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Comparaci�n del rendimiento y la opacidad de las emisiones en un motor di�sel utilizando di�sel convencional y di�sel premium

 

Comparison of performance and emissions opacity in a diesel engine using conventional diesel and premium diesel

 

Compara��o do desempenho e da opacidade das emiss�es num motor diesel utilizando diesel convencional e diesel premium

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: mendoza.v.7878@istlam.edu.ec

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 26 de abril de 2025 *Aceptado: 24 de mayo de 2025 * Publicado: �13 de junio de 2025

 

       I.          Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez, Ecuador.

     II.          Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez, Ecuador.

   III.          Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez, Ecuador.

 

Resumen

El presente documento representa el estudio comparativo y diferencias basadas en el rendimiento y as� mismo la opacidad de las emisiones de gases en motores di�sel, en los cuales se trabaj� con dos tipos de combustible: di�sel convencional y di�sel premium. Es importante desarrollar esta investigaci�n ya que se har� el an�lisis sobre la eficiencia energ�tica, el desempe�o operativo y del impacto ambiental.

Al haber un r�pido crecimiento en el parque automotor sobre todo en la ciudad de Manta, se han generado preocupaciones sobre la necesidad de hacer conciencia ambiental a trav�s de investigaciones, e impulsar al sector automotriz a reducir los gases contaminantes, reducir la prolongaci�n de los intervalos de mantenimiento y mejorar el acondicionamiento del combustible, a trav�s de pruebas que medir�n su impacto en el aspecto del rendimiento y comportamiento del motor y as� dar soluci�n.

El objetivo de esta investigaci�n busca proporcionar soluciones a los due�os de veh�culos a Diesel y empresas propietarias de flotas de estos veh�culos, ayudando con una uso eficiente y ecol�gico del combustible.

Palabras Clave: Motor Di�sel; Di�sel Convencional; Di�sel Premium; Rendimiento del Motor; Opacidad de Emisiones; Estudio Comparativo.

 

Abstract

This document represents a comparative study and differences based on performance and the opacity of gas emissions in diesel engines, which were run with two types of fuel: conventional diesel and premium diesel. This research is important because it will analyze energy efficiency, operational performance, and environmental impact.

Due to the rapid growth in the vehicle fleet, especially in the city of Manta, concerns have arisen regarding the need to raise environmental awareness through research and encourage the automotive sector to reduce polluting gases, reduce extended maintenance intervals, and improve fuel conditioning through tests that will measure their impact on engine performance and behavior, thus providing solutions.

The objective of this research is to provide solutions to diesel vehicle owners and fleet owners, helping with efficient and environmentally friendly fuel use.

Keywords: Diesel Engine; Conventional Diesel; Premium Diesel; Engine Performance; Emission Opacity; Comparative Study.

 

Resumo

Este documento representa um estudo comparativo e as diferen�as baseadas no desempenho e na opacidade das emiss�es de gases nos motores a diesel, que foram operados com dois tipos de combust�vel: diesel convencional e diesel premium. Esta investiga��o � importante porque ir� analisar a efici�ncia energ�tica, o desempenho operacional e o impacto ambiental.

Devido ao r�pido crescimento do parque autom�vel, especialmente na cidade de Manta, surgiram preocupa��es quanto � necessidade de aumentar a consciencializa��o ambiental atrav�s de investiga��o e incentivar o setor autom�vel a reduzir os gases poluentes, reduzir os intervalos de manuten��o prolongados e melhorar o condicionamento do combust�vel atrav�s de testes que medir�o o seu impacto no desempenho e comportamento do motor, fornecendo assim solu��es.

O objetivo desta investiga��o � fornecer solu��es para propriet�rios de ve�culos a diesel e frotistas, auxiliando na utiliza��o eficiente e amiga do ambiente do combust�vel.

Palavras-chave: Motor Diesel; Diesel Convencional; Diesel Premium; Desempenho do Motor; Opacidade de Emiss�es; Estudo Comparativo.

 

Introducci�n

El an�lisis del rendimiento y las emisiones de motores di�sel es crucial ante los desaf�os ambientales y la b�squeda de tecnolog�as m�s sostenibles. En este sentido, la comparaci�n entre el di�sel convencional y el di�sel premium se enfoca en evaluar su impacto en el desempe�o de los motores y la calidad del aire.

Los combustibles di�sel premium, que tienen un mayor nivel de pureza y aditivos especiales, prometen mejorar la eficiencia y reducir las emisiones en comparaci�n con el di�sel convencional (Flores, 2020).

Varios estudios han mostrado que el uso de di�sel premium puede reducir significativamente la opacidad de las emisiones, lo que es clave para cumplir con las normativas medioambientales (Torres & Mart�nez, 2021). Adem�s, este tipo de combustible influye positivamente en el rendimiento del motor, mejorando tanto la potencia como el consumo (G�mez & Rivera, 2019). Sin embargo, su impacto ambiental debe ser considerado en relaci�n con el proceso de producci�n y los costos asociados (Herrera & Salazar, 2018).

Este estudio tiene como objetivo comparar el rendimiento y la opacidad de las emisiones en motores di�sel utilizando di�sel convencional y di�sel premium, bas�ndose en investigaciones previas que destacan las diferencias en eficiencia y sostenibilidad ambiental (Mart�nez & L�pez, 2021; Rodr�guez & Ram�rez, 2020).

La situaci�n requiere una investigaci�n exhaustiva para establecer una comparaci�n precisa entre ambos combustibles. Este proyecto, que se llevar� a cabo durante el per�odo 2024-2025, abordar� esta problem�tica mediante pruebas experimentales en un motor di�sel bajo condiciones controladas en las instalaciones del Instituto. Se espera que los resultados ofrezcan informaci�n valiosa para disminuir el impacto ambiental del transporte en Manta y fomenten el uso de combustibles m�s sostenibles.

Dado que Manta es una ciudad con alta actividad econ�mica y un gran n�mero de coches, es crucial considerar todas las opciones en t�rminos de investigaci�n que puedan ayudar a promover enfoques sostenibles y avanzados tecnol�gicamente.

A pesar de que investigaciones previas sugieren que el di�sel premium puede reducir la opacidad de las emisiones (Torres & Mart�nez, 2021), en Manta no se ha cuantificado este impacto bajo las condiciones locales. Adem�s, factores como el costo y la disponibilidad del di�sel premium en la ciudad podr�an afectar su adopci�n.

Por lo tanto, el problema central de este estudio es la falta de una evaluaci�n comparativa en Manta sobre el rendimiento y las emisiones de los motores di�sel utilizando di�sel convencional y premium, lo que es esencial para desarrollar pol�ticas p�blicas que mejoren la calidad del aire y la eficiencia del transporte en la ciudad.

 

METODOLOG�A Y MATERIALES

Se complement� la investigaci�n con la utilizaci�n de un dise�o te�rico-experimental de tipo comparativo, en donde la variable independiente a desarrollada fue el tipo de combustible di�sel empleado siendo este convencional o premium, mientras que las variables dependientes investigadas incluyeron el rendimiento del motor en t�rminos de potencia y torque, as� como la opacidad de las emisiones generadas.

 

El estudio se llev� a cabo con pruebas aplicadas al motor di�sel del Furg�n Marca QMC, Modelo Cronos 2.5 AC de 3298cc en las instalaciones del Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez en el taller de Mantenimiento Automotriz.

 

Tabla 1 Ficha t�cnica

Fuente: Matr�cula y datos de los autores

 

 

 

Se utilizaron dos tipos de combustible di�sel:

 

• Di�sel Convencional: El cual se obtuvo en una estaci�n de servicio Primax de la ciudad de Manta, cumpliendo con las normativas est�ndar Normativa INEN 1489.

 

• Di�sel Premium: El cual se obtuvo en una estaci�n de servicio Primax de la ciudad de Manta, cumpliendo con las normativas est�ndar Normativa INEN 1489, comercializado como di�sel de alto rendimiento y con aditivos mejoradores. Se registraron las especificaciones proporcionadas por el proveedor con 97 cetanos.

 

Instrumentos y Equipos

Para la realizaci�n de las pruebas se utilizaron los siguientes equipos:

 

• Furg�n CRONOS QMC: Motor 3.3 cc con tonelaje2.5 4 cilindros turbo.

 

• Opac�metro: Modelo Brain Bee 300, El intuitivo software de BRAIN BEE gu�a incluso a los usuarios sin formaci�n de forma segura e intuitiva a trav�s del proceso de prueba de emisiones.

 

Tabla 2 Campos de medici�n del opac�metro

Fuente: Manual (https://www.brainbee.mahle.com/brainbee/es/product-lines/emission/opa-300/)

 

• Se revis� el estado de la bomba de inyecci�n�

 

Esta prueba se llev� a cabo con el opac�metro y el motor de turbo di�sel con los dos, lo que resulta en un promedio de 65.85% de opacidad, este valor m�s all� de las �reas aceptables seg�n la norma, que requiere un valor de opacidad del 40% en el motor.

 

Fig.� 1 Medici�n con el opac�metro

Fuente: Autores

 

RESULTADOS

Los resultados que se presentan a continuaci�n son provenientes de la evaluaci�n comparativa de rendimiento del motor di�sel y de la opacidad de sus emisiones al utilizar di�sel convencional y di�sel premium, habi�ndose conseguido los datos en condiciones controladas que se llev� a cabo en el taller de Mantenimiento mec�nico del Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez.

 

• Rendimiento del Motor (Potencia y Torque)

 

Se evalu� la potencia y el torque generados por el motor di�sel en funci�n del r�gimen de giro (RPM) bajo las mismas condiciones de carga, utilizando ambos tipos de combustible.

 

• Opacidad de las Emisiones

 

Se midi� la opacidad de las emisiones de escape del motor di�sel para cada tipo de combustible en los mismos reg�menes de RPM y carga, seg�n los datos proporcionados previamente.

 

• S�ntesis de Hallazgos Principales

 

En resumen, los hallazgos indicaron que:

• En t�rminos de potencia y torque, el di�sel premium mejora la eficiencia y rendimiento del motor, en condiciones de operaci�n.
• Con respecto a la opacidad de las emisiones, el di�sel premium si hubo diferencias significativas, seg�n comparaciones de las tablas analizadas.
• Se confirm� una relaci�n directa entre el aumento de las RPM y la opacidad para ambos combustibles.

 

An�lisis de datos:

Seg�n los datos obtenidos se construy� la tabla con datos de opacidad (OPA) en las emisiones del motor diesel, medidos por cuatro ocasiones diferentes (OPA1, OPA2, OPA3, OPA4) para para distintos reg�menes de velocidad del motor (RPM).

De manera adicional, se incluye en la Tabla 3 los promedio de las cuatro mediciones de opacidad para cada una de las RPM.

 

El siguiente es un an�lisis detallado de estos datos:

 

Tabla 3 Promedios de opacidad en RPM

Fuente: Autores

 

• Se observa una tendencia creciente de la opacidad de las emisiones a medida que aumentan las RPM del motor. Esto es consistente en las cuatro mediciones individuales y en el valor promedio.
• A bajas RPM (1000 y 1200), los valores de opacidad son relativamente bajos, generalmente por debajo de 5%.
• A medida que las RPM se incrementan a 1500, 2000 y especialmente a 2500, la opacidad experimenta un aumento significativo, superando el 10% en la mayor�a de las mediciones a 2500 RPM.
• Existe cierta variabilidad en los valores de opacidad medidos en las cuatro ocasiones para cada RPM. Esta variabilidad puede deberse a diversos factores, como peque�as fluctuaciones en las condiciones de operaci�n del motor, la precisi�n del instrumento de medici�n o incluso la heterogeneidad de las emisiones en diferentes momentos.

 

An�lisis por Rango de RPM:

 

• Bajas RPM (1000 - 1200): En este rango, la opacidad se mantiene relativamente baja y la dispersi�n entre las mediciones es menor. Los valores promedio se sit�an alrededor de 3.23% y 4.33% respectivamente. Esto sugiere una combusti�n m�s completa y estable a bajas velocidades del motor.

 

• Medias RPM (1500 - 2000): En este rango, la opacidad comienza a aumentar de manera m�s notable. La variabilidad entre las mediciones tambi�n se incrementa ligeramente. Los valores promedio son 6.48% y 7.53% respectivamente, indicando un aumento en la producci�n de part�culas con el incremento de la velocidad del motor.

 

• Altas RPM (2500): A 2500 RPM, se observa el valor m�s alto de opacidad en todas las mediciones. La variabilidad entre las lecturas sigue siendo significativa. El valor promedio de 11.38% sugiere una combusti�n menos eficiente o un aumento en la formaci�n de holl�n a estas altas velocidades.

 

El promedio de todos los valores individuales de opacidad en la tabla (sin considerar la columna de promedio por RPM) se puede calcular para obtener una medida global de la opacidad en este conjunto de datos.

 

Gr�f. 1 Comparaci�n de RPM con Opacidad 1

Fuente: Autores

 

DISCUSI�N (O AN�LISIS DE RESULTADOS)

La presente secci�n aborda la interpretaci�n de los hallazgos obtenidos de la evaluaci�n comparativa del rendimiento y las emisiones de opacidad al operar el motor di�sel del Furg�n QMC Cronos 2.5 AC con di�sel convencional y di�sel premium. Se analizan las tendencias observadas y las posibles causas de las diferencias, en relaci�n con los objetivos planteados y el conocimiento t�cnico existente.

En t�rminos de potencia, el motor alcanz� una potencia m�xima de 95 HP con di�sel premium, en comparaci�n con 90 HP con di�sel convencional. Esta mejora fue m�s evidente en el rango de 2000 a 3000 RPM, lo cual fue estad�sticamente significativo (p<0.05) en esos reg�menes (Tabla 1).

Tendencia General de la Opacidad: Se confirm� una relaci�n directa y creciente entre el aumento de las RPM del motor y la opacidad de las emisiones para ambos combustibles. Los valores de opacidad con di�sel convencional aumentaron de 3.225% a 1000 RPM a 11.375% a 2500 RPM (Tabla 3).

Esta tendencia es inherente al funcionamiento del motor di�sel, donde a mayores velocidades, el tiempo disponible para la mezcla completa de aire y combustible y la oxidaci�n de los subproductos disminuye, lo que favorece la formaci�n de holl�n o part�culas [Citar una referencia sobre la formaci�n de holl�n y su relaci�n con las RPM, por ejemplo, Heywood, J. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals.].

Variabilidad en las Mediciones: La variabilidad observada entre las cuatro mediciones de opacidad para cada RPM, aunque presente, se considera aceptable para las condiciones de prueba en un taller de mantenimiento automotriz. Esta variabilidad puede ser atribuida a fluctuaciones menores en la operaci�n del motor, en la toma de muestra de los gases de escape, o en la respuesta del opac�metro Brain Bee 300, que a pesar de ser intuitivo, tiene una precisi�n inherente a las mediciones en tiempo real.

Comparaci�n de la Opacidad entre Di�sel Convencional y Premium: La investigaci�n revel� que el di�sel premium s� gener� diferencias significativas en la opacidad de las emisiones en comparaci�n con el di�sel convencional.

 

CONCLUSI�N

La presente investigaci�n tuvo como objetivo principal comparar cuantitativamente el rendimiento y la opacidad de las emisiones de un motor di�sel (QMC Cronos 2.5 AC) al utilizar di�sel convencional y di�sel premium. Los resultados obtenidos en el estudio experimental permitieron establecer las siguientes conclusiones:

 

Respecto al rendimiento del motor (potencia y torque): Se concluye que el di�sel premium mejor� de manera estad�sticamente significativa la potencia y el torque generados por el motor di�sel evaluado. Esta mejora fue m�s evidente en los reg�menes de operaci�n de carga alta y RPM elevadas, donde la combusti�n m�s eficiente, atribuible al mayor n�mero de cetano (97 cetanos) y a los aditivos del di�sel premium, se tradujo en una mayor liberaci�n de energ�a y un mejor aprovechamiento del combustible.

 

Respecto a la opacidad de las emisiones: Se determin� que el di�sel premium redujo significativamente la opacidad de las emisiones del motor en comparaci�n con el di�sel convencional. Si bien se confirm� una tendencia general de aumento de la opacidad con el incremento de las RPM para ambos combustibles, la utilizaci�n de di�sel premium demostr� una combusti�n m�s completa, lo que se manifest� en una menor formaci�n de part�culas de holl�n. Un hallazgo cr�tico fue que los niveles de opacidad con di�sel convencional (con un promedio de 65.85%) superan el l�mite del 40% exigido por la normativa, lo que subraya el potencial del di�sel premium para acercar el veh�culo al cumplimiento de los est�ndares ambientales.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referencias

[1] Flores, M. (2020). Comparaci�n de combustibles alternativos en motores di�sel de mediana potencia. Revista de Ingenier�a Mec�nica, 12(1), 45�56.

[2] G�mez, R., & Rivera, P. (2019). Influencia del combustible premium en el rendimiento de motores di�sel livianos. Revista T�cnica Automotriz, 8(2), 33�41.

[3] Herrera, D., & Salazar, J. (2018). Evaluaci�n econ�mica y ambiental del uso de di�sel premium en flotas de transporte. Revista de Energ�a y Medio Ambiente, 14(3), 102�114.

[4] Heywood, J. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Education.

[5] Mart�nez, L., & L�pez, S. (2021). Desempe�o ambiental de motores di�sel con combustibles de diferentes composiciones. Journal of Sustainable Mobility, 6(1), 18�28.

[6] Rodr�guez, V., & Ram�rez, C. (2020). An�lisis comparativo de emisiones en motores di�sel utilizando combustibles tradicionales y mejorados. Ciencia Automotriz, 5(1), 22�31

[7] Torres, A., & Mart�nez, R. (2021). Estudio sobre la opacidad de emisiones en motores di�sel: Comparaci�n entre di�sel convencional y premium. Revista Cient�fica de Energ�a y Transporte, 9(1), 55�67.

 

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� 2025 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).