Uno de los focos de contaminación del aire más importante en la actualidad son los vehículos de combustión. De hecho, diversos estudios sitúan a las partículas emitidas por los vehículos como una causa de mortalidad de la población mundial, además son los causantes de producir el 30 % de emisiones de gases de efecto invernadero en el mundo. Por esto la importancia de realizar estudios para determinar la reducción de consumo de combustible y emisiones contaminantes.
Existen varios métodos para reducir la demanda de combustible y las emisiones contaminantes, basados en la mejor eficiencia de los motores: uso de biocombustibles, mejoras aerodinámicas y reducción de peso con nuevos materiales. De acuerdo con Alam y McNabola (2014) muchos países han adoptado políticas de conducción ecológica dentro del sector del transporte, en un intento de reducir el consumo de energía y emisiones de contaminantes. Estudios realizados han evaluado los beneficios de la conducción ecológica a través de la experimentación en pruebas dinámicas y estáticas.
Barth y Boriboonsomsin (2009) en su estudio al aplicar los consejos conducción eficiente, determinaron un ahorro de combustible en pruebas en ruta del 13 % y en pruebas dinámicas de 37 %; mientras que la reducción de CO2 fue de 12 % en ruta y 35 % en estática. Mensing et al., (2014) demostraron la existencia de una diferencia entre un ciclo económico y un ciclo ecológico, con una reducción de 0.2 L/100 km en consumo de combustible, 5.1 % de CO2 y 38.1 % de NOX. En el estudio realizado por Ho et al., (2015) después de realizar de 30 a 45 sesiones de entrenamiento los conductores de prueba redujeron las emisiones de carbono y ahorro de combustible a más del 10 % con un modelo tendencial exponencial.
En otro estudio sobre la efectividad de los cursos de eco-driving para vehículos ligeros se determinó que con un entrenamiento de cuatro horas a 10 conductores durante un mes se ahorró un 5.8 % de combustible (Beusen et al., 2009). En la ciudad colombiana de Pereira ubicada en una región montañosa a 1441 metros sobre el nivel del mar se implementó la metodología de pruebas basada en la Regulación CFR 40 de los Estados Unidos y empleando conducción eficiente se identificó un aumento en el rendimiento del 15 % y 20 % en pruebas de laboratorio y ruta respectivamente (Castillo et al. 2019).
Los EE.UU, la Unión Europea y Japón han desarrollado métodos propios para la verificación de certificación y control de campo de gases de escape y consumo de combustible de los vehículos que se comercializan en estas zonas. Otros países han adoptado estos métodos de igual forma o también de forma modificada lo cual ha dado lugar a las normas de emisión de cada país (Xuekai et al., 2016). Las normas determinan distintos ciclos de ensayo, derivados de registros reales o construidos en base a aceleración y velocidad constantes, para determinar las masas de sustancias nocivas expulsadas y el consumo de combustible en un recorrido fijo.
Datos con los cuales se puede desarrollar inventarios de emisiones para generar políticas de prevención y de control con respecto a la salud, medio ambiente, industria, etc. (Binder et al., 2014). El estudio realizado por Lapuerta et al., (2006) indica que, en condiciones sobre los 2000 msnm los motores de combustión interna tienen menor eficiencia con respecto a consumo de combustible y concentración de emisiones contaminantes.
En el presente trabajo, se caracteriza la aplicación de la conducción eficiente con respecto a la conducción normal para la evaluación de las emisiones contaminantes y de la economía de combustible de un motor de combustión interna de encendido provocado, a 2810 msnm. Como estudio de caso se utilizó un vehículo de cilindraje 1498 cm3 de inyección indirecta a gasolina. Se realizaron las pruebas en un dinamómetro de chasis aplicando el ciclo Japonés Modo 10-15. Mediante la experimentación se obtuvo el consumo específico de combustible y las concentraciones de CO, HC y NOx. Con estos datos de emisión se calcularon los factores de cada gas contaminante.
En el presente estudio se evalúa el consumo de combustible y los factores de emisión de un vehículo al realizar una prueba en un dinamómetro, de un ciclo de prueba internacional que se asemeje a las condiciones de tráfico de la ciudad de Quito. Determinando dos variables de estudio la primera consiste en una conducción normal y la segunda está determinada por una conducción ecodriving, ejecutadas por el mismo conductor. La conducción normal del vehículo se denomina a la manera de conducir habitualmente durante un recorrido, mientras que la conducción ecológica consiste en una serie de normas que debe aplicar el conductor al conducir el mismo recorrido.
La investigación se desarrolló durante una simulación del ciclo de ensayo modo 10-15 de la legislación japonesa (Qu et al., 2015; Liu, y Frey, 2015) en el banco de pruebas de chasis. Debido a que este ciclo en relación a los ciclos UE/ECE de la legislación europea y el ciclo FTP 75 de la legislación americana presenta velocidades medias y máximas mayores a las que se producen en la realidad en la ciudad, las que fueron determinadas en el estudio de Quichimbla (2017), el cual se observa en la tabla 1 donde el comportamiento de marcha del ciclo es similar al comportamiento que se obtuvo en Quito, la cual no posee un ciclo de prueba validado.
Los valores que se determinan experimentalmente para el cálculo de los factores de emisión son las concentraciones de volumen de NO, HC, CO y CO2 y el consumo de combustible. Los equipos de análisis de emisiones contaminantes miden la concentración volumétrica expresada en porcentaje (%). El análisis dinámico del comportamiento de los gases de escape en los vehículos se expresa en gramos por kilómetro (g/km), para ello se utiliza el modelo simplificado de combustión el cual representa la conversión de la mezcla aire- combustible en sus principales productos según la ecuación 1, donde las variables a, b, c, d, e, f y m son coeficientes estequiométricos desconocidos y definidos en moles formados por mol de combustible consumido.
En vista que el CO2, CO y HC son resultados de la combustión que contienen carbono, es posible desarrollar un balance de masa respecto a la cantidad de carbono presente en el combustible y en estos 3 productos de la combustión. Los contaminantes genéricos son medidos en el tubo de escape y se analizan según la ecuación 3, donde: RCO es la relación de CO respecto a CO2 en porcentaje y RHC es la relación de HC respecto a CO2 en porcentaje. Mediante la ecuación 4 se determinan los factores de emisión (FEi) en gramos de contaminante por kilómetro recorrido, donde el subíndice i se relaciona con los contaminantes CO, HC y NOx, MWcomb al peso molecular equivalente del combustible, MW i al peso molecular equivalente de los contaminantes, ρ comb es la densidad del combustible en g/m3 y c.c. es el consumo de combustible por distancia recorrida en m3/km (Frey y Eichenberger, 1997).
Se seleccionó el automóvil más vendido en la ciudad de Quito de acuerdo a los informes anuales de ventas de vehículos de la Asociación de Empresas Automotrices del Ecuador. El cual desde el 2009 año en que se empezó a comercializar este vehículo hasta el 2018 se han reportado un total de 24994 unidades y esta tendencia se mantiene en todo el país. El vehículo es un Chevrolet Aveo family cuyas características se describen en la tabla 2.
Para la simulación del ciclo de prueba se utilizó el dinamómetro de chasis MAHA LPS 300 el que permite simular un perfil de velocidad en función del tiempo para realizar pruebas dinámicas en vehículos a diésel y gasolina. El mismo permite cargar diferentes ciclos de ensayo de las distintas legislaciones o ciclos autodiseñados, para poder determinar exactamente las cantidades de sustancias nocivas expulsadas por un vehículo, ya que no se toma en consideración el tráfico; además permite realizar comparativa entre diferentes ciclos de conducción.
La medida de la concentración de volumen de los gases de CO, CO2, O2; la ppm de HC y NOx se realizó con un analizador de gases MAHA GT5, estos parámetros permiten obtener los factores de emisión de los gases contaminantes para determinar la diferencia que se produce al aplicar las diferentes variables de prueba. La medida de la cantidad de combustible consumida se la realiza con un tanque de presión de combustible externo con una capacidad de 5 litros, que se puede presurizar hasta 80 psi; mediante el cual se abastece de combustible a presión al vehículo, y se obtiene la cantidad de combustible consumida en el ciclo.
Se utiliza un escáner automotriz que cumple la legislación OBDII que prescribe una estandarización de las informaciones de lectura en la línea de datos conforme a las especificaciones de la SAE J 1979, 2002. Se usa el scanner G-Scan2, que es un equipo genérico con el cual se observó los valores de trabajo de los sensores, actuadores e interruptores.
Se realizaron cinco pruebas del ciclo para cada tipo de conducción a 2810 metros de altura sobre el nivel del mar, una temperatura ambiente de 14 °C y utilizando gasolina extra con una densidad de 744 kg/m3 en la ciudad de Quito-Ecuador. Esta prueba se ejecuta en los laboratorios del Centro de Transferencia Tecnológica para la Capacitación e Investigación en Control de Emisiones Vehiculares (CCICEV); mediante este ciclo dinámico se determinan las concentraciones volumétricas de CO, CO2, HC y NOx cada 0.1 segundos por el lapso total de duración del ciclo de 660 segundos y el consumo de combustible.
Para la realización de las pruebas se sigue el protocolo que se describe en los siguientes puntos:
- Verificar que el sistema de escape del vehículo no tenga perforaciones ni fugas.
- Verificar que la presión de los neumáticos sea la recomendada por el fabricante del vehículo.
- Anclar el vehículo a los soportes del dinamómetro.
- Instalar y asegurar el equipo para la medición de gases MAHA MGT5, medición de consumo de combustible y control de rpm.
- Encender el vehículo y calentar el motor hasta que alcance la temperatura de operación normal que corresponde a 95 ºC.
- Revisar que accesorios del vehículo estén desactivados.
- Instalar el ventilador del dinamómetro.
- Iniciar y seguir el ciclo modo 10-15 cargado en el dinamómetro.
- Grabar los datos obtenidos en el computador.
- Repetir el procedimiento para cada prueba.
En el dinamómetro MAHA LPS 300, se sometió a la prueba dinámica del ciclo japonés modo 10-15. Adicionalmente en la parte posterior del sistema de escape, se encuentra conectado el analizador de gases MAHA GT5 y el canister para garantizar el flujo constante de combustible. Posteriormente se realizó el control de rangos (Tipanluisa et al., 2017) para determinar si los datos obtenidos en la experimentación son fiables debido a que pueden presentarse desviaciones con respecto al objetivo específico y se pueden manifestar en forma de datos inexactos provocando una excesiva variabilidad respecto a los valores deseables.
En el estudio se presenta el comportamiento de las variables dependientes: consumo de combustible (L/km) y factores de emisiones de gases producto de la combustión (FCO, FHC y FNOx), en función de la variable independiente modo de conducción (conducción eficiente identificada por 2 y conducción normal por 1). Para el tratamiento estadístico de los resultados se toma en consideración las propuestas de varios autores como la abordada por Guaman et al., (2019). Para determinar si entre los grupos experimentales existe diferencia significativa, se usó el análisis ANOVA con el software STATGRAPHICS Centurion XVI, aplicándose pruebas de comparación múltiple de medias para este caso la LSD (Least Significant Difference) en un 95 % de confianza (Kolanjiappan, 2017; Guardia et al., 2018).
Una vez realizadas todas las pruebas requeridas, se procesan los datos y se presenta los siguientes resultados debidamente ajustados. En el análisis de resultados se debe considerar que la altura influye directamente en la combustión debido a que se reduce la cantidad de oxígeno en la mezcla y bajo estas condiciones, es menos eficiente y de esta manera se influye en las emisiones y el consumo de combustible (Rocha-Hoyos et al., 2019).
La Tabla 5 presenta el ANOVA, donde se puede destacar que el Valor-p muestra diferencia significativa entre los grupos. La Tabla 6 y la Figura 3 representa la prueba de múltiple rango y gráfico de caja y bigotes para la variable dependiente Consumo de combustible, en la misma se aplica el procedimiento de diferencia mínima significativa (LSD) de Fisher con un nivel del 95.0% de confianza. Se muestra que existe diferencia significativa entre los modos de conducción, siendo la conducción eficiente la de mejor resultado.
Se obtiene, además, que el consumo de combustible al aplicar el modo de conducción ecológica en 0.436 litro de combustible se puede recorrer 4.16 km, en comparación con la conducción normal que para recorrer el mismo kilometraje se debe consumir 0.544 litros, lo cual representa una diferencia del 19. 8 %; estos resultados son similares con el estudio de Baric et al., (2013) en los cuales el consumo de combustible del conductor antes del entrenamiento ascendió a 27,64 L/100km y después de la formación a 20,9 L/100 km que significa una reducción del 24.38 %.
Los resultados referentes al factor de emisión de CO se observar en la Figura 4 y Tabla 7, en la cual se aprecia que no existe diferencia significativa entre los modos de conducción, aunque la conducción eficiente experimenta cierto incremento. Los factores para el incremento del CO constituyen un alto par motor, el número...
El Octanaje y el Rendimiento del Motor
La recomendación de octanaje del fabricante siempre se refiere a un octanaje "Mínimo", vale decir es el octanaje mas bajo que podría usar el motor para funcionar adecuadamente. Sin embargo, como no veo razón para que un octanaje mayor a este mínimo pueda producir problema alguno al motor (pero si al bolsillo), en algunos casos, podría ser conveniente usar un octanaje algo superior al mínimo recomendado, por las siguientes razones:
- Para el fabricante del vehículo, resulta conveniente que este aparezca como lo mas versátil posible y se adapte a mercados diversos, por lo tanto la recomendación de octanaje mínimo suele ser la mas baja posible, tolerando eventualmente una leve baja en rendimiento en determinadas circunstancias y, puesto que el motor posee mecanismos de adaptación, esto pasaría prácticamente desapercibido para el usuario. Por ejemplo el Manual de algunos modelos Nissan dice lo siguiente: "Use gasolina de al menos 91 octanos" y luego agrega: "Para un rendimiento óptimo Nissan recomienda usar al menos 96 octanos".
- El octanaje requerido depende de la compresión del motor y esta aumenta ligeramente con el tiempo de uso (especialmente en tránsito de ciudad), al producirse depósitos en las cámaras de combustión, que la aumentan respecto a su valor original. Por esta razón, los requerimientos de octanaje también podrían aumentar algo respecto a la indicación original del fabricante.
- Si un vehículo se usa con una bencina de menor octanaje que la requerida (como se dijo antes este requerimiento puede variar), tienden a producirse detonaciones (cascabeleo), cosa muy dañina para el motor. Por esto, el sensor de detonaciones que poseen los motores inyectados, envía esta información al computador, el que atrasa el punto de encendido para evitarlas. No obstante, al atrasar el encendido respecto al valor óptimo, el motor trabaja en una condición de inferior rendimiento. Si se cambia a gasolina de mayor octanaje, el sensor no detecta detonaciones y el computador vuelve el encendido al punto de máximo rendimiento (en un vehículo no inyectado, un octanaje excedido podría corregir los efectos indeseados de una acumulación de carbonilla en las cámaras o un encendido excesivamente adelantado).
Todo lo anterior podría explicar el hecho observado en algunos casos, en que el uso de bencina de un octanaje superior al mínimo recomendado por el fabricante, produce leves aumentos de rendimiento en el caso de motores que tienen una razón de compresión relativamente alta. También explica la razón por la cual un octanaje inferior al necesario, aunque no necesariamente produzca detonaciones perceptibles por el conductor en un inyectado, puede afectar negativamente el rendimiento.
En todo caso, la ganancia de rendimiento a obtener por usar mas octanos no es normalmente muy marcada (muchas veces imperceptible). Por otra parte, la diferencia de precios entre los diferentes octanajes ha venido aumentando y actualmente es mas del 5% entre 95 y 97. Entonces, es muy probable que en la mayoría de los casos la diferencia de rendimientos lograda por cargar octanos demás no sea suficiente para compensar este 5% de diferencia de precios y finalmente resulte económicamente inconveniente.
Respecto al Focus, es un caso raro: por un lado posee una razón de compresión muy alta (12:1), cosa que a primera vista haría recomendable usar alto octanaje, pero por otra parte, tiene inyección directa, lo que produce menos tendencia a producir detonaciones. Entonces, la recomendación del fabricante, 93 octanos, seguramente basada en múltiples pruebas, podría quizás ser correcta, en el sentido que la gasolina de 93 octanos es admisible (ya que no produce detonaciones), pero dada la configuración del motor, su rendimiento puede ser muy sensible al octanaje, de la forma que narra Quelo, no obstante, una variación tan marcada como la que se indica es muy poco frecuente.
Servicio Personalizado Chevrolet
Chevrolet es conocida por ser preocupada de sus clientes. El Servicio Personalizado Chevrolet consta de 9 pasos: agendamiento; recepción; direccionamiento; entrevista consultiva para hacer un diagnóstico completo del vehículo; presupuesto; central de atención; servicio, que el cliente puede acompañar de manera presencial o virtual; pago; y finalmente la entrega.
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