de figuras - Repositorio Digital UTE

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
“Construcción de un motor de volumen variable, capaz de
medir el índice de octanaje, para conseguir datos exactos de
los combustibles más utilizados a nivel nacional, para la
Universidad Tecnológica Equinoccial en el periodo 2014.”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO
AUTOMOTRIZ
IVÁN SEBASTIÁN PALACIOS TORRES
DIRECTOR DE TESIS: INGENIERO CESAR PADILLA
Quito, Noviembre, 2014
i
© Universidad Tecnológica Equinoccial 2014
Reservados todos los derechos de reproducción.
ii
DECLARACIÓN
Yo Iván Sebastián Palacios Torres, declaro que el trabajo aquí descrito es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_________________________
Iván Sebastián Palacios Torres
C.I. 1712758109
iii
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Construcción de un
motor de volumen variable, capaz de medir el índice de octanaje,
para conseguir datos exactos de los combustibles más utilizados a
nivel nacional, para la Universidad Tecnológica Equinoccial en el
periodo 2014”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue
desarrollado por Iván Sebastián Palacios Torres, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las
condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación
artículos 18 y 25.
___________________
Ingeniero Cesar Padilla
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 1700493925
iv
Te prometí un libro antes de que estuviera comenzando,
es tuyo ahora que está acabado.
A todos aquellos a los que amamos y que mueren para nosotros solo
cuando nosotros morimos.
v
INDICE
DECLARACIÓN ................................................................................................ iii
CERTIFICACIÓN ............................................................................................... iv
INDICE ............................................................................................................... vi
INDICE DE FIGURAS ......................................................................................... x
INDICE DE ANEXOS ....................................................................................... xiii
INDICE DE TABLAS ....................................................................................... xiv
RESUMEN ........................................................................................................ xv
ABSTRACT ..................................................................................................... xvi
1
INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1
2
MARCO TEORICO ................................................................................... 4
2.1
COMBUSTIBLE .................................................................................. 4
2.2
GASOLINA ......................................................................................... 5
2.3
REFINADO DE PETRÓLEO............................................................... 7
2.3.1
2.4
2.4.1
REFINERÍA ESTATAL ESMERALDAS........................................ 9
PROPIEDADES DE LA GASOLINA ................................................. 10
OCTANAJE ................................................................................ 10
2.5
VOLATILIDAD .................................................................................. 20
2.6
DENSIDAD ....................................................................................... 20
2.6.1
2.7
CAMBIOS EN LA DENSIDAD.................................................... 21
DEFECTOS EN LA FABRICACION DE LA GASOLINA ................... 21
2.7.1
CONTENIDO DE AZUFRE ........................................................ 21
2.7.2
GOMAS ACTUALES .................................................................. 21
2.8
NORMATIVA NACIONAL DE COMBUSTIBLES. ............................. 22
vi
2.9
COMBUSTIÓN DE LA GASOLINA ................................................... 28
2.9.1
COMBURENTE ......................................................................... 29
2.9.2
TIPOS DE COMBUSTIÓN ......................................................... 30
2.10
DETONACION.................................................................................. 31
2.11
ESTUDIO DEL MOTOR ................................................................... 32
2.12
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES: ............................................ 34
2.12.1
Por número de cilindros: ............................................................ 34
2.12.2
Por tipo de combustible:............................................................. 35
2.12.3
Por tipo de alimentación:............................................................ 36
2.12.4
Por disposición de los cilindros: ................................................. 37
2.12.5
Por presión de carga: ................................................................. 38
2.12.6
Por tipo de ciclo: ........................................................................ 38
2.12.7
Por la velocidad de giro:............................................................. 39
2.12.8
Por la potencia: .......................................................................... 39
2.12.9
Por la forma de utilizar la energía .............................................. 39
2.12.10
Por tipo de lubricación ............................................................... 40
2.12.11
Por tipo arranque ....................................................................... 40
2.13
FUNCIONAMIENTO MOTOR CUATRO TIEMPOS (CICLO OTTO) 41
2.13.1
PRIMER TIEMPO O ADMISIÓN ................................................ 41
2.13.2
SEGUNDO TIEMPO O COMPRESIÓN ..................................... 42
2.13.3
TERCER TIEMPO O EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN ...................... 43
2.13.4
CUARTO TIEMPO O ESCAPE .................................................. 44
2.14
ELEMENTOS MECANICOS EN EL TRABAJO DE TESIS. .............. 45
2.14.1
MOTOR GY6. ............................................................................ 45
2.14.2
SENSOR DE GOLPETEO ......................................................... 45
2.15
RELACIÓN DE COMPRESIÓN DEL MOTOR.................................. 47
vii
2.16
MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE ................................................. 49
2.17
FABRICACION DE MOTORES A GASOLINA ................................. 51
2.17.1
DISENO CON PROGRAMAS COMPUTACIONALES ............... 51
2.17.2
PROCESO DE FUNDICION ...................................................... 53
2.17.3
MAQUINADO DE PARTES........................................................ 54
2.17.4
MONTAJE DE PARTES MOVILES ............................................ 56
3
METODOLOGIA ..................................................................................... 59
3.1
MATERIALES ................................................................................... 59
3.2
HERRAMIENTAS ............................................................................. 60
3.2.1
MAQUINAS HERRAMIENTAS .................................................. 60
3.2.2
HERRAMIENTAS MANUALES .................................................. 60
3.3
DISEÑO, CONSTRUCCION Y MONTAJE ....................................... 61
3.3.1
PARAMETROS DE DISENO DE PARTES DEL MOTOR .......... 61
3.3.2
DISEÑO DEL BLOCK ................................................................ 61
3.3.3
CONSTRUCCION DEL BLOCK ................................................. 63
3.3.4
DISENO DISTRIBUIDOR........................................................... 68
3.3.5
ELABORACION DE TENSOR DE LA DISTRIBUCION ............. 71
3.3.6
MONTAJE DE PARTES MOVILES Y FIJAS.............................. 74
3.3.7
ADAPTACIONES ....................................................................... 78
3.4
ILUSTRACIONES FINALES DEL PROTOTIPO ............................... 83
3.5
PRUEBAS EN EL MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE .................... 95
3.6
ESTUDIO DE COMBUSTIBLE ......................................................... 96
3.6.1
PRUEBA DE OCTANAJE .......................................................... 96
3.6.2
PRUEBA DE SEDIMENTACION ............................................... 98
4
4.1
ANALISIS DE RESULTADOS .............................................................. 101
OCTANAJE .................................................................................... 101
viii
4.1.1
4.2
5
MEDICION DE OCTANAJE ..................................................... 114
SEDIMENTACION .......................................................................... 115
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 120
5.1
CONCLUSIONES ........................................................................... 120
5.2
RECOMENDACIONES .................................................................. 123
6
ANEXOS ............................................................................................... 125
SIMBOLOGIA ................................................................................................. 166
GLOSARIO ..................................................................................................... 167
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 169
ix
INDICE DE FIGURAS
FIGURA 1
FIGURA 2
FIGURA 3
FIGURA 4
FIGURA 5
FIGURA 6
FIGURA 7
FIGURA 8
FIGURA 9
FIGURA 10
FIGURA 11
FIGURA 12
FIGURA 13
FIGURA 14
FIGURA 15
FIGURA 16
FIGURA 17
FIGURA 18
FIGURA 19
FIGURA 20
FIGURA 21
FIGURA 22
FIGURA 23
FIGURA 24
FIGURA 25
FIGURA 26
FIGURA 27
FIGURA 28
FIGURA 29
FIGURA 30
FIGURA 31
FIGURA 32
FIGURA 33
FIGURA 34
FIGURA 35
FIGURA 36
FIGURA 37
FIGURA 38
FIGURA 39
FIGURA 40
FIGURA 41
FIGURA 42
FIGURA 43
FIGURA 44
REFINERIA DIAGRAMA DE CIRCULACION
MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE
MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE
RELACION OCTANO VS COMPR.
HISTOGRAMA PLOMO NIVEL MUNDIAL
REDUCCION QUIMICA COMBUSTIBLE
GOLPETEO MOTORES DE COMBUSTION.
GOLPETEO MOTORES DE COMBUSTION
MOTOR CICLO OTTO 1863
MOTOR MONOCILINDRICO
MOTOR POLICILINDRICO
CARBURADOR
INYECTOR
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
DIFERENCIA ENTRE MOTOR TURBO Y NA.
ADMISION MOTOR COMBUSTION INTERNA
COMPRESION MOTOR COMBUSTION INTERNA
EXPLOSION MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
ESCAPE MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
SENSOR DE GOLPETEO
ONDA DE TRABAJO SENSOR DE GOLPETEO
RELACION DE COMPRESION
RELACION DE COMPRESION FORMULA
MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE
MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE
DISENO COMPUTARIZADO
SECUENCIA DE FUNDICION
PARTES DEL TORNO PARALELO
FRESADORA DE TALADRO
RECTIFICADORA DE COLUMNA
PLANO DE BLOCK DESARROLLADO
ALUMINIO LÍQUIDO EN CRISOL
COLADO DE ALUMINIO EN MOLDE
MOLDE DE ALUMINIO
MAQUINADO DEL BLOQUE
ILUSTRACION MOTOR GY6
DIAGRAMA BOBINAS GY6
ILUSTRACION DE LA BASE DEL DISTRIBUIDOR
PLANO DE ADAPTADOR DISTRIBUIDOR
ARBOLES DE LEVAS COMPARACION
ILUSTRACION TENSOR DE CADENA
MECANISMO TENSOR DE CADENA
FOTO ESPARRAGOS DE CILINDRO
DIAGRAMA DE CONSTRUCCION DEL CILINDRO
8
11
12
13
17
28
31
31
33
34
35
36
36
37
38
41
42
43
44
46
46
47
48
50
50
52
53
54
55
56
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
x
FIGURA 45
FIGURA 46
FIGURA 47
FIGURA 48
FIGURA 49
FIGURA 50
FIGURA 51
FIGURA 52
FIGURA 53
FIGURA 54
FIGURA 55
FIGURA 56
FIGURA 57
FIGURA 58
FIGURA 59
FIGURA 60
FIGURA 61
FIGURA 62
FIGURA 63
FIGURA 64
FIGURA 65
FIGURA 66
FIGURA 67
FIGURA 68
FIGURA 69
FIGURA 70
FIGURA 71
FIGURA 72
FIGURA 73
FIGURA 74
FIGURA 75
FIGURA 76
FIGURA 77
FIGURA 78
FIGURA 79
FIGURA 80
FIGURA 81
FIGURA 82
FIGURA 83
FIGURA 84
FIGURA 85
FIGURA 86
FIGURA 87
FIGURA 88
FIGURA 89
FIGURA 90
FIGURA 91
FIGURA 92
FOTOGRAFIA CONJUNTO SUPERIOR
FOTOGRAFIA PISTONES Y RINES
CABEZOTE CON BASE DEL CARBURADOR
FOTOGRAFIA ADAPTACIONES
SILENCIADOR GX200 (HONDA)
SENSOR KS (GOLPETEO) VW
MECANISMO DE VOLUMEN VARIABL E
TORNILLOS REGULADORES DE VOLUMEN
VISTA FRONTAL PROTOTIPO FINALIZADO
VISTA LATERAL PROTOTIPO FINALIZADO
VISTA LATERAL PROTOTIPO FINALIZADO
VISTA POSTERIOR DEL PROTOTIPO
VISTA CADENA Y SILENCIADOR
VISTA TANQUE DE EXPANSION DE ACEITE
VISTA DE CARBURADOR
VENTILADOR Y DIFUSOR DE TEMPERATURA
TANQUE DE COMBUSTIBLE 250CC
TENSOR DE CADENA DISTRIBUCION
VISTA CADENA Y SENSOR KS
CARBURADOR, FILTROS DE AIRE Y COMB.
VISTA INFERIOR, TAPON DE ACEITE
VISTA VENTILADOR, DIFUSOR Y CABLEADO
CABLEADO PROTOTIPO SENSOR DE POSICION
TANQUE EXPANSOR ACEITE
BOBINA Y CABLE DE BUJIA
MECANISMO TENSOR DE CADENA
VISTA SUPERIOR DEL PROTOTIPO
MEDICION OSCILOSCOPIO EXTRA
MEDICION OSCILOSCOPIO SUPER
DECANTACION DE COMBUSTIBLE SEDIMENTO
DECANTACION DE COMBUSTIBLE SIN SED
FORMATO DE EVALUACION.
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 1
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 2
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 3
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 4
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 5
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 6
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 7
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 8
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 9
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 10
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 11
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 12
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 13
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 14
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 15
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 16
76
77
78
79
79
80
81
81
83
84
85
86
87
87
88
88
89
89
90
90
91
91
92
92
93
93
94
97
97
98
99
100
103
103
104
104
105
105
106
106
107
107
108
108
109
109
110
110
xi
FIGURA 93
FIGURA 94
FIGURA 95
FIGURA 96
FIGURA 97
FIGURA 98
FIGURA 99
FIGURA 100
FIGURA 101
FIGURA 102
FIGURA 103
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 17
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 18
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 19
CURVA DE OSCILOSCOPIO MUESTRA 20
CAMPANA DE GAUSS SUPER
CAMPANA DE GAUSS EXTRA
MUESTRA SEDIMENTADA EXTRA
GRAFICO SEDIMENTACION SUPER
GRAFICO SEDIMENTACION EXTRA
LOCALIZACION ABASTACIMIENTOS Y TRANSP.
PAPEL FILTRANTE 25MICRAS ESCANEADO
111
111
112
112
113
114
115
116
116
117
119
xii
INDICE DE ANEXOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 1
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 1
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 2
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 2
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 3
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 3
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 4
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 4
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 5
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 5
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 6
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 6
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 7
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 7
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 8
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 8
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 9
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 9
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 10
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 10
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 11
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 11
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 12
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 12
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 13
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 13
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 14
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 14
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 15
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 15
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 16
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 16
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 17
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 17
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 18
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 18
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 19
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 19
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA 20
OSCILOSCOPIO PICOSCOPE MUESTRA 20
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
xiii
INDICE DE TABLAS
TABLA 1
NORMA INEN 2012 COMBUSTIBLE EXTRA
24
TABLA 2
NORMA INEN 2010 COMBUSTIBLE EXTRA
25
TABLA 3
NORMA INEN 2010 COMBUSTIBLE SUPER
26
TABLA 4
NORMA INEN 2012 COMBUSTIBLE SUPER
27
TABLA 5
VALORACION DE OCTANAJE ACUMULADO
102
xiv
RESUMEN
El siguiente trabajo de titulación, basado en los conocimientos primarios
obtenidos durante toda la carrera de Ingeniería Automotriz, tuvo como
objetivo: desarrollar mediante un método didáctico la medición de la calidad
de la gasolina, uno de los principales problemas tomados en cuenta durante
todo el desarrollo de este dispositivo, fue la escasa información sobre el
octanaje y como se mide.
Luego de conseguir la mejor de las bibliografías, se procedió a realizar un
estudio de la plataforma en la que podría desarrollarse dicho motor, esta
plataforma final fue desarrollada en un motor de cuatro tiempos, horizontal,
lubricado por salpicadura de ciento cincuenta centímetros cúbicos de
volumen, capaz de variar la relación de compresión de 7 a 10.5.
Fue diseñado a partir de un motor muy usado, y se realizaron varios
elementos, tanto en aluminio como en acero, al final se pudo obtener un
conjunto robusto capaz de variar la compresión tal y como fue propuesto en
un principio.
Este motor contaba con un sensor de medición de vibración, capaz de medir
de una manera precisa la actividad al interior de la cámara de combustión.
Esta vibración fue traducida en un voltaje, que al ser tabulado e interpretado
de una manera matemática, se consiguió obtener el valor de octanaje para
cada combustible, cabe resaltar que los equipos de medición más precisos
cuentan con alarmas y de igual manera, varían la relación de compresión,
pero estos motores al ser elementos típicos de un laboratorio, poseen un
altísimo grado de calidad.
Gracias a este dispositivo se pudo tener de una manera más didáctica el
estudio del combustible.
El objetivo final de este proyecto fue brindar al taller de Ingeniería
Automotriz, una herramienta didáctica capaz de medir los combustibles.
El alcance del prototipo alcanzo los objetivos planteados al inicio del trabajo
de titulación.
xv
ABSTRACT
The following thesis, submitted in partial fulfillment of the requirements for the
degree of the assignment of Automotive Engineering, It proposed to develop
a didactic method for measuring the quality of gasoline. One of the major
issues throughout the development of this device was the limited information
on the octane and its measure.
After all the literature review, the author proceeded to conduct a study of the
platform needed in order to development of the engine. The final draft was
technologically design into a four-stroke engine, horizontal and lubricated by
a splash of a hundred and fifty cubic centimeters of volume, capable of
fluctuate the compression ratio of 7 to 10.5.
The author developed the design from a widely used engine and several
items made from aluminum and steel. At the end a very robust sample was
obtained, capable of fluctuate the compression as originally proposed.
This engine has a vibration measurement sensor capable of accurately
determine the activity within the combustion chamber. This vibration is
translated into a voltage, which when weighted and interpreted in a more
mathematical way, shows the octane value for each fuel. It should be noted
that equipment of more precise measurement have alarms and likewise, vary
the compression ratio, but these engines used typically elements of a
laboratory possess a high degree of quality structure.
This device is of good tool for the study of the fuel. It is thanks to the gasoline
that the 4-stroke engine is still very useful today. But for many reasons the
actual development of this laboratory engines maintain the original design.
The author’s aim in this thesis and the research is to provide the Automotive
Engineering workshop a very useful tool for the assignment of fuels and
lubricants and for other mechanical assignments of the entire carrier.
The Scope of the prototype reached the goals set at the beginning of Labor
certification
xvi
1 INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo de tesis tiene la finalidad de demostrar de manera
práctica el fenómeno conocido como detonación, esta anomalía se produce
de manera espontánea en el motor de combustión interna alternativo,
especialmente en el motor de Ciclo Otto. De esta manera genera una
combustión ofensiva para el motor ya que la presión genera un movimiento
brusco en la biela del pistón, movimiento que por lo general es acompañado
por un sonido muchas veces apreciable sin mucho esfuerzo, esta explosión
es provocada por algunos factores como por ejemplo un bajo régimen junto
con una carga elevada al motor por otro lado el octanaje es uno de los más
importantes factores en este proceso destructivo del motor.
Por lo cual a lo largo del trabajo en curso se explicara de una forma teórica
como se realizó todo el estudio elaborado con los combustibles y con los
motores, así como los motivos por los que la gasolina dependiendo de la
calidad, de la marca y de la localidad varía sus propiedades.
Debido a la falta de información de los combustibles a nivel nacional, se
pone a consideración de los lectores, ésta tesis, esperando sea una fuente
de información importante para el desarrollo de cualquier trabajo posterior.
Por otra parte se intentará explicar de forma didáctica, el índice de octanaje
para analizar los combustibles, creando un banco de pruebas a partir de un
motor gy6, que es un diseño utilizado muy frecuentemente en motonetas, se
explicará el diseño, construcción y experimentación con el motor, a lo largo
del desarrollo de los capítulos.
A lo largo del diseño del prototipo se estudiara el material necesario para
construir un block, capaz de variar la relación de compresión esta proporción
es un número de referencia matemático que sirve para calcular cuánto se ha
comprimido la mezcla de aire combustible de los motores a combustión
interna de ciclo OTTO y el volumen de la cámara de combustión, generando
un cilindro de movimiento variable manual.
En la presente tesis se tratará temas relacionados con el estudio del motor y
las fuerzas que actúan en él, el diseño básico, los materiales necesarios y la
construcción del motor de volumen variable; que nos permita medir las
cualidades del combustible en condiciones de laboratorio; se estudiará
también los factores directos que intervienen en las condiciones de
detonación: octanaje, temperatura y relación de compresión; en todos los
combustibles locales.
1
Así con el motor de volumen variable, se medirá si los combustibles cumplen
con los estándares de calidad de la norma Inen 935-2012, esta norma
establece los requisitos que debe cumplir la gasolina destinada al uso en
motores de ciclo OTTO. Esta norma se aplica en el país para todas las
gasolinas que se comercializan, sean de producción nacional o importada,
exceptuando la de aviación.
Los objetivos generales de la presente tesis proponen lo siguiente:
Construcción de un motor de volumen variable, usando toda la información
obtenida en el marco teórico, recopilando de esta manera toda la bibliografía
sobre motores de volumen variable.
Que sea capaz de medir el índice de octanaje, por medio de un sensor de
golpeteo y con estas pruebas obtener gráficos que sean capaces de
tabulación, para generar información más accesible para el lector. De esta
manera conseguir datos exactos de los combustibles más utilizados a nivel
nacional, por medio de muestreo, realizando un almacenamiento de varios
ejemplares para poder tener un abanico más amplio de dichas muestras.
En la Universidad Tecnológica Equinoccial en el periodo 2014, con el objeto
de proporcionar información que puede ser utilizada para complementar la
docencia de combustibles y lubricantes, dando como resultado un texto útil
para los estudiantes, objeto de consulta y de trabajos posteriores.
Por otra parte los objetivos específicos postulados son los siguientes;
Realizar un estudio del motor a combustión interna, estudiar sus tipos y su
construcción, tomando en cuenta su diseño a lo largo de los tiempos, para
poder entender la construcción y su correcto diseño.
Estudiar los antecedentes históricos del combustible, su origen, sus
alternativas energéticas, el futuro y sus usos en el Ecuador, para tener una
base de datos relativa, puesto que posteriormente se puede demostrar que
la gasolina es muy variable como una mezcla de fluidos no constante.
Construir un motor tomando los parámetros ya antes mencionados y
utilizando las alternativas más económicas en nuestro entorno,
principalmente realizando un análisis sobre el producto finalizado y si de esta
manera se puede realizar trabajos posteriores que requieran procesos de
fundición o de adaptación de partes.
Almacenar el combustible, etiquetarlo y analizarlo por medio de pruebas
físicas como manteniéndolo varios días en estática para ver su
sedimentación, y posteriormente poniéndolo a prueba en el motor
desarrollado, para ver su combustión y así poder realizar un estudio
2
correcto, tomando en consideración si los combustibles cumplen o no con
las normas estudiadas a lo largo de la presente tesis.
Realizar gráficos comparando los resultados de los combustibles y si estos
estudios están dentro de los parámetros de la norma que rige los
combustibles.
Y como último generar un texto útil, completo y de fácil análisis para el lector,
siendo una herramienta útil, capaz de generar ideas en futuros trabajos de
tesis.
3
2 MARCO TEORICO
2.1 COMBUSTIBLE
La combustión es una reacción química, de reducción- oxidación, en la cual
generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor
y luz, manifestándose generalmente como fuego. (CATEDU, 2010)
El combustible de los vehículos es un líquido resultante de la mezcla de
compuestos como los hidrocarburos en un sinnúmero de combinaciones
químicas pero antes de entrar en un estudio más profundo del combustible
usado hoy en día sedarán breves generalidades de la matriz energética a lo
largo de los años.
El primer uso de un combustible fue el Carbono, resultado de la quema de
madera, en el Homo erectus. (Richard, 1994)
Siglos después el hombre descubriría una nueva manera de obtener
energía; El carbón remplazaría casi totalmente a la madera, estudios que
datan 1000 años antes de Cristo en China indican que, se empieza a utilizar
carbón para las fraguas en la metalurgia del hierro, luego con la invención
del motor a vapor el carbón será usado por generaciones para forjar el
camino de los trenes a nivel mundial. (E-Centro, 2012)
En el siglo 19, el gas extraído del carbón se utilizaba para el alumbrado
público en Londres. En el siglo 20, el uso primario de carbón es para la
generación de electricidad, proporcionando 40% de la oferta mundial de
energía eléctrica en 2005. (Institute, 2006).
Los combustibles fósiles son recursos no renovables, ya que tardan millones
de años en formarse, y las reservas se están agotando más rápido de lo
esperado, en estudios recientes de la ciencia, se demuestra que existen
posibles soluciones para la crisis energética que espera a la humanidad en
un futuro.
La Administración de Información de Energía de Estados Unidos, ha
estimado que en 2007 las fuentes primarias de energía consistían en un
36,0% de petróleo, carbón 27,4%, gas natural 23,0%, totalizando una
participación del 86,4% de los combustibles fósiles en el consumo de
energía primaria en el mundo. (Energetico, 2010)
4
2.2 GASOLINA
La gasolina es una mezcla de hidrocarburos, que depende mucho de donde
es producida y con qué proceso fue realizada, además del proceso de
evaporación existe un proceso complementario que consiste en juntar los
derivados de bajo peso como los alcoholes y los hidrocarburos pesados
como aceites, luego de calentarlos son comprimidos por medio de un largo
proceso de reformado se añade a este producto un catalizador y, la
substancia adquirida es una gasolina de mejor calidad que la evaporada.
(Méndez, 2010)
Tradicionalmente, se la emplea como combustible en los motores de
explosión interna con encendido a chispa convencional, o en su defecto, por
compresión y también como disolvente.
La gasolina se la obtiene a partir del petróleo, por un proceso de refinado.
Como antecedentes hay que considerar que en el siglo 19 los combustibles
más adecuados para el automóvil fueron destilados de alquitrán de carbón y
las fracciones más ligeras de la destilación de petróleo crudo. (Hamilton,
1996)
La gasolina es una palabra que se cita en la ortografía angloparlante como
"gasolene” desde el año de 1863 en el Diccionario Inglés de Oxford.
Básicamente es un líquido derivado del petróleo que se utiliza principalmente
como combustible en motores de combustión interna. Es un compuesto
derivado del petróleo, que se obtiene por destilación fraccionada, este
proceso consiste en evaporar el petróleo en una torre en la que se separan
los diferentes componentes por su valor de condensación y evaporación.
Durante el siglo 20 las compañías petroleras producen la gasolina como un
simple destilado de petróleo, pero los motores de automóviles van
mejorando rápidamente y requerirán un combustible de mejor calidad.
La gasolina procede del petróleo (exactamente del petróleo bruto o crudos
de petróleo). El petróleo se obtiene de perforaciones en pozos, en la tierra a
gran profundidad. En aquellas zonas donde se localizan formaciones
petrolíferas se encuentran numerosos compuestos químicos que al ser
refinados forman otras muchas substancias llamadas fracciones.
Aquí brevemente se describe el proceso de refinado: Fundamentalmente, los
procesos de refinado de los crudos se dan por medio de destilación. El
5
petróleo bruto se compone de varias substancias con distintos puntos de
ebullición.
Fundamentalmente una refinería de petróleo consta de un horno donde se
introduce por medio de un conducto el crudo, se evaporan por acción del
calor todos y cada uno de los hidrocarburos, luego todo sale por el mismo
conducto a una torre de destilado y dependiendo de las diferentes
temperaturas de condensado, tenemos como resultado las fracciones.
(Billiet, 1979)
Por lo general los gasóleos pesados vuelven a reingresar a un horno donde
se los calienta y luego de un proceso de reacción se aumenta la cantidad de
gasolina obtenida al final del proceso.
La gasolina está formada por un conjunto de substancias químicas, en su
mayoría está conformado por hidrogeno, oxígeno y carbono molecularmente,
forma cadenas cortas de fácil evaporación, alcoholes fabricados por medio
de destilaciones complejas, pero en realidad la gasolina pura o la que se
obtiene después del proceso de destilado solo cuenta con un octanaje
cualidad anti detonante de gasolina de 70 grados, necesitando una variedad
de aditivos para poder mejorar sus cualidades, pero básicamente se va a
enumerar los aditivos más comunes en la gasolina:

Elevadores de octanaje: encargados de mejorar la capacidad más
importante de la gasolina. (Hamilton, 1996)

Anti Oxidantes: manejan las formaciones de gomas y mantiene la
estabilidad

Desactivadores Metálicos: inhiben la formación de gomas y mantiene
la estabilidad en la gasolina como los anti oxidantes.

Modificadores de depósitos: reducen los depósitos en conductos y
ayudan a mejorar el desempeño de las bujías y de la pre-ignición.

Surfactantes: previenen el aparecimiento de cristales, son
anticongelantes muy usados en países de muy bajos regímenes
climáticos.

Depresores del punto de congelación, de igual manera mantienen el
punto de congelación al mínimo hacen que la gasolina no presente
cristales el momento de enfriarse especialmente usado en países
fríos.
6

Inhibidores de corrosión, ayudan a prevenir el aparecimiento de
corrosión en el tanque de almacenado de la gasolina muy útil en
todas las gasolinas.

Colorantes que ayudan a diferenciarlos diferentes tipos de gasolinas.
Se están implementando otras tecnologías que aumentan el octanaje de las
gasolinas, como son el uso de nuevas tecnologías de refinación, reformado
catalítico, isomeracion y otros procedimientos.
A nivel mundial hay que cumplir con los requerimientos de protección
ecológica, esto ha llevado a no utilizar el tetra etilo de plomo, que si bien
aumenta el octanaje en las gasolinas, al no intervenir en la combustión, es
eliminado al medio ambiente y causa contaminación ambiental.
2.3 REFINADO DE PETRÓLEO
La REE (Refinería Estatal Esmeraldas) arranco en el año 1978 con una
producción reducida, para el año 1987 se realiza la primera ampliación a 90
mil barriles diarios de refinación; más tarde, en 1995, se inició la segunda
ampliación a 110 mil barriles para tratar crudo de 23 a 27 º API. (Benítez,
2005)
Los hornos son precalentados a una temperatura que alcanza los 360° C.
Luego ingresa el crudo a la torre atmosférica, donde desde la parte inferior
se inyecta conjuntamente vapor a 10BARES, con lo cual se logra el
despojamiento de los productos iníciales de los gases. Con los gases más
livianos se formará el diésel, el kerosene, la gasolina circulante y la nafta,
respectivamente.
Al mismo tiempo, la Gasolina se enfría para mantener el perfil térmico de la
torre, que a su vez es procesado para continuar refinando el crudo reducido
en la unidad de vacío. (Benítez, 2005)
El Área de Cracking catalítico.- Se basa en el rompimiento de moléculas por
medio de un catalizador en presencia de temperatura. Inicialmente se tiene
una entrada de la carga de gasóleo, como subproducto de los fondos de la
torre de vacío. El gasóleo se une con un catalizador a 700 °C. De
temperatura, lo cual produce un rompimiento de largas cadenas de
hidrocarburos que van a formar cadenas pequeñas. La Planta de Cracking,
genera dos productos: gasolina de alto octanaje de 93 octanos, 53.400
kg/hora de gasolina y 20.000 kilos/hora de gas licuado de petróleo (GLP).
7
Estos combustibles tienen un costo y ahorro para el país de 1 millón de
dólares diarios. La Regeneración Continua de Catalizador (CCR).- Es un
Planta cuyo objetivo es producir gasolina de alto octanaje, hidrógeno y LPG,
tomando como carga la nafta liviana. La capacidad operativa de la Planta es
de 10 mil barriles diarios. (Benítez, 2005)
Como se puede apreciar en la figura 1, se distingue la estructura basica de
una planta de refinado, se puede notar el ingreso del petroleo al horno de
calentado, por donde todos los crudos se evaporan y se transforman en
fracciones y salen por distintos conductos a sus respectivos
almacenamientos en la parte derecha de la imagen.
Figura 1.- Diagrama de circulación representando el recorrido del petróleo bruto desde el
pozo hasta convertirse en productos terminados. Mediante toda la línea del proceso se
obtienen al máximo 44 litros de gasolina por cada 100 litros de petróleo.
(Billiet, 1979)
8
2.3.1 REFINERÍA ESTATAL ESMERALDAS.
La Refinería Estatal de Esmeraldas (REE) inició su operación en 1978, con
una capacidad de 55.600 barriles diarios. Fue diseñada para procesar crudo
de 28º API, o sea liviano.
La refinería produce gasolina de muy buena calidad y debido a esto cabe
señalar que esta gasolina es utilizada para mezclas por su alto contenido en
aromáticos.
El principal problema no es la calidad de los productos obtenidos, sino más
bien la cantidad, puesto que ya la refinería para el año 2004 dejo de
abastecer en su totalidad a la demanda (Benítez, 2005)
Cuenta con una planta Hidro-desulfuradora y su función principal es eliminar
el azufre de la carga que viene de crudo a través de un horno DH1 y un
reactor DR1, a alta temperatura (320 °C) y con una corriente de hidrógeno,
para que el producto terminado alcance un máximo de 0.05 % de azufre, que
es lo óptimo para el mercado, conocido también como Diésel Premium. La
producción actual de la Planta es de 114 mil toneladas diarias. (Benítez,
2005)
En 2004, la Refinería produjo derivados por un valor de 958’256.506 dólares.
Por cierto, el costo de refinación es de $ 3.21 USD el barril (el año 2003 fue
de $ 3.40USD).
Es importante destacar que la REE aportó con 61% de la demanda nacional
de combustibles. (Benítez, 2005)
Las refinerías de petróleo son grandes, complejos industriales con tuberías
transportando fluidos entre las grandes unidades de procesamiento químico.
(Leffler, 1985)
Actualmente, la Refinería está equipada con instrumentación electrónica de
punta. Al mismo tiempo, la REE funciona en base a un cerebro automatizado
conocido como Sistema de Control Distribuido Máster (DCS), el cual fue
creado para el control y monitoreo automático de los procesos de refinación
de petróleo. (Anchundia, 2014)
9
2.4 PROPIEDADES DE LA GASOLINA
Los hidrocarburos presentes en el crudo de petróleo tienen distintos puntos
de ebullición. Existen hidrocarburos que son más pesados, en el sentido de
que hierven a temperaturas más altas. (Aviacion Ulm, 2010)
Por lo anteriormente explicado cada tipo de gasolina tiene las siguientes
propiedades:
2.4.1 OCTANAJE
Octanaje o número de octanos, es una medida de la calidad y capacidad de
la gasolina para evitar la detonación y explosión en los motores de
combustión interna. (Castillo, 2010)
El octanaje es descrito mediante una escala establecida por la medida de la
capacidad antidetonante de dos substancias extremas: el uso-octano, que
representa el 100 en la escala (máxima capacidad antidetonante), y el
heptano, que representa el cero. (Kirk-Otwer., 2003)
Para la determinación del octanaje de una gasolina, se utiliza un motor de
laboratorio que tiene la posibilidad de poder variarle la relación de
compresión, de esta manera se va subiendo hasta que se produzca la auto
inflamación, luego se compara con la mezcla de Octano-Hexano que tiene el
mismo grado de resistencia a la auto inflamación y ese es el octanaje de la
gasolina.
En la figura 2 se aprecia un ejemplo de un motor de volumen variable muy
usado en laboratorio para mediciones de octanaje, su robustez y presicion
son sus mas importantes caracteristicas.
En la sociedad de ingenieros Automotrices (S.A.E.) por sus siglas en ingles,
se determinó crear una comision para el desarrollo de un motor capaz de
medir el octanaje, se formó entonces el comité cooperativo para el desarrollo
de los combustibles.
Este motor se conserva en Waukesha hasta el día de hoy, y fue el primer
motor de prueba estándar universalmente aceptado, el cual se podría
producir en cantidad suficiente para satisfacer las necesidades de la
industria.
10
Figura 2.-Motor de volumen variable utilizado en laboratorio.
(Waukesha, 2013)
En 1928 el Comité había llegado a la decisión de que un motor de prueba de
un solo cilindro normalizado era necesario, como primer paso para
desarrollar un método de prueba de knock-gasolina. En diciembre 1928 se
tomó la decisión de diseñarel motor. Fue diseñado y construido en 45 días
para estar listo para la reunión SAE 01 de 1928.
Este diseño ha perdurado y ha sido mejorado en dos ocaciones, de modo
que una medicion hecha en el primer motor, todavía coincida con el índice
de octano hecho en el motor de hoy en día casi 70 años más tarde.
(Runway, 2000)
La figura 3 representa el primer motor de volumen variable desarrollado hace
mas de ocho decadas.
11
Figura 3.- Imagen del primer motor de volumen variable utilizado para medir el índice de
octanaje. (Runway, 2000)
2.4.1.1 ESPECIAL REFERENCIA AL OCTANAJE DE LA GASOLINA
Un motor viene diseñado para el uso de un combustible de octanaje
determinado, por lo que siempre esaconsejable usar el combustible
especificado. (Aviacion Ulm, 2010)
Al contrario de lo que la gente piensa, la gasolina de alto octanaje no genera
"mayor explosión", sino por el contrario no produce explosiones. Es decir, a
mayor octanaje, mayor resistencia a la detonación, tarda más en
explosionar, y por tanto resistirá mejor el calentamiento y la sobrepresión,
siendo encendida sólo cuando la en la bujía salta la chispa.
(FUELMASTERS, 2011)
En un motor convencional, la llama viaja a través de la cámara de
combustión eleva la presión uniformemente dentro de ella. Adelante del
frente de llama, la mezcla que no se quema es comprimida por la presión
que va en aumento, con la consiguiente elevación en su temperatura y en su
densidad, ocurre el golpeteo, el proceso metódico de combustión se
convierte en ingobernable, experimentando un cambio brusco muy acelerado
de presión en la cámara. Terminando la combustión normal de la misma.
(Obert, 1991)
12
Como se puede apreciar en la figura 4 existen varios valores determinantes
para estudiar el octanaje todos están directamente proporcionales al índice
de octanaje.
Figura 4. Relación octanaje vs relación de compresión
(MR20C, 2008)
2.4.1.2 ELEVADORES DE OCTANAJE
Hoy en día la industria petrolera ha invertido cantidades elevadas de dinero
en el desarrollo de elevadores de octanaje, en este capítulo tendremos una
breve síntesis de los elevadores de octanaje.
2.4.1.3 DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEVADORES DE OCTANAJE.
Para la década de 1920 el desarrollo de los motores se vería afectado por un
problema peculiar, el cascabeleo o pistoneo de los motores de combustión
interna utilizados en aviones y automóviles.
El golpeteo o cascabeleo, se trata de un fenómeno destructivo que empeora
a medida que se aumenta la relación de compresión de los motores,
provocando su rotura. Como para obtener mayores potencias es necesario
13
aumentar la relación de compresión, el inconveniente se había vuelto crítico
y muchos fabricantes de motores dedicaron ingentes esfuerzos para resolver
el problema.
Trabajando para la General Motors, el científico Thomas Midgley concluyó
que el problema no se hallaba en el diseño de los motores sino en la fórmula
del combustible utilizado. (CANDIDO, 2008)
Luego de probar innumerables productos químicos en combinación con la
gasolina de entonces, Midgley descubrió que añadiendo tetra etilo de plomo
al combustible, el pistoneo desaparecía. (Fernando, 2007)
Poco tiempo después, una corporación integrada por las compañías Dupont,
GM y Standard Oíl se dedicó a producir y distribuir a gran escala un aditivo
al que llamaron “etilo” y que se incorporó de inmediato a los combustibles
para vehículos. (Kovarik, 1994)
Etilo fue el nombre que encerraba al plomo, fue utilizado este nombre
comercial ya que desde principios de siglo se demostraron los efectos
nocivos para la salud del plomo en la sangre, el saturnismo que afecta al
sistema nervioso central, produce en un principio perturbaciones leves, que
consecuentemente son acompañados del daño definitivo del cerebro, y
puede presentar varios tipos de cáncer en el cuerpo humano. (Hu, 1991)
En la fábrica del famoso Etilo, todos los trabajadores sufrieron graves
enfermedades mentales, terminaron en sanatorios, y la mayoría murió, no
fue hasta el año 2000 que el científico Rick Nevil demostraría que el 70% de
los crímenes violentos en los Estados Unidos, tienen como causa común
altos niveles de plomo en la sangre de los criminales. (Nevin, 2007)
No fue hasta el año 1993 que definitivamente se normalizo la utilizacion de
combustibles sin plomo.
Con el paso de los tiempos se han buscado alternativas menos
contaminantes para elevar el octanaje y en nuestros dias los oxigenantes
forman parte de los mejores elevadores de octanaje, aun cuando su
produccion es mas compleja el impacto ambiental es menor.
Existe una lista interminable de aditivos capaces de subir el octanaje de la
gasolina pero con el desarrollo de mejores motores mas potentes y de
menor consumo cada día se tiene que desarrollar mejores compuestos
quimicos, a continuacion una breve descripcion de los elevadores de
octanaje.
14
Desde la creación de los nuevos motores de gran desempeño las empresas
que producen los combustibles se han empeñado en diseñar mejoras en el
octanaje de las siguientes maneras:
1. Aplicación de nuevas tecnologías de refinación, de reformado
catalítico, isomerización y otros procesos, que permiten obtener
gasolinas con elevados números de octano limpios, es decir, sin
aditivos.
2. Paralelamente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados
denominados ecológicos en sustitución el tetra etilo de plomo (que es
altamente contaminante), tales como el Metil-Ter-Butil-Éter (MTBE), el
Ter-Amil-Metil-Éter (TAME) y el Etil-Teer-Butil-Éter (ETBE), entre
otros. (Jaramillo, 1997)
Estos aditivos oxigenados, se adicionan a las gasolinas para elevar su
número de octano, proporcionando a la vez una mayor oxigenación, lo que
incide directamente en una combustión más completa y en un mejor
funcionamiento de los motores. (Castillo, 2010)
De estos aditivos oxigenados, los que han tenido un mayor uso a nivel
mundial (incluso en nuestro país), han sido el MTBE y el TAME, debido a su
alto valor de octano en la mezcla con gasolina, a su baja presión de vapor y
sobre todo a su alta disponibilidad, al producirse en plantas integradas a las
refinerías, donde son aprovechadas las materias primas de refinación
requeridas para su elaboración (metanol, butanos, butilenos, isobutilenos e
isoamileno), con las ventajas económicas que ello representa. (Castillo,
2010)
15
2.4.1.4 EL TETRAETILO DE PLOMO
El tetra etilo de plomo, especie química de fórmula molecular Pb (C2H5)4 es
una substancia de manipulación peligrosa, ya que por encima de los 77ºC se
pueden formar mezclas explosivas vapor/aire. (Bello, 2013)
Es un líquido viscoso, incoloro, de olor característico.
El tetra etilo de plomo es un aditivo de las gasolinas, que actualmente no es
utilizado debido a ser peligroso para la salud pública y para el medio
ambiente. (Automotriz.net, 2010)
El tetra etilo de plomo puede ser absorbido por inhalación, por absorción a
través de la piel o por ingestión. Debido a la volatilidad de esta substancia a
temperatura ambiente, se pueden alcanzar rápidamente concentraciones
nocivas, siendo los síntomas y consecuencias a la exposición: irritación de
piel, mucosas y ojos, efectos sobre el sistema nervioso central, alteraciones
cardíacas, pérdida de la conciencia y, finalmente, la muerte. (Diego, 2008)
Fue utilizado por más de 60 años gracias a la colaboración de Thomas
Midgley, Jr. Junto con la empresa General Motors, que diseñaron en
conjunto un compuesto para su nuevo diseño de automotores de alto
desempeño, el problema sin duda fue la creación de un compuesto a partir
de un químico toxico, el plomo. Thomas Midgley, Jr. Afirmaba que el tetra
etilo de plomo no era perjudicial para la salud de las personas por lo que
hizo un día un experimento en el que se expuso a largas emanaciones del
compuesto generado por un automotor, este humo resultante fue el causante
de casi dos meses de retiro medico por las complicaciones pulmonares
obtenidas.
Al final de su vida Thomas Midgley, Jr. confesó que llego a repudiar el plomo
en todas sus versiones. (Kitman, 2002)
La creación del tetra etilo de plomo y del gas usado en la refrigeración de los
automotores FREON son los causantes del agujero de la capa de ozono y
de la contaminación de plantas y animales.
McNeil es recordado en los principales textos de impactos ambientales,
puesto a que es considerado como la persona que ha ocasionado el mayor
impacto atmosférico en la historia de la tierra, traducido de la siguiente frase:
“Had more impact on the atmosphere tan any other single organism in
Earth's history” (McNeill, 2001). Esto se debe a que sus descubrimientos,
que aunque fueron muy útiles en un principio, han sido muy perjudiciales
para la salud humana y el medio ambiente.
16
Como se aprecia en la figura 5 un corto histograma de la producción mundial
de plomo, muy evidenciado por el rápido crecimiento en la edad industrial.
Figura 5.- Histograma de la producción mundial de plomo, muy evidenciado por el rápido
crecimiento en la edad industrial. Y en el apogeo del imperio Romano.
(S., 1994)
2.4.1.5 ETIL TERC BUTIL ÉTER (ETBE)
El Etil Terc Butil Eter es uno de los compuestos producidos a partir del año
1980 principalmente como un elevador de octanaje, su olor es muy
característico. Al principio se lo utilizo por su alto nivel oxidante que elimina
los depósitos de combustible en el motor, ayuda en la mejor combustión de
la gasolina de los automotores, mejora significativamente el gas del escape
y reduce el consumo, la mayoría de refinerías la usan desde el año 1974 y
esto se debe a que su elaboración es muy económica. (Jesus, 1989)
2.4.1.6 METIL TERT-BUTIL ÉTER (MTBE)
El éter metil tert-butílico, metil tert-butil éter, metil terc-butil éter o, por sus
siglas, MTBE, es un líquido inflamable de olor característico y desagradable.
Se fabrica combinando sustancias químicas como isobutileno y metanol, y
se ha usado desde los años 1980 como aditivo para incrementar el octanaje
de la gasolina sin plomo. (Wuithier, 1971)
17
2.4.1.7 TAME (METIL-TER-AMIL ÉTER).
Producto que se utiliza en la gasolina con el fin de mejorar el octanaje y
eliminar las emisiones contaminantes ya que se obtiene a partir del
isoamileno y metanol, el cual sustituye al tetra etilo de plomo, además, no
produce efectos adversos sobre la operación, economía y potencia del motor
(Autores, 2003)
Es un éter utilizado como un combustible oxigenado. Tiene un olor etéreo. A
diferencia de la mayoría de los éteres, no forman peróxidos de
almacenamiento.
Cuando se expone a ratas de laboratorio a 4000 ppm sólo el 25%
sobrevivieron, el resto había muerto de depresión del sistema nervioso
central. Es extremadamente Toxico. (White, 1995)
2.4.1.8 ETHANOL COMO ELEVADOR DE OCTANAJE
Muchos modelos de automóviles nuevos tienen motores que funcionan de
manera eficiente con combustible E85. El E85 contiene 85 por ciento de
alcohol por litro y el resto formado por gasolina.
El valor de octano de la E85 es mayor que el número de octano de gas
normal, pero requiere precauciones especiales para evitar la degradación del
tanque, el motor de gas y las líneas de combustible. (Automotriz, 2009)
Los alcoholes tienen un mayor octanaje que cualquier grado de gasolina del
automóvil. Vehículos que tienen la opción de combustible flexible son las
mejores opciones para el uso de la gasolina con alcohol añadido.
En primer lugar, los alcoholes de hidrocarburos de cadena bajas funcionan
mejor para añadir a su gasolina. Estos incluyen metanol, etanol, iso-propilo y
butanol.
Todos estos alcoholes son corrosivos a un cierto grado en las partes del
motor y el sistema de combustible. El metanol y el etanol son las opciones
más corrosivos, sino también la mejor para la economía. Su mejor opción es
el etanol debido a los precios más bajos y la amplia disponibilidad de etanol.
Con pruebas de laboratorio se ha determinado que por cada 354cm3 de
etanol al 100% en cada 4000cm3 de gasolina que tienen en el tanque de
gasolina, produce un poco menos de 10 por ciento de etanol, dando como
18
resultado un aumento del 10% en el octanaje. Es decir que si tenemos una
mezcla de 30 litros de combustible Extra con 87 octanos y añadimos 10 litros
de etanol tenemos un resultado de 90.25 octanos finales para cumplir con
las condiciones de la formula a demostrar a continuación:
𝑂𝑐𝑡 =
(𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎)(𝑜𝑐𝑡𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒 1) + (𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙)(𝑜𝑐𝑡𝑎𝑛𝑎𝑗𝑒 2)
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
Suponiendo que utiliza gasolina de primera calidad con un octanaje de 92 y
agregó 10 por ciento de metanol con un octanaje de 101, tendría un
combustible con un octanaje de 94.7.
19
2.5 VOLATILIDAD
La volatilidad es una propiedad que se mide, al igual que la presión de
vapor. Esta registra de manera indirecta el contenido de los componentes
volátiles que brinden la seguridad del producto durante su transporte y
almacenamiento. Esta propiedad debe a su vez estar en relación con las
características del ambiente de altura, temperatura y humedad, para el
diseño del almacenamiento del producto.
Como se ha dicho, la volatilidad es la tendencia que tiene una sustancia para
vaporizarse. Puesto que la gasolina es una mezcla de distintas fracciones de
hidrocarburos, no se puede hablar de un valor único de volatilidad, sino de
porcentajes de gasolina que se evaporan a temperaturas distintas.
La gasolina debe estar completamente evaporada cuando salta la chispa en
las bujías del cilindro, de otra forma es imposible su inflamación. Puesto que
transcurre menos de una décima de segundo desde que la gasolina sale del
carburador o desde los inyectores de combustible, hasta que salta la chispa
en el cilindro, es claro que se necesita una gasolina volátil para favorecer su
inflamación.
Para que un motor tenga fácil arranque y buen proceso inicial de
calentamiento es necesario que exista una cantidad suficiente de gasolina
vaporizada a temperaturas relativamente bajas. Debe haber pues,
componentes en la gasolina que pasen a la forma de vapor a la temperatura
ambiente.
2.6 DENSIDAD
Es una magnitud referida a la cantidad de masa de una sustancia contenida
en un determinado volumen.
Esta propiedad es utilizada para los cálculos de peso del combustible. Es
especialmente importante en los aviones de transporte de carga para
determinar la limitación de su carga.
Esta se obtiene por el balance de los compuestos livianos y pesados, así
como por su rango de destilación. Esta medida se diferencia
considerablemente de la establecida para las gasolinas de motor para
vehículos.
20
2.6.1 CAMBIOS EN LA DENSIDAD
Por lo general las gasolinas cambian de densidad cuando varía la
temperatura o la presión y en los cambios de estado. Cuando aumenta la
presión, la densidad de cualquier material estable aumenta.
El efecto que produce la temperatura y la presión en los líquidos y sólidos es
reducido, por lo que típicamente esto sucede cuando los líquidos están
almacenados a presión.
2.7 DEFECTOS EN LA FABRICACION DE LA GASOLINA
2.7.1 CONTENIDO DE AZUFRE
Es la cantidad de azufre (S) presente en la gasolina. Dentro de la cantidad,
se encuentran determinados promedios y estadísticas los cuales tienen
números máximos y mínimos que no puede sobrepasarse, ya que si esto
sucede la gasolina puede tener efectos corrosivos sobre las partes metálicas
del motor y sobre los tubos de escape. A su vez, al salir del tubo de escape,
esta produce un alto grado de contaminación en el ambiente, produciendo a
su vez las conocidas lluvias ácidas. Este gas resultante es aquel que
produce la famosa lluvia acida, que perjudica la salud humana, animal y los
productos generados por la agricultura.
2.7.2 GOMAS ACTUALES
Esta función se encuentra relacionada en la medida de la estabilidad de un
combustible. Este problema genera una oxidación acelerada que produce la
formación de barnices y polímeros, formando depósitos en el sistema de
combustible, genera de igual manera depósitos en todo el sistema de
alimentación, taponamiento en carburadores e inyectores y una excesiva
suciedad en válvulas y pistones al nivel del motor, son difíciles de eliminar
puesto a que contribuyen con el octanaje de la gasolina de esta manera en
combustibles de alto octanaje son muy comunes estas gomas.
21
2.8 NORMATIVA NACIONAL DE COMBUSTIBLES.
La norma que rige a nivel nacional sobre los valores de los combustibles es
la norma INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización) 935 de octava
revisión, en la que se describe todos los requisitos de los combustibles
comerciales en el Ecuador.
En las siguientes tablas 1 y 2 se describen los valores más importantes en
cuanto a cualidades físicas y químicas.
Como se puede identificar claramente en la tabla 1, la norma estipula que la
gasolina extra debe tener al menos 87 octanos, otro dato importante es la
presión de vapor, esta presión es capaz de generar en almacenamiento, su
poder de evaporación es mayor esto significa que la gasolina se evapora con
más facilidad y que genera una presión máxima en su contenedor (tanque
de combustible) de 60kPa superior en 10kPa en relación con la normativa
anterior para el año 2010.
Con los mismos contenidos de benceno, olefinas y aromáticos (Los
hidrocarburos aromáticos, principalmente benceno, tolueno, xilenos y Etilbenceno, son compuestos básicos de partida para la síntesis de materias
primas plásticas, cauchos sintéticos y otros productos orgánicos de interés
industrial. La mayor parte se obtiene del petróleo, y sólo una pequeña
proporción del carbón. De altísimo poder antidetonante no masificados por
su dificultad de fabricación que conlleva un elevadísimo precio.)
(HIDROCARBUROS, 2006) estabilizadores, es interesante ver el progresivo
aumento significante de seis números en el octanaje, en tan reducido
tiempo.
En la tabla 2 los valores corresponden a la norma INEN 935 del año 2010
para gasolina extra, se determinan algunas similitudes y algunas serias
diferencias, el octanaje podemos determinarlo con un valor de 81 octanos.
El porcentaje de aromáticos es igual al de la gasolina previa a la normativa,
indicando que la gasolina al momento del ingreso al país es de mejor calidad
gracias a esto no es necesario añadir tantos aditivos.
Podemos identificar en la tabla 4 la norma INEN 935 del 2010 una no tan
importante diferencia en combustibles, la gasolina de 90 octanos mantiene el
mismo contenido químico y dista en dos unidades el octanaje, cabe resaltar
un par de valores críticos pero no para el vehículo sino más bien para la
salud de las personas
22
La exposición prolongada al benceno puede producir cáncer de los órganos
que producen los elementos de la sangre. Esta condición se llama leucemia.
La exposición al benceno se ha asociado con el desarrollo de un tipo
especial de leucemia llamada leucemia mieloide aguda.
El Departamento de Salud y Servicios Humanos (DHHS) ha determinado que
el benceno es un carcinógeno (puede producir cáncer) reconocido. Tanto la
Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) como la EPA
han determinado que el benceno es carcinogénico en seres humanos
(Enfermedades, 2013).
El alto contenido de aromáticos en la gasolina SÚPER le da mejores
cualidades antidetonantes, aunque esta gasolina consta con elevados
niveles de olefinas causantes de los depósitos en tanques de
almacenamiento, inyectores y múltiples de admisión, es muy importante
notar que aunque a primera vista la gasolina es de mayor calidad, pero esto
implica un mayor daño al ser humano en contacto con la gasolina.
23
Tabla 1. Norma INEN 935-2012, (INEN, 2012)
24
Tabla 2. Norma INEN 935-2010, (INEN, 2010)
25
Tabla 3. Norma INEN 935-2010, (INEN, 2010)
26
Tabla 4. Norma INEN 935-2012, (INEN, 2012)
27
2.9 COMBUSTIÓN DE LA GASOLINA
La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual
generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor
y luz, manifestándose visualmente como fuego.
La gasolina en combinación con el oxígeno es capaz de producir una
elevada cantidad de energía; sin embargo los motores con los mejores
rendimientos, solo pueden utilizar una fracción de la energía disponible de la
misma.
Los combustibles obtenidos del petróleo no contienen oxigeno; por lo que
para inflamarse, deben combinarse con oxígeno o con aire, esta mezcla se
realiza en el múltiple de admisión, para luego dar paso al ingreso al motor,
por medio de las válvulas.
Pueden darse dos situaciones, la primera que la cantidad de aire sea
insuficiente, los científicos hablan entonces de que la mezcla es "Rica"; la
segunda, que se da cuando la masa es excesiva, se dice entonces que la
mezcla es "Pobre". Como regla, un auto funciona con el máximo de potencia
cuando la mezcla es ligeramente "Rica" pero la economía de combustible se
alcanza en mezcla "Pobre". (SALINAS, 1998)
En la figura 6 se aprecia un esquema de la combustion teorica.
Figura 6.- Reacción química de la combustión
(Chan, 2005)
28
2.9.1 COMBURENTE
Los comburentes son substancias que ayudan sustancialmente a la
producción de la combustión por parte del combustible, El comburente por
antonomasia es el oxígeno atmosférico, que se encuentra normalmente en el
aire con una concentración porcentual en volumen aproximada del 21%.
Todos los comburentes tienen en su composición oxígeno disponible, ya sea
en forma de oxígeno molecular, como se ha dicho, o bien como oxígeno que
ceden al momento de la combustión.
En situaciones en donde no se tiene oxígeno atmosférico, o en donde se
desea una combustión fuerte y muy energética, se puede usar oxígeno
gaseoso o líquido, como es en el caso de los cohetes usados en los
transbordadores espaciales, o bien diversos tipos de comburentes
compuestos. Por ejemplo en la combustión de la pólvora dentro de un
cartucho, el oxígeno es aportado por una sal de un oxácido, como el nitrato
de potasio o el clorato de potasio.
Los más conocidos son:

Oxígeno O2

Ozono O3

Peróxido de hidrogeno H2O2

Flúor, Cloro, Bromo, Yodo

Hipoclorito de otro hipo-halogenoso

Clorito, clorato, perclorato, y otro compuesto halógeno oxidado

Ácido nítrico

Nitrógeno

Nitrato de potasio

Óxido de azufre

Óxidos metálicos (de hierro y de cobre).
29
2.9.2 TIPOS DE COMBUSTIÓN
En toda combustión existe un elemento que arde (combustible) y otro que
produce la combustión (comburente), generalmente oxígeno en forma de O2
gaseoso. Los explosivos tienen oxígeno ligado químicamente, por lo que no
necesitan el oxígeno del aire para realizar la combustión.
Por infinitas razones existen diferentes tipos de combustión dependiendo de
algunas variables en este capítulo se describen las más comunes:

COMBUSTIÓN COMPLETA: Toda combustión completa libera, como
producto de la reacción, dióxido de carbono (CO2) y agua en estado
de vapor (H2O); no importa cuál sea el combustible a quemar. (Mora,
2013)

COMBUSTIÓN INCOMPLETA: Se produce cuando no se alcanza el
grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias
combustibles en los gases o humos de la reacción.

COMBUSTIÓN ESTEQUIOMÉTRICA O TEÓRICA: Es la combustión
que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no
existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este
tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos,
debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción. Se la
conoce como teórica puesto que en la realidad son demasiados los
factores que intervienen en un correcto funcionamiento de la
combustión en el motor de combustión interna.

COMBUSTIÓN CON EXCESO DE AIRE: Es la reacción que se
produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario.
Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no
producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este
tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de
combustión.
La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es
hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el
proceso.

COMBUSTIÓN CON DEFECTO DE AIRE: Es la reacción que se
produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. En
este tipo de reacción es característica la presencia de sustancias
combustibles en los gases o humos de reacción. (Mora, 2013)
30
2.10 DETONACION
El sonido metálico característico se produce porque la onda expansiva choca
contra el pistón cuando aún está subiendo (durante la carrera de
compresión) la súbita combustión de la gasolina hace que el pistón impacte
contra las paredes del cilindro dando el famoso sonido conocido como
picado de biela.
La detonación es una combustión anormal en un motor de gasolina, pero es
la normal en un Diésel. Por eso el motor Diésel tiene ese sonido metálico
semejante al de los motores de gasolina en los que hay detonación.
(Hamilton, 1996)
A continuación dos imágenes que muestran como es una detonación desde
el interior del motor:
Se puede ver en las figuras 7 y 8 una diferencia del famoso término conocido
como detonación.
Figura 7.- Imagen de la combustion normal sin golpeteo. (Hamilton, 1996)
Figura 8.- Imagen de la combustion anormal se pueden identificar dos puntos calientes
(Hamilton, 1996)
31
2.11 ESTUDIO DEL MOTOR
Un motor es una máquina, que produce energía mecánica (movimiento con
fuerza), energía eléctrica, química u otra. Transforma algún tipo de energía
(eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de
realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que
produce el movimiento.
Han transcurrido 100 años desde que el motor de combustión interna hizo su
primer aparecimiento como una fuente de transformación de energía.
El término motor de combustión interna se puede utilizar con o sin el término
Interna a lo largo de todo el trabajo de tesis, ha reemplazado con larga
distancia el motor de vapor (motor de combustión externa), puesto que la
energía para el arranque no necesita ser tan elevada, y son muchas las
aplicaciones, debido a su desarrollo hoy los podemos ver en Barcos,
Lanchas, Podadoras, Motocicletas y Automóviles.
A finales del siglo 19, los avances de ingeniería llevaron a su adopción
generalizada en una variedad de aplicaciones. Esto se debe en parte a la
masificación en la extracción y comercialización del petróleo.
La eficiencia de varios motores térmicos propuestos o usados hoy en día
oscila entre el 3% (97% de calor desperdiciado) para los sistemas de
conversión de energía térmica del océano, el 25% para la mayor parte de los
motores de automóviles, el 35% para una planta generadora de carbón
súper-crítico, y el 60% para una turbina de gas de ciclo combinado con
enfriamiento de vapor.
No fue sino hasta el año de 1876, cuando el ingeniero alemán, Nicolás Otto,
aprovechando el principio de Beau de Rochas, construyo un motor, el cual
generaba una combustión exitosa cada dos revoluciones, resulto muy
afortunado con este modelo, se lo conoce hasta hoy en día como el motor de
ciclo OTTO, motor que ocupan todos los vehículos a gasolina hoy en día,
exceptuando los vehículos híbridos que utilizan un motor similar al
mencionado. (Obert, 1991)
Se puede apreciar en la figura 9 la patente de Nicolaus Otto. Hoy en dia el
motor de ciclo Otto no ha tenido cambios significativos mecanicamente mas
electronicamente el motor cuenta con una amplia variedad de sensores y
actuadores.
32
Figura 9.-Copia de la patente solicitada en 1863 por Nikolaus Otto y Langen Eugene para un
motor de gas, en Inglaterra y en otros países en considerado el primer motor de combustión
eficiente de los jueces en la exposición de París en contraste con el motor original de gas
Lenoir. Folleto de 1890. (Otto-Langen, 1863)
33
2.12 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES:
El motor de combustión interna puede clasificarse dependiendo una serie de
factores, tales como el tipo de encendido, el tamaño, el número de cilindros,
la posición de los mismos, el tipo de combustible; por lo tanto aquí
clasificaremos al motor de la siguiente manera:
2.12.1 Por número de cilindros:
Esta clasificaron solo obedece al número de cilindros el cual consta o
compone el motor entonces:

Para un motor de un cilindro se llamara mono-cilindro, estos los
encontramos en las motocicletas. En la figura 10 podemos apreciar un
motor mono cilíndrico, que como se puede distinguir posee un volante
de inercia de grande magnitud, esto se debe a la cuestión que el
motor necesita vencer bastante la inercia.
Figura 10.- Motor mono-cilíndrico, patentado por Mercedes-Benz.
(Coches Miticos., 2011)
34
Figura 11.- Motor poli-cilíndricos, de 6 cilindros en línea.
(Debates Coches, 2005)

Para un motor de dos o más cilindros este tomara el nombre de policilindros. Estos son mayormente utilizados en automóviles y camiones
y los encontramos en disposiciones de cuatro, seis, ocho y doce
cilindros, en la figura 11 se diferencia un motor de 6 cilindros, estos
motores son muy tradicionales en vehículos de alto desempeño.
2.12.2 Por tipo de combustible:

Gasolina, este motor es el más común hoy en día, por lo que es el
motor del que se realizara el prototipo.

Diésel, el más utilizado en vehículos de gran magnitud, por su
consumo de combustible reducido, y por la adaptabilidad de dichos
motores en cualquier plataforma.

Gas

Gnc

Glp

Aire
35
2.12.3 Por tipo de alimentación:

Carburador, es un dispositivo muy utilizado en tiempos anteriores a la
inyección electrónica, es un dispositivo de administración de
combustible mecánico, como se puede observar en la figura 12.
Figura 12. Carburador tradicional.
(Mecanica Virtual, 2010)

Inyección, es un dispositivo que distribuye el combustible de una
forma más controlada, como se puede apreciar en la figura 13, se
presenta un inyector electrónico que es de reducida dimensión, típico
en motores de bajo cilindraje.
o Electrónica,
o Mecánica,
o mono punto,
o multipunto, directa, indirecta).
Figura 13.- Inyector de combustible.
(Leoni artesanias, 2011)
36
2.12.4 Por disposición de los cilindros:

En Línea, En v, En w, opuestos, radiales.

Como se puede observar en la figura 10, todos los motores
proporcionan la misma potencia, las diferencias son dadas por la
aplicación en la que van a ser colocados, esto se debe a los
alojamientos de los motores,

El diseño es muy importante, en cada vehículo, de igual manera la
dirección de los motores va dada acuerdo con la caja de cambios, y
la potencia necesaria.

Muchos de los diseños originales, ya no son aplicables hoy en día,
por ejemplo los motores “Radiales”, eran utilizados en aviones de la
segunda guerra mundial.

Los motores de émbolos opuestos son un 30% más eficientes que
los motores tradicionales, de esta manera se están estudiando para
utilizarlos en los “vehículos del futuro”.
Figura 14.- Motores de combustión interna análisis y aplicación, Edward F. Obert,
Universidad de Wisconsin, 1966. (Obert, 1966)
37
2.12.5 Por presión de carga:

Aspirados (Atmosféricos), y sobre-alimentados. Como se puede
apreciar en la figura 15, se diferencia claramente el motor de presión
atmosférica, que en realidad, posee una presión menor a la
mencionada, puesto que el múltiple de admisión, al realizar el efecto
“venturi”, reduce la presión atmosférica en el múltiple de admisión.

Por otro lado el motor a presión forzada o turbo alimentada, como se
puede apreciar en la misma figura, puede elevar la presión del
múltiple de admisión, elevando la potencia del motor.
Figura 15.- Diferencia entre motor atmosférico y motor de presión forzada (sobre
alimentada) (Aficionadosalamecanica, 2014)
2.12.6 Por tipo de ciclo:

Motor Ciclo Otto Cuatro Tiempos. Este motor se va a estudiar a lo
largo de la presente tesis, por ser el motor más utilizado hoy en día.

Motor Ciclo Dos Tiempos.

Motor Ciclo Atkinson.

Motor Rotativo Wankel.

Motor Por Presión de Inyección (Ciclo Diésel).

Motor Turbina Ciclo Brayton.

Motor Seis Tiempos ciclo Griffin
38
2.12.7 Por la velocidad de giro:

De Bajas Revoluciones, menos de 1500 RPM.

De Medias Revoluciones, Entre 1500 y 3000 RPM.

De Altas Revoluciones de 3000 RPM en adelante.
2.12.8 Por la potencia:

De baja potencia hasta 25hp. Utilizado en motores de reducida
dimensión, típico en usos agrícolas, como podadoras y motobombas
de agua.

De media potencia de 26hp a 80hp, muy útil en su uso, típico en
vehículos de reducidas dimensiones. Motores compactos y muy
potentes.

De alta potencia de más de 80hp. Utilizado en vehículos de grandes
prestaciones.

Esta clasificación es útil solo en vehículos de pequeñas dimensiones,
existen motores de barcos de mayor potencia que no van a ser
estudiados a lo largo del siguiente trabajo de tesis.
2.12.9 Por la forma de utilizar la energía

Motores de combustión interna aquellos que la energía se utiliza
directamente para generar movimiento mecánicamente, el prototipo
de la siguiente tesis, es un claro ejemplo de un motor de combustión
interna.

Motores de combustión externa el combustible sirve para generar
energía que no directamente genera movimientos mecánicos, hoy en
día las turbinas de vapor son un claro ejemplo de los motores de
combustión externa, las primeras locomotoras poseen el motor
mencionado, necesitaban un caldero capaz de producir la energía
suficiente para generar el movimiento en el motor.
39
2.12.10
Por tipo de lubricación

Por Mescla (combustible-aceite), en motores de dos tiempos.

Salpicadura por circulación: por medio de un salpicado en la parte
inferior de la biela que alcanza a chapotear el aceite depositado en el
Carter lubricando las partes sin necesidad de una bomba, este
sistema será utilizado durante la construcción del siguiente prototipo.

De alimentación forzada: por medio de bomba de succión que por
medio de conductos es capaz de lubricar a los pistones
ascendentemente.

Combinada uniendo los dos últimos sistemas.
2.12.11
Por tipo arranque

Eléctrico por medio de un motor de arranque, en el prototipo, se va a
utilizar un taladro, para dar el giro inicial del motor, que se puede
definir como un arranque eléctrico.

Manual por medio de una correa conectada directamente al cigüeñal.
40
2.13 FUNCIONAMIENTO MOTOR CUATRO TIEMPOS (CICLO
OTTO)
Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el
ciclo) y sus características.
2.13.1 PRIMER TIEMPO O ADMISIÓN
En esta fase el descenso del pistón, aspira la mezcla aire combustible en
los motores de encendido provocado, o el aire en motores de encendido por
compresión. La válvula de escape permanece cerrada, como se puede
apreciar en la figura 16 mientras que la de admisión está abierta. En el
primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de
admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.
Figura 16.- Admisión en motores de combustión interna
(Billiet, 1979)
41
2.13.2 SEGUNDO TIEMPO O COMPRESIÓN
Al llegar al final de la carrera descendente, como se puede apreciar en la
figura 17, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido
en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal completa
una revolución y el árbol de levas gira la mitad de una vuelta, además ambas
válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.
Figura 17.- Compresión de motor combustión interna
(Billiet, 1979)
42
2.13.3 TERCER TIEMPO O EXPLOSIÓN/EXPANSIÓN
En este tiempo el cigüeñal gira 180º fácilmente apreciable en la figura 18,
mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se
encuentran cerradas y su carrera es descendente.
Figura 18.- Explosión o trabajo en motor de combustión interna
(Billiet, 1979)
43
2.13.4 CUARTO TIEMPO O ESCAPE
En esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, como se
observa en la imagen 19, los gases de la combustión que salen a través de
la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de
carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión,
reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas
gira 90º. (Giacosa, 1970)
Figura 19.-Escape en motores de combustión interna.
(Billiet, 1979)
44
2.14 ELEMENTOS MECANICOS EN EL TRABAJO DE TESIS.
2.14.1 MOTOR GY6.
La historia del Motor GY6 es un tanto misteriosa y no está muy claro el
origen del mismo, lo único claro es que es una planta de poder versátil,
confiable y económico.
Es un modelo muy difundido en Internet, el concepto de que el GY6 es un
motor originalmente diseñado por Honda.
Tomando en cuenta todas las características antes mencionadas y todo el
antecedente histórico del motor, por ser un motor comercial de motoneta, fue
puesto en consideración para ser el modelo de la presente TESIS.
2.14.2 SENSOR DE GOLPETEO
Para el trabajo en estudio fue muy importante utilizar un sensor de vibración
capaz de transformar las ondas vibratorias en un pulso eléctrico.
El sensor de golpeteo (KS) es una pieza de material piezoeléctrico, montado
en un armazón de metal y se ubica en la parte baja del pleno de admisión
reportando el nivel de cascabeleo del motor.
La señal obtenida por este sensor es un voltaje que oscila entre 0 y 2 voltios
dependiendo del tipo de detonación, esta señal alimenta a la ECM dando
una muy útil señal para administrar el encendido del motor, de esta manera
si es necesario se adelanta un poco el tiempo del encendido.
El sensor KS generalmente tiene un conector de 1 a 2 cables. Este sensor
es muy útil en sistemas de inyección con encendido DIS puesto que puede
ayudar a corregir el golpeteo momentáneamente.
El único problema es que con combustibles de mala calidad no corrige
tiempos prolongados y genera una falla en generalizada caracterizada por
un corte a las revoluciones prematuro pero de allí este sensor con buenos
combustibles es súper útil para sacar el máximo provecho del adelanto al
encendido.
La figura 20 indica la posición de fijación del sensor de golpeteo en el block
del motor.
45
Figura 20.- Imagen del Sensor de golpeteo esquema físico de su forma y la posición de
funcionamiento. (Bosch GmbH, Robert, 2005)
Figura 21.- Onda de prueba con tacto al block. (Technology)
En la figura 21 podemos apreciar una onda de voltaje producida por el
sensor de golpeteo.
Este valor es muy útil en la inyección electrónica para poder corregir el
golpeteo momentáneamente.
46
2.15 RELACIÓN DE COMPRESIÓN DEL MOTOR
La relación de compresión en un motor de combustión interna es el número
que permite medir la proporción en que se ha comprimido la mezcla airecombustible. (Britanica, 2009)
Como se puede apreciar en la figura 22, la relación de compresión es un
valor a-dimensional de la cantidad en la que se comprimen el aire en la
cámara de combustión, esta cantidad depende mucho del tipo de motor, en
uno a gasolina la relación de compresión va desde 8 a 1, a 12 a 1 por lo
general en motores modernos, esto se considera una ventaja puesto que se
sabe que a más relación de compresión el motor es mucho más eficiente y
necesita menos gasolina.
Figura 22.- Ilustración de la relación de compresión
(Billiet, 1979)
La gasolina cumple un papel importantísimo en la relación de compresión
puesto que la gasolina tiene un valor que se conoce como índice de
octanaje, si su octanaje es muy bajo no podemos llegar a una alta
compresión por el picado de biela ya explicado en capítulos anteriores.
(Giacosa, 1970)
Pero es este octanaje el limitante real del diseño de los motores, se sabe
que en laboratorio con otro tipo de gasolinas. El motor de combustión interna
puede llegar a elevados valores de relación de compresión pero, la gasolina
resultante es muy costosa de fabricar, por consiguiente tenemos que luchar
con otros valores en el diseño del motor que vamos a explicar en capítulos
posteriores.
47
La relación máxima posible en función de las dimensiones del cilindro no se
puede lograr si la válvula de admisión se cierra después de que el pistón
comienza su carrera de compresión, ya que esto causaría reflujo de la
mezcla combustible desde el cilindro. Un alto índice promueve la eficiencia,
pero puede causar la detonación del motor.
El índice de compresión o la relación de compresión se pueden calcular con
la formula en la figura 23:
Figura 23.-Fórmula para calcular la relación de compresión en el motor.
Dónde:
d: Es el diámetro del cilindro en milímetros cuadrados (mm2)
s: Carrera del pistón desde el punto muerto superior hasta el punto muerto
inferior en milímetros (mm)
Vc: Volumen de la cámara de combustión en milímetros cúbicos (mm3)
RC: Relación de compresión resultante, este resultado es una magnitud no
dimensional.
La siguiente es una lista de la lista aproximada de las distintas relaciones de
combustión, esta lista depende mucho de la edad del motor, y del tipo de
combustión.












Motores hasta 1972
Motores desde 1972
Motores con válvulas variables
Motores Jaguar de producción
Motores Turbo Cargados
Motores Motocicletas Carreras
Motores Motocicletas Producción
Motores a Etanol, Metanol
Motores F1 Eficiencia 18000 Rpm
Motores Diésel
Motores Diésel
Motores a Kerosene
10:1
13:1
11:1
12.5:1
10.5:1
14:1
12:1
14:1; 16:1
17:1
14:1; 16:1 Inyección Directa
18:1; 23:1 Inyección Indirecta
6:1
48
2.16 MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE
En el sistema VCR (Relación de Compresión Variable) la relación de
compresión no es fija y por lo tanto se puede optimizar de acuerdo a las
condiciones exigidas al motor. (e-auto, 2013)
Pues bien, Saab que es una empresa de automovilismo y aviación sueca
fundada en Linköping en 1937(su nombre era un acrónimo de Svenska
Aeroplan AB). Empresa que en conjunto con uno de los más grandes
desarrolladores de motores, ha sacado partido de los beneficios de cada
relación de compresión, de la siguiente manera:
Regímenes bajos= bajo consumo y rendimiento
Regímenes altos= prestaciones
”La parte mecánica estaba suficientemente desarrollada hace tiempo, pero
hasta ahora no teníamos los conocimientos de sobrealimentación y sobre
todo, el control electrónico que requiere este motor” (Gillbrand)
La culata descansa sobre este mecanismo y sobre un apoyo que actúa
como una simple bisagra.
Al mover el actuador la culata bascula sobre ese apoyo un máximo de 4
grados, suficiente para que la relación de compresión pueda pasar de 8:1 a
14:1 de forma continua.
En las figuras 24 y 25 podemos apreciar el motor de volumen variable
desarrollado para vehículos comerciales. En posición de alta y baja relación
de compresión respectivamente.
Con el motor VCR, la relación de compresión se convierte en un parámetro
variable como el avance de encendido, la presión de admisión o la
sincronización de las válvulas. Esta variabilidad es con el objetivo de mejorar
el desempeño y la eficiencia energética o, dicho de otro modo, reducir las
emisiones contaminantes y su tratamiento posterior.
Otro punto vital para el futuro: un motor VCR es, por definición, capaz de
cambiar de un combustible a otro sin ninguna pérdida en la eficiencia o
rendimiento, que sigue siendo óptima sin tener en cuenta el tipo de
combustible. Un motor VCR es, por definición, "multi-combustible", por sus
prestaciones es capaz de usar combustibles de distintas prestaciones y
octanajes.
49
Figura 24.- Imagen del motor de volumen variable de Volvo que gracias a un potente
sistema computarizado puede en milésimas de segundo pasar de una relación alta a una
baja para reducir drásticamente el consumo sin perjudicar el desempeño (Adrian, 2014)
Figura 25.- Motor de volumen variable en segunda posición baja relación de compresión alta
presión de entrada Supe cargados. (Adrian, 2014)
50
2.17 FABRICACION DE MOTORES A GASOLINA
Este es el conjunto de una serie de pasos que tienen el objeto de diseñar y
construir la parte más importante de todos los vehículos que circulan por las
calles, estos dispositivos son: los motores.
Como se ha estudiado a lo largo de la presente tesis, es necesario recopilar
la información necesaria en la elaboración del motor propuesto. A lo largo
del siguiente capítulo se va a explicar el proceso detalladamente que
involucra la mano de muchas personas a lo largo de la elaboración de
motores a nivel mundial.
El proceso inicia con el diseño del motor, luego es necesario producir las
piezas en forma gris (esta palabra se refiere a las partes que aún no están
terminadas) este proceso termina con el maquinado final de todas las
piezas, ayudado hoy en día con máquinas tales como el torno cnc y la
fresadora cnc que son ayudadas gracias a cerebros robotizados.
Posteriormente se ensamblan los motores tomando ya las piezas
maquinadas, este proceso de ensamblaje es en muchos casos de igual
manera realizado por robots, este no es el caso en empresas de vehículos
artesanales, refiriéndose a los vehículos que son realizados por mecánicos,
manualmente.
A continuación se ahondará en el proceso de la elaboración y la
construcción de los motores en serie, para utilizarlos como referente en la
elaboración del motor propuesto en los objetivos de la tesis en curso.
2.17.1 DISENO CON PROGRAMAS COMPUTACIONALES
Más conocido como CAD (Computer-aided design) Diseño Asistido por
Computadora. Esto se debe a sus siglas en Ingles, los programas para
dibujo asistido por computadora son una útil herramienta utilizada para
diseñar cualquier dispositivo que nuestra mente sea capaz de imaginar.
Existe un amplio número de programas computarizados capaces de
ayudarnos en esta tarea. Como se aprecia en la figura 26 un diseño
realizado en computadora, como se puede apreciar en computadora es fácil
añadir los materiales y la posición final de cualquier conjunto diseñado.
51
Figura 26.- Dibujo realizado con software CAD (Solid Works)
(Ozler, 2007)
A partir de la década de 1980 los programas de diseño asistido por
ordenador reducen la necesidad de dibujantes de manera significativa,
especialmente en las pequeñas y medianas empresas.
Este proceso es muchas veces ayudado con la prueba computarizada de los
motores, es decir que se los puede ensamblar digitalmente y se los puede
poner a prueba muchas veces para medir las fuerzas máximas aplicables en
dicho modelo, de igual manera se puede saber si el modelo es susceptible a
cavitación o a un posible defecto en la fabricación en serie.
Cabe resaltar que últimamente el diseño 3D va de la mano con la impresión
3D de productos con láser, esto es muy útil en la elaboración de un molde
inicial para procesos posteriores de fundición, por otro lado nos ayuda a
tener una idea más visual del elemento que vamos a generar al final de todo
el trabajo (Herron, 2010)
Como se puede apreciar el proceso de diseño computarizado es una
herramienta fundamental en la elaboracion de los motores hoy en dia, el
departamento de diseño es un puntal importante en la empresa automotriz.
52
2.17.2 PROCESO DE FUNDICION
El proceso de fundición es necesario en la elaboración de piezas mecánicas
que necesitan un colado de material, para la obtención de piezas de muy
buena calidad y que sean de rápida producción, existen 2 tipos de
categorías se dividen de acuerdo al tipo de molde:
2.17.2.1
FUNDICION CON ARENA
Ya obtenido un diseño computarizado y un modelo ya más claro del producto
final, es necesario realizar prototipos ya sean en plástico o en arcilla, estos
modelos posteriormente son utilizados en la fabricación de una especie de
molde final, si este modelo llega a ser aprobado es utilizado en la
elaboración de los moldes para realizar ya las piezas, estos moldes son
utilizados posteriormente en la fundición.
La fundición es el proceso más común en la elaboración de piezas
mecánicas a nivel mundial, casi todas las aleaciones pueden fundirse en
arena y esto se debe a que la temperatura de fundición de este compuesto
resina arena requiere elevadísimos niveles de temperatura para llevarse a
cabo una fatiga del molde, es gracias a esto que se puede utilizar para
realizar piezas de aluminio, níquel, titanio, etc.
En la figura 27 se puede apreciar el proceso completo en la elaboración de
un molde de arena, de igual manera la figura mencionada, indica los pasos
posteriores a la fundición de cualquier material.
Figura 27.- Pasos en la secuencia de producción de la fundición en arena. Los pasos
incluyen no solamente las operaciones de fundición si no también la manufactura del
modelo y del molde (FISICANET, 2001)
53
De igual manera en la figura 27 se refiere la manufactura del corazón, que
básicamente se refiere a la elaboración de los moldes internos, estos son
útiles a la hora de eliminar pesos excesivos especialmente en piezas o
partes que no necesitan refuerzo al interior los alojamientos en el block del
motor por ejemplo.
2.17.3 MAQUINADO DE PARTES
En este proceso se utilizan maquinas que muchas veces son ordenadas por
computadora, las más utilizadas durante la fabricación de los motores son 3:
El torno, que se encarga básicamente de coger las piezas y girarlas para
realizar un sinfín de maquinados en los que se requieren tener las cuchillas
fijas. Esta máquina es muy útil para la elaboración de pistones y de árboles
de levas en la siguiente imagen se puede identificar claramente las partes
más comunes de un torno paralelo. Como se puede diferenciar en la figura
28, todas las partes de un torno paralelo.
Figura 28.- Partes del torno paralelo
(Camilo, 2013)
La fresadora por otro lado tiene el objeto de mantener fijas las piezas y de
girar las cuchillas a lo largo y ancho de las piezas anteriormente fijadas en
mandriles, esta herramienta es muy útil para obtener superficies
homogéneas posteriormente a los procesos de fundición. Esta máquina es
54
muy útil en la elaboración de cabezotes ya que puede planear las superficies
de igual manera sirve para realizar el asentamiento de válvulas, etc.
En la figura 29 se puede observar una fresadora de taladro, cuenta con
todas las partes utilizadas en un maquinado normal.
Figura 29.- Fresadora de taladro
(CH, 2012)
La rectificadora es muy similar a las fresadoras, puesto que mantiene fija las
piezas a trabajar para posteriormente trabajar con cuchillas que en este caso
sirven para realizar cavidades cilíndricas muy utilizadas en cilindros de los
bloques de los motores en donde posteriormente se van alojar los pistones.
La rectificadora es capaz de realizar un maquinado en segmentos cilíndricos,
como se puede apreciar en la figura 30, la rectificadora, posee un carril que
controla el avance descendente, a lo largo de los cilindros a maquinar. La
figura antes mencionada, indica una rectificadora de columna.
55
Figura 30.- Rectificadora de columna vertical.
(CH, 2012)
2.17.4 MONTAJE DE PARTES MOVILES
El motor requiere un ensamblaje final donde se coloquen todas las piezas
fundidas y maquinadas, a lo largo de este proceso es necesario ir colocando
las piezas en conjunto con los fluidos internos del motor, a continuación se
nombra el orden de ensamblaje correcto de un motor:
Se va a dividir el siguiente proceso, de acuerdo a los conjuntos que se van
unificando, principalmente, para realizar el siguiente procedimiento, es
necesario tener el conocimiento inicial, puesto que es un proceso complejo y
requiere de una experticia en cuanto a la identificación de piezas.
En la mayor parte de fábricas de ensamblaje de motores el proceso
mencionado es realizado por robots, y los humanos solo se encargan de
realizar un control de calidad más detallado al final de cada serie de
procesos.
De igual manera para desarmar un motor, se tiene que realizar el proceso de
forma invertida.
56
Ensamblaje de motores a combustión interna.

Limpieza de partes móviles y fijas.

Ensamblaje de pistones.
o Posición de segmentos (rines).
o Conexión de brazos de biela.

Correcta posición de cigüeñal.
o Medición de holgura de aceite.
o Apriete final en bancadas lubricadas.

Ensamblaje de brazos de biela con cigüeñal, lubricando segmentos.

Ensamblaje de cabezote.
o Colocar asientos de válvulas.
o Colocar guías de válvulas.
o Colocar válvulas.
o Asentamiento de válvulas.
o Colocar sellos de válvulas.
o Posición de resortes de válvulas.
o Asegurar válvulas.
o Colocar empaque de cabezote.
o Asentar cabezote en bloque del motor.

Apreté de pernos y tuercas del motor.

Colocar bomba de agua.

Colocar bomba de aceite.

Colocar Carter del motor.

Limpieza final.

Colocar volante de inercia.

Colocar motor de arranque.
57

Colocar alternador.

Colocar sensores y actuadores.

Llenado de aceite.

Matrimonio con caja de cambios.

Unión de cañerías de refrigeración con radiador.

Llenado de líquido refrigerante.

Conexión de línea de combustible.

Conexión de línea de escape.

Encendido y prueba de todos los sistemas.
Control de calidad final.
Realizado todo este proceso se obtiene el motor de combustión interna final
y aunque hoy en día las computadoras y los robots han reemplazado al
humano, el motor siempre será revisado minuciosamente para poder obtener
el visto bueno en la fábrica.
Es necesario para concluir revisar que todos los sistemas funcionen
correctamente, que el termostato se abre a la temperatura correcta, y que no
existen fugas en ninguna parte del motor ni de la caja de cambios.
58
3 METODOLOGIA
3.1 MATERIALES

Aluminio
o Bloque cubico de 200 mm por lado.

Acero
o Platinas
o Oxicortadas utilizando los planos en las figuras: 26, 34,
36.

Pernos
o Pernos G8 m6*2.5’’x10, G8 m6*1’’x10, G8 m6*1.5’’x10, G8
m6*3’’x10, G8 m6*4’’x10.
o Pernos G8 m8*2.5’’x10, G8 m8*4’’x10, G8 m8*3’’x8.
o Pernos AllenG8 m6*1’’x10, G8 m6*1.5’’x10, G8 m6*2’’x10, G8
m6*2.5’’x10, G8 m6*4’’x4.
o Pernos Allen G8 m8*2.5’’x10, G8 m8*4’’x10, G8 m8*3’’x8.

Resortes
o 4* 300mm* 15mm*1.2mm
o 4* 45mm* 15mm* 1.2mm

Partes motor GY6 ( cigüeñal, biela, pistón, juego de rines, empaques,
cilindro, cabezote, válvulas, retenedores, bobinas, magneto, bacteria,
sistema eléctrico, escape, carburador, etc.)

Osciloscopio automotriz PICOScope 9000
59
3.2 HERRAMIENTAS
3.2.1 MAQUINAS HERRAMIENTAS

Torno

Fresa

Taladro de pedestal

Taladro de mano

Soldadora Mig

Soldadora de arco

Prensa hidráulica

Cortadora eléctrica
3.2.2 HERRAMIENTAS MANUALES

Juego de llaves mixtas milimétricas de 6 mm a 17 mm.

Juego de desarmadores Phillips.

Juego de llaves Hexagonales Allen.

Calibrador pie de rey.

Palanca de fuerza mando ¾ ½

Multímetro.

Juego de lainas, tipo laminas calibradas en milésimas de pulgadas y
milimetradas.

Palanca Media Vuelta mando de media.

Palanca Media Vuelta mando ¾.

Martillo de orejas y martillo de goma.

Limas planas y triangulares.
60
3.3 DISEÑO, CONSTRUCCION Y MONTAJE
En este capítulo se describe el proceso de fabricación del motor,
comenzando por un bosquejo y posteriormente ingresándolo a programas
computarizados (Solid Works).
3.3.1 PARAMETROS DE DISENO DE PARTES DEL MOTOR
En el motor a desarrollar los parámetros más importantes son:

Carrera del pistón:
o 58.8 mm

Dimensiones del pistón
o Diámetro del pistón
57.0 mm
o Altura 37.0mm

Variación de la relación de la compresión:
6.5< Rc <10.5
3.3.2 DISEÑO DEL BLOCK
La primera pieza a diseñar fue el block de aluminio, en este todas las partes
móviles y fijas fueron montadas, el block a su vez va SUJETO por medio de
soportes a la base final de la maqueta. Se hicieron los planos, luego se
moldeo en arcilla a escala real un prototipo, representando el diseño final,
con este prototipo se realizó el molde donde se fundiría el block en su primer
paso.
A continuación se puede observar en las figura 31 la pieza mencionada, con
sus respectivas acotaciones. Ilustración realizada en SolidWorks, cabe
mencionar que el modelo computarizado, es de vital importancia hoy en día
para poder obtener una idea visualmente más acertada en la fabricación de
los elementos mecánicos en la actualidad, como se puede observar es fácil
obtener la figura acotada y así facilitar el trabajo en el maquinado.
61
Figura 31.- Ilustración Computarizada Solid Works Block en Perspectiva (Autor, 2014)
62
3.3.3 CONSTRUCCION DEL BLOCK
La construcción del block se la realizo de la siguiente manera:
3.3.3.1 PRIMER PASO
Se fundió el metal necesario para obtener un bloque sólido de aluminio,
fueron necesarios treinta kilogramos del material, primero se hizo un
prototipo de madera que luego fue colocado en una base de arcilla y
posteriormente se colocó el metal en estado líquido.
Se colocó el aluminio necesario en un crisol que es un aparato que
normalmente está hecho de grafito con cierto contenido de arcilla y que
puede soportar elementos a altas temperaturas, ya sea el oro derretido o
cualquier otro metal, normalmente a más de 500 °C.
Algunos crisoles soportan temperaturas que superan los 1500 °C como se
aprecia en la figura 32 por acción de la temperatura se fundió, luego se retiró
las impurezas superficiales.
Figura 32.- Fotografía de Aluminio liquido
(Autor, 2014)
63
3.3.3.2 SEGUNDO PASO
Después del proceso de fundición del aluminio se depositó como se aprecia
en la figura 33, en el molde de arena que se elaboró anteriormente. Y así
obtener la pieza final necesaria para el maquinado respectivo.
Se deja enfriar todo elemento derretido para poder obtener una pieza en
estado sólido, la calidad de la pieza obtenida, es directamente proporcional a
la calidad de los materiales utilizados en el proceso de fundición.
Posteriormente al sacar la pieza fundida del molde se detectó una falla en la
misma, falla producida por la falta de desalojo del aire en el molde, esta falla
fue solucionada con resinas penetrantes que sirvieron para sellar las piezas
elaboradas.
Figura 33.-Fotografía de moldeo del aluminio.
(Autor, 2014)
64
3.3.3.3 TERCER PASO
Se maquino el block comenzando por separarlo en dos partes iguales y
simétricas las mismas que servirán como alojamiento del cigüeñal, la figura
34 corresponde a las piezas en su primer maquinado.
En la misma imagen se puede apreciar un breve trabajo de refrentado
primario proceso elaborado sin mucho ojo en el detalle, posteriormente a
esto se hicieron las mediciones finales y se hicieron los alojamientos para los
retenedores y para los rodamientos mismos que fueron probados en las
posiciones finales del mismo.
Además se hicieron los agujeros necesarios para fijarlo en un caballete
donde se asentarían todas las piezas del mismo conjunto, este caballete no
es más que una mesa soporte del motor y de todos sus sistemas.
Figura 34 Fotografía de aluminio cortado y perforado.
(Autor, 2014)
65
3.3.3.4 CUARTO PASO
Fue necesario refrentar (también denominada de frenteado) operación
realizada en el torno mediante la cual se mecaniza el extremo de la pieza, en
el plano perpendicular al eje de giro.
Para poder efectuar esta operación, la herramienta se ha de colocar en un
ángulo aproximado de 60º respecto a la porta herramientas. De lo contrario,
debido a la excesiva superficie de contacto la punta de la herramienta
correrá el riesgo de sobrecalentarse.
Como se aprecia en la figura 35, el proceso fue realizado con fresa para
tener las dimensiones y acabados superficiales finales, cabe mencionar que
fueron necesarias 72 horas continuas de maquinado para retirar todo el
material innecesario, en adición luego de terminar con este paso se realizó el
alojamiento del cilindro y se perforo las dos partes de forma que puedan ser
ensambladas por un conjunto de 4 pernos M10.1, 25.100.G8 mismos que
fueron colocados en las esquinas del block.
Este proceso en la realidad no es muy profundo puesto que los motores en
realidad salen del molde de arena con los alojamientos ya Semi-terminados.
Figura 35.- Fotografía Fresado de block.
(Autor, 2014)
66
Como se aprecia en la figura 36 el motor original cuenta con un ángulo de 15
grados de inclinación al plano horizontal, es gracias a este ángulo que el
carburador dispone de un acceso lateral, este múltiple de admisión de
reducidas dimensiones con el carburador genera un ángulo de 0 grados a la
pendiente.
El principal problema con motores de reducidas dimensiones es la
inexistencia de una cámara de expansión del aceite, es decir en los motores
de los automotores convencionales, el aceite puede libremente ascender
gracias a la bomba de aceite al cabezote y lubricar así las partes, el motor
desarrollado al separar en dos conjuntos el motor, aislando el cilindro del
cabezote no tenía una superficie área de expansión de los líquidos por lo
que se realizó un depósito de expansión y condensación del aceite del
motor.
No fue más que un simple cilindro de almacenamiento conectado al block en
la parte superior e inferior. Que se lo puede apreciar muy claramente en la
figura 56, dicho elemento se ubica al lado del tensor de la cadena de la
distribución que además se puede diferenciar la conexión de este cilindro por
la parte inferior del motor, esta unión fue realizada con cañería de bronce, en
donde se aloja de igual manera el tapón de colado del aceite.
El segundo problema fueron las fugas del aceite por las porosidades del
aluminio, problema resuelto con el uso de resinas para sellado y resistentes
a la temperatura de funcionamiento del motor.
Figura 36.- Ilustración motor gy6
(MOTORSPORTS, 2009)
67
3.3.4 DISENO DISTRIBUIDOR
Con el conjunto block y camisa ensamblados, el siguiente punto a desarrollar
fue diseñar un distribuidor capaz de mantener todos los elementos eléctricos
que generan la carga la batería y para dar el arranque inicial al motor.
Tomando en consideración lo mencionado fue necesario medir la posición
de las bobinas como se aprecia en la figura 37 las partes 3 y 4, tomando en
cuenta la separación del block ya construido, en comparación con el rotor de
campo parte 3, que contiene el cuerpo del generador y su principal función
es crear un elevado campo magnético, dicho campo es generado por un
cuerpo de bobinas conocido también como estator, al girar crea alto voltaje,
mismo que por medio de cableado es conectado con las bobinas, primero
con la bobina CDI y posteriormente con la bobina de encendido.
El cuerpo de las bobinas (4) cuenta con dos partes fundamentales, las
bobinas de carga de la batería y de las bobinas que generan la carga al
conjunto CDI Capacitor discharge ignition por sus siglas en inglés, muy
utilizado en toda la gama de motocicletas, útil por tener un capacitor que
almacena el voltaje suficiente para prender el motor principalmente en bajas
revoluciones, mismo que envía la energía a la bobina, que envía el alto
voltaje a la bujía donde se genera la chispa.
En la parte superior del conjunto de bobinas en la imagen mencionada se
puede apreciar una bobina adicional empernada con los tornillos 6, misma
que se encarga de calibrar el adelanto al encendido, por lo que para realizar
este distribuidor fue necesario colocar todo el conjunto de bobinas en una
platina misma que se puede apreciar en la figura 38.
Bobina de ignición TAE
Ventilador
Rotor magnético
Cuerpo de bobinas
Figura 37.- Diagrama bobinas de encendido motor gy6
(MOTORSPORTS, 2009)
68
Figura 38. imagen de la base del distribuidor desarrollado.
(Autor, 2014)
La pieza de la figura 38 fue realizada con una platina de acero de 8
milímetros de espesor, y finalmente fue utilizada como base de la pieza
donde se posicionaría todo el cuerpo eléctrico del conjunto magneto rotor.
A continuación la figura 39 se puede apreciar el plano definitivo de la pieza,
plano que contiene las cotas necesarias. Como además se puede ver consta
de dos agujeros con perforaciones abocardas en relación al ángulo de giro
del distribuidor. El restante de los orificios fueron roscados con un paso de
pernos m6, mismos que sujetan el cuerpo de bobinas, que con la ayuda de
un par de espaciadores lograban realizar el trabajo de mantener en posición
y con firmeza tener el conjunto siempre de una manera correcta, puesto que
existen vibraciones excesivas en todo motor, su fabricación fue realizada con
un material robusto anteriormente mencionado como acero de 8 milímetros.
Además existen dos perforaciones abocadas en la parte izquierda del plano
inferior, mismas que ayudaban a calibrar el sensor de posición del cigüeñal,
mismo que ayuda con la ignición de la bujía.
69
Figura 39.- Ilustración computarizado Adaptador del Distribuidor (Autor, 2014)
70
3.3.5 ELABORACION DE TENSOR DE LA DISTRIBUCION
Se estudió la distribución del motor GY6 y dio como resultado la necesidad
de ubicar al exterior del block-motor la cadena de la distribución, de esta
manera fue necesario aumentar el tamaño del árbol de levas en 40mm.
Como se puede apreciar en la figura 40, esta modificación fue necesaria,
porque el alojamiento original de la cadena de distribución se encontraba
eliminado ya que no existía ninguna manera de poder realizar la distribución
del árbol de levas en el interior del block se continuo colocando el piñón de
la cadena en una parte más externa, haciendo necesaria la ampliación del
árbol de levas.
El tensor consta de dos platinas indicadas en la figura 41, estas platinas
fueron divididas por unos pequeños espaciadores de 20 milímetros y en la
parte superior donde se realizó una perforación abocardada por donde
desliza el eje tensor, que es empujado por los resortes de expansión.
Trabajo de separación.
Figura 40. Fotografía del árbol de levas antes del maquinado el trabajo de expansión se
realizó en donde lo indica la flecha. (Autor, 2014)
71
Figura 41.- Ilustración computarizada Tensor de la cadena de distribución (Autor, 2014)
72
Elaborado este trabajo en el árbol de levas, se construyó un conjunto capaz
de tensar la cadena que desde aquel momento se alojaría en el exterior del
motor, como se aprecia en la siguiente figura 42 se tiene una ilustración de
todo el sistema de cadena con sus respectivos muelles de tensión.
Estos muelles son capaces de mantener en todos los regímenes de
volumen del motor la cadena con la misma tensión, por las vibraciones
propias del motor fue necesario realizar un fijado prolijo en el tensor fijo con
rodamiento, el mismo que fue colocado con un perno m8 en cabeza Allen, es
decir hexagonal que fue colocado en el block del motor final.
La cadena fue constituida por la unión de dos cadenas originales del modelo
gy6 y luego fue colocada en su posición para liberar la presión de los
muelles poco a poco en el tensor de la cadena de distribución, dejando todo
el conjunto en correcta posición.
Y con todos los elementos de distribución colocados se continuó con el
siguiente paso.
Cadena
Cigüeñal
Bases
de
tensor móvil
Árbol de levas
Tensor fijo
con
rodamiento
Tensor
mecanismo
resortes
móvil
de
Figura 42. Mecanismo tensor de cadena. (Autor, 2014)
73
3.3.6 MONTAJE DE PARTES MOVILES Y FIJAS
El motor de volumen variable fue ensamblado en dos partes principalmente,
el block que mantiene el cigüeñal en su interior, y una camisa de movimiento
variable, misma que estaba conectada con el cabezote del prototipo, que
mantiene el pistón en su interior para que este cumpla una carrera variando
la relación de compresión.
Para poder unir todo el conjunto: camisa, cabezote y árbol de levas fue
necesario roscar las perforaciones existentes. Estas perforaciones roscadas
fueron utilizadas para colocar en su posición, espárragos M10 de acero de
transmisión, de doscientos cincuenta milímetros de longitud grado G8.
Fácilmente apreciables en la figura 43 se los puede identificar en su posición
final.
Figura 43.- Fotografía Cilindro en conjunto con espárragos conectores. (Autor, 2014)
74
Se armó todo el conjunto, limpiando todas las partes y colocando los
empaques que se requerían.
Se colocó el árbol de levas y se posicionaron las válvulas y los sellos de
válvulas, en conjunto con los resortes y propulsores fijos. Apreciables en la
figura 44 se finalizó así el ensamblaje del conjunto variable.
Luego se calibro las válvulas dejando todo el conjunto armado y se colocó la
tapa de las válvulas. Esta tapa de válvulas fue fijada al mecanismo de
volumen variable.
En la figura 44 de igual manera se puede apreciar en la parte superior el
tapa válvulas, acompañado por todos los elementos que conforman el
conjunto válvulas, cigüeñal, cilindro.
Tapa Válvulas
Balancines
Bujía
Árbol
levas
de
Cabezote
Base
carburador
.
Válvulas
Cilindro
Figura 44.- Diagrama de construcción conjunto cilindro del motor gy6
(MOTORSPORTS, 2009)
75
En la figura 45 se observa el conjunto completo, que en la parte superior se
aprecia el carburador, en el frente se observa la bujía de encendido y en la
parte inferior se distingue el silenciador.
En la parte derecha se puede observar una platina misma que por medio de
resortes constituyo el mecanismo de volumen variable. Dicho mecanismo se
explica posteriormente, y cómo influye en el funcionamiento del motor. Este
conjunto ya ensamblado fue apretado correctamente todas sus piezas para
una posterior colocación es su alojamiento final (block), y finalmente se
colocaron guías para que cuando realiza movimientos variables no se
desacople de su posición.
Carburador
Bujía
Silenciador
Sistema de
Volumen variable
Figura 45.- Fotografía conjunto superior (cabezote, cilindro, silenciador, carburador.)
(Autor, 2014)
76
Las partes finales del motor se limpiaron minuciosamente para quitar todo
residuo del maquinado y luego se ensambló, se colocó el conjunto cigüeñalbiela en el interior del block y, se montaron los retenedores requeridos para
el prototipo, luego se colocó lubricante para motor, viscosidad SAE 40 para
cuidar las partes móviles y finalmente se cerró el block.
Se armó el pistón junto con el juego de rines, lubricándolos y alineándolos.
Conjunto apreciable en la figura 46.
Colocando el pistón en su posición final se pasó el pin de unión con el brazo
de biela, en la figura 46 se encuentra de igual manera el pin y los seguros
del pistón y una vez colocados todos los elementos se ensambló todas las
partes en la base anteriormente indicada, ya en este lugar final se limpiaron
y se colocó la cadenilla de la distribución y de igual manera las bobinas con
todas las piezas elaboradas en el torno.
Figura 46.- Fotografía pistón y juego de rines. (Autor, 2014)
77
3.3.7 ADAPTACIONES
3.3.7.1 CARBURADOR
Fue necesario una alza de cuarenta y cinco milímetros de alto como se
puede apreciaren la figura 47 este separador ya que el block al ser de
volumen variable exigía un contacto del carburador con el mismo.
Es importante indicar que este tipo de adaptaciones tienen que afectar el
correcto funcionamiento de las partes originales del diseño puesto que
puede generar peores resultados un trabajo de este tipo en motores de
tan reducido cilindraje, en motores de más grandes dimensiones este tipo
de adaptaciones son muy notorias en el desempeño.
Una vez realizado este trabajo se colocó el carburador y se conectaron
las mangueras de vacío, mismas que ayudan con la alimentación propia
del carburador.
Cabezote
Múltiple
admisión.
Alza
Figura 47.- Cabezote en conjunto con la base del carburador.
(Autor, 2014)
78
3.3.7.2 SILENCIADOR
Un silenciador de reducido tamaño utilizado en un motor honda GX200 de
motobomba de agua. Como se puede apreciar en las figuras 48 y 49 el
silenciador pudo ser ubicado fácilmente, en la figura 48 se observa el
silenciador en su posición final a la derecha de la imagen.
Figura 48.- Fotografía Adaptaciones Silenciador Gx200.
(Autor, 2014)
Figura 49.- Imagen Silenciador Gx200
(Autor, 2014)
79
3.3.7.3 SENSOR DE GOLPETEO
Este elemento es un dispositivo piezo-eléctrico para golpeteo, capaz de
transformar una señal de vibración mecánica en una señal eléctrica medida
en mili-voltios. Este sensor fue conectado directamente a un osciloscopio
para obtener los datos finales de la investigación, la figura 50 ayuda a
identificar el sensor utilizado en el presente trabajo.
Este sensor es el elemento más importante del conjunto eléctrico, pues es el
encargado de generar las ondas de estudio de los combustibles estudiados,
estas ondas son generadas con la ayuda de un osciloscopio y son
almacenadas para posteriormente ser estudiadas y analizadas.
Los valores van de 0 a 1 voltio en cuanto a la medición de la calidad del
combustible.
Este sensor al ser demasiado sensible, es capaz de generar un voltaje
constante, y es el encargado de realizar todas las mediciones técnicas del
motor.
Fue colocado a un lado del cilindro, como se encuentra en los motores de
los vehículos que circulan día a día por nuestro país.
El sensor tiene un rango de trabajo DE 0 A 5V, pero eso depende del tipo de
fabricante y del tipo de motor.
En la parte de los anexos se detallan los voltajes resultantes del estudio
realizado durante todo el trabajo de tesis.
Sensor de
golpeteo
Figura 50.- Imagen sensor KS, Modelo Vw, se puede apreciar que está colocado junto al
carburador
(Autor, 2014).
80
3.3.7.4 MECANISMO DE VOLUMEN VARIABLE.
Mecanismo de volumen
variable,
Muelle para calibrar volumen variable
Figura 51.- Se puede apreciar el mecanismo capaz de regular el volumen variable.
(Autor, 2014)
Tornillos reguladores de
volumen variable.
Figura 52.- Tornillos reguladores de volumen variable, son capaces de reducir la relación de
compresión de 10.5:1 a 6.5:1. (Autor, 2014)
81
El dispositivo encargado de realizar la variación en la relación de
compresión, como lo indican las figuras 51 y 52 respectivamente, está
compuesto por 3 bases acopladas al block, estas tres bases poseen tornillos
sin fin, que se colocan en conjunto con una placa que muy fácilmente se la
aprecia en la figura 52.
Esta placa sirve como base para la tapa del cabezote, de esta manera, se
puede separar en dos conjuntos definitivos. El block que tiene en su interior
el pistón. Y el cabezote unido con el cilindro, solamente por los 3 tornillos sin
fin de esta manera, por medio de la fuerza de los resortes, realizar un
aumento en la cámara de combustión.
Como se puede entender con la siguiente figura, se puede demostrar que
aumentando en 5 milímetros el recorrido del mecanismo variable, es posible
bajar de 10:1 a 6.5:1,
𝑅𝑐 =
𝑣+𝑉
𝑣
Donde:

v= es el volumen de la cámara de combustión y

V= es el volumen del cilindro.
De esta manera con 152.58 centímetros cúbicos de volumen del cilindro y
16.6 centímetros cúbicos calculados aproximadamente con una jeringuilla,
tenemos una relación de compresión de 10 a 1
Si a esto le aumentamos 5milimetros de segmento de circunferencia
obtenemos un volumen de la cámara de combustión de 27.27 centímetros
cúbicos, dando como resultado una relación de compresión de 6.5 a 1.
Cabe resaltar que por medio del aumento o la disminución en la cámara de
combustión se pueden identificar algunas cuestiones, una de estas es que
con una relación de compresión menor a 5 a 1, el motor simplemente no
puede operar, no existe la presión suficiente para encender el motor y de
esta manera es imposible tener una combustión estable.
Se puede jugar de igual manera con el Angulo de adelanto al encendido,
dándole de esta manera un papel muy importante al convencional
distribuidor en los vehículos tradicionales.
82
3.4 ILUSTRACIONES FINALES DEL PROTOTIPO
El siguiente acápite contiene las imágenes finales obtenidas durante la
fabricación del prototipo, como se aprecia en la figura 53, se tiene la vista
Fontal a continuación en las figuras 54 y 55 se puede apreciar el motor
lateralmente
Figura 53.- Vista frontal, se aprecia la maqueta completa con todas las partes móviles y fijas
en su lugar final. (Autor, 2014)
83
Figura 54.- Vista lateral, se aprecia el prototipo completo con todas las partes móviles y fijas
en su lugar final. (Autor, 2014)
84
Figura 55.- Vista lateral del prototipo, se aprecia la maqueta completa con todas las partes
móviles y fijas en su lugar final. (Autor, 2014)
85
Figura 56.-Vista posterior del prototipo, se puede identificar, todas las partes fijas y móviles,
a mano derecha de igual manera se puede apreciar el tanque desarrollado para relajar la
presión del aceite. (Autor, 2014)
86
Figura 57.- Vista posterior del motor, se puede observar el árbol de levas el silenciador y el
mecanismo tensor de la cadena de la distribución en color rojo. A mano izquierda se puede
observar el mecanismo de volumen variable, este elemento es manejado manualmente.
(Autor, 2014)
Figura 58.- Vista lateral del prototipo, se puede apreciar el depósito de reducción de presión
de aceite del motor, a mano derecha de igual manera se puede observar el volante de
inercia.
(Autor, 2014)
87
Figura 59.- Carburador del prototipo, colocado en la parte superior del motor, está
conectado con el tanque de combustible, de forma directa.
(Autor, 2014)
Figura 60.- Vista frontal del motor de combustion interna, se pueden diferenciar claramente
el ventilador que se encarga de enfriar las partes del motor, se puede apreciar la bobina de
ignicion de la bujia y el cable de la bujia.
(Autor, 2014)
88
Figura 61.- Depósito de combustible, es capaz de almacenar hasta doscientos cincuenta
centímetros cúbicos de combustible, pero para hacer el estudio de cada muestra es
necesario cincuenta centímetros cúbicos, puesto a que no se necesita demasiada gasolina
para cada prueba.
(Autor, 2014)
Figura 62.- Mecanismo tensor de cadena de distribución, como se puede apreciar, posee 4
resortes que controlan la tensión de la cadena, estos resortes utilizan como guía los pernos
m8 de 600, de igual manera estos pernos sirven para ensamblar el conjunto, y de esta
manera poder colocar la cadena de la distribución. (Autor, 2014)
89
Figura 63.- vista posterior del prototipo, se puede identificar en la siguiente figura la cadena
de la distribución y el sensor de golpeteo. (Autor, 2014)
Figura 64.- Vista del carburador, se puede identificar el filtro de aire y el filtro de
combustible. (Autor, 2014)
90
Figura 65.- Vista inferior del motor, se puede identificar el tapón del aceite, el motor
diseñado no posee Carter como se puede identificar. (Autor, 2014)
Figura 66.- Vista del magneto, del ventilador encargado de enfriar las partes móviles y fijas,
como se puede identificar posee un elemento colector del aire que ayuda a direccionar aire
frio por todo el cilindro, ayudando de esta manera a enfriar el motor.
(Autor, 2014)
91
Figura 67.- Se puede apreciar el cableado del prototipo, en la parte central se identifica el
magneto, acompañado del sensor de posición encargado de generar la corriente de la bujía.
(Autor, 2014)
Figura 68.- tanque reductor de presión de aceite, está conectado por la parte superior e
inferior del motor, reemplaza el Carter del motor convencional
(Autor, 2014)
92
Figura 69.- Bobina de ignición, conectada con el CDI, encargado de realizar la ignición de la
bujía en el motor desarrollado. (Autor, 2014)
Figura 70.- complemento de la ilustración de tensión de cadena de distribución, se puede
identificar los pernos M8 encargados de centrar y de guiar los resortes que tensionan la
cadena de distribución. (Autor, 2014)
93
Figura 71.- Vista superior del motor desarrollado se puede apreciar todas las piezas en su
parte definitiva, de igual manera se puede observar los pernos que se encargan de realizar
el fenómeno del volumen variable, (Autor, 2014)
94
3.5 PRUEBAS EN EL MOTOR DE VOLUMEN VARIABLE
3.4.1 CALIBRACION PARA COMBUSTIBLE TIPO SUPER
Para el estudio del octanaje se ubicó el distribuidor a 12 grados de adelanto
al encendido y con una relación de compresión Inicial de 10.5 a 1, se
encendió el motor con combustible SUPER, cabe resaltar que para calibrar
el motor a este combustible determinado, se utilizaron 3 muestras de
diferentes proveedores para tener una mezcla de combustible promedio, es
importante tomar en cuenta la dificultad de tener un combustible de
laboratorio que sea de medidas en octanaje muy similares a las normativas
internacionales. El voltaje resultante de la calibración daba como resultado 1
mili-voltios en ralentí y 0 voltios a 2000 Rpm. Voltaje apreciable en el
osciloscopio.
Para poder tener una mirada un poco más real de la medida se realizó una
mezcla promedio, este proceso constó en unir 3 muestras aleatorias, y
partiendo del supuesto caso de la homogeneidad de los combustibles
podemos finalizar con un combustible de calibración que da el valor
promedio de la muestra.
3.4.1 CALIBRACION PARA COMBUSTIBLE TIPO EXTRA
Para los combustibles EXTRA se utilizó la misma condición de adelanto al
encendido pero reduciendo la relación de compresión original 10.5:1 a 7.5:1
separando el cilindro del block en 3.9 milímetros.
Con la gasolina Extra generada por la estatal Petro-Comercial se calibró,
dando como resultado un voltaje nominal de 7.4 mili-voltios en ralentí y de 3
mili-voltios a 2000 Rpm un voltaje muy alto en comparación con su similar
combustible SUPER.
Los resultados obtenidos serán luego analizados para sacar los resultados
más coherentes durante todo el estudio de los combustibles, de igual
manera durante el estudio de la tesis, se hicieron pruebas de sedimentación
y de decantación, mismas que no tienen nada que ver con la calibración del
motor.
95
3.6 ESTUDIO DE COMBUSTIBLE
Para analizarla calidad del combustible fue necesario realizar un muestreo
de las gasolineras en la ciudad de Quito, de esta forma se adquirió el
combustible y se almacenó en depósitos de plástico de un litro, para realizar
las distintas pruebas.
Los depósitos fueron etiquetados, de tal manera que se pueda identificar la
fecha y el lugar de adquisición, a simple vista se pudo observar que los
combustibles tenían varias características como el color y pero con el pasar
de los días se pudo lograr apreciar pequeñas sedimentaciones.
Las gasolinas fueron probadas con dos procesos, la primera prueba
realizada fue una prueba de golpeteo medido por las vibraciones en el
motor, prueba de estabilidad en la combustión, la segunda prueba fue la
sedimentación, por medio de la cual se pudo llegar a medir la cantidad de
partículas flotantes. Como se puede observar en la figura 76 se puede
identificar las tablas llenadas para poder conseguir los datos a estudiar en el
análisis de resultados, estas tablas fueron llenadas con los valores
correspondientes,
adicionalmente
se
adjuntan
las
imágenes
correspondientes del análisis de la gasolina por medio del osciloscopio.
3.6.1 PRUEBA DE OCTANAJE
Esta prueba fue realizada en el motor de volumen variable, con la ayuda de
un osciloscopio, se pudo conseguir voltajes generados por el sensor de
golpeteo instalado en el cilindro del motor.
Los resultados dan un voltaje en mili voltios y por medio de regla de 3 fueron
cambiados a un valor en Octanaje.
Las figuras 72 y 73 indican los valores obtenidos por el osciloscopio, estos
valores varían en fracciones y esto ayuda a dar conclusiones muy
importantes de todo el estudio, conclusiones que serán posteriormente
puestas a consideración del lector.
En las dos figuras se puede interpretar que existe una buena curva de
combustible, es posible determinar que de igual manera los datos son muy
determinantes en el momento de la prueba correspondiente, aunque la curva
dura en promedio unos 20 segundos el momento en que se estabiliza la
mezcla, la imagen es muy clara, y es fácil de apreciar por medio del
PICOScope 9000, software capaz de interpretar por medio de un conector
USB, las señales del sensor de golpeteo instalado.
96
Figura 72.- Medición con osciloscopio de una muestra aleatoria de combustible EXTRA
(Autor, 2014)
Figura 73.Medicion con osciloscopio de una muestra aleatoria de combustible SUPER.
(Autor, 2014)
97
3.6.2 PRUEBA DE SEDIMENTACION
Por otra parte, se realizó una sedimentación en los combustibles, por medio
del proceso de decantación se separaron las partículas no solubles en la
gasolina, estas partículas a partir del segundo día se empezaron a situar en
la parte inferior de los depósitos de almacenamiento del combustible.
Este estudio es solamente visual, ya que el estudio no determina su
interpretación detallada. Puesto que el costo de un estudio de laboratorio
sería muy elevado para la medición de los metales y de los sólidos
encontrados en el presente trabajo de tesis. Las figuras 74 y 75 indican dos
muestras realizadas.
Los datos obtenidos aunque muy valiosos, no son muy considerables en el
presente estudio, puesto que en un principio no fue considerado el estudio
de octanaje pero por ser muy notorios son tomados en consideración, para
demostrar que la gasolina de la ciudad de Quito, no es de muy buena
calidad.
Figura 74.- Decantación de un combustible aleatorio EXTRA se puede identificar en la
imagen sedimentos en la parte inferior del contenedor
(Autor, 2014)
98
Figura 75.- Decantación de un combustible aleatorio SUPER no se puede identificar en la
imagen sedimentos.
(Autor, 2014)
99
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
FECHA
LUGAR
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
SEDIMENTACION
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
NUMERO
OCTANO
OBSERVACIONES
Figura 76.- Formato de evaluación de los combustibles. (Autor, 2014)
100
4 ANALISIS DE RESULTADOS
4.1 OCTANAJE
Por el estudio realizado se puede determinar que el porcentaje de octanaje
es muy aceptable, en los combustibles SUPER se obtiene un promedio de
91.94 OCTANOS, referente a los valores en la tabla numero 5 valor cercano
a la norma.
Por otra parte el valor de los combustibles EXTRA es aproximadamente de
86.72 OCTANOS el promedio, de igual forma cercano a la norma INEN
anteriormente mencionada, se podría entender después de este estudio la
diferencia de las gasolinas entre marcas es muy reducida, puesto que luego
del estudio realizado se identificó que la gasolina proviene del mismo punto
de acopio.
No existe ninguna muestra de gasolina con trazas de agua, es decir que la
gasolina durante el estudio no mostro presencia de dicho líquido, esta
prueba fue realizada visualmente decantando los combustibles, tampoco se
encontró combustible adulterado, es decir que ningún combustible SUPER
tiene alguna proporción de EXTRA, esto es fácil de identificar, puesto que
con la prueba de octanaje realizada con el motor de volumen variable, se
puede determinar que todas las muestras de combustible son similares ,
mantienen su origen no hay una variación realmente notoria por una posible
mezcla entre la gasolina SUPER o la gasolina EXTRA, adicionalmente todas
las muestras de gasolina fueron decantadas. Para poder determinar si
existía alguna sedimentación de tipo líquido en los distintos tipos de
muestras, por motivos logísticos de la prueba de combustible no se realizó
una medición de densidad de los combustibles, esto se debe a que no se
encontraba como un objetivo en la presente tesis.
El mito del aumento o reducción en el grado de octanaje se puede demostrar
con la formula mencionada en el capítulo 2.4.1.8, este procedimiento muy
claramente manifiesta que se obtiene un aumento proporcional directamente
al porcentaje de combustible de mayor octanaje, las ventajas son muy claras
pero por mas bueno que sea el combustible SUPER, en realidad para
obtener un combustible de mayor octanaje, es necesario realizar una mezcla
con alcoholes de elevado octanaje.
En futuros trabajos se espera estudiar el efecto que tiene el alcohol en la
mezcla con la gasolina, ya que se reporta en las literaturas que este aditivo
ayuda a elevar notoriamente el índice de octano de los combustibles.
101
Luego de haber analizado minuciosamente las veinte muestras de gasolinas
de distinta procedencia se pudo demostrar que el grado de octanaje en la
ciudad de Quito es muy aceptable, como se puede observar en la tabla 5, los
datos fueron colocados de acuerdo a la obtención de los mismos, el valor
promedio de todas las muestras es de 91.945 Octanos en los combustibles
SUPER, y de 86.72 Octanos en las muestras con gasolina EXTRA, los
valores no aceptables comprenden el 0.0597% del estudio es decir, que la
prueba tiene un valor promedio muy cercano a la norma INEN. De igual
manera las muestras con EXTRA tienen un porcentaje de falla del 0.32%.
TABLA 5. Valoración de octanaje acumulada.
PRUEBAS DE OCTANAJE
SUPER
NUM SEDIMENTOS
1
SI
2
3
SI
4
SI
5
6
SI
7
SI
8
SI
9
10
PROMEDIO
Voltaje
GRADO
92
92,1
92
91,5
91,6
90,5
91,3
91,9
91,8
93
91,945
1,84
1,842
1,84
1,83
1,832
1,81
1,826
1,838
1,836
1,86
EXTRA
NUM
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Voltaje
SEDIMENTOS GRADO
SI
86,8
1,736
SI
87
1,74
SI
85,4
1,708
SI
85,5
1,71
SI
86,3
1,726
SI
86
1,72
SI
87,1
1,742
SI
87,2
1,744
SI
88
1,76
SI
85,4
1,708
PROMEDIO
86,72
Cabe resaltar que en adición a esto se obtuvieron datos relacionados a la
sedimentación de las gasolinas un valor agregado a esta investigación
puesto que sobrepaso los objetivos iníciales
Acontinuacion se pueden apreciar los datos resultantes del estudio del
combustible de la figura 77 a la figura 96
102
Figura 77.- Ilustración obtenida por medio de PICOSCOPE 9000, gasolina Súper, con 1.84
voltios, genera 91.9 grados de octanaje, pasa la prueba de octanaje, presenta sólidos
suspendidos (sedimentos). Muestra número 1. (Autor, 2014)
Figura 78.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de
combustible Súper, pasa con 92.1 grados de octanaje, no presenta sedimentos. Muestra
número 2. (Autor, 2014)
103
Figura 79.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de
combustible Súper, pasa con 92 grados de octanaje, si presenta sedimentos. Muestra
número 3. (Autor, 2014)
Figura 80.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de
combustible Súper, pasa con 91.5 grados de octanaje, si presenta sedimentos. Muestra
número 4. (Autor, 2014)
104
Figura 81.- El primer caso es un combustible Súper, que alcanza por regla de tres 91.6
octanos, pasa la prueba de octanaje y de igual manera no presenta sedimentos sólidos.
Corresponde a la muestra número 5, adjuntada en los anexos.
(Autor, 2014)
Figura 82.- En el presente caso de combustible Súper, se puede tener la clara anomalía de
golpeteo, resultante de un autoencendido, motivo por el cual es necesario en este caso
realizar una calibración para determinar un voltaje secundario de 1.81 voltios, por regla de
tres se determina y se concluye que no pasa la prueba de golpeteo, y posee sólidos
sedimentados en la base del contenedor. Corresponde a la muestra número 6. (Autor, 2014)
105
Figura 83.- Muestra numero 7, imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa
una muestra de combustible Súper, no pasa con 91.3 grados de octanaje, si presenta
sedimentos. Valor de octanaje resultante de calibración del motor.
(Autor, 2014)
Figura 84.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de
combustible Súper, pasa con 91.9 grados de octanaje, presenta sedimentos. Muestra
numero 8 (Autor, 2014)
106
Figura 85.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de
combustible Súper, pasa con 91.8 grados de octanaje, no presenta sedimentos. Muestra
número 9. (Autor, 2014)
Figura 86.- Imagen obtenida a partir de PICOSCOPE 9000, representa una muestra de
combustible Súper, pasa con 93 grados de octanaje, no presenta sedimentos. Muestra
número 10. (Autor, 2014)
107
Figura 87.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 86.8 octanos pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de
sedimento, corresponde a la muestra número 11. (Autor, 2014)
Figura 88.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 87 octanos pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de
sedimento, corresponde a la muestra número 12. (Autor, 2014)
108
Figura 89.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 85.4 octanos no pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas
de sedimento, corresponde a la muestra número 13. (Autor, 2014)
Figura 90.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 85.5 octanos no pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas
de sedimento, corresponde a la muestra número 14. (Autor, 2014)
109
Figura 91.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 85.4 octanos pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de
sedimento, corresponde a la muestra número 15. (Autor, 2014)
Figura 92.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 86 octanos de esta manera no pasa la prueba de octanaje, y
presenta partículas de sedimento, corresponde a la muestra número 16. (Autor, 2014)
110
Figura 93.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 87.1 octanos pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas de
sedimento, corresponde a la muestra número 17. (Autor, 2014)
Figura 94.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 87.2 octanos no pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas
de sedimento, corresponde a la muestra número 18. (Autor, 2014)
111
Figura 95.- En la presente figura se puede identificar una muestra de combustible Extra, que
aprueba todo el proceso, con un voltaje de 1.76 voltios, dando un octanaje de 88 grados
corresponde a la muestra número 19, apreciable en los anexos. (Autor, 2014)
Figura 96.- En la figura se puede apreciar golpeteo, y posteriormente se calibración y se
obtiene por regla de tres 85.4 octanos no pasa la prueba de octanaje, y presenta partículas
de sedimento, corresponde a la muestra número 20. (Autor, 2014)
112
En las figuras de la 77 a la 96, se puede identificar las curvas de donde
provienen los datos para la tabla numero 5, estas figuras son adjuntadas de
mejor calidad en el capitulo de anexos.
Por otra parte, en la figura 97, se pueden observar los valores obtenidos en
la prueba de octanaje con combustibles SUPER identificados por medio de
una campana de Gauss, donde se puede concluir que el 85% de los
combustibles pasa la prueba de octanaje con un valor minimo de 91.5
Octanos, Estos valores se ven afectados si la prueba se realiza en dias
distintos, esta conclusión es muy importante, puesto que los combustibles al
ser muy inestables químicamente, tienen una variación muy brusca en las
condiciones naturales del momento, esta variación puede realizarse con la
presión atmosférica, la temperatura ambiente, y la temperatura del motor.
Cabe resaltar que la prueba se ve mejorada con la bajada de la presión
atmosférica, lo que puede concretarse que la baja presión ayuda al
desempeño del motor este fenómeno se observó el momento que empezaba
a llover en la ciudad de Quito.
A su vez se puede identificar en la figura 98 los datos de la gasolina EXTRA
donde un 80% de combustibles pasan la prueba dando un valor muy
aceptableen gasolinas el valor mas bajo en los combustibles EXTRA fue
identificado en 86 grados de Octanaje, muy acrecentados en la campana de
Gauss obtenida en la figura mencionada.
Figura 97. Campana de Gauss Se puede apreciar la media y el numero de muestras.
combustibles Super. (Autor, 2014)
113
Figura 98. Campana de Gauss Se puede apreciar la media y el numero de muestras.
combustibles Extra
(Autor, 2014)
4.1.1 MEDICION DE OCTANAJE
Lo que se puede definir luego de la obtención de los datos es una compleja
situación al interior de la cámara de combustión, el motor de volumen
variable desarrollado al ser mono cilíndrico genera una serie de problemas
posteriores en la medición de las gasolinas, estos problemas no son 100%
solucionables puesto que la estructura misma del motor es un limitante en la
obtención de los datos, pero lo que si se logra obtener son datos muy
aproximados a la realidad, datos como las frecuencias sonoras del motor
debido a la combustión de cada gasolina.
Se deduce que la vibración del motor genera al interior de la cámara de
combustión una pequeña onda sonora capaz de ser medida por medio de un
sensor de golpeteo, este sensor al ser capaz de medir las vibraciones en el
interior del motor por medio de vibraciones que posteriormente las
transforma en voltaje, da una muy buena referencia de las ondas expansivas
de la gasolina en combustión, dichas ondas aunque marcadas en mili-voltios
sirvieron para entender el significado de la situación de las gasolinas en el
mercado local.
114
Estos valores en mili-voltios posteriormente fueron tabulados y luego de una
transformación matemática, fueron transformados en el grado de Octanaje,
estudiado en todo el trabajo de tesis, como se puede observar en los
anexos, y luego estos valores fueron interpretados en el análisis de datos, en
el presente capitulo.
4.2 SEDIMENTACION
La figura 99, muestra un combustible en contenedor almacenado 15 días y
presenta en su fondo como podemos apreciar claramente un residuo de
polvo, óxidos, etc.
Figura 99.- Muestra en contenedor, almacenada por 15 días, presenta en base sedimentos.
(Autor, 2014)
La figura 80, presenta datos críticos acerca del estado de la gasolina en la
ciudad, puesto que nos indica que la gasolina SUPER tiene un 45% de
sedimentos suspendidos, dichos sedimentos pueden ser divididos en dos
grandes grupos:

Los residuos en la fabricación, tales como: olefinas, parafinas y
bencenos no disueltos en el combustible

Las partículas sólidas, partículas como el polvo partículas de pintura
óxidos y varias impurezas no determinables en este trabajo de tesis.
115
Dichas impurezas llegan a la gasolina en la fase de transporte y
almacenamiento.
Un dato alarmante como lo indica la figura 101, toda la gasolina EXTRA en
la ciudad de Quito contiene sedimentos.
Sedimentos Combustibles SUPER.
Con sedimentos
Sin sedimentos
45%
55%
Figura 100. Grafico acumulado de sedimentacion en gasolinas SUPER.
Sedimentos Combustibles EXTRA
Con sedimentos
Sin sedimentos
0%
100%
Figura 101.-Grafico acumulado de sedimentacion en gasolinas EXTRA.
La gasolina a diferencia del agua, es una substancia que se conforma por
una infinidad de partículas, pero principalmente tiene en un principio gasolina
reformada y gasolina ligera, obtenidas por isomerización en refinerías de
última tecnología, además contiene metanol, etanol, butanol, heptano,
benceno, MTBE, ETBE, que sirven como elevadores primarios de octanaje,
posee en pequeñas cantidades metales peligrosos (pesados) tales como el
plomo, manganeso, mercurio, cadmio; Además tiene un 40% de aromáticos
y un 20% de olefinas o parafinas para estabilizar la mezcla de octanaje y
finalmente contiene colores característicos que no está descrito en las
116
normas INEN estudiadas pero que por motivos de comercialización mantiene
una diferencia marcada.
Como se determina en el acápite anterior el principal limitante del estudio
del octanaje es la gasolina en si ya que la gasolina no puede ser homogénea
en la producción, por otra parte se contamina en el transporte y el
almacenamiento dando como resultado un líquido que no podemos definir a
la perfección, la composición de cada gasolina es tan diferente en todas las
gasolineras y en todas los lugares de la ciudad capitalina.
El problema del transporte y comercialización de la gasolina nacional y la
importada de Venezuela se produce por la sedimentación de partículas
ajenas, diariamente la REE (Refinería Estatal de Esmeraldas) genera,
53.400 kg/hora de gasolina de alto octanaje hablamos de gasolinas de 93
octanos, gasolina que es transportada desde la refinería de Esmeraldas a la
ciudad de Quito donde se encuentra la principal central de almacenamiento y
distribución de combustibles del país.
Como se puede observar en la figura 102 extraída de un manual de
Petroecuador este es el esquema de transportación que el combustible
cumple para llegar a nuestros automotores:
Figura 102.- Localización de los abastecimientos y transporte de los combustibles en el
distrito metropolitano de Quito. (Mero, 2007)
117
La gasolina viaja desde la costa ecuatoriana 200 kilómetros a la ciudad de
Quito, pasan por el poliducto de Santo Domingo y llega a su primera parada
el terminal de abastecimiento de combustibles líquidos y gaseosos
BEATERIO ubicado en el sur de la ciudad de Quito es el punto más
importante de almacenamiento de combustibles del país de aquí se
bombean a dos puntos, a Shushufindi con un poliducto de 304 kilómetros y a
la ciudad de Ambato por más de 111 kilómetros.
La figura 102 da una mirada más amplia del transporte de combustible en el
país.
Luego de este viaje la gasolina no ha llegado a las respectivas estaciones
de distribución por lo que es transportada en tanqueros de diferentes
capacidades y de diferentes materiales, no siempre son construidos de
acero inoxidable, y de esta manera llega a los depósitos de las gasolineras,
aquí será guardado por última vez antes de ser distribuido a los
automotores.
Durante este trayecto de más de 300 kilómetros desde la planta hasta el
punto de expendio y posteriormente comprado por los usuarios, la gasolina
ha absorbido una parte de moléculas contaminantes demostradas en el
siguiente papel filtrante de laboratorio (25 micras) utilizado para remover las
impurezas de la gasolina, como se aprecia en la figura 103 una gran porción
de partículas no puede ser filtrada por lo que intervienen en toda la
combustión y al no poder evaporarse, taponan mangueras, inyectores, etc.…
Esta es la situación real de la gasolina, como se puede apreciar en los datos
anteriores se demuestra que mientras la gasolina viaja mayores distancias
es decir en la parte norte de la ciudad de Quito más específicamente en el
sector de la Mitad del Mundo, por dar un ejemplo.
Esta prueba de filtrado solo se realizo una vez, fue realizada para
complementar el presente trabajo de tesis, puesto que el tema de la tesis en
curso se limita a medir la calidad del combustible en cuanto a octanaje no se
realizaron trabajos mas profundos en cuanto a composicion quimica.
Para concluir queda claro que la gasolina va ligada al precio del mismo
producto, si la gasolina fuera de un costo mas elevado, su calidad de igual
manera, seria de las mejores. Queda un largo camino por estudiar los
combustibles, ya que se vienen los vehiculos con los ultimos motores a
combustion interna, se aproxima según los analisis un futuro, mas limpio y
prometedor.
Un futuro sin gasolina.
118
Figura 103.- Escaneo papel filtrante gasolinas con altos niveles de impurezas.
(Autor, 2014)
119
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
Luego de haber terminado la presente tesis, con los objetivos cumplidos, se
puede llegar a concluir lo siguiente:

El diseño de este proyecto tuvo como la finalidad encontrar la
situación actual de los combustibles, a primera vista es complicado
determinar si los carburantes tienen o no un determinado octanaje, pero a lo
largo del proyecto en curso se pudo apreciar que la realidad es que las
gasolinas de toda el área de estudio pasan la prueba, y las que no la pasan
es por una pequeña diferencia. Como se aprecian en las figuras 97 y 98, por
medio de campanas de Gauss podemos determinar que las muestras que no
pasan llegan a 6 muestras en un total de 20 muestras, un 70% aceptable, se
puede decir que de igual manera las gasolinas que no pasan la prueba
tienen un margen muy acercado a la norma INEN.

Es realmente posible construir un motor desde el inicio, utilizando
todos los conocimientos obtenidos durante la carrera de Ingeniería
Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial.

Es posible medir el octanaje por medio de fenómenos tan comunes en
la combustión como son las vibraciones, si bien no se pueden obtener datos
100% reales, los datos son muy aceptables para un trabajo de titulación.

Los datos obtenidos a lo largo del trabajo de tesis han dado una visión
más amplia de la situación de la gasolina en el país, de cómo es producida,
como es transportada y como es almacenada.

No existe ningún procedimiento establecido previamente, para poder
analizar la calidad del combustible en la Universidad, este es un factor
determinante durante todo el trabajo, se plantea un método fácil de entender,
y fácil de demostrar, por lo que ha diseñado un dispositivo capaz de medir el
octanaje de los combustibles de una manera didáctica.

No existe un estudio previo del combustible a nivel de la universidad y
del país, lo que limita el entendimiento real de la gasolina en el Ecuador, se
concluye que el trabajo de tesis brinda una mirada objetiva de los
combustibles.

La situación real del Ecuador en cuanto al combustible que se utiliza
para los vehículos se ve muy afectada por la manipulación del combustible
120
en la fase de transporte y almacenamiento, pese a que los valores obtenidos
indican que el combustible por su costo de venta, no promete las
condiciones adecuadas para una gasolina de mejor calidad.

El motor de volumen variable desarrollado, tiene siempre dos
variables que son difíciles de controlar en el momento de la práctica:
o No es posible obtener una temperatura de ingreso del aire
constante, esto quiere decir que no se puede bajo ningún
concepto teórico en este motor, obtener un control de la
temperatura, esto se debe primero a que el motor es enfriado
por aire, el aire no actúa de igual manera como un disipador de
temperatura, como lo hace el agua. Por otro lado tenemos una
temperatura atmosférica de ingreso de aire que varía cada
segundo, esta variación se debe a las corrientes de aire, a las
nubes y a un sinfín de factores que simplemente son
imposibles de controlar en lugares abiertos, pero porque se
mencionan lugares abiertos, la combustión de gasolinas en
lugares cerrados como los laboratorios, ponen en peligro la
salud de las personas que manipulen el prototipo mencionado.
o El segundo factor es la inercia, esto se debe a que al ser un
motor mono-cilíndrico produce altas cantidades de vibración,
causadas por los pesos de todos los elementos internos del
motor, para poder tener un análisis más acercado a la realidad,
el motor debe de tener al menos 6 cilindros y el trabajo del
motor debe ser controlado por una computadora, ya que es en
bajas revoluciones, en donde más se presentan los problemas
por vibraciones elevadas.

De esta manera luego de apreciar la realidad estructural del motor de
combustión, fue posible determinar que el método previo estudiado para
medir la calidad del combustible, requiere un desarrollo profundo de todo el
conjunto interno del motor, incluyendo el inicio mismo del calado del tiempo,
dando como meta el desarrollo posterior de un mejor sistema de combustión
con inyección electrónica y con un manejo de partes de altísima calidad para
la fabricación de los componentes mecánicos.

Algo importante que se logró apreciar son las ondas provocadas por
la combustión, son distintas con cada combustible, es decir que el sensor de
golpeteo se encarga de entregar datos del interior del motor (el sensor solo
genera señales de los fenómenos dentro del motor y son de análisis
posterior) las muestras de combustible y con una calibración determinada
fue muy fácil observar que los valores reales del funcionamiento del motor
121
fueron distintos ya que existió durante todo el desarrollo del proyecto la gran
inquietud de saber de qué manera afecta el combustible, al finalizar con la
calibración final del motor fue fácil determinar, las propiedades de la
gasolina en la ciudad de Quito.

Los combustibles generan un sonido característico en el interior del
motor, medido por la vibración que hacen en el interior del motor. Luego de
determinar la calibración de los combustibles, se determinó, que el motor
tiene una onda independiente con cada combustible, esto ayudado con un
osciloscopio da como resultado un real resultado característico que no se
puede determinar con motores de mayor tamaño.

Las vibraciones obtenidas son sumamente distinta esta medida es
apreciable en valores de 0 a 2 voltios fáciles de medir con la ayuda de un
osciloscopio, cada gasolina posee un valor independiente de si exista o no
cascabeleo como se aprecia en la tabla 5.

El principal problema encontrado en el estudio es el sedimento en el
combustible, dicho sedimento es de color marrón, muy singular en su
apariencia, y por más que este sedimento fue filtrado por papeles de
reducido poro molecular (25 micras), el líquido mantiene al final de la prueba
una débil capa de estas impurezas, esta impureza final es fácilmente
adhesiva al fondo de los depósitos, como se aprecia fácilmente cuando se
retira la bomba de combustible de los vehículos.

No se pueden llegar a medir datos del ambiente, si existen
variaciones en la presión atmosférica, si la temperatura sube o baja en cada
medición, la presión atmosférica es un valor determinante en la medición del
octanaje, como lo demuestra la figura 4, existe una relación directa del
octanaje con la presión atmosférica y con la temperatura del ambiente.

El alcance final de este trabajo de tesis es teórico como un
instrumento puesto a consideración de los estudiantes de la carrera y
práctico para dictar la asignatura de combustibles y lubricantes, espera llegar
a ser un documento importante, útil y didáctico, en especial si se desea tener
una guía para construir motores.
122
5.2 RECOMENDACIONES
Finalizado el presente trabajo de tesis se recomienda para futuros trabajos
de tesis lo siguiente:

Realizar un enriquecimiento apropiado para trabajos en los que se
vaya a desarrollar un nuevo dispositivo.

Manejar todas las herramientas virtuales disponibles, osciloscopio
computarizado, programas de diseño gráfico computarizado (SolidWorks).

Fotografiar todo el proceso, el material obtenido es de vital
importancia para el trabajo de tesis.

Utilizar aluminios de mejor calidad, para la elaboración de material de
laboratorio, el aluminio utilizado en el presente trabajo de tesis, no proviene
de una fuente confiable, razón por la cual en algunas partes tuvo que ser
tratado para reducir fugas, fisuras, goteos, roturas, etc.

Siempre que se vaya a manipular combustible este debe de ser
manejado con extrema precaución, la gasolina y los solventes son líquidos
extremadamente inflamables, almacenar el combustible, en un lugar alejado
de la luz del sol, con ventilación abundante y apartando el combustible de
niños y mascotas.

En base al análisis de las gasolinas que se venden en el país, es
recomendable cambiar los filtros de combustible con anterioridad a lo que
especifica el manual de la marca, una revisión continua del sistema de
inyección, y una limpieza más prolija tanto de inyectores como del sistema
de combustible (cañerías y tanque).

En el caso de gasolinas de bajo octanaje, es recomendable utilizar
bujías de grado térmico más elevado, porque de esta manera podemos
aumentar la refrigeración del cabezote, evitando así puntos calientes.

Un potencial elevador de octanaje que se encuentra en el mercado es
el uso de solvente ‘’Tinner”, es recomendable su uso en proporciones bajas
como se enuncia en el capítulo 2.4.1.8.

Se recomienda realizar un estudio del combustible a nivel nacional,
para determinar la calidad del combustible a una mayor escala.
123

Se recomienda realizar un uso adecuado del motor, en conjunto con
las herramientas de medición, en este caso el uso de un osciloscopio,
programarlo a la medición de sensores KS.

Es recomendable el uso de equipos de protección personal durante
todo el proceso de medición, puesto que se está en contacto directo con
partes móviles y a temperaturas elevadas.

Realizar las pruebas en espacios abiertos o con buena circulación de
aire por la exposición a gases contaminantes y tóxicos, que pueden ser
contra producente a la salud de los operarios.

Para finalizar es recomendable realizar todas las pruebas de octanaje
durante el mismo día, procurando que las condiciones de medición sean lo
más uniformes durante todo el proceso, como se menciona en varias partes
del trabajo de tesis, las pequeñas variaciones en el entorno generan grandes
cambios en los resultados, razón por la cual los datos deben de ser puestos
al análisis, el prototipo requiere algunas mejoras, las cuales brinden un
análisis más prolijo de la situación de las gasolinas.
124
6 ANEXOS
125
Anexo número 1 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
1
FECHA
20-septiembre-2013
LUGAR
Quito Av. Occidental Terpel Los pinos.
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.84
NUMERO
OCTANO
92
Si pasa
OBSERVACIONES
Pasa la prueba, posee alto contenido de sedimentos no reconocidos.
126
Anexo número 21 Muestra 1
127
Anexo número 2 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
2
FECHA
20-sep-2013
LUGAR
Quito av. Occidental Terpel los pinos
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo
SEDIMENTACION
no
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.842
NUMERO
OCTANO
92.1
Si pasa
OBSERVACIONES
Pasa la prueba de octanaje, sin ninguna observación adicional.
128
Anexo número 22 Muestra 2
129
Anexo número 3 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
3
FECHA
20-sep-2013
Quito Av. Prensa y Pasaje rio Alao
LUGAR
Petroecuador
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.84
NUMERO
OCTANO
92
Si pasa
OBSERVACIONES
Gasolina pasa la prueba con alto octanaje contenido de sedimentos
elevados
Sólidos no reconocibles a primera vista en coloración marrón
Solubles en gasolina
130
Anexo número 23 Muestra 3
131
Anexo número 4 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
4
FECHA
20-sep-2013
Quito Av. Prensa y pasaje rio Alao
LUGAR
Petroecuador
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillos
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.83
NUMERO
OCTANO
91.5
Si pasa
OBSERVACIONES
Gasolina pasa prueba de octanaje ninguna prueba adicional.
132
Anexo número 24 Muestra 4
133
Anexo número 5 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
5
FECHA
20-septiembre-2013
Ps.
LUGAR
Av. Occidental y Legarda
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Tomate
SEDIMENTACION
No
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.832
NUMERO
OCTANO
91.6
Si pasa
OBSERVACIONES
Pasa prueba de octanaje a pesar de ser gasolina Súper tiene altos niveles
de sólidos solubles, posible presencia de sulfuros y metales.
134
Anexo número 25 Muestra 5
135
Anexo número 6 análisis de combustible
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
6
FECHA
20-sep-2013
Ps.
LUGAR
Av. Occidental y Legarda
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.81
NUMERO
recalibrar
OCTANO
90.5
No pasa
OBSERVACIONES
No pasa la prueba de octanaje presenta además altos niveles de partículas
suspendidas.
136
Anexo número 26 Muestra 6
137
Anexo número 7 análisis de combustible
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FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
7
FECHA
20-sep-2013
LUGAR
Energy Gas Autopista Córdoba Galarza!
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.826
NUMERO
recalibrar
OCTANO
91.3
No pasa
OBSERVACIONES
No pasa pruebas de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos
rocosos en grandes cantidades.
138
Anexo número 27 Muestra 7.
139
Anexo número 8 análisis de combustible
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
8
FECHA
20-sep-2013
LUGAR
Energy Gas Autopista Córdova Galarza
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo Obscuro
SEDIMENTACION
si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.838
NUMERO
OCTANO
91.9
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa la prueba de octanaje,
140
Anexo número 28 Muestra 8
141
Anexo número 9 análisis de combustible
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FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
9
FECHA
20-sep-2013
LUGAR
Quito, Puma Av. Inca
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Amarillo
SEDIMENTACION
no
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.836
NUMERO
OCTANO
91.8
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos
rocosos en grandes cantidades.
142
Anexo número 29 Muestra 9
143
Anexo número 10 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
10
FECHA
20-sep
LUGAR
Quito, puma Av. Inca
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Verde
SEDIMENTACION
no
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.86
NUMERO
OCTANO
93
Si pasa
OBSERVACIONES
No pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos
rocosos en grandes cantidades.
144
Anexo número 30 Muestra 10
145
Anexo número 11 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
11
FECHA
20-sep-2013
LUGAR
Terpel autopista san miguel de los bancos
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Azul
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.736
NUMERO
OCTANO
86.8
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos
rocosos en grandes cantidades.
146
Anexo número 31 Muestra 11
147
Anexo número 12 análisis de combustible
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
12
FECHA
20-sep-2013
LUGAR
Quito Primax av. Amazonas e Inca
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Verde obscuro
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.74
NUMERO
OCTANO
87
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa la prueba de octanaje, niveles altos de sedimentación, residuos
rocosos en grandes cantidades.
148
Anexo número 32 Muestra 12
149
Anexo número 13 análisis de combustible
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FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
13
FECHA
20-sep
LUGAR
Quito Petroecuador Gaspar de Villarroel y 6 de dic.
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
verde
SEDIMENTACION
si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.708
NUMERO
No pasa
OCTANO
85.4
recalibrar
OBSERVACIONES
no pasa la prueba de octanaje,
150
Anexo número 33 Muestra 13
151
Anexo número 14 análisis de combustible
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FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
14
FECHA
20-sep
LUGAR
Quito Av. América y Mañosca
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Verde obscuro
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.71
NUMERO
recalibrar
OCTANO
85.5
No pasa
OBSERVACIONES
No pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación, residuos
rocosos en grandes cantidades.
152
Anexo número 34 Muestra 14
153
Anexo número 15 análisis de combustible
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FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
15
FECHA
20-sep
LUGAR
Av. Prensa sector la Y
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Azul claro
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.726
NUMERO
OCTANO
86.3
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa la prueba de octanaje, niveles críticos de sedimentación muestra de
muy buena calidad.
154
Anexo número 35 Muestra 15
155
Anexo número 16 análisis de combustible
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FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
16
FECHA
20-sep
LUGAR
Av. Prensa Sector la Y
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
verde
SEDIMENTACION
si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.72
NUMERO
OCTANO
86
No pasa
OBSERVACIONES
No pasa la prueba de octanaje, no presenta sedimentos
156
Anexo número 36 Muestra 16
157
Anexo número 17 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
17
FECHA
20-sep
LUGAR
Quito Terpel av. Eloy Alfaro sector los álamos
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
verde
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.742
NUMERO
OCTANO
87.1
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa la prueba, sólidos suspendidos
158
Anexo número 37 Muestra 17
159
Anexo número 18 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
18
FECHA
20 sep.
LUGAR
Quito Av. Occidental Mobil Sector san Fernando
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Azul
SEDIMENTACION
si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.744
NUMERO
OCTANO
87.2
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa no presenta sólidos suspendidos
160
Anexo número 38 Muestra 18
161
Anexo número 19 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
19
FECHA
20-sep
LUGAR
Quito San Juan Ps. sector parque san Juan
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Azul
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.76
NUMERO
OCTANO
88
Si pasa
OBSERVACIONES
Si pasa presenta altos contenidos de sedimentos.
162
Anexo número 39 Muestra 19
163
Anexo número 20 análisis de combustible
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA.
FORMATO DE EVALUACION DE LOS COMBUSTIBLES
NUMERO
20
FECHA
20- sep.
LUGAR
Quito Av. Occidental Mobil Sector san Fernando
PRUEBAS QUIMICAS
COLOR
Azul
SEDIMENTACION
Si
PRUEBAS FISICAS
NUMERO
OCTANO
Valor Ralentí
(mv)
1.708
NUMERO
Re-calibración
OCTANO
85.4
No pasa
OBSERVACIONES
no pasa resultado elevado sedimento
164
Anexo número 40 Muestra 20
165
SIMBOLOGIA
A
API
ASTM
PMI
BHP
BP
°C
CC.
CCR
CF
CFR
D
E
°F
F
G
GM
H
Hg
Hp
Q
R, r
Rp
Rpm
Rps
SAE
SI
PMS
TEL
V
W
T
Z
Área cm2, m2, pie2 (cm², m², pie²)
American Petroleum Institute
American Society for testing Materials
Punto Muerto Inferior
Potencia al freno en Caballos
Punto de burbuja
Grados Centígrados
Centímetros cúbicos
Relación de compresión critica
Factor de Corrección
Cooperativa Fuel Research
Diámetro
Energía
Temperatura en grados Fahrenheit
Consumo específico.
Gravedad
General Motors
Altura
Mercurio
Potencia en caballos
Calor
Radio
Relación de presiones
Revoluciones por minuto
Revoluciones por segundo
Sociedad de Ingenieros Automotrices.
Encendido por Chispa
Punto muerto superior
tetra etilo de plomo
Volumen
Trabajo
temperatura
Viscosidad.
166
GLOSARIO
Aditivos. Productos químicos que se añaden a la gasolina o al diésel en
pequeñas proporciones para mantener y/o mejorar su calidad.
Antioxidante. Producto químico usado para evitar la formación de las gomas
que se forman al oxidarse la gasolina.
Aromáticos. Componentes de alto índice de octano que poseen un anillo de
benceno en su estructura molecular. Los aromáticos son hidrocarburos.
Benceno. Uno de los componentes básicos del grupo de los aromáticos. Tiene
alto valor en la industria química de la transformación.
Butano. Hidrocarburo ligero usado para elevar el octano e incrementar la
volatilidad de la gasolina.
Catalizador. Sustancia que se añade a una reacción química con el fin de
facilitarla o llevarla a cabo. Al completarse la reacción el catalizador permanece
inalterado.
Contaminación ambiental. Presencia en el medio ambiente de uno o más
contaminantes o cualquiera de sus combinaciones que perjudican o resultan
nocivas a la salud y el bienestar humano, la flora y la fauna o que degradan la
calidad del aire, agua, suelo o recursos naturales en general.
Densidad. Masa de una sustancia por unidad de volumen.
Des hidrogenación. Reacción química en la cual un hidrocarburo pierde los
hidrógenos de su estructura.
Etanol. Alcohol etílico o de grano. Se obtiene por la fermentación de diversos
granos. Incrementa el octano en la gasolina. Es un carburante oxigenado y
puede emplearse casi puro en los autos especialmente diseñados para su uso.
Gas natural. Mezcla de hidrocarburos que existe en estado gaseoso o
mezclado con el petróleo crudo. Los hidrocarburos principales tienen entre 1 y 5
átomos de carbono. Se le llama no asociado si no está en contacto con el crudo
y asociado si está en contacto con él como gas natural libre o disuelto en el
petróleo
ISO buteno. Producto petroquímico obtenido en las refinerías que si reacciona
con metanol forma éter metil te butílico (MTBE) y con el etanol el éter Etil te
butílico (ETBE), ambos son oxigenantes e incrementan el número de octano.
167
Índice de Octanaje. Medida de la habilidad de la gasolina de resistir los
golpeteos de la máquina. El índice es el promedio de la suma del Octano Motor
y de Investigación divido por dos.
Metanol. Alcohol metílico, de madera. Se obtiene industrialmente en los
procesos petroquímicos. Se emplea para incrementar el octano de la gasolina
en ciertas proporciones aunque también se puede emplear puro sustituyendo la
gasolina.
Octano. 1) Término con el que se describe la habilidad de una gasolina para
resistir las detonaciones de la máquina generadas por la combustión. 2) Octano
motor. Prueba a la que se somete la gasolina en condiciones severas de
operación. Afecta la velocidad y la capacidad del auto de subir calles
empinadas. 3) Octano de investigación. Prueba a la que se somete la gasolina
en condiciones menos severas de operación empleando un solo cilindro.
Olefinas. Componentes de la gasolina generados durante varios procesos de
transformación de los hidrocarburos. Ejemplos son el etileno y el propileo.
Suelen contribuir a la formación de gomas y depósitos en los sistemas de
inyección.
Oxigenados. En la industria petrolera este término se emplea para describir
compuestos que tienen en su estructura carbono, hidrógeno y oxígeno
Oxidante. Sustancia química que combina el oxígeno con otro cuerpo.
Óxidos de nitrógeno (No). Gases contaminantes a base de nitrógeno y
oxígeno; colectivamente se les denomina NOx en donde x representa cualquier
proporción de oxígeno o nitrógeno.
Ozono. Estado alotrópico del oxígeno ( ) que se forma cuando el oxígeno (
) reacciona con otro compuesto en presencia de luz solar. En la parte superior
de la atmósfera, protege la Tierra de los rayos ultravioletas del Sol. A nivel del
suelo es un irritante respiratorio y se le considera un contaminante.
Petróleo crudo. Mezcla natural formada principalmente por hidrocarburos que
existen en estado líquido en reservas subterráneas naturales y que es
recuperable en forma líquida en condiciones atmosféricas de presión y
temperaturas normales.
Relación aire/combustible. Las proporciones en peso de aire y carburante que
se alimentan durante la combustión.
Volatilidad. Término con el que se describe la tendencia de la gasolina a pasar
de líquido a vapor.
168
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dos
opiniones
sobre
thomas
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