Estadística y Probabilidades

Trabajo estadístico

Tema:

El consumo de petróleo, desempeño del motor y capacidad utilizada por

maquinarias de industrias

Integrantes:

Román Ledezma, Fernando C3-2-C Reátegui Huamán, Paúl C3-2-A Núñez Caballero, Christian C3-2-C Guevara Cochachi, Andrio C3-2-C Calisaya Llasaca, Johnny C3-2-C

Profesor:

Zeña Raya, Ernesto

Fecha de entrega: 15 de noviembre

2015 - II

1. Título del proyecto

1.1. Título: La relación entre el consumo de petróleo y el desempeño del motor y capacidad utilizada por maquinarias pesadas

1.2. Variables de la Problemática:

Consumo de petróleo por hora: Es la cantidad mensual promedio por hora consumido por cada máquina medida en galones por hora.

La cantidad de aceite de motor por hora: la cantidad medida en galones por hora La capacidad utilizada de carga: Es la capacidad en promedio utilizada

mensualmente en metros cúbicos. La potencia de motor de la máquina: La potencia del motor promedio mensualmente

medido en HP.

2. Pregunta de Investigación

¿Cuál es la relación que existe entre el consumo de petróleo en maquinaria pesada y el desempeño del motor y capacidad utilizada?

3. Objetivos del Trabajo

3.1. Objetivo General:

3.1.1. Analizar cómo afecta el desempeño del motor y la capacidad utilizada en el consumo de combustible por hora.

3.2. Objetivo específico:

3.2.1.Evaluar el impacto de la cantidad de aceite de motor consumido por hora en el consumo de petróleo por hora.

3.2.2.Identificar el impacto de la capacidad utilizada de carga y el consumo de petróleo por hora.

3.2.3.Analizar la relación entre potencia del motor de la maquinaria y su consumo en combustible.

4. Justificación

Motivos: Esta investigación será de utilidad para analizar la relación que tienen los factores como la capacidad utilizada, la potencia del motor y el aceite de motor en el rendimiento que tiene la maquinaria. Como es sabido, el consumo de combustible indica el nivel eficiencia del equipo y a la vez tiene un impacto muy fuerte en el costo por hora de funcionamiento de la máquina. En este caso, se podría identificar qué factores incrementan o disminuyen la cantidad de combustible por hora y así prever medidas de ahorro y de chequeo. Ya que el consumo de aceite de motor, por ejemplo, podría ser causado por alguna falla relacionada a este.

La importancia radica en su utilidad práctica, porque se puede analizar que factor tomar en cuenta para tratar de explicar el consumo de petróleo por hora, cuando este sea más elevado de lo normal o se tenga, por el contrario, maquinas más eficientes con menor consumo por hora. Los principales beneficiados serán las empresas proveedoras de servicios de alquiler de estas maquinarias, porque podrán tener un mejor control del consumo y así poder ahorrar en costos de combustible.

5. Marco teórico

5.1. Marco Teórico definición y evaluación de teorías

El mantenimiento preventivo así como la correcta inspección de los elementos relacionados al consumo de combustible es responsabilidad directa de profesionales, propietarios y administradores de maquinarias. Por ello, muchas de las marcas actuales suministradoras de estas poseen guías o manuales de uso y mantenimiento. Entre ellas, la de Komatsu ofrece algunas recomendaciones y consideraciones para el ahorro en combustible. Esto lo detalla en el documento Principios del Trabajo de Mantenimiento:

Siempre mantenga su máquina en buenas condiciones a través de las inspecciones recomendadas y mantenimientos para asegurar que su máquina pueda funcionar eficientemente con buen consumo de combustible. Los combustibles, aceites y agua usados para equipos de construcción se pueden comparar a pan y mantequilla, sangre, sudor y lágrimas para humanos. Las máquinas, no pueden trabajar sin alguna de ellas, y puede causar serios problemas si se usa alguno equivocado.

• No use combustible que contenga agua.

• No permita la entrada de tierra y polvo en el combustible.

• Asegúrese de usar el combustible apropiado.

• Llene el tanque de combustible después del día de trabajo.

• Drene el agua del tanque de combustible antes de encender el motor.

• Asegúrese de reemplazar los aceites en el intervalo especificado.

• No permita la entrada de tierra y polvo en el aceite.

• No mezcle aceites de diferentes grados y marcas.

• Asegúrese de llenar la cantidad especificada de aceite.

• No use agua no bebible como refrigerante.

• Cuando use anticongelante, siga las instrucciones de uso.

• Asegúrese de llenar la cantidad de agua especificada.

• Reemplace los filtros periódicamente (en lugares de trabajo con condiciones de trabajo rigurosos, reemplazarlas en un intervalo menor).

• Nunca reúse filtros (tipo cartucho) incluso estando limpios.

Además, acerca de la medida utilizada para contabilizar la periodicidad de los cambios de aceite, según Valderrama y López (2001), en un paper sobre el Diagnóstico Técnico de Motores Diesel Mediante Análisis Estadístico del Aceite Lubricante, afirman que

Para que la información resulte válida, acerca de que tan frecuente debe ser el cambio de aceite, se debe establecer un parámetro que indique el uso del motor. La medida debe considerar cualquier variación en las condiciones de medición que son debidas a las variaciones en el funcionamiento del motor. Las "horas de funcionamiento" es la medida del uso del motor más comúnmente utilizada en motores de aplicación industrial, particularmente para motores Diesel que operan a niveles de potencia estables. Sin embargo, la medida "horas" necesita sofisticación y puede ser que no indique el efecto de los niveles de potencia irregular en que opera el motor, la presión atmosférica, u otras condiciones que pueden cambiar con el tiempo y cambiar los niveles de deterioro del motor. La potencia generada o utilizada, el combustible consumido, (por ejemplo en g/kW.h) puede proporcionar un mejor indicio acerca del uso de algunas aplicaciones. Entonces, podemos afirmar que al agregar la variable potencia de motor (HP) junto a la cantidad de aceite promedio de motor por hora, podríamos confiar en mejores datos para futuros mantenimientos programados.

Respecto al mantenimiento de la maquinaria, se tiene en su manual lo siguiente: “El capó trasero permite acceso fácil desde el suelo al motor y a todos los puntos de verificación de mantenimiento diario. Los visores del líquido están ubicados a la altura de los ojos. Tres drenos remotos para el líquido refrigerante, aceite hidráulico y aceite del motor permiten acceso fácil para cambios rápidos y no perjudiciales al medioambiente”.

En referencia al aceite de motor y su impacto en el desempeño de los motores diésel tenemos que: “¿Es el consumo de aceite en un motor un factor determinante que nos señale que hay desgaste internos que nos obliguen a una reparación mayor a mediano plazo? Existen varias razones por las que un motor puede consumir aceite, este consumo podrá ser leve, moderado o grave y las afectaciones a las demás partes o sistemas del motor por este consumo estarán lógicamente asociada a que cantidad sea la que consume de aceite el motor.”

Debemos recordar que una de las metas principales y más importantes del aceite dentro del motor es lubricar.

5.2. Contextualización del problema, unidad de análisis y espacio

Se tiene como base de datos los registros de la empresa Transportes Jhojesa de la Sra. Sabia Cóndor – Titular Gerente, del año 2012. Las máquinas son un cargador sobre oruga (1), una retroexcavadora sobre oruga (2) y un cargador sobre ruedas (3). Se tiene en cada una de ellas la información de las cuatro variables a analizar, tal como se muestra en el cuadro siguiente:

Tabla 1.

Tabla de frecuencias de los tipos de máquinas

Nota. Fuente: Autoría propia.

En la tabla 1, el análisis se realizó a 3 maquinarias cada una con una muestra de 10 datos tomados de enero a octubre, obteniendo así su respectivo porcentaje válido para cada una de las maquinarias, en el año 2012 por la empresa.

6. Planteamiento del Problema

El problema es que la cantidad de consumo de petróleo por hora de las tres máquinas se ve influenciada por niveles de operación distintos. La capacidad utilizada de carga, así como la potencia de motor mensual no son constantes debido al tipo de trabajo que realizan para una obra en Huancavelica. El terreno así como los materiales que son tratados y cargados, son diferentes, por ello los equipos deben de operar a distintos niveles de trabajo. Con ello, el control de combustible se volvió inestable y ocasionó que no se elaboren presupuestos confiables sobre el gasto en combustible por máquina. Este análisis permite corroborar la información para poder explicar que pasó con el consumo variado de petróleo por hora en máquinas que operaron en una misma obra.

7. Desarrollo del problema

7.1. Combustible por hora (glns/h)

Tabla 2.

Cantidad de combustible consumido por las máquinas

Nota. Fuente: Autoría propia.

El promedio de consumo de la primera máquina fue de 7.55 glns por hora.

La primera máquina consume como máximo 8.30 glns por hora durante el año.

Durante los primeros 5 meses la maquinaria consumió 7.35 glns por hora.

El mínimo consumido en el año fue de 7.10 glns por hora.

La mayoría de meses consumió 7.20 glns por hora.

El 25% de los meses, la primera máquina consume hasta 7.2 glns/h.

El 75% de los meses, la primera máquina consume hasta 8 glns/h.

El consumo de petróleo por hora en la primera máquina puede variar en 0.45 glns por hora

en el año.

El consumo promedio de la segunda máquina fue de 6.22 glns por hora.

La segunda máquina consume como máximo 7.5 glns por hora durante el año.

Durante los primeros 5 meses la maquinaria consumió 6.3 glns por hora.

El mínimo consumido en el año fue de 5 glns por hora.

La mayoría de meses consumió 5 glns por hora.

El 25% de los meses, la segunda máquina consume hasta 5.5 glns/h.

El 75% de los meses, la segunda máquina consume hasta 6.9 glns/h.

El consumo de petróleo por hora en la segunda máquina puede variar en 0.86 glns por

hora en el año.

El consumo promedio de la tercera máquina fue de 7.1 glns por hora.

La tercera máquina consume como máximo 7.9 glns por hora durante el año.

Durante los primeros 5 meses la maquinaria consumió 7 glns por hora.

El mínimo consumido en el año fue de 6.5 glns por hora.

La mayoría de meses consumió 7 glns por hora.

El 25% de los meses, la tercera máquina consume hasta 6.8 glns/h.

El 75% de los meses, la tercera máquina consume hasta 7.5 glns/h.

El consumo de petróleo por hora en la tercera máquina puede variar en 0.45 glns por hora

en el año.

7.2. Potencia de motor (HP)

Tabla 3.

Potencias del motor

Nota. Fuente: Autoría propia.

8. El promedio de potencia de motor de la primera máquina fue de 205 HP, de 139 HP para la segunda y de 237.5 HP para la tercera

9. La primera máquina puede variar su potencia de motor en 13.12 HP, mientras que la segunda en 13.29 HP y la tercera en 16 HP durante el año. Siendo la tercera la de mayor riesgo de variar.

10. El mínimo en el año fue de 190 HP para la primera, 120, para la segunda y 210 para la tercera.

11. Durante los primeros 5 meses la primera maquinaria operó a 205 HP, la segunda a 137.5 HP y la tercera a 237.5 HP.

12. El 25% de los meses, la primera máquina trabajó a 195 HP, la segunda a 130 HP y la tercera a 220 HP.

13. El 75% de los meses, la primera máquina trabajó a 210 HP, la segunda a 150 HP y la tercera a 250 HP.

7.3. Aceite de motor (glns/h)

Tabla 4.

Consumo de aceite del motor

Nota. Fuente: Autoría propia.

7. El promedio de consumo de aceite de motor de la primera máquina fue de 0.17 glns/h, de

0.09 para la segunda y de 0.15 para la tercera

8. La primera máquina puede variar su consumo de aceite de motor en 0.02 glns/h, mientras

que la segunda en 0.01 glns/h y la tercera en 0.01 glns/h durante el año. Siendo la primera

la de mayor riesgo de variar.

9. El mínimo consumido en el año fue de 0.15 glns/h para la primera, 0.08 glns/h, para la

segunda y 0.14 glns/h para la tercera.

10. Durante los primeros 5 meses la primera maquinaria trabajó con 0.17 glns/h en promedio,

la segunda a 0.09 glns/h y la tercera con 0.15 glns/h.

11. El 25% de los meses, la primera máquina consumió 0.15 glns/h, la segunda 0.08 y la

tercera 0.15.

12. El 75% de los meses, la primera máquina consumió 0.18 glns/h, la segunda 0.09 y la

tercera 0.16

7.4. Capacidad utilizada (m3)

Tabla 5.

Capacidad utilizada por las máquinas

Nota. Fuente: Autoría propia.

8. El promedio de capacidad utilizad de la primera máquina fue de 2.51 m3, de 0.84 para la

segunda y de 3.41 para la tercera

9. La primera máquina puede variar su capacidad de cuchara utilizada en 0.07 m3, mientras

que la segunda en 0.33 m3 y la tercera en 0.07 m3 durante el año. Siendo la segunda la

de mayor riesgo de variar.

10. Durante los primeros 5 meses la primera maquinaria trabajó con 2.48 m3 en promedio, la

segunda a 0.9 m3 y la tercera con 3.40 m3.

11. El mínimo de capacidad utilizada en el año fue de 2.45 m3 para la primera, 0.07 m3, para

la segunda y 3.3 m3 para la tercera.

12. El 25% de los meses, la primera máquina utilizó 2.45m3, la segunda 0.6 y la tercera 3.4.

13. El 75% de los meses, la primera máquina utilizó 2.55 m3, la segunda 1.1 y la tercera 3.5.

7.5. Análisis con Gráficos de Caja

Gráfica 1. Consumo del combustible en las máquinasFuente: Autoría propia

Comentario:

De la figura 1. Nos ayuda a comparar visualmente las muestras diferenciadas por tipo de maquinaria, en este caso la retroexcavadora resulta que consume menos que los otros dos equipos. El cargador sobre ruedas consume menos que el de oruga pero igual sigue siendo superior al cuartil 3 del consumo en la retroexcavadora. Además, no se presentaron datos atípicos.

Gráfica 2. Potencias promedio obtenidas por las máquinasFuente: Autoría propia

Comentario:

De la figura 2 la potencia en promedio del motor es variada en cada una de las máquinas, dependiendo de mayor potencia la máquina realizó un trabajo de mayor intensidad, en este caso el cargador sobre ruedas es el que posee mayor potencia promedio. Además, el de menor fue la Retroexcavadora, coincidiendo con su bajo nivel de consumo de petróleo en el gráfico anterior.

7.6. Gráficos de Dispersión

Gráfica 3. Combustible consumido y la potencia de motor

Fuente: Autoría propia

Comentario:

En la figura 3 se puede apreciar que posee una relación directa, quiere decir que ante un incremento en la potencia de motor de las tres máquinas también se incrementa el consumo de combustible por hora. La variable potencia de motor entonces estaría afectando al mayor consumo de petróleo en este caso el cargador sobre ruedas fue el de mayor potencia de motor promedio y se asocia a su mayor consumo en relación a la retroexcavadora. La potencia de motor afecta aún más al consumo que tienen las maquinas cuando la potencia bordea los 170 HP. Aproximadamente por cada 10 HP adicionales, el consumo de combustible se incrementa en 0.1gln/h.

7.6.1. Combustible consumido por hora y la capacidad utilizada

El gráfico representa una relación directa entre la capacidad de cuchara utilizada por la maquinaria y su consumo de combustible por hora

Gráfica 4. Consumo del combustible y capacidad

Fuente: Autoría propia

Comentario:

La relación entre estas dos variables es directa, según lo que se puede visualizar, a mayor capacidad de cuchara utilizada, realizar trabajos más pesados afecta a que el consumo de combustible se incremente. Aproximadamente, ante una capacidad adicional de 0.5m3 se

incrementa el consumo en 0.22 glns/h. Las condiciones en las que trabajaron los equipos podrían ser consistentes con los resultados, ya que la tercera máquina realizó mayores trabajos a niveles más intensos y por lo tanto con mayores HP.

7.6.2. Combustible consumido por hora y el consumo de aceite de motor.

Gráfica 5. Consumo del combustible y aceite del motor

Fuente: Autoría propia

Comentario:

Según el análisis de datos, esta variable también influye de manera directa en el incremento del consumo de combustible en las maquinas. Aproximadamente por cada a gln/h consumido de aceite de motor, el consumo en combustible se incrementaría en 16.58 gln/hora, lo cual significa un impacto mayor al proporcional a esta variable.

8. Conclusiones

8.1. Las variables analizadas en el estudio, explican o ayudan a determinar con mayor precisión el futuro mantenimiento preventivo de las máquinas, y el presupuesto de los galones de petróleo y cronograma de revisiones. Por lo tanto cuando las maquinas operaron en condiciones pocos favorables se vieron expuestas a cambios en temperatura, por lo que la potencia debió incrementarse en algunos días y por el tipo de material que debían manejar en la obra. Por ello, ante un incremento en la potencia de motor, un incremento en la capacidad utilizada de la cuchara y con un efecto mayor aún el de incrementar el consumo de aceite de motor, se puede utilizar este método al comparar variables históricas.

Además. Se podrán tomar mejores decisiones en la empresa estudiada en el presente.

9. BIBLIOGRAFIA

9.1. KOMATSU. Guía de ahorro de combustible. Tokio-Japón. Recuperado el 03 de noviembre de 2015, de:

http://www.komatsuklc.com/guiadeahorrodecombustible.pdf

9.2. Valderrama A., López W. (2001). Diagnostico técnico de motores diésel mediante el análisis estadístico del aceite lubricante. Recuperado el 03 de noviembre de 2015, de:

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtual/publicaciones/hidraulica_mecanica/2001_n2/diagnostico.htm

9.3. Case construction. (2012). Cargadoras frontales 521E/721E/821E. Recuperado 03 de noviembre de 2015, de:

http://www.casece.com/es_la/Gallery/Downloads/Produtos.PAC-721E-01/flt.PAC-721E-es_la.pdf

9.4. Morales O. (2015). Consumo de aceite de un motor. Página web: mecánica básica cr. Recuperado el 03 de noviembre de 2015, de:

http://www.mecanicabasicacr.com/auto/consumo-de-aceite-en-un-motor.html

10. Anexos

Data Utilizada

DescripciónPotencia Promedio

Capacidad Utilizada

Aceite de Motor

CombustiblePetroleo

Cargador sobre orugas HP m3 glns/h gln/hrEnero 195 2.45 0.15 7.20Febrero 200 2.45 0.18 7.60Marzo 210 2.55 0.17 8.00Abril 225 2.65 0.19 8.20Mayo 190 2.45 0.15 7.30Junio 195 2.45 0.16 7.20Julio 190 2.45 0.15 7.10Agosto 225 2.60 0.20 8.30Septiembre 210 2.50 0.18 7.20Octubre 210 2.55 0.17 7.40

Figura 1. Cargador sobre orugas

Fuente:

Retroexcavadorasobre orugas

Enero 120 0.60 0.08 5.00Febrero 135 0.70 0.08 6.00Marzo 150 1.10 0.09 6.90Abril 125 0.60 0.08 5.00Mayo 140 0.90 0.09 6.60Junio 140 0.80 0.09 6.70Julio 135 0.80 0.08 6.00Agosto 150 1.10 0.09 7.00Septiembre 165 1.20 0.10 7.50Octubre 130 1.00 0.09 5.50

Figura 2. Retroexcavadora

Fuente:

Cargador sobre llantasEnero 210 3.30 0.14 6.50Febrero 220 3.40 0.14 6.60Marzo 235 3.40 0.15 6.90Abril 220 3.30 0.15 6.80Mayo 250 3.50 0.17 7.20Junio 240 3.40 0.15 7.00Julio 255 3.50 0.16 7.50Agosto 260 3.50 0.17 7.90Septiembre 235 3.40 0.15 7.00Octubre 250 3.40 0.16 7.60

Figura 3. Cargador sobre llantasFuente:

Maquinarias analizadas

Figura 4. Cargador sobre ruedas CATFuente: https://www.google.com.pe/search?q=cargador+sobre+ruedas

Figura 5. Retroexcavadora volvoFuente: https://www.google.com.pe/search?q=Retroexcavadora+volvo

Figura 6. Cargador sobre oruga CAT 93Fuente: https://www.google.com.pe/search?q=Cargador+sobre+oruga