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.

Quito, marzo 2017

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2017

Reservados todos los derechos de reproducción

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,

X

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.

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

Pollution, exhaust gas, opacity injection, diesel,

standards

Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio

Digital de la Institución.

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.

Quito, marzo del 2017

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

vigente.

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

Automotriz fue desarrollado por Javier Beltrán, bajo mi dirección y

supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y

cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de

Titulación artículos 19, 27 y 28.

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.

JAVIER ALEXANDER BELTRÁN MANJARRÉS

AGRADECIMIENTOS

A Dios por permitirme culminar esta etapa de mi vida, a mis padres por su

paciencia e infinito amor hacia mí, a mi madre por sus bendiciones cada día,

a mi padre que con sus consejos y herramientas me ayudo siempre en lo

que pudo y como pudo dándome su confianza y cariño cada día, a mis

hermanas que con sus ocurrencias y virtudes aportaron a su manera a que

yo culmine esta etapa de mi vida, a Michelle que a pesar de no tener

mayores conocimientos en mi carrera siempre me apoyo y ayudo en lo que

podía cuando me encontraba en dificultades, con ustedes eternamente

agradecido, a mis profesores, compañeros y amigos siempre gracias.

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

5. BIBLIOGRAFÍA 46

ii

6. ANEXOS 48

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

Tabla 32. Especificación del Combustible Diesel ASTM 0975 53

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

Industries. 56

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

motor. 65

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:

Contaminación, gases de escape, opacidad, inyección, diésel, normas

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:

Pollution, exhaust gas, opacity injection, diésel, standards

1. INTRODUCCIÓN

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).

Con este estudio se determinará en nivel de opacidad que generan los

motores diésel con combustible ecuatoriano y colombiano, utilizando un

opacímetro certificado con normas internacionales y un dinamómetro, ya que

en el Ecuador el combustible gasoil (diésel) no tiene el mismo proceso de

refinamiento como los países industrializados y es por eso que con esta

investigación se demostrará que el combustible diésel refinado en el país

puede ser más contaminante que el extranjero, en este caso se utilizará un

combustible diésel refinado en Colombia; por eso se ha planteado como

objetivo principal estudiar las emisiones de gases de un motor diésel

utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano en un dinamómetro,

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).

Las emisiones de gases de escape de los motores diésel como se observa en el anexo 5, son los mismos que se emiten en el ciclo OTTO con la diferencia que en los gases de escape de los motores diésel se mide también las micro partículas que se producen durante el comienzo de la

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; Y por último el humo blanco que se forma partículas de combustible no combustionadas, parcialmente combustionadas, estas por lo general se forman cuando las gotas de combustible superan 1,5 µm, también se forman cuando existen bajas temperaturas en la cámara de combustión o cuando en estas existen pequeñas cantidades de agua dentro de la misma. En

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).

Figura 2. Comparación de emisiones de NOx y Ppm Euro

(Agudo, 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). La acidez es la propiedad que clasifica a los crudos en agrios los que contienen azufre superior al 1%, también llamados corrosivos y dulces los que contengan azufre por debajo del 1%, se sabe que el azufre es un contaminante muy fuerte disminuye la calidad de los combustibles y en la combustión forman anhídrido sulfuroso que junto con el agua produce ácido sulfúrico muy diluido corroe fuertemente los tubos de escape y las chimeneas.

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

Para vehículos con

motores que contengan

de 3 a 16 cilindros.

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.

Y con la fórmula de potencia:

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.

Medidores por dispersión, La extinción de la luz se debe en su mayor parte a

la dispersión de la luz que se produce al impactar la luz en las partículas de

polvo. En la figura se observa la dispersión de la luz al impactar sobre un

obstáculo. La mayor parte de la luz se desvía hacia adelante con máximos

entre 10º y 35º (dispersión progresiva). La dispersión tiene una relación

conocida con respecto a la extinción lo que permite calibrar ambos sistemas

en extinción. Los equipos por dispersión suelen trabajar por muestreo.

Aspiran aire ambiente que envuelto exteriormente en una capa de aire

“limpio total” pasa por la célula de medida en la cual se mide la dispersión de

la luz. Los equipos basados en la medición de la dispersión si bien son

medidores puntuales, tienen la ventaja frente a los de extinción que

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”.

Hay dos tipos principales de dinamómetros, y la diferencia entre ellos es que

sirven para probar potencia en el motor o de chasis. Ensayo de investigación

y desarrollo Su objetivo es el desarrollo de un motor o de alguno de sus

componentes, o bien el análisis de alguno de los procesos que tiene lugar en

el mismo. Par motor Potencia desarrollada Presión Media efectiva Potencia

absorbida por rozamiento Con el objeto de investigar el desarrollo de los

fenómenos físicos y químicos Consumo de combustible Rendimientos

Perdidas de calor Ensayo de Producción. Esta área podría ser considerada

como de mantenimiento, ya que su objetivo es de realizar pruebas en los

motores ya fabricados en serie. Estos ensayos sirven para controlar que las

características de un motor con tiempo de vida útil correspondan a las

características del prototipo. Otro tipo de dinamómetro son los

dinamómetros del motor que son a menudo simplemente un elemento de un

sistema más grande de diagnóstico conocido como un banco de pruebas del

motor. Utilizado principalmente por los fabricantes de automóviles y motores.

Se utilizan para determinar los números de las especificaciones finales que

se ponen a través de los canales oficiales, cuando un auto nuevo se da a

conocer. Un banco de pruebas del motor trabaja a través de sensores

electrónicos colocados en diferentes partes del propio motor, y que detectan

y traducen la producción en unidades de medición comunes, como caballos

de fuerza. Otro tipo de dinamómetro son los dinamómetros de chasis que

consta de una rampa y la plataforma sobre la cual se coloca un auto, y

cuenta con rodillos debajo de las ruedas motrices que les permiten girar el

vehículo y mantenerlo seguro en todo momento. La mayoría de los

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.

Puede ensayarse el motor en condiciones muy controladas (temperatura

de refrigerante controlada, alternador, arranque y otros subsistemas

desmontados).

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).

Sólo brinda información del motor, lo cual puede ser una desventaja para

algunas aplicaciones.

2. METODOLOGÍA

14

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. Para este análisis se necesitó de un opacímetro modelo 5Y de la marca L&T Mechanical & Electrical Equipment Co. Ltd. certificado por la ISO9001:2008 y habilitado para el uso en estudios de opacidad como se observa en el

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. Para todas estas actividades se necesitó materiales herramientas como Juego de rachas, Juego de llaves, desarmador plano y estrella, Playo de presión, arneses de seguridad para sujetar las correas al vehículo, correas de seguridad para sujetar el vehículo al suelo.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

16

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

combustible 60 lt

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. Revisar que la temperatura de operación sea la adecuada.

18

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. Los resultados se dieron como se muestra en la figura 5.

19

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

(Mayorga, 2016).

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.

Potencia

máxima

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.

Figura 8. Medición experimental de torque y potencia.

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

máximo

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 Según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 960 que habla sobre la determinación de la potencia y torque de un motor en un dinamómetro; para

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.

Figura 11. Resultado experimental potencia máxima.

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.

Figura 12. Curvas de potencia.

Potencia

Máxima

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. Obteniendo los siguientes resultados expresados en la tabla 9.

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

Máximo

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.

Para proceder a la medición se utilizó el protocolo ya establecido

anteriormente.

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.

Figura 16. Opacidad 1 del combustible ecuatoriano.

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.

Se puede observar las opacidades en cada prueba con el combustible

ecuatoriano en el vehículo Kia K3000, la variación entre los valores se da

básicamente por el calentamiento del vehículo, no existe una diferencia

significativa entre ambos valores, se realizó 2 pruebas para tener un valor

más real de la opacidad de emite el vehículo.

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.

En la tabla 14 se observa los valores promedio de la segunda prueba de opacidad en el 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.

Un análisis previo entre los combustibles diésel ecuatoriano y colombiano,

es que el colombiano a simple análisis es más eficiente que el combustible

ecuatoriano.

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.

Figura 20. Curvas de potencia promedio de combustible Diésel ecuatoriano y colombiano.

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.

Con los valores de potencia máxima se determinó la opacidad de los gases

de escape de cada uno de los combustibles, obteniendo como resultados los

valores que se observan en la tabla 16.

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%

Colombiano 39,40% 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

159,43 177,18

148,45 167,51

145,93 162,53

141,59 156,43

139,07 146,27

121,35 128,66

104,04 106,33

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

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.

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

184,95 40,73% 192,28 36,67%

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%

Colombiano 36,67% 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%

Comparando los valores y según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2 207 que habla sobre límites permitidos de emisiones en motores diésel, ambos combustibles analizados aprobarían la revisión técnica vehicular solamente

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

Y como se puede observar en la figura 26, el motor con el combustible diésel

colombiano tiene una opacidad menor con un valor de 35,52%, y con

respecto al motor con el combustible diésel ecuatoriano que obtuvo un valor

de 40,07% de opacidad del mismo vehículo.

42

Figura 26. Opacidades resultantes.

Existen varios factores para esta variación de opacidad entre los 2 tipos de

combustible, empezando que el contenido de azufre del colombiano es

menor con un valor de 0,005% en una unidad de masa, mientras que el

combustible diésel ecuatoriano contiene 0,05% en una unidad de masa,

obteniendo así un aumento en la opacidad en el caso del diésel ecuatoriano

pero dentro de sus límites con respecto a su norma que como se explica en

la tabla 24 cumple con la revisión técnica vehicular.

En el caso del combustible colombiano al tener menor cantidad de azufre en

su combustible, su opacidad será menor, esto es porque su normativa exige

que se use la Euro lV, es por eso que su opacidad debe ser menor al 15%

como se indica en la tabla 25.

Haciendo una comparación entre el método de medición en el dinamómetro y el método de aceleración libre, según las tablas 16 de potencia, 20 de torque y 23 de aceleración libre, se determinó que la opacidad tiene una variación entre sí, se calculó el promedio de opacidad entre la potencia y torque del diésel ecuatoriano y colombiano obtenidos en el dinamómetro y de la misma manera se realizó con el método de aceleración libre entre ambos combustibles, esto para determinar en qué medición se obtuvo mayor opacidad, los valores se muestran en la tabla 26.

Tabla 26. Medias de las mediciones en el dinamómetro y método de aceleración libre.

Dinamómetro

Aceleración Libre

40% 37,80%

Y como se observa en el la figura 27, la prueba de medición de opacidad realizada en el dinamómetro obtuvo un 39,70% de opacidad, mientras que la

43

prueba de opacidad por el método de aceleración libre obtuvo 37,80%. Con una diferencia del 1,9% que se asumió se dio es por el régimen de trabajo de la transmisión al momento de medir la opacidad en el dinamómetro.

Figura 27. Comparación de opacidad en el dinamómetro vs. opacidad método de

aceleración libre.

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

44

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. CONCLUSIONES Se determinó que el combustible colombiano es más eficaz en potencia

con (78,4 HP) y torque (192,28 Nm).

Se concluyó que el funcionamiento del motor del vehículo tuvo un mejor

funcionamiento con el combustible colombiano.

Las propiedades físicas y químicas más importantes que se compararon

que inciden en la combustión y opacidad del vehículo, son el contenido de

azufre que en el combustible ecuatoriano es de 0,05%, colombiano

0,005%, la viscosidad de 6 cSt y en el colombiano de 5 cSt.

El combustible diésel colombiano genera menor opacidad (39,40%) en su

potencia máxima (78,4 HP) y en el torque máximo (192,28 Nm) generó

una opacidad de (36,67%), el combustible ecuatoriano en potencia

máxima (78,4 HP) una opacidad de 42% y en el torque máximo (184,95

Nm) una opacidad del 40,73%

En la medición por aceleración libre el diésel ecuatoriano tiene el 40,07%

de opacidad mientras que el colombiano se registró con un 35,52%.

45

4.2. RECOMENDACIONES Se recomienda realizar un estudio con combustibles alternativos y

analizar los gases de escape de los motores diésel.

Utilizar este análisis para implementar protocolos de medición de

opacidades a torque y potencia máxima en la ciudad de Quito.

Realizar un estudio comparativo de potencia y torque de diferentes tipos

de vehículos impulsados con diferentes combustibles, tanto fósiles como

alternativos.

Se recomienda realizar un análisis químico de cada combustible a ser

analizado, para posteriormente elaborar un estudio termodinámico y de

potencia.

5. BIBLIOGRAFÍA

46

5. BIBLIOGRAFÍA

Adaxial, F. (17 de 03 de 2011). Scribd. Obtenido de

https://es.scribd.com/doc/50984747/OPACIDAD-DE-HUMOS-DE-

ESCAPE

Agudo, D. (2014). Revista motor. Obtenido de

https://revistamotor.eu/index.php/de-calle/mecanica/357-

funcionamiento-del-sistema-common-rail

AMT. (2015). AMT. Obtenido de

http://www.amt.gob.ec/index.php/servicios/revision-tecnica/revision-

tecnica-vehicular.html

Boada, M. (2016). termodinamica diesel. Quito.

Bosch, R. (2012). Piezas de automóviles Bosch. Obtenido de http://es.bosch-

automotive.com/es/internet/parts/parts_and_accessories/motor_and_s

ytems/diesel/common_rail_injection/common_rail_diesel_motorsys_pa

rts.html#

cochez, A. (s.f.). diesel fuel. Obtenido de

http://www.automotriz.biz/coches/fuels/diesel-fuel/134891.html

Dayana Vega, L. O. (30 de 12 de 2015). Avances en ciencias de la

ingenieria. Obtenido de

https://www.usfq.edu.ec/publicaciones/avances/archivo_de_contenido

s/Documents/volumen_7_numero_2/C86-7-2-2015.pdf

Economía, R. (07 de Agosto de 2015). El diésel, el combustible más

consumido en el país. El Telegrafo, págs.

http://www.eltelegrafo.com.ec/noticias/economia/8/el-diesel-el-

combustible-mas-consumido-en-el-pais.

EichPi, O. (23 de abril de 2012). Scribd. Obtenido de

https://es.scribd.com/doc/90728689/Bombas-de-Inyeccion-Individual

Emily, J. (24 de 10 de 2012). Scribd. Obtenido de

https://es.scribd.com/doc/111057835/Caracteristicas-del-Diesel

Energia, M. d. (2011). Requisitos de calidad del combustible diésel y sus

mezclas con biocombustibles. Bogotá.

Fernandez, D. (05 de 06 de 2014). prezi. Obtenido de

https://prezi.com/rh5oynkmjzam/sistema-de-admision-y-escape-de-

aire-en-motores-diesel/

HERMOGENES, G. M. (2012). MANUAL PRACTICO DEL AUTOMOVIL.

MADRID: PEGASSO EDITORES.

Herrería, F. (9 de 08 de 2011). Scribd. Obtenido de

https://es.scribd.com/doc/61938835/Numero-de-Cetano

INCOTEC. (17 de Julio de 2002). Norma Tecnica Colombiana. Obtenido de

http://www.pyxis.com.co/normatividad/1.5._NTC4231_CALIDAD_DEL

_AIRE.pdf

47

INEN. (2001). GESTIÓN AMBIENTAL. AIRE. VEHÍCULOS

AUTOMOTORES. LÍMITES PERMITIDOS DE EMISIONES

PRODUCIDAS POR FUENTES MÓVILES TERRESTRES A DIESEL.

Quito: 02 367 de 2002-09-18.

Lina. (2013). Miblock de apuntes. Obtenido de

https://linacastaita96.wordpress.com/fisica-2013/segundo-

bimestre/eficiencia-entropia-y-entalpia/

Margarita, P. (s.f.). Ingeniera. ANÁLISIS DE OPACIDAD DEL PARQUE

AUTOMOTOR A DIESEL. UTC, Latacunga.

Mayorga, D. (2016). ESTUDIO COMPARATIVO DE POTENCIA DEL

MOTOR DIÉSEL UTILIZANDO COMBUSTIBLE NACIONAL Y

EXTRANJERO. Obtenido de

http://www.gigatir.com/pdf/Opacimetro.pdf

OMS. (Febrero de 2016). OMS centro de prensa. Obtenido de

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs292/es/

Orovio, M. (2014). Tecnologia del automovil. Madrid: Paranifo S.A.

Rico, P. (23 de 05 de 2013). DICALE. Obtenido de http://dicale-recambios-

automovil.blogspot.com/2013/05/sistema-de-escape-motor-

diesel_23.html

soriano, p. y. (s.f.). uclm blog. Obtenido de

https://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/alime

ntacion_diesel.pdf

6. ANEXOS

48

6. ANEXOS

ANEXO 1. Propiedades del combustible diésel ecuatoriano

Tabla 27. Requisitos del Diésel 2 de bajo contenido de azufre Ecuatoriano INEN 1489

REQUISITOS

UNIDAD

MÁXIMO

MÍNIMO

METODO DE

ENSAYO

Punto de

inflamación ºC - 51

NTE INEN 1

047

Agua y

sedimento % en volumen 0,05 -

NTE INEN 1

047

Residuo

carbonoso

sobre el 10%

del residuo de

la destilación

% en peso 0,15 - NTE INEN 1

047

Ceniza % en peso 0,01 - NTE INEN 1

047

Temperatura de

destilación del

90% NTE INEN

1 047

ºC 360 - NTE INEN 1

047

Viscosidad

cinemática a

37,8% ºC

cSt 6 2,5 NTE INEN 1

047

Azufre % en peso 0,05 - NTE INEN 1

047

Corrosión a la

lámina de

cobre

No. 3 NTE INEN 1

047

Índice de

cetano

calculado

- - 45 NTE INEN 1

047

(INEN, 2012)

49

ANEXO 2. Propiedades del combustible diésel colombiano

Tabla 28. Requisitos de calidad del combustible diésel y sus mezclas con biocombustibles

PARÁMETRO

UNIDAD

ESPECIFICACIÓN METODO DE ENSAYO

Punto de

inflamación ºC 52 ASTM D93

Agua y

sedimento % volumen 0,05

ASTM D1796 o ASTM

D2709

Residuo

carbonoso

sobre el 10%

del residuo de

la destilación

% en masa 0,2 ASTM D4530

Ceniza % en masa 0,01 ASTM D482

Temperatura

final de

ebullición

ºC 390 ASTM D86

Viscosidad

cinemática a

40ºC

mm2/s 5,0 ASTM D445

Azufre % en masa 0,005 ASTM D4294

Corrosión a la

lámina de

cobre

Clasificación No. 2 ASTM D93

Índice de

cetano

calculado

- 50 ASTM D976 o ASTM 4737

(Energia M. d., 2011)

50

ANEXO 3. Bombas de inyección de los motores diésel

Tabla 29. Clasificación de las bombas de inyección

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

Para vehículos con

motores que contengan

de 3 a 16 cilindros.

(Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014)

51

ANEXO 4. Características del opacímetro

Tabla 30. Especificaciones técnicas opacímetro 5 Y

ESPECIFICACIÓN DATOS

Rango de medición

Opacidad lineal Coeficiente de absorción k

0 – 100 % 0 – 16 m-1

Resolución

0,1 % 0,001 m-1

Indicación de error

Capacidad n Fuente de alimentación

± 0% (error absoluto) AC220V 50 Hz

Peso

Unidad de control Prueba

5 kg (incluye impresora) 8 kg aproximadamente

(Mayorga, 2016)

52

ANEXO 5. Tablas de emisiones de escape motores diésel

Tabla 31. Resumen de los gases de escape de un motor diésel.

CONTAMINANTES CAUSAS

Monóxido de carbono (CO) Combustión incompleta

Óxido de nitrógeno (NOx) Exceso de Oxigeno o alta Temperatura de

combustión

Hidrocarburos no combustionados

(HC)

Combustión incompleta

Micro partículas Exceso de oxigeno

Mala combustión

Exceso de gotas de diésel en la inyección

Dióxido de Carbono (C ) Residuos de la combustión

Óxido de azufre (SOx) Diésel con azufre

(Orovio, 2014)

53

ANEXO 6.

Especificación del combustible Diésel ASTM 0975

Tabla 32. Especificación del Combustible Diésel ASTM 0975

Propiedades Unidades Límites

Calcio y magnesio combinados ppm (μg/g) 5 max

Punto de inflamación °C 52 min

Agua y sedimentos % volumen 0.050 max

Viscosidad cinemática, 40ºC 1,9 - 4,1

Ceniza sulfatada % masa 0.020 max

Azufre % masa 0.05 max

ppm 5

Corrosión de cobre No. 3 max

Número de Cetano 40 min

número de ácido mg KOH/g 0.50 max

Glicerina libre % masa 0.020

Glicerina total % masa 0.024

Contenido de fósforo % masa 0.001 max

Temperatura de destilación, 90% recuperado ºC 360 max

Sodio y potasio, combinado ppm (μg/g) 5 max

Estabilidad a la oxidación Hours 3 min

54

ANEXO 7. Procedimiento para la preparación de los equipos de medición.

A continuación se detallará el procedimiento que se utilizó para el uso del

opacímetro modelo 5Y de la marca L&T Mechanical & Electrical Equipment

Co. Ltd., a utilizarse en las pruebas de opacidad en el vehículo Kia K3000 en

la Universidad Internacional del Ecuador ubicado en el sur de Quito.

Ubicar al equipo en una posición donde no se exponga a la

temperatura de los gases de escape del vehículo mencionado.

Armar cuidadosamente al equipo, es decir, conectar sus partes entre

sí sin conectar a la alimentación, esto para precautelar los diferentes

elementos del opacímetro.

Verificar que la corriente de alimentación sea la adecuada para el

equipo, en este caso 220 voltios y 50 Hz como indica el fabricante del

equipo.

Encender el equipo de medición.

Una vez encendido el equipo de medición se debe someter a un

calentamiento y auto calibración, esto lleva aproximadamente 1

minuto y lo realiza el mismo equipo automáticamente.

Verificar que el opacímetro marque 0 en la pantalla de lectura.

Observar que la sonda se encuentre libre de residuos para una mejor

medición.

Si la sonda se encuentra con residuos de mediciones anteriores, es

recomendable para limpiarla usar un cepillo de alambre o una lija 450

para no causar algún tipo de daño a la sonda.

Leer el manual de usuario del opacímetro para un mejor manejo del

mismo, tal como se observa en la figura 28.

Figura 28. Opacímetro modelo 5Y.

55

El procedimiento para el uso del dinamómetro modelo 2WD Dyno X del

fabricante Dynocom Industries de la Universidad Internacional del Ecuador

es el siguiente.

Verificar que la corriente de alimentación sea la adecuada, en este equipo

se tiene que conectar 2 objetos, el CPU donde se encuentra el software a

110 voltios y el sistema electrónico de medición del dinamómetro ubicado

dentro de la caja del rodillo principal el cual también a 110 voltios.

Verificar que el compresor de aire funcione correctamente para evitar

cualquier tipo de daños en el sistema neumático.

Calibrar el software Dyno que contiene el equipo, esto lo realiza el

sistema automáticamente al inicial la operación del mismo.

Realizar un mantenimiento preventivo según el fabricante para el correcto

uso y funcionamiento del dinamómetro.

Realizar pruebas de funcionamiento del sistema neumático del

dinamómetro a utilizar para evitar posibles daños o malas lecturas durante

los análisis a realizar.

Mantener el área de trabajo limpia alrededor del dinamómetro para evitar

accidentes durante las pruebas a realizar.

Utilizar equipo de protección personal como guantes, casco, mascarilla,

tapones para los oídos, entre otros, esto para evitar daños a la salud

durante la realización de las pruebas.

El Software Dynocom a utilizarse es el que se observa en la figura 29.

Figura 29. Software del dinamómetro.

56

Recibir capacitación previa al uso del dinamómetro para obtener

resultados más exactos durante el proceso de medición como se observa

en la figura 30.

Figura 30. Dinamómetro 2WD Dyno X del fabricante Dynocom Industries.

57

ANEXO 8. Norma Técnica Ecuatoriana nte inen 2 202:2000

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 202:2000 GESTIÓN

AMBIENTAL. AIRE. VEHÍCULOS AUTOMOTORES. DETERMINACIÓN DE

LA OPACIDAD DE EMISIONES DE ESCAPE DE MOTORES DE DIESEL

MEDIANTE LA PRUEBA ESTÁTICA. MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE.

Primera Edición ENVIRONMENTAL MANAGENMENT. AIR. MOTOR

VEHICLES. DETERMINATION OF OPACITY OF EXHAUST EMISSIONS

OF DIESEL MOTORS BY STATIC TEST. METHOD OF FREE

ACCELERATION. First Edition

1. OBJETO

1.1 Esta norma establece el método de ensayo para determinar el porcentaje

de opacidad de las emisiones de escape de las fuentes móviles con motor

de diesel mediante el método de aceleración libre.

2. ALCANCE

2.1 Esta norma se aplica a los vehículos automotores cuyo combustible es

diesel.

3. DEFINICIONES

3.1 Para los efectos de esta norma se adoptan las definiciones

contempladas en la NTE INEN 2207, y las que a continuación se detallan:

3.1.1 Aceleración libre. Es el aumento de revoluciones del motor de la fuente

móvil, llevado rápidamente desde marcha mínima a máxima revoluciones,

sin carga y en neutro (para transmisiones manuales) y en parqueo (para

transmisiones automáticas).

3.1.2 Auto calibración. Es la rutina en la cual el equipo verifica el

funcionamiento óptimo de todos sus componentes instrumentales y realiza

una comparación con los patrones internos incorporados por el fabricante.

3.1.3 Calibración de un equipo de medición. Operación destinada a llevar un

instrumento de medida al estado de funcionamiento especificado por el

fabricante para su utilización.

3.1.4 Exactitud. Grado de concordancia (la mayor o menor cercanía) entre el

resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando.

3.1.5 Opacidad. Grado de reducción de la intensidad de la luz visible que

ocasiona una sustancia al pasar aquella a través de ésta.

3.1.6 Opacímetro. Instrumento de medición que opera sobre el principio de

reducción de la intensidad de la luz que se utiliza para determinar el

porcentaje de opacidad.

3.1.7 Porcentaje de opacidad. Unidad de medición que determina el grado

de opacidad de las emisiones de escape de una fuente móvil a diesel.

3.1.8 Repetibilidad. Grado de concordancia de resultados de sucesivas

mediciones de la misma variable, realizadas en iguales condiciones de

medida.

58

3.1.9 Tiempo de calentamiento del equipo de ensayo. Es el período en

segundos entre el momento en que el equipo es energizado o encendido y el

momento en que cumple con los requerimientos de estabilidad, para realizar

la lectura de la variable.

3.1.10 Tiempo de respuesta del equipo de medición. Es el período en

segundos que el equipo requiere para medir y entregar los resultados de los

ensayos realizados.

3.1.11 Sonda de prueba. Tubo o manguera que se introduce a la salida del

sistema de escape del vehículo automotor para tomar una muestra de las

emisiones.

4. DISPOSICIONES GENERALES

4.1 Los importadores y distribuidores de opacímetros deben obtener una

certificación de cumplimiento, expedida por la casa fabricante o propietaria

del diseño del equipo o de un laboratorio autorizado por ella y avalada por la

autoridad competente del país de origen. El procedimiento de evaluación

base para certificar los opacímetros a ser utilizados debe cumplir con la

Norma ISO 11614.

4.2 Los importadores y distribuidores, están obligados a suministrar copia de

la certificación establecida en el numeral 4.1, a quienes adquieran los

opacímetros.

4.3 La autoridad competente, podrá en cualquier momento verificar la

legalidad de las certificaciones presentadas por los importadores y

distribuidores, sobre el cumplimiento de los requisitos establecidos en esta

norma, así como las características de funcionamiento de los equipos y

procedimientos utilizados para medir la opacidad en aceleración libre.

5. MÉTODO DE ENSAYO

5.1 Fundamento.

5.1.1 Este método de ensayo se basa en la determinación del porcentaje de

luz visible que se absorbe y refleja cuando un haz de ésta atraviesa la

corriente de las emisiones provenientes del sistema de escape.

5.2 Equipos

5.2.1 Ver numeral 4, Disposiciones Generales.

5.2.2 Capacidad de auto calibración. Los opacímetros deben tener

incorporada esta función propia, la cual se debe realizar automáticamente

cada vez que el opacímetro es encendido, o manualmente, cada vez que el

usuario lo requiera.

5.2.3 Los opacímetros deben contar con un dispositivo de impresión directa

de los resultados y de la identificación del vehículo automotor medido.

5.2.4 El equipo debe disponer de las características de seguridad que

garanticen la protección del operador.

5.3 Calibración

5.3.1 Calibración del 0 %. El circuito eléctrico de la fuente de luz y del

receptor deben ser ajustados de tal manera que la lectura de salida marque

59

cero cuando el flujo de luz pase a través de la zona de medición en ausencia

de emisiones de escape.

5.3.2 Calibración del 100 %. Utilizar un filtro de densidad óptica neutral y

colocar éste perpendicularmente al haz de luz, con un valor que corresponda

al 100 % de opacidad, o una pantalla que permita bloquear completamente

la fuente de luz, en ausencia de emisiones de escape.

5.3.3 Calibración intermedia. Utilizar por lo menos tres filtros calibrados de

densidad neutra, con valores representativos en el rango de 0 a 100 %, en

ausencia de emisiones de escape.

5.3.3.1 Insertar los filtros en la trayectoria de la luz, perpendicularmente al

haz emitido.

5.3.3.2 El error de lectura no deberá superar a ± 1 % del valor conocido.

5.3.4 La calibración del opacímetro se debe realizar siguiendo estrictamente

las especificaciones de frecuencia del fabricante del equipo.

5.3.4.1 En el caso de que esas especificaciones no estén disponibles, la

calibración se debe realizar por lo menos cada tres meses.

5.3.4.2 Adicionalmente, calibrar el equipo luego de cada mantenimiento

correctivo. Esta calibración es independiente de la auto calibración

automática que realiza el equipo cada vez que es encendido.

5.4 Procedimiento de medición

5.4.1 Antes de la prueba.

5.4.1.1 Verificar que el sistema de escape del vehículo se encuentre en

perfectas condiciones de funcionamiento y sin ninguna salida adicional a las

del diseño, que provoque dilución de los gases de escape o fugas de los

mismos. Las salidas adicionales a las contempladas en el diseño original no

deben ser aceptadas, aunque éstas se encuentren bloqueadas al momento

de la prueba.

5.4.1.2 Verificar que el nivel de aceite en el cárter del motor del vehículo esté

entre el mínimo y el máximo recomendado por el fabricante del vehículo, con

el motor apagado y el vehículo en posición horizontal.

5.4.1.3 Verificar que el motor del vehículo se encuentre en la temperatura

normal de operación.

5.4.1.4 Verificar que la transmisión del vehículo se encuentre en neutro

(transmisión manual) o en parqueo (transmisión automática).

5.4.1.5 Si el vehículo no cumple con las condiciones determinadas

anteriormente, la prueba no se debe realizar, hasta que se corrijan las fallas

correspondientes.

5.4.1.6 Someter al equipo de medición a un período de calentamiento y

estabilización, según las especificaciones del fabricante.

5.4.1.7 Verificar que se haya realizado el proceso de auto calibración en el

equipo.

5.4.1.8 Verificar que el opacímetro marque cero en la lectura.

5.4.2 Medición

60

5.4.2.1 Verificar que no exista ningún impedimento físico para el libre

movimiento del acelerador.

5.4.2.2 Con el motor funcionando en " ralentí", realizar por lo menos tres

aceleraciones consecutivas, desde la posición de "ralentí" hasta la posición

de máximas revoluciones, con el fin de limpiar el tubo de escape.

5.4.2.3 Conectar la sonda de prueba a la salida del sistema de escape del

vehículo.

5.4.2.4 Aplicar aceleración libre al vehículo y permitir que el motor regrese a

condición de "ralentí".

5.4.2.5 Repetir lo indicado en el numeral 5.4.2.4, por lo menos seis veces,

consecutivamente.

5.4.2.6 En cada ciclo, registrar el valor del porcentaje de opacidad máximo

obtenido. No se deben tener en cuenta los valores leídos mientras el motor

está en marcha mínima, después de cada aceleración.

5.4.2.7 Para el resultado final, considerar como mínimo tres lecturas

tomadas en estado estable, es decir, cuando al menos estas tres lecturas

consecutivas se sitúen dentro de un rango del 10 %, y no formen una

secuencia decreciente.

5.5 Informe de resultados

5.5.1 El resultado final será la media aritmética de los valores de las tres

lecturas obtenidas en el numeral

5.5.2 La institución que realiza la prueba debe emitir un informe técnico con

los resultados de la misma, adjuntado el documento de impresión directa del

opacímetro.

APÉNDICE Z

Z.1 DOCUMENTOS NORMATIVOS A CONSULTAR

Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2207:1998 Gestión Ambiental. Aire.

Vehículos Automotores.

Límites permitidos de emisiones producidas por fuentes móviles terrestres

de diesel.

Norma ISO 11614 Reciprocating internal combustion compression-

Ignition engines. Aparatos for measurement of the opacity and for

determination of the light absorption coefficient of exhaust gas.

Z. 2 BASES DE ESTUDIO

Norma técnica colombiana ICONTEC 4231. Gestión ambiental. Aire. Método

para determinar la opacidad de gases de motores diesel mediante la prueba

estática en libre aceleración. Instituto Colombiano de

Normas Técnicas. Bogotá, 1997.

61

ANEXO 9. Norma Técnica NTC colombiana 4231

PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS

EQUIPOS DE FLUJO PARCIAL NECESARIOS PARA MEDIR LAS

EMISIONES DE HUMO GENERADAS POR LAS FUENTES MÓVILES

ACCIONADAS CON CICLO DIÉSEL. MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE

1. OBJETO

Esta norma tiene como objeto establecer la metodología para estimar

indirectamente la emisión de material particulado en el humo de escape de

los vehículos que operan con ciclo Diésel, mediante las propiedades de

extinción de luz que esta emisión presenta. La metodología es desarrollada

en condiciones de aceleración libre, cuyo resultado es comparado con lo

establecido en la reglamentación ambiental vigente.

Ésta metodología es también conocida como Snap aceleración o aceleración

súbita por su traducción del Inglés.

2. DEFINICIONES

Para el propósito de esta norma se aplican las siguientes definiciones, sin

perjuicio de lo establecido en la reglamentación vigente:

2.1 Ajuste inicial. Procedimiento automático que realiza el opacímetro

después de ser realizados los procedimientos de purga y limpieza. En este,

el equipo asigna los valores mínimos y máximos en la escala, de forma

automática y/o manual. Definidos los puntos extremos de la escala se realiza

una redefinición de la escala.

2.2 Comparación y ajuste. Procedimiento de comparación y ajuste realizado

bajo condiciones específicas que permite relacionar el resultado entregado

por el opacímetro con las características de extinción de luz del humo que

ingresa. El equipo debe someterse a las modificaciones necesarias para que

el resultado entregado corresponda con los valores de los filtros de

referencia disponibles, dentro de una tolerancia especifica.

2.3 Densidad del humo (K) (conocida también como “Coeficiente de

extinción de luz” o “Coeficiente de absorción de luz”). Forma fundamental de

cuantificar la capacidad de una corriente de humo o del humo de una

muestra para oscurecer la luz. Por convención, la densidad del humo se

expresa en metros a la menos uno (m-1). La densidad del humo es una

función del número de partículas de humo por unidad de volumen de gas, la

distribución por tamaño de las partículas de humo, y las propiedades de

absorción y dispersión de las partículas. Sin la presencia de humos azules o

blancos, la distribución de tamaño y las propiedades de absorción /

dispersión son similares para todas las muestras de gases de escape Diésel

y la densidad de humo es principalmente una función de la densidad de las

partículas de humo. La densidad de humo o coeficiente de absorción, K, (o

m-1), de una corriente de humo se define de la siguiente manera, a partir de

la ley de Beer- Lambert:

62

K = - (1/L) ln (1 - N/100)

Donde

K = densidad del humo m-1

L = es la longitud de trayectoria óptica efectiva en m

N = opacidad en porcentaje

2.4 Error máximo permitido. Valor extremo del error permitido para el

opacímetro

2.5 Falla súbita del motor. Evento de anormalidad inesperado en el

desempeño del motor y/o sus accesorios, durante la ejecución de la prueba.

2.6 Filtros de densidad neutra. Materiales de referencia, generalmente

cristales de tipo absorción, que presentan una respuesta constante de

extinción de luz dentro de un intervalo definido de longitudes de onda.

Dichos filtros se emplean para verificar la linealidad del opacímetro y como

elementos de comparación para procesos de comparación y ajuste. Para

este último fin, se requiere que los filtros puedan ser considerados como

elementos de referencia, con trazabilidad a un patrón nacional o

internacional.

2.7 Fuente móvil accionada por motor Diésel. Fuente de emisiones que por

su uso o propósito está sujeta a desplazamientos y opera siguiendo el ciclo

Diésel. Puede operar a dos o cuatro tiempos.

2.8 Hardware. Equipo físico con el que cuenta el opacímetro, incluyendo

estructura, elementos de cómputo, sondas, sensores, mecanismos, sistemas

eléctricos y electrónicos, entre otros.

2.9 Humo. Es la suspensión de material particulado en los gases de

combustión.

2.10 Inspector. Persona capacitada para realizar la prueba de opacidad

2.11 Ley de Beer-Lambert. Expresión matemática que relaciona la opacidad

de una columna de humo, con la longitud de trayectoria óptica efectiva y el

coeficiente de extinción de luz específico del humo.

T=e (-kL)

N = 100 (1- e (-kL))

Donde

T = es la transmitancia

N = opacidad

L = longitud de trayectoria óptica efectiva

En esta relación matemática la opacidad N se interpreta como el porcentaje

de luz que la columna de humo con longitud L, es capaz de obstruir, cuando

el humo presenta un coeficiente de extinción de luz k.

2.12 Linealidad del opacímetro. Medida de la desviación máxima absoluta de

los valores medidos por el medidor de humo con relación a los valores de

referencia.

63

2.13 Longitud de trayectoria óptica efectiva (L). Longitud del haz de luz entre

el emisor y el detector que es interceptado por la columna de humo.

También denominada LTOE por sus siglas.

2.14 Material Particulado (MP). Emisión conformada por partículas sólidas y

líquidas de carácter orgánico e inorgánico que permanecen suspendidas en

los productos gaseosos de escape y en el aire. Químicamente, el MP es una

mezcla de alta complejidad. Incluye carbono del combustible que no es

oxidado en el proceso de combustión, en forma tanto elemental como

orgánica. También incluye sulfatos o ácido sulfúrico provenientes del azufre

del combustible. Además, se encuentran nitratos, sales de amonio y

metales. Se encuentra asociada a combustión incompleta y mezclas con

baja proporción de aire.

2.15 Método de extinción de luz. Técnica que implica la medición de la

cantidad de luz que no logra atravesar un material. Para fines específicos de

esta norma, una columna de humo.

2.16 Opacidad (N). Fracción de luz expresada en porcentaje (%) que, al ser

enviada desde una fuente, a través de una trayectoria obstruida por humo,

no llega al receptor de instrumento de medida.

N = luz obstruida / luz enviada

N = 100(1-T)

2.17 Opacímetro. Equipo diseñado para medir la opacidad de una corriente

de humo o muestra parcial de esta, mediante el principio de extinción de luz.

Para fines de esta norma, se hace referencia específicamente a los equipos

que operan bajo el principio de flujo parcial, o de muestreo.

2.18 Opacímetro de flujo parcial. Medidor de humo que toma continuamente

una muestra de los gases de escape que fluyen y los dirige a una celda de

medida. Con este tipo de medidores de humo, la trayectoria óptica efectiva

es función del diseño del medidor de humo.

2.19 Procedimientos de purga y limpieza. Son los procedimientos

automáticos o manuales que se realizan o realiza el equipo antes de iniciar

una prueba de opacidad, con el fin de evacuar el humo remanente dentro de

su cámara de medición. Este tipo de procedimientos debe ser realizado

según lo especificado por el fabricante del equipo de medición.

2.20 Propiedades ópticas del Material Particulado. Son las propiedades que

exhibe el material particulado en su interacción con la luz. Dentro de estas

se tienen: absorción, refracción y reflexión. Estas propiedades dependen de

la geometría, rugosidad y composición de material particulado suspendido

en los productos de escape gaseosos. Como consecuencia de estas

propiedades, la intensidad de luz que atraviesa una columna de humo con

material particulado se ve disminuida.

2.21 Prueba abortada. Prueba que, debido a factores externos a la prueba

misma, no puede llegar a su fin. Para fines de control vehicular establecido

por las autoridades competentes, no genera numeración consecutiva para la

emisión del correspondiente certificado de emisión.

64

2.22 Prueba de opacidad. Prueba de evaluación en la cual se registra el

valor de opacidad del humo emitido por un vehículo sometido a una o más

pruebas unitarias de aceleración libre, para ser comparado con los límites

normativos vigentes.

2.23 Prueba unitaria de aceleración libre. Es la secuencia de aceleraciones

necesarias para determinar el resultado representativo de opacidad para el

vehículo en evaluación.

3.2 MEDICIÓN DE OPACIDAD

3.2.1 Prueba unitaria de aceleración

Una prueba unitaria de aceleración es la secuencia de cuatro (4)

aceleraciones súbitas, acotadas por las velocidades mínima y máxima de

acuerdo con las registradas anteriormente.

En esta prueba unitaria de aceleración, las cuatro (4) aceleraciones son

registradas, descartando la primera y empleando las tres (3) restantes para

el cálculo del resultado final de opacidad.

El inspector del vehículo debe desarrollar la siguiente secuencia asistida por

el opacímetro:

1) Oprimir completamente el acelerador en un tiempo menor o igual a 1 s, lo

cual se verifica visualmente por el inspector del equipo o auxiliar encargado.

Sostener el acelerador totalmente oprimido hasta alcanzar la velocidad de

gobernación.

El opacímetro indicará el punto de inicio de la aceleración y verificará que las

revoluciones de gobernación se alcancen en menos de 5 s a partir del

accionamiento del acelerador. En caso de no satisfacerse este tiempo, el

opacímetro abortará la prueba unitaria de aceleración.

2) Alcanzada la velocidad de gobernación y verificada por el opacímetro,

debe mantenerse entre 2 s y 4 s. Esta secuencia es asistida por el

opacímetro, el cual detectará el punto en que es alcanzada la velocidad de

gobernación y contabilizará la permanencia en esta.

3) Garantizado el tiempo de sostenimiento a la velocidad de gobernación, el

inspector debe liberar el acelerador para que el motor regrese a la velocidad

de ralentí. El opacímetro indicará en qué punto es liberado el acelerador.

4) Una vez liberado el acelerador debe transcurrir entre 15 s y 20 s antes de

iniciar la siguiente aceleración súbita. El opacímetro debe contabilizar este

tiempo e indicar en qué punto es iniciada la siguiente aceleración súbita.

65

ANEXO 10. Vehículos automotores determinación de la potencia del motor

1. OBJETO

1.1 Esta norma establece el método general de ensayo para motores de

vehículos automotores, para evaluación de su rendimiento, con el propósito

de la elaboración posterior de curvas de potencia y consumo específico de

combustible a carga completa, como funciones de la velocidad de la

máquina.

2. ALCANCE

2.1 Esta norma se aplica a máquinas de combustión interna usadas en

vehículos automotores (excluyendo motocicletas y tractores) que trafican

usualmente las calles y/o carreteras, que estén incluidos dentro de las

categorías siguientes:

- motores de combustión interna a pistón de movimiento alternativo

(encendido por bujías o por inyección de combustible), excluyendo los de

pistón libre;

- motores de émbolo rotativo.

Estos motores podrán estar provistos de un dispositivo de sobrecarga

mecánica o de turbo alimentadores.

3. DEFINICIONES

3.1 Potencia neta. La potencia obtenida en el eje motor o en su equivalente,

a la velocidad especificada por el fabricante, estando el motor equipado con

los dispositivos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento en su

aplicación particular.

3.2 Dispositivos auxiliares. Los equipos y dispositivos enunciados en la

Tabla 1.

3.3 Equipo standard de producción. Cualquier equipo que es provisto

normalmente por el fabricante, para aplicación particular del motor.

4. DISPOSICIONES GENERALES

4.1 Exactitud de las mediciones

4.1.1 Momento. El diámetro debe ser tal, que el primer cuadrante de la

escala no se use. Debe tener una exactitud dentro de ± 0,05% del valor

máximo de la escala.

4.1.2 Velocidad. La velocidad del motor debe ser leída de preferencia con un

cuenta - revoluciones y con un cronómetro sincronizado automáticamente.

La exactitud de los valores medidos debe ser de ±0,05%

4.2.2 Dispositivos auxiliares para arranque de motores a diésel

4.2.2.1 Tratándose de motores a diésel, deben considerarse los dos casos

siguientes:

a) Arranque eléctrico. El generador está instalado y suministra, cuando sea

necesario, la energía para los auxiliares indispensables para el

funcionamiento del motor.

66

b) Arranque no eléctrico. Si existe cualquier otro dispositivo auxiliar

eléctricamente movido, indispensable para el funcionamiento del motor, se

instalará el generador para suministrar la energía de estos accesorios. De lo

contrario, deberán retirarse. En cualquier caso, el sistema para producir y

acumular la energía necesaria para el arranque, debe estar instalado y

funcionar cuando no se aplica al motor.

4.4 Condiciones de ensayo

4.4.1 El ensayo de potencia neta consistirá en marcha a plena admisión para

motores de bujías, y a plena carga de la bomba de inyección para motores a

diesel. El motor estará equipado según la Tabla 1.

4.4.2 Los datos de rendimiento deben obtenerse bajo condiciones estables

de funcionamiento, con un adecuado suministro de aire fresco. Los motores

deberán arrancarse de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. Las

cámaras de combustión de motores a bujías podrán contener depósitos,

pero en cantidades limitadas. Las condiciones de ensayo, tales como la

temperatura en la tobera de admisión, deberán seleccionarse lo más

aproximadamente a las condiciones de referencia, para minimizar la

magnitud del factor de corrección.

4.4.3 La temperatura del aire de admisión al motor (aire ambiental) debe

medirse dentro de 0,15 m máximo en la entrada al filtro de aire y, si esto no

existe, dentro de 0,15 m de la tobera de admisión.

El termómetro o la cupla - térmica debe protegerse de radiación del calor y

debe localizarse directamente en el torrente de aire. Debe también

protegerse de gotas de combustible. Una cantidad suficiente de medidas en

sitios distintos, deberá ser un promedio representativo de la temperatura.

4.4.4 No se deben tomar datos, a menos que el momento, velocidad y

temperatura, hayan sido mantenidos constantes por lo menos durante un

minuto.

4.4.5 La velocidad del motor durante una prueba o lectura, no debe

desviarse de la velocidad seleccionada, en más de ± 1% o en ± 10 rev/min.

4.4.6 La fuerza de frenado observada, consumo de combustible y

temperatura de aire de admisión, deben anotarse simultáneamente y, en

cada caso, deben ser los promedios de dos valores estables que no varían

más del 2% por la fuerza de frenado y consumo de combustible.

4.4.7 Para la medición del consumo de combustible con un contador

automático de tiempo, el tiempo mínimo de medición no debe ser inferior a

30 s; para medición manual, no menor a 60 s.

4.4.8 La temperatura de salida del refrigerante en motores enfriados por

líquidos, debe controlarse y mantenerse a 80 ± 5°C, a menos que el

fabricante especifique otra cosa. Para motores refrigerados por aire, la

temperatura debe mantenerse con tolerancia de 20°C respecto al valor

indicado por el fabricante.

67

4.4.9 La temperatura del combustible en la entrada de la bomba o en el

carburador, debe mantenerse dentro de los límites especificados por el

fabricante.

4.4.10 La temperatura del aceite lubricante medida en el (carburador)

depósito de aceite o en la salida del sistema de enfriamiento de aceite, de

existir, debe mantenerse dentro de los límites especificados por el fabricante.

4.4.11 La temperatura del gas de escape debe medirse en un punto del tubo

de escape adyacente al final del múltiple de escape. Esta temperatura debe

mantenerse entre los límites establecidos por el fabricante.

4.4.12 Para motores a diésel, el combustible utilizado no debe contener

aditivos para la suspensión del humo. En caso de disputa, el ensayo deberá

hacerse con combustible clasificado bajo la sigla CEC - RF - 03-T-69.