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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
“ESTUDIO DE EMISIONES DE GASES DE UN MOTOR DIÉSEL UTILIZANDO EL COMBUSTIBLE ECUATORIANO Y EL
COLOMBIANO EN UN DINAMOMETRO”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
JAVIER ALEXANDER BELTRÁN MANJARRÉS
DIRECTOR: ING. EDWIN TAMAYO MSC.
Quito, marzo 2017
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2017
Reservados todos los derechos de reproducción
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 171872477-4
APELLIDOS Y NOMBRES: Beltrán Manjarrés Javier Alexander
DIRECCIÓN: De los geranio N16-103 y calle 85
EMAIL: javy-ldu@hotmail.com
TELÉFONO FIJO: 022031295
TELÉFONO MOVIL: 0983506725
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
Estudio de emisiones de gases de un motor
diésel utilizando el combustible ecuatoriano y
el colombiano en un dinamómetro
AUTOR O AUTORES: Javier Alexander Beltrán Manjarrés
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: 2017-03-10
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: Ing. Edwin Tamayo, Msc.
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN:
En este estudio se realizó un análisis de la
opacidad de un motor diésel con combustible
ecuatoriano y combustible colombiano,
rigiéndose a las normas INEN, se utilizaron
equipos de medición como el opacímetro y el
dinamómetro, este último se utilizó como
equipo adicional ya que en el presente estudio
también se determinó la opacidad cuando el
vehículo alcanzó su torque y potencia máxima
, la selección del vehículo se determinó por
varios temas de tesis en proceso de desarrollo,
X
una vez que se adquirieron los combustibles
colombiano y ecuatoriano se determinó sus
propiedades generales de cada país, esto se
investigó para realizar varias tesis con estos
combustibles.
La investigación se la realizó bajo las normas
INEN 202, 207 y 960, las cuales son de
procedimiento para medición por el método de
aceleración libre, opacidades máxima fuentes
móviles, y procedimiento para medición de
potencia y torque, consumo ,etc. de motores a
diésel en el dinamómetro respectivamente.
Una vez realizados los análisis se determinó
que el combustible diésel colombiano obtuvo
una mayor potencia con 78,58 HP y una
opacidad de 39,40% y un torque de 192,28 Nm
con una opacidad de 36,67% obteniendo un
mejor rendimiento del combustible colombiano
en comparación con el combustible diésel
ecuatoriano, en el caso del método de
aceleración libre se obtuvieron resultados
similares, el diésel colombiano obtuvo 35,52%
de opacidad mientras que el ecuatoriano
obtuvo 40,07%, siendo el combustible
colombiano menos contaminante que el
combustible ecuatoriano. Se determinó que la
opacidad de los 2 tipos de combustibles se
encuentra por debajo del límite máximo.
PALABRAS CLAVES: Contaminación, gases de escape, opacidad,
inyección, diésel, normas.
ABSTRACT:
In this study an analysis of the opacity of a
diesel engine with Ecuadorian fuel and
Colombian fuel was carried out, according to
the INEN standards, measuring equipment
such as the opacimeter and the dynamometer
were used, the latter being used as additional
equipment since in the This study also
determined the opacity when the vehicle
reached its maximum torque and power, the
selection of the vehicle was determined by
several thesis topics in the process of
development, once Colombian and Ecuadorian
fuels were acquired was determined its general
properties of each Country, this was
investigated to make several theses with these
fuels.
The research was carried out under the
standards INEN 202, 207 and 960, which are
procedures for measurement by the method of
free acceleration, opacities maximum mobile
sources, and procedure for measuring power
and torque, consumption, etc. Of diesel
engines in the dynamometer respectively.
Once the analyzes were carried out, it was
determined that the Colombian diesel fuel
obtained a higher power with 78.58 HP and an
opacity of 39.40% and a torque of 192.28 Nm
with an opacity of 36.67% obtaining a better
performance of the Colombian fuel compared
to Ecuadorian diesel fuel, in the case of the
free acceleration method similar results were
obtained, Colombian diesel obtained 35.52%
opacity while the Ecuadorian obtained 40.07%,
Colombian fuel being less polluting than The
Ecuadorian fuel. It was determined that the
opacity of the 2 types of fuels is below the
maximum limit.
KEYWORDS
Pollution, exhaust gas, opacity injection, diesel,
standards
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio
Digital de la Institución.
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, BELTRÁN MANJARTRÉS JAVIER ALEXANDER, CI 171872477-4
autor del proyecto titulado: “Estudio de emisiones de gases de un motor
diésel utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano en un
dinamómetro” previo a la obtención del título de INGENIERO
AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las
Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo
144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la
SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de
graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de
información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión
pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial
a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito
de generar un Repositorio que democratice la información,
respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, marzo del 2017
DECLARACIÓN
Yo JAVIER ALEXANDER BELTRÁN MANJARRÉS, declaro que el trabajo
aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Estudio de emisiones
de gases de un motor diésel utilizando el combustible ecuatoriano y el
colombiano en un dinamómetro”, que, para aspirar al título de Ingeniero
Automotriz fue desarrollado por Javier Beltrán, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y
cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de
Titulación artículos 19, 27 y 28.
DEDICATORIA
A Dios y a mi familia que fue mi fuerza para cada día seguir mi camino en la
culminación de mi carrera, a mis padres por hacer siempre el esfuerzo para
mí y mis hermanas, por ser mi inspiración y ayuda, todo lo que soy y seré en
el futuro es por ellos y para ellos.
JAVIER ALEXANDER BELTRÁN MANJARRÉS
AGRADECIMIENTOS
A Dios por permitirme culminar esta etapa de mi vida, a mis padres por su
paciencia e infinito amor hacia mí, a mi madre por sus bendiciones cada día,
a mi padre que con sus consejos y herramientas me ayudo siempre en lo
que pudo y como pudo dándome su confianza y cariño cada día, a mis
hermanas que con sus ocurrencias y virtudes aportaron a su manera a que
yo culmine esta etapa de mi vida, a Michelle que a pesar de no tener
mayores conocimientos en mi carrera siempre me apoyo y ayudo en lo que
podía cuando me encontraba en dificultades, con ustedes eternamente
agradecido, a mis profesores, compañeros y amigos siempre gracias.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS PÁGINA
RESUMEN 1
ABSTRACT 2
1. INTRODUCCIÓN 3
2. METODOLOGÍA 14
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 16
3.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL VEHÍCULO UTILIZADO EN LAS PRUEBAS 16
3.2. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD DEL VEHÍCULO CON COMBUSTIBLE DIÉSEL ECUATORIANO EN EL DINAMÓMETRO. 17 3.2.1. POTENCIA 18
3.2.2. TORQUE 21
3.3. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD DEL VEHÍCULO CON COMBUSTIBLE DIÉSEL COLOMBIANO EN EL DINAMÓMETRO. 23 3.3.1. POTENCIA 23
3.3.2. TORQUE 26
3.4. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE ECUATORIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE. 28
3.5. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE COLOMBIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE. 31
3.6. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS A LOS COMBUSTIBLES DIÉSEL ECUATORIANO Y COLOMBIANO EN EL DINAMÓMETRO. 33 3.6.1. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE
POTENCIA 34
3.6.2. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE
TORQUE 37
3.7. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS A LOS COMBUSTIBLES DIÉSEL ECUATORIANO Y COLOMBIANO POR EL MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE. 40
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 44
4.1. CONCLUSIONES 44 4.2. RECOMENDACIONES 45
5. BIBLIOGRAFÍA 46
ii
6. ANEXOS 48
iii
ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA
Tabla 1. Clasificación de las bombas de inyección diésel. 8
Tabla 2. Especificaciones técnicas Camión K3000 16
Tabla 3. Valores de potencia máxima 19
Tabla 4. Potencia vs. Opacidad 20
Tabla 5. Valores de torque máximo 22
Tabla 6. Torque vs. Opacidad 23
Tabla 7. Valores de Potencia Máxima. 25
Tabla 8. Potencia vs. Opacidad 26
Tabla 9. Valores Torque máximo 27
Tabla 10. Torque vs. Opacidad 28
Tabla 11. Opacidad 1 Combustible ecuatoriano 29
Tabla 12. Opacidad 2 combustible ecuatoriano 30
Tabla 13. Opacidad 1 Combustible colombiano 31
Tabla 14. Opacidad 2 Combustible colombiano 32
Tabla 15. Potencias medias combustibles ecuatoriano y colombiano 33
Tabla 16. Potencia media y opacidad media combustible diesel
ecuatoriano y colombiano. 35
Tabla 17. Límites de potencia 35
Tabla 18. Límites de Opcidad 35
Tabla 19. Torque medio con combustibles ecuatoriano y colombiano 36
Tabla 20. Torque medio y opacidad media combustible diésel
ecuatoriano y colombiano. 38
Tabla 21. Límites de Torque 39
Tabla 22. Límites de opacidad 39
Tabla 23. Opacidades del combustible ecuatoriano y colombiano. 40
Tabla 24. Límite máximo de opacidad norma ecuatoriana 41
Tabla 25. Límite máximo de opacidad norma colombiana 41
Tabla 26. Medias de las mediciones en el dinamómetro y método de
aceleración libre. 42
Tabla 27. Requisitos del Diésel 2 de bajo contenido de azufre
Ecuatoriano 48
Tabla 28. Requisitos de calidad del combustible diésel y sus mezclas
con biocombustibles 49
Tabla 29. Clasificación de las bombas de inyección 50
Tabla 30. Especificaciones Técnicas opacímetro 5 Y 51
Tabla 31. Resumen de los gases de escape de un motor diésel. 52
Tabla 32. Especificación del Combustible Diesel ASTM 0975 53
iv
ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA
Figura 1. Oferta de derivados en millones de barriles del diésel
en el 2016. 4
Figura 2. Comparación de emisiones de NOx y Ppm Euro 6
Figura 3. Camión Kia K3000 17
Figura 4. Conexión de equipos de medición con el vehículo Kia K3000. 18
Figura 5. Medición experimental de torque y potencia. 19
Figura 6. Curvas de Potencia. 20
Figura 7. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible ecuatoriano. 21
Figura 8. Medición experimental de torque y potencia. 21
Figura 9. Curvas de Torque. 22
Figura 10. Torque máximo vs. Opacidad con combustible ecuatoriano. 23
Figura 11. Resultado experimental potencia máxima. 24
Figura 12. Curvas de potencia. 25
Figura 13. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible colombiano. 26
Figura 14. Curvas de torque. 27
Figura 15. Torque máximo vs. Opacidad combustible colombiano. 28
Figura 16. Opacidad 1 del combustible ecuatoriano. 29
Figura 17. Opacidad 2 del combustible ecuatoriano. 30
Figura 18. Opacidad 1 del combustible colombiano. 31
Figura 19. Opacidad 2 del combustible colombiano. 32
Figura 20. Curvas de potencia promedio de combustible Diésel
ecuatoriano y colombiano. 33
Figura 21. Control de potencia (HP). 35
Figura 22. Control de opacidad. 36
Figura 23. Curvas de Torque promedio de combustible Diésel
ecuatoriano y colombiano. 37
Figura 24. Control de torque. 39
Figura 25. Control de opacidad. 40
Figura 26. Opacidades resultantes. 42
Figura 27. Comparación de opacidad en el dinamómetro vs. Opacidad
método de aceleración libre. 43
Figura 28. Opacímetro modelo 5Y. 54
Figura 29. Software del dinamómetro. 55
Figura 30. Dinamómetro 2WD Dyno X del fabricante Dynocom
Industries. 56
v
ÍNDICE DE ANEXOS PÁGINA
ANEXO 1. Propiedades del combustible diésel ecuatoriano. 48
ANEXO 2. Propiedades del combustible diésel colombiano. 49
ANEXO 3. Bombas de inyección de los motores diésel. 50
ANEXO 4. Características del opacímetro. 51
ANEXO 5. Tablas de emisiones de escape motores diésel. 52
ANEXO 6. Especificación del combustible Diésel ASTM 0975. 53
ANEXO 7. Procedimiento para la preparación de los equipos
de medición. 54
ANEXO 8. Norma Técnica Ecuatoriana nte inen 2 202:2000. 57
ANEXO 9. Norma Técnica NTC colombiana 4231. 61
ANEXO 10. Vehículos automotores determinación de la potencia del
motor. 65
1
RESUMEN
En este estudio se realizó un análisis de la opacidad de un motor diésel con
combustible ecuatoriano y combustible colombiano, rigiéndose a las normas
INEN, se utilizaron equipos de medición como el opacímetro y el
dinamómetro, este último se utilizó como equipo adicional ya que en el
presente estudio también se determinó la opacidad cuando el vehículo
alcanzó su torque y potencia máxima , la selección del vehículo se determinó
por varios temas de tesis en proceso de desarrollo, una vez que se
adquirieron los combustibles colombiano y ecuatoriano se determinó sus
propiedades generales de cada país, esto se investigó para realizar varias
tesis con estos combustibles.
La investigación se la realizó bajo las normas INEN 202, 207 y 960, las
cuales son de procedimiento para medición por el método de aceleración
libre, opacidades máxima fuentes móviles, y procedimiento para medición de
potencia y torque, consumo ,etc. de motores a diésel en el dinamómetro
respectivamente. Una vez realizados los análisis se determinó que el
combustible diésel colombiano obtuvo una mayor potencia con 78,58 HP y
una opacidad de 39,40% y un torque de 192,28 Nm con una opacidad de
36,67% obteniendo un mejor rendimiento del combustible colombiano en
comparación con el combustible diésel ecuatoriano, en el caso del método
de aceleración libre se obtuvieron resultados similares, el diésel colombiano
obtuvo 35,52% de opacidad mientras que el ecuatoriano obtuvo 40,07%,
siendo el combustible colombiano menos contaminante que el combustible
ecuatoriano. Se determinó que la opacidad de los 2 tipos de combustibles se
encuentra por debajo del límite máximo.
Palabras clave:
Contaminación, gases de escape, opacidad, inyección, diésel, normas
2
ABSTRACT
In this study an analysis of the opacity of a diesel engine with Ecuadorian fuel
and Colombian fuel was carried out, according to the INEN standards,
measuring equipment such as the opacimeter and the dynamometer were
used, the latter being used as additional equipment since in the This study
also determined the opacity when the vehicle reached its maximum torque
and power, the selection of the vehicle was determined by several thesis
topics in the process of development, once Colombian and Ecuadorian fuels
were acquired was determined its general properties of each Country, this
was investigated to make several theses with these fuels.
The research was carried out under the standards INEN 202, 207 and 960,
which are procedures for measurement by the method of free acceleration,
opacities maximum mobile sources, and procedure for measuring power and
torque, consumption, etc. Of diesel engines in the dynamometer respectively.
Once the analyzes were carried out, it was determined that the Colombian
diesel fuel obtained a higher power with 78.58 HP and an opacity of 39.40%
and a torque of 192.28 Nm with an opacity of 36.67% obtaining a better
performance of the Colombian fuel compared to Ecuadorian diesel fuel, in
the case of the free acceleration method similar results were obtained,
Colombian diesel obtained 35.52% opacity while the Ecuadorian obtained
40.07%, Colombian fuel being less polluting than The Ecuadorian fuel. It was
determined that the opacity of the 2 types of fuels is below the maximum
limit.
Keywords:
Pollution, exhaust gas, opacity injection, diésel, standards
1. INTRODUCCIÓN
3
1. INTRODUCCIÓN
La contaminación ambiental es un gran problema para la humanidad
produciendo daños en el entorno natural y afectaciones a la salud, en este
estudio se va a comparar el nivel de contaminación (opacidad) que tiene el
combustible diésel ecuatoriano y el combustible diésel colombiano al ser
combustionado en un motor y observar cuál de ellos es más contaminante,
tomando en cuenta las ordenanzas que rigen en cada país con respecto a
los niveles de contaminación en los vehículos diésel.
Históricamente la contaminación ambiental ha sido un gran problema por el aumento de sus niveles y sobre todo por el crecimiento del parque automotor, en el país no se tenía un centro especializado en medir los gases contaminantes de los vehículos públicos y privados, en la ciudad de Quito se inició un centro de revisión automotriz en el año 2003, el cual cuenta con equipos para medir los gases de escape, suspensión, sistema de luces entre otros aspectos de los vehículos públicos y privados que circulan en la ciudad, siendo un requisito primordial para la matriculación vehicular que se realiza cada año (AMT, 2015). Al aumentar el uso de los vehículos con motor diésel que en el parque
automotor representan un 5,6% también aumentan los niveles de
contaminación produciendo a largo plazo enfermedades respiratorias,
llegando a producir enfermedades terminales como el cáncer, edemas
pulmonares, entre otros, la contaminación del aire ha causado la muerte a
aproximadamente 4 millones de personas a nivel mundial, según un estudio
realizado por la OMS (OMS, 2016).
En la ciudad de Quito la contaminación del aire es moderado y anualmente
los vehículos a diésel liberan material particulado de 2.5 y 10, en razón de
que esta categoría emite el 76.3%, 71.6 % respectivamente, según un
estudio realizado en el año 2012, siendo los de mayor incidencia o
problemas de opacidad, es decir, que superan los límites permitidos, los
vehículos de transporte público, estos han sido multados en controles que se
realizan en las diferentes calles de la ciudad siendo los mayores
contraversores con el 61.26% del total de vehículos revisados, le siguen los
vehículos particulares con el 20.10% y por último los vehículos escolares
con el 18.64% es por eso que este (Dayana Vega, 2015).
Con este estudio se determinará en nivel de opacidad que generan los
motores diésel con combustible ecuatoriano y colombiano, utilizando un
opacímetro certificado con normas internacionales y un dinamómetro, ya que
en el Ecuador el combustible gasoil (diésel) no tiene el mismo proceso de
refinamiento como los países industrializados y es por eso que con esta
investigación se demostrará que el combustible diésel refinado en el país
puede ser más contaminante que el extranjero, en este caso se utilizará un
combustible diésel refinado en Colombia; por eso se ha planteado como
objetivo principal estudiar las emisiones de gases de un motor diésel
utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano en un dinamómetro,
4
teniendo como objetivos específicos, determinar los parámetros de
funcionamiento de un motor ciclo diésel, las emisiones de gases producidas
y opacidad del mismo; determinar las propiedades de los combustibles
ecuatoriano y colombiano establecidos en las normas respectivas; realizar
las pruebas de gases de escape y opacidad tanto por el método de
aceleración libre como en potencia y torque máximo con la ayuda de un
dinamómetro utilizando el diésel ecuatoriano y el colombiano, analizar los
resultados obtenidos de las pruebas realizadas, y con ello determinar que
combustible afecta más al medio ambiente.
Al aumentar el parque automotor la contaminación aumentará y si no se
toma las medidas necesarias para solucionar el problema a largo plazo las
consecuencias podrían ser mortales o irreparables, los más afectados por
estas condiciones son los niños menores de 5 años y los adultos mayores,
aunque también es notorio como el nivel de alergias, asma entre otras
afectan a la población y cada año en mayor proporción, por eso este estudio
intentara crear conciencia sobre el consumo masivo de los derivados del
petróleo, en este caso se hablará del combustible diésel y también sobre los
derivados del petróleo.
En la figura 1 se observa como el diésel ha aumentado su consumo, se ha
convertido en el combustible más usado en el país, con una demanda de 7,9
millones de barriles del combustible para el uso de los diferentes
automotores, generadores, barcos, entre otros, siendo la refinería de
esmeraldas la mayor planta generadora de diésel en el país.
Figura 1. Oferta de derivados en millones de barriles del diésel en el 2016
(Economía, 2016).
Las emisiones de gases de escape de los motores diésel como se observa en el anexo 5, son los mismos que se emiten en el ciclo OTTO con la diferencia que en los gases de escape de los motores diésel se mide también las micro partículas que se producen durante el comienzo de la
5
combustión en las primeras gotas del diésel, esto se produce sobre todo en la aceleración (Orovio, 2014). Se ha reducido el azufre y el plomo de los combustibles, disminuyendo los gases contaminantes emitidos al ambiente. Para hablar de la opacidad se debe explicar cómo se combustiona el combustible, el motor diésel cuenta con características similares al motor OTTO, usando un combustible gasoil o diésel que es mucho más pesado que la gasolina, su régimen de temperatura de trabajo se encuentra entre 700 y 900 °C, al aumentar la temperatura aumenta también la compresión produciendo la auto inflamación del combustible, esta compresión se encuentra entre 14:1 a 23:1. La Opacidad es la coloración del humo que reduce la cantidad de luz que se observa en una tubería ocasionan los gases de escape al pasar por ésta y se la puede representar con la fórmula matemática (Agudo, Emisiones contaminantes en motores diesel y gasolina, 2015).
[1] Donde: N: Opacidad La opacidad puede ser producida por diferentes factores; por la falta de oxígeno en el momento de la combustión, exceso de goteo durante la inyección o por una mala combustión. Las emisiones de gases se clasifican en emisiones en frio y en caliente; en frio cuando el líquido refrigerante está por debajo de los 70°C y caliente cuando el líquido refrigerante está por encima de los 70°C, Esta clasificación influye en la opacidad porque el motor cuando no se encuentra en la temperatura de trabajo, los gases de escape y la coloración del humo saldrán en mayor cantidad y la opacidad puede variar en la coloración, tomando en cuenta que si se realiza alguna medición en ese estado los valores no serán los reales. Las fuentes móviles en el DMQ son las más contaminantes, en el caso de los motores diésel son los buses, maquinaria pesada, los que tienen altos valores de CO, NOx y la opacidad (PM10) (Dayana Vega, 2015). La opacidad se caracteriza por tener coloraciones de humo, el cual como se conoce da indicadores de fallas, estas coloraciones pueden ser: Humo de color negro que se caracteriza por partículas sólidas de carbón que se forman por una combustión incompleta, su tamaño varía entre 0.02mm hasta 0.12mm, teniendo su origen en las cámaras de combustión (Margarita). El humo de color azul es causado por la excesiva presencia de lubricante de motor en la cámara de combustión; Puede también ser provocado por combustible sin quemar, esto significa que el tamaño de las gotas está cercano a 0.5 µm; Y por último el humo blanco que se forma partículas de combustible no combustionadas, parcialmente combustionadas, estas por lo general se forman cuando las gotas de combustible superan 1,5 µm, también se forman cuando existen bajas temperaturas en la cámara de combustión o cuando en estas existen pequeñas cantidades de agua dentro de la misma. En
6
condiciones normales se produce en el arranque en frio, desapareciendo cuando el motor alcanza su temperatura normal de trabajo (Adaxial, 2011). Matemáticamente la opacidad es expresada con la fórmula de la transmitancia; que se define como el proceso físico por el cual la energía radiante que incide sobre una superficie o área es parcialmente transmitida (metas, 2008).
[2]
Donde:
: Transmitancia K: Densidad de humo L: Longitud de trayectoria óptica efectiva. Entonces, reemplazando [2] en [1] se tiene:
[3] La densidad de humo (K), llamada también, coeficiente de extensión de luz, es una función que determina el número de partículas en una corriente de
humo. La densidad del humo (K) se mide en metros s la menos 1 ( ) (Norma Tecnica Colombiana, 2002). Al aumentar la demanda del combustible Diésel en el Ecuador es necesario realizar un análisis de las propiedades, tanto del ecuatoriano como se observa en el anexo 1 y del colombiano como también se observa en el anexo 2, esto dará una idea de lo que podría suceder cuando este es utilizado en los motores, específicamente en su nivel de contaminación ambiental. En la figura 2 se muestra la comparación de emisiones de NOx y PM con los limites, comparando con los límites de la Euro 1, los cuales eran bastante altos con valores de 0,16 (g/km) en el caso de PM y 1,2 (g/km) en el caso de los NOx, hasta llegar a la euro 6 donde se tiene límites máximos de emisiones de 0,005 (g/km) de PM y 0,80 (g/km) de NOx. Tomando en cuenta que hoy en día un vehículo de los años 70s u 80s contamina lo mismo que 10 vehículos fabricados en la última década, eso indica los progresos que se tuvieron en las diferentes cumbres sobre la contaminación en el planeta (Penabad, 2015).
Figura 2. Comparación de emisiones de NOx y Ppm Euro
(Agudo, 2015).
7
Las propiedades del diésel o gasoil en el caso del ecuatoriano como se observa en el anexo 1 se tiene que es el combustible más consumido en el país, no solo por automotores livianos, si no también pesados, maquinaria y termoeléctricas; al igual que el diésel colombiano, en el caso de la densidad entre ambos varia una centésima teniendo en el diésel ecuatoriano con 0,83
(Kg/ ) y el diésel colombiano 0,84 (Kg/ ) (INCOTEC, 2002) (INEN, 2012). Con respecto a la viscosidad, ambos combustibles tienen la misma
resistencia u oposición de fluir un centímetro cuadrado sobre una superficie
en los diferentes puntos por los que atraviesan para por ultimo llegar a ser
combustionados (INCOTEC, 2002), (INEN, 2012).
En el caso del diésel su punto de inflamación, por lo general se encuentra entre los 40 y 60 [°C], este es una medida de seguridad para su almacenamiento y su manejo, no tiene relación con el rendimiento térmico del motor (cochez, s.f.). El poder calorífico en el combustible, tanto ecuatoriano como el colombiano es de 9,98 kWh/l de poder calorífico inferior y de 10,18kWh/l de poder calorífico superior, este influye en el grado de condensación del agua en los gases de escape (Petromercado, s.f.). El número de cetano del combustible diésel es una propiedad muy importante ya que se utiliza para caracterizar la volatilidad y la fácil inflamación del diésel o gasoil durante el ciclo de combustión, guarda relación con el retraso a la ignición, es decir, mientras más elevado sea el número de cetano será menor el retraso a la ignición y mejora la calidad de la combustión, por el contrario mientras menor sea el número de cetano retrasa la ignición quemando los gases muy rápidamente, obteniendo altos índices de contaminación y disminución de la potencia, ruido excesivo, fatiga del motor, presiones muy elevadas, humo y problemas al arrancar el motor en frio. En dicho caso, el golpeteo del motor es muy tenue, pero el escape es negro y maloliente (Herrería, 2011). La calidad del índice de cetano se regula por las siguientes condiciones: Transferencia de calor para llevar el combustible inyectado en frío a su
temperatura de auto inflamabilidad. Temperatura de auto inflamabilidad que depende de la naturaleza del
carburante. Construcción del motor; inyección directa; precámera de combustión y
cámara de aire. También existen los aromáticos como propiedad del diésel tanto ecuatoriano como colombiano, estos son moléculas del diésel que contienen al menos un anillo de benceno, afectan la combustión y la formación de PMOs de las emisiones de hidrocarburos poli aromáticos. Este contenido de aromáticos influye en la temperatura de la flama y, en las emisiones de NOx durante la combustión (Emily, 2012). La acidez es la propiedad que clasifica a los crudos en agrios los que contienen azufre superior al 1%, también llamados corrosivos y dulces los que contengan azufre por debajo del 1%, se sabe que el azufre es un contaminante muy fuerte disminuye la calidad de los combustibles y en la combustión forman anhídrido sulfuroso que junto con el agua produce ácido sulfúrico muy diluido corroe fuertemente los tubos de escape y las chimeneas.
8
Los hidrocarburos son solubles entre sí en todas las proporciones, la
separación de los componentes puede llevarse a cabo con solventes
polares, como el dióxido de azufre, furfural y otros. En éstos, los aromáticos
se disuelven de manera más fácil que los parafínicos y nafténicos.
Por otro lado, los hidrocarburos de elevado peso molecular con los de
inferior peso molecular son miscibles en cierto grado; determinando que la
solución se sature provocando la precipitación del componente de mayor
peso (Mayorga, 2016).
La entropía en el diésel determina la parte de energía que no se utilizara
para producir el trabajo, de esta magnitud física parte el material particulado
porque no se quema todo el combustible.
Mientras que la entalpia es la cantidad de energía que se puede utilizar para
el intercambio con el entorno, es decir, es la energía que se utilizará en la
combustión para el movimiento del motor. (Lina, 2013)
La inyección en los motores diésel es muy importante para la reducción de contaminación en lo que se refiere a los gases de escape y opacidad, hay varios tipos de bomba de inyección diésel, cada una de ellas tiene diferente presión de inyección, al igual que las partes constitutivas que poseen unas de otras como se observa en la tabla 1.
Tabla 1. Clasificación de las bombas de inyección diésel.
Clasificación de las bombas de inyección
Tipos Características
Presión de
inyección
Potencia por
cilindro
Aplicación
Bomba en línea 550 - 950 20
Camiones ligeros y
medianos, tractores,
motores industriales.
Bomba rotativa
radial y axial 350 - 1700 25
Para vehículos con
motores que contengan
de 3 a 6 cilindros.
Inyector bomba
UIS 1600 – 2050 25 - 80
Para turismos con dos
unidades de control es
posible también número
mayor de cilindros.
Common Rail 1300 – 1400 30 – 200
Para vehículos con
motores que contengan
de 3 a 16 cilindros.
9
Para hablar de potencia en un motor diésel se empieza por el trabajo que se
realiza en el tiempo de expansión (W) durante el tiempo que dura todo el
ciclo (2 vueltas del cigüeñal en el caso de los motores de 4 tiempos), con
esto se utiliza la formula siguiente.
[4]
[5]
Reemplazando [1] en [2], se tiene.
[6]
[7]
Reemplazando en la fórmula de potencia, se tiene.
[8]
Dónde:
P: Potencia.
n: Número de moles del combustible.
Cv: Poder calorífico del combustible.
: Variación de la temperatura.
t: Tiempo.
Una vez obtenida la ecuación de potencia con relación al diésel sea este
ecuatoriano o colombiano, también se debe tener en cuenta la potencia que
el motor envían con los diferentes combustibles hacia las ruedas, pero para
comenzar obligatoriamente se debe calcular el par motor con la siguiente
formula.
[9]
Dónde:
T: Torque o par.
F: Fuerza de empuje a los cilindros
d: Distancia al eje geométrico de giro del árbol del cigüeñal.
Luego con la fórmula de velocidad angular.
[10]
Dónde:
N: Son las RPM del motor.
Y con la fórmula de potencia:
10
[11]
Dónde:
P: Es la potencia
M: Es el par motor
: Es la velocidad angular
Se podrá calcular la potencia en la rueda.
Se detectaran errores porcentuales que se podrán calcular con la siguiente
formula.
[12]
Para realizar las pruebas se necesitará un equipo que mida la cantidad de
humo de los gases de escape de los motores diésel. El opacímetro tiene 3
componentes importantes dentro de su estructura en la cámara de medición,
el analizador y un terminal portátil.
Por medio de un tubo y una manguera se conecta al escape con la cámara
de medición, los gases de escape ingresan y mediante un sensor que mide
la interfaz de luz calcula la densidad de las partículas. El tubo contiene una
fuente de luz en un extremo y un receptor en el otro el cual analiza cuando
no encuentra algún tipo de variación en su interfaz la intensidad de luz no se
ve afectada, las características del opacímetro se puede observar en el
anexo 4.
Los medidores de opacidad existentes son de dos tipos según los principios
que se usen para las medidas.
Medidores por extinción, Como quiera que la pérdida de luminosidad a lo
largo de un haz de luz que atraviesa el aire ambiente en un túnel es muy
pequeño, el recorrido S del haz luminoso ha de ser de decenas incluso
centenares de metros para producir una diferencia medible entre Io e I y
dado que la opacidad del aire en un túnel no es homogénea.
Medidores por dispersión, La extinción de la luz se debe en su mayor parte a
la dispersión de la luz que se produce al impactar la luz en las partículas de
polvo. En la figura se observa la dispersión de la luz al impactar sobre un
obstáculo. La mayor parte de la luz se desvía hacia adelante con máximos
entre 10º y 35º (dispersión progresiva). La dispersión tiene una relación
conocida con respecto a la extinción lo que permite calibrar ambos sistemas
en extinción. Los equipos por dispersión suelen trabajar por muestreo.
Aspiran aire ambiente que envuelto exteriormente en una capa de aire
“limpio total” pasa por la célula de medida en la cual se mide la dispersión de
la luz. Los equipos basados en la medición de la dispersión si bien son
medidores puntuales, tienen la ventaja frente a los de extinción que
11
suministra directamente el valor correspondiente a la opacidad del aire
muestreado y no un valor medio integrado a lo largo de algún centenar de
metros.
Este valor puede ser entregado como porcentaje de Opacidad (siendo 100%
totalmente nublado y 0% totalmente claro) o como un número equivalente
denominado valor k (Adaxial, 2011).
Un banco dinamométrico, es una pieza de equipo usado para poner a
prueba el poder en el motor de un vehículo. Dinamómetros normalmente se
utilizan para medir cuánto peso puede transportar un motor sin averías.
También se utilizan para medir aspectos tales como RPM (revoluciones por
minuto) y la aceleración. Fundamentos dinamómetros vienen en diferentes
tamaños y medir el poder de un motor a través de diferentes métodos. Un
tipo se fija directamente a un motor, mientras que el otro es un pedazo más
grande de la maquinaria que se coloca debajo de las ruedas de un vehículo.
Ambos tipos de dinamómetros están conectados a los ordenadores que
proporcionan una lectura de la potencia total del motor.
Dinamómetros que se adjunta a un motor se hacen así que después de que
el motor haya sido retirado de un vehículo. Según wordiq.com, estos tipos de
dinamómetros "miden la potencia y el par motor directamente desde el
cigüeñal de un motor”.
Hay dos tipos principales de dinamómetros, y la diferencia entre ellos es que
sirven para probar potencia en el motor o de chasis. Ensayo de investigación
y desarrollo Su objetivo es el desarrollo de un motor o de alguno de sus
componentes, o bien el análisis de alguno de los procesos que tiene lugar en
el mismo. Par motor Potencia desarrollada Presión Media efectiva Potencia
absorbida por rozamiento Con el objeto de investigar el desarrollo de los
fenómenos físicos y químicos Consumo de combustible Rendimientos
Perdidas de calor Ensayo de Producción. Esta área podría ser considerada
como de mantenimiento, ya que su objetivo es de realizar pruebas en los
motores ya fabricados en serie. Estos ensayos sirven para controlar que las
características de un motor con tiempo de vida útil correspondan a las
características del prototipo. Otro tipo de dinamómetro son los
dinamómetros del motor que son a menudo simplemente un elemento de un
sistema más grande de diagnóstico conocido como un banco de pruebas del
motor. Utilizado principalmente por los fabricantes de automóviles y motores.
Se utilizan para determinar los números de las especificaciones finales que
se ponen a través de los canales oficiales, cuando un auto nuevo se da a
conocer. Un banco de pruebas del motor trabaja a través de sensores
electrónicos colocados en diferentes partes del propio motor, y que detectan
y traducen la producción en unidades de medición comunes, como caballos
de fuerza. Otro tipo de dinamómetro son los dinamómetros de chasis que
consta de una rampa y la plataforma sobre la cual se coloca un auto, y
cuenta con rodillos debajo de las ruedas motrices que les permiten girar el
vehículo y mantenerlo seguro en todo momento. La mayoría de los
12
dinamómetros tienen solo un par de estos rodillos, lo que significa que los
vehículos de tracción en las cuatro ruedas no se pondrían a prueba
correctamente. Para estos vehículos, un banco de pruebas especial debe
ser utilizado. Los rodillos sobre un dinamómetro de chasis o bien pueden
ejercer una fuerza de resistencia contra las ruedas para medir la potencia, o,
en su lugar, se permiten aproximar las fuerzas que un vehículo puede
generar cuando se acelera sobre una superficie plana. Estos diseños son
conocidos como dinamómetros de freno y dinamómetros de inercia
(Almeida, s.f.).
En un banco de pruebas pueden utilizarse diferentes tipos de dinamómetro
según la aplicación. En ocasiones el usuario posee diferentes alternativas en
cuanto a la tecnología que puede emplear. Se compara estas alternativas
para ayudar a decidir qué tipo de dinamómetro se adapta mejor a la
aplicación.
Para el dinamómetro de chasis.
Ventajas
Rapidez para el montaje y desmontaje del vehículo.
Permite ensayar muchos vehículos en poco tiempo o muchos cambios en
poco tiempo (rolos).
Mide la potencia efectiva que llega al piso
Mide al mismo tiempo motor y transmisión
Es posible estimar, aunque con baja exactitud, el desempeño de la
transmisión por separado (ensayo de desaceleración).
Desventajas.
Muy impreciso si se desea medir la potencia del motor, ya que es
imposible determinar las pérdidas reales entre motor y ruedas.
Sin un dinamómetro acoplado es difícil de calibrar.
Influencia de los componentes del vehículo en el resultado de la medición
(en rolos sin dinamómetro).
Costo elevado respecto a un dinamómetro de motor.
Requiere de mayor superficie de taller para su instalación.
Mayor dificultad para insonorizar.
Y con la ayuda de un dinamómetro el cual sirve para obtener las curvas de
potencia, par, consumo específico de combustible de un vehículo, se medirá
también la opacidad en la potencia máxima del vehículo y de igual manera
se realizará la misma medición en el torque máximo.
Para el dinamómetro de motor.
Ventajas.
Se mide sólo el motor, sin influencia de otros elementos de transmisión (a
menos que se incorpore algún tipo de transmisión).
Homologables bajo normas.
Puede ensayarse el motor en condiciones muy controladas (temperatura
de refrigerante controlada, alternador, arranque y otros subsistemas
desmontados).
13
Desventajas
Es necesario desmontar el motor para su ensayo, por lo que requiere una
infraestructura externa al vehículo (suministro de combustible, arranque,
encendido, cableado y ECU en el caso de inyección electrónica, cable de
acelerador, sistema de refrigeración del motor).
Sólo brinda información del motor, lo cual puede ser una desventaja para
algunas aplicaciones.
2. METODOLOGÍA
14
2. METODOLOGÍA
En el presente estudio se analizó las emisiones de gases y opacidad producidos por un motor diésel con combustible ecuatoriano y colombiano, tomando en cuenta el protocolo normalizado para las mediciones, en ese aspecto se enfocó en el nivel porcentual de la opacidad, el cual, es el objetivo del siguiente estudio. Se utilizó un vehículo con motor diésel para la realización de las pruebas, este vehículo fue seleccionado para realizar varias investigaciones con los mismos combustibles. Con los 2 tipos de combustibles, y como se observan en los anexos 1 y anexo 2 se determinaron las propiedades de cada uno y su influencia en la combustión y por consecuencia en sus emisiones de gases y opacidad comparando con las normas antes planteadas y se observó que ambos cumplen con las características de su país. Para medir correctamente la opacidad se utilizó las normas ecuatorianas y colombianas, en el caso de la ecuatoriana se trabajó con norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2 207:2002 y la norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2 202:2000 como se muestran en el anexo 8. Con estas guías se pudo comenzar a realizar las mediciones en lo que respecta al combustible diésel ecuatoriano y colombiano ya que la norma técnica colombiana ICONTEC 4231 como se indica en el anexo 9, que de igual manera habla de la determinación de la opacidad de los motores a diésel con el método de aceleración libre también se pudo realizar las pruebas con el combustible colombiano. Para las mediciones de opacidad en la potencia y torque máximo se realizó procedimientos teóricos previos utilizando el dinamómetro ya establecido. Trabajando con la norma técnica ecuatoriana INEN 960 como se indica en el anexo 10, se realizaron pruebas parciales de torque y potencia en el vehículo con cada uno de los combustibles, y al obtener las mediciones máximas se realizó una prueba de opacidad y se obtuvieron resultados parciales. Para realizar las pruebas de opacidad con el método de aceleración libre se tomó en cuenta las normas previamente establecidas, utilizando el combustible ecuatoriano y el colombiano, se comenzó con el diésel ecuatoriano el cual ya se encontraba utilizado en el vehículo para realizar las pruebas, se procedió a medir su opacidad según las normas y siguiendo los respectivos procesos se empezó a obtener resultados parciales, de la misma manera se realizó con el combustible colombiano una vez que se vació por completo el tanque de combustible con el diésel ecuatoriano, se procedió a medir la opacidad del humo de escape con el combustible colombiano y también se obtuvieron resultados parciales, para realizar estas mediciones se utilizó los equipos antes mencionados. Con los resultados parciales de las pruebas de opacidad realizadas a potencia y torque máximo, se realizó un análisis comparativo entre los 2 tipos de combustible, luego también se realizó un análisis comparativo entre los métodos utilizados para las mediciones. Para este análisis se necesitó de un opacímetro modelo 5Y de la marca L&T Mechanical & Electrical Equipment Co. Ltd. certificado por la ISO9001:2008 y habilitado para el uso en estudios de opacidad como se observa en el
15
anexo 4, el cual dentro de su sistema electrónico de medición de la interfaz de luz utilizo la ecuación 1 y 3. También se utilizó un dinamómetro automotriz de chasis modelo 2WD Dyno X del fabricante Dynocom Industries de la Universidad Internacional del Ecuador, dentro del cual se utilizó la ecuación 8 y 9. Para todas estas actividades se necesitó materiales herramientas como Juego de rachas, Juego de llaves, desarmador plano y estrella, Playo de presión, arneses de seguridad para sujetar las correas al vehículo, correas de seguridad para sujetar el vehículo al suelo.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la presente sección se muestran todos los datos recolectados en los
análisis efectuados en el taller automotriz de la Universidad Internacional
del Ecuador en agosto de 2016, utilizando el opacímetro y un dinamómetro
se analizó y comparó la coloración del humo de gases de escape de cada
uno de los combustibles con la potencia y torque máximo, tanto del
ecuatoriano como el colombiano con el fin de determinar cuál será el
combustible más opaco o contaminante.
3.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL VEHÍCULO UTILIZADO EN LAS PRUEBAS
Como se indicó en la metodología se utilizará un vehículo con motor diésel de la marca Kia modelo K3000, con las especificaciones vistas en la tabla 2, esto se determinó porque el vehículo se utilizó para varias pruebas con los mismos combustibles.
Tabla 2. Especificaciones técnicas Camión K3000.
Marca Kia
Modelo K3000
Tipo de cuerpo Camión con cabina estándar
Año de fabricación 2015
Potencia Máxima 84HP @ 4000
Torque Máximo 182Nm @ 2200
Número de cilindros 4 en línea
Número de válvulas 8
Tipo de distribución OHV
Cilindrada 2956 cc
Diámetro x Carrera del pistón 98.00 mm x 98.00 mm
Alimentación Atmosférico
Trasmisión Manual de 5 velocidades 2WD
Peso bruto vehicular 3.59 kg
Capacidad de carga 2,5 Ton
Capacidad del tanque de
combustible 60 lt
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En la figura 3 se observa al vehículo utilizado para las diferentes pruebas de
que se realizó con los diferentes combustibles en la Universidad
Internacional del Ecuador.
Figura 3. Camión Kia K3000
(KIA, 2015).
3.2. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD DEL VEHÍCULO CON COMBUSTIBLE DIÉSEL ECUATORIANO EN EL DINAMÓMETRO.
Antes de realizar la prueba se debe seguir el siguiente procedimiento, además en el anexo 7 se puede observar el procedimiento para la preparación de los equipos a utilizar. Revisar que el sistema de escape se encuentre en buenas condiciones,
sin salidas adicionales que no consten en el diseño original del vehículo. Verificar los niveles de líquidos que se encuentren dentro de los
parámetros que exige el fabricante. Encender el motor. Colocar el vehículo sobre el dinamómetro a utilizar. Revisar que la temperatura de operación sea la adecuada.
18
Colocar en posición de neutro a la transmisión del vehículo en caso de ser manual, o en parking (P) en caso de tener transmisión automática.
Acelerar el vehículo hasta su potencia máxima, con el fin de limpiar el sistema de escape, se recomienda realizar esta operación en 2 ocasiones.
Colocar la sonda del opacímetro en la salida del tubo de escape. Preparar el dinamómetro para la medición. Acelerar el vehículo a la potencia máxima según el fabricante (4000
RPM), este proceso realizarlo mínimo en 3 ocasiones. Acelerar el vehículo al torque máximo según el fabricante, para este
vehículo será a 2200 RPM, de la misma manera realizar este proceso mínimo 3 veces.
El vehículo se encuentra posicionado para realizar las pruebas que sean necesarias, tal como se observa en la figura 4.
Figura 4. Conexión de equipos de medición con el vehículo Kia K3000.
3.2.1. POTENCIA Según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 960 que habla sobre la determinación de la potencia y torque de un motor en un dinamómetro; se realizó las pruebas de potencia máxima en HP cumpliendo con los parámetros básicos que exige la norma. El vehículo consta con encendido eléctrico. El sistema de inyección está según lo estipula el fabricante. Utilizar el equipo de medición de humo acorde sea necesario. Los resultados se dieron como se muestra en la figura 5.
19
Figura 5. Medición experimental de torque y potencia.
Obteniendo los siguientes resultados vistos en la tabla 3.
Tabla 3. Valores de potencia máxima en HP.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 51,95 50,75 50,28 50,99
2200 56,00 57,66 56,99 56,88
2400 61,34 60,29 60,21 60,61
2600 62,35 64,36 62,49 63,07
2800 63,36 67,05 63,83 64,75
3000 64,71 67,85 65,62 66,06
3200 65,38 67,12 66,91 66,47
3400 66,72 67,03 69,06 67,60
3600 68,06 68,50 69,19 68,58
3800 66,03 66,78 64,63 65,81
4000 52,64 60,34 54,98 55,99
(Mayorga, 2016).
20
En la figura 6 se observa las curvas de potencia máxima a la que llegó el motor del vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, obteniendo su potencia máxima a 3600 RPM el valor de 68,58 HP en promedio, se obtuvo un dato curioso el cual es que la potencia máxima no se obtuvo a las 4000 RPM como indica el fabricante si no a los 3600 RPM, esto se da porque la pruebas realizadas por el fabricante son a nivel del mar o a alturas que no superan los 1000 metros sobre el nivel del mar, en cambio este estudio se realizó en la ciudad de Quito ubicado a 2800 metros sobre el nivel del mar, y como es de conocimiento los vehículos que trabajan en la altura disminuyen su eficiencia de trabajo.
Figura 6. Curvas de Potencia.
Al alcanzar la potencia máxima se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación obteniendo en promedio los siguientes resultados vistos en la tabla 4.
Tabla 4. Potencia vs. Opacidad.
Prueba 1 Opacidad
1 Prueba 2
Opacidad 2
Prueba 3 Opacidad 3 Opacidad
media
68,06 43% 68,5 41% 69,19 42,60% 42%
En la figura 7 se puede observar la potencia máxima del motor vs. la opacidad medida del combustible ecuatoriano.
Potencia
máxima
21
Figura 7. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible ecuatoriano.
3.2.2. TORQUE Se realizó la prueba de torque experimental máximo en Nm en el vehículo que se indica en la metodología y siguiendo las normas ya planteadas para la medición correcta con valores reales, de la misma manera se realizó el proceso previamente estipulado en potencia, tomando en cuenta que en la misma prueba se realizó las de torque también, con la diferencia que el equipo de medición en esta ocasión se lo utilizó en su torque máximo es decir a 2200 RPM, las curvas resultantes que se obtuvieron se muestra en la figura 8.
Figura 8. Medición experimental de torque y potencia.
22
Obteniendo los siguientes resultados que se observan en la tabla 5.
Tabla 5. Valores de torque máximo en Nm.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 180,13 184,60 179,56 181,43
2200 182,84 184,90 187,10 184,95
2400 178,65 176,73 180,31 178,56
2600 165,72 162,47 170,40 166,20
2800 159,67 162,13 156,49 159,43
3000 147,98 148,69 148,67 148,45
3200 150,34 141,58 145,87 145,93
3400 141,63 140,80 142,34 141,59
3600 140,37 136,98 139,87 139,07
3800 120,82 122,45 120,78 121,35
4000 98,69 113,73 99,70 104,04
(Mayorga, 2016).
En la figura 9 se observa las curvas de torque máximo que alcanzó el vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, el torque máximo del motor del vehículo es a 2200 RPM obteniendo un valor de 184,95 Nm, siendo mayor a diferencia de lo que el fabricante muestra que es de 182 Nm a las mismas 2200 RPM.
Figura 9. Curvas de Torque.
Torque
máximo
23
De la misma manera se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación en su torque máximo a 2200 RPM, se realizó varias pruebas para obtener en promedio los siguientes resultados que se observan en la tabla 6.
Tabla 6. Torque (Nm) vs. Opacidad (%).
Prueba 1 Opacidad 1 Prueba 2 Opacidad 2 Prueba 3 Opacidad 3 Opacidad Media
182,84 40,30% 184,9 42,70% 187,1 39,20% 40,73%
Según la figura 10 la opacidad disminuye en el torque del vehículo en
comparación con la potencia, esto sucede porque el motor no está
trabajando a altas revoluciones, su régimen de trabajo no es tan alto como la
potencia y por ende su nivel de opacidad en promedio es menor.
Figura 10. Torque máximo vs. Opacidad con combustible ecuatoriano.
3.3. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE OPACIDAD DEL VEHÍCULO CON COMBUSTIBLE DIÉSEL COLOMBIANO EN EL DINAMÓMETRO.
3.3.1. POTENCIA Según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 960 que habla sobre la determinación de la potencia y torque de un motor en un dinamómetro; para
24
el proceso de pruebas con el combustible colombiano, se siguió el mismo procedimiento del combustible ecuatoriano. El vehículo consta con encendido eléctrico. El sistema de inyección está según lo estipula el fabricante. Utilizar el equipo de medición de humo acorde sea necesario. La única diferencia en este proceso es que se desmonto el tanque de combustible del vehículo para vaciarlo por completo. Desmontar del tanque de combustible para cambiar el diésel ecuatoriano
por el colombiano. El procedimiento de medición de la potencia según la norma técnica colombiana es similar a la norma ecuatoriana, es por eso que no se cita la norma colombiana, esto bajo la tutoría y comprobación del director de tesis. En la figura 11 se muestra la prueba realizada en el dinamómetro.
Figura 11. Resultado experimental potencia máxima.
25
Se realizó la prueba de potencia máxima obteniendo los valores que se observan en la tabla 7.
Tabla 7. Valores de potencia máxima en HP.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 53,64 52,29 51,62 52,52
2200 60,34 58,66 57,39 58,80
2400 65,71 64,33 62,26 64,10
2600 66,48 67,05 67,15 66,89
2800 71,41 68,02 67,85 69,09
3000 73,41 69,45 67,66 70,17
3200 75,55 71,78 70,94 72,76
3400 77,98 75,39 75,85 76,41
3600 79,43 77,21 78,56 78,40
3800 75,05 73,12 75,81 74,66
4000 71,68 67,34 66,44 68,49
(Mayorga, 2016).
En la figura 12 se observa las curvas de potencia máxima a la que llego el vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, obteniendo su potencia máxima a 3600 RPM el valor de 78,40 HP. De la misma manera se observa que la potencia máxima se obtuvo a las 3600 RPM, esto en similar se obtuvo con el combustible ecuatoriano, afirmando la teoría que la altura de la ciudad de Quito influyó sobre las pruebas realizadas con los diferentes combustibles obteniendo en este caso una mayor potencia que el combustible colombiano.
Figura 12. Curvas de potencia.
Potencia
Máxima
26
Al alcanzar la potencia máxima se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación en su potencia máxima obteniendo en promedio los resultados que se indican en la tabla 8.
Tabla 8. Potencia (HP) Vs. Opacidad (%).
Prueba 1 Opacidad 1 Prueba
2 Opacidad 2 Prueba 3 Opacidad 3
Opacidad Media
79,43 40,60% 77,21 37,90% 78,58 39,70% 39,40%
En la figura 13 se observa la potencia vs. la opacidad con el combustible colombiano, y existe un leve incremento de potencia, así mismo existe una disminución del porcentaje de opacidad, esto por las propiedades del combustible.
Figura 13. Potencia máxima vs. Opacidad con combustible colombiano.
3.3.2. TORQUE Se realizó la prueba de torque experimental máximo en Nm. Obteniendo los siguientes resultados expresados en la tabla 9.
27
Tabla 9. Valores Torque máximo en Nm.
Rpm Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Promedio
2000 183,42 182,12 182,53 182,69
2200 196,00 188,43 192,41 192,28
2400 183,10 193,20 195,60 190,63
2600 171,64 188,39 190,31 183,45
2800 169,23 176,87 185,44 177,18
3000 168,98 161,82 171,72 167,51
3200 160,23 160,14 167,23 162,53
3400 159,21 147,98 162,10 156,43
3600 145,49 142,10 151,21 146,27
3800 125,62 123,80 136,55 128,66
4000 105,70 107,56 105,72 106,33
(Mayorga, 2016).
En la figura 14 se observa las curvas de Torque máximo que alcanzo el vehículo Kia K3000 en 3 distintas pruebas, el torque máximo del motor es en 2200 RPM obteniendo un valor de 192,28 Nm, registrando un ligero aumento en comparación al Torque con el combustible Diésel ecuatoriano.
Figura 14. Curvas de torque.
Torque
Máximo
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De la misma manera se realizó una prueba de opacidad para determinar su nivel de contaminación en su torque máximo obteniendo los resultados vistos en la tabla 10.
Tabla 10. Torque (Nm) vs. Opacidad (%).
Prueba 1 Opacidad 1 Prueba 2 Opacidad 2 Prueba 3 Opacidad 3 Opacidad
Media
196 37,90% 188,43 35,40% 192,41 36,70% 36,67%
Según la figura 15 la opacidad disminuye pero el torque del motor ser mantiene al valor del fabricante. Además, el torque aumenta con relación al combustible diésel ecuatoriano.
Figura 15. Torque máximo vs. Opacidad combustible colombiano.
3.4. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE
ECUATORIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN
LIBRE.
Según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2 202:2002, y cumpliendo con
los procedimiento contemplados en la misma, se determinó el porcentaje de
opacidad de las emisiones en el sistema de escape.
Para proceder a la medición se utilizó el protocolo ya establecido
anteriormente.
29
Se aplicó la aceleración libre, haciendo que el vehículo sea acelerado a sus máximas revoluciones por minuto y luego que el motor regrese a ralentí por sí mismo, esta prueba se realizó 6 veces, obteniendo en promedio los resultados tabulados en la tabla 11.
Tabla 11. Opacidad 1 - Combustible ecuatoriano.
Pruebas Ecuatoriano
Prueba 1 42,60%
Prueba 2 37,80%
Prueba 3 39,40%
Opacidad 1 39,93%
En la figura 16 se indica la primera medición de opacidad con el combustible ecuatoriano por el método de aceleración libre.
Figura 16. Opacidad 1 del combustible ecuatoriano.
30
En la tabla 12 se muestra el promedio de la segunda prueba de opacidad realizada con el combustible ecuatoriano.
Tabla 12. Opacidad 2 combustible ecuatoriano.
Pruebas Ecuatoriano
Prueba 1 44,20%
Prueba 2 38,60%
Prueba 3 37,80%
Opacidad 2 40,20%
En la figura 17 se indica la segunda medición de opacidad con el combustible ecuatoriano.
Figura 17. Opacidad 2 del combustible ecuatoriano.
Se puede observar las opacidades en cada prueba con el combustible
ecuatoriano en el vehículo Kia K3000, la variación entre los valores se da
básicamente por el calentamiento del vehículo, no existe una diferencia
significativa entre ambos valores, se realizó 2 pruebas para tener un valor
más real de la opacidad de emite el vehículo.
31
3.5. PRUEBAS REALIZADAS CON EL COMBUSTIBLE COLOMBIANO POR MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE.
Aplicando las normativas colombiana ICONTEC 4231 y norma ecuatoriana INEN 2202, se procedió con el proceso ya planteado para la medición y se determinó los siguientes datos vistos en la tabla 13.
Tabla 13. Opacidad 1 Combustible colombiano.
Pruebas Colombiano
Prueba 1 35,20%
Prueba 2 35,80%
Prueba 3 33,60%
Opacidad 1 34,87%
En la figura 18 se observa las mediciones de opacidad obtenidos en la prueba de opacidad con el combustible colombiano.
Figura 18. Opacidad 1 del combustible colombiano.
En la tabla 14 se observa los valores promedio de la segunda prueba de opacidad en el combustible colombiano.
32
Tabla 14. Opacidad 2 Combustible colombiano.
Pruebas Colombiano
Prueba 1 36,30%
Prueba 2 37,60%
Prueba 3 34,60%
Opacidad 2 36,17%
En la figura 19 se observa la opacidad del combustible sufre una variación que no representa mayor diferencia con la opacidad 1.
Figura 19. Opacidad 2 del combustible colombiano.
Un análisis previo entre los combustibles diésel ecuatoriano y colombiano,
es que el colombiano a simple análisis es más eficiente que el combustible
ecuatoriano.
33
3.6. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS A LOS COMBUSTIBLES DIÉSEL ECUATORIANO Y COLOMBIANO EN EL DINAMÓMETRO.
En la tabla 15 se observa las medias resultantes de potencia de las pruebas realizadas con los combustibles diésel ecuatoriano y diésel colombiano.
Tabla 15. Potencias medias combustibles ecuatoriano y colombiano.
Diésel Ecuatoriano en HP Diésel colombiano en HP
50,99 52,52
56,88 58,8
60,61 64,1
63,07 66,89
64,75 69,09
66,06 70,17
66,47 72,76
67,6 76,41
68,58 78,4
65,81 74,66
55,99 68,49
En la figura 20 se observa las curvas de potencia media de cada combustible, que como datos se tiene del combustible ecuatoriano 68,58 HP y del colombiano 78,4 HP, estos valores se obtuvieron a 3600 RPM.
Figura 20. Curvas de potencia promedio de combustible Diésel ecuatoriano y colombiano.
34
El vehículo teóricamente tiene una potencia de 84 HP a 4000 RPM según indica el fabricante, obteniendo cierto porcentaje de error que se lo calculó con la fórmula [12] y de la siguiente manera. 3.6.1. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE POTENCIA
3.6.1.1. Combustible ecuatoriano.
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el
fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
Existe un error entre el valor teórico y experimental del 18,36% en el
combustible diésel ecuatoriano.
3.6.1.2. Combustible colombiano.
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el
fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
También se obtuvo un error entre el valor teórico y valor experimental en
este caso de 6,67%, aproximadamente la tercera parte del error en
comparación con el combustible ecuatoriano.
Esto se debe a que la potencia del motor con el combustible colombiano es
mayor que la potencia con el combustible ecuatoriano, también la diferencia
que existe entre el valor experimental de la potencia con el combustible
colombiano versus la potencia que obtuvo el fabricante se da por varias
razones, la que más influyo es la altura sobre el nivel del mar a la que se
realizó este estudio y la del fabricante, al ser un vehículo fabricado en Corea
del Sur sus estándares de medición se encuentran a nivel del mar.
Con los valores de potencia máxima se determinó la opacidad de los gases
de escape de cada uno de los combustibles, obteniendo como resultados los
valores que se observan en la tabla 16.
35
Tabla 16. Potencia media y opacidad media combustible diesel ecuatoriano y colombiano.
Potencia media Opacidad media Potencia media Opacidad
media
68,58 HP 42% 78,4 HP 39,40%
En la tabla 17 se observan los límites de potencia que alcanzan los combustibles ecuatorianos y colombianos calculados previamente.
Tabla 17. Límites de potencia en HP.
Diésel Potencia media Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 68,58 74,00 80,94 67,06
Colombiano 78,40 74,00 80,94 67,06
En la figura 21 se muestra a la potencia dentro de los límites de control calculados previamente.
Figura 21. Control de potencia (HP).
Los límites de la opacidad que se registran en la tabla 18 se basan en la potencia máxima del vehículo Kia K3000.
Tabla 18. Límites de opcidad.
Diésel Opacidad Media Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 42,00% 41,00% 42,84% 39,16%
Colombiano 39,40% 41,00% 42,84% 39,16%
36
En la figura 22 se muestra la opacidad calculada dentro de los límites de control, observando que ninguno de los datos previamente calculados se excede de los límites establecidos previamente.
Figura 22. Control de opacidad.
En el caso del torque en la tabla 19 se observa las medias resultantes de las pruebas realizadas con los combustibles diésel ecuatoriano y diésel colombiano.
Tabla 19. Torque medio con combustibles ecuatoriano y colombiano en Nm.
Diésel ecuatoriano Diésel colombiano
181,43 182,69
184,95 192,28
178,56 190,63
166,2 183,45
159,43 177,18
148,45 167,51
145,93 162,53
141,59 156,43
139,07 146,27
121,35 128,66
104,04 106,33
37
En la figura 23 se observa las curvas de torque medio de cada combustible, que como datos se tiene del combustible ecuatoriano 184,95 Nm y del colombiano 192,28 Nm, estos valores se obtuvieron a 2200 RPM.
Figura 23. Curvas de Torque promedio de combustible Diésel ecuatoriano y colombiano.
El vehículo teóricamente tiene un torque de 182 Nm a 2200 RPM según indica el fabricante, obteniendo cierto porcentaje de error que se lo calculó con la fórmula [12]. 3.6.2. CÁLCULOS DEL PORCENTAJE DE ERROR DE TORQUE 3.6.2.1. Combustible ecuatoriano
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el
fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
Existe un error entre el valor teórico y experimental del 1,62% obteniendo
mayor torque en el combustible diésel ecuatoriano.
3.6.2.2. Combustible colombiano
Se determinó el porcentaje de error entre el valor teórico otorgado por el
fabricante y el valor experimental que se obtuvo en las pruebas realizadas.
38
También se obtuvo un error entre el valor teórico y valor experimental en
este caso de 5,65%, obteniendo experimentalmente un mejor torque con el
combustible colombiano.
La diferencia que existe entre los torques resultantes es porque el
combustible diésel colombiano posee un torque mayor que el combustible
diésel ecuatoriano, por tal motivo el error en el combustible colombiano será
mayor al error que se obtuvo con el combustible ecuatoriano, todo esto
comparado con el torque teórico del fabricante.
Esto se debe a que el torque del motor que se encuentra con el combustible
colombiano es mayor que el torque de motor que se encuentra con el
combustible ecuatoriano, determinando y confirmando la eficiencia del
combustible colombiano, la diferencia que existe entre el valor experimental
del torque con el combustible colombiano versus el torque que obtuvo el
fabricante se da por varias razones, y de igual manera hacemos un énfasis
que en lo que más influyó en la medición, en este caso el torque es la altura
sobre el nivel del mar a la que se realizó este estudio que es a los 2800
metros que se encuentra ubicada la ciudad de Quito, mientas la altura del
fabricante, al ser un vehículo fabricado en Corea del Sur sus estándares de
medición se encuentran a nivel del mar.
Con los valores de las pruebas realizadas a torque máximo tanto con el
ecuatoriano como con el combustible colombiano se determinó la opacidad
de los gases de escape de cada uno de los combustibles, obteniendo como
resultados promedio los valores vistos en la tabla 20.
Tabla 20. Torque medio y opacidad media combustible diésel ecuatoriano y colombiano.
Diésel ecuatoriano Diésel colombiano
Torque medio Opacidad media Torque medio Opacidad media
184,95 40,73% 192,28 36,67%
39
En la tabla 21 se observan los límites de torque que alcanzan los combustibles ecuatorianos y colombianos.
Tabla 21. Límites de torque (Nm).
Diésel Torque medio
Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 184,95 189,00 194,18 183,82
Colombiano 192,28 189,00 194,18 183,82
En la figura 24 se observa el torque promedio que no excede los límites
establecidos previamente calculados.
Figura 24. Control de torque.
Los límites de la opacidad que se registran en la tabla 22 se basan en el torque máximo del vehículo Kia K3000.
Tabla 22. Límites de opacidad.
Diésel Opacidad Media Promedio LSC LIC
Ecuatoriano 40,73% 39,00% 41,87% 36,13%
Colombiano 36,67% 39,00% 41,87% 36,13%
40
En la figura 25 se observa a la opacidad que depende del torque no sobrepasar los límites establecidos previamente.
Figura 25. Control de opacidad.
3.7. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS A LOS COMBUSTIBLES DIÉSEL ECUATORIANO Y COLOMBIANO POR EL MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE.
En la tabla 23 se muestran los datos de las pruebas realizadas en el vehículo Kia K 3000 en el cual se obtuvieron los siguientes resultados promedios entre los combustibles diésel ecuatoriano y diésel colombiano.
Tabla 23. Opacidades del combustible ecuatoriano y colombiano.
Ecuatoriano Colombiano
Opacidad total 40,07% 35,52%
Comparando los valores y según la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2 207 que habla sobre límites permitidos de emisiones en motores diésel, ambos combustibles analizados aprobarían la revisión técnica vehicular solamente
41
en Ecuador, ya que la opacidad máxima para este vehículo es de 50% como se indica en la tabla 24.
Tabla 24. Límite máximo de opacidad norma ecuatoriana.
Año de fabricación Opacidad (%)
2000 y posteriores 50
1999 y anteriores 60
(INEN, 2001).
Mientras que en la República de Colombia, según ordenanza municipal de la ciudad de Bogotá, su capital, la opacidad es muy alta según su normativa tal como se explica en la tabla 25.
Tabla 25. Límite máximo de opacidad norma colombiana.
Año modelo Opacidad (%)
1970 y anterior 50
1971 - 1984 26
1985 - 1997 24
1998 - 2009 20
2010 y posterior. 15
Y como se puede observar en la figura 26, el motor con el combustible diésel
colombiano tiene una opacidad menor con un valor de 35,52%, y con
respecto al motor con el combustible diésel ecuatoriano que obtuvo un valor
de 40,07% de opacidad del mismo vehículo.
42
Figura 26. Opacidades resultantes.
Existen varios factores para esta variación de opacidad entre los 2 tipos de
combustible, empezando que el contenido de azufre del colombiano es
menor con un valor de 0,005% en una unidad de masa, mientras que el
combustible diésel ecuatoriano contiene 0,05% en una unidad de masa,
obteniendo así un aumento en la opacidad en el caso del diésel ecuatoriano
pero dentro de sus límites con respecto a su norma que como se explica en
la tabla 24 cumple con la revisión técnica vehicular.
En el caso del combustible colombiano al tener menor cantidad de azufre en
su combustible, su opacidad será menor, esto es porque su normativa exige
que se use la Euro lV, es por eso que su opacidad debe ser menor al 15%
como se indica en la tabla 25.
Haciendo una comparación entre el método de medición en el dinamómetro y el método de aceleración libre, según las tablas 16 de potencia, 20 de torque y 23 de aceleración libre, se determinó que la opacidad tiene una variación entre sí, se calculó el promedio de opacidad entre la potencia y torque del diésel ecuatoriano y colombiano obtenidos en el dinamómetro y de la misma manera se realizó con el método de aceleración libre entre ambos combustibles, esto para determinar en qué medición se obtuvo mayor opacidad, los valores se muestran en la tabla 26.
Tabla 26. Medias de las mediciones en el dinamómetro y método de aceleración libre.
Dinamómetro
Aceleración Libre
40% 37,80%
Y como se observa en el la figura 27, la prueba de medición de opacidad realizada en el dinamómetro obtuvo un 39,70% de opacidad, mientras que la
43
prueba de opacidad por el método de aceleración libre obtuvo 37,80%. Con una diferencia del 1,9% que se asumió se dio es por el régimen de trabajo de la transmisión al momento de medir la opacidad en el dinamómetro.
Figura 27. Comparación de opacidad en el dinamómetro vs. opacidad método de
aceleración libre.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
44
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. CONCLUSIONES Se determinó que el combustible colombiano es más eficaz en potencia
con (78,4 HP) y torque (192,28 Nm).
Se concluyó que el funcionamiento del motor del vehículo tuvo un mejor
funcionamiento con el combustible colombiano.
Las propiedades físicas y químicas más importantes que se compararon
que inciden en la combustión y opacidad del vehículo, son el contenido de
azufre que en el combustible ecuatoriano es de 0,05%, colombiano
0,005%, la viscosidad de 6 cSt y en el colombiano de 5 cSt.
El combustible diésel colombiano genera menor opacidad (39,40%) en su
potencia máxima (78,4 HP) y en el torque máximo (192,28 Nm) generó
una opacidad de (36,67%), el combustible ecuatoriano en potencia
máxima (78,4 HP) una opacidad de 42% y en el torque máximo (184,95
Nm) una opacidad del 40,73%
En la medición por aceleración libre el diésel ecuatoriano tiene el 40,07%
de opacidad mientras que el colombiano se registró con un 35,52%.
45
4.2. RECOMENDACIONES Se recomienda realizar un estudio con combustibles alternativos y
analizar los gases de escape de los motores diésel.
Utilizar este análisis para implementar protocolos de medición de
opacidades a torque y potencia máxima en la ciudad de Quito.
Realizar un estudio comparativo de potencia y torque de diferentes tipos
de vehículos impulsados con diferentes combustibles, tanto fósiles como
alternativos.
Se recomienda realizar un análisis químico de cada combustible a ser
analizado, para posteriormente elaborar un estudio termodinámico y de
potencia.
5. BIBLIOGRAFÍA
46
5. BIBLIOGRAFÍA
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ntacion_diesel.pdf
6. ANEXOS
48
6. ANEXOS
ANEXO 1. Propiedades del combustible diésel ecuatoriano
Tabla 27. Requisitos del Diésel 2 de bajo contenido de azufre Ecuatoriano INEN 1489
REQUISITOS
UNIDAD
MÁXIMO
MÍNIMO
METODO DE
ENSAYO
Punto de
inflamación ºC - 51
NTE INEN 1
047
Agua y
sedimento % en volumen 0,05 -
NTE INEN 1
047
Residuo
carbonoso
sobre el 10%
del residuo de
la destilación
% en peso 0,15 - NTE INEN 1
047
Ceniza % en peso 0,01 - NTE INEN 1
047
Temperatura de
destilación del
90% NTE INEN
1 047
ºC 360 - NTE INEN 1
047
Viscosidad
cinemática a
37,8% ºC
cSt 6 2,5 NTE INEN 1
047
Azufre % en peso 0,05 - NTE INEN 1
047
Corrosión a la
lámina de
cobre
No. 3 NTE INEN 1
047
Índice de
cetano
calculado
- - 45 NTE INEN 1
047
(INEN, 2012)
49
ANEXO 2. Propiedades del combustible diésel colombiano
Tabla 28. Requisitos de calidad del combustible diésel y sus mezclas con biocombustibles
PARÁMETRO
UNIDAD
ESPECIFICACIÓN METODO DE ENSAYO
Punto de
inflamación ºC 52 ASTM D93
Agua y
sedimento % volumen 0,05
ASTM D1796 o ASTM
D2709
Residuo
carbonoso
sobre el 10%
del residuo de
la destilación
% en masa 0,2 ASTM D4530
Ceniza % en masa 0,01 ASTM D482
Temperatura
final de
ebullición
ºC 390 ASTM D86
Viscosidad
cinemática a
40ºC
mm2/s 5,0 ASTM D445
Azufre % en masa 0,005 ASTM D4294
Corrosión a la
lámina de
cobre
Clasificación No. 2 ASTM D93
Índice de
cetano
calculado
- 50 ASTM D976 o ASTM 4737
(Energia M. d., 2011)
50
ANEXO 3. Bombas de inyección de los motores diésel
Tabla 29. Clasificación de las bombas de inyección
Clasificación de las bombas de inyección
Tipos Características
Presión de
inyección
Potencia por
cilindro
Aplicación
Bomba en línea 550 - 950 20
Camiones ligeros y
medianos, tractores,
motores industriales.
Bomba rotativa
radial y axial 350 - 1700 25
Para vehículos con
motores que contengan
de 3 a 6 cilindros.
Inyector bomba
UIS 1600 – 2050 25 - 80
Para turismos con dos
unidades de control es
posible también número
mayor de cilindros.
Common Rail 1300 – 1400 30 – 200
Para vehículos con
motores que contengan
de 3 a 16 cilindros.
(Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014)
51
ANEXO 4. Características del opacímetro
Tabla 30. Especificaciones técnicas opacímetro 5 Y
ESPECIFICACIÓN DATOS
Rango de medición
Opacidad lineal Coeficiente de absorción k
0 – 100 % 0 – 16 m-1
Resolución
0,1 % 0,001 m-1
Indicación de error
Capacidad n Fuente de alimentación
± 0% (error absoluto) AC220V 50 Hz
Peso
Unidad de control Prueba
5 kg (incluye impresora) 8 kg aproximadamente
(Mayorga, 2016)
52
ANEXO 5. Tablas de emisiones de escape motores diésel
Tabla 31. Resumen de los gases de escape de un motor diésel.
CONTAMINANTES CAUSAS
Monóxido de carbono (CO) Combustión incompleta
Óxido de nitrógeno (NOx) Exceso de Oxigeno o alta Temperatura de
combustión
Hidrocarburos no combustionados
(HC)
Combustión incompleta
Micro partículas Exceso de oxigeno
Mala combustión
Exceso de gotas de diésel en la inyección
Dióxido de Carbono (C ) Residuos de la combustión
Óxido de azufre (SOx) Diésel con azufre
(Orovio, 2014)
53
ANEXO 6.
Especificación del combustible Diésel ASTM 0975
Tabla 32. Especificación del Combustible Diésel ASTM 0975
Propiedades Unidades Límites
Calcio y magnesio combinados ppm (μg/g) 5 max
Punto de inflamación °C 52 min
Agua y sedimentos % volumen 0.050 max
Viscosidad cinemática, 40ºC 1,9 - 4,1
Ceniza sulfatada % masa 0.020 max
Azufre % masa 0.05 max
ppm 5
Corrosión de cobre No. 3 max
Número de Cetano 40 min
número de ácido mg KOH/g 0.50 max
Glicerina libre % masa 0.020
Glicerina total % masa 0.024
Contenido de fósforo % masa 0.001 max
Temperatura de destilación, 90% recuperado ºC 360 max
Sodio y potasio, combinado ppm (μg/g) 5 max
Estabilidad a la oxidación Hours 3 min
54
ANEXO 7. Procedimiento para la preparación de los equipos de medición.
A continuación se detallará el procedimiento que se utilizó para el uso del
opacímetro modelo 5Y de la marca L&T Mechanical & Electrical Equipment
Co. Ltd., a utilizarse en las pruebas de opacidad en el vehículo Kia K3000 en
la Universidad Internacional del Ecuador ubicado en el sur de Quito.
Ubicar al equipo en una posición donde no se exponga a la
temperatura de los gases de escape del vehículo mencionado.
Armar cuidadosamente al equipo, es decir, conectar sus partes entre
sí sin conectar a la alimentación, esto para precautelar los diferentes
elementos del opacímetro.
Verificar que la corriente de alimentación sea la adecuada para el
equipo, en este caso 220 voltios y 50 Hz como indica el fabricante del
equipo.
Encender el equipo de medición.
Una vez encendido el equipo de medición se debe someter a un
calentamiento y auto calibración, esto lleva aproximadamente 1
minuto y lo realiza el mismo equipo automáticamente.
Verificar que el opacímetro marque 0 en la pantalla de lectura.
Observar que la sonda se encuentre libre de residuos para una mejor
medición.
Si la sonda se encuentra con residuos de mediciones anteriores, es
recomendable para limpiarla usar un cepillo de alambre o una lija 450
para no causar algún tipo de daño a la sonda.
Leer el manual de usuario del opacímetro para un mejor manejo del
mismo, tal como se observa en la figura 28.
Figura 28. Opacímetro modelo 5Y.
55
El procedimiento para el uso del dinamómetro modelo 2WD Dyno X del
fabricante Dynocom Industries de la Universidad Internacional del Ecuador
es el siguiente.
Verificar que la corriente de alimentación sea la adecuada, en este equipo
se tiene que conectar 2 objetos, el CPU donde se encuentra el software a
110 voltios y el sistema electrónico de medición del dinamómetro ubicado
dentro de la caja del rodillo principal el cual también a 110 voltios.
Verificar que el compresor de aire funcione correctamente para evitar
cualquier tipo de daños en el sistema neumático.
Calibrar el software Dyno que contiene el equipo, esto lo realiza el
sistema automáticamente al inicial la operación del mismo.
Realizar un mantenimiento preventivo según el fabricante para el correcto
uso y funcionamiento del dinamómetro.
Realizar pruebas de funcionamiento del sistema neumático del
dinamómetro a utilizar para evitar posibles daños o malas lecturas durante
los análisis a realizar.
Mantener el área de trabajo limpia alrededor del dinamómetro para evitar
accidentes durante las pruebas a realizar.
Utilizar equipo de protección personal como guantes, casco, mascarilla,
tapones para los oídos, entre otros, esto para evitar daños a la salud
durante la realización de las pruebas.
El Software Dynocom a utilizarse es el que se observa en la figura 29.
Figura 29. Software del dinamómetro.
56
Recibir capacitación previa al uso del dinamómetro para obtener
resultados más exactos durante el proceso de medición como se observa
en la figura 30.
Figura 30. Dinamómetro 2WD Dyno X del fabricante Dynocom Industries.
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ANEXO 8. Norma Técnica Ecuatoriana nte inen 2 202:2000
NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 202:2000 GESTIÓN
AMBIENTAL. AIRE. VEHÍCULOS AUTOMOTORES. DETERMINACIÓN DE
LA OPACIDAD DE EMISIONES DE ESCAPE DE MOTORES DE DIESEL
MEDIANTE LA PRUEBA ESTÁTICA. MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE.
Primera Edición ENVIRONMENTAL MANAGENMENT. AIR. MOTOR
VEHICLES. DETERMINATION OF OPACITY OF EXHAUST EMISSIONS
OF DIESEL MOTORS BY STATIC TEST. METHOD OF FREE
ACCELERATION. First Edition
1. OBJETO
1.1 Esta norma establece el método de ensayo para determinar el porcentaje
de opacidad de las emisiones de escape de las fuentes móviles con motor
de diesel mediante el método de aceleración libre.
2. ALCANCE
2.1 Esta norma se aplica a los vehículos automotores cuyo combustible es
diesel.
3. DEFINICIONES
3.1 Para los efectos de esta norma se adoptan las definiciones
contempladas en la NTE INEN 2207, y las que a continuación se detallan:
3.1.1 Aceleración libre. Es el aumento de revoluciones del motor de la fuente
móvil, llevado rápidamente desde marcha mínima a máxima revoluciones,
sin carga y en neutro (para transmisiones manuales) y en parqueo (para
transmisiones automáticas).
3.1.2 Auto calibración. Es la rutina en la cual el equipo verifica el
funcionamiento óptimo de todos sus componentes instrumentales y realiza
una comparación con los patrones internos incorporados por el fabricante.
3.1.3 Calibración de un equipo de medición. Operación destinada a llevar un
instrumento de medida al estado de funcionamiento especificado por el
fabricante para su utilización.
3.1.4 Exactitud. Grado de concordancia (la mayor o menor cercanía) entre el
resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando.
3.1.5 Opacidad. Grado de reducción de la intensidad de la luz visible que
ocasiona una sustancia al pasar aquella a través de ésta.
3.1.6 Opacímetro. Instrumento de medición que opera sobre el principio de
reducción de la intensidad de la luz que se utiliza para determinar el
porcentaje de opacidad.
3.1.7 Porcentaje de opacidad. Unidad de medición que determina el grado
de opacidad de las emisiones de escape de una fuente móvil a diesel.
3.1.8 Repetibilidad. Grado de concordancia de resultados de sucesivas
mediciones de la misma variable, realizadas en iguales condiciones de
medida.
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3.1.9 Tiempo de calentamiento del equipo de ensayo. Es el período en
segundos entre el momento en que el equipo es energizado o encendido y el
momento en que cumple con los requerimientos de estabilidad, para realizar
la lectura de la variable.
3.1.10 Tiempo de respuesta del equipo de medición. Es el período en
segundos que el equipo requiere para medir y entregar los resultados de los
ensayos realizados.
3.1.11 Sonda de prueba. Tubo o manguera que se introduce a la salida del
sistema de escape del vehículo automotor para tomar una muestra de las
emisiones.
4. DISPOSICIONES GENERALES
4.1 Los importadores y distribuidores de opacímetros deben obtener una
certificación de cumplimiento, expedida por la casa fabricante o propietaria
del diseño del equipo o de un laboratorio autorizado por ella y avalada por la
autoridad competente del país de origen. El procedimiento de evaluación
base para certificar los opacímetros a ser utilizados debe cumplir con la
Norma ISO 11614.
4.2 Los importadores y distribuidores, están obligados a suministrar copia de
la certificación establecida en el numeral 4.1, a quienes adquieran los
opacímetros.
4.3 La autoridad competente, podrá en cualquier momento verificar la
legalidad de las certificaciones presentadas por los importadores y
distribuidores, sobre el cumplimiento de los requisitos establecidos en esta
norma, así como las características de funcionamiento de los equipos y
procedimientos utilizados para medir la opacidad en aceleración libre.
5. MÉTODO DE ENSAYO
5.1 Fundamento.
5.1.1 Este método de ensayo se basa en la determinación del porcentaje de
luz visible que se absorbe y refleja cuando un haz de ésta atraviesa la
corriente de las emisiones provenientes del sistema de escape.
5.2 Equipos
5.2.1 Ver numeral 4, Disposiciones Generales.
5.2.2 Capacidad de auto calibración. Los opacímetros deben tener
incorporada esta función propia, la cual se debe realizar automáticamente
cada vez que el opacímetro es encendido, o manualmente, cada vez que el
usuario lo requiera.
5.2.3 Los opacímetros deben contar con un dispositivo de impresión directa
de los resultados y de la identificación del vehículo automotor medido.
5.2.4 El equipo debe disponer de las características de seguridad que
garanticen la protección del operador.
5.3 Calibración
5.3.1 Calibración del 0 %. El circuito eléctrico de la fuente de luz y del
receptor deben ser ajustados de tal manera que la lectura de salida marque
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cero cuando el flujo de luz pase a través de la zona de medición en ausencia
de emisiones de escape.
5.3.2 Calibración del 100 %. Utilizar un filtro de densidad óptica neutral y
colocar éste perpendicularmente al haz de luz, con un valor que corresponda
al 100 % de opacidad, o una pantalla que permita bloquear completamente
la fuente de luz, en ausencia de emisiones de escape.
5.3.3 Calibración intermedia. Utilizar por lo menos tres filtros calibrados de
densidad neutra, con valores representativos en el rango de 0 a 100 %, en
ausencia de emisiones de escape.
5.3.3.1 Insertar los filtros en la trayectoria de la luz, perpendicularmente al
haz emitido.
5.3.3.2 El error de lectura no deberá superar a ± 1 % del valor conocido.
5.3.4 La calibración del opacímetro se debe realizar siguiendo estrictamente
las especificaciones de frecuencia del fabricante del equipo.
5.3.4.1 En el caso de que esas especificaciones no estén disponibles, la
calibración se debe realizar por lo menos cada tres meses.
5.3.4.2 Adicionalmente, calibrar el equipo luego de cada mantenimiento
correctivo. Esta calibración es independiente de la auto calibración
automática que realiza el equipo cada vez que es encendido.
5.4 Procedimiento de medición
5.4.1 Antes de la prueba.
5.4.1.1 Verificar que el sistema de escape del vehículo se encuentre en
perfectas condiciones de funcionamiento y sin ninguna salida adicional a las
del diseño, que provoque dilución de los gases de escape o fugas de los
mismos. Las salidas adicionales a las contempladas en el diseño original no
deben ser aceptadas, aunque éstas se encuentren bloqueadas al momento
de la prueba.
5.4.1.2 Verificar que el nivel de aceite en el cárter del motor del vehículo esté
entre el mínimo y el máximo recomendado por el fabricante del vehículo, con
el motor apagado y el vehículo en posición horizontal.
5.4.1.3 Verificar que el motor del vehículo se encuentre en la temperatura
normal de operación.
5.4.1.4 Verificar que la transmisión del vehículo se encuentre en neutro
(transmisión manual) o en parqueo (transmisión automática).
5.4.1.5 Si el vehículo no cumple con las condiciones determinadas
anteriormente, la prueba no se debe realizar, hasta que se corrijan las fallas
correspondientes.
5.4.1.6 Someter al equipo de medición a un período de calentamiento y
estabilización, según las especificaciones del fabricante.
5.4.1.7 Verificar que se haya realizado el proceso de auto calibración en el
equipo.
5.4.1.8 Verificar que el opacímetro marque cero en la lectura.
5.4.2 Medición
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5.4.2.1 Verificar que no exista ningún impedimento físico para el libre
movimiento del acelerador.
5.4.2.2 Con el motor funcionando en " ralentí", realizar por lo menos tres
aceleraciones consecutivas, desde la posición de "ralentí" hasta la posición
de máximas revoluciones, con el fin de limpiar el tubo de escape.
5.4.2.3 Conectar la sonda de prueba a la salida del sistema de escape del
vehículo.
5.4.2.4 Aplicar aceleración libre al vehículo y permitir que el motor regrese a
condición de "ralentí".
5.4.2.5 Repetir lo indicado en el numeral 5.4.2.4, por lo menos seis veces,
consecutivamente.
5.4.2.6 En cada ciclo, registrar el valor del porcentaje de opacidad máximo
obtenido. No se deben tener en cuenta los valores leídos mientras el motor
está en marcha mínima, después de cada aceleración.
5.4.2.7 Para el resultado final, considerar como mínimo tres lecturas
tomadas en estado estable, es decir, cuando al menos estas tres lecturas
consecutivas se sitúen dentro de un rango del 10 %, y no formen una
secuencia decreciente.
5.5 Informe de resultados
5.5.1 El resultado final será la media aritmética de los valores de las tres
lecturas obtenidas en el numeral
5.5.2 La institución que realiza la prueba debe emitir un informe técnico con
los resultados de la misma, adjuntado el documento de impresión directa del
opacímetro.
APÉNDICE Z
Z.1 DOCUMENTOS NORMATIVOS A CONSULTAR
Norma Técnica Ecuatoriana INEN 2207:1998 Gestión Ambiental. Aire.
Vehículos Automotores.
Límites permitidos de emisiones producidas por fuentes móviles terrestres
de diesel.
Norma ISO 11614 Reciprocating internal combustion compression-
Ignition engines. Aparatos for measurement of the opacity and for
determination of the light absorption coefficient of exhaust gas.
Z. 2 BASES DE ESTUDIO
Norma técnica colombiana ICONTEC 4231. Gestión ambiental. Aire. Método
para determinar la opacidad de gases de motores diesel mediante la prueba
estática en libre aceleración. Instituto Colombiano de
Normas Técnicas. Bogotá, 1997.
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ANEXO 9. Norma Técnica NTC colombiana 4231
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS
EQUIPOS DE FLUJO PARCIAL NECESARIOS PARA MEDIR LAS
EMISIONES DE HUMO GENERADAS POR LAS FUENTES MÓVILES
ACCIONADAS CON CICLO DIÉSEL. MÉTODO DE ACELERACIÓN LIBRE
1. OBJETO
Esta norma tiene como objeto establecer la metodología para estimar
indirectamente la emisión de material particulado en el humo de escape de
los vehículos que operan con ciclo Diésel, mediante las propiedades de
extinción de luz que esta emisión presenta. La metodología es desarrollada
en condiciones de aceleración libre, cuyo resultado es comparado con lo
establecido en la reglamentación ambiental vigente.
Ésta metodología es también conocida como Snap aceleración o aceleración
súbita por su traducción del Inglés.
2. DEFINICIONES
Para el propósito de esta norma se aplican las siguientes definiciones, sin
perjuicio de lo establecido en la reglamentación vigente:
2.1 Ajuste inicial. Procedimiento automático que realiza el opacímetro
después de ser realizados los procedimientos de purga y limpieza. En este,
el equipo asigna los valores mínimos y máximos en la escala, de forma
automática y/o manual. Definidos los puntos extremos de la escala se realiza
una redefinición de la escala.
2.2 Comparación y ajuste. Procedimiento de comparación y ajuste realizado
bajo condiciones específicas que permite relacionar el resultado entregado
por el opacímetro con las características de extinción de luz del humo que
ingresa. El equipo debe someterse a las modificaciones necesarias para que
el resultado entregado corresponda con los valores de los filtros de
referencia disponibles, dentro de una tolerancia especifica.
2.3 Densidad del humo (K) (conocida también como “Coeficiente de
extinción de luz” o “Coeficiente de absorción de luz”). Forma fundamental de
cuantificar la capacidad de una corriente de humo o del humo de una
muestra para oscurecer la luz. Por convención, la densidad del humo se
expresa en metros a la menos uno (m-1). La densidad del humo es una
función del número de partículas de humo por unidad de volumen de gas, la
distribución por tamaño de las partículas de humo, y las propiedades de
absorción y dispersión de las partículas. Sin la presencia de humos azules o
blancos, la distribución de tamaño y las propiedades de absorción /
dispersión son similares para todas las muestras de gases de escape Diésel
y la densidad de humo es principalmente una función de la densidad de las
partículas de humo. La densidad de humo o coeficiente de absorción, K, (o
m-1), de una corriente de humo se define de la siguiente manera, a partir de
la ley de Beer- Lambert:
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K = - (1/L) ln (1 - N/100)
Donde
K = densidad del humo m-1
L = es la longitud de trayectoria óptica efectiva en m
N = opacidad en porcentaje
2.4 Error máximo permitido. Valor extremo del error permitido para el
opacímetro
2.5 Falla súbita del motor. Evento de anormalidad inesperado en el
desempeño del motor y/o sus accesorios, durante la ejecución de la prueba.
2.6 Filtros de densidad neutra. Materiales de referencia, generalmente
cristales de tipo absorción, que presentan una respuesta constante de
extinción de luz dentro de un intervalo definido de longitudes de onda.
Dichos filtros se emplean para verificar la linealidad del opacímetro y como
elementos de comparación para procesos de comparación y ajuste. Para
este último fin, se requiere que los filtros puedan ser considerados como
elementos de referencia, con trazabilidad a un patrón nacional o
internacional.
2.7 Fuente móvil accionada por motor Diésel. Fuente de emisiones que por
su uso o propósito está sujeta a desplazamientos y opera siguiendo el ciclo
Diésel. Puede operar a dos o cuatro tiempos.
2.8 Hardware. Equipo físico con el que cuenta el opacímetro, incluyendo
estructura, elementos de cómputo, sondas, sensores, mecanismos, sistemas
eléctricos y electrónicos, entre otros.
2.9 Humo. Es la suspensión de material particulado en los gases de
combustión.
2.10 Inspector. Persona capacitada para realizar la prueba de opacidad
2.11 Ley de Beer-Lambert. Expresión matemática que relaciona la opacidad
de una columna de humo, con la longitud de trayectoria óptica efectiva y el
coeficiente de extinción de luz específico del humo.
T=e (-kL)
N = 100 (1- e (-kL))
Donde
T = es la transmitancia
N = opacidad
L = longitud de trayectoria óptica efectiva
En esta relación matemática la opacidad N se interpreta como el porcentaje
de luz que la columna de humo con longitud L, es capaz de obstruir, cuando
el humo presenta un coeficiente de extinción de luz k.
2.12 Linealidad del opacímetro. Medida de la desviación máxima absoluta de
los valores medidos por el medidor de humo con relación a los valores de
referencia.
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2.13 Longitud de trayectoria óptica efectiva (L). Longitud del haz de luz entre
el emisor y el detector que es interceptado por la columna de humo.
También denominada LTOE por sus siglas.
2.14 Material Particulado (MP). Emisión conformada por partículas sólidas y
líquidas de carácter orgánico e inorgánico que permanecen suspendidas en
los productos gaseosos de escape y en el aire. Químicamente, el MP es una
mezcla de alta complejidad. Incluye carbono del combustible que no es
oxidado en el proceso de combustión, en forma tanto elemental como
orgánica. También incluye sulfatos o ácido sulfúrico provenientes del azufre
del combustible. Además, se encuentran nitratos, sales de amonio y
metales. Se encuentra asociada a combustión incompleta y mezclas con
baja proporción de aire.
2.15 Método de extinción de luz. Técnica que implica la medición de la
cantidad de luz que no logra atravesar un material. Para fines específicos de
esta norma, una columna de humo.
2.16 Opacidad (N). Fracción de luz expresada en porcentaje (%) que, al ser
enviada desde una fuente, a través de una trayectoria obstruida por humo,
no llega al receptor de instrumento de medida.
N = luz obstruida / luz enviada
N = 100(1-T)
2.17 Opacímetro. Equipo diseñado para medir la opacidad de una corriente
de humo o muestra parcial de esta, mediante el principio de extinción de luz.
Para fines de esta norma, se hace referencia específicamente a los equipos
que operan bajo el principio de flujo parcial, o de muestreo.
2.18 Opacímetro de flujo parcial. Medidor de humo que toma continuamente
una muestra de los gases de escape que fluyen y los dirige a una celda de
medida. Con este tipo de medidores de humo, la trayectoria óptica efectiva
es función del diseño del medidor de humo.
2.19 Procedimientos de purga y limpieza. Son los procedimientos
automáticos o manuales que se realizan o realiza el equipo antes de iniciar
una prueba de opacidad, con el fin de evacuar el humo remanente dentro de
su cámara de medición. Este tipo de procedimientos debe ser realizado
según lo especificado por el fabricante del equipo de medición.
2.20 Propiedades ópticas del Material Particulado. Son las propiedades que
exhibe el material particulado en su interacción con la luz. Dentro de estas
se tienen: absorción, refracción y reflexión. Estas propiedades dependen de
la geometría, rugosidad y composición de material particulado suspendido
en los productos de escape gaseosos. Como consecuencia de estas
propiedades, la intensidad de luz que atraviesa una columna de humo con
material particulado se ve disminuida.
2.21 Prueba abortada. Prueba que, debido a factores externos a la prueba
misma, no puede llegar a su fin. Para fines de control vehicular establecido
por las autoridades competentes, no genera numeración consecutiva para la
emisión del correspondiente certificado de emisión.
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2.22 Prueba de opacidad. Prueba de evaluación en la cual se registra el
valor de opacidad del humo emitido por un vehículo sometido a una o más
pruebas unitarias de aceleración libre, para ser comparado con los límites
normativos vigentes.
2.23 Prueba unitaria de aceleración libre. Es la secuencia de aceleraciones
necesarias para determinar el resultado representativo de opacidad para el
vehículo en evaluación.
3.2 MEDICIÓN DE OPACIDAD
3.2.1 Prueba unitaria de aceleración
Una prueba unitaria de aceleración es la secuencia de cuatro (4)
aceleraciones súbitas, acotadas por las velocidades mínima y máxima de
acuerdo con las registradas anteriormente.
En esta prueba unitaria de aceleración, las cuatro (4) aceleraciones son
registradas, descartando la primera y empleando las tres (3) restantes para
el cálculo del resultado final de opacidad.
El inspector del vehículo debe desarrollar la siguiente secuencia asistida por
el opacímetro:
1) Oprimir completamente el acelerador en un tiempo menor o igual a 1 s, lo
cual se verifica visualmente por el inspector del equipo o auxiliar encargado.
Sostener el acelerador totalmente oprimido hasta alcanzar la velocidad de
gobernación.
El opacímetro indicará el punto de inicio de la aceleración y verificará que las
revoluciones de gobernación se alcancen en menos de 5 s a partir del
accionamiento del acelerador. En caso de no satisfacerse este tiempo, el
opacímetro abortará la prueba unitaria de aceleración.
2) Alcanzada la velocidad de gobernación y verificada por el opacímetro,
debe mantenerse entre 2 s y 4 s. Esta secuencia es asistida por el
opacímetro, el cual detectará el punto en que es alcanzada la velocidad de
gobernación y contabilizará la permanencia en esta.
3) Garantizado el tiempo de sostenimiento a la velocidad de gobernación, el
inspector debe liberar el acelerador para que el motor regrese a la velocidad
de ralentí. El opacímetro indicará en qué punto es liberado el acelerador.
4) Una vez liberado el acelerador debe transcurrir entre 15 s y 20 s antes de
iniciar la siguiente aceleración súbita. El opacímetro debe contabilizar este
tiempo e indicar en qué punto es iniciada la siguiente aceleración súbita.
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ANEXO 10. Vehículos automotores determinación de la potencia del motor
1. OBJETO
1.1 Esta norma establece el método general de ensayo para motores de
vehículos automotores, para evaluación de su rendimiento, con el propósito
de la elaboración posterior de curvas de potencia y consumo específico de
combustible a carga completa, como funciones de la velocidad de la
máquina.
2. ALCANCE
2.1 Esta norma se aplica a máquinas de combustión interna usadas en
vehículos automotores (excluyendo motocicletas y tractores) que trafican
usualmente las calles y/o carreteras, que estén incluidos dentro de las
categorías siguientes:
- motores de combustión interna a pistón de movimiento alternativo
(encendido por bujías o por inyección de combustible), excluyendo los de
pistón libre;
- motores de émbolo rotativo.
Estos motores podrán estar provistos de un dispositivo de sobrecarga
mecánica o de turbo alimentadores.
3. DEFINICIONES
3.1 Potencia neta. La potencia obtenida en el eje motor o en su equivalente,
a la velocidad especificada por el fabricante, estando el motor equipado con
los dispositivos auxiliares necesarios para su correcto funcionamiento en su
aplicación particular.
3.2 Dispositivos auxiliares. Los equipos y dispositivos enunciados en la
Tabla 1.
3.3 Equipo standard de producción. Cualquier equipo que es provisto
normalmente por el fabricante, para aplicación particular del motor.
4. DISPOSICIONES GENERALES
4.1 Exactitud de las mediciones
4.1.1 Momento. El diámetro debe ser tal, que el primer cuadrante de la
escala no se use. Debe tener una exactitud dentro de ± 0,05% del valor
máximo de la escala.
4.1.2 Velocidad. La velocidad del motor debe ser leída de preferencia con un
cuenta - revoluciones y con un cronómetro sincronizado automáticamente.
La exactitud de los valores medidos debe ser de ±0,05%
4.2.2 Dispositivos auxiliares para arranque de motores a diésel
4.2.2.1 Tratándose de motores a diésel, deben considerarse los dos casos
siguientes:
a) Arranque eléctrico. El generador está instalado y suministra, cuando sea
necesario, la energía para los auxiliares indispensables para el
funcionamiento del motor.
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b) Arranque no eléctrico. Si existe cualquier otro dispositivo auxiliar
eléctricamente movido, indispensable para el funcionamiento del motor, se
instalará el generador para suministrar la energía de estos accesorios. De lo
contrario, deberán retirarse. En cualquier caso, el sistema para producir y
acumular la energía necesaria para el arranque, debe estar instalado y
funcionar cuando no se aplica al motor.
4.4 Condiciones de ensayo
4.4.1 El ensayo de potencia neta consistirá en marcha a plena admisión para
motores de bujías, y a plena carga de la bomba de inyección para motores a
diesel. El motor estará equipado según la Tabla 1.
4.4.2 Los datos de rendimiento deben obtenerse bajo condiciones estables
de funcionamiento, con un adecuado suministro de aire fresco. Los motores
deberán arrancarse de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. Las
cámaras de combustión de motores a bujías podrán contener depósitos,
pero en cantidades limitadas. Las condiciones de ensayo, tales como la
temperatura en la tobera de admisión, deberán seleccionarse lo más
aproximadamente a las condiciones de referencia, para minimizar la
magnitud del factor de corrección.
4.4.3 La temperatura del aire de admisión al motor (aire ambiental) debe
medirse dentro de 0,15 m máximo en la entrada al filtro de aire y, si esto no
existe, dentro de 0,15 m de la tobera de admisión.
El termómetro o la cupla - térmica debe protegerse de radiación del calor y
debe localizarse directamente en el torrente de aire. Debe también
protegerse de gotas de combustible. Una cantidad suficiente de medidas en
sitios distintos, deberá ser un promedio representativo de la temperatura.
4.4.4 No se deben tomar datos, a menos que el momento, velocidad y
temperatura, hayan sido mantenidos constantes por lo menos durante un
minuto.
4.4.5 La velocidad del motor durante una prueba o lectura, no debe
desviarse de la velocidad seleccionada, en más de ± 1% o en ± 10 rev/min.
4.4.6 La fuerza de frenado observada, consumo de combustible y
temperatura de aire de admisión, deben anotarse simultáneamente y, en
cada caso, deben ser los promedios de dos valores estables que no varían
más del 2% por la fuerza de frenado y consumo de combustible.
4.4.7 Para la medición del consumo de combustible con un contador
automático de tiempo, el tiempo mínimo de medición no debe ser inferior a
30 s; para medición manual, no menor a 60 s.
4.4.8 La temperatura de salida del refrigerante en motores enfriados por
líquidos, debe controlarse y mantenerse a 80 ± 5°C, a menos que el
fabricante especifique otra cosa. Para motores refrigerados por aire, la
temperatura debe mantenerse con tolerancia de 20°C respecto al valor
indicado por el fabricante.
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4.4.9 La temperatura del combustible en la entrada de la bomba o en el
carburador, debe mantenerse dentro de los límites especificados por el
fabricante.
4.4.10 La temperatura del aceite lubricante medida en el (carburador)
depósito de aceite o en la salida del sistema de enfriamiento de aceite, de
existir, debe mantenerse dentro de los límites especificados por el fabricante.
4.4.11 La temperatura del gas de escape debe medirse en un punto del tubo
de escape adyacente al final del múltiple de escape. Esta temperatura debe
mantenerse entre los límites establecidos por el fabricante.
4.4.12 Para motores a diésel, el combustible utilizado no debe contener
aditivos para la suspensión del humo. En caso de disputa, el ensayo deberá
hacerse con combustible clasificado bajo la sigla CEC - RF - 03-T-69.