicadas por el manual de operación

del motor [7].

7/21/2019 Michel


46

Ilustración 37. Señal de precaución, por riesgo de lesión al contacto con partes en movimiento.

8. Iniciar el registro de datos, presionado el botón “START” del software.

Se inicia el software, una vez que: se coloca la sonda lambda en el tubo de escape, que el

motor se ha estabilizado, que opera a plena carga [7] página 15, a una velocidad inicial de

3400 RPM y con el depósito de combustible bien abastecido; se podrá iniciar el registro de

los datos24.

9.

Imprimir registro de datos, (especificación de la impresora adjunta, pagina 19,

sección “6 Maintenance”).

Como medida adicional, se debe imprimir el registro de datos de contaminantes registrado

por el medidor de emisiones, cada 20 segundos. El dispositivo “VEA emission analyzer”,

cuenta con una impresora adjunta (Ilustración 38), que puede imprimir los datos mostrados

en la interface del dispositivo. Con el fin de llevar un segundo registro de emisiones;adicional al que está siendo registrado por el software CT-159.

24 Datos registrados con el software CT-159.

7/21/2019 Michel


47

Ilustración 38. Impresora adjunta del medidor de emisiones.

10. llevar a cabo 6 repeticiones por régimen de velocidad.

Cada vez que se analiza el motor, a una velocidad determinada, se realizan 6 mediciones

para esta velocidad; es decir, cada prueba dura un promedio de 2 min por cada régimen de

revoluciones.

11. Al finalizar los 6 registros para cada régimen, se debe retirar la sonda y hacer el

“ZERO”; [8] página: 9.

NOTA: La impresora adjunta al dispositivo medidor de emisiones, debe ser controlada

cuidadosamente por el operador, debido a que debe procurarse imprimir los resultados

registrados por la sonda; cada 20 segundos.

NOTA: Se considera como el comienzo de un “régimen de revoluciones”, cada vez que

se reduce la velocidad 100 RPM.

7/21/2019 Michel


48

Es indispensable que se realice el ZERO de la sonda tras finalizar cada régimen, de no

llevarse a cabo, los valores registrados para el nuevo régimen de velocidad resultarían con

elevada incertidumbre; debido a la acumulación de residuos de la quema de combustible, en

la boquilla de la sonda lamba.

Ilustración 39. Interface del medidor de emisiones, Indica el "poner a cero o Zeroing" de la sonda, tras

finalizar un régimen e revoluciones.

12. Utilizar un nuevo régimen de revoluciones, disminuyendo de 100 en 100 RPM.

Se determinó que la duración de experimento, iniciaría a desde una revoluciones máximas

permitidas cerca de las 3400 RPM y finalizaría a las 500 RPM, debido a que, la amplitud de

este intervalo de valores, resulta suficiente para alcanzar a describir el comportamiento del

motor con y sin el economizador.

Ilustración 40. Display de velocidad, indica la reducción de la revoluciones de 100 en 100 RPM.

7/21/2019 Michel


49

13. Imprimir y registrar datos con la sonda y el software, respectivamente, desde el

máximo de RPM hasta el mínimo permisible.

Ilustración 41. Display de velocidad, a 500 RPM (final).

14.

Al finalizar, desconectar, limpiar y guardar adecuadamente, el equipo empleado.

Se deben llevar a cabo como mínimo, los siguientes pasos:

Guardar/salvar los datos registrados por el software.

Apagar el software y la computadora.

Desconectar la sonda lambda y hacer el ZEROING.

Apagar el medidor de emisiones.

NOTA: Mínimo permisible es cercano a las 500 RPM, debido a que a regímenes de

velocidad más bajos; el motor funciona erradamente; por lo que tiende a fallar y

apagarse.

7/21/2019 Michel


7/21/2019 Michel


51

CAPITULO VI. RESULTADOS

6.1 Opiniones de solución.

Básicamente, se propone graficar todos los resultados, analizando los datos utilizando una

variable de referencia27, con el fin de determinar un intervalo de valores; donde los

resultados expresan claramente el comportamiento del motor.

Debido a que se realizaron dos metodologías distintas28, los indicadores correspondientes

varían de acuerdo al desarrollo experimental de cada una, como se explica a continuación:

PRIMER ETAPA:

Para interpretar los resultados de la etapa 1, es necesario comparar constantemente el Par

contra el consumo29 y la potencia, si se realiza un gráfico comparativo entre los resultados

con magneto (CM) y resultados sin magneto (SM); se lograrán visualizar claramente las

diferencias de las curvas de rendimiento del motor; con y sin el dispositivo economizador.

27 Se refiere a una variable que resulta conveniente como punto de partida para analizar los datos.28 Una metodología para cada etapa del proyecto.29 El consumo, para fines prácticos, se representa también como “be”.

NOTA: Se comparan las demás variables, contra el eje que indica el Par, debido a que

la metodología propuesta para esta etapa, se realiza con la variación controlada del

Torque durante el experimento.

7/21/2019 Michel


52

SEGUNDA ETAPA:

Realizar un gráfico comparativo de los resultados SM y CM, resulta la mejor opción para

visualizar el comportamiento del motor, sin embargo, a diferencia del análisis de los

resultados de la “PRIMER ETAPA”, el indicador clave para interpretar los resultados, es el

eje de las revoluciones y el gráfico de la variable lambda (λ).

6.2

Indicadores.

Los datos recabados, sometidos a fórmulas y cálculos, se verán presentados con gráficos y

tabulaciones. Los datos se exponen para cada división de la metodología (Etapa 1 y 2),

según fue empleado o no30; el economizador magnético.

INDICADORES: ETAPA 1.

COMPARATIVO: RESULTADOS (SM-CM).

Figura 7. Gráfico comparativo de la potencia, SM-CM.

30 Nomenclatura a utilizar: “CM” y “SM”: Significan Con y Sin magneto, respectivamente.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

P o t e n c i a [ W ]

Torque [N.m.]

Potencia (SM-CM)

P SM [W]

P CM [W]

7/21/2019 Michel


53

Figura 8. Gráfico comparativo del consumo, SM-CM.

Figura 9. Gráfico comparativo de curvas de rendimiento, SM-CM.

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

C o n s u m o [ g / K W h ]

Torque [N.m]

Consumo (SM-CM)

be CM

be SM

2200

2250

2300

2350

2400

2450

2500

2550

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Torque [N.m]

Comparativo curvas de rendimiento (SM-CM)

be CM

be SM

RPM SM

RPM CM

7/21/2019 Michel


54

INDICADORES: ETAPA 2.

RESULTADOS SIN MAGNETO (SM):

Figura 10. Gráfico de curvas de rendimiento SM.

Figura 11. Gráfico de registro de emisiones SM.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

(n) Revoluciones [rpm]

Curvas de Rendimiento SM

Consumo SM

Par SM (Nm)

Potencia SM [W]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

% d e E m i s i ó n


Registro de Emisiónes SM

CO SM (%)

CO2 SM (%)

O2 SM (%)

NO SM (ppm)

HC SM (ppm)

7/21/2019 Michel


55

Para poder realizar un buen análisis y visualizar todo el fenómeno, los gráficos de

emisiones, se representan usando como referencia dos ejes, los cuales indican lo siguiente:

o

Eje secundario: que representa los (HC) y (NO), estas partículas se miden en [ppm] 31.

o Eje primario: que representa al resto de las partículas, las cuales se miden con un [% de

emisión]32.

Índice aire-combustible (Lambda).

Figura 12. Gráfico, curva del índice aire-combustible "Lambda" SM.

A continuación, para esta sub-etapa, se presenta una tabla que engloba los registros

máximos y mínimos de cada variable, para simplificar el análisis:

31 ppm: partes por millón.32 % de emisión: significa que contribuyen con una fracción porcentual, del 100% de emisiones registradas

por el sensor lambda.

00.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

λ SM

λ SM

7/21/2019 Michel


56

Sin magneto Max. Min. Unidad

HC SM 3794.57 387.86 Ppm

CO SM 8.13 1.89 Ppm

CO2 SM 7.27 3.15 %

O2 SM 11.52 1.17 %

NO SM 533.29 19.57 %

λ SM 1.57 0.68 % aire/comb

be SM 0.82 0.16 g/KWh

Tabla 10. Registro de Máximos y Mínimos, para cada variable de emisión SM.

RESULTADOS CON MAGNETO (CM):

Figura 13. Gráfico de curvas de rendimiento CM.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000


Curvas de Rendimiento CM

Par CM [Nm]

Consumo CM

Potencia W

7/21/2019 Michel


57

Figura 14. Gráfico de registro de emisiones CM.

Índice aire-combustible (Lambda) CM

Figura 15. Gráfico, curva del índice aire-combustible "lambda" CM.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

% d e E m i s i o n


Registro de Emisiones CM

O2 CM (%)

CO CM (%)

CO2 CM (%)

NO CM (ppm)

HC CM (ppm)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

λ CM

λ CM

NOTA: Eje secundario: que representa los (HC) y (NO), estas partículas se miden en

[ppm]. Eje primario: que representa al resto de las partículas, las cuales se miden con

un [% de emisión].

7/21/2019 Michel


58

A continuación, una tabla que engloba los registros máximos y mínimos de cada variable,

para simplificar el análisis:

Con magneto Max. Min. Unidad

HC CM 3896.43 494.86 Ppm

CO CM 7.31 2.22 Ppm

CO2 CM 7.99 3.27 %

O2 CM 11.86 1.04 %

NO CM 262.00 5.71 %

λ CM 1.61 0.78 % aire/comb

be CM 0.81 0.16 g/KWh

Tabla 11. Registro de máximos y mínimos para cada variable de emisión CM

COMPARATIVO: RESULTADOS (CM-SM).

Con base en los datos de la tabulación anterior (Tabla 11), y los gráficos comparativos, se

describen los siguientes resultados.

Los Niveles de Monóxido de Carbono (CO), son favorables para los registrados en las

pruebas con Economizador, se observa que los CO SM tienen valores Máximos muy altos,

y Mínimos muy bajos, esto indica que los CO CM se encuentran dentro de estos límites.

7/21/2019 Michel


59

Figura 16. Gráfico comparativo del "CO", con y sin magneto.

El Bióxido de Carbono (CO2), favorece a los resultados registrados sin magneto, se debe a

que se obtuvieron valores máximos y mínimos menores, a los registrados con

economizador. Sin magneto, los gráficos oscilan cuando se trabaja a mayores revoluciones,

en caso contrario, con magneto, él CO2 se comportan casi lineal.

Figura 17. Gráfico comparativo del "CO2", con y sin magneto.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

CO (CM-SM)

CO CM (%)

CO SM (%)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

CO2 (CM-SM)

CO2 CM (%)

CO2 SM (%)

7/21/2019 Michel


60

El Oxígeno, registra valores máximos de cuando se utiliza el magneto, pero registra valores

mínimos más altos sin el dispositivo, esto indica que (SM) el Oxígeno no decrece tanto

como lo hace en (CM), sin embargo, el magneto provoca menos oscilación en toda la curva

de oxígeno, especialmente a altas revoluciones.

Figura 18. Gráfico comparativo del "O2", con y sin magneto.

El óxido Nitroso (NO), se comporta mejor cuando se emplea el economizador, registrando

máximos y mínimos más bajos, se puede notar que, el valor mínimo de NO CM está dentro

del intervalo dónde lambda es más ideal, el valor mínimo registrado CM, es casi 4 veces

menor al valor mínimo registrado SM, no obstante, al aumentar las revoluciones, los NO

CM aumentan y los NO SM disminuyen; una explicación probable de este fenómeno es que

para altas revoluciones hay menos oxígeno.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

O2 (CM-SM)

O2 CM (%)

O2 SM (%)

7/21/2019 Michel


61

Figura 19. Gráfico comparativo del "NO", con y sin magneto.

Los niveles de consumo registrados, son mejor cuando se trabaja con magneto, tiene

valores máximos y mínimos más bajos.

Figura 20. Gráfico comparativo del "Consumo", con y sin magneto.

El índice aire-combustible “Lambda”, tiene valores máximos y mínimos mayores con

economizador, lo que indica en promedio que tiende a una mezcla pobre, que se traduce en,

0

50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

NO (CM-SM)

NO CM (ppm)

NO SM (ppm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.80.9

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Consumo CM - SM

Consumo CM

Consumo SM

7/21/2019 Michel


62

más kilogramos de aire por cada Kg de combustible; generando así variables favorables de

emisión.

Una causa probable de este fenómeno, se le puede atribuir a un flujo mucho más lineal de

los Hidrocarburos (HC) gracias a la inducción del campo magnético, lo que permite, que

más moléculas de HC se quemen, generando menos residuo de esta variable; y libere

oxígeno durante el proceso.

El λ CM es en promedio mayor, presenta curvas constantes y suaves, se cumple que para (λ

> 1), hay menos consumo, menos monóxido, y NO menos irregulares.

Figura 21. Gráfico comparativo del "λ ", con y sin magneto.

Los Hidrocarburos que presentan condiciones mejores o favorables, son los HC SM, estos

registran valores máximos y mínimos mucho más bajos, que los HC CM.

A pesar de que sin magneto los HC son menores, con magneto son más regulares, no tienen

picos agresivos y carecen de tanto RUIDO.

0

0.5

1

1.5

2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

λ (CM-SM)

λ SM

λ CM

7/21/2019 Michel


63

VariableSin economizador Con economizador

UnidadMax Min Max Min

HC 3794.570 387.857 3896.430 494.857 Ppm

CO 8.126 1.893 7.310 2.221 Ppm

CO2 7.270 3.153 7.990 3.273 %

O2 11.520 1.173 11.860 1.042 %

NO 533.290 19.570 262.000 5.714 %

λ 1.570 0.683 1.614 0.781 % aire/comb

Consumo 0.819 0.155 0.805 0.155 g/KWhPotencia 1275.820 20.670 1341.600 17.860 W

Tabla 12. Tabla comparativa de valores de emisión máximos y mínimos, con y sin magneto.

VariableAhorro

Unidad

Máximo Mínimo

Consumo 1.770 0.0515 %

Tabla 13. Porcentaje de ahorro, del consumo de combustible.

NOTA: A regímenes de velocidad menores a las 750 rpm, el motor falla, apenas se

mantiene la combustión cuando se trabaja sin economizador, este fenómeno se reduce

significativamente cuando se trabaja con magneto; motor más estable.

7/21/2019 Michel


7/21/2019 Michel


65

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Dividir la metodología, resultó de suma importancia para el análisis, debido a que el orden

secuencial de las etapas, ofrece mejor entendimiento del proceso y de los resultados, es

evidente que la primer etapa, obtiene resultados con altos rangos de error, pero permite

entender mejor el uso y comportamiento del motor; cuando se desarrolla la segunda etapa,

donde los registros de datos y la pruebas se realizan con mayor precisión, se logran

corroborar los resultados obtenidos mediante un comparativo.

Los resultados obtenidos con magneto, no muestran una mejora significativa en el consumo

de combustible, básicamente demuestran una estabilidad en el funcionamiento del motor,

los valores máximos y mínimos de cada variable analizada, no indican que un motor con

magneto, sea más eficiente que uno sin magneto, debido a que, conforme en algunas

variables los resultados son más satisfactorios, en otras se descompensa este beneficio,

concluyendo que, el motor consume y emite contaminantes básicamente igual; en ambos

casos.

Sin embargo, la mejor referencia para el análisis de este experimento, se observa en los

gráficos comparativos, donde salta a la vista, como se comportó el motor durante del

desarrollo de las pruebas, indicando claramente, que los dispositivos economizadores,

pueden regular el funcionamiento errático de los motores a gasolina.

Esto indica que hay muchas áreas de oportunidad, anteriormente, se había propuesto

realizar estudios de simulación numérica, empleando métodos de volumen finito, con

soporte de software especiales para este fin, y con los cuales, se podría observar el re-

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ordenamiento molecular; provocado por el campo magnético del economizador. Sin

embargo, una alternativa muy viable, es el repetir este estudio, considerando un incremento

en el tamaño y la cantidad de economizadores empleados, así como un nuevo arreglo

geométrico sobre la línea de inyección, con lo cual se abre la posibilidad, de lograr una

notable optimización en el ahorro del consumo de gasolina y la emisión de partículas.

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michel

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