universidad tecnologica equinoccialrepositorio.ute.edu.ec/bitstream/123456789/4833/1/58845_1.pdfde...

i

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

“Construcción de un motor de volumen variable, capaz de

medir el índice de octanaje, para conseguir datos exactos de

los combustibles más utilizados a nivel nacional, para la

Universidad Tecnológica Equinoccial en el periodo 2014.”

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ

IVÁN SEBASTIÁN PALACIOS TORRES

DIRECTOR DE TESIS: INGENIERO CESAR PADILLA

Quito, Noviembre, 2014

ii

© Universidad Tecnológica Equinoccial 2014

Reservados todos los derechos de reproducción.

iii

DECLARACIÓN

Yo Iván Sebastián Palacios Torres, 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.

_________________________

Iván Sebastián Palacios Torres

C.I. 1712758109

iv

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Construcción de un

motor de volumen variable, capaz de medir el índice de octanaje,

para conseguir datos exactos de los combustibles más utilizados a

nivel nacional, para la Universidad Tecnológica Equinoccial en el

periodo 2014”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue

desarrollado por Iván Sebastián Palacios Torres, bajo mi dirección y

supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las

condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación

artículos 18 y 25.

___________________

Ingeniero Cesar Padilla

DIRECTOR DEL TRABAJO

C.I. 1700493925

v

Te prometí un libro antes de que estuviera comenzando,

es tuyo ahora que está acabado.

A todos aquellos a los que amamos y que mueren para nosotros solo

cuando nosotros morimos.

vi

INDICE

DECLARACIÓN ................................................................................................ iii

CERTIFICACIÓN ............................................................................................... iv

INDICE ............................................................................................................... vi

INDICE DE FIGURAS ......................................................................................... x

INDICE DE ANEXOS ....................................................................................... xiii

INDICE DE TABLAS ....................................................................................... xiv

RESUMEN ........................................................................................................ xv

ABSTRACT ..................................................................................................... xvi

1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1

2 MARCO TEORICO ................................................................................... 4

2.1 COMBUSTIBLE .................................................................................. 4

2.2 GASOLINA ......................................................................................... 5

2.3 REFINADO DE PETRÓLEO ............................................................... 7

2.3.1 REFINERÍA ESTATAL ESMERALDAS........................................ 9

2.4 PROPIEDADES DE LA GASOLINA ................................................. 10

2.4.1 OCTANAJE ................................................................................ 10

2.5 VOLATILIDAD .................................................................................. 20

2.6 DENSIDAD ....................................................................................... 20

2.6.1 CAMBIOS EN LA DENSIDAD .................................................... 21

2.7 DEFECTOS EN LA FABRICACION DE LA GASOLINA ................... 21

2.7.1 CONTENIDO DE AZUFRE ........................................................ 21

2.7.2 GOMAS ACTUALES .................................................................. 21

2.8 NORMATIVA NACIONAL DE COMBUSTIBLES. ............................. 22

vii

2.9 COMBUSTIÓN DE LA GASOLINA ................................................... 28

2.9.1 COMBURENTE ......................................................................... 29

2.9.2 TIPOS DE COMBUSTIÓN ......................................................... 30

2.10 DETONACION .................................................................................. 31

2.11 ESTUDIO DEL MOTOR ................................................................... 32

2.12 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES: ............................................ 34

2.12.1 Por número de cilindros: ............................................................ 34

2.12.2 Por tipo de combustible: ............................................................. 35

2.12.3 Por tipo de alimentación: ............................................................ 36

2.12.4 Por disposición de los cilindros: ................................................. 37

2.12.5 Por presión de carga: ................................................................. 38

2.12.6 Por tipo de ciclo: ........................................................................ 38

2.12.7 Por la velocidad de giro:............................................................. 39

2.12.8 Por la potencia: .......................................................................... 39

2.12.9 Por la forma de utilizar la energía .............................................. 39

2.12.10 Por tipo de lubricación ............................................................... 40

2.12.11 Por tipo arranque ....................................................................... 40

2.13 FUNCIONAMIENTO MOTOR CUATRO TIEMPOS (CICLO OTTO) 41

2.13.1 PRIMER TIEMPO O ADMISIÓN ................................................ 41

2.13.2 SEGUNDO TIEMPO O COMPRESIÓN ..................................... 42

2.13.3 TERCER TIEMPO O EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN ...................... 43

2.13.4 CUARTO TIEMPO O ESCAPE .................................................. 44

2.14 ELEMENTOS MECANICOS EN EL TRABAJO DE TESIS. .............. 45

2.14.1 MOTOR GY6. ............................................................................ 45

2.14.2 SENSOR DE GOLPETEO ......................................................... 45

2.15 RELACIÓN DE COMPRESIÓN DEL MOTOR .................................. 47

viii

2.16 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE ................................................. 49

2.17 FABRICACION DE MOTORES A GASOLINA ................................. 51

2.17.1 DISENO CON PROGRAMAS COMPUTACIONALES ............... 51

2.17.2 PROCESO DE FUNDICION ...................................................... 53

2.17.3 MAQUINADO DE PARTES ........................................................ 54

2.17.4 MONTAJE DE PARTES MOVILES ............................................ 56

3 METODOLOGIA ..................................................................................... 59

3.1 MATERIALES ................................................................................... 59

3.2 HERRAMIENTAS ............................................................................. 60

3.2.1 MAQUINAS HERRAMIENTAS .................................................. 60

3.2.2 HERRAMIENTAS MANUALES .................................................. 60

3.3 DISEÑO, CONSTRUCCION Y MONTAJE ....................................... 61

3.3.1 PARAMETROS DE DISENO DE PARTES DEL MOTOR .......... 61

3.3.2 DISEÑO DEL BLOCK ................................................................ 61

3.3.3 CONSTRUCCION DEL BLOCK ................................................. 63

3.3.4 DISENO DISTRIBUIDOR ........................................................... 68

3.3.5 ELABORACION DE TENSOR DE LA DISTRIBUCION ............. 71

3.3.6 MONTAJE DE PARTES MOVILES Y FIJAS .............................. 74

3.3.7 ADAPTACIONES ....................................................................... 78

3.4 ILUSTRACIONES FINALES DEL PROTOTIPO ............................... 83

3.5 PRUEBAS EN EL MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE .................... 95

3.6 ESTUDIO DE COMBUSTIBLE ......................................................... 96

3.6.1 PRUEBA DE OCTANAJE .......................................................... 96

3.6.2 PRUEBA DE SEDIMENTACION ............................................... 98

4 ANALISIS DE RESULTADOS .............................................................. 101

4.1 OCTANAJE .................................................................................... 101

ix

4.1.1 MEDICION DE OCTANAJE ..................................................... 114

4.2 SEDIMENTACION .......................................................................... 115

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 120

5.1 CONCLUSIONES ........................................................................... 120

5.2 RECOMENDACIONES .................................................................. 123

6 ANEXOS ............................................................................................... 125

SIMBOLOGIA ................................................................................................. 166

GLOSARIO ..................................................................................................... 167

BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 169

x

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1 REFINERIA DIAGRAMA DE CIRCULACION 8 FIGURA 2 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE 11 FIGURA 3 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE 12 FIGURA 4 RELACION OCTANO VS COMPR. 13 FIGURA 5 HISTOGRAMA PLOMO NIVEL MUNDIAL 17 FIGURA 6 REDUCCION QUIMICA COMBUSTIBLE 28 FIGURA 7 GOLPETEO MOTORES DE COMBUSTION. 31 FIGURA 8 GOLPETEO MOTORES DE COMBUSTION 31 FIGURA 9 MOTOR CICLO OTTO 1863 33 FIGURA 10 MOTOR MONOCILINDRICO 34 FIGURA 11 MOTOR POLICILINDRICO 35 FIGURA 12 CARBURADOR 36 FIGURA 13 INYECTOR 36 FIGURA 14 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA 37 FIGURA 15 DIFERENCIA ENTRE MOTOR TURBO Y NA. 38 FIGURA 16 ADMISION MOTOR COMBUSTION INTERNA 41 FIGURA 17 COMPRESION MOTOR COMBUSTION INTERNA 42 FIGURA 18 EXPLOSION MOTOR DE COMBUSTION INTERNA 43 FIGURA 19 ESCAPE MOTOR DE COMBUSTION INTERNA 44 FIGURA 20 SENSOR DE GOLPETEO 46 FIGURA 21 ONDA DE TRABAJO SENSOR DE GOLPETEO 46 FIGURA 22 RELACION DE COMPRESION 47 FIGURA 23 RELACION DE COMPRESION FORMULA 48 FIGURA 24 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE 50 FIGURA 25 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE 50 FIGURA 26 DISENO COMPUTARIZADO 52 FIGURA 27 SECUENCIA DE FUNDICION 53 FIGURA 28 PARTES DEL TORNO PARALELO 54 FIGURA 29 FRESADORA DE TALADRO 55 FIGURA 30 RECTIFICADORA DE COLUMNA 56 FIGURA 31 PLANO DE BLOCK DESARROLLADO 62 FIGURA 32 ALUMINIO LÍQUIDO EN CRISOL 63 FIGURA 33 COLADO DE ALUMINIO EN MOLDE 64 FIGURA 34 MOLDE DE ALUMINIO 65 FIGURA 35 MAQUINADO DEL BLOQUE 66 FIGURA 36 ILUSTRACION MOTOR GY6 67 FIGURA 37 DIAGRAMA BOBINAS GY6 68 FIGURA 38 ILUSTRACION DE LA BASE DEL DISTRIBUIDOR 69 FIGURA 39 PLANO DE ADAPTADOR DISTRIBUIDOR 70 FIGURA 40 ARBOLES DE LEVAS COMPARACION 71 FIGURA 41 ILUSTRACION TENSOR DE CADENA 72 FIGURA 42 MECANISMO TENSOR DE CADENA 73 FIGURA 43 FOTO ESPARRAGOS DE CILINDRO 74 FIGURA 44 DIAGRAMA DE CONSTRUCCION DEL CILINDRO 75

xi

FIGURA 45 FOTOGRAFIA CONJUNTO SUPERIOR 76 FIGURA 46 FOTOGRAFIA PISTONES Y RINES 77 FIGURA 47 CABEZOTE CON BASE DEL CARBURADOR 78 FIGURA 48 FOTOGRAFIA ADAPTACIONES 79 FIGURA 49 SILENCIADOR GX200 (HONDA) 79 FIGURA 50 SENSOR KS (GOLPETEO) VW 80 FIGURA 51 MECANISMO DE VOLUMEN VARIABL E 81 FIGURA 52 TORNILLOS REGULADORES DE VOLUMEN 81 FIGURA 53 VISTA FRONTAL PROTOTIPO FINALIZADO 83 FIGURA 54 VISTA LATERAL PROTOTIPO FINALIZADO 84 FIGURA 55 VISTA LATERAL PROTOTIPO FINALIZADO 85 FIGURA 56 VISTA POSTERIOR DEL PROTOTIPO 86 FIGURA 57 VISTA CADENA Y SILENCIADOR 87 FIGURA 58 VISTA TANQUE DE EXPANSION DE ACEITE 87 FIGURA 59 VISTA DE CARBURADOR 88 FIGURA 60 VENTILADOR Y DIFUSOR DE TEMPERATURA 88 FIGURA 61 TANQUE DE COMBUSTIBLE 250CC 89 FIGURA 62 TENSOR DE CADENA DISTRIBUCION 89 FIGURA 63 VISTA CADENA Y SENSOR KS 90 FIGURA 64 CARBURADOR, FILTROS DE AIRE Y COMB. 90 FIGURA 65 VISTA INFERIOR, TAPON DE ACEITE 91 FIGURA 66 VISTA VENTILADOR, DIFUSOR Y CABLEADO 91 FIGURA 67 CABLEADO PROTOTIPO SENSOR DE POSICION 92 FIGURA 68 TANQUE EXPANSOR ACEITE 92 FIGURA 69 BOBINA Y CABLE DE BUJIA 93 FIGURA 70 MECANISMO TENSOR DE CADENA 93 FIGURA 71 VISTA SUPERIOR DEL PROTOTIPO 94 FIGURA 72 MEDICION OSCILOSCOPIO EXTRA 97 FIGURA 73 MEDICION OSCILOSCOPIO SUPER 97 FIGURA 74 DECANTACION DE COMBUSTIBLE SEDIMENTO 98 FIGURA 75 DECANTACION DE COMBUSTIBLE SIN SED 99 FIGURA 76 FORMATO DE EVALUACION. 100 FIGURA 77 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 1 103 FIGURA 78 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 2 103 FIGURA 79 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 3 104 FIGURA 80 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 4 104 FIGURA 81 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 5 105 FIGURA 82 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 6 105 FIGURA 83 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 7 106 FIGURA 84 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 8 106 FIGURA 85 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 9 107 FIGURA 86 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 10 107 FIGURA 87 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 11 108 FIGURA 88 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 12 108 FIGURA 89 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 13 109 FIGURA 90 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 14 109 FIGURA 91 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 15 110 FIGURA 92 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 16 110

xii

FIGURA 93 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 17 111 FIGURA 94 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 18 111 FIGURA 95 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 19 112 FIGURA 96 CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 20 112 FIGURA 97 CAMPANA DE GAUSS SUPER 113 FIGURA 98 CAMPANA DE GAUSS EXTRA 114 FIGURA 99 MUESTRA SEDIMENTADA EXTRA 115 FIGURA 100 GRAFICO SEDIMENTACION SUPER 116 FIGURA 101 GRAFICO SEDIMENTACION EXTRA 116 FIGURA 102 LOCALIZACION ABASTACIMIENTOS Y TRANSP. 117 FIGURA 103 PAPEL FILTRANTE 25MICRAS ESCANEADO 119

xiii

INDICE DE ANEXOS

ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 1 126

OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 1 127







































xiv

INDICE DE TABLAS

TABLA 1 NORMA INEN 2012 COMBUSTIBLE EXTRA 24

TABLA 2 NORMA INEN 2010 COMBUSTIBLE EXTRA 25

TABLA 3 NORMA INEN 2010 COMBUSTIBLE SUPER 26

TABLA 4 NORMA INEN 2012 COMBUSTIBLE SUPER 27

TABLA 5 VALORACION DE OCTANAJE ACUMULADO 102

xv

RESUMEN

El siguiente trabajo de titulación, basado en los conocimientos primarios

obtenidos durante toda la carrera de Ingeniería Automotriz, tuvo como

objetivo: desarrollar mediante un método didáctico la medición de la calidad

de la gasolina, uno de los principales problemas tomados en cuenta durante

todo el desarrollo de este dispositivo, fue la escasa información sobre el

octanaje y como se mide.

Luego de conseguir la mejor de las bibliografías, se procedió a realizar un

estudio de la plataforma en la que podría desarrollarse dicho motor, esta

plataforma final fue desarrollada en un motor de cuatro tiempos, horizontal,

lubricado por salpicadura de ciento cincuenta centímetros cúbicos de

volumen, capaz de variar la relación de compresión de 7 a 10.5.

Fue diseñado a partir de un motor muy usado, y se realizaron varios

elementos, tanto en aluminio como en acero, al final se pudo obtener un

conjunto robusto capaz de variar la compresión tal y como fue propuesto en

un principio.

Este motor contaba con un sensor de medición de vibración, capaz de medir

de una manera precisa la actividad al interior de la cámara de combustión.

Esta vibración fue traducida en un voltaje, que al ser tabulado e interpretado

de una manera matemática, se consiguió obtener el valor de octanaje para

cada combustible, cabe resaltar que los equipos de medición más precisos

cuentan con alarmas y de igual manera, varían la relación de compresión,

pero estos motores al ser elementos típicos de un laboratorio, poseen un

altísimo grado de calidad.

Gracias a este dispositivo se pudo tener de una manera más didáctica el

estudio del combustible.

El objetivo final de este proyecto fue brindar al taller de Ingeniería

Automotriz, una herramienta didáctica capaz de medir los combustibles.

El alcance del prototipo alcanzo los objetivos planteados al inicio del trabajo

de titulación.

xvi

ABSTRACT

The following thesis, submitted in partial fulfillment of the requirements for the

degree of the assignment of Automotive Engineering, It proposed to develop

a didactic method for measuring the quality of gasoline. One of the major

issues throughout the development of this device was the limited information

on the octane and its measure.

After all the literature review, the author proceeded to conduct a study of the

platform needed in order to development of the engine. The final draft was

technologically design into a four-stroke engine, horizontal and lubricated by

a splash of a hundred and fifty cubic centimeters of volume, capable of

fluctuate the compression ratio of 7 to 10.5.

The author developed the design from a widely used engine and several

items made from aluminum and steel. At the end a very robust sample was

obtained, capable of fluctuate the compression as originally proposed.

This engine has a vibration measurement sensor capable of accurately

determine the activity within the combustion chamber. This vibration is

translated into a voltage, which when weighted and interpreted in a more

mathematical way, shows the octane value for each fuel. It should be noted

that equipment of more precise measurement have alarms and likewise, vary

the compression ratio, but these engines used typically elements of a

laboratory possess a high degree of quality structure.

This device is of good tool for the study of the fuel. It is thanks to the gasoline

that the 4-stroke engine is still very useful today. But for many reasons the

actual development of this laboratory engines maintain the original design.

The author’s aim in this thesis and the research is to provide the Automotive

Engineering workshop a very useful tool for the assignment of fuels and

lubricants and for other mechanical assignments of the entire carrier.

The Scope of the prototype reached the goals set at the beginning of Labor

certification

1

1 INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo de tesis tiene la finalidad de demostrar de manera

práctica el fenómeno conocido como detonación, esta anomalía se produce

de manera espontánea en el motor de combustión interna alternativo,

especialmente en el motor de Ciclo Otto. De esta manera genera una

combustión ofensiva para el motor ya que la presión genera un movimiento

brusco en la biela del pistón, movimiento que por lo general es acompañado

por un sonido muchas veces apreciable sin mucho esfuerzo, esta explosión

es provocada por algunos factores como por ejemplo un bajo régimen junto

con una carga elevada al motor por otro lado el octanaje es uno de los más

importantes factores en este proceso destructivo del motor.

Por lo cual a lo largo del trabajo en curso se explicara de una forma teórica

como se realizó todo el estudio elaborado con los combustibles y con los

motores, así como los motivos por los que la gasolina dependiendo de la

calidad, de la marca y de la localidad varía sus propiedades.

Debido a la falta de información de los combustibles a nivel nacional, se

pone a consideración de los lectores, ésta tesis, esperando sea una fuente

de información importante para el desarrollo de cualquier trabajo posterior.

Por otra parte se intentará explicar de forma didáctica, el índice de octanaje

para analizar los combustibles, creando un banco de pruebas a partir de un

motor gy6, que es un diseño utilizado muy frecuentemente en motonetas, se

explicará el diseño, construcción y experimentación con el motor, a lo largo

del desarrollo de los capítulos.

A lo largo del diseño del prototipo se estudiara el material necesario para

construir un block, capaz de variar la relación de compresión esta proporción

es un número de referencia matemático que sirve para calcular cuánto se ha

comprimido la mezcla de aire combustible de los motores a combustión

interna de ciclo OTTO y el volumen de la cámara de combustión, generando

un cilindro de movimiento variable manual.

En la presente tesis se tratará temas relacionados con el estudio del motor y

las fuerzas que actúan en él, el diseño básico, los materiales necesarios y la

construcción del motor de volumen variable; que nos permita medir las

cualidades del combustible en condiciones de laboratorio; se estudiará

también los factores directos que intervienen en las condiciones de

detonación: octanaje, temperatura y relación de compresión; en todos los

combustibles locales.

2

Así con el motor de volumen variable, se medirá si los combustibles cumplen

con los estándares de calidad de la norma Inen 935-2012, esta norma

establece los requisitos que debe cumplir la gasolina destinada al uso en

motores de ciclo OTTO. Esta norma se aplica en el país para todas las

gasolinas que se comercializan, sean de producción nacional o importada,

exceptuando la de aviación.

Los objetivos generales de la presente tesis proponen lo siguiente:

Construcción de un motor de volumen variable, usando toda la información

obtenida en el marco teórico, recopilando de esta manera toda la bibliografía

sobre motores de volumen variable.

Que sea capaz de medir el índice de octanaje, por medio de un sensor de

golpeteo y con estas pruebas obtener gráficos que sean capaces de

tabulación, para generar información más accesible para el lector. De esta

manera conseguir datos exactos de los combustibles más utilizados a nivel

nacional, por medio de muestreo, realizando un almacenamiento de varios

ejemplares para poder tener un abanico más amplio de dichas muestras.

En la Universidad Tecnológica Equinoccial en el periodo 2014, con el objeto

de proporcionar información que puede ser utilizada para complementar la

docencia de combustibles y lubricantes, dando como resultado un texto útil

para los estudiantes, objeto de consulta y de trabajos posteriores.

Por otra parte los objetivos específicos postulados son los siguientes;

Realizar un estudio del motor a combustión interna, estudiar sus tipos y su

construcción, tomando en cuenta su diseño a lo largo de los tiempos, para

poder entender la construcción y su correcto diseño.

Estudiar los antecedentes históricos del combustible, su origen, sus

alternativas energéticas, el futuro y sus usos en el Ecuador, para tener una

base de datos relativa, puesto que posteriormente se puede demostrar que

la gasolina es muy variable como una mezcla de fluidos no constante.

Construir un motor tomando los parámetros ya antes mencionados y

utilizando las alternativas más económicas en nuestro entorno,

principalmente realizando un análisis sobre el producto finalizado y si de esta

manera se puede realizar trabajos posteriores que requieran procesos de

fundición o de adaptación de partes.

Almacenar el combustible, etiquetarlo y analizarlo por medio de pruebas

físicas como manteniéndolo varios días en estática para ver su

sedimentación, y posteriormente poniéndolo a prueba en el motor

desarrollado, para ver su combustión y así poder realizar un estudio

3

correcto, tomando en consideración si los combustibles cumplen o no con

las normas estudiadas a lo largo de la presente tesis.

Realizar gráficos comparando los resultados de los combustibles y si estos

estudios están dentro de los parámetros de la norma que rige los

combustibles.

Y como último generar un texto útil, completo y de fácil análisis para el lector,

siendo una herramienta útil, capaz de generar ideas en futuros trabajos de

tesis.

4

2 MARCO TEORICO

2.1 COMBUSTIBLE

La combustión es una reacción química, de reducción- oxidación, en la cual

generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor

y luz, manifestándose generalmente como fuego. (CATEDU, 2010)

El combustible de los vehículos es un líquido resultante de la mezcla de

compuestos como los hidrocarburos en un sinnúmero de combinaciones

químicas pero antes de entrar en un estudio más profundo del combustible

usado hoy en día sedarán breves generalidades de la matriz energética a lo

largo de los años.

El primer uso de un combustible fue el Carbono, resultado de la quema de

madera, en el Homo erectus. (Richard, 1994)

Siglos después el hombre descubriría una nueva manera de obtener

energía; El carbón remplazaría casi totalmente a la madera, estudios que

datan 1000 años antes de Cristo en China indican que, se empieza a utilizar

carbón para las fraguas en la metalurgia del hierro, luego con la invención

del motor a vapor el carbón será usado por generaciones para forjar el

camino de los trenes a nivel mundial. (E-Centro, 2012)

En el siglo 19, el gas extraído del carbón se utilizaba para el alumbrado

público en Londres. En el siglo 20, el uso primario de carbón es para la

generación de electricidad, proporcionando 40% de la oferta mundial de

energía eléctrica en 2005. (Institute, 2006).

Los combustibles fósiles son recursos no renovables, ya que tardan millones

de años en formarse, y las reservas se están agotando más rápido de lo

esperado, en estudios recientes de la ciencia, se demuestra que existen

posibles soluciones para la crisis energética que espera a la humanidad en

un futuro.

La Administración de Información de Energía de Estados Unidos, ha

estimado que en 2007 las fuentes primarias de energía consistían en un

36,0% de petróleo, carbón 27,4%, gas natural 23,0%, totalizando una

participación del 86,4% de los combustibles fósiles en el consumo de

energía primaria en el mundo. (Energetico, 2010)

5

2.2 GASOLINA

La gasolina es una mezcla de hidrocarburos, que depende mucho de donde

es producida y con qué proceso fue realizada, además del proceso de

evaporación existe un proceso complementario que consiste en juntar los

derivados de bajo peso como los alcoholes y los hidrocarburos pesados

como aceites, luego de calentarlos son comprimidos por medio de un largo

proceso de reformado se añade a este producto un catalizador y, la

substancia adquirida es una gasolina de mejor calidad que la evaporada.

(Méndez, 2010)

Tradicionalmente, se la emplea como combustible en los motores de

explosión interna con encendido a chispa convencional, o en su defecto, por

compresión y también como disolvente.

La gasolina se la obtiene a partir del petróleo, por un proceso de refinado.

Como antecedentes hay que considerar que en el siglo 19 los combustibles

más adecuados para el automóvil fueron destilados de alquitrán de carbón y

las fracciones más ligeras de la destilación de petróleo crudo. (Hamilton,

1996)

La gasolina es una palabra que se cita en la ortografía angloparlante como

"gasolene” desde el año de 1863 en el Diccionario Inglés de Oxford.

Básicamente es un líquido derivado del petróleo que se utiliza principalmente

como combustible en motores de combustión interna. Es un compuesto

derivado del petróleo, que se obtiene por destilación fraccionada, este

proceso consiste en evaporar el petróleo en una torre en la que se separan

los diferentes componentes por su valor de condensación y evaporación.

Durante el siglo 20 las compañías petroleras producen la gasolina como un

simple destilado de petróleo, pero los motores de automóviles van

mejorando rápidamente y requerirán un combustible de mejor calidad.

La gasolina procede del petróleo (exactamente del petróleo bruto o crudos

de petróleo). El petróleo se obtiene de perforaciones en pozos, en la tierra a

gran profundidad. En aquellas zonas donde se localizan formaciones

petrolíferas se encuentran numerosos compuestos químicos que al ser

refinados forman otras muchas substancias llamadas fracciones.

Aquí brevemente se describe el proceso de refinado: Fundamentalmente, los

procesos de refinado de los crudos se dan por medio de destilación. El

6

petróleo bruto se compone de varias substancias con distintos puntos de

ebullición.

Fundamentalmente una refinería de petróleo consta de un horno donde se

introduce por medio de un conducto el crudo, se evaporan por acción del

calor todos y cada uno de los hidrocarburos, luego todo sale por el mismo

conducto a una torre de destilado y dependiendo de las diferentes

temperaturas de condensado, tenemos como resultado las fracciones.

(Billiet, 1979)

Por lo general los gasóleos pesados vuelven a reingresar a un horno donde

se los calienta y luego de un proceso de reacción se aumenta la cantidad de

gasolina obtenida al final del proceso.

La gasolina está formada por un conjunto de substancias químicas, en su

mayoría está conformado por hidrogeno, oxígeno y carbono molecularmente,

forma cadenas cortas de fácil evaporación, alcoholes fabricados por medio

de destilaciones complejas, pero en realidad la gasolina pura o la que se

obtiene después del proceso de destilado solo cuenta con un octanaje

cualidad anti detonante de gasolina de 70 grados, necesitando una variedad

de aditivos para poder mejorar sus cualidades, pero básicamente se va a

enumerar los aditivos más comunes en la gasolina:

Elevadores de octanaje: encargados de mejorar la capacidad más

importante de la gasolina. (Hamilton, 1996)

Anti Oxidantes: manejan las formaciones de gomas y mantiene la

estabilidad

Desactivadores Metálicos: inhiben la formación de gomas y mantiene

la estabilidad en la gasolina como los anti oxidantes.

Modificadores de depósitos: reducen los depósitos en conductos y

ayudan a mejorar el desempeño de las bujías y de la pre-ignición.

Surfactantes: previenen el aparecimiento de cristales, son

anticongelantes muy usados en países de muy bajos regímenes

climáticos.

Depresores del punto de congelación, de igual manera mantienen el

punto de congelación al mínimo hacen que la gasolina no presente

cristales el momento de enfriarse especialmente usado en países

fríos.

7

Inhibidores de corrosión, ayudan a prevenir el aparecimiento de

corrosión en el tanque de almacenado de la gasolina muy útil en

todas las gasolinas.

Colorantes que ayudan a diferenciarlos diferentes tipos de gasolinas.

Se están implementando otras tecnologías que aumentan el octanaje de las

gasolinas, como son el uso de nuevas tecnologías de refinación, reformado

catalítico, isomeracion y otros procedimientos.

A nivel mundial hay que cumplir con los requerimientos de protección

ecológica, esto ha llevado a no utilizar el tetra etilo de plomo, que si bien

aumenta el octanaje en las gasolinas, al no intervenir en la combustión, es

eliminado al medio ambiente y causa contaminación ambiental.

2.3 REFINADO DE PETRÓLEO

La REE (Refinería Estatal Esmeraldas) arranco en el año 1978 con una

producción reducida, para el año 1987 se realiza la primera ampliación a 90

mil barriles diarios de refinación; más tarde, en 1995, se inició la segunda

ampliación a 110 mil barriles para tratar crudo de 23 a 27 º API. (Benítez,

2005)

Los hornos son precalentados a una temperatura que alcanza los 360° C.

Luego ingresa el crudo a la torre atmosférica, donde desde la parte inferior

se inyecta conjuntamente vapor a 10BARES, con lo cual se logra el

despojamiento de los productos iníciales de los gases. Con los gases más

livianos se formará el diésel, el kerosene, la gasolina circulante y la nafta,

respectivamente.

Al mismo tiempo, la Gasolina se enfría para mantener el perfil térmico de la

torre, que a su vez es procesado para continuar refinando el crudo reducido

en la unidad de vacío. (Benítez, 2005)

El Área de Cracking catalítico.- Se basa en el rompimiento de moléculas por

medio de un catalizador en presencia de temperatura. Inicialmente se tiene

una entrada de la carga de gasóleo, como subproducto de los fondos de la

torre de vacío. El gasóleo se une con un catalizador a 700 °C. De

temperatura, lo cual produce un rompimiento de largas cadenas de

hidrocarburos que van a formar cadenas pequeñas. La Planta de Cracking,

genera dos productos: gasolina de alto octanaje de 93 octanos, 53.400

kg/hora de gasolina y 20.000 kilos/hora de gas licuado de petróleo (GLP).

8

Estos combustibles tienen un costo y ahorro para el país de 1 millón de

dólares diarios. La Regeneración Continua de Catalizador (CCR).- Es un

Planta cuyo objetivo es producir gasolina de alto octanaje, hidrógeno y LPG,

tomando como carga la nafta liviana. La capacidad operativa de la Planta es

de 10 mil barriles diarios. (Benítez, 2005)

Como se puede apreciar en la figura 1, se distingue la estructura basica de

una planta de refinado, se puede notar el ingreso del petroleo al horno de

calentado, por donde todos los crudos se evaporan y se transforman en

fracciones y salen por distintos conductos a sus respectivos

almacenamientos en la parte derecha de la imagen.

Figura 1.- Diagrama de circulación representando el recorrido del petróleo bruto desde el pozo hasta convertirse en productos terminados. Mediante toda la línea del proceso se

obtienen al máximo 44 litros de gasolina por cada 100 litros de petróleo. (Billiet, 1979)

9

2.3.1 REFINERÍA ESTATAL ESMERALDAS.

La Refinería Estatal de Esmeraldas (REE) inició su operación en 1978, con

una capacidad de 55.600 barriles diarios. Fue diseñada para procesar crudo

de 28º API, o sea liviano.

La refinería produce gasolina de muy buena calidad y debido a esto cabe

señalar que esta gasolina es utilizada para mezclas por su alto contenido en

aromáticos.

El principal problema no es la calidad de los productos obtenidos, sino más

bien la cantidad, puesto que ya la refinería para el año 2004 dejo de

abastecer en su totalidad a la demanda (Benítez, 2005)

Cuenta con una planta Hidro-desulfuradora y su función principal es eliminar

el azufre de la carga que viene de crudo a través de un horno DH1 y un

reactor DR1, a alta temperatura (320 °C) y con una corriente de hidrógeno,

para que el producto terminado alcance un máximo de 0.05 % de azufre, que

es lo óptimo para el mercado, conocido también como Diésel Premium. La

producción actual de la Planta es de 114 mil toneladas diarias. (Benítez,

2005)

En 2004, la Refinería produjo derivados por un valor de 958’256.506 dólares.

Por cierto, el costo de refinación es de $ 3.21 USD el barril (el año 2003 fue

de $ 3.40USD).

Es importante destacar que la REE aportó con 61% de la demanda nacional

de combustibles. (Benítez, 2005)

Las refinerías de petróleo son grandes, complejos industriales con tuberías

transportando fluidos entre las grandes unidades de procesamiento químico.

(Leffler, 1985)

Actualmente, la Refinería está equipada con instrumentación electrónica de

punta. Al mismo tiempo, la REE funciona en base a un cerebro automatizado

conocido como Sistema de Control Distribuido Máster (DCS), el cual fue

creado para el control y monitoreo automático de los procesos de refinación

de petróleo. (Anchundia, 2014)

10

2.4 PROPIEDADES DE LA GASOLINA

Los hidrocarburos presentes en el crudo de petróleo tienen distintos puntos

de ebullición. Existen hidrocarburos que son más pesados, en el sentido de

que hierven a temperaturas más altas. (Aviacion Ulm, 2010)

Por lo anteriormente explicado cada tipo de gasolina tiene las siguientes

propiedades:

2.4.1 OCTANAJE

Octanaje o número de octanos, es una medida de la calidad y capacidad de

la gasolina para evitar la detonación y explosión en los motores de

combustión interna. (Castillo, 2010)

El octanaje es descrito mediante una escala establecida por la medida de la

capacidad antidetonante de dos substancias extremas: el uso-octano, que

representa el 100 en la escala (máxima capacidad antidetonante), y el

heptano, que representa el cero. (Kirk-Otwer., 2003)

Para la determinación del octanaje de una gasolina, se utiliza un motor de

laboratorio que tiene la posibilidad de poder variarle la relación de

compresión, de esta manera se va subiendo hasta que se produzca la auto

inflamación, luego se compara con la mezcla de Octano-Hexano que tiene el

mismo grado de resistencia a la auto inflamación y ese es el octanaje de la

gasolina.

En la figura 2 se aprecia un ejemplo de un motor de volumen variable muy

usado en laboratorio para mediciones de octanaje, su robustez y presicion

son sus mas importantes caracteristicas.

En la sociedad de ingenieros Automotrices (S.A.E.) por sus siglas en ingles,

se determinó crear una comision para el desarrollo de un motor capaz de

medir el octanaje, se formó entonces el comité cooperativo para el desarrollo

de los combustibles.

Este motor se conserva en Waukesha hasta el día de hoy, y fue el primer

motor de prueba estándar universalmente aceptado, el cual se podría

producir en cantidad suficiente para satisfacer las necesidades de la

industria.

11

Figura 2.-Motor de volumen variable utilizado en laboratorio. (Waukesha, 2013)

En 1928 el Comité había llegado a la decisión de que un motor de prueba de

un solo cilindro normalizado era necesario, como primer paso para

desarrollar un método de prueba de knock-gasolina. En diciembre 1928 se

tomó la decisión de diseñarel motor. Fue diseñado y construido en 45 días

para estar listo para la reunión SAE 01 de 1928.

Este diseño ha perdurado y ha sido mejorado en dos ocaciones, de modo

que una medicion hecha en el primer motor, todavía coincida con el índice

de octano hecho en el motor de hoy en día casi 70 años más tarde.

(Runway, 2000)

La figura 3 representa el primer motor de volumen variable desarrollado hace

mas de ocho decadas.

12

Figura 3.- Imagen del primer motor de volumen variable utilizado para medir el índice de octanaje. (Runway, 2000)

2.4.1.1 ESPECIAL REFERENCIA AL OCTANAJE DE LA GASOLINA

Un motor viene diseñado para el uso de un combustible de octanaje

determinado, por lo que siempre esaconsejable usar el combustible

especificado. (Aviacion Ulm, 2010)

Al contrario de lo que la gente piensa, la gasolina de alto octanaje no genera

"mayor explosión", sino por el contrario no produce explosiones. Es decir, a

mayor octanaje, mayor resistencia a la detonación, tarda más en

explosionar, y por tanto resistirá mejor el calentamiento y la sobrepresión,

siendo encendida sólo cuando la en la bujía salta la chispa.

(FUELMASTERS, 2011)

En un motor convencional, la llama viaja a través de la cámara de

combustión eleva la presión uniformemente dentro de ella. Adelante del

frente de llama, la mezcla que no se quema es comprimida por la presión

que va en aumento, con la consiguiente elevación en su temperatura y en su

densidad, ocurre el golpeteo, el proceso metódico de combustión se

convierte en ingobernable, experimentando un cambio brusco muy acelerado

de presión en la cámara. Terminando la combustión normal de la misma.

(Obert, 1991)

13

Como se puede apreciar en la figura 4 existen varios valores determinantes

para estudiar el octanaje todos están directamente proporcionales al índice

de octanaje.

Figura 4. Relación octanaje vs relación de compresión (MR20C, 2008)

2.4.1.2 ELEVADORES DE OCTANAJE

Hoy en día la industria petrolera ha invertido cantidades elevadas de dinero

en el desarrollo de elevadores de octanaje, en este capítulo tendremos una

breve síntesis de los elevadores de octanaje.

2.4.1.3 DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEVADORES DE OCTANAJE.

Para la década de 1920 el desarrollo de los motores se vería afectado por un

problema peculiar, el cascabeleo o pistoneo de los motores de combustión

interna utilizados en aviones y automóviles.

El golpeteo o cascabeleo, se trata de un fenómeno destructivo que empeora

a medida que se aumenta la relación de compresión de los motores,

provocando su rotura. Como para obtener mayores potencias es necesario

14

aumentar la relación de compresión, el inconveniente se había vuelto crítico

y muchos fabricantes de motores dedicaron ingentes esfuerzos para resolver

el problema.

Trabajando para la General Motors, el científico Thomas Midgley concluyó

que el problema no se hallaba en el diseño de los motores sino en la fórmula

del combustible utilizado. (CANDIDO, 2008)

Luego de probar innumerables productos químicos en combinación con la

gasolina de entonces, Midgley descubrió que añadiendo tetra etilo de plomo

al combustible, el pistoneo desaparecía. (Fernando, 2007)

Poco tiempo después, una corporación integrada por las compañías Dupont,

GM y Standard Oíl se dedicó a producir y distribuir a gran escala un aditivo

al que llamaron “etilo” y que se incorporó de inmediato a los combustibles

para vehículos. (Kovarik, 1994)

Etilo fue el nombre que encerraba al plomo, fue utilizado este nombre

comercial ya que desde principios de siglo se demostraron los efectos

nocivos para la salud del plomo en la sangre, el saturnismo que afecta al

sistema nervioso central, produce en un principio perturbaciones leves, que

consecuentemente son acompañados del daño definitivo del cerebro, y

puede presentar varios tipos de cáncer en el cuerpo humano. (Hu, 1991)

En la fábrica del famoso Etilo, todos los trabajadores sufrieron graves

enfermedades mentales, terminaron en sanatorios, y la mayoría murió, no

fue hasta el año 2000 que el científico Rick Nevil demostraría que el 70% de

los crímenes violentos en los Estados Unidos, tienen como causa común

altos niveles de plomo en la sangre de los criminales. (Nevin, 2007)

No fue hasta el año 1993 que definitivamente se normalizo la utilizacion de

combustibles sin plomo.

Con el paso de los tiempos se han buscado alternativas menos

contaminantes para elevar el octanaje y en nuestros dias los oxigenantes

forman parte de los mejores elevadores de octanaje, aun cuando su

produccion es mas compleja el impacto ambiental es menor.

Existe una lista interminable de aditivos capaces de subir el octanaje de la

gasolina pero con el desarrollo de mejores motores mas potentes y de

menor consumo cada día se tiene que desarrollar mejores compuestos

quimicos, a continuacion una breve descripcion de los elevadores de

octanaje.

15

Desde la creación de los nuevos motores de gran desempeño las empresas

que producen los combustibles se han empeñado en diseñar mejoras en el

octanaje de las siguientes maneras:

1. Aplicación de nuevas tecnologías de refinación, de reformado

catalítico, isomerización y otros procesos, que permiten obtener

gasolinas con elevados números de octano limpios, es decir, sin

aditivos.

2. Paralelamente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados

denominados ecológicos en sustitución el tetra etilo de plomo (que es

altamente contaminante), tales como el Metil-Ter-Butil-Éter (MTBE), el

Ter-Amil-Metil-Éter (TAME) y el Etil-Teer-Butil-Éter (ETBE), entre

otros. (Jaramillo, 1997)

Estos aditivos oxigenados, se adicionan a las gasolinas para elevar su

número de octano, proporcionando a la vez una mayor oxigenación, lo que

incide directamente en una combustión más completa y en un mejor

funcionamiento de los motores. (Castillo, 2010)

De estos aditivos oxigenados, los que han tenido un mayor uso a nivel

mundial (incluso en nuestro país), han sido el MTBE y el TAME, debido a su

alto valor de octano en la mezcla con gasolina, a su baja presión de vapor y

sobre todo a su alta disponibilidad, al producirse en plantas integradas a las

refinerías, donde son aprovechadas las materias primas de refinación

requeridas para su elaboración (metanol, butanos, butilenos, isobutilenos e

isoamileno), con las ventajas económicas que ello representa. (Castillo,

2010)

16

2.4.1.4 EL TETRAETILO DE PLOMO

El tetra etilo de plomo, especie química de fórmula molecular Pb (C2H5)4 es

una substancia de manipulación peligrosa, ya que por encima de los 77ºC se

pueden formar mezclas explosivas vapor/aire. (Bello, 2013)

Es un líquido viscoso, incoloro, de olor característico.

El tetra etilo de plomo es un aditivo de las gasolinas, que actualmente no es

utilizado debido a ser peligroso para la salud pública y para el medio

ambiente. (Automotriz.net, 2010)

El tetra etilo de plomo puede ser absorbido por inhalación, por absorción a

través de la piel o por ingestión. Debido a la volatilidad de esta substancia a

temperatura ambiente, se pueden alcanzar rápidamente concentraciones

nocivas, siendo los síntomas y consecuencias a la exposición: irritación de

piel, mucosas y ojos, efectos sobre el sistema nervioso central, alteraciones

cardíacas, pérdida de la conciencia y, finalmente, la muerte. (Diego, 2008)

Fue utilizado por más de 60 años gracias a la colaboración de Thomas

Midgley, Jr. Junto con la empresa General Motors, que diseñaron en

conjunto un compuesto para su nuevo diseño de automotores de alto

desempeño, el problema sin duda fue la creación de un compuesto a partir

de un químico toxico, el plomo. Thomas Midgley, Jr. Afirmaba que el tetra

etilo de plomo no era perjudicial para la salud de las personas por lo que

hizo un día un experimento en el que se expuso a largas emanaciones del

compuesto generado por un automotor, este humo resultante fue el causante

de casi dos meses de retiro medico por las complicaciones pulmonares

obtenidas.

Al final de su vida Thomas Midgley, Jr. confesó que llego a repudiar el plomo

en todas sus versiones. (Kitman, 2002)

La creación del tetra etilo de plomo y del gas usado en la refrigeración de los

automotores FREON son los causantes del agujero de la capa de ozono y

de la contaminación de plantas y animales.

McNeil es recordado en los principales textos de impactos ambientales,

puesto a que es considerado como la persona que ha ocasionado el mayor

impacto atmosférico en la historia de la tierra, traducido de la siguiente frase:

“Had more impact on the atmosphere tan any other single organism in

Earth's history” (McNeill, 2001). Esto se debe a que sus descubrimientos,

que aunque fueron muy útiles en un principio, han sido muy perjudiciales

para la salud humana y el medio ambiente.

17

Como se aprecia en la figura 5 un corto histograma de la producción mundial

de plomo, muy evidenciado por el rápido crecimiento en la edad industrial.

Figura 5.- Histograma de la producción mundial de plomo, muy evidenciado por el rápido crecimiento en la edad industrial. Y en el apogeo del imperio Romano.

(S., 1994)

2.4.1.5 ETIL TERC BUTIL ÉTER (ETBE)

El Etil Terc Butil Eter es uno de los compuestos producidos a partir del año

1980 principalmente como un elevador de octanaje, su olor es muy

característico. Al principio se lo utilizo por su alto nivel oxidante que elimina

los depósitos de combustible en el motor, ayuda en la mejor combustión de

la gasolina de los automotores, mejora significativamente el gas del escape

y reduce el consumo, la mayoría de refinerías la usan desde el año 1974 y

esto se debe a que su elaboración es muy económica. (Jesus, 1989)

2.4.1.6 METIL TERT-BUTIL ÉTER (MTBE)

El éter metil tert-butílico, metil tert-butil éter, metil terc-butil éter o, por sus

siglas, MTBE, es un líquido inflamable de olor característico y desagradable.

Se fabrica combinando sustancias químicas como isobutileno y metanol, y

se ha usado desde los años 1980 como aditivo para incrementar el octanaje

de la gasolina sin plomo. (Wuithier, 1971)

18

2.4.1.7 TAME (METIL-TER-AMIL ÉTER).

Producto que se utiliza en la gasolina con el fin de mejorar el octanaje y

eliminar las emisiones contaminantes ya que se obtiene a partir del

isoamileno y metanol, el cual sustituye al tetra etilo de plomo, además, no

produce efectos adversos sobre la operación, economía y potencia del motor

(Autores, 2003)

Es un éter utilizado como un combustible oxigenado. Tiene un olor etéreo. A

diferencia de la mayoría de los éteres, no forman peróxidos de

almacenamiento.

Cuando se expone a ratas de laboratorio a 4000 ppm sólo el 25%

sobrevivieron, el resto había muerto de depresión del sistema nervioso

central. Es extremadamente Toxico. (White, 1995)

2.4.1.8 ETHANOL COMO ELEVADOR DE OCTANAJE

Muchos modelos de automóviles nuevos tienen motores que funcionan de

manera eficiente con combustible E85. El E85 contiene 85 por ciento de

alcohol por litro y el resto formado por gasolina.

El valor de octano de la E85 es mayor que el número de octano de gas

normal, pero requiere precauciones especiales para evitar la degradación del

tanque, el motor de gas y las líneas de combustible. (Automotriz, 2009)

Los alcoholes tienen un mayor octanaje que cualquier grado de gasolina del

automóvil. Vehículos que tienen la opción de combustible flexible son las

mejores opciones para el uso de la gasolina con alcohol añadido.

En primer lugar, los alcoholes de hidrocarburos de cadena bajas funcionan

mejor para añadir a su gasolina. Estos incluyen metanol, etanol, iso-propilo y

butanol.

Todos estos alcoholes son corrosivos a un cierto grado en las partes del

motor y el sistema de combustible. El metanol y el etanol son las opciones

más corrosivos, sino también la mejor para la economía. Su mejor opción es

el etanol debido a los precios más bajos y la amplia disponibilidad de etanol.

Con pruebas de laboratorio se ha determinado que por cada 354cm3 de

etanol al 100% en cada 4000cm3 de gasolina que tienen en el tanque de

gasolina, produce un poco menos de 10 por ciento de etanol, dando como

19

resultado un aumento del 10% en el octanaje. Es decir que si tenemos una

mezcla de 30 litros de combustible Extra con 87 octanos y añadimos 10 litros

de etanol tenemos un resultado de 90.25 octanos finales para cumplir con

las condiciones de la formula a demostrar a continuación:

𝑂𝑐𝑡 =(𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎)(𝑜𝑐𝑡𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒 1) + (𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙)(𝑜𝑐𝑡𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒 2)

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠

Suponiendo que utiliza gasolina de primera calidad con un octanaje de 92 y

agregó 10 por ciento de metanol con un octanaje de 101, tendría un

combustible con un octanaje de 94.7.

20

2.5 VOLATILIDAD

La volatilidad es una propiedad que se mide, al igual que la presión de

vapor. Esta registra de manera indirecta el contenido de los componentes

volátiles que brinden la seguridad del producto durante su transporte y

almacenamiento. Esta propiedad debe a su vez estar en relación con las

características del ambiente de altura, temperatura y humedad, para el

diseño del almacenamiento del producto.

Como se ha dicho, la volatilidad es la tendencia que tiene una sustancia para

vaporizarse. Puesto que la gasolina es una mezcla de distintas fracciones de

hidrocarburos, no se puede hablar de un valor único de volatilidad, sino de

porcentajes de gasolina que se evaporan a temperaturas distintas.

La gasolina debe estar completamente evaporada cuando salta la chispa en

las bujías del cilindro, de otra forma es imposible su inflamación. Puesto que

transcurre menos de una décima de segundo desde que la gasolina sale del

carburador o desde los inyectores de combustible, hasta que salta la chispa

en el cilindro, es claro que se necesita una gasolina volátil para favorecer su

inflamación.

Para que un motor tenga fácil arranque y buen proceso inicial de

calentamiento es necesario que exista una cantidad suficiente de gasolina

vaporizada a temperaturas relativamente bajas. Debe haber pues,

componentes en la gasolina que pasen a la forma de vapor a la temperatura

ambiente.

2.6 DENSIDAD

Es una magnitud referida a la cantidad de masa de una sustancia contenida

en un determinado volumen.

Esta propiedad es utilizada para los cálculos de peso del combustible. Es

especialmente importante en los aviones de transporte de carga para

determinar la limitación de su carga.

Esta se obtiene por el balance de los compuestos livianos y pesados, así

como por su rango de destilación. Esta medida se diferencia

considerablemente de la establecida para las gasolinas de motor para

vehículos.

21

2.6.1 CAMBIOS EN LA DENSIDAD

Por lo general las gasolinas cambian de densidad cuando varía la

temperatura o la presión y en los cambios de estado. Cuando aumenta la

presión, la densidad de cualquier material estable aumenta.

El efecto que produce la temperatura y la presión en los líquidos y sólidos es

reducido, por lo que típicamente esto sucede cuando los líquidos están

almacenados a presión.

2.7 DEFECTOS EN LA FABRICACION DE LA GASOLINA

2.7.1 CONTENIDO DE AZUFRE

Es la cantidad de azufre (S) presente en la gasolina. Dentro de la cantidad,

se encuentran determinados promedios y estadísticas los cuales tienen

números máximos y mínimos que no puede sobrepasarse, ya que si esto

sucede la gasolina puede tener efectos corrosivos sobre las partes metálicas

del motor y sobre los tubos de escape. A su vez, al salir del tubo de escape,

esta produce un alto grado de contaminación en el ambiente, produciendo a

su vez las conocidas lluvias ácidas. Este gas resultante es aquel que

produce la famosa lluvia acida, que perjudica la salud humana, animal y los

productos generados por la agricultura.

2.7.2 GOMAS ACTUALES

Esta función se encuentra relacionada en la medida de la estabilidad de un

combustible. Este problema genera una oxidación acelerada que produce la

formación de barnices y polímeros, formando depósitos en el sistema de

combustible, genera de igual manera depósitos en todo el sistema de

alimentación, taponamiento en carburadores e inyectores y una excesiva

suciedad en válvulas y pistones al nivel del motor, son difíciles de eliminar

puesto a que contribuyen con el octanaje de la gasolina de esta manera en

combustibles de alto octanaje son muy comunes estas gomas.

22

2.8 NORMATIVA NACIONAL DE COMBUSTIBLES.

La norma que rige a nivel nacional sobre los valores de los combustibles es

la norma INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización) 935 de octava

revisión, en la que se describe todos los requisitos de los combustibles

comerciales en el Ecuador.

En las siguientes tablas 1 y 2 se describen los valores más importantes en

cuanto a cualidades físicas y químicas.

Como se puede identificar claramente en la tabla 1, la norma estipula que la

gasolina extra debe tener al menos 87 octanos, otro dato importante es la

presión de vapor, esta presión es capaz de generar en almacenamiento, su

poder de evaporación es mayor esto significa que la gasolina se evapora con

más facilidad y que genera una presión máxima en su contenedor (tanque

de combustible) de 60kPa superior en 10kPa en relación con la normativa

anterior para el año 2010.

Con los mismos contenidos de benceno, olefinas y aromáticos (Los

hidrocarburos aromáticos, principalmente benceno, tolueno, xilenos y Etil-

benceno, son compuestos básicos de partida para la síntesis de materias

primas plásticas, cauchos sintéticos y otros productos orgánicos de interés

industrial. La mayor parte se obtiene del petróleo, y sólo una pequeña

proporción del carbón. De altísimo poder antidetonante no masificados por

su dificultad de fabricación que conlleva un elevadísimo precio.)

(HIDROCARBUROS, 2006) estabilizadores, es interesante ver el progresivo

aumento significante de seis números en el octanaje, en tan reducido

tiempo.

En la tabla 2 los valores corresponden a la norma INEN 935 del año 2010

para gasolina extra, se determinan algunas similitudes y algunas serias

diferencias, el octanaje podemos determinarlo con un valor de 81 octanos.

El porcentaje de aromáticos es igual al de la gasolina previa a la normativa,

indicando que la gasolina al momento del ingreso al país es de mejor calidad

gracias a esto no es necesario añadir tantos aditivos.

Podemos identificar en la tabla 4 la norma INEN 935 del 2010 una no tan

importante diferencia en combustibles, la gasolina de 90 octanos mantiene el

mismo contenido químico y dista en dos unidades el octanaje, cabe resaltar

un par de valores críticos pero no para el vehículo sino más bien para la

salud de las personas

23

La exposición prolongada al benceno puede producir cáncer de los órganos

que producen los elementos de la sangre. Esta condición se llama leucemia.

La exposición al benceno se ha asociado con el desarrollo de un tipo

especial de leucemia llamada leucemia mieloide aguda.

El Departamento de Salud y Servicios Humanos (DHHS) ha determinado que

el benceno es un carcinógeno (puede producir cáncer) reconocido. Tanto la

Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) como la EPA

han determinado que el benceno es carcinogénico en seres humanos

(Enfermedades, 2013).

El alto contenido de aromáticos en la gasolina SÚPER le da mejores

cualidades antidetonantes, aunque esta gasolina consta con elevados

niveles de olefinas causantes de los depósitos en tanques de

almacenamiento, inyectores y múltiples de admisión, es muy importante

notar que aunque a primera vista la gasolina es de mayor calidad, pero esto

implica un mayor daño al ser humano en contacto con la gasolina.

24

Tabla 1. Norma INEN 935-2012, (INEN, 2012)

25


26


27


28

2.9 COMBUSTIÓN DE LA GASOLINA

La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual

generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor

y luz, manifestándose visualmente como fuego.

La gasolina en combinación con el oxígeno es capaz de producir una

elevada cantidad de energía; sin embargo los motores con los mejores

rendimientos, solo pueden utilizar una fracción de la energía disponible de la

misma.

Los combustibles obtenidos del petróleo no contienen oxigeno; por lo que

para inflamarse, deben combinarse con oxígeno o con aire, esta mezcla se

realiza en el múltiple de admisión, para luego dar paso al ingreso al motor,

por medio de las válvulas.

Pueden darse dos situaciones, la primera que la cantidad de aire sea

insuficiente, los científicos hablan entonces de que la mezcla es "Rica"; la

segunda, que se da cuando la masa es excesiva, se dice entonces que la

mezcla es "Pobre". Como regla, un auto funciona con el máximo de potencia

cuando la mezcla es ligeramente "Rica" pero la economía de combustible se

alcanza en mezcla "Pobre". (SALINAS, 1998)

En la figura 6 se aprecia un esquema de la combustion teorica.

Figura 6.- Reacción química de la combustión (Chan, 2005)

29

2.9.1 COMBURENTE

Los comburentes son substancias que ayudan sustancialmente a la

producción de la combustión por parte del combustible, El comburente por

antonomasia es el oxígeno atmosférico, que se encuentra normalmente en el

aire con una concentración porcentual en volumen aproximada del 21%.

Todos los comburentes tienen en su composición oxígeno disponible, ya sea

en forma de oxígeno molecular, como se ha dicho, o bien como oxígeno que

ceden al momento de la combustión.

En situaciones en donde no se tiene oxígeno atmosférico, o en donde se

desea una combustión fuerte y muy energética, se puede usar oxígeno

gaseoso o líquido, como es en el caso de los cohetes usados en los

transbordadores espaciales, o bien diversos tipos de comburentes

compuestos. Por ejemplo en la combustión de la pólvora dentro de un

cartucho, el oxígeno es aportado por una sal de un oxácido, como el nitrato

de potasio o el clorato de potasio.

Los más conocidos son:

Oxígeno O2

Ozono O3

Peróxido de hidrogeno H2O2

Flúor, Cloro, Bromo, Yodo

Hipoclorito de otro hipo-halogenoso

Clorito, clorato, perclorato, y otro compuesto halógeno oxidado

Ácido nítrico

Nitrógeno

Nitrato de potasio

Óxido de azufre

Óxidos metálicos (de hierro y de cobre).

30

2.9.2 TIPOS DE COMBUSTIÓN

En toda combustión existe un elemento que arde (combustible) y otro que

produce la combustión (comburente), generalmente oxígeno en forma de O2

gaseoso. Los explosivos tienen oxígeno ligado químicamente, por lo que no

necesitan el oxígeno del aire para realizar la combustión.

Por infinitas razones existen diferentes tipos de combustión dependiendo de

algunas variables en este capítulo se describen las más comunes:

COMBUSTIÓN COMPLETA: Toda combustión completa libera, como

producto de la reacción, dióxido de carbono (CO2) y agua en estado

de vapor (H2O); no importa cuál sea el combustible a quemar. (Mora,

2013)

COMBUSTIÓN INCOMPLETA: Se produce cuando no se alcanza el

grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias

combustibles en los gases o humos de la reacción.

COMBUSTIÓN ESTEQUIOMÉTRICA O TEÓRICA: Es la combustión

que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no

existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este

tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos,

debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción. Se la

conoce como teórica puesto que en la realidad son demasiados los

factores que intervienen en un correcto funcionamiento de la

combustión en el motor de combustión interna.

COMBUSTIÓN CON EXCESO DE AIRE: Es la reacción que se

produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario.

Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no

producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este

tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de

combustión.

La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es

hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el

proceso.

COMBUSTIÓN CON DEFECTO DE AIRE: Es la reacción que se

produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. En

este tipo de reacción es característica la presencia de sustancias

combustibles en los gases o humos de reacción. (Mora, 2013)

31

2.10 DETONACION

El sonido metálico característico se produce porque la onda expansiva choca

contra el pistón cuando aún está subiendo (durante la carrera de

compresión) la súbita combustión de la gasolina hace que el pistón impacte

contra las paredes del cilindro dando el famoso sonido conocido como

picado de biela.

La detonación es una combustión anormal en un motor de gasolina, pero es

la normal en un Diésel. Por eso el motor Diésel tiene ese sonido metálico

semejante al de los motores de gasolina en los que hay detonación.

(Hamilton, 1996)

A continuación dos imágenes que muestran como es una detonación desde

el interior del motor:

Se puede ver en las figuras 7 y 8 una diferencia del famoso término conocido

como detonación.

Figura 7.- Imagen de la combustion normal sin golpeteo. (Hamilton, 1996)

Figura 8.- Imagen de la combustion anormal se pueden identificar dos puntos calientes (Hamilton, 1996)

32

2.11 ESTUDIO DEL MOTOR

Un motor es una máquina, que produce energía mecánica (movimiento con

fuerza), energía eléctrica, química u otra. Transforma algún tipo de energía

(eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de

realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que

produce el movimiento.

Han transcurrido 100 años desde que el motor de combustión interna hizo su

primer aparecimiento como una fuente de transformación de energía.

El término motor de combustión interna se puede utilizar con o sin el término

Interna a lo largo de todo el trabajo de tesis, ha reemplazado con larga

distancia el motor de vapor (motor de combustión externa), puesto que la

energía para el arranque no necesita ser tan elevada, y son muchas las

aplicaciones, debido a su desarrollo hoy los podemos ver en Barcos,

Lanchas, Podadoras, Motocicletas y Automóviles.

A finales del siglo 19, los avances de ingeniería llevaron a su adopción

generalizada en una variedad de aplicaciones. Esto se debe en parte a la

masificación en la extracción y comercialización del petróleo.

La eficiencia de varios motores térmicos propuestos o usados hoy en día

oscila entre el 3% (97% de calor desperdiciado) para los sistemas de

conversión de energía térmica del océano, el 25% para la mayor parte de los

motores de automóviles, el 35% para una planta generadora de carbón

súper-crítico, y el 60% para una turbina de gas de ciclo combinado con

enfriamiento de vapor.

No fue sino hasta el año de 1876, cuando el ingeniero alemán, Nicolás Otto,

aprovechando el principio de Beau de Rochas, construyo un motor, el cual

generaba una combustión exitosa cada dos revoluciones, resulto muy

afortunado con este modelo, se lo conoce hasta hoy en día como el motor de

ciclo OTTO, motor que ocupan todos los vehículos a gasolina hoy en día,

exceptuando los vehículos híbridos que utilizan un motor similar al

mencionado. (Obert, 1991)

Se puede apreciar en la figura 9 la patente de Nicolaus Otto. Hoy en dia el

motor de ciclo Otto no ha tenido cambios significativos mecanicamente mas

electronicamente el motor cuenta con una amplia variedad de sensores y

actuadores.

33

Figura 9.-Copia de la patente solicitada en 1863 por Nikolaus Otto y Langen Eugene para un

motor de gas, en Inglaterra y en otros países en considerado el primer motor de combustión

eficiente de los jueces en la exposición de París en contraste con el motor original de gas

Lenoir. Folleto de 1890. (Otto-Langen, 1863)

34

2.12 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES:

El motor de combustión interna puede clasificarse dependiendo una serie de

factores, tales como el tipo de encendido, el tamaño, el número de cilindros,

la posición de los mismos, el tipo de combustible; por lo tanto aquí

clasificaremos al motor de la siguiente manera:

2.12.1 Por número de cilindros:

Esta clasificaron solo obedece al número de cilindros el cual consta o

compone el motor entonces:

Para un motor de un cilindro se llamara mono-cilindro, estos los

encontramos en las motocicletas. En la figura 10 podemos apreciar un

motor mono cilíndrico, que como se puede distinguir posee un volante

de inercia de grande magnitud, esto se debe a la cuestión que el

motor necesita vencer bastante la inercia.

Figura 10.- Motor mono-cilíndrico, patentado por Mercedes-Benz. (Coches Miticos., 2011)

35

Figura 11.- Motor poli-cilíndricos, de 6 cilindros en línea. (Debates Coches, 2005)

Para un motor de dos o más cilindros este tomara el nombre de poli-

cilindros. Estos son mayormente utilizados en automóviles y camiones

y los encontramos en disposiciones de cuatro, seis, ocho y doce

cilindros, en la figura 11 se diferencia un motor de 6 cilindros, estos

motores son muy tradicionales en vehículos de alto desempeño.

2.12.2 Por tipo de combustible:

Gasolina, este motor es el más común hoy en día, por lo que es el

motor del que se realizara el prototipo.

Diésel, el más utilizado en vehículos de gran magnitud, por su

consumo de combustible reducido, y por la adaptabilidad de dichos

motores en cualquier plataforma.

Gas

Gnc

Glp

Aire

36

2.12.3 Por tipo de alimentación:

Carburador, es un dispositivo muy utilizado en tiempos anteriores a la

inyección electrónica, es un dispositivo de administración de

combustible mecánico, como se puede observar en la figura 12.

Figura 12. Carburador tradicional. (Mecanica Virtual, 2010)

Inyección, es un dispositivo que distribuye el combustible de una

forma más controlada, como se puede apreciar en la figura 13, se

presenta un inyector electrónico que es de reducida dimensión, típico

en motores de bajo cilindraje.

o Electrónica,

o Mecánica,

o mono punto,

o multipunto, directa, indirecta).

Figura 13.- Inyector de combustible. (Leoni artesanias, 2011)

37

2.12.4 Por disposición de los cilindros:

En Línea, En v, En w, opuestos, radiales.

Como se puede observar en la figura 10, todos los motores

proporcionan la misma potencia, las diferencias son dadas por la

aplicación en la que van a ser colocados, esto se debe a los

alojamientos de los motores,

El diseño es muy importante, en cada vehículo, de igual manera la

dirección de los motores va dada acuerdo con la caja de cambios, y

la potencia necesaria.

Muchos de los diseños originales, ya no son aplicables hoy en día,

por ejemplo los motores “Radiales”, eran utilizados en aviones de la

segunda guerra mundial.

Los motores de émbolos opuestos son un 30% más eficientes que

los motores tradicionales, de esta manera se están estudiando para

utilizarlos en los “vehículos del futuro”.

Figura 14.- Motores de combustión interna análisis y aplicación, Edward F. Obert, Universidad de Wisconsin, 1966. (Obert, 1966)

38

2.12.5 Por presión de carga:

Aspirados (Atmosféricos), y sobre-alimentados. Como se puede

apreciar en la figura 15, se diferencia claramente el motor de presión

atmosférica, que en realidad, posee una presión menor a la

mencionada, puesto que el múltiple de admisión, al realizar el efecto

“venturi”, reduce la presión atmosférica en el múltiple de admisión.

Por otro lado el motor a presión forzada o turbo alimentada, como se

puede apreciar en la misma figura, puede elevar la presión del

múltiple de admisión, elevando la potencia del motor.

Figura 15.- Diferencia entre motor atmosférico y motor de presión forzada (sobre alimentada) (Aficionadosalamecanica, 2014)

2.12.6 Por tipo de ciclo:

Motor Ciclo Otto Cuatro Tiempos. Este motor se va a estudiar a lo

largo de la presente tesis, por ser el motor más utilizado hoy en día.

Motor Ciclo Dos Tiempos.

Motor Ciclo Atkinson.

Motor Rotativo Wankel.

Motor Por Presión de Inyección (Ciclo Diésel).

Motor Turbina Ciclo Brayton.

Motor Seis Tiempos ciclo Griffin

39

2.12.7 Por la velocidad de giro:

De Bajas Revoluciones, menos de 1500 RPM.

De Medias Revoluciones, Entre 1500 y 3000 RPM.

De Altas Revoluciones de 3000 RPM en adelante.

2.12.8 Por la potencia:

De baja potencia hasta 25hp. Utilizado en motores de reducida

dimensión, típico en usos agrícolas, como podadoras y motobombas

de agua.

De media potencia de 26hp a 80hp, muy útil en su uso, típico en

vehículos de reducidas dimensiones. Motores compactos y muy

potentes.

De alta potencia de más de 80hp. Utilizado en vehículos de grandes

prestaciones.

Esta clasificación es útil solo en vehículos de pequeñas dimensiones,

existen motores de barcos de mayor potencia que no van a ser

estudiados a lo largo del siguiente trabajo de tesis.

2.12.9 Por la forma de utilizar la energía

Motores de combustión interna aquellos que la energía se utiliza

directamente para generar movimiento mecánicamente, el prototipo

de la siguiente tesis, es un claro ejemplo de un motor de combustión

interna.

Motores de combustión externa el combustible sirve para generar energía que no directamente genera movimientos mecánicos, hoy en día las turbinas de vapor son un claro ejemplo de los motores de combustión externa, las primeras locomotoras poseen el motor mencionado, necesitaban un caldero capaz de producir la energía suficiente para generar el movimiento en el motor.

40

2.12.10 Por tipo de lubricación

Por Mescla (combustible-aceite), en motores de dos tiempos.

Salpicadura por circulación: por medio de un salpicado en la parte

inferior de la biela que alcanza a chapotear el aceite depositado en el

Carter lubricando las partes sin necesidad de una bomba, este

sistema será utilizado durante la construcción del siguiente prototipo.

De alimentación forzada: por medio de bomba de succión que por

medio de conductos es capaz de lubricar a los pistones

ascendentemente.

Combinada uniendo los dos últimos sistemas.

2.12.11 Por tipo arranque

Eléctrico por medio de un motor de arranque, en el prototipo, se va a

utilizar un taladro, para dar el giro inicial del motor, que se puede

definir como un arranque eléctrico.

Manual por medio de una correa conectada directamente al cigüeñal.

41

2.13 FUNCIONAMIENTO MOTOR CUATRO TIEMPOS (CICLO OTTO)

Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el

ciclo) y sus características.

2.13.1 PRIMER TIEMPO O ADMISIÓN

En esta fase el descenso del pistón, aspira la mezcla aire combustible en

los motores de encendido provocado, o el aire en motores de encendido por

compresión. La válvula de escape permanece cerrada, como se puede

apreciar en la figura 16 mientras que la de admisión está abierta. En el

primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de

admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

Figura 16.- Admisión en motores de combustión interna (Billiet, 1979)

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Motor_de_encendido_provocado&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel

http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_asiento

42

2.13.2 SEGUNDO TIEMPO O COMPRESIÓN

Al llegar al final de la carrera descendente, como se puede apreciar en la

figura 17, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido

en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal completa

una revolución y el árbol de levas gira la mitad de una vuelta, además ambas

válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

Figura 17.- Compresión de motor combustión interna (Billiet, 1979)

43

2.13.3 TERCER TIEMPO O EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN

En este tiempo el cigüeñal gira 180º fácilmente apreciable en la figura 18,

mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se

encuentran cerradas y su carrera es descendente.

Figura 18.- Explosión o trabajo en motor de combustión interna

(Billiet, 1979)

44

2.13.4 CUARTO TIEMPO O ESCAPE

En esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, como se

observa en la imagen 19, los gases de la combustión que salen a través de

la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de

carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión,

reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas

gira 90º. (Giacosa, 1970)

Figura 19.-Escape en motores de combustión interna.

(Billiet, 1979)

45

2.14 ELEMENTOS MECANICOS EN EL TRABAJO DE TESIS.

2.14.1 MOTOR GY6.

La historia del Motor GY6 es un tanto misteriosa y no está muy claro el

origen del mismo, lo único claro es que es una planta de poder versátil,

confiable y económico.

Es un modelo muy difundido en Internet, el concepto de que el GY6 es un

motor originalmente diseñado por Honda.

Tomando en cuenta todas las características antes mencionadas y todo el

antecedente histórico del motor, por ser un motor comercial de motoneta, fue

puesto en consideración para ser el modelo de la presente TESIS.

2.14.2 SENSOR DE GOLPETEO

Para el trabajo en estudio fue muy importante utilizar un sensor de vibración

capaz de transformar las ondas vibratorias en un pulso eléctrico.

El sensor de golpeteo (KS) es una pieza de material piezoeléctrico, montado

en un armazón de metal y se ubica en la parte baja del pleno de admisión

reportando el nivel de cascabeleo del motor.

La señal obtenida por este sensor es un voltaje que oscila entre 0 y 2 voltios

dependiendo del tipo de detonación, esta señal alimenta a la ECM dando

una muy útil señal para administrar el encendido del motor, de esta manera

si es necesario se adelanta un poco el tiempo del encendido.

El sensor KS generalmente tiene un conector de 1 a 2 cables. Este sensor

es muy útil en sistemas de inyección con encendido DIS puesto que puede

ayudar a corregir el golpeteo momentáneamente.

El único problema es que con combustibles de mala calidad no corrige

tiempos prolongados y genera una falla en generalizada caracterizada por

un corte a las revoluciones prematuro pero de allí este sensor con buenos

combustibles es súper útil para sacar el máximo provecho del adelanto al

encendido.

La figura 20 indica la posición de fijación del sensor de golpeteo en el block

del motor.

46

Figura 20.- Imagen del Sensor de golpeteo esquema físico de su forma y la posición de funcionamiento. (Bosch GmbH, Robert, 2005)

Figura 21.- Onda de prueba con tacto al block. (Technology)

En la figura 21 podemos apreciar una onda de voltaje producida por el

sensor de golpeteo.

Este valor es muy útil en la inyección electrónica para poder corregir el

golpeteo momentáneamente.

47

2.15 RELACIÓN DE COMPRESIÓN DEL MOTOR

La relación de compresión en un motor de combustión interna es el número

que permite medir la proporción en que se ha comprimido la mezcla aire-

combustible. (Britanica, 2009)

Como se puede apreciar en la figura 22, la relación de compresión es un

valor a-dimensional de la cantidad en la que se comprimen el aire en la

cámara de combustión, esta cantidad depende mucho del tipo de motor, en

uno a gasolina la relación de compresión va desde 8 a 1, a 12 a 1 por lo

general en motores modernos, esto se considera una ventaja puesto que se

sabe que a más relación de compresión el motor es mucho más eficiente y

necesita menos gasolina.

Figura 22.- Ilustración de la relación de compresión (Billiet, 1979)

La gasolina cumple un papel importantísimo en la relación de compresión

puesto que la gasolina tiene un valor que se conoce como índice de

octanaje, si su octanaje es muy bajo no podemos llegar a una alta

compresión por el picado de biela ya explicado en capítulos anteriores.

(Giacosa, 1970)

Pero es este octanaje el limitante real del diseño de los motores, se sabe

que en laboratorio con otro tipo de gasolinas. El motor de combustión interna

puede llegar a elevados valores de relación de compresión pero, la gasolina

resultante es muy costosa de fabricar, por consiguiente tenemos que luchar

con otros valores en el diseño del motor que vamos a explicar en capítulos

posteriores.

48

La relación máxima posible en función de las dimensiones del cilindro no se

puede lograr si la válvula de admisión se cierra después de que el pistón

comienza su carrera de compresión, ya que esto causaría reflujo de la

mezcla combustible desde el cilindro. Un alto índice promueve la eficiencia,

pero puede causar la detonación del motor.

El índice de compresión o la relación de compresión se pueden calcular con la formula en la figura 23:

Figura 23.-Fórmula para calcular la relación de compresión en el motor.

Dónde:

d: Es el diámetro del cilindro en milímetros cuadrados (mm2)

s: Carrera del pistón desde el punto muerto superior hasta el punto muerto

inferior en milímetros (mm)

Vc: Volumen de la cámara de combustión en milímetros cúbicos (mm3)

RC: Relación de compresión resultante, este resultado es una magnitud no

dimensional.

La siguiente es una lista de la lista aproximada de las distintas relaciones de

combustión, esta lista depende mucho de la edad del motor, y del tipo de

combustión.

Motores hasta 1972 10:1

Motores desde 1972 13:1

Motores con válvulas variables 11:1

Motores Jaguar de producción 12.5:1

Motores Turbo Cargados 10.5:1

Motores Motocicletas Carreras 14:1

Motores Motocicletas Producción 12:1

Motores a Etanol, Metanol 14:1; 16:1

Motores F1 Eficiencia 18000 Rpm 17:1

Motores Diésel 14:1; 16:1 Inyección Directa

Motores Diésel 18:1; 23:1 Inyección Indirecta

Motores a Kerosene 6:1

49

2.16 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE

En el sistema VCR (Relación de Compresión Variable) la relación de

compresión no es fija y por lo tanto se puede optimizar de acuerdo a las

condiciones exigidas al motor. (e-auto, 2013)

Pues bien, Saab que es una empresa de automovilismo y aviación sueca

fundada en Linköping en 1937(su nombre era un acrónimo de Svenska

Aeroplan AB). Empresa que en conjunto con uno de los más grandes

desarrolladores de motores, ha sacado partido de los beneficios de cada

relación de compresión, de la siguiente manera:

Regímenes bajos= bajo consumo y rendimiento

Regímenes altos= prestaciones

”La parte mecánica estaba suficientemente desarrollada hace tiempo, pero

hasta ahora no teníamos los conocimientos de sobrealimentación y sobre

todo, el control electrónico que requiere este motor” (Gillbrand)

La culata descansa sobre este mecanismo y sobre un apoyo que actúa

como una simple bisagra.

Al mover el actuador la culata bascula sobre ese apoyo un máximo de 4

grados, suficiente para que la relación de compresión pueda pasar de 8:1 a

14:1 de forma continua.

En las figuras 24 y 25 podemos apreciar el motor de volumen variable

desarrollado para vehículos comerciales. En posición de alta y baja relación

de compresión respectivamente.

Con el motor VCR, la relación de compresión se convierte en un parámetro

variable como el avance de encendido, la presión de admisión o la

sincronización de las válvulas. Esta variabilidad es con el objetivo de mejorar

el desempeño y la eficiencia energética o, dicho de otro modo, reducir las

emisiones contaminantes y su tratamiento posterior.

Otro punto vital para el futuro: un motor VCR es, por definición, capaz de

cambiar de un combustible a otro sin ninguna pérdida en la eficiencia o

rendimiento, que sigue siendo óptima sin tener en cuenta el tipo de

combustible. Un motor VCR es, por definición, "multi-combustible", por sus

prestaciones es capaz de usar combustibles de distintas prestaciones y

octanajes.

50

Figura 24.- Imagen del motor de volumen variable de Volvo que gracias a un potente sistema computarizado puede en milésimas de segundo pasar de una relación alta a una baja para reducir drásticamente el consumo sin perjudicar el desempeño (Adrian, 2014)

Figura 25.- Motor de volumen variable en segunda posición baja relación de compresión alta presión de entrada Supe cargados. (Adrian, 2014)

51

2.17 FABRICACION DE MOTORES A GASOLINA

Este es el conjunto de una serie de pasos que tienen el objeto de diseñar y

construir la parte más importante de todos los vehículos que circulan por las

calles, estos dispositivos son: los motores.

Como se ha estudiado a lo largo de la presente tesis, es necesario recopilar

la información necesaria en la elaboración del motor propuesto. A lo largo

del siguiente capítulo se va a explicar el proceso detalladamente que

involucra la mano de muchas personas a lo largo de la elaboración de

motores a nivel mundial.

El proceso inicia con el diseño del motor, luego es necesario producir las

piezas en forma gris (esta palabra se refiere a las partes que aún no están

terminadas) este proceso termina con el maquinado final de todas las

piezas, ayudado hoy en día con máquinas tales como el torno cnc y la

fresadora cnc que son ayudadas gracias a cerebros robotizados.

Posteriormente se ensamblan los motores tomando ya las piezas

maquinadas, este proceso de ensamblaje es en muchos casos de igual

manera realizado por robots, este no es el caso en empresas de vehículos

artesanales, refiriéndose a los vehículos que son realizados por mecánicos,

manualmente.

A continuación se ahondará en el proceso de la elaboración y la

construcción de los motores en serie, para utilizarlos como referente en la

elaboración del motor propuesto en los objetivos de la tesis en curso.

2.17.1 DISENO CON PROGRAMAS COMPUTACIONALES

Más conocido como CAD (Computer-aided design) Diseño Asistido por

Computadora. Esto se debe a sus siglas en Ingles, los programas para

dibujo asistido por computadora son una útil herramienta utilizada para

diseñar cualquier dispositivo que nuestra mente sea capaz de imaginar.

Existe un amplio número de programas computarizados capaces de

ayudarnos en esta tarea. Como se aprecia en la figura 26 un diseño

realizado en computadora, como se puede apreciar en computadora es fácil

añadir los materiales y la posición final de cualquier conjunto diseñado.

52

Figura 26.- Dibujo realizado con software CAD (Solid Works)

(Ozler, 2007)

A partir de la década de 1980 los programas de diseño asistido por

ordenador reducen la necesidad de dibujantes de manera significativa,

especialmente en las pequeñas y medianas empresas.

Este proceso es muchas veces ayudado con la prueba computarizada de los

motores, es decir que se los puede ensamblar digitalmente y se los puede

poner a prueba muchas veces para medir las fuerzas máximas aplicables en

dicho modelo, de igual manera se puede saber si el modelo es susceptible a

cavitación o a un posible defecto en la fabricación en serie.

Cabe resaltar que últimamente el diseño 3D va de la mano con la impresión

3D de productos con láser, esto es muy útil en la elaboración de un molde

inicial para procesos posteriores de fundición, por otro lado nos ayuda a

tener una idea más visual del elemento que vamos a generar al final de todo

el trabajo (Herron, 2010)

Como se puede apreciar el proceso de diseño computarizado es una

herramienta fundamental en la elaboracion de los motores hoy en dia, el

departamento de diseño es un puntal importante en la empresa automotriz.

53

2.17.2 PROCESO DE FUNDICION

El proceso de fundición es necesario en la elaboración de piezas mecánicas

que necesitan un colado de material, para la obtención de piezas de muy

buena calidad y que sean de rápida producción, existen 2 tipos de

categorías se dividen de acuerdo al tipo de molde:

2.17.2.1 FUNDICION CON ARENA

Ya obtenido un diseño computarizado y un modelo ya más claro del producto

final, es necesario realizar prototipos ya sean en plástico o en arcilla, estos

modelos posteriormente son utilizados en la fabricación de una especie de

molde final, si este modelo llega a ser aprobado es utilizado en la

elaboración de los moldes para realizar ya las piezas, estos moldes son

utilizados posteriormente en la fundición.

La fundición es el proceso más común en la elaboración de piezas

mecánicas a nivel mundial, casi todas las aleaciones pueden fundirse en

arena y esto se debe a que la temperatura de fundición de este compuesto

resina arena requiere elevadísimos niveles de temperatura para llevarse a

cabo una fatiga del molde, es gracias a esto que se puede utilizar para

realizar piezas de aluminio, níquel, titanio, etc.

En la figura 27 se puede apreciar el proceso completo en la elaboración de

un molde de arena, de igual manera la figura mencionada, indica los pasos

posteriores a la fundición de cualquier material.

Figura 27.- Pasos en la secuencia de producción de la fundición en arena. Los pasos incluyen no solamente las operaciones de fundición si no también la manufactura del

modelo y del molde (FISICANET, 2001)

54

De igual manera en la figura 27 se refiere la manufactura del corazón, que

básicamente se refiere a la elaboración de los moldes internos, estos son

útiles a la hora de eliminar pesos excesivos especialmente en piezas o

partes que no necesitan refuerzo al interior los alojamientos en el block del

motor por ejemplo.

2.17.3 MAQUINADO DE PARTES

En este proceso se utilizan maquinas que muchas veces son ordenadas por

computadora, las más utilizadas durante la fabricación de los motores son 3:

El torno, que se encarga básicamente de coger las piezas y girarlas para

realizar un sinfín de maquinados en los que se requieren tener las cuchillas

fijas. Esta máquina es muy útil para la elaboración de pistones y de árboles

de levas en la siguiente imagen se puede identificar claramente las partes

más comunes de un torno paralelo. Como se puede diferenciar en la figura

28, todas las partes de un torno paralelo.

Figura 28.- Partes del torno paralelo (Camilo, 2013)

La fresadora por otro lado tiene el objeto de mantener fijas las piezas y de

girar las cuchillas a lo largo y ancho de las piezas anteriormente fijadas en

mandriles, esta herramienta es muy útil para obtener superficies

homogéneas posteriormente a los procesos de fundición. Esta máquina es

55

muy útil en la elaboración de cabezotes ya que puede planear las superficies

de igual manera sirve para realizar el asentamiento de válvulas, etc.

En la figura 29 se puede observar una fresadora de taladro, cuenta con

todas las partes utilizadas en un maquinado normal.

Figura 29.- Fresadora de taladro (CH, 2012)

La rectificadora es muy similar a las fresadoras, puesto que mantiene fija las

piezas a trabajar para posteriormente trabajar con cuchillas que en este caso

sirven para realizar cavidades cilíndricas muy utilizadas en cilindros de los

bloques de los motores en donde posteriormente se van alojar los pistones.

La rectificadora es capaz de realizar un maquinado en segmentos cilíndricos,

como se puede apreciar en la figura 30, la rectificadora, posee un carril que

controla el avance descendente, a lo largo de los cilindros a maquinar. La

figura antes mencionada, indica una rectificadora de columna.

56

Figura 30.- Rectificadora de columna vertical. (CH, 2012)

2.17.4 MONTAJE DE PARTES MOVILES

El motor requiere un ensamblaje final donde se coloquen todas las piezas

fundidas y maquinadas, a lo largo de este proceso es necesario ir colocando

las piezas en conjunto con los fluidos internos del motor, a continuación se

nombra el orden de ensamblaje correcto de un motor:

Se va a dividir el siguiente proceso, de acuerdo a los conjuntos que se van

unificando, principalmente, para realizar el siguiente procedimiento, es

necesario tener el conocimiento inicial, puesto que es un proceso complejo y

requiere de una experticia en cuanto a la identificación de piezas.

En la mayor parte de fábricas de ensamblaje de motores el proceso

mencionado es realizado por robots, y los humanos solo se encargan de

realizar un control de calidad más detallado al final de cada serie de

procesos.

De igual manera para desarmar un motor, se tiene que realizar el proceso de

forma invertida.

57

Ensamblaje de motores a combustión interna.

Limpieza de partes móviles y fijas.

Ensamblaje de pistones.

o Posición de segmentos (rines).

o Conexión de brazos de biela.

Correcta posición de cigüeñal.

o Medición de holgura de aceite.

o Apriete final en bancadas lubricadas.

Ensamblaje de brazos de biela con cigüeñal, lubricando segmentos.

Ensamblaje de cabezote.

o Colocar asientos de válvulas.

o Colocar guías de válvulas.

o Colocar válvulas.

o Asentamiento de válvulas.

o Colocar sellos de válvulas.

o Posición de resortes de válvulas.

o Asegurar válvulas.

o Colocar empaque de cabezote.

o Asentar cabezote en bloque del motor.

Apreté de pernos y tuercas del motor.

Colocar bomba de agua.

Colocar bomba de aceite.

Colocar Carter del motor.

Limpieza final.

Colocar volante de inercia.

Colocar motor de arranque.

58

Colocar alternador.

Colocar sensores y actuadores.

Llenado de aceite.

Matrimonio con caja de cambios.

Unión de cañerías de refrigeración con radiador.

Llenado de líquido refrigerante.

Conexión de línea de combustible.

Conexión de línea de escape.

Encendido y prueba de todos los sistemas.

Control de calidad final.

Realizado todo este proceso se obtiene el motor de combustión interna final

y aunque hoy en día las computadoras y los robots han reemplazado al

humano, el motor siempre será revisado minuciosamente para poder obtener

el visto bueno en la fábrica.

Es necesario para concluir revisar que todos los sistemas funcionen

correctamente, que el termostato se abre a la temperatura correcta, y que no

existen fugas en ninguna parte del motor ni de la caja de cambios.

59

3 METODOLOGIA

3.1 MATERIALES

Aluminio

o Bloque cubico de 200 mm por lado.

Acero

o Platinas

o Oxicortadas utilizando los planos en las figuras: 26, 34,

36.

Pernos

o Pernos G8 m6*2.5’’x10, G8 m6*1’’x10, G8 m6*1.5’’x10, G8

m6*3’’x10, G8 m6*4’’x10.

o Pernos G8 m8*2.5’’x10, G8 m8*4’’x10, G8 m8*3’’x8.

o Pernos AllenG8 m6*1’’x10, G8 m6*1.5’’x10, G8 m6*2’’x10, G8

m6*2.5’’x10, G8 m6*4’’x4.

o Pernos Allen G8 m8*2.5’’x10, G8 m8*4’’x10, G8 m8*3’’x8.

Resortes

o 4* 300mm* 15mm*1.2mm

o 4* 45mm* 15mm* 1.2mm

Partes motor GY6 ( cigüeñal, biela, pistón, juego de rines, empaques,

cilindro, cabezote, válvulas, retenedores, bobinas, magneto, bacteria,

sistema eléctrico, escape, carburador, etc.)

Osciloscopio automotriz PICOScope 9000

60

3.2 HERRAMIENTAS

3.2.1 MAQUINAS HERRAMIENTAS

Torno

Fresa

Taladro de pedestal

Taladro de mano

Soldadora Mig

Soldadora de arco

Prensa hidráulica

Cortadora eléctrica

3.2.2 HERRAMIENTAS MANUALES

Juego de llaves mixtas milimétricas de 6 mm a 17 mm.

Juego de desarmadores Phillips.

Juego de llaves Hexagonales Allen.

Calibrador pie de rey.

Palanca de fuerza mando ¾ ½

Multímetro.

Juego de lainas, tipo laminas calibradas en milésimas de pulgadas y

milimetradas.

Palanca Media Vuelta mando de media.

Palanca Media Vuelta mando ¾.

Martillo de orejas y martillo de goma.

Limas planas y triangulares.

61

3.3 DISEÑO, CONSTRUCCION Y MONTAJE

En este capítulo se describe el proceso de fabricación del motor,

comenzando por un bosquejo y posteriormente ingresándolo a programas

computarizados (Solid Works).

3.3.1 PARAMETROS DE DISENO DE PARTES DEL MOTOR

En el motor a desarrollar los parámetros más importantes son:

Carrera del pistón:

o 58.8 mm

Dimensiones del pistón

o Diámetro del pistón 57.0 mm

o Altura 37.0mm

Variación de la relación de la compresión:

6.5< Rc <10.5

3.3.2 DISEÑO DEL BLOCK

La primera pieza a diseñar fue el block de aluminio, en este todas las partes

móviles y fijas fueron montadas, el block a su vez va SUJETO por medio de

soportes a la base final de la maqueta. Se hicieron los planos, luego se

moldeo en arcilla a escala real un prototipo, representando el diseño final,

con este prototipo se realizó el molde donde se fundiría el block en su primer

paso.

A continuación se puede observar en las figura 31 la pieza mencionada, con

sus respectivas acotaciones. Ilustración realizada en SolidWorks, cabe

mencionar que el modelo computarizado, es de vital importancia hoy en día

para poder obtener una idea visualmente más acertada en la fabricación de

los elementos mecánicos en la actualidad, como se puede observar es fácil

obtener la figura acotada y así facilitar el trabajo en el maquinado.

62

Figura 31.- Ilustración Computarizada Solid Works Block en Perspectiva (Autor, 2014)

63

3.3.3 CONSTRUCCION DEL BLOCK

La construcción del block se la realizo de la siguiente manera:

3.3.3.1 PRIMER PASO

Se fundió el metal necesario para obtener un bloque sólido de aluminio,

fueron necesarios treinta kilogramos del material, primero se hizo un

prototipo de madera que luego fue colocado en una base de arcilla y

posteriormente se colocó el metal en estado líquido.

Se colocó el aluminio necesario en un crisol que es un aparato que

normalmente está hecho de grafito con cierto contenido de arcilla y que

puede soportar elementos a altas temperaturas, ya sea el oro derretido o

cualquier otro metal, normalmente a más de 500 °C.

Algunos crisoles soportan temperaturas que superan los 1500 °C como se

aprecia en la figura 32 por acción de la temperatura se fundió, luego se retiró

las impurezas superficiales.

Figura 32.- Fotografía de Aluminio liquido (Autor, 2014)

64

3.3.3.2 SEGUNDO PASO

Después del proceso de fundición del aluminio se depositó como se aprecia

en la figura 33, en el molde de arena que se elaboró anteriormente. Y así

obtener la pieza final necesaria para el maquinado respectivo.

Se deja enfriar todo elemento derretido para poder obtener una pieza en

estado sólido, la calidad de la pieza obtenida, es directamente proporcional a

la calidad de los materiales utilizados en el proceso de fundición.

Posteriormente al sacar la pieza fundida del molde se detectó una falla en la

misma, falla producida por la falta de desalojo del aire en el molde, esta falla

fue solucionada con resinas penetrantes que sirvieron para sellar las piezas

elaboradas.

Figura 33.-Fotografía de moldeo del aluminio. (Autor, 2014)

65

3.3.3.3 TERCER PASO

Se maquino el block comenzando por separarlo en dos partes iguales y

simétricas las mismas que servirán como alojamiento del cigüeñal, la figura

34 corresponde a las piezas en su primer maquinado.

En la misma imagen se puede apreciar un breve trabajo de refrentado

primario proceso elaborado sin mucho ojo en el detalle, posteriormente a

esto se hicieron las mediciones finales y se hicieron los alojamientos para los

retenedores y para los rodamientos mismos que fueron probados en las

posiciones finales del mismo.

Además se hicieron los agujeros necesarios para fijarlo en un caballete

donde se asentarían todas las piezas del mismo conjunto, este caballete no

es más que una mesa soporte del motor y de todos sus sistemas.

Figura 34 Fotografía de aluminio cortado y perforado. (Autor, 2014)

66

3.3.3.4 CUARTO PASO

Fue necesario refrentar (también denominada de frenteado) operación

realizada en el torno mediante la cual se mecaniza el extremo de la pieza, en

el plano perpendicular al eje de giro.

Para poder efectuar esta operación, la herramienta se ha de colocar en un

ángulo aproximado de 60º respecto a la porta herramientas. De lo contrario,

debido a la excesiva superficie de contacto la punta de la herramienta

correrá el riesgo de sobrecalentarse.

Como se aprecia en la figura 35, el proceso fue realizado con fresa para

tener las dimensiones y acabados superficiales finales, cabe mencionar que

fueron necesarias 72 horas continuas de maquinado para retirar todo el

material innecesario, en adición luego de terminar con este paso se realizó el

alojamiento del cilindro y se perforo las dos partes de forma que puedan ser

ensambladas por un conjunto de 4 pernos M10.1, 25.100.G8 mismos que

fueron colocados en las esquinas del block.

Este proceso en la realidad no es muy profundo puesto que los motores en

realidad salen del molde de arena con los alojamientos ya Semi-terminados.

Figura 35.- Fotografía Fresado de block. (Autor, 2014)

67

Como se aprecia en la figura 36 el motor original cuenta con un ángulo de 15

grados de inclinación al plano horizontal, es gracias a este ángulo que el

carburador dispone de un acceso lateral, este múltiple de admisión de

reducidas dimensiones con el carburador genera un ángulo de 0 grados a la

pendiente.

El principal problema con motores de reducidas dimensiones es la

inexistencia de una cámara de expansión del aceite, es decir en los motores

de los automotores convencionales, el aceite puede libremente ascender

gracias a la bomba de aceite al cabezote y lubricar así las partes, el motor

desarrollado al separar en dos conjuntos el motor, aislando el cilindro del

cabezote no tenía una superficie área de expansión de los líquidos por lo

que se realizó un depósito de expansión y condensación del aceite del

motor.

No fue más que un simple cilindro de almacenamiento conectado al block en

la parte superior e inferior. Que se lo puede apreciar muy claramente en la

figura 56, dicho elemento se ubica al lado del tensor de la cadena de la

distribución que además se puede diferenciar la conexión de este cilindro por

la parte inferior del motor, esta unión fue realizada con cañería de bronce, en

donde se aloja de igual manera el tapón de colado del aceite.

El segundo problema fueron las fugas del aceite por las porosidades del

aluminio, problema resuelto con el uso de resinas para sellado y resistentes

a la temperatura de funcionamiento del motor.

Figura 36.- Ilustración motor gy6

(MOTORSPORTS, 2009)

68

3.3.4 DISENO DISTRIBUIDOR

Con el conjunto block y camisa ensamblados, el siguiente punto a desarrollar

fue diseñar un distribuidor capaz de mantener todos los elementos eléctricos

que generan la carga la batería y para dar el arranque inicial al motor.

Tomando en consideración lo mencionado fue necesario medir la posición

de las bobinas como se aprecia en la figura 37 las partes 3 y 4, tomando en

cuenta la separación del block ya construido, en comparación con el rotor de

campo parte 3, que contiene el cuerpo del generador y su principal función

es crear un elevado campo magnético, dicho campo es generado por un

cuerpo de bobinas conocido también como estator, al girar crea alto voltaje,

mismo que por medio de cableado es conectado con las bobinas, primero

con la bobina CDI y posteriormente con la bobina de encendido.

El cuerpo de las bobinas (4) cuenta con dos partes fundamentales, las

bobinas de carga de la batería y de las bobinas que generan la carga al

conjunto CDI Capacitor discharge ignition por sus siglas en inglés, muy

utilizado en toda la gama de motocicletas, útil por tener un capacitor que

almacena el voltaje suficiente para prender el motor principalmente en bajas

revoluciones, mismo que envía la energía a la bobina, que envía el alto

voltaje a la bujía donde se genera la chispa.

En la parte superior del conjunto de bobinas en la imagen mencionada se

puede apreciar una bobina adicional empernada con los tornillos 6, misma

que se encarga de calibrar el adelanto al encendido, por lo que para realizar

este distribuidor fue necesario colocar todo el conjunto de bobinas en una

platina misma que se puede apreciar en la figura 38.

Figura 37.- Diagrama bobinas de encendido motor gy6 (MOTORSPORTS, 2009)

Rotor magnético Cuerpo de bobinas

Bobina de ignición TAE

Ventilador

69

Figura 38. imagen de la base del distribuidor desarrollado. (Autor, 2014)

La pieza de la figura 38 fue realizada con una platina de acero de 8

milímetros de espesor, y finalmente fue utilizada como base de la pieza

donde se posicionaría todo el cuerpo eléctrico del conjunto magneto rotor.

A continuación la figura 39 se puede apreciar el plano definitivo de la pieza,

plano que contiene las cotas necesarias. Como además se puede ver consta

de dos agujeros con perforaciones abocardas en relación al ángulo de giro

del distribuidor. El restante de los orificios fueron roscados con un paso de

pernos m6, mismos que sujetan el cuerpo de bobinas, que con la ayuda de

un par de espaciadores lograban realizar el trabajo de mantener en posición

y con firmeza tener el conjunto siempre de una manera correcta, puesto que

existen vibraciones excesivas en todo motor, su fabricación fue realizada con

un material robusto anteriormente mencionado como acero de 8 milímetros.

Además existen dos perforaciones abocadas en la parte izquierda del plano

inferior, mismas que ayudaban a calibrar el sensor de posición del cigüeñal,

mismo que ayuda con la ignición de la bujía.

70

Figura 39.- Ilustración computarizado Adaptador del Distribuidor (Autor, 2014)

71

3.3.5 ELABORACION DE TENSOR DE LA DISTRIBUCION

Se estudió la distribución del motor GY6 y dio como resultado la necesidad

de ubicar al exterior del block-motor la cadena de la distribución, de esta

manera fue necesario aumentar el tamaño del árbol de levas en 40mm.

Como se puede apreciar en la figura 40, esta modificación fue necesaria,

porque el alojamiento original de la cadena de distribución se encontraba

eliminado ya que no existía ninguna manera de poder realizar la distribución

del árbol de levas en el interior del block se continuo colocando el piñón de

la cadena en una parte más externa, haciendo necesaria la ampliación del

árbol de levas.

El tensor consta de dos platinas indicadas en la figura 41, estas platinas

fueron divididas por unos pequeños espaciadores de 20 milímetros y en la

parte superior donde se realizó una perforación abocardada por donde

desliza el eje tensor, que es empujado por los resortes de expansión.

Figura 40. Fotografía del árbol de levas antes del maquinado el trabajo de expansión se

realizó en donde lo indica la flecha. (Autor, 2014)

Trabajo de separación.

72

Figura 41.- Ilustración computarizada Tensor de la cadena de distribución (Autor, 2014)

73

Elaborado este trabajo en el árbol de levas, se construyó un conjunto capaz

de tensar la cadena que desde aquel momento se alojaría en el exterior del

motor, como se aprecia en la siguiente figura 42 se tiene una ilustración de

todo el sistema de cadena con sus respectivos muelles de tensión.

Estos muelles son capaces de mantener en todos los regímenes de

volumen del motor la cadena con la misma tensión, por las vibraciones

propias del motor fue necesario realizar un fijado prolijo en el tensor fijo con

rodamiento, el mismo que fue colocado con un perno m8 en cabeza Allen, es

decir hexagonal que fue colocado en el block del motor final.

La cadena fue constituida por la unión de dos cadenas originales del modelo

gy6 y luego fue colocada en su posición para liberar la presión de los

muelles poco a poco en el tensor de la cadena de distribución, dejando todo

el conjunto en correcta posición.

Y con todos los elementos de distribución colocados se continuó con el

siguiente paso.

Figura 42. Mecanismo tensor de cadena. (Autor, 2014)

Cadena Cigüeñal

Árbol de levas

Tensor fijo

con

rodamiento

Bases de

tensor móvil

Tensor móvil

mecanismo de

resortes

74

3.3.6 MONTAJE DE PARTES MOVILES Y FIJAS

El motor de volumen variable fue ensamblado en dos partes principalmente,

el block que mantiene el cigüeñal en su interior, y una camisa de movimiento

variable, misma que estaba conectada con el cabezote del prototipo, que

mantiene el pistón en su interior para que este cumpla una carrera variando

la relación de compresión.

Para poder unir todo el conjunto: camisa, cabezote y árbol de levas fue

necesario roscar las perforaciones existentes. Estas perforaciones roscadas

fueron utilizadas para colocar en su posición, espárragos M10 de acero de

transmisión, de doscientos cincuenta milímetros de longitud grado G8.

Fácilmente apreciables en la figura 43 se los puede identificar en su posición

final.

Figura 43.- Fotografía Cilindro en conjunto con espárragos conectores. (Autor, 2014)

75

Se armó todo el conjunto, limpiando todas las partes y colocando los

empaques que se requerían.

Se colocó el árbol de levas y se posicionaron las válvulas y los sellos de

válvulas, en conjunto con los resortes y propulsores fijos. Apreciables en la

figura 44 se finalizó así el ensamblaje del conjunto variable.

Luego se calibro las válvulas dejando todo el conjunto armado y se colocó la

tapa de las válvulas. Esta tapa de válvulas fue fijada al mecanismo de

volumen variable.

En la figura 44 de igual manera se puede apreciar en la parte superior el

tapa válvulas, acompañado por todos los elementos que conforman el

conjunto válvulas, cigüeñal, cilindro.

Figura 44.- Diagrama de construcción conjunto cilindro del motor gy6 (MOTORSPORTS, 2009)

Tapa Válvulas

Árbol de

levas

Bujía

Cabezote

Base

carburador

.

Cilindro

Válvulas

Balancines

76

En la figura 45 se observa el conjunto completo, que en la parte superior se

aprecia el carburador, en el frente se observa la bujía de encendido y en la

parte inferior se distingue el silenciador.

En la parte derecha se puede observar una platina misma que por medio de

resortes constituyo el mecanismo de volumen variable. Dicho mecanismo se

explica posteriormente, y cómo influye en el funcionamiento del motor. Este

conjunto ya ensamblado fue apretado correctamente todas sus piezas para

una posterior colocación es su alojamiento final (block), y finalmente se

colocaron guías para que cuando realiza movimientos variables no se

desacople de su posición.

Figura 45.- Fotografía conjunto superior (cabezote, cilindro, silenciador, carburador.) (Autor, 2014)

Carburador

Bujía

Silenciador

Sistema de

Volumen variable

77

Las partes finales del motor se limpiaron minuciosamente para quitar todo

residuo del maquinado y luego se ensambló, se colocó el conjunto cigüeñal-

biela en el interior del block y, se montaron los retenedores requeridos para

el prototipo, luego se colocó lubricante para motor, viscosidad SAE 40 para

cuidar las partes móviles y finalmente se cerró el block.

Se armó el pistón junto con el juego de rines, lubricándolos y alineándolos.

Conjunto apreciable en la figura 46.

Colocando el pistón en su posición final se pasó el pin de unión con el brazo

de biela, en la figura 46 se encuentra de igual manera el pin y los seguros

del pistón y una vez colocados todos los elementos se ensambló todas las

partes en la base anteriormente indicada, ya en este lugar final se limpiaron

y se colocó la cadenilla de la distribución y de igual manera las bobinas con

todas las piezas elaboradas en el torno.

Figura 46.- Fotografía pistón y juego de rines. (Autor, 2014)

78

3.3.7 ADAPTACIONES

3.3.7.1 CARBURADOR

Fue necesario una alza de cuarenta y cinco milímetros de alto como se

puede apreciaren la figura 47 este separador ya que el block al ser de

volumen variable exigía un contacto del carburador con el mismo.

Es importante indicar que este tipo de adaptaciones tienen que afectar el

correcto funcionamiento de las partes originales del diseño puesto que

puede generar peores resultados un trabajo de este tipo en motores de

tan reducido cilindraje, en motores de más grandes dimensiones este tipo

de adaptaciones son muy notorias en el desempeño.

Una vez realizado este trabajo se colocó el carburador y se conectaron

las mangueras de vacío, mismas que ayudan con la alimentación propia

del carburador.

Figura 47.- Cabezote en conjunto con la base del carburador. (Autor, 2014)

Múltiple

admisión.

Alza

Cabezote

79

3.3.7.2 SILENCIADOR

Un silenciador de reducido tamaño utilizado en un motor honda GX200 de

motobomba de agua. Como se puede apreciar en las figuras 48 y 49 el

silenciador pudo ser ubicado fácilmente, en la figura 48 se observa el

silenciador en su posición final a la derecha de la imagen.

Figura 48.- Fotografía Adaptaciones Silenciador Gx200. (Autor, 2014)

Figura 49.- Imagen Silenciador Gx200 (Autor, 2014)

80

3.3.7.3 SENSOR DE GOLPETEO

Este elemento es un dispositivo piezo-eléctrico para golpeteo, capaz de

transformar una señal de vibración mecánica en una señal eléctrica medida

en mili-voltios. Este sensor fue conectado directamente a un osciloscopio

para obtener los datos finales de la investigación, la figura 50 ayuda a

identificar el sensor utilizado en el presente trabajo.

Este sensor es el elemento más importante del conjunto eléctrico, pues es el

encargado de generar las ondas de estudio de los combustibles estudiados,

estas ondas son generadas con la ayuda de un osciloscopio y son

almacenadas para posteriormente ser estudiadas y analizadas.

Los valores van de 0 a 1 voltio en cuanto a la medición de la calidad del

combustible.

Este sensor al ser demasiado sensible, es capaz de generar un voltaje

constante, y es el encargado de realizar todas las mediciones técnicas del

motor.

Fue colocado a un lado del cilindro, como se encuentra en los motores de

los vehículos que circulan día a día por nuestro país.

El sensor tiene un rango de trabajo DE 0 A 5V, pero eso depende del tipo de

fabricante y del tipo de motor.

En la parte de los anexos se detallan los voltajes resultantes del estudio

realizado durante todo el trabajo de tesis.

Figura 50.- Imagen sensor KS, Modelo Vw, se puede apreciar que está colocado junto al carburador

(Autor, 2014).

Sensor de

golpeteo

81

3.3.7.4 MECANISMO DE VOLUMEN VARIABLE.

Figura 51.- Se puede apreciar el mecanismo capaz de regular el volumen variable. (Autor, 2014)

Figura 52.- Tornillos reguladores de volumen variable, son capaces de reducir la relación de compresión de 10.5:1 a 6.5:1. (Autor, 2014)

Mecanismo de volumen

variable,

Muelle para calibrar volumen variable

Tornillos reguladores de

volumen variable.

82

El dispositivo encargado de realizar la variación en la relación de

compresión, como lo indican las figuras 51 y 52 respectivamente, está

compuesto por 3 bases acopladas al block, estas tres bases poseen tornillos

sin fin, que se colocan en conjunto con una placa que muy fácilmente se la

aprecia en la figura 52.

Esta placa sirve como base para la tapa del cabezote, de esta manera, se

puede separar en dos conjuntos definitivos. El block que tiene en su interior

el pistón. Y el cabezote unido con el cilindro, solamente por los 3 tornillos sin

fin de esta manera, por medio de la fuerza de los resortes, realizar un

aumento en la cámara de combustión.

Como se puede entender con la siguiente figura, se puede demostrar que

aumentando en 5 milímetros el recorrido del mecanismo variable, es posible

bajar de 10:1 a 6.5:1,

𝑅𝑐 =𝑣 + 𝑉

𝑣

Donde:

v= es el volumen de la cámara de combustión y

V= es el volumen del cilindro.

De esta manera con 152.58 centímetros cúbicos de volumen del cilindro y

16.6 centímetros cúbicos calculados aproximadamente con una jeringuilla,

tenemos una relación de compresión de 10 a 1

Si a esto le aumentamos 5milimetros de segmento de circunferencia

obtenemos un volumen de la cámara de combustión de 27.27 centímetros

cúbicos, dando como resultado una relación de compresión de 6.5 a 1.

Cabe resaltar que por medio del aumento o la disminución en la cámara de

combustión se pueden identificar algunas cuestiones, una de estas es que

con una relación de compresión menor a 5 a 1, el motor simplemente no

puede operar, no existe la presión suficiente para encender el motor y de

esta manera es imposible tener una combustión estable.

Se puede jugar de igual manera con el Angulo de adelanto al encendido,

dándole de esta manera un papel muy importante al convencional

distribuidor en los vehículos tradicionales.

83

3.4 ILUSTRACIONES FINALES DEL PROTOTIPO

El siguiente acápite contiene las imágenes finales obtenidas durante la

fabricación del prototipo, como se aprecia en la figura 53, se tiene la vista

Fontal a continuación en las figuras 54 y 55 se puede apreciar el motor

lateralmente

Figura 53.- Vista frontal, se aprecia la maqueta completa con todas las partes móviles y fijas en su lugar final. (Autor, 2014)

84

Figura 54.- Vista lateral, se aprecia el prototipo completo con todas las partes móviles y fijas en su lugar final. (Autor, 2014)

85

Figura 55.- Vista lateral del prototipo, se aprecia la maqueta completa con todas las partes móviles y fijas en su lugar final. (Autor, 2014)

86

Figura 56.-Vista posterior del prototipo, se puede identificar, todas las partes fijas y móviles, a mano derecha de igual manera se puede apreciar el tanque desarrollado para relajar la

presión del aceite. (Autor, 2014)

87

Figura 57.- Vista posterior del motor, se puede observar el árbol de levas el silenciador y el mecanismo tensor de la cadena de la distribución en color rojo. A mano izquierda se puede

observar el mecanismo de volumen variable, este elemento es manejado manualmente. (Autor, 2014)

Figura 58.- Vista lateral del prototipo, se puede apreciar el depósito de reducción de presión de aceite del motor, a mano derecha de igual manera se puede observar el volante de

inercia. (Autor, 2014)

88

Figura 59.- Carburador del prototipo, colocado en la parte superior del motor, está

conectado con el tanque de combustible, de forma directa.

(Autor, 2014)

Figura 60.- Vista frontal del motor de combustion interna, se pueden diferenciar claramente el ventilador que se encarga de enfriar las partes del motor, se puede apreciar la bobina de

ignicion de la bujia y el cable de la bujia. (Autor, 2014)

89

Figura 61.- Depósito de combustible, es capaz de almacenar hasta doscientos cincuenta

centímetros cúbicos de combustible, pero para hacer el estudio de cada muestra es

necesario cincuenta centímetros cúbicos, puesto a que no se necesita demasiada gasolina

para cada prueba.

(Autor, 2014)

Figura 62.- Mecanismo tensor de cadena de distribución, como se puede apreciar, posee 4 resortes que controlan la tensión de la cadena, estos resortes utilizan como guía los pernos

m8 de 600, de igual manera estos pernos sirven para ensamblar el conjunto, y de esta manera poder colocar la cadena de la distribución. (Autor, 2014)

90

Figura 63.- vista posterior del prototipo, se puede identificar en la siguiente figura la cadena de la distribución y el sensor de golpeteo. (Autor, 2014)

Figura 64.- Vista del carburador, se puede identificar el filtro de aire y el filtro de combustible. (Autor, 2014)

91

Figura 65.- Vista inferior del motor, se puede identificar el tapón del aceite, el motor

diseñado no posee Carter como se puede identificar. (Autor, 2014)

Figura 66.- Vista del magneto, del ventilador encargado de enfriar las partes móviles y fijas, como se puede identificar posee un elemento colector del aire que ayuda a direccionar aire

frio por todo el cilindro, ayudando de esta manera a enfriar el motor. (Autor, 2014)

92

Figura 67.- Se puede apreciar el cableado del prototipo, en la parte central se identifica el magneto, acompañado del sensor de posición encargado de generar la corriente de la bujía.

(Autor, 2014)

Figura 68.- tanque reductor de presión de aceite, está conectado por la parte superior e inferior del motor, reemplaza el Carter del motor convencional

(Autor, 2014)

93

Figura 69.- Bobina de ignición, conectada con el CDI, encargado de realizar la ignición de la bujía en el motor desarrollado. (Autor, 2014)

Figura 70.- complemento de la ilustración de tensión de cadena de distribución, se puede identificar los pernos M8 encargados de centrar y de guiar los resortes que tensionan la

cadena de distribución. (Autor, 2014)

94

Figura 71.- Vista superior del motor desarrollado se puede apreciar todas las piezas en su parte definitiva, de igual manera se puede observar los pernos que se encargan de realizar

el fenómeno del volumen variable, (Autor, 2014)

95

3.5 PRUEBAS EN EL MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE

3.4.1 CALIBRACION PARA COMBUSTIBLE TIPO SUPER

Para el estudio del octanaje se ubicó el distribuidor a 12 grados de adelanto

al encendido y con una relación de compresión Inicial de 10.5 a 1, se

encendió el motor con combustible SUPER, cabe resaltar que para calibrar

el motor a este combustible determinado, se utilizaron 3 muestras de

diferentes proveedores para tener una mezcla de combustible promedio, es

importante tomar en cuenta la dificultad de tener un combustible de

laboratorio que sea de medidas en octanaje muy similares a las normativas

internacionales. El voltaje resultante de la calibración daba como resultado 1

mili-voltios en ralentí y 0 voltios a 2000 Rpm. Voltaje apreciable en el

osciloscopio.

Para poder tener una mirada un poco más real de la medida se realizó una

mezcla promedio, este proceso constó en unir 3 muestras aleatorias, y

partiendo del supuesto caso de la homogeneidad de los combustibles

podemos finalizar con un combustible de calibración que da el valor

promedio de la muestra.

3.4.1 CALIBRACION PARA COMBUSTIBLE TIPO EXTRA

Para los combustibles EXTRA se utilizó la misma condición de adelanto al

encendido pero reduciendo la relación de compresión original 10.5:1 a 7.5:1

separando el cilindro del block en 3.9 milímetros.

Con la gasolina Extra generada por la estatal Petro-Comercial se calibró,

dando como resultado un voltaje nominal de 7.4 mili-voltios en ralentí y de 3

mili-voltios a 2000 Rpm un voltaje muy alto en comparación con su similar

combustible SUPER.

Los resultados obtenidos serán luego analizados para sacar los resultados

más coherentes durante todo el estudio de los combustibles, de igual

manera durante el estudio de la tesis, se hicieron pruebas de sedimentación

y de decantación, mismas que no tienen nada que ver con la calibración del

motor.

96

3.6 ESTUDIO DE COMBUSTIBLE

Para analizarla calidad del combustible fue necesario realizar un muestreo

de las gasolineras en la ciudad de Quito, de esta forma se adquirió el

combustible y se almacenó en depósitos de plástico de un litro, para realizar

las distintas pruebas.

Los depósitos fueron etiquetados, de tal manera que se pueda identificar la

fecha y el lugar de adquisición, a simple vista se pudo observar que los

combustibles tenían varias características como el color y pero con el pasar

de los días se pudo lograr apreciar pequeñas sedimentaciones.

Las gasolinas fueron probadas con dos procesos, la primera prueba

realizada fue una prueba de golpeteo medido por las vibraciones en el

motor, prueba de estabilidad en la combustión, la segunda prueba fue la

sedimentación, por medio de la cual se pudo llegar a medir la cantidad de

partículas flotantes. Como se puede observar en la figura 76 se puede

identificar las tablas llenadas para poder conseguir los datos a estudiar en el

análisis de resultados, estas tablas fueron llenadas con los valores

correspondientes, adicionalmente se adjuntan las imágenes

correspondientes del análisis de la gasolina por medio del osciloscopio.

3.6.1 PRUEBA DE OCTANAJE

Esta prueba fue realizada en el motor de volumen variable, con la ayuda de

un osciloscopio, se pudo conseguir voltajes generados por el sensor de

golpeteo instalado en el cilindro del motor.

Los resultados dan un voltaje en mili voltios y por medio de regla de 3 fueron

cambiados a un valor en Octanaje.

Las figuras 72 y 73 indican los valores obtenidos por el osciloscopio, estos

valores varían en fracciones y esto ayuda a dar conclusiones muy

importantes de todo el estudio, conclusiones que serán posteriormente

puestas a consideración del lector.

En las dos figuras se puede interpretar que existe una buena curva de

combustible, es posible determinar que de igual manera los datos son muy

determinantes en el momento de la prueba correspondiente, aunque la curva

dura en promedio unos 20 segundos el momento en que se estabiliza la

mezcla, la imagen es muy clara, y es fácil de apreciar por medio del

PICOScope 9000, software capaz de interpretar por medio de un conector

USB, las señales del sensor de golpeteo instalado.

97

Figura 72.- Medición con osciloscopio de una muestra aleatoria de combustible EXTRA (Autor, 2014)

Figura 73.Medicion con osciloscopio de una muestra aleatoria de combustible SUPER. (Autor, 2014)

98

3.6.2 PRUEBA DE SEDIMENTACION

Por otra parte, se realizó una sedimentación en los combustibles, por medio

del proceso de decantación se separaron las partículas no solubles en la

gasolina, estas partículas a partir del segundo día se empezaron a situar en

la parte inferior de los depósitos de almacenamiento del combustible.

Este estudio es solamente visual, ya que el estudio no determina su

interpretación detallada. Puesto que el costo de un estudio de laboratorio

sería muy elevado para la medición de los metales y de los sólidos

encontrados en el presente trabajo de tesis. Las figuras 74 y 75 indican dos

muestras realizadas.

Los datos obtenidos aunque muy valiosos, no son muy considerables en el

presente estudio, puesto que en un principio no fue considerado el estudio

de octanaje pero por ser muy notorios son tomados en consideración, para

demostrar que la gasolina de la ciudad de Quito, no es de muy buena

calidad.

Figura 74.- Decantación de un combustible aleatorio EXTRA se puede identificar en la imagen sedimentos en la parte inferior del contenedor

(Autor, 2014)

99

Figura 75.- Decantación de un combustible aleatorio SUPER no se puede identificar en la imagen sedimentos.

(Autor, 2014)

100


FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.

FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES

NUMERO

FECHA

LUGAR

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR

SEDIMENTACION

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv)

NUMERO

OCTANO

OBSERVACIONES

Figura 76.- Formato de evaluación de los combustibles. (Autor, 2014)

101

4 ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 OCTANAJE

Por el estudio realizado se puede determinar que el porcentaje de octanaje

es muy aceptable, en los combustibles SUPER se obtiene un promedio de

91.94 OCTANOS, referente a los valores en la tabla numero 5 valor cercano

a la norma.

Por otra parte el valor de los combustibles EXTRA es aproximadamente de

86.72 OCTANOS el promedio, de igual forma cercano a la norma INEN

anteriormente mencionada, se podría entender después de este estudio la

diferencia de las gasolinas entre marcas es muy reducida, puesto que luego

del estudio realizado se identificó que la gasolina proviene del mismo punto

de acopio.

No existe ninguna muestra de gasolina con trazas de agua, es decir que la

gasolina durante el estudio no mostro presencia de dicho líquido, esta

prueba fue realizada visualmente decantando los combustibles, tampoco se

encontró combustible adulterado, es decir que ningún combustible SUPER

tiene alguna proporción de EXTRA, esto es fácil de identificar, puesto que

con la prueba de octanaje realizada con el motor de volumen variable, se

puede determinar que todas las muestras de combustible son similares ,

mantienen su origen no hay una variación realmente notoria por una posible

mezcla entre la gasolina SUPER o la gasolina EXTRA, adicionalmente todas

las muestras de gasolina fueron decantadas. Para poder determinar si

existía alguna sedimentación de tipo líquido en los distintos tipos de

muestras, por motivos logísticos de la prueba de combustible no se realizó

una medición de densidad de los combustibles, esto se debe a que no se

encontraba como un objetivo en la presente tesis.

El mito del aumento o reducción en el grado de octanaje se puede demostrar

con la formula mencionada en el capítulo 2.4.1.8, este procedimiento muy

claramente manifiesta que se obtiene un aumento proporcional directamente

al porcentaje de combustible de mayor octanaje, las ventajas son muy claras

pero por mas bueno que sea el combustible SUPER, en realidad para

obtener un combustible de mayor octanaje, es necesario realizar una mezcla

con alcoholes de elevado octanaje.

En futuros trabajos se espera estudiar el efecto que tiene el alcohol en la

mezcla con la gasolina, ya que se reporta en las literaturas que este aditivo

ayuda a elevar notoriamente el índice de octano de los combustibles.

102

Luego de haber analizado minuciosamente las veinte muestras de gasolinas

de distinta procedencia se pudo demostrar que el grado de octanaje en la

ciudad de Quito es muy aceptable, como se puede observar en la tabla 5, los

datos fueron colocados de acuerdo a la obtención de los mismos, el valor

promedio de todas las muestras es de 91.945 Octanos en los combustibles

SUPER, y de 86.72 Octanos en las muestras con gasolina EXTRA, los

valores no aceptables comprenden el 0.0597% del estudio es decir, que la

prueba tiene un valor promedio muy cercano a la norma INEN. De igual

manera las muestras con EXTRA tienen un porcentaje de falla del 0.32%.

TABLA 5. Valoración de octanaje acumulada.

PRUEBAS DE OCTANAJE

SUPER Voltaje EXTRA Voltaje

NUM SEDIMENTOS GRADO NUM SEDIMENTOS GRADO

1 SI 92 1,84 11 SI 86,8 1,736

2 92,1 1,842 12 SI 87 1,74

3 SI 92 1,84 13 SI 85,4 1,708

4 SI 91,5 1,83 14 SI 85,5 1,71

5 91,6 1,832 15 SI 86,3 1,726

6 SI 90,5 1,81 16 SI 86 1,72

7 SI 91,3 1,826 17 SI 87,1 1,742

8 SI 91,9 1,838 18 SI 87,2 1,744

9 91,8 1,836 19 SI 88 1,76

10 93 1,86 20 SI 85,4 1,708

PROMEDIO 91,945 PROMEDIO 86,72

Cabe resaltar que en adición a esto se obtuvieron datos relacionados a la

sedimentación de las gasolinas un valor agregado a esta investigación

puesto que sobrepaso los objetivos iníciales

Acontinuacion se pueden apreciar los datos resultantes del estudio del

combustible de la figura 77 a la figura 96

103

Figura 77.- Ilustración obtenida por medio de PICOSCOPE 9000, gasolina Súper, con 1.84 voltios, genera 91.9 grados de octanaje, pasa la prueba de octanaje, presenta sólidos

suspendidos (sedimentos). Muestra número 1. (Autor, 2014)

Figura 78.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de combustible Súper, pasa con 92.1 grados de octanaje, no presenta sedimentos. Muestra

número 2. (Autor, 2014)

104

Figura 79.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de combustible Súper, pasa con 92 grados de octanaje, si presenta sedimentos. Muestra


Figura 80.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de

combustible Súper, pasa con 91.5 grados de octanaje, si presenta sedimentos. Muestra


105

Figura 81.- El primer caso es un combustible Súper, que alcanza por regla de tres 91.6 octanos, pasa la prueba de octanaje y de igual manera no presenta sedimentos sólidos.

Corresponde a la muestra número 5, adjuntada en los anexos. (Autor, 2014)

Figura 82.- En el presente caso de combustible Súper, se puede tener la clara anomalía de golpeteo, resultante de un autoencendido, motivo por el cual es necesario en este caso

realizar una calibración para determinar un voltaje secundario de 1.81 voltios, por regla de tres se determina y se concluye que no pasa la prueba de golpeteo, y posee sólidos

sedimentados en la base del contenedor. Corresponde a la muestra número 6. (Autor, 2014)

106

Figura 83.- Muestra numero 7, imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa

una muestra de combustible Súper, no pasa con 91.3 grados de octanaje, si presenta sedimentos. Valor de octanaje resultante de calibración del motor.

(Autor, 2014)

Figura 84.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de combustible Súper, pasa con 91.9 grados de octanaje, presenta sedimentos. Muestra

numero 8 (Autor, 2014)

107

Figura 85.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de

combustible Súper, pasa con 91.8 grados de octanaje, no presenta sedimentos. Muestra número 9. (Autor, 2014)

Figura 86.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de combustible Súper, pasa con 93 grados de octanaje, no presenta sedimentos. Muestra


108

Figura 87.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se

obtiene por regla de tres 86.8 octanos pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de sedimento, corresponde a la muestra número 11. (Autor, 2014)


obtiene por regla de tres 87 octanos pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de sedimento, corresponde a la muestra número 12. (Autor, 2014)

109


obtiene por regla de tres 85.4 octanos no pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de sedimento, corresponde a la muestra número 13. (Autor, 2014)



110



Figura 92.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se obtiene por regla de tres 86 octanos de esta manera no pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de sedimento, corresponde a la muestra número 16. (Autor, 2014)

111





112

Figura 95.- En la presente figura se puede identificar una muestra de combustible Extra, que

aprueba todo el proceso, con un voltaje de 1.76 voltios, dando un octanaje de 88 grados corresponde a la muestra número 19, apreciable en los anexos. (Autor, 2014)



113

En las figuras de la 77 a la 96, se puede identificar las curvas de donde

provienen los datos para la tabla numero 5, estas figuras son adjuntadas de

mejor calidad en el capitulo de anexos.

Por otra parte, en la figura 97, se pueden observar los valores obtenidos en

la prueba de octanaje con combustibles SUPER identificados por medio de

una campana de Gauss, donde se puede concluir que el 85% de los

combustibles pasa la prueba de octanaje con un valor minimo de 91.5

Octanos, Estos valores se ven afectados si la prueba se realiza en dias

distintos, esta conclusión es muy importante, puesto que los combustibles al

ser muy inestables químicamente, tienen una variación muy brusca en las

condiciones naturales del momento, esta variación puede realizarse con la

presión atmosférica, la temperatura ambiente, y la temperatura del motor.

Cabe resaltar que la prueba se ve mejorada con la bajada de la presión

atmosférica, lo que puede concretarse que la baja presión ayuda al

desempeño del motor este fenómeno se observó el momento que empezaba

a llover en la ciudad de Quito.

A su vez se puede identificar en la figura 98 los datos de la gasolina EXTRA

donde un 80% de combustibles pasan la prueba dando un valor muy

aceptableen gasolinas el valor mas bajo en los combustibles EXTRA fue

identificado en 86 grados de Octanaje, muy acrecentados en la campana de

Gauss obtenida en la figura mencionada.

Figura 97. Campana de Gauss Se puede apreciar la media y el numero de muestras. combustibles Super. (Autor, 2014)

114

Figura 98. Campana de Gauss Se puede apreciar la media y el numero de muestras. combustibles Extra

(Autor, 2014)

4.1.1 MEDICION DE OCTANAJE

Lo que se puede definir luego de la obtención de los datos es una compleja

situación al interior de la cámara de combustión, el motor de volumen

variable desarrollado al ser mono cilíndrico genera una serie de problemas

posteriores en la medición de las gasolinas, estos problemas no son 100%

solucionables puesto que la estructura misma del motor es un limitante en la

obtención de los datos, pero lo que si se logra obtener son datos muy

aproximados a la realidad, datos como las frecuencias sonoras del motor

debido a la combustión de cada gasolina.

Se deduce que la vibración del motor genera al interior de la cámara de

combustión una pequeña onda sonora capaz de ser medida por medio de un

sensor de golpeteo, este sensor al ser capaz de medir las vibraciones en el

interior del motor por medio de vibraciones que posteriormente las

transforma en voltaje, da una muy buena referencia de las ondas expansivas

de la gasolina en combustión, dichas ondas aunque marcadas en mili-voltios

sirvieron para entender el significado de la situación de las gasolinas en el

mercado local.

115

Estos valores en mili-voltios posteriormente fueron tabulados y luego de una

transformación matemática, fueron transformados en el grado de Octanaje,

estudiado en todo el trabajo de tesis, como se puede observar en los

anexos, y luego estos valores fueron interpretados en el análisis de datos, en

el presente capitulo.

4.2 SEDIMENTACION

La figura 99, muestra un combustible en contenedor almacenado 15 días y

presenta en su fondo como podemos apreciar claramente un residuo de

polvo, óxidos, etc.

Figura 99.- Muestra en contenedor, almacenada por 15 días, presenta en base sedimentos. (Autor, 2014)

La figura 80, presenta datos críticos acerca del estado de la gasolina en la

ciudad, puesto que nos indica que la gasolina SUPER tiene un 45% de

sedimentos suspendidos, dichos sedimentos pueden ser divididos en dos

grandes grupos:

Los residuos en la fabricación, tales como: olefinas, parafinas y

bencenos no disueltos en el combustible

Las partículas sólidas, partículas como el polvo partículas de pintura

óxidos y varias impurezas no determinables en este trabajo de tesis.

116

Dichas impurezas llegan a la gasolina en la fase de transporte y

almacenamiento.

Un dato alarmante como lo indica la figura 101, toda la gasolina EXTRA en

la ciudad de Quito contiene sedimentos.

Figura 100. Grafico acumulado de sedimentacion en gasolinas SUPER.

Figura 101.-Grafico acumulado de sedimentacion en gasolinas EXTRA.

La gasolina a diferencia del agua, es una substancia que se conforma por

una infinidad de partículas, pero principalmente tiene en un principio gasolina

reformada y gasolina ligera, obtenidas por isomerización en refinerías de

última tecnología, además contiene metanol, etanol, butanol, heptano,

benceno, MTBE, ETBE, que sirven como elevadores primarios de octanaje,

posee en pequeñas cantidades metales peligrosos (pesados) tales como el

plomo, manganeso, mercurio, cadmio; Además tiene un 40% de aromáticos

y un 20% de olefinas o parafinas para estabilizar la mezcla de octanaje y

finalmente contiene colores característicos que no está descrito en las

45%

55%

Sedimentos Combustibles SUPER.

Con sedimentos Sin sedimentos

100%

0%

Sedimentos Combustibles EXTRA

Con sedimentos Sin sedimentos

117

normas INEN estudiadas pero que por motivos de comercialización mantiene

una diferencia marcada.

Como se determina en el acápite anterior el principal limitante del estudio

del octanaje es la gasolina en si ya que la gasolina no puede ser homogénea

en la producción, por otra parte se contamina en el transporte y el

almacenamiento dando como resultado un líquido que no podemos definir a

la perfección, la composición de cada gasolina es tan diferente en todas las

gasolineras y en todas los lugares de la ciudad capitalina.

El problema del transporte y comercialización de la gasolina nacional y la

importada de Venezuela se produce por la sedimentación de partículas

ajenas, diariamente la REE (Refinería Estatal de Esmeraldas) genera,

53.400 kg/hora de gasolina de alto octanaje hablamos de gasolinas de 93

octanos, gasolina que es transportada desde la refinería de Esmeraldas a la

ciudad de Quito donde se encuentra la principal central de almacenamiento y

distribución de combustibles del país.

Como se puede observar en la figura 102 extraída de un manual de

Petroecuador este es el esquema de transportación que el combustible

cumple para llegar a nuestros automotores:

Figura 102.- Localización de los abastecimientos y transporte de los combustibles en el distrito metropolitano de Quito. (Mero, 2007)

118

La gasolina viaja desde la costa ecuatoriana 200 kilómetros a la ciudad de

Quito, pasan por el poliducto de Santo Domingo y llega a su primera parada

el terminal de abastecimiento de combustibles líquidos y gaseosos

BEATERIO ubicado en el sur de la ciudad de Quito es el punto más

importante de almacenamiento de combustibles del país de aquí se

bombean a dos puntos, a Shushufindi con un poliducto de 304 kilómetros y a

la ciudad de Ambato por más de 111 kilómetros.

La figura 102 da una mirada más amplia del transporte de combustible en el

país.

Luego de este viaje la gasolina no ha llegado a las respectivas estaciones

de distribución por lo que es transportada en tanqueros de diferentes

capacidades y de diferentes materiales, no siempre son construidos de

acero inoxidable, y de esta manera llega a los depósitos de las gasolineras,

aquí será guardado por última vez antes de ser distribuido a los

automotores.

Durante este trayecto de más de 300 kilómetros desde la planta hasta el

punto de expendio y posteriormente comprado por los usuarios, la gasolina

ha absorbido una parte de moléculas contaminantes demostradas en el

siguiente papel filtrante de laboratorio (25 micras) utilizado para remover las

impurezas de la gasolina, como se aprecia en la figura 103 una gran porción

de partículas no puede ser filtrada por lo que intervienen en toda la

combustión y al no poder evaporarse, taponan mangueras, inyectores, etc.…

Esta es la situación real de la gasolina, como se puede apreciar en los datos

anteriores se demuestra que mientras la gasolina viaja mayores distancias

es decir en la parte norte de la ciudad de Quito más específicamente en el

sector de la Mitad del Mundo, por dar un ejemplo.

Esta prueba de filtrado solo se realizo una vez, fue realizada para

complementar el presente trabajo de tesis, puesto que el tema de la tesis en

curso se limita a medir la calidad del combustible en cuanto a octanaje no se

realizaron trabajos mas profundos en cuanto a composicion quimica.

Para concluir queda claro que la gasolina va ligada al precio del mismo

producto, si la gasolina fuera de un costo mas elevado, su calidad de igual

manera, seria de las mejores. Queda un largo camino por estudiar los

combustibles, ya que se vienen los vehiculos con los ultimos motores a

combustion interna, se aproxima según los analisis un futuro, mas limpio y

prometedor.

Un futuro sin gasolina.

119

Figura 103.- Escaneo papel filtrante gasolinas con altos niveles de impurezas. (Autor, 2014)

120

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

Luego de haber terminado la presente tesis, con los objetivos cumplidos, se

puede llegar a concluir lo siguiente:

El diseño de este proyecto tuvo como la finalidad encontrar la

situación actual de los combustibles, a primera vista es complicado

determinar si los carburantes tienen o no un determinado octanaje, pero a lo

largo del proyecto en curso se pudo apreciar que la realidad es que las

gasolinas de toda el área de estudio pasan la prueba, y las que no la pasan

es por una pequeña diferencia. Como se aprecian en las figuras 97 y 98, por

medio de campanas de Gauss podemos determinar que las muestras que no

pasan llegan a 6 muestras en un total de 20 muestras, un 70% aceptable, se

puede decir que de igual manera las gasolinas que no pasan la prueba

tienen un margen muy acercado a la norma INEN.

Es realmente posible construir un motor desde el inicio, utilizando

todos los conocimientos obtenidos durante la carrera de Ingeniería

Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial.

Es posible medir el octanaje por medio de fenómenos tan comunes en

la combustión como son las vibraciones, si bien no se pueden obtener datos

100% reales, los datos son muy aceptables para un trabajo de titulación.

Los datos obtenidos a lo largo del trabajo de tesis han dado una visión

más amplia de la situación de la gasolina en el país, de cómo es producida,

como es transportada y como es almacenada.

No existe ningún procedimiento establecido previamente, para poder

analizar la calidad del combustible en la Universidad, este es un factor

determinante durante todo el trabajo, se plantea un método fácil de entender,

y fácil de demostrar, por lo que ha diseñado un dispositivo capaz de medir el

octanaje de los combustibles de una manera didáctica.

No existe un estudio previo del combustible a nivel de la universidad y

del país, lo que limita el entendimiento real de la gasolina en el Ecuador, se

concluye que el trabajo de tesis brinda una mirada objetiva de los

combustibles.

La situación real del Ecuador en cuanto al combustible que se utiliza

para los vehículos se ve muy afectada por la manipulación del combustible

121

en la fase de transporte y almacenamiento, pese a que los valores obtenidos

indican que el combustible por su costo de venta, no promete las

condiciones adecuadas para una gasolina de mejor calidad.

El motor de volumen variable desarrollado, tiene siempre dos

variables que son difíciles de controlar en el momento de la práctica:

o No es posible obtener una temperatura de ingreso del aire

constante, esto quiere decir que no se puede bajo ningún

concepto teórico en este motor, obtener un control de la

temperatura, esto se debe primero a que el motor es enfriado

por aire, el aire no actúa de igual manera como un disipador de

temperatura, como lo hace el agua. Por otro lado tenemos una

temperatura atmosférica de ingreso de aire que varía cada

segundo, esta variación se debe a las corrientes de aire, a las

nubes y a un sinfín de factores que simplemente son

imposibles de controlar en lugares abiertos, pero porque se

mencionan lugares abiertos, la combustión de gasolinas en

lugares cerrados como los laboratorios, ponen en peligro la

salud de las personas que manipulen el prototipo mencionado.

o El segundo factor es la inercia, esto se debe a que al ser un

motor mono-cilíndrico produce altas cantidades de vibración,

causadas por los pesos de todos los elementos internos del

motor, para poder tener un análisis más acercado a la realidad,

el motor debe de tener al menos 6 cilindros y el trabajo del

motor debe ser controlado por una computadora, ya que es en

bajas revoluciones, en donde más se presentan los problemas

por vibraciones elevadas.

De esta manera luego de apreciar la realidad estructural del motor de

combustión, fue posible determinar que el método previo estudiado para

medir la calidad del combustible, requiere un desarrollo profundo de todo el

conjunto interno del motor, incluyendo el inicio mismo del calado del tiempo,

dando como meta el desarrollo posterior de un mejor sistema de combustión

con inyección electrónica y con un manejo de partes de altísima calidad para

la fabricación de los componentes mecánicos.

Algo importante que se logró apreciar son las ondas provocadas por

la combustión, son distintas con cada combustible, es decir que el sensor de

golpeteo se encarga de entregar datos del interior del motor (el sensor solo

genera señales de los fenómenos dentro del motor y son de análisis

posterior) las muestras de combustible y con una calibración determinada

fue muy fácil observar que los valores reales del funcionamiento del motor

122

fueron distintos ya que existió durante todo el desarrollo del proyecto la gran

inquietud de saber de qué manera afecta el combustible, al finalizar con la

calibración final del motor fue fácil determinar, las propiedades de la

gasolina en la ciudad de Quito.

Los combustibles generan un sonido característico en el interior del

motor, medido por la vibración que hacen en el interior del motor. Luego de

determinar la calibración de los combustibles, se determinó, que el motor

tiene una onda independiente con cada combustible, esto ayudado con un

osciloscopio da como resultado un real resultado característico que no se

puede determinar con motores de mayor tamaño.

Las vibraciones obtenidas son sumamente distinta esta medida es

apreciable en valores de 0 a 2 voltios fáciles de medir con la ayuda de un

osciloscopio, cada gasolina posee un valor independiente de si exista o no

cascabeleo como se aprecia en la tabla 5.

El principal problema encontrado en el estudio es el sedimento en el

combustible, dicho sedimento es de color marrón, muy singular en su

apariencia, y por más que este sedimento fue filtrado por papeles de

reducido poro molecular (25 micras), el líquido mantiene al final de la prueba

una débil capa de estas impurezas, esta impureza final es fácilmente

adhesiva al fondo de los depósitos, como se aprecia fácilmente cuando se

retira la bomba de combustible de los vehículos.

No se pueden llegar a medir datos del ambiente, si existen

variaciones en la presión atmosférica, si la temperatura sube o baja en cada

medición, la presión atmosférica es un valor determinante en la medición del

octanaje, como lo demuestra la figura 4, existe una relación directa del

octanaje con la presión atmosférica y con la temperatura del ambiente.

El alcance final de este trabajo de tesis es teórico como un

instrumento puesto a consideración de los estudiantes de la carrera y

práctico para dictar la asignatura de combustibles y lubricantes, espera llegar

a ser un documento importante, útil y didáctico, en especial si se desea tener

una guía para construir motores.

123

5.2 RECOMENDACIONES

Finalizado el presente trabajo de tesis se recomienda para futuros trabajos

de tesis lo siguiente:

Realizar un enriquecimiento apropiado para trabajos en los que se

vaya a desarrollar un nuevo dispositivo.

Manejar todas las herramientas virtuales disponibles, osciloscopio

computarizado, programas de diseño gráfico computarizado (SolidWorks).

Fotografiar todo el proceso, el material obtenido es de vital

importancia para el trabajo de tesis.

Utilizar aluminios de mejor calidad, para la elaboración de material de

laboratorio, el aluminio utilizado en el presente trabajo de tesis, no proviene

de una fuente confiable, razón por la cual en algunas partes tuvo que ser

tratado para reducir fugas, fisuras, goteos, roturas, etc.

Siempre que se vaya a manipular combustible este debe de ser

manejado con extrema precaución, la gasolina y los solventes son líquidos

extremadamente inflamables, almacenar el combustible, en un lugar alejado

de la luz del sol, con ventilación abundante y apartando el combustible de

niños y mascotas.

En base al análisis de las gasolinas que se venden en el país, es

recomendable cambiar los filtros de combustible con anterioridad a lo que

especifica el manual de la marca, una revisión continua del sistema de

inyección, y una limpieza más prolija tanto de inyectores como del sistema

de combustible (cañerías y tanque).

En el caso de gasolinas de bajo octanaje, es recomendable utilizar

bujías de grado térmico más elevado, porque de esta manera podemos

aumentar la refrigeración del cabezote, evitando así puntos calientes.

Un potencial elevador de octanaje que se encuentra en el mercado es

el uso de solvente ‘’Tinner”, es recomendable su uso en proporciones bajas

como se enuncia en el capítulo 2.4.1.8.

Se recomienda realizar un estudio del combustible a nivel nacional,

para determinar la calidad del combustible a una mayor escala.

124

Se recomienda realizar un uso adecuado del motor, en conjunto con

las herramientas de medición, en este caso el uso de un osciloscopio,

programarlo a la medición de sensores KS.

Es recomendable el uso de equipos de protección personal durante

todo el proceso de medición, puesto que se está en contacto directo con

partes móviles y a temperaturas elevadas.

Realizar las pruebas en espacios abiertos o con buena circulación de

aire por la exposición a gases contaminantes y tóxicos, que pueden ser

contra producente a la salud de los operarios.

Para finalizar es recomendable realizar todas las pruebas de octanaje

durante el mismo día, procurando que las condiciones de medición sean lo

más uniformes durante todo el proceso, como se menciona en varias partes

del trabajo de tesis, las pequeñas variaciones en el entorno generan grandes

cambios en los resultados, razón por la cual los datos deben de ser puestos

al análisis, el prototipo requiere algunas mejoras, las cuales brinden un

análisis más prolijo de la situación de las gasolinas.

125

6 ANEXOS

126

Anexo número 1 análisis de combustible




NUMERO 1

FECHA 20-septiembre-2013

LUGAR Quito Av. Occidental Terpel Los pinos.

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.84

NUMERO

OCTANO

92 Si pasa

OBSERVACIONES

Pasa la prueba, posee alto contenido de sedimentos no reconocidos.

127

Anexo número 21 Muestra 1

128





NUMERO 2

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Quito av. Occidental Terpel los pinos

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo

SEDIMENTACION no

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.842

NUMERO

OCTANO

92.1 Si pasa

OBSERVACIONES

Pasa la prueba de octanaje, sin ninguna observación adicional.

129


130





NUMERO 3

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Quito Av. Prensa y Pasaje rio Alao

Petroecuador

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.84

NUMERO

OCTANO

92 Si pasa

OBSERVACIONES

Gasolina pasa la prueba con alto octanaje contenido de sedimentos

elevados

Sólidos no reconocibles a primera vista en coloración marrón

Solubles en gasolina

131


132





NUMERO 4

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Quito Av. Prensa y pasaje rio Alao

Petroecuador

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillos

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.83

NUMERO

OCTANO

91.5 Si pasa

OBSERVACIONES

Gasolina pasa prueba de octanaje ninguna prueba adicional.

133


134





NUMERO 5

FECHA 20-septiembre-2013

LUGAR Ps.

Av. Occidental y Legarda

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Tomate

SEDIMENTACION No

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.832

NUMERO

OCTANO

91.6 Si pasa

OBSERVACIONES

Pasa prueba de octanaje a pesar de ser gasolina Súper tiene altos niveles

de sólidos solubles, posible presencia de sulfuros y metales.

135


136





NUMERO 6

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Ps.

Av. Occidental y Legarda

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.81

NUMERO

OCTANO recalibrar

90.5 No pasa

OBSERVACIONES

No pasa la prueba de octanaje presenta además altos niveles de partículas

suspendidas.

137


138





NUMERO 7

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Energy Gas Autopista Córdoba Galarza!

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.826

NUMERO

OCTANO recalibrar

91.3 No pasa

OBSERVACIONES

No pasa pruebas de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos

rocosos en grandes cantidades.

139

Anexo número 27 Muestra 7.

140





NUMERO 8

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Energy Gas Autopista Córdova Galarza

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo Obscuro

SEDIMENTACION si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.838

NUMERO

OCTANO

91.9 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa la prueba de octanaje,

141


142





NUMERO 9

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Quito, Puma Av. Inca

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Amarillo

SEDIMENTACION no

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.836

NUMERO

OCTANO

91.8 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos


143


144





NUMERO 10

FECHA 20-sep

LUGAR Quito, puma Av. Inca

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Verde

SEDIMENTACION no

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.86

NUMERO

OCTANO

93 Si pasa

OBSERVACIONES

No pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos


145


146





NUMERO 11

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Terpel autopista san miguel de los bancos

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Azul

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.736

NUMERO

OCTANO

86.8 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos


147


148





NUMERO 12

FECHA 20-sep-2013

LUGAR Quito Primax av. Amazonas e Inca

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Verde obscuro

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.74

NUMERO

OCTANO

87 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa la prueba de octanaje, niveles altos de sedimentación, residuos


149


150





NUMERO 13

FECHA 20-sep

LUGAR Quito Petroecuador Gaspar de Villarroel y 6 de dic.

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR verde

SEDIMENTACION si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.708

NUMERO

OCTANO No pasa

85.4 recalibrar

OBSERVACIONES

no pasa la prueba de octanaje,

151


152





NUMERO 14

FECHA 20-sep

LUGAR Quito Av. América y Mañosca

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Verde obscuro

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.71

NUMERO

OCTANO recalibrar

85.5 No pasa

OBSERVACIONES

No pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos


153


154





NUMERO 15

FECHA 20-sep

LUGAR Av. Prensa sector la Y

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Azul claro

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.726

NUMERO

OCTANO

86.3 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación muestra de

muy buena calidad.

155


156





NUMERO 16

FECHA 20-sep

LUGAR Av. Prensa Sector la Y

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR verde

SEDIMENTACION si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.72

NUMERO

OCTANO

86 No pasa

OBSERVACIONES

No pasa la prueba de octanaje, no presenta sedimentos

157


158





NUMERO 17

FECHA 20-sep

LUGAR Quito Terpel av. Eloy Alfaro sector los álamos

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR verde

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.742

NUMERO

OCTANO

87.1 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa la prueba, sólidos suspendidos

159


160





NUMERO 18

FECHA 20 sep.

LUGAR Quito Av. Occidental Mobil Sector san Fernando

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Azul

SEDIMENTACION si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.744

NUMERO

OCTANO

87.2 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa no presenta sólidos suspendidos

161


162





NUMERO 19

FECHA 20-sep

LUGAR Quito San Juan Ps. sector parque san Juan

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Azul

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.76

NUMERO

OCTANO

88 Si pasa

OBSERVACIONES

Si pasa presenta altos contenidos de sedimentos.

163


164





NUMERO 20

FECHA 20- sep.

LUGAR Quito Av. Occidental Mobil Sector san Fernando

PRUEBAS QUIMICAS

COLOR Azul

SEDIMENTACION Si

PRUEBAS FISICAS

NUMERO

OCTANO

Valor Ralentí

(mv) 1.708

NUMERO

OCTANO Re-calibración

85.4 No pasa

OBSERVACIONES

no pasa resultado elevado sedimento

165


166

SIMBOLOGIA

A Área cm2, m2, pie2 (cm², m², pie²) API American Petroleum Institute ASTM American Society for testing Materials PMI Punto Muerto Inferior BHP Potencia al freno en Caballos BP Punto de burbuja °C Grados Centígrados CC. Centímetros cúbicos CCR Relación de compresión critica CF Factor de Corrección CFR Cooperativa Fuel Research D Diámetro E Energía °F Temperatura en grados Fahrenheit F Consumo específico. G Gravedad GM General Motors H Altura Hg Mercurio Hp Potencia en caballos Q Calor R, r Radio Rp Relación de presiones Rpm Revoluciones por minuto Rps Revoluciones por segundo SAE Sociedad de Ingenieros Automotrices. SI Encendido por Chispa PMS Punto muerto superior TEL tetra etilo de plomo V Volumen W Trabajo T temperatura Z Viscosidad.

167

GLOSARIO

Aditivos. Productos químicos que se añaden a la gasolina o al diésel en

pequeñas proporciones para mantener y/o mejorar su calidad.

Antioxidante. Producto químico usado para evitar la formación de las gomas

que se forman al oxidarse la gasolina.

Aromáticos. Componentes de alto índice de octano que poseen un anillo de

benceno en su estructura molecular. Los aromáticos son hidrocarburos.

Benceno. Uno de los componentes básicos del grupo de los aromáticos. Tiene

alto valor en la industria química de la transformación.

Butano. Hidrocarburo ligero usado para elevar el octano e incrementar la

volatilidad de la gasolina.

Catalizador. Sustancia que se añade a una reacción química con el fin de

facilitarla o llevarla a cabo. Al completarse la reacción el catalizador permanece

inalterado.

Contaminación ambiental. Presencia en el medio ambiente de uno o más

contaminantes o cualquiera de sus combinaciones que perjudican o resultan

nocivas a la salud y el bienestar humano, la flora y la fauna o que degradan la

calidad del aire, agua, suelo o recursos naturales en general.

Densidad. Masa de una sustancia por unidad de volumen.

Des hidrogenación. Reacción química en la cual un hidrocarburo pierde los

hidrógenos de su estructura.

Etanol. Alcohol etílico o de grano. Se obtiene por la fermentación de diversos

granos. Incrementa el octano en la gasolina. Es un carburante oxigenado y

puede emplearse casi puro en los autos especialmente diseñados para su uso.

Gas natural. Mezcla de hidrocarburos que existe en estado gaseoso o

mezclado con el petróleo crudo. Los hidrocarburos principales tienen entre 1 y 5

átomos de carbono. Se le llama no asociado si no está en contacto con el crudo

y asociado si está en contacto con él como gas natural libre o disuelto en el

petróleo

ISO buteno. Producto petroquímico obtenido en las refinerías que si reacciona

con metanol forma éter metil te butílico (MTBE) y con el etanol el éter Etil te

butílico (ETBE), ambos son oxigenantes e incrementan el número de octano.

168

Índice de Octanaje. Medida de la habilidad de la gasolina de resistir los

golpeteos de la máquina. El índice es el promedio de la suma del Octano Motor

y de Investigación divido por dos.

Metanol. Alcohol metílico, de madera. Se obtiene industrialmente en los

procesos petroquímicos. Se emplea para incrementar el octano de la gasolina

en ciertas proporciones aunque también se puede emplear puro sustituyendo la

gasolina.

Octano. 1) Término con el que se describe la habilidad de una gasolina para

resistir las detonaciones de la máquina generadas por la combustión. 2) Octano

motor. Prueba a la que se somete la gasolina en condiciones severas de

operación. Afecta la velocidad y la capacidad del auto de subir calles

empinadas. 3) Octano de investigación. Prueba a la que se somete la gasolina

en condiciones menos severas de operación empleando un solo cilindro.

Olefinas. Componentes de la gasolina generados durante varios procesos de

transformación de los hidrocarburos. Ejemplos son el etileno y el propileo.

Suelen contribuir a la formación de gomas y depósitos en los sistemas de

inyección.

Oxigenados. En la industria petrolera este término se emplea para describir

compuestos que tienen en su estructura carbono, hidrógeno y oxígeno

Oxidante. Sustancia química que combina el oxígeno con otro cuerpo.

Óxidos de nitrógeno (No). Gases contaminantes a base de nitrógeno y

oxígeno; colectivamente se les denomina NOx en donde x representa cualquier

proporción de oxígeno o nitrógeno.

Ozono. Estado alotrópico del oxígeno ( ) que se forma cuando el oxígeno (

) reacciona con otro compuesto en presencia de luz solar. En la parte superior

de la atmósfera, protege la Tierra de los rayos ultravioletas del Sol. A nivel del

suelo es un irritante respiratorio y se le considera un contaminante.

Petróleo crudo. Mezcla natural formada principalmente por hidrocarburos que

existen en estado líquido en reservas subterráneas naturales y que es

recuperable en forma líquida en condiciones atmosféricas de presión y

temperaturas normales.

Relación aire/combustible. Las proporciones en peso de aire y carburante que

se alimentan durante la combustión.

Volatilidad. Término con el que se describe la tendencia de la gasolina a pasar

de líquido a vapor.

169

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