Evaluación de aditivo aceite EM™ en la reducción de gases tóxicos
Transcripción
Evaluación de aditivo aceite EM™ en la reducción de gases tóxicos
UNIVERSIDAD EARTH EVALUACIÓN DE ADITIVO DE ACEITE EM (EM oil additive) EN LA REDUCCIÓN DE GASES TÓXICOS DE VEHÍCULOS EN EARTH Elio José Guevara Sequera Kalema Andrew Joseph Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura Guácimo, Costa Rica Diciembre, 2004 Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura Profesor Asesor Shuichi Okumoto, Ph.D Profesor Asesor Pánfilo Tabora, Ph.D. Decano Daniel Sherrard, Ph.D. Candidato Elio José Guevara Sequera Candidato Kalema Andrew Joseph Diciembre, 2004 ii DEDICATORIA A mi madre por todo el apoyo y confianza que me ha brindado en la vida. A mi padre el cual me hubiese gustado compartiera conmigo esta meta. A mis hermanas y sobrinos a los cuales quiero y aprecio mucho. A mi abuelo, tíos y demás familiares por todo el apoyo brindado durante mis cuatro años de estudio. A mi novia que con su apoyo y amistad incondicional me ha apoyado en todo momento. A mis amigos, profesores y compañeros de estudio de la Universidad EARTH por ser parte fundamental de mi formación profesional y personal. Elio Guevara Dedico esta investigación a toda mi familia, mi padre y madre, mis hermanos y hermanas y amigos por apoyarme en todos los momentos cuando los necesitaba y también por sus contribuciones hacía mi éxito para hacer mis sueños realidad. Kalema Andrew Joseph iii AGRADECIMIENTO Un reconocimiento especial al Sr. Luis Diego Chacón Menéndez que colaboró incondicionalmente con la realización de este proyecto, así como también, a todo el personal de la unidad de transporte de la Universidad EARTH por la ayuda prestada a lo largo de todo el proceso de investigación. Al taller Toyota del Atlántico S.A. por su atenta disposición y ayuda técnica durante todo el proyecto. A la empresa Productos Lubricantes S.A. (PROLUSA) por su valiosa colaboración en el proyecto. A los profesores Shuichi Okumoto y Pánfilo Tabora de la Universidad EARTH por la ayuda y asesoramiento durante la ejecución de este proyecto. iv RESUMEN Los gases tóxicos emitidos por los vehículos tienen un gran impacto en la salud humana y en el medio ambiente. Estos gases pueden reducir el oxígeno en la sangre de las personas, disminuir su capacidad visual y provocar enfermedades respiratorias. También pueden provocar cambios climáticos y dañar la capa de ozono lo cual resulta en el calentamiento global de nuestro planeta. En el mercado existen diferentes tipos de aditivos para reducir la emisión de gases en los vehículos. Sin embargo, generalmente estos son utilizados en el tanque de combustible y no en el aceite lubricante del motor como es el caso del aditivo de aceite EM. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto del aditivo en gases tóxicos de vehículos, el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido y la calidad del aceite lubricante. El estudio se realizó en la Universidad EARTH y consistió en evaluar la efectividad del producto en vehículos de diferentes marcas y modelos y combustible (diesel y gasolina). La eficiencia del aditivo fue evaluada en función del porcentaje de variación de los siguientes parámetros: opacidad del humo en vehículos diesel; monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrocarburos en vehículos a gasolina, rendimiento en kilómetro por litro de combustible consumido en ambos tipos de vehículos y calidad de aceite lubricante en un vehículo diesel. Los resultados obtenidos determinaron una variación en la opacidad del humo en los vehículos diesel con el uso de aditivo. En el vehículo Isuzu Kb modelo 1999 el porcentaje de variación fue de -42.9%; en el Toyota Hilux modelo 1997 fue de -46.2% y en el Mitsubishi L200 modelo 2002 de -16.9% en la repetición uno (R1) y -46.9% en la repetición dos (R-2). Los resultados también determinaron una variación en el contenido de monóxido de carbono en los vehículos a gasolina con el uso de aditivo. En el vehículo Toyota Hilux modelo 1999 el porcentaje de variación fue de +44,2% en la R-1 y +159,62% en la R-2 en pruebas realizadas a ochocientas revoluciones por v minuto; -60,10% en la R-1 y -65.24% en la R-2 en pruebas realizadas a dos mil revoluciones por minuto. En el vehículo Toyota Rav4 modelo 1998, el porcentaje de variación a ochocientas revoluciones por minuto fue de -49,3% y -31,90% a dos mil revoluciones por minuto. Las pruebas de dióxido de carbono en el vehículo Toyota Hilux modelo 1999, a ochocientas revoluciones por minuto con aditivo, indicaron una variación de +9,42% en la R-1 y +8,28% en la R-2. El porcentaje de variación a dos mil revoluciones por minuto fue de +1,77% en la R-1 y +5,86% en la R-2. En el vehículo Toyota Rav4 el porcentaje de variación fue de +0,419% a ochocientas revoluciones por minuto y +2,48% a dos mil revoluciones por minuto. Las evaluaciones realizadas en el contenido de hidrocarburos, con aditivo, indicaron un porcentaje de variación en el vehículo Toyota Hilux modelo 1999 de 46,36% en la R-1 y -19,42% en la R-2 a ochocientas revoluciones por minuto, mientras que a dos mil revoluciones por minuto indicaron un porcentaje de variación de -38,60% en la R-1 y -18,50% en la R-2. En el vehículo Toyota Rav4 el porcentaje de variación fue de -32,88% a ochocientas revoluciones por minuto y 35,27% a dos mil revoluciones por minuto. Pruebas realizadas en el contenido de oxígeno, rendimiento en kilómetros y calidad de aceite determinaron que el aditivo no provocó ningún efecto. También se comprobó estadísticamente que la reducción en el nivel de opacidad del humo fue altamente significativa; la reducción de monóxido de carbono fue no significativa; el aumento de dióxido de carbono fue no significativo y la disminución en el contenido de hidrocarburos fue significativa. Palabras Claves: aditivo de aceite EM, opacidad del humo, monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrocarburos, rendimiento en kilómetros, calidad de aceite. Guevara E.; Kalema, AJ. 2004. Evaluación de aditivo de aceite (EM oil additive) en la reducción de gases tóxicos de vehículos en EARTH. Trabajo de Graduación, Universidad EARTH, Limón, Costa Rica. 80 p. vi ABSTRACT The internal combustion engine in vehicles emits toxic gases that have enormous impact to human health and the environment. Such gases can reduce the oxygen concentration in the blood of human beings, impede their vision, produce respiratory disorders, provoke damages in the ozone layer and stir up climatic changes that result in the global warming phenomenon in our planet. In the commercial sector, there are different types of additives used to reduce the emission of toxic gases from vehicles. However, such additives are generally added to fuel in the fuel tanks and not to engine lubricants in the engine case as is the case with EM oil additive. The objective of this project was to evaluate the effect of EM oil additive on the emission of toxic gases from vehicles, engine output in kilometers per liter of fuel consumed and the quality of the engine lubricant. The study was carried out at EARTH University and consisted of evaluating the effectiveness of the product in vehicles of varying models, trademarks and type of fuel used (diesel and gasoline). The EM oil additive efficiency was evaluated based on the percentage change in the following parameters: smoke opacity in diesel vehicles; carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons in gasoline vehicles, engine output in kilometers per liter of fuel consumed both in diesel and gasoline vehicles and the quality of the engine lubricant in diesel vehicles. The results obtained in diesel vehicles using EM oil additive determined a percentage change in smoke opacity of -42.9% in vehicle Isuzu Kb model-year 1999 and -46.2% in Toyota Hilux model-year 1997 while in Mitsubishi L200 modelyear 2002 the percentage change was -16.9% in the first repetition (R-1) and 46.9% in the second repetition (R-2). The results of carbon monoxide content in gasoline vehicles with EM oil additive determined a change of +44.2% in R-1 and +159.62% in R-2 in Toyota Hilux model-year 1999 in tests carried out at eight hundred revolutions per minute and -60.10% in R-1 and -65.24% in R-2 in tests carried out at two thousand vii revolutions per minute while in Toyota Rav4 model-year 1998, the percentage changes at eight hundred and two thousand revolutions per minute were -49.3% and -31.90% respectively. The carbon dioxide analysis carried out at eight hundred revolutions per minute verified a change of +9.42% in R-1 and +8.28% in R-2 in Toyota Hilux model-year 1999 while at two thousand revolutions per minute the changes were +1.77% in R-1 and +5.86% in R-2. In Toyota Rav4 the percentage change was +0.419% at eight hundred revolutions per minute and +2.48% at two thousand revolutions per minute. The analysis carried out on hydrocarbon emissions with the use of EM oil additive demonstrated a change of -46.36% in R-1 and -19.42% in R-2 in Toyota Hilux model-year 1999 on tests carried out at eight hundred revolutions per minute while those carried out at two thousand revolutions per minute were -38.60% in R1 and -18.50% in R-2. In case of the Toyota Rav4, the change was -32.88% at eight hundred revolutions per minute and -35.27% at two thousand revolutions per minute. With respect to the oxygen content, the engine output in kilometers per liter of fuel and the quality of the engine lubricant, the additive did not produce any effects in these parameters. Statistical results indicate that the level of reduction in smoke opacity was highly significant; the carbon monoxide content was reduced but at levels that are not statistically significant; the carbon dioxide content increased and that of hydrocarbon emissions reduced significantly. Key Words: EM oil additive, smoke opacity, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrocarbons, engine output per fuel liter and the quality of the engine lubricant. Guevara E.; Kalema, AJ. 2004. Evaluación de aditivo de aceite EM (EM oil additive) en la reducción de gases tóxicos de vehículos en EARTH. Trabajo de Graduación, Universidad EARTH, Limón, Costa Rica. 80 p. viii TABLA DE CONTENIDO Página DEDICATORIA .................................................................................................... III AGRADECIMIENTO ............................................................................................IV RESUMEN........................................................................................................... V ABSTRACT......................................................................................................... VII TABLA DE CONTENIDO .....................................................................................IX LISTA DE CUADROS ..........................................................................................XI LISTA DE FIGURAS ........................................................................................... XII LISTA DE ANEXOS ...........................................................................................XIV 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1 2 OBJETIVOS..................................................................................................... 3 2.1 2.2 3 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 3 REVISIÓN DE LITERATURA .......................................................................... 4 3.1 3.2 3.3 MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (MCI) ................................................... 4 TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ............................................... 5 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE CUATRO TIEMPOS ................................................................................................... 5 3.4 EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SU IMPACTO AMBIENTAL ....................... 8 3.5 FORMAS DE ACCIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EN EL MEDIO AMBIENTE ........................................................................................... 9 3.6 TOXICIDAD DE LOS GASES DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ................................................................................................................ 9 3.7 SITUACIÓN ACTUAL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFERICA PRODUCIDA POR EL PARQUE AUTOMOR EN LATINOAMERICA ...................................... 11 3.8 SITUACIÓN ACTUAL DE LA CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA EN COSTA RICA ........................................................................................................ 12 3.8.1 Situación en el área metropolitana ...................................................... 15 3.9 CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES EN COSTA RICA .......................................... 16 NIVEL EN COSTA RICA .......................................................................................... 18 NIVEL EN EUROPA ................................................................................................ 18 3.10 TÉCNICAS QUE AYUDAN A MITIGAR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL CAUSADA POR LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ........................................... 20 3.10.1 Métodos de reducción de toxicidad en los motores de combustión interna......................................................................................... 20 3.11 ADITIVOS PARA LUBRICANTES ..................................................................... 21 3.11.1 Aditivos inhibidores destinados a retardar la degradación del aceite lubricante................................................................... 22 ix 3.11.2 Aditivos mejoradores de las cualidades físicas del aceite lubricante ............................................................................................. 23 3.12 ADITIVOS UTILIZADOS PARA REDUCIR LA EMISIÓN DE GASES TÓXICOS Y EL CONSUMO DE COMBUSTIBLES EN VEHÍCULOS ...................................... 25 4 METODOLOGÍA ............................................................................................ 29 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 5 UBICACIÓN DEL PROYECTO ......................................................................... 29 DISEÑO EXPERIMENTAL .............................................................................. 29 MÉTODOS DE MUESTREO ........................................................................... 30 PARÁMETROS MEDIDOS .............................................................................. 31 ANÁLISIS DE DATOS ................................................................................... 33 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 34 5.1 OPACIDAD DEL HUMO ................................................................................. 35 5.2 MONÓXIDO DE CARBONO (CO) ................................................................... 38 5.3 DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) ....................................................................... 43 5.4 HIDROCARBUROS (HC) ............................................................................... 47 5.5 OXÍGENO (O2) ........................................................................................... 51 5.6 RENDIMIENTO EN KILOMETRO POR LITRO DE COMBUSTIBLE (KM/L).................. 55 5.7 CALIDAD DEL ACEITE LUBRICANTE ............................................................... 59 5.7.1 Análisis físico – químicos / contaminantes .......................................... 59 5.7.2 Análisis de metales de desgaste en partes por millón (ppm). 60 5.8 EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL ADITIVO DE ACEITE EM EN OTROS VEHÍCULOS .......................................................................................................... 62 6 CONCLUSIÓN ............................................................................................... 64 7 RECOMENDACIONES .................................................................................. 65 8 BIBLIOGRAFÍA CITADA............................................................................... 66 9 ANEXOS ........................................................................................................ 68 x LISTA DE CUADROS Cuadro Página Cuadro 1. Compuestos emitidos al medio ambiente durante la combustión.............................................................................................10 Cuadro 2. Crecimiento del parque automotor en Costa Rica, período 1990 – 2000. ..........................................................................................13 Cuadro 3. Comparación de la calidad actual de los combustibles de Costa Rica con la propuesta realizada por la ARESEP y los niveles permisibles en Europa. .............................................................. 18 Cuadro 4. Composición del aditivo de aceite EM. .................................................26 Cuadro 5. Resultados en la emisión de CO, NOx, HC y partículas con el uso de aditivo de aceite EM en vehículos diesel. ...............................27 Cuadro 6. Resultados en el consumo de combustible y opacidad con el uso de aditivo de aceite EM en vehículos diesel. ...............................27 Cuadro 7. Características de los vehículos utilizados en el estudio. .....................30 Cuadro 8. Otras características de los vehículos utilizados en el estudio. ..................................................................................................30 Cuadro 9. Porcentaje de variación del nivel de opacidad en los vehículos con combustible diesel...........................................................37 Cuadro 10. Porcentaje de variación del nivel de monóxido de carbono en los vehículos con combustible gasolina. ...........................................42 Cuadro 11. Porcentaje de variación del nivel de dióxido de carbono en los vehículos con combustible gasolina. ...........................................46 Cuadro 12. Porcentaje de variación en el nivel de hidrocarburos en los vehículos con combustible gasolina. ................................................50 Cuadro 13. Porcentaje de variación en el nivel de oxígeno en los vehículos con combustible gasolina.......................................................55 Cuadro 14. Resultados obtenidos en el vehículo Kia, modelo 1993, sin aditivo. ..............................................................................................63 Cuadro 15. Resultados obtenidos en el vehículo Kia, modelo 1993, con aditivo. .............................................................................................63 xi LISTA DE FIGURAS Figura Página Figura 1. Porcentaje de vehículos rechazados por excesos en la emisión de gases contaminantes. Modificado. Fuente: Riteve S y C. Citado por Oviedo 2003. ..................................................14 Figura 2. Reducción del porcentaje de opacidad del humo en el vehículo Isuzu Kb, modelo 1999, a dos mil revoluciones por minuto. ...................................................................................................35 Figura 3. Porcentaje de opacidad del humo en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1997, a dos mil revoluciones por minuto. ........................36 Figura 4. Porcentaje de opacidad del humo en el vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002, a dos mil revoluciones por minuto. ........................36 Figura 5. Porcentaje de CO en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m. .....................................................................40 Figura 6. Porcentaje de CO en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. .....................................................................41 Figura 7. Porcentaje de CO2 en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m. .....................................................................44 Figura 8. Porcentaje de CO2 en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. .....................................................................45 Figura 9. Contenido de HC en partes por millón en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m................................................48 Figura 10. Contenido de HC en partes por millón en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. ..................................49 Figura 11. Contenido de O2 en porcentaje en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m................................................52 Figura 12. Contenido de O2 en porcentaje en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. ..............................................53 Figura 13. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Isuzu Kb, modelo 1999. ...........................................................56 Figura 14. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1997. .....................................................56 Figura 15. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002. ................................................57 xii Figura 16. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999. .....................................................57 Figura 17. Rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998...........................58 xiii LISTA DE ANEXOS Anexo Página Anexo 1. Análisis de varianza de las pruebas de opacidad del humo...................69 Anexo 2. Prueba de Duncan de las pruebas de opacidad del humo.....................69 Anexo 3. Análisis de varianza de la prueba de monóxido de carbono (CO). ......................................................................................................70 Anexo 4. Análisis de varianza de la prueba dióxido de carbono (CO2). ................70 Anexo 5. Análisis de varianza de la prueba de hidrocarburos (HC). .....................71 Anexo 6. Análisis de varianza de la prueba de oxígeno (O2). ...............................71 Anexo 7. Análisis de varianza de la prueba de rendimiento en kilómetros por litro (km/L).......................................................................72 Anexo 8. Reporte de análisis de aceite nuevo sin aditivo a los cero kilómetros (0 km)....................................................................................73 Anexo 9. Reporte de análisis de aceite usado sin aditivo a los cinco mil kilómetros (5.000 km). ......................................................................74 Anexo 10. Prueba de análisis de aceite nuevo con aditivo a los cero kilómetros (0 km)....................................................................................75 Anexo 11. Prueba de análisis de aceite usado a los cinco mil kilómetros con aditivo (5.000 km)...........................................................76 Anexo 12. Muestra de aditivo de aceite EM. .........................................................77 Anexo 13. Adición de aditivo de aceite EM en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998. ...............................................................................77 Anexo 14. Medición de gases en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998. ......................................................................................................78 Anexo 15. Equipo utilizado para la medición de gases en los vehículos. ...............................................................................................78 Anexo 16. Ley No. 7331 de gases contaminantes de Costa Rica.........................79 Anexo 17. Rangos de opacidad de vehículos diesel.en Costa Rica. Ley No. 7331..........................................................................................80 xiv 1 INTRODUCCIÓN La combustión interna en el motor de los vehículos genera gases altamente tóxicos para la salud del ser humano y el medio ambiente. Estos gases pueden provocar problemas respiratorios y de cáncer en las personas, así como también afectar la calidad del aire y la capa de ozono de nuestro planeta. En los países latinos el sector automotor constituye una de las principales fuentes de contaminación del aire debido a que los combustibles que se utilizan son de muy baja calidad y contienen sustancias en cantidades que no son aceptadas en Europa y Estados Unidos. En Centroamérica, Costa Rica es uno de los países latinos que no escapa a esta realidad debido a que los combustibles que se consumen, al igual que en otros países, poseen sustancias altamente contaminantes que causan problemas en el medio ambiente y la salud humana. Uno de los principales problemas de contaminación atmosférica en este país lo constituye la emisión de gases tóxicos como monóxido de carbono (CO) dióxido de carbono (CO2) e hidrocarburos (HC), generados por los vehículos. Reportes técnicos hechos por RITEVE S y C en el año 2003 determinaron que de cada 100 vehículos sometidos a revisión técnica sólo 32% pasaban la prueba, mientras que el 68% eran rechazados por la alta emisión de gases contaminantes (Oviedo 2003). Según Jorge Herrera, del Laboratorio Ambiental de la Universidad Nacional de Costa Rica (UNA), considera relativamente grave el porcentaje de contaminación en la capital el cual supera en un 25% los niveles recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y cree que el crecimiento vehicular en el país, estimado en un 8% anual, dispare la producción de gases que causan enfermedades respiratorias a los seres humano, por lo que propone fomentar el uso eficiente del transporte público, controlar la calidad de los vehículos que ingresan al país y mejorar la calidad del combustible que se utiliza porque el 70% 1 de la contaminación del aire esta provocada por la combustión de los vehículos (Murillo 2004). La técnica utilizada para reducir la emisión de gases contaminantes al medio ambiente por medio del uso de aditivos en los combustibles de los vehículos es ampliamente usada desde muchos años con resultados bastante favorables. No obstante, su uso representa la importación de aditivos desarrollados en el extranjero que normalmente son bastante costosos, por lo que este proyecto pretende determinar la eficacia del aditivo de aceite EM (EM oil additive) como una nueva tecnología que ayude a reducir la emisión de los gases contaminantes emanados por los vehículos e introducir su uso en la unidad de transportes de la Universidad EARTH. El uso de aditivos en el aceite lubricante del motor de los vehículos es una nueva tecnología que sé esta desarrollando para buscar soluciones que ayuden a mitigar las emisiones de gases contaminantes y su impacto negativo en el medio ambiente y la salud humana, por lo que su uso se perfila como una nueva esperanza para reducir el calentamiento global de nuestro planeta y las enfermedades respiratorias y cancerigenas provocadas por los mismos en los seres humanos. 2 2 2.1 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Evaluar el efecto del aditivo de aceite EM en la reducción de gases tóxicos, el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido y la calidad del aceite en los vehículos de la Universidad EARTH. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Evaluar el efecto del aditivo de aceite EM en la reducción de la opacidad del humo en vehículos diesel, cada 1.000 km, 2.000 km, 3.000 km, 4.000 km y 5.000 km de recorrido con y sin aditivo. Evaluar el efecto del aditivo de aceite EM en la reducción de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), e hidrocarburos (HC) en vehículos a gasolina cada 1.000 km, 2.000 km, 3.000 km, 4.000 km y 5.000 km de recorrido con y sin aditivo a ochocientas revoluciones por minuto y dos mil revoluciones por minuto. Determinar el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido en los vehículos en estudio cada 1.000 km, 2.000 km, 3.000 km, 4.000 km y 5.000 km de recorrido con y sin aditivo. Analizar la calidad del aceite de los vehículos con y sin aditivo al inicio y al final de cada período de evaluación. Evaluar el efecto del aditivo de aceite EM en otros vehículos. 3 3 REVISIÓN DE LITERATURA En esta sección se especifican algunos aspectos de importancia relacionados con el funcionamiento de los motores de combustión interna y su impacto en el medio ambiente. También se especifican aspectos relacionados con la situación actual de la contaminación atmosférica producida por el parque automotor en Latinoamérica, así como también en Costa Rica, donde se trata su situación actual y la calidad de los combustibles que se usan en este país. Finalmente se describen las técnicas utilizadas para mitigar la contaminación ambiental causada por los motores de combustión interna haciéndose especial énfasis al uso de aditivos para aceites lubricantes que ayudan a reducir la emisión de gases tóxicos y el consumo de combustibles en vehículos. Se pretende que los aspectos investigados, ayuden a comprender mejor la función de los aditivos para aceites lubricantes hechos a partir de compuestos microbianos que se explican en la última parte de esta sección. 3.1 MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (MCI) Los motores que utilizan los vehículos a gasolina y diesel son de combustión interna, donde la mezcla carburante (combustible) se quema dentro del cilindro para producir trabajo mecánico o energía mecánica. El combustible representa la energía química, la cual se transforma en energía mecánica bajo la introducción de una chispa eléctrica la cual produce un proceso denominado como combustión en los motores a gasolina, queroseno, gas o por auto combustión en los motores diesel. La energía liberada por la combustión (energía calórica) produce un aumento de presión dentro del cilindro del motor, la cual se utiliza para mover al pistón recíprocamente, al realizar este movimiento se mueve el eje cigüeñal en forma rotatoria por intermedio de una brazo de conexión llamado biela. Una vez producido el movimiento rotatorio en el cigüeñal este queda a disposición de la 4 transmisión y a otras partes del vehículo por medio del sistema de embrague (Gilardi 1985). 3.2 TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Los motores de combustión interna se pueden clasificar por su sistema de enfriamiento, por el tipo de combustible, por los ciclos, por el arreglo de las válvulas, por la disposición de los cilindros, por la compresión, por el encendido, por la velocidad de giro y por el tipo de pistón (Gilardi 1985). En esta investigación sólo se describirán los motores de combustión interna, de cuatro tiempos, según el tipo de combustible, específicamente motores a gasolina y diesel. Los motores a gasolina funcionan realizando la combustión de una mezcla de gasolina y aire, en proporciones casi estables (1:15). La relación de compresión del cilindro es alrededor de 1:8 (Gilardi 1985). Los motores diesel funcionan comprimiendo aire en el cilindro y al finalizar la carrera de compresión se inyecta combustible atomizado, el cual se quema en presencia de aire comprimido. La temperatura que se alcanza por la alta presión es de 600 °C, y es la que produce el autoencendido. La relación de compresión es de alrededor de 1:16 (Gilardi 1985). 3.3 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE CUATRO TIEMPOS De acuerdo con Gilardi (1985) el funcionamiento del motor a gasolina difiere del funcionamiento del motor diesel por lo que es importante conocer el funcionamiento de cada uno de los tiempos de trabajo que realizan los mismos. Los tiempos que poseen los motores de combustión interna de cuatro tiempos son los siguientes: tiempo de admisión, tiempo de compresión, tiempo de 5 explosión y tiempo de escape. El trabajo realizado por el motor a gasolina en cada uno de sus tiempos es el siguiente: 1. Tiempo de admisión: en este tiempo el pistón se encuentra en el punto muerto superior y la válvula de admisión comienza a abrirse. En su traslado hacia abajo, el pistón aumenta el volumen del cilindro que hace que baje la presión atmosférica a 7 libras/pulg2. Como la presión atmosférica es de 14,7 libras/pulg2, hace que esa diferencia provoque la entrada de la mezcla del carburador. Este tiempo termina con el cierre de la válvula de admisión y el cilindro queda lleno de mezcla de aire y gasolina. 2. Tiempo de compresión: en este el pistón esta en el punto muerto inferior como consecuencia del traslado ocurrido en el tiempo anterior (admisión). En este tiempo ambas válvulas se encuentran cerradas y el pistón sube comprimiendo la mezcla en la cámara de combustión. El volumen del cilindro se reduce, aproximadamente 8 veces, por lo que la presión sube, más o menos, en igual proporción (8 atmósferas) o 120 libras/pulg2. Esta situación hace que la mezcla se encuentre altamente explosiva y fuertemente comprimida. 3. Tiempo de explosión: en este momento el pistón se encuentra en el punto muerto superior; ambas válvulas están cerradas y se produce el salto de la chispa entre los electrodos de la bujía. La mezcla combustiona rápidamente y produce la elevación de la temperatura y el consiguiente aumento de la presión, aproximadamente 600 libras/pulg2. Esta presión se desarrolla en la cámara de combustión, en todas las direcciones, y con igual intensidad. Hacia arriba no ejerce ningún efecto, puesto que la culata soporta la presión por estar atornillada al bloque del motor. Sin embargo, hacia abajo se encuentra la cabeza del pistón, la cual por tratarse de una pieza móvil es removida muy rápidamente hacia abajo realizando el tiempo motriz o de trabajo mecánico. Este tiempo termina 6 cuando el pistón ha realizado todo su recorrido y se ubica en el punto muerto inferior. 4. Tiempo de escape: este punto inicia con el pistón en el punto muerto inferior, luego la válvula de escape se habré y el pistón en su recorrido ascendente expulsa los gases de escape. Al finalizar este tiempo queda en el punto muerto superior, el cilindro esta limpio y la válvula de admisión comienza a abrirse para iniciar de nuevo el ciclo con el tiempo de admisión. El trabajo realizado por el motor diesel en cada una de sus fases de tiempo es como sigue: 1. Tiempo de admisión: en este caso el tiempo de admisión es muy similar al motor de gasolina, no obstante, en este caso sólo ocurre entrada de aire filtrado en la cámara de combustión y no-aire con combustible como el motor a gasolina. 2. Tiempo de compresión: este tiempo es similar al tiempo de compresión del motor de gasolina y su diferencia radica en la disminución del volumen de la cámara de compresión y el aumento de la presión que alcanza entre 20 y 30 atmósferas. En esta forma la temperatura dentro del cilindro del motor alcanza hasta 500 °C. 3. Tiempo de explosión o combustión: al igual que en el motor a gasolina el funcionamiento de los pistones es similar, sin embargo, en este momento el combustible es inyectado en el aire caliente a una presión de 300 a 400 atmósferas a través de una pieza conocida como “inyectador atomizador”. Este aire caliente provoca que el combustible se queme y cause una expansión de gases la cual provoca el movimiento del pistón hacia abajo. 4. Tiempo de escape: este tiempo hace el mismo proceso que en el motor a gasolina por lo que el mismo no difiere en su funcionamiento. 7 3.4 EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SU IMPACTO AMBIENTAL La energía mecánica necesaria para poner en funcionamiento diferentes máquinas se puede obtener utilizando energía térmica, hidráulica, solar u eólica. No obstante, la que más se ha utilizado y se sigue utilizando actualmente es la energía térmica, obtenida de los combustibles fósiles (Gutiérrez et al 1997) Los equipos energéticos que más aceptación han tenido a nivel mundial son los motores de combustión interna por su gran versatilidad y funcionamiento, por lo que por esta razón son los responsables de consumir el 80% de la energía producida en el mundo, sin embargo, estos equipos a su vez han provocado un gran impacto ambiental en el medio ambiente por el llamado “efecto invernadero” o calentamiento global, el cual es provocado por las crecientes emisiones de gases como dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos hidroflurocarbonados (HFC), los cuales traen consigo fuertes repercusiones en materias de salud sobre la humanidad, lo que ha obligado a las autoridades mundiales a crear nuevos enfoques para dar un mejor tratamiento a los problemas ambientales generados por el desarrollo industrial (Gutiérrez et al 1997). Según Gutiérrez et al (1997) en la Unión Europea los motores de combustión interna son responsables del 25% de las emisiones de dióxido de carbono (CO2), del 87% de las emisiones de monóxido de carbono (CO) y del 66% de las emisiones de óxidos nitrosos (NOx). 8 3.5 FORMAS DE ACCIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EN EL MEDIO AMBIENTE De acuerdo con Gutiérrez et al (1997) las formas de acción más importantes del motor de combustión interna sobre el medio ambiente son: Agotamiento de materias primas no renovables como petróleo y gas. Consumo de oxígeno (02) del medio ambiente. Emisión y contaminación del medio ambiente con gases tóxicos que perjudican al hombre, la flora y la fauna. Emisión de sustancias que provocan u ocasionan el llamado “efecto invernadero” y que contribuyen a la elevación de la temperatura del planeta. Emisión de altos niveles de ruido al medio ambiente que ocasionan molestias generales en la sociedad. 3.6 TOXICIDAD DE LOS GASES DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Se les llama sustancias tóxicas a las que ejercen influencia nociva sobre el organismo humano y el medio ambiente. Los motores de combustión interna durante su funcionamiento desprenden sustancias tóxicas como: óxidos de nitrógeno (NOx) hollín (partículas pequeñas de carbón), monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), aldehídos, compuestos de azufre (SO2) y plomo (Pb) y sustancias cancerigenas como benceno (Gutiérrez et al 1997). Según el Centro Científico Tropical (2000), citado por Loaiza (2000), los gases emanados por los vehículos no afectan sólo al ambiente sino también a las personas, por lo que estos pueden causar los siguientes efectos: Monóxido de carbono (CO): se produce por la combustión incompleta del combustible y el aire. Este gas reduce el transporte de oxígeno en la 9 sangre, reduce sus funciones mentales y disminuye la capacidad visual de las personas. Hidrocarburos (HC): son derivados por los procesos de combustión de vapor de la gasolina o solventes. Estos gases afectan la capa de ozono, irritan la vista y provocan enfermedades respiratorias. Óxidos nitrosos (NOx): se producen a altas temperaturas durante el proceso de combustión, y normalmente afectan el sistema respiratorio de las personas. Dióxido de azufre (SO2): resulta de la quema de carbón, aceite y otros productos industriales. Este gas causa daños en el aparato respiratorio. Plomo (Pb): es el resultado de los aditivos de los combustibles, fabricas de baterías y de metales no ferrosos. Afecta varios órganos, produce esterilidad y problemas neurológicos, los más afectados son los niños. Según Gutiérrez et al (1997) un motor de combustión interna, bien ajustado, durante su funcionamiento tiene la capacidad de generar componentes tóxicos que pueden alcanzar los siguientes valores: Cuadro 1. Compuestos emitidos al medio ambiente durante la combustión. CO Componentes tóxicos NOx HC SO2 ---------------- % --------------- Hollín mg/L Motores diesel 0,2 0,35 0,04 0,04 0,3 Motores de gasolina 0,6 0,45 0,4 0,007 0,05 Fuente: Gutiérrez et al 1997. Según Gutiérrez et al (1997) la toxicidad de los motores diesel depende en lo principal del contenido de los óxidos de nitrógeno (NOx) y hollín, mientras que la toxicidad de los motores de gasolina depende de la concentración del monóxido de carbono (CO) y de los óxidos de nitrógeno, lo cual explica que los motores 10 diesel tienen mucha menos responsabilidad en la contaminación ambiental de la que se les atribuye. Según Ross (2004)1 los motores diesel tienen un 35% de eficiencia en el quemado del combustible y un 65% de pérdida de eficiencia en gases, temperatura y fricción; mientras que el motor de gasolina alcanza un 25% de eficiencia y un 75% de pérdida, lo cual indica que los motores de gasolina contaminan más que los motores diesel. 3.7 SITUACIÓN ACTUAL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFERICA PRODUCIDA POR EL PARQUE AUTOMOR EN LATINOAMERICA En América Latina el sector transporte es una de las fuentes principales de la contaminación del aire, tal es el caso de Buenos Aires, Santiago de Chile y México D.F., donde el crecimiento vehicular se ha multiplicado en las tres últimas décadas y ha provocado que ciudades como el D.F en México sean consideradas como las mayores emisoras de carbono en la región (Chávez 2002). En Latinoamérica la industria y la agricultura ha ocasionado, junto con el sector transporte, un incremento en las emisiones de dióxido de carbono (CO2), y se ha estimado que actualmente la región produce alrededor del 11% de las emisiones de este gas, el 4,5% de las emisiones industriales mundiales y el 48,5 % de las emisiones por cambios de uso de la tierra, principalmente por actividades de deforestación y ganadería (Chávez 2002). En la región los contaminantes industriales provienen en su mayor parte de los combustibles utilizados para la producción de electricidad pero también por las emisiones de plomo y mercurio producidas por las refinerías y la actividad minera. 1 Ross, J. 2004. Participación en taller de tecnologías limpias (comunicación oral). Limón, CR, Universidad EARTH. 11 Los incendios forestales son otra fuente significativa de contaminación ambiental debido a que una parte de la población hace uso permanente de la biomasa como combustible para sus hogares. En las últimas décadas los gobiernos latinoamericanos han tomado conciencia y han hecho esfuerzos importantes para enfrentar la contaminación en las zonas urbanas, haciendo control de las emisiones automotrices, cambios en la calidad de los combustibles y en el control de la actividad industrial, sin embargo, los avances realizados siguen siendo un serio motivo de preocupación por el continuo crecimiento vehicular y por la falta de reglamentaciones adecuadas (Chávez 2002). 3.8 SITUACIÓN ACTUAL DE LA CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA EN COSTA RICA De acuerdo con Chávez (2002), en Costa Rica, al igual que en otros países latinos, el principal problema de contaminación del aire en las áreas urbanas es ocasionado por el dióxido de carbono (CO2) por la alta flota vehicular que existe en el país la cual crece anualmente en un 8% (ver Cuadro 2). 12 Cuadro 2. Crecimiento del parque automotor en Costa Rica, período 1990 – 2000. Año Número de vehículos 1990 299.217 1991 312.025 1992 345.205 1993 390.843 1994 416.317 1995 445.300 1996 471.960 1997 507.247 1998 556.836 1999 610.907 2000 677.803 Fuente: DSE, “Actualización de información parque automotor”, citado por Chávez 2002. Según Oviedo (2003) en el año 2003 un total de 20.072 vehículos usados ingresaron al país y el 43,9% de estos (8.817) fueron rechazados en las pruebas de revisión técnica hechas por RITEVE S y C por excesos en la emisión de gases contaminantes (ver Figura 1). 13 70.0 60.0 Rechazo (%) 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 19 99 y añ os an t 19 . 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 0.0 Modelo de vehículo según año Figura 1. Porcentaje de vehículos rechazados por excesos en la emisión de gases contaminantes. Modificado. Fuente: Riteve S y C. Citado por Oviedo 2003. De acuerdo con Chávez (2002), el gobierno Costarricense ha hecho esfuerzos para reducir la contaminación atmosférica vehicular implementando la eliminación de plomo en la gasolina en el año 1995 y la revisión técnica de los vehículos en el año 2001, no obstante, indica que para alcanzar las metas propuestas en el Programa Aire Puro, suscrito por los países Centroamericanos para reducir entre 40% y 50% la contaminación atmosférica, aún faltan muchas más acciones. Según la primera Comunicación Nacional ante la Convención Marco de la ONU sobre el Cambio Climático presentada en el año 2000 por el Gobierno de Costa Rica, el país emitía en 1996 alrededor de cuatro millones de toneladas de gases de efecto invernadero, lo que representaba menos de un 1% a escala mundial (Chávez 2002). 14 Costa Rica cuenta con una serie de leyes para regular e impedir la contaminación del aire, entre ellas se encuentran la Ley General de Salud, la Ley del Ambiente, el Código Ambiental y los Decretos y Normas sobre Emisiones Industriales, pero aún no existe un estricto control sobre la aplicación y cumplimiento de estas por parte de los organismos competentes por lo que el país ha empezado a experimentar algunos indicios de cambio climático por el aumento de la temperatura en el Valle Central, aproximadamente 3 °C en los últimos treinta años (La Nación 2002, citado por Chávez 2002). 3.8.1 Situación en el área metropolitana Costa Rica no escapa a la realidad de otros países latinos en lo referente al crecimiento acelerado y desordenado de las áreas urbanas, en donde se concentra la mayor parte de la población por razones como empleo, educación, vivienda y salud. La población en la capital, San José, representa aproximadamente el 30% del total del país, a la que debe sumársele la población flotante de otras provincias que trae consigo una gran cantidad de vehículos particulares y provoca la entrada de autobuses y taxis que entran diariamente a la capital, uniéndosele a un sistema vial insuficiente, a un inadecuado mantenimiento de la flota vehicular y a un deficiente control de las emisiones vehiculares lo cual arroja como resultado que la contaminación del aire, por concepto del sector transporte, represente un 75% del total en la ciudad (Alfaro 2001, citado por Chávez 2002). Desde el año 1971 se ha venido estudiando el problema de contaminación del aire en el área metropolitana y en el año 1989 un estudio determino que el daño causado al Teatro Nacional fue por esta causa, posteriormente, en el año 1993, con el apoyo de la compañía Swiss Contact, la Universidad Nacional (UNA) inició un programa de monitoreo en distintos puntos de la capital encontrando valores promedio de plomo en el aire de 1,75 ug/m3 lo que motivo al gobierno a eliminar este elemento de la gasolina (Chávez 2002). 15 Otro informe de la GTZ en el año 1999 indica que en San José se da un promedio de 1.1 millones de viajes públicos diarios con una velocidad promedio de 10 km/h, factor que constituye una de las principales causas de contaminación del aire. Donde la baja velocidad vehicular se produce no sólo por los constantes congestionamientos que se dan, sino también por la gran cantidad de semáforos ubicados a cada 100 metros de distancia lo cual provoca atraso en los conductores y un aumento en la contaminación ambiental (Chávez 2002). 3.9 CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES EN COSTA RICA Según Oviedo (2003), la gasolina y otros combustibles que se consumen en Costa Rica contienen sustancias que causan problemas respiratorios y en el corazón a las personas. Los elementos en exceso, que contienen los combustibles, se encuentran en cantidades que no son aceptadas en Estados Unidos y Europa. Entre estos, se encuentra el benceno el cual provoca problemas de cáncer en las personas y se usa en la gasolina con una proporción cuatro veces mayor al permitido por los países europeos. El benceno, es generador de leucemias, cáncer en la sangre, y linfomas, cáncer en el sistema linfático, que ayuda en la producción de anticuerpos. Otra sustancia que se encuentra en exceso la constituye el azufre (S), el cual es adicionado en el diesel con un 0,45% de peso, cuando debería encontrarse en un 0,05% de peso según resolución emitida en el año 1997 por la Presidencia de la República. El azufre es un mineral que en altas proporciones es venenoso para el ser humano. Las partículas suspendidas en el aire pueden dañar el sistema respiratorio y cardiovascular (corazón y vasos sanguíneos), por otro lado, después de la combustión del motor, el azufre se transforma en óxidos de azufre (SOx) y se convierte en uno de los componentes de la lluvia ácida que contamina las aguas. 16 La gasolina que se vende en el país por la Refinadora Costarricense de Petróleo (RECOPE), también contiene un compuesto denominado Metil Terbutil Eter (MTBE) que se usa para elevar la calidad del combustible (octanaje), sin embargo, este químico es un potencial contaminante de los mantos acuíferos por lo que su uso fue prohibido en países como Estados Unidos. Las demás sustancias que contienen estos combustibles son los llamados hidrocarburos denominados oleofinas y aromáticos, en la gasolina, e hidrocarburos y aromáticos policíclicos en el diesel, cuyas partículas también son asociadas a problemas de enfermedades en el sistema respiratorio. Según Oviedo (2003), un informe emitido por el Banco Mundial en 1997, estimó en 27 millones de dólares los gastos de la Caja Costarricense del Seguro Social (CCSS) por atender enfermedades relacionadas por la contaminación. Para corregir la situación actual de los combustibles la Autoridad Reguladora de Servicios Públicos (ARESEP) realizó un reglamento que propone reducir los contenidos a niveles más óptimos en forma gradual, donde plantea exigir que el máximo porcentaje de benceno en el combustible sea de 2,5% de volumen en el 2004 y de 1,5% en el 2005, no obstante, RECOPE se opone a la entrada de esa regulación porque la refinería de petróleo de Moín, ubicada en la Provincia de Limón, no tiene la capacidad técnica para realizar los cambios propuestos por la ARESEP para mejorar la calidad del combustible (Oviedo 2003). 17 Cuadro 3. Comparación de la calidad actual de los combustibles de Costa Rica con la propuesta realizada por la ARESEP y los niveles permisibles en Europa. Gasolinas Contaminantes Nivel en Costa Rica 0,15% regular Azufre 0,10% súper No se regula Se estima un 5% No se regula Se estima un 45% No se regula Se estima un 35% No se regula Benceno Aromáticos Olefinas MTBE Propuesta de ARESEP Nivel en Europa 0,06% (2004) 0,02% 0,001% para 0,05% (2005) 2005 2,5% (2004) 1% 1,5% (2005) 45% (2004) 42% 35% para 2005 20% (2004) 18% 0% (2005) 0% Diesel Azufre 0,45% 0,05% (2008) 0,3% (2004) 0,05% (2005) 0,04% 0,001% en 2005 Hidrocarburos Aromáticos No se regula 30% (2005) 25% * Aromáticos Policíclicos No se regula Pide reportar dato en el 2004 11% Fuente: Oviedo 2003. De acuerdo con Cerrato (2002)2 las causas más comunes de contaminación del aire con dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2) y óxidos nitrosos (NOx) se da por los procesos de combustión de hidrocarburos, sin embargo, el proceso de producción incompleta también produce contaminación en forma de monóxido de carbono (CO) gaseoso y carbono en forma de partículas sólidas, por lo que el mejoramiento en la calidad de los hidrocarburos en el país es 2 Cerrato, M. 2004. Contaminación ambiental. (comunicación escrita). Limón, CR, Universidad EARTH. 18 muy importante debido a que su mala calidad contribuye a la formación de fenómenos ambientales como la lluvia ácida, como se menciono anteriormente, afectando el crecimiento de los árboles que se encuentran en el bosque, el pH de los suelos y el pH de las aguas en lagos, ríos y lagunas al descender a valores de hasta 4,5 lo cual puede provocar que las cadenas alimenticias se vean afectadas al no poder sobrevivir las más susceptibles. La formación de CO2 a partir de la combustión de hidrocarburos es muy evidente. No obstante, la combustión de hidrocarburos es en realidad una mezcla que consta, además de hidrocarburos, de aire el cual esta formado principalmente por oxígeno y nitrógeno. A las temperaturas que se realiza la combustión, es posible la formación de NOx al reaccionar el nitrógeno con el oxígeno en la siguiente secuencia: N 2 + O 2 → 2 NO 2 NO + O 2 → 2 NO 2 A partir del NO2, la formación de ácido nítrico al disolverse en agua es sólo una consecuencia lógica. Además, en la troposfera, el óxido de nitrógeno (NO) es causante de contaminación por formación de ozono. De igual forma, debido a su origen, los combustibles fósiles contienen en mayor o menor medida azufre, producto de la descomposición de los aminoácidos que lo contenían en los seres vivos que formaron esos combustibles. El azufre reacciona con el oxígeno, bajo las condiciones de la combustión para formar SO2. S + O 2 → SO 19 2 3.10 TÉCNICAS QUE AYUDAN A MITIGAR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL CAUSADA POR LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Dentro de los métodos utilizados para combatir la contaminación ambiental producida por los motores de combustión interna se encuentran: 3.10.1 Métodos de reducción de toxicidad en los motores de combustión interna Según Gutiérrez et al (1997) los métodos de reducción de toxicidad y humeado de los vehículos pueden ser divididos en dos grupos: los constructivos y los explotativos. Dentro de los métodos constructivos tenemos: la recirculación de los gases de escape y la neutralización de estos; en los métodos explotativos se encuentran: el estado técnico de los motores de combustión interna y su correcta regulación, el mejoramiento de los procesos de formación de la mezcla (combustible - oxígeno) y de la combustión, la correcta selección de los combustibles y sus aditivos, y la utilización de los biocombustibles. Para la neutralización de los gases emanados por el tubo de escape de los vehículos se utilizan catalizadores de tres vías, catalizadores de oxidación y sondas Lambda o válvulas tipo ERG (Exhaust Gas Recirculation). La sonda Lambda, tipo ERG, se encarga de mantener la estequiometria en el sistema. Está se coloca en el tubo de escape de los vehículos y al realizarse la prueba de emisión de gases suministra información a la computadora sobre el contenido de oxígeno de los gases residuales que se escapan de los cilindros del motor. La sonda básicamente es una pila seca que produce voltaje del potencial eléctrico entre dos sustancias, en este caso, el aire ambiental y los gases emitidos por el tubo de escape; a mayor contenido de oxígeno menor será el potencial y el voltaje producido y viceversa (Gutiérrez et al 1997). El índice de aire estequiometrico, relación combustible:aire (1:15), en los vehículos con motor a gasolina asegura que todo el combustible que entra en la cámara de combustión tenga la cantidad adecuada de oxígeno para combinarse y 20 hacer un quemado completo del combustible, lo cual hace que se reduzcan las emisiones de hidrocarburos (HC) y de monóxido de carbono (CO). El convertidor catalítico de oxidación de doble vía, tiene la función de limpiar una gran cantidad de hidrocarburos y monóxido de carbono. El convertidor catalítico de tres vías tiene una sección de oxidación que utiliza platino y paladio, más una sección de reducción que utiliza rodio para reducir los óxidos nitrosos (NOx) a nitrógeno (N) y oxígeno inerte, no obstante, esta sección de reducción sólo puede funcionar sí hay una relación estequiometrica de aire y combustible. 3.11 ADITIVOS PARA LUBRICANTES En los vehículos el aceite lubricante tiene la función de cubrir las superficies metálicas del motor para evitar fricción en las piezas internas, cubrir el espacio entre el pistón y el cilindro para evitar el escape de los gases generados por la combustión, enfriar el motor, dispersar basuras y evitar la oxidación del bloque del motor, pese a esto, algunas veces se hace necesario el uso de aditivos para mejorar el funcionamiento del motor de los vehículos, y en particular, la calidad del aceite lubricante con la finalidad de proporcionarle o incrementarle propiedades, o reducir otras que le son perjudiciales (Universidad Tecnológica de Panamá 2000). Los aditivos para lubricantes se encuentran divididos en dos grupos, según los efectos que estos producen, entre ellos tenemos: Aditivos inhibidores: destinados a retardar la degradación del aceite, actúan como detergentes – dispersantes, antioxidantes, anticorrosivos, agentes antidesgaste, agentes alcalinos y agentes antiemulsificadores. Aditivos mejoradores: mejoran las cualidades físicas básicas como el índice de viscosidad, el poder antiespumante, la oleosidad, la extrema presión y la rigidez dieléctrica. 21 3.11.1 Aditivos inhibidores destinados a retardar la degradación del aceite lubricante De acuerdo con la Universidad Tecnológica de Panamá (2000) los aditivos inhibidores utilizados para evitar la degradación del aceite lubricante son: a) Aditivos detergentes - dispersantes: tienen como objetivo evitar que el mecanismo lubricado se contamine. Su trabajo radica en evitar acumulaciones de residuos, los cuales se forman durante el funcionamiento del motor, y mantenerlos en estado coloidal de suspensión en toda la masa de aceite. Para el caso de los aceites de los vehículos de alta velocidad se ha previsto la adición de combinaciones órgano metálicas de zinc (Zn), calcio (Ca) y bario (Ba) con azufre (S), cloro (Cl) y fósforo (P). b) Aditivos anticorrosivos y antioxidantes: son utilizados para proteger contra la corrosión a los materiales sensibles e impedir las alteraciones internas que pueda sufrir el aceite por envejecimiento y oxidación. Estas dos funciones de protección al metal y al lubricante normalmente son ejercidas por un mismo producto, algunos de estos son: el ditiofosfato de zinc y los compuestos de fósforo o de base arsénica. c) Aditivos antidesgastes: cuando el aceite fluye inestablemente lubricando cremalleras, bielas, bombas de aceite y camisas de pistones, o cuando las partes a lubricar operan de manera parcial o bajo condiciones de lubricante límite, los aditivos antidesgastes son necesarios de usar. Cuando los inhibidores antioxidantes son necesarios en estos lubricantes, el aditivo que más se usa es el ditiofosfato de zinc. Este aditivo combina propiedades antioxidantes, inhibidoras de corrosión y antidesgaste. 22 d) Agentes alcalinos: los agentes alcalinos son utilizados para neutralizar los ácidos provenientes de la oxidación del aceite de manera que no puedan reaccionar con el resto del aceite o la máquina. e) Agentes antiemulsificadores: son los encargados de reducir la tensión interfacial para que el aceite pueda dispersarse en agua. En la mayor parte de las aplicaciones de lubricación la emulsificación es una característica indeseable. Empero, existen aplicaciones en las cuales los aceites minerales están compuestos de materiales emulsificantes que los hacen miscibles en el agua. Entre estos se encuentran los aceites solubles usados con refrigerantes y los lubricantes usados en operaciones de maquinarias como fluido de corte. 3.11.2 Aditivos mejoradores de las cualidades físicas del aceite lubricante Según la Universidad Tecnológica de Panamá (2000) dentro de los aditivos mejoradores de las cualidades físicas del aceite lubricante se encuentran los siguientes: a) Aditivos mejoradores del índice de viscosidad: para este caso se utilizan los esteres del ácido polimetacrílico y las soluciones de materiales plásticos que elevan poco la viscosidad y mejoran la curva de viscosidad y temperatura. En presencia de bajas temperaturas las moléculas de estas sustancias se contraen ocupando muy poco volumen y se dispersan en el aceite en forma de minúsculas bolitas dotadas de una gran movilidad. Cuando se eleva la temperatura, las moléculas de la masa de aceite aumentan de velocidad y las bolitas se agrupan formando estructuras compactas que se oponen al movimiento molecular del aceite base lo cual provoca un aumento de viscosidad en la mezcla. 23 b) Mejoradores del punto de fluidez y congelación: los aditivos que son utilizados como mejoradores del índice de viscosidad se emplean para favorecer el punto de congelación y de fluidez. Se aplican principalmente a los aceites parafínicos, debido a que la parafina por su elevado punto de congelación es la principal responsable de la falta de fluidez de los aceites porque forma aglomeraciones en el momento que desciende la temperatura. En este caso el objetivo de los aditivos es absorber los cristales de la parafina sólida que se forma debido a que su eliminación total por refinación es costosa y no posee garantías de éxito. c) Aditivos antiespumantes: la presencia de cuerpos extraños en el aceite, como gases, a temperaturas menores de 100 °C producen lo que los aceites minerales puros no pueden evitar, como lo es la formación de burbujas, debido al espesor que les da la película lubricante y los aditivos antiespumantes tienen como objetivo evitar estas burbujas, adelgazando en la mayoría de los casos la envoltura de la burbuja del aire, hasta su rotura, modificando tensiones superficiales e interfaciales de la masa de aceite. d) Aditivos mejoradores de la oleosidad: la oleosidad se entiende como la adherencia del aceite a las superficies metálicas, debido a la polaridad molecular contenida, que por su estructura se fijan fuertemente en las superficies metálicas. Los compuestos de composición química y configuración molecular adecuada, para dar oleosidad a los lubricantes, en la mayoría de los casos son de muy baja resistencia a la oxidación, por lo que se eliminan durante el proceso de la refinación industrial de los aceites lubricantes. Esta propiedad debe recuperarse una vez terminado el proceso de refinación o después de ser obtenida la formulación de un aceite lubricante y para ello se recurre a los aditivos mejoradores de la oleosidad. Son muy comunes los elaborados a base de componentes 24 básicos del aceite de palma, en proporciones que van de un 5% a un 15%. e) Aditivos de extrema presión: son utilizados para los aceites de equipos mecánicos sometidos a muy altas presiones y tienen la finalidad de disminuir el desgaste de las superficies mecánicas de deslizamiento o movimiento. Estos tipos de aditivos, reaccionan químicamente y forman capaz mono y polo moleculares que se reconstruyen de manera constante en los sitios de altas presiones por efectos de la fricción. Impidiendo de esta manera el contacto metal – metal y evitando los rompimientos o soldaduras de los mismos. f) Aditivos para aumentar la rigidez dieléctrica: cumplen la doble misión de dieléctricos y de proporcionar longevidad a los lubricantes usados para fines de lubricación y funcionamiento de los transformadores eléctricos. 3.12 ADITIVOS UTILIZADOS PARA REDUCIR LA EMISIÓN DE GASES TÓXICOS Y EL CONSUMO DE COMBUSTIBLES EN VEHÍCULOS En China y Japón se han venido realizando investigaciones con aditivos que ayudan a reducir la emisión de gases tóxicos y a mejorar la eficiencia del motor en los vehículos que utilizan motores de combustión interna, específicamente en motores de cuatro tiempos. El aditivo que se ha empleado en China es conocido como aditivo de aceite EM el cual, según Okumoto (2004)3, es un aditivo preparado a partir de sustancias antioxidantes elaborado con la tecnología EM (Microorganismos Eficaces) y aceite lubricante para vehículos (ver Cuadro 4). 3 Okumoto, S. (2004). Información de aditivo de aceite EM (correo electrónico). Arizona, US. 25 Cuadro 4. Composición del aditivo de aceite EM. Compuesto Contenido ---- % ---- Aceite lubricante para motores 98,00 Sustancias antioxidantes EM 2,00 Su forma de preparación consiste en mezclar los materiales a proceso especial para reducir el “cluster” o agrupación del aceite para que luego pueda pasar con facilidad por el filtro de aceite del motor. Las sustancias antioxidantes contenidas en el aditivo de aceite EM tienen la función de evitar que el aceite del motor se oxide y se degrade rápidamente, por lo que hace que la vida útil del mismo aumente. El mecanismo de acción del aditivo de aceite EM radica en mejorar el potencial del motor al evitar la pérdida de calidad de aceite del mismo por oxidación. Lo cual ayuda a que el combustible se queme completamente y se reduzca la emisión de gases tóxicos. De acuerdo con Yang (2002) pruebas realizadas en China para reducir la emisión de gases tóxicos, la opacidad, el consumo de combustible y la emisión de partículas, con aditivo de aceite EM en vehículos diesel, indicaron que hubo una reducción significativa en la emisión de gases tóxicos como monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC), así como también en el consumo de combustible, emisión de partículas y opacidad, no obstante, se encontró que hubo una mínima elevación en la emisión de óxidos nitrosos (NOx) (ver Cuadros 5 y 6). 26 Cuadro 5. Resultados en la emisión de CO, NOx, HC y partículas con el uso de aditivo de aceite EM en vehículos diesel. Emisión de partículas (g/kW*h) Emisión de gases tóxicos (g/kW*h) Pruebas del proyecto CO NOx HC Sin aditivo 2,01 5,55 0,57 0,446 Con aditivo al 10% 1,69 5,61 0,50 0,329 Variación (%) -15,9 +1,1 -12,3 -26,2 Fuente: Yang 2002. Modificado. Cuadro 6. Resultados en el consumo de combustible y opacidad con el uso de aditivo de aceite EM en vehículos diesel. Consumo de combustible (g/kW*h) Opacidad Pruebas del proyecto Máxima torsión Puntos de calibración Máximo punto de torsión Puntos de calibración Sin aditivo 262,0 285,3 1,8 1,0 Con aditivo al 10% 257 281,8 1,6 0,8 -1,91 -1,23 -11,1 -20 Variación (%) Fuente: Yang 2002. Modificado. 27 Estudios realizados en Japón, en el año 2002, por la compañía Keiwa Co. Ltd., con otro aditivo conocido como MC Eco Oil Additive, el cual esta compuesto por 10 tipos de microorganismos que existen naturalmente en el suelo, demostraron que en un vehículo de 10 toneladas, en transito, las cantidades de óxidos nitrosos (NOx) y óxidos de azufre (SOx) se redujeron en un 50%, mientras que en el consumo de combustible se encontró una economía de consumo entre un 8% y 15% al agregar el MC Oil Additive a un 10 % del total del aceite del motor (Kyukeiren Organization 2002). Los microorganismos que componen el MC Oil Additive sobreviven en temperaturas altas. Tienen una función de antioxidación que evitan la degradación del aceite del motor y permiten prolongar su vida útil hasta tres veces más, lo que indica que hay un ahorro en el consumo de aceite y de dinero de hasta un tercio (Kyukeiren Organization 2002). Los microorganismos del MC Oil Additive también tienen la capacidad de disolver las impurezas del motor, mejorar la combustión, mejorar la eficiencia del motor y reducir el ruido. Este aditivo puede ser utilizado en una variedad amplia de motores de gasolina y diesel, en barcos, vehículos, generadores industriales y máquinas pesadas (Kyukeiren Organization 2002). 28 4 4.1 METODOLOGÍA UBICACIÓN DEL PROYECTO Este estudio fue realizado en la Universidad EARTH, Las Mercedes de Guácimo, Provincia de Limón, Costa Rica. 4.2 DISEÑO EXPERIMENTAL El diseño experimental consistió en realizar pruebas en cada vehículo con y sin aditivo. En primer lugar se tuvo un tratamiento testigo, sin aditivo de aceite EM, en dos vehículos a gasolina y tres vehículos diesel. Luego se realizó otro tratamiento con aditivo de aceite EM al 10% en los mismos vehículos. Este porcentaje de aceite correspondió al volumen total de aceite del motor, para comparar su efecto en la reducción de gases tóxicos en los vehículos con motor de gasolina, la opacidad en los vehículos diesel, el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido, en ambos tipos de vehículos, y la calidad del aceite lubricante al final del período de evaluación en uno de los vehículos diesel. Los vehículos utilizados para evaluar el efecto del aditivo eran propiedad de la Universidad EARTH y las características de los mismos se describen en los Cuadro 7 y 8. 29 Cuadro 7. Características de los vehículos utilizados en el estudio. Marca Toyota Hilux Toyota Hilux Isuzu Kb Toyota Rav4 Mitsubishi L200 Modelo Año 1997 1999 1999 1998 2002 Combustible Diesel Gasolina Súper Diesel Gasolina Súper Diesel Capacidad de aceite L 6,0 4,7 5,7 4,1 6,3 Tipo de aceite 15W-40 15W-40 15W-40 15W-40 15W-40 Cuadro 8. Otras características de los vehículos utilizados en el estudio. Marca Modelo Cilindrada Año CC Toyota Hilux 1997 2.800 Toyota Hilux 1999 2.500 Isuzu Kb 1999 2.771 Toyota Rav4 1998 2.000 Mitsubishi L200 2002 2.500 Potencia KW 65 107 74 137 75 Asignado Finca orgánica Uso Oficial Uso Oficial Proyectos Especiales Uso Oficial Fuente: Chacón 20044. Adicionalmente se realizaron pruebas, con y sin aditivo, en un vehículo marca Kia, modelo 1993, con motor de gasolina, propiedad del señor Luis Mora Soto, con la finalidad de medir el efecto del aditivo en vehículos externos al proyecto. 4.3 MÉTODOS DE MUESTREO Los análisis se realizaron cada 1.000 km de recorrido en cada vehículo, durante los 5.000 km totales del período de evaluación con y sin aditivo para evaluar el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido, la 4 Chacón, LD. 2004. Reporte de las características de los vehículos de la Universidad EARTH (correo electrónico). Limón, CR. 30 reducción de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos (HC) en los vehículos a gasolina y la opacidad en los vehículos diesel. Además, se realizaron pruebas para medir la calidad del aceite en uno de los vehículos con combustible diesel para determinar correlaciones entre el tiempo cero y el tiempo final del período de evaluación con y sin aditivo. La realización de las pruebas en los vehículos se llevó a cabo bajo un monitoreo periódico de los mismos para determinar el recorrido diario en kilómetros y el consumo de combustible en litros. Con respecto a la medición de gases, se introdujo un censor dentro la mufla de los vehículos, el cual estaba conectado a una computadora que realizaba las lecturas. Las lecturas en los vehículos con motor de gasolina se realizaron a ochocientas revoluciones por minuto (800 r.p.m.) y dos mil revoluciones por minuto (2.000 r.p.m.), mientras que las lecturas en los vehículos con motor diesel se realizaron a dos mil revoluciones por minuto (2.000 r.p.m.). El muestreo de aceite, se realizó al tiempo cero (0 km) y al tiempo final, 5.000 km, con y sin aditivo, tomando 100 mL de aceite en cada muestreo para realizar los análisis de calidad en el laboratorio. Al momento del muestreo, el aceite se depositó en botellas plásticas con tapas de seguridad para evitar la entrada de oxígeno (O2) dentro de estas, así como también se procedió a cubrirlas con papel aluminio para evitar el paso de la luz y evitar su oxidación. Estas muestras se almacenaron a temperatura ambiente y en un lugar oscuro. 4.4 PARÁMETROS MEDIDOS Las mediciones de gases fueron realizadas en el taller Toyota del Atlántico S.A., en Guápiles, Provincia de Limón, Costa Rica, por medio del programa conocido como Analizador de Motores Bear, desarrollado en el año 2000 por la compañía Bear Engineering de Estados Unidos (EE.UU). El programa tiene un método establecido basado en el principio que se conoce como Medición Infrarroja 31 No Dispersiva de Gases (NDIR. Non - Dispersive Infrared) que detecta gases como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e hidrocarburos (HC) (Smith 2004)5. Para medir la opacidad del humo se utilizó un método establecido, el cual consistió en medir la absorción y dispersión de luz en el flujo total de gases de escape por medio de una fuente luminosa y un sensor fotoeléctrico (Comisión Nacional del Medio Ambiente 1994). Para determinar la calidad del aceite se realizaron análisis físico – químicos por contaminante (viscosidad, grado SAE, numero básico total (TBN), agua, combustible, hollín, oxidación / nitración) y metales de desgaste (silicio, hierro, cromo, cobre, níquel, plomo, aluminio) en el Laboratorio de Lubricantes Usados de la empresa Productos Lubricantes S.A. (PROLUSA), en San José, Costa Rica. Para determinar el contenido de agua, combustible, hollín y oxidación / nitración se realizaron análisis por medio del Espectrofotómetro Infrarrojo (IR), mientras que para determinar la presencia de metales usados y el TBN se realizaron análisis por medio del Espectrofotómetro de Absorción Atómica (AA) (Fernández 2004)6. Para determinar el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido se procedió a tomar el kilometraje de los vehículos cada 1.000 km dividido entre la cantidad de combustible consumido durante ese período. Este cálculo se realizo en el Departamento de Transportes de la Universidad EARTH, bajo la ayuda del señor Luis Diego Chacón (2004)7 responsable de dicho departamento. 5 Smith, E. 2004. Medición infrarroja no dispersiva de gases. (correo electrónico). La Uruca, San José, CR, Grupo Cartek – Tecnología Automotriz. 6 Fernández, L. 2004. Reporte de análisis de aceites usados. (correo electrónico). La Uruca, San José, CR, Productos Lubricantes S.A. Departamento Técnico – Laboratorio de Lubricantes Usados. 7 Chacón, LD. 2004. Cálculos para determinar el rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido en los vehículos (comunicación oral). Limón, CR, Universidad EARTH. 32 4.5 ANÁLISIS DE DATOS Los datos obtenidos se analizaron para realizar comparaciones entre los resultados obtenidos, en cada una de las pruebas, con la finalidad de mostrar su tendencia en los parámetros medidos durante cada evaluación, con y sin aditivo, en los vehículos sometidos a evaluación. 33 5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN El proyecto evaluó la efectividad del aditivo de aceite EM en la reducción de gases tóxicos en los vehículos de la Universidad EARTH y en un vehículo externo al proyecto. Los parámetros que se usaron para evaluar la efectividad del aditivo fueron: opacidad, CO, CO2, y HC respectivamente. También se realizaron análisis de O2 en los vehículos con motor de gasolina, análisis físico – químicos por contaminante (viscosidad, grado SAE, TBN, agua, combustible, hollín, oxidación / nitración), metales de desgaste (silicio, hierro, cromo, cobre, níquel, plomo, aluminio) en el aceite lubricante de un vehículo diesel. También se realizaron pruebas de rendimiento en km/L de combustible consumido en los vehículos sometidos a estudio. Para efectos de interpretación, la discusión se basó en los valores promedio de emisión de gases y en el uso de análisis de varianza realizados con el programa estadístico SAS. Para los niveles de emisión, la interpretación sé realizó según los niveles reglamentarios de emisión establecidos por la Ley de Tránsito por Vías Públicas Terrestres No. 7331 de Costa Rica. El rendimiento en km/L de combustible consumido se interpretó de acuerdo a los resultados obtenidos en las gráficas de cada vehículo y la calidad del aceite sé interpreto siguiendo las normas técnicas establecidas por el Laboratorio de Aceites Usados de la empresa PROLUSA. 34 5.1 OPACIDAD DEL HUMO La opacidad del humo, disminuyó gradualmente en los vehículos con combustible diesel que fueron sometidos a medición debido a que se produjo una mejora en la fase de combustión en el motor de los vehículos e hizo que se produjera un quemado más eficiente del combustible y se redujeran los niveles de opacidad. En las Figuras 2, 3, y 4 se puede apreciar el cambio en la concentración del porcentaje de opacidad del humo en cada uno de los vehículos durante el período de prueba. Estos niveles se redujeron sustancialmente a medida que los vehículos Opacidad del humo (%) aumentaban su recorrido en kilómetros. 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 2. Reducción del porcentaje de opacidad del humo en el vehículo Isuzu Kb, modelo 1999, a dos mil revoluciones por minuto. 35 Opacidad del humo (%) 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 3. Porcentaje de opacidad del humo en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1997, a dos mil revoluciones por minuto. Opacidad del humo (%) 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 4. Porcentaje de opacidad del humo en el vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002, a dos mil revoluciones por minuto. 36 En promedio, los valores de opacidad del humo en el vehículo Isuzu Kb, modelo 1999, fueron de 71,4% sin aditivo y 40,8% con aditivo, lo cual indica que hubo un porcentaje de reducción de 42,9%; en el vehículo Toyota Hilux, modelo, 1997, el nivel de opacidad obtuvo un valor promedio de 78,3% sin aditivo y 42,1% con aditivo, arrojando un porcentaje de reducción de 46,2%, mientras que en el vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002, la opacidad promedio fue de 76,9% sin aditivo y 63,9% con aditivo para la primera repetición (R-1) y 40,8% para la segunda repetición (R-2), lo cual indica que el aditivo de aceite EM redujo en un 16,9% y en un 46,9% el nivel de opacidad en la primera y segunda repetición. Estos valores de reducción permiten deducir que el aditivo de aceite EM reduce el nivel de opacidad un poco más del 40%, por lo que la primera repetición del vehículo Mitsubishi parece indicar que no coincide con los demás valores obtenidos. Cuadro 9. Porcentaje de variación del nivel de opacidad en los vehículos con combustible diesel. Vehículo Isuzu Kb, 1999 Toyota Hilux, 1997 Mitsubishi L200, 2002 (R-1) Mitsubishi L200, 2002. (R-2) Opacidad (%) Sin Aditivo Con Aditivo 71,4 40,8 78,3 42,1 76,9 63,9 76,9 40,8 Variación (%) -42,9 -46,2 -16,9 -46,9 El análisis estadístico de varianza determinó que no existe diferencia significativa (P > 0.05) entre marca de vehículos, pero sí diferencia altamente significativa (P < 0.01) en el porcentaje de opacidad con el uso de aditivo (ver Anexos 1 y 2). De acuerdo con la Ley No. 7331 de Tránsito por Vías Públicas de Costa Rica, el vehículo Isuzu Kb, modelo 1999, obtuvo un porcentaje promedio de opacidad del humo durante los 5.000 km de recorrido, sin aditivo, de 71,4% y con aditivo de 40,8%, permitiéndole al mismo cumplir con la Ley antes mencionada, la 37 cual exige un 70% de opacidad para los vehículos que son después del año 1999 con un peso menor a 3,5 toneladas. Con respecto al vehículo Toyota Hilux, modelo 1997, la opacidad promedio sin aditivo fue de 78,3% y 42,1% con aditivo, lo que indica en ambos casos, que el nivel de opacidad emitido cumple con el nivel exigido (80%) para los vehículos que son antes del año 1999 con un peso menor a 3,5 toneladas. No obstante, aunque los niveles emitidos cumplen con lo exigido por la Ley, se demuestra que con el uso de aditivo existe una alta reducción del porcentaje de opacidad, lo cual se traduce en una menor contaminación ambiental y en una mejor eficiencia en el quemado del combustible por el motor del vehículo. Al igual que los vehículos anteriores, el vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002, cumplió con los parámetros exigidos por la Ley No. 7331 al obtener en la primera repetición (R-1) un 63,9% de opacidad y en la segunda repetición (R-2) un 40,78% con el uso del aditivo. Sin embargo, sin el uso de aditivo este vehículo no cumple con la Ley porque el porcentaje de opacidad promedio fue de 76,9% y el nivel exigido es de 70% en los vehículos que son después del año 1999 con un peso menor a las 3,5 toneladas. 5.2 MONÓXIDO DE CARBONO (CO) El contenido de monóxido de carbono en los vehículos a gasolina varía de acuerdo a las revoluciones por minuto (800 r.p.m. y 2.000 r.p.m.) en que fueron hechas las mediciones, por lo que en los resultados obtenidos se encuentran diferencias importantes al momento de acelerar o no acelerar el vehículo. Estas diferencias probablemente se deban a una mejora en la relación estequiometrica entre el combustible y el aire, la cual provoca una reducción en la emisión de monóxido de carbono. Estos resultados permitieron confirmar la efectividad del aditivo de aceite EM en la reducción de monóxido de carbono y relacionar los resultados obtenidos en 38 esta investigación con los encontrados por Yang (2002), en China, en vehículos con combustible diesel. Al lograrse una mejora en el proceso de combustión se logra una disminución de monóxido de carbono en forma de gas y en forma de partículas sólidas, por lo que el aditivo de aceite EM es una gran herramienta para disminuir la emisión de este gas al medio ambiente. Como se puede ver en las Figuras 5 y 6 el porcentaje de monóxido de carbono varía de acuerdo a las revoluciones por minuto en que se realizaron las pruebas con el uso y no uso de aditivo. 39 800 r.p.m 0.7 0.6 CO (%) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 1000 2000 3000 2.000 r.p.m. 0 1000 2000 0.6 4000 5000 0.5 CO (%) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 5. Porcentaje de CO en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m. 40 800 r.p.m. 0.09 0.08 CO (%) 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 4000 5000 2.000 r.p.m. 0.25 CO (%) 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 1000 2000 3000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 6. Porcentaje de CO en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. El valor promedio de monóxido de carbono (CO) del vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a ochocientas revoluciones por minuto sin aditivo fue de 0,104% por volumen, mientras que el valor promedio con aditivo fue de 0,15% para la primera repetición (R-1) y 0,27% para la segunda repetición (R-2), en donde sé encontró un aumento de 44,2% de este gas para la primera repetición y un 159,62% para la 41 segunda repetición, lo cual demuestra claramente que el aditivo de aceite EM no produjo una buena efectividad en este caso. En las mediciones hechas a dos mil revoluciones por minuto el valor promedio fue de 0,338% sin aditivo, sin embargo, con el uso de aditivo los valores promedio fueron de 0,135% para la primera repetición (R-1) y 0,118% para la segunda repetición (R-2) lo que indica una reducción de 60,1% y 65,24% respectivamente. Esto evidencia la efectividad del producto cuando el motor del vehículo se encuentra acelerado. En el caso del vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a ochocientas revoluciones minuto el valor promedio sin aditivo fue de 0,046% y 0,023% con aditivo lo cual provocó una reducción de un 49,3% en la emisión de este gas. Este resultado contrasta con el vehículo anterior porque no hubo una reducción en el contenido de monóxido de carbono emitido. Con respecto a las mediciones realizadas a dos mil revoluciones por minuto el valor promedio sin aditivo fue de 0,11% y de 0,077% con aditivo, lo cual representa una reducción de 31,9% en la emisión de este gas. Cuadro 10. Porcentaje de variación del nivel de monóxido de carbono en los vehículos con combustible gasolina. Vehículo Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Rav4, 1998 Toyota Rav4, 1998 r.p.m 800 800 2.000 2.000 800 2.000 Monóxido de Carbono (%) Sin Aditivo Con Aditivo 0,104 0,15 0,104 0,27 0,338 0,135 0,338 0,118 0,046 0,023 0,11 0,077 Variación (%) +44,2 +159,62 -60,1 -65,24 -49,3 -31,9 El análisis estadístico realizado demostró que existe diferencia significativa (P < 0.05) entre marcas de vehículos y diferencia no significativa (P > 0.05) con el uso de aditivo. También se determino que no existe diferencia significativa entre la máxima y mínima revolución por minuto (ver Anexo 3). 42 El vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, en la prueba realizada a ochocientas revoluciones por minuto, con y sin aditivo, cumple con el nivel exigido por la Ley No. 7331 la cual exige un 0,5% por volumen, mientras que en la prueba realizada a dos mil revoluciones por minuto, sin aditivo, no logra cumplir con el valor aceptado, 0,3% de volumen, no obstante, en la prueba realizada a dos mil revoluciones por minuto con aditivo si cumple con el nivel exigido. En cuanto al vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, los valores promedio obtenidos, con y sin aditivo, cumplen con el nivel exigido, el cual debe ser ≤ 2% de volumen. 5.3 DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) La emisión de dióxido de carbono en los vehículos con motor de gasolina presentó un aumento con el uso de aditivo en las pruebas realizadas a ochocientas revoluciones por minuto (800 r.p.m.) y dos mil revoluciones por minuto (2.000 r.p.m.). Este aumento se debió por una mejor combustión y una mejor relación estequiometrica entre el combustible y el aire, en el motor de los vehículos, lo cual produce una reducción en el contenido de monóxido de carbono (CO) pero al mismo tiempo un aumento en el contenido de dióxido de carbono. Esto se explica químicamente al producirse una combinación entre el oxígeno (02) y el carbono (C) el cual se encuentra en forma de cadenas de carbono en los combustibles de origen fósil. C + O 2 → CO 2 ↑ Las Figuras 7 y 8 muestran el comportamiento del contenido de dióxido de carbono en los vehículos sometidos a evaluación. 43 800 r.p.m. CO2 (%) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 3000 4000 5000 2000 r.p.m. 18 16 14 CO2 (%) 12 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 7. Porcentaje de CO2 en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m. 44 800 r.p.m 17.00 CO2 (%) 16.50 16.00 15.50 15.00 14.50 14.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 2.000 r.p.m CO2 (%) 17.00 16.50 16.00 15.50 15.00 14.50 14.00 13.50 13.00 12.50 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 8. Porcentaje de CO2 en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. En el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, el valor promedio del contenido de dióxido de carbono a ochocientas revoluciones por minuto fue de 13,57% sin aditivo, mientras que con el uso de aditivo los valores promedio obtenidos fueron de 14,85% para la primera repetición (R-1) y 14,70% para la segunda repetición (R-2), donde se determinó que hubo un aumento de 9,42% y 8,28% en ambas repeticiones. Los resultados promedio en las pruebas realizadas a dos mil revoluciones por minuto determinaron que sin el uso de aditivo el contenido de 45 dióxido de carbono fue de 13,84% y con el uso de aditivo de 14,09% para la primera repetición (R-1) y 14,65% para la segunda repetición (R-2), lo cual produjo un aumento de 1,77% y 5,86% para la primera y segunda repetición. El contenido promedio de dióxido de carbono en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, fue de 15,58% sin aditivo y 15,64% con aditivo en las pruebas realizadas a ochocientas revoluciones por minuto lo que produjo un leve aumento del 0,419% de este gas. En cuanto a las pruebas hechas a dos mil revoluciones por minuto el valor promedio de dióxido de carbono fue de 15,23% sin aditivo y 15,61% con aditivo, lo que representa un aumento de 2,48%. Cuadro 11. Porcentaje de variación del nivel de dióxido de carbono en los vehículos con combustible gasolina. Vehículo Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Rav4, 1998 Toyota Rav4, 1998 r.p.m 800 800 2.000 2.000 800 2.000 Dióxido de Carbono (%) Sin Aditivo Con Aditivo 13,57 14,85 13,57 14,70 13,84 14,09 13,84 14,65 15,58 15,64 15,23 15,61 Variación (%) +9,42 +8,28 +1,77 +5,86 +0,419 +2,48 Los resultados estadísticos realizados indican que hubo diferencia altamente significativa (P < 0.01) entre marcas y diferencia no significativa (P > 0.05) en el contenido de dióxido de carbono con el uso de aditivo. También se encontró una diferencia no significativa entre la máxima y mínima revolución por minuto (ver Anexo 4). La Ley No. 7331 no indica los valores permisibles en la emisión de dióxido de carbono en los modelos de vehículos que son antes del año 1999 por lo que no se pudo obtener una interpretación exacta de los mismos. No obstante, en comparación con los datos permitidos para los vehículos después del año 1999 a ochocientas y dos mil revoluciones por minuto los resultados obtenidos, en ambos 46 vehículos, son aceptables debido a que los valores exigidos deben ser ≥ 10% y ≥ 12%. 5.4 HIDROCARBUROS (HC) De acuerdo con Gutiérrez et al (1997) los vehículos a gasolina disminuyen la emisión de hidrocarburos al mejorar la relación estequiometrica del combustible con el oxígeno. No obstante, al reducirse su emisión también se produce un aumento en la emisión de CO2. Este fenómeno se explica por medio de la siguiente formula química: 4 HC +5O 2 →2 H 2 O↑ +4CO 2 ↑ En las Figuras 9 y 10 se observa el comportamiento del contenido de hidrocarburos en los vehículos Toyota Hilux modelo 1999 y Toyota Rav4 modelo 1998. 47 800 r.p.m. HC (ppm) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 4000 5000 2.000 r.p.m 140 HC (ppm) 120 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 9. Contenido de HC en partes por millón en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m. 48 HC (ppm) 800 r.p. m. 200.00 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 2.000 r.p.m. 90.00 80.00 HC (ppm) 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 10. Contenido de HC en partes por millón en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. De acuerdo a las pruebas de emisión de hidrocarburos los resultados demuestran una reducción en su contenido con el uso de aditivo. En el vehículo Toyota Hilux, el resultado promedio a ochocientas revoluciones por minuto, sin aditivo, fue de 103 ppm, mientras que con aditivo la primera repetición (R-1) y segunda repetición (R-2) presentaron valores de 55,25 ppm y 83 ppm lo cual produjo una reducción de 46,36% y 19,42% respectivamente. En las pruebas 49 realizadas a dos mil revoluciones por minuto el contenido de hidrocarburos sin aditivo fue de 90,8 ppm, mientras que con aditivo fue de 5,75 ppm para la primera repetición y 74 ppm para la segunda repetición representando, en promedio, una reducción de 38,6% y 18,50% para ambas repeticiones. Los resultados obtenidos en el vehículo Toyota Rav4, sin aditivo, arrojaron un resultado promedio en el contenido de hidrocarburos de 103,80 ppm, mientras que con aditivo fue de 69,67 ppm, lo cual indica una disminución de 32,88%. Las pruebas realizadas a dos mil revoluciones por minuto determinaron un contenido de 69 ppm sin aditivo y 44,67 ppm con aditivo, lo cual expresa una reducción de 35,27% en la emisión de este gas. Cuadro 12. Porcentaje de variación en el nivel de hidrocarburos en los vehículos con combustible gasolina. Vehículo Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Rav, 1998 Toyota Rav, 1998 r.p.m 800 800 2.000 2.000 800 2.000 Hidrocarburos (ppm) Sin Aditivo Con Aditivo 103 55,25 103 83 90,8 55,75 90,8 74 103,80 69,67 69 44,67 Variación (%) -46,36 -19,42 -38,6 -18,5 -32,88 -35,27 El análisis estadístico realizado determinó que no existe diferencia significativa (P > 0.05) entre marcas, así como también en la mínima y máxima revolución por minuto. Sin embargo, sí se encontró diferencia significativa (P < 0.05) con el uso de aditivo en el contenido de hidrocarburos (ver Anexo 5). Según la Ley No. 7331 los vehículos evaluados, en todo momento, cumplieron con los valores permisibles sin el uso de aditivo, pese a ello, se encontró que hubo una mayor reducción en el contenido de hidrocarburos con el uso de aditivo debido a que los valores permisibles en los vehículos del año 1999 deben ser ≤ 125 ppm en las pruebas realizadas a ochocientas revoluciones por minuto y ≤ 100 ppm en las pruebas realizadas a dos mil revoluciones por minuto, 50 mientras que los vehículos del año 1998 deben emitir una cantidad ≤ 350 ppm a ochocientas revoluciones por minuto. 5.5 OXÍGENO (O2) Se realizaron pruebas de medición de oxígeno en los vehículos a gasolina para determinar su contenido en los gases tóxicos evaluados en este proyecto. La importancia de su medición radica en conocer su contenido en los gases emitidos debido a que la ausencia o menor emisión de este es señal de que existe un buen funcionamiento del motor y un mejor proceso de combustión. La función del aditivo en este aspecto se basa en el mejoramiento del funcionamiento del motor, el cual se traduce en una mejora de la relación estequiometrica entre el combustible y el oxígeno, en este caso, en los vehículos a gasolina. El contenido de oxígeno, en porcentaje (%), en los vehículos a gasolina (Toyota Hilux modelo 1999 y Toyota Rav4 modelo 1998) se observa en las Figuras 11 y 12. 51 800 r.p.m. 16 14 O2 (%) 12 10 8 6 4 2 0 0 1000 16 2000 3000 4000 5000 4000 5000 2.000 r.p.m. 14 O2 (%) 12 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 11. Contenido de O2 en porcentaje en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999, a 800 y 2.000 r.p.m. 52 14 800 r.p.m. 12 O2 (%) 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 4000 5000 2.000 r.p.m. 8.00 7.00 O2 (%) 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0 1000 2000 3000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 12. Contenido de O2 en porcentaje en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998, a 800 y 2.000 r.p.m. Los resultados obtenidos en las pruebas de contenido de oxígeno arrojaron un resultado promedio de 3,34% de oxígeno en el vehículo Toyota Hilux, sin aditivo, a ochocientas revoluciones por minuto. Los resultados promedio con aditivo en la primera repetición (R-1) y segunda repetición (R-2) fueron de 3,71% y 4,99% respectivamente, lo cual indico un aumento de 10,86% en el contenido de oxígeno con aditivo en la primera repetición y 49,31% en la segunda repetición. 53 A pesar de que se nota gráficamente que hubo una disminución en el contenido de este gas en la primera repetición, los resultados promedio indican lo contrario, debido al alto valor obtenido en el tiempo cero con el uso de aditivo. El comportamiento de la gráfica en la segunda repetición, a pesar de que el valor inicial es cero, también muestra un aumento progresivo en los 1.000, 2.000 y 5.000 km en el contenido de oxígeno lo cual provoca un aumento promedio en el contenido del mismo. Los valores promedio en este mismo vehículo indican que a dos mil revoluciones por minuto el contenido promedio de oxígeno fue de 2,47%, sin aditivo, y 3,61% para la primera repetición (R-1) y 5,04% para la segunda repetición (R-2) con aditivo, lo cual indica un aumento de 46,17% y 104,01%. El comportamiento de la gráfica es similar a las mediciones hechas a ochocientas revoluciones por minuto por lo que la explicación a estos resultados es similar a la anterior. En el vehículo Toyota Rav4 los resultados obtenidos, en promedio, indican un valor de 2,66% de oxígeno sin aditivo a ochocientas revoluciones por minuto, y con aditivo de 3,8% lo cual representa un aumento de 42,95%. En el caso de las pruebas realizadas a dos mil revoluciones por minuto el valor promedio obtenido fue de 0,24% en el contenido de oxígeno sin aditivo y 3,99% con aditivo, esto representa un aumento de 1.597,87% en el contenido del mismo. El alto aumento en porcentaje en el contenido de oxígeno de este vehículo, con aditivo, se debe a la falta de datos al inicio de la investigación. 54 Cuadro 13. Porcentaje de variación en el nivel de oxígeno en los vehículos con combustible gasolina. Vehículo Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Hilux, 1999 (R-1) Toyota Hilux, 1999 (R-2) Toyota Rav, 1998 Toyota Rav, 1998 r.p.m 800 800 2.000 2.000 800 2.000 Oxígeno (%) Sin Aditivo Con Aditivo 3,34 3,71 3,34 4,99 2,47 3,61 2,47 5,04 2,66 3,8 0,24 3,99 Variación (%) +10,86 +49,31 +46,17 +104,01 +42,95 +1.597,87 Los resultados estadísticos en el contenido de oxígeno determinaron que no existe diferencia significativa (P < 0.05) entre marcas de vehículos, uso de aditivo y entre la mínima y máxima revolución por minuto (ver Anexo 6). 5.6 RENDIMIENTO EN KILOMETRO POR LITRO DE COMBUSTIBLE (km/L) Se evaluó el rendimiento en km/L de combustible consumido en los vehículos sometidos a estudio con la finalidad de determinar el efecto del aditivo de aceite EM en este parámetro. El comportamiento general en el rendimiento en km/L en los vehículos, con y sin aditivo, es muy similar. En las Figuras 13, 14, 15, 16 y 17 se puede observar una diferencia mínima en cada una de las pruebas realizadas. 55 12 Rendimiento (km/L) 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 13. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Isuzu Kb, modelo 1999. 12 Rendimiento (km/L) 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 14. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1997. 56 Rendimiento (km/L) 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 15. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002. Rendimiento (km/L) 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo (R-1) Con aditivo (R-2) Figura 16. Rendimiento en km/L de combustible consumido en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1999. 57 35 Rendimiento (km/L) 30 25 20 15 10 5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 km Sin aditivo Con aditivo Figura 17. Rendimiento en kilómetros por litro de combustible consumido en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998. Los valores promedio con y sin aditivo muestran una diferencia mínima, no obstante, un bajo rendimiento en kilómetro por litro de combustible consumido puede deberse básicamente a un mal funcionamiento en el filtro de aceite del motor, a inyectores sucios que impiden el paso libre del combustible o por la falta de aire en las llantas del vehículo que hacen que se desplace de una forma “lenta”. El análisis estadístico determinó que no existe diferencia significativa (P > 0.05) entre marca de vehículo y entre el rendimiento en kilómetro por litro de combustible consumido con el uso de aditivo (ver Anexo 7). 58 5.7 CALIDAD DEL ACEITE LUBRICANTE Según Fernández (2004)8 los parámetros utilizados para medir la calidad del aceite lubricante se basan en el análisis físico – químico / contaminantes y en el análisis de metales de desgaste, por lo que estos análisis se realizaron para determinar el efecto del aditivo de aceite EM en las propiedades del aceite lubricante Castrol Tection 15W – 40. 5.7.1 Análisis físico – químicos / contaminantes Viscosidad: se mide en centistokes (cSt) y se define como la resistencia a fluir de un líquido. Grado SAE: es resultado de la viscosidad obtenida y va de acuerdo con la tabla de clasificación de viscosidad para aceites de motor SAE J300. Número Básico Total (TBN): mide la reserva alcalina del aceite que permite neutralizar ácidos dañinos producidos en la combustión del motor diesel y que debe ser comparado con los valores de aceite nuevo, permitiendo una variación hasta del 50% con respecto al TBN original. Agua: cuya presencia en el lubricante constituye una de las principales causas de oxidación y degradación del mismo. Los valores permitidos en % por volumen no deben exceder el 0.2%. Combustible: la presencia de este produce una disminución de la viscosidad original del aceite. Cuyo problema normalmente se debe a la relación combustible:aire descalibrada, bomba de inyección o inyectores defectuosos. 8 Fernández, L. 2004. Guía para la interpretación de reporte de análisis (correo electrónico). La Uruca, San José, CR, Productos Lubricantes S.A. Departamento Técnico – Laboratorio de Lubricantes Usados. 59 Hollín: son partículas muy pequeñas, en su mayoría de carbón, producto de la combustión incompleta en el motor de los vehículos. Este se mide en % peso. Oxidación / nitración: la oxidación ocurre básicamente cuando los hidrocarburos presentes en el aceite se combinan químicamente con el oxígeno. A medida que el aceite se oxida se forman polímeros que a su vez aumentan la viscosidad del lubricante. La nitración básicamente afecta los motores a gasolina y acelera el proceso de oxidación, la mayoría de los productos de la nitración son de naturaleza ácida y corroen las superficies metálicas. 5.7.2 Análisis de metales de desgaste en partes por millón (ppm). Silicio: indica la presencia de tierra en el aceite. Se permite un máximo de 5 ppm y se considera como condición crítica más de 15 ppm. Hierro: proviene de cilindros, tren de válvulas, cigüeñal, bomba de aceite, salineras y/o engranajes. Se permite un máximo de 40 ppm, se considera condición crítica más de 100 ppm. Cobre: proviene de bearings de biela, guías de válvulas y bushings. Se permite un máximo de 15 ppm, se considera condición crítica más de 45 ppm. Plomo: proveniente de los bearings de biela y arandelas. Se permite un máximo de 15 ppm y se considera como condición crítica más de 40 ppm. Aluminio: proviene de pistones, bloque y cabezote. Junto con el silicio indica la presencia de tierra en el lubricante. Se permite un máximo de 6 ppm, se considera condición crítica más de 20 ppm. 60 Níquel: proviene de guías de válvulas, bearings y ejes. Se permite un máximo de 10 ppm y se considera condición crítica más de 25 ppm. Cromo: proviene de anillos, cilindros y salineras. Se permite un máximo de 5 ppm, se considera condición crítica más de 15 ppm. Los resultados obtenidos indicaron que no se encontró diferencia en las propiedades del aceite en las muestras de aceite nuevo (0 km) sin y con aditivo, es decir que los valores encontrados fueron datos típicos de un aceite nuevo, mientras que en las muestras de aceite usado (5.000 km) sin y con aditivo determinaron que los valores de hollín (4,3% peso y 4,0% peso respectivamente) fueron elevados debido a que el valor máximo permitido es de 3% peso. En este caso la viscosidad también se encontró con valores ligeramente altos, 17.14 cSt (centistokes) y 18,72 cSt, cuya variación máxima se permite hasta 3 cSt con respecto al valor original del aceite nuevo, los cuales fueron de 14,60 cSt y 14,28 cSt respectivamente. Las causas principales en el aumento del contenido de hollín en el aceite del motor diesel pueden ser debidas principalmente a una mala combustión, producto de una inadecuada relación combustible:aire, por un mal estado del filtro de aire o por un mal funcionamiento de la bomba de inyección y/o inyectores, por una baja compresión del motor, por un excesivo funcionamiento del motor al mínimo o por períodos de cambio de aceite muy prolongados. El aumento de la viscosidad esta íntimamente relacionada con el aumento en el contenido de hollín en el aceite del motor y por los efectos de oxidación del lubricante. Mientras que esta disminuye por la presencia de combustible. En cuanto al desgaste de metales y TBN los valores encontrados fueron de condición normal. Estas pruebas fueron realizadas en el vehículo Toyota Hilux, modelo 1997 (ver Anexos 8, 9, 10 y 11). 61 5.8 EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL ADITIVO DE ACEITE EM EN OTROS VEHÍCULOS Se realizó una prueba para determinar el efecto del aditivo de aceite EM en la reducción de gases tóxicos en un vehículo marca Kia, con motor de gasolina y aceite usado, modelo 1993 el cual no lograba pasar la prueba de emisión de gases en la revisión técnica de vehículos hecha por RITEVE S y C. El análisis determino que hubo reducción de 84,04% en el contenido de monóxido de carbono en la prueba realizada a 800 r.p.m; 94,66% en la prueba realizada a 2.000 r.p.m y 96,81% en la prueba realizada a 4.000 r.p.m. También se determino que hubo una reducción de 49,33% en el contenido de hidrocarburos en la prueba hecha a 800 r.p.m; un aumento de 149,22% en la prueba hecha a 2.000 r.p.m y una disminución de 49,66% en la prueba realizada a 4.000 r.p.m; mientras que en las pruebas de dióxido de carbono se encontró que hubo una disminución de 5,25% en la prueba hecha a 800 r.p.m; un aumento de 0,09% en la prueba a 2.000 r.p.m y una disminución de 1,02% en la prueba realizada a 4.000 r.p.m, lo cual permite confirmar la efectividad del producto en la reducción de gases tóxicos en vehículos a gasolina. En el análisis realizado para determinar el contenido de oxígeno se encontró que no hubo ningún efecto con el uso de aditivo (ver Cuadros 14 y 15). 62 Cuadro 14. Resultados obtenidos en el vehículo Kia, modelo 1993, sin aditivo. r.p.m 800 2.000 4.000 CO % 4,45 6,37 4,4 HC ppm 448 225 149 CO2 % O2 % 9,9 10,39 11,71 0,0 0,0 0,0 Cuadro 15. Resultados obtenidos en el vehículo Kia, modelo 1993, con aditivo. r.p.m 800 2.000 4.000 CO % 0,71 0,34 0,14 HC ppm 227 662 75 CO2 % O2 % 9,38 10,4 11,59 0,0 0,0 0,0 Los resultados obtenidos en este vehículo no se pudieron analizar estadísticamente debido a que el número de pruebas realizadas era muy bajo. La reducción de gases tóxicos en los vehículos con el uso del aditivo de aceite EM tiene un gran impacto positivo debido a que con el mismo se puede lograr la disminución de gases causantes de enfermedades en los seres humanos y los problemas generados por estos en el medio ambiente (capa de ozono, cambio climático y efecto invernadero). Al obtenerse resultados positivos en vehículos con combustible diesel y gasolina hace que el aditivo de aceite EM pueda ser utilizado en máquinas industriales, agrícolas y otros equipos con motores de combustión interna, lográndose reducir más los problemas de salud y ambiente a nivel nacional, regional y mundial. 63 6 CONCLUSIÓN Al evaluar la efectividad del aditivo de aceite EM en la reducción de gases tóxicos en vehículos se pudo comprobar que: El aditivo reduce los niveles de opacidad en los vehículos diesel. La reducción encontrada fue altamente significativa. El aditivo disminuye la emisión de monóxido de carbono en los vehículos con motor de gasolina. Sin embargo, estadísticamente no existe una diferencia significativa en los resultados obtenidos. El aditivo aumenta la emisión de dióxido de carbono debido a una mejora en la combustión. El aditivo disminuye la emisión de hidrocarburos significativamente. El aditivo no provocó diferencia significativa en el contenido de oxígeno de los vehículos. El aditivo no provocó ningún cambio significativo en el rendimiento en km/L de combustible consumido en los vehículos. El aditivo no provocó ningún cambio en las propiedades del aceite lubricante. Se concluye también que el aditivo de aceite EM puede tener un alto grado de importancia en el país porque disminuye la emisión de gases que provocan daños en la salud humana y el medio ambiente, por lo que este producto puede tener un alto potencial de carácter ambiental en lo que al calentamiento global se refiere. 64 7 RECOMENDACIONES Las recomendaciones que en esta sección se presentan se basan en los resultados obtenidos durante la investigación y tienen la finalidad de que en evaluaciones futuras se obtengan resultados que permitan confirmar aún más la efectividad del aditivo de aceite EM en este tipo de vehículos, por lo que para ello se recomienda tomar en cuenta los siguientes aspectos: Realizar las pruebas de emisión de gases a un menor kilometraje con la finalidad de obtener una mayor cantidad de repeticiones en los vehículos sometidos a estudio. Utilizar vehículos de una misma marca y modelo para obtener resultados estadísticos que brinden una mayor confianza y exactitud. Determinar el consumo de combustible en los vehículos para comprobar el efecto del aditivo de aceite EM en la reducción del mismo. Realizar una mayor cantidad de pruebas en el aceite lubricante, tanto en vehículos diesel como gasolina, para determinar el efecto del aditivo de aceite EM en las propiedades del mismo. Utilizar el mismo tipo de aceite para no variar el efecto del aditivo de aceite EM en los resultados obtenidos en este proyecto. 65 8 BIBLIOGRAFÍA CITADA Chávez, A. 2002. La contaminación atmosférica en el área metropolitana de Costa Rica (en línea). Universidad de Costa Rica. Consultado el 15 de jun. de 2004. Disponible en: http://historia.fcs.ucr.ac.cr/boletin/2003/ago2003/Ultimonumerodelarevistageobuzon.htm Comisión Nacional del Medio Ambiente, 1994. Normas de emisión de contaminantes aplicables a los vehículos motorizados. (en línea). Ministerio de Transporte y Telecomunicaciones, CL. Consultado el 12 de oct. de 2004. Disponible en: http://www.conama.cl/portal/1255/fo-article-27164.pdf Gilardi, J. 1985. Motores de combustión interna. Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura, San José, CR. p: 12, 25 – 30, 37 – 42. Gutiérrez, R; Cruz, JC; Gálvez, JC; Carballo, E. 1997. El motor de combustión interna y su impacto ambiental. (en línea). Universidad de Ciego de Ávila, CU. Consultado el 8 de jun. de 2004. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impactoambiental.shtml Loaiza, V. 2000. Autos usados contaminan más. (en línea). La Nación, San José, CR. Consultado el 10 de jun. de 2004. Disponible en: http://www.nacion.com/ln_ee/2000/mayo/19/pais1.html Murillo, A. 2004. Control de emisiones es insuficiente. (en línea). La Nación, San José, CR. Consultado el 8 de jun. de 2004. Disponible en: http://www.nacion.com/ln_ee/2004/febrero/05/pais7.html Oviedo, E. 2003. Gasolina contiene sustancias que enferman. La Nación, San José, CR. Consultado el 10 de jun. de 2004. Disponible en: http://www.nacion.com/ln_ee/2003/abril/27/pais1.html Oviedo, E. 2003. 44% de autos usados no pasan la revisión. (en línea). La Nación, San José, CR. Consultado el 8 de jun. de 2004. Disponible en: http://www.nacion.com/ln_ee/2003/enero/22/pais2.html 66 Universidad Tecnológica de Panamá, 2000. Motores de combustión interna, aditivos en lubricantes y combustibles. (en línea). Facultad de Ingeniería Mecánica. Consultado el 8 de jun. de 2004. Disponible en: http://www1.universia.net/CatalogaXXI/pub/ir.asp?IdURL=48936&IDC=1001 0&IDP=ES&IDI=1 Yang, YW. 2002. Test exhaust pollutants and performance of the engines – EM Oil Additive. Report number: 20SB02110. Shang Hai Combustion Engine Research Institute, Nanjing, CN. p: 4. Kyukeiren Organization, 2002. MC Eco Oil, prolonging the life of Engine Oil and Reducing Harmful Emissions. (en línea). JP. Consultado el 24 de ago. de 2004. Disponible en: www.kyukeiren.or.jp/english/newsletter/no21/watching/ 67 9 ANEXOS Anexo 1. Análisis de varianza de las pruebas de opacidad del humo. Source Model Error Corrected Total DF 5 32 37 R-Square 0.399817 Source Marca Tipo Marca*Tipo DF 2 1 2 Sum of squares Mean square 7671.20628 1534.24126 11515.58767 359.86211 19186.79395 Coeff Var 31.01946 Root MSE 18.97003 Sum of squares Mean square 257.132754 128.566377 7064.665836 7064.665836 349.40769 174.703845 F value 4.26 Opacidad Mean 61.15526 F value 0.36 19.63 0.49 Anexo 2. Prueba de Duncan de las pruebas de opacidad del humo. Alpha Error Degrees of freedom Error Mean Square Harmonic Mean od Cell Size 0.05 32 359.8621 12.27907 Number od Means Critical Range 2 15.59 3 16.39 Means with the same letter are not significantly different. Duncan Grouping Mean N Marca A 64.264 11 Toyota A A 61.544 16 Mitsu A A 57.482 11 Isuzu A * Diferencia significativa ** Diferencia altamente significativa. NS Diferencia no significativa. 69 Pr > F 0.0044 ** Pr > F 0.7023 NS 0.0001 ** 0.6199 NS Anexo 3. Análisis de varianza de la prueba de monóxido de carbono (CO). Source Model Error Corrected Tota DF 3 37 40 R-Square 0.221447 Source Marca Tipo rpm DF 1 1 1 Sum of squares Mean square 0.1724455 0.05748183 0.60627645 0.01638585 0.77872195 Coeff Var 89.25674 Root MSE 0.128007 Sum of squares Mean square 0.14421016 0.14421016 0.00267434 0.00267434 0.025561 0.025561 F value 3.51 Pr > F 0.0246 * CO Mean 0.143415 F value 8.8 0.16 1.56 Pr > F 0.0053 ** 0.6885 NS 0.2195 NS Anexo 4. Análisis de varianza de la prueba dióxido de carbono (CO2). Source Model Error Corrected Total DF 3 37 40 R-Square 0.327016 Source Marca Tipo rpm DF 1 1 1 Sum of squares Mean square 16.84322478 5.61440826 34.66262401 0.93682768 51.50584878 Coeff Var 6.583033 Root MSE 0.967899 Sum of squares Mean square 15.22967545 15.22967545 1.17126983 1.17126983 0.44227949 0.44227949 70 F value 5.99 Pr > F 0.002 ** CO2 Mean 14.70293 F value 16.26 1.25 0.47 Pr > F 0.0003 ** 0.2707 NS 0.4963 NS Anexo 5. Análisis de varianza de la prueba de hidrocarburos (HC). Source Model Error Corrected Total DF 3 37 40 R-Square 0.18699 Source Marca Tipo rpm DF 1 1 1 Sum of squares Mean square 11107.26489 3702.42163 48292.93023 1305.21433 59400.19512 Coeff Var 46.59446 Root MSE 36.12775 Sum of squares Mean square 65.961789 65.961789 8294.896079 8294.896079 2746.407027 2746.407027 F value 2.84 Pr > F 0.0512 NS HC Mean 77.53659 F value 0.05 6.36 2.1 Pr > F 0.8234 NS 0.0161 * 0.1553 NS Anexo 6. Análisis de varianza de la prueba de oxígeno (O2). Source Model Error Corrected Total DF 3 37 40 R-Square 0.078455 Source Marca Tipo rpm DF 1 1 1 Sum of squares Mean square 57.9473995 19.3157998 680.6579225 18.3961601 738.605322 Coeff Var 129.322 Root MSE 4.289075 Sum of squares Mean square 15.56730246 15.56730246 38.24082171 38.24082171 4.13927528 4.13927528 71 F value 1.05 Pr > F 0.382 NS O2 Mean 3.316585 F value 0.85 2.08 0.23 Pr > F 0.3636 NS 0.1578 NS 0.638 NS Anexo 7. Análisis de varianza de la prueba de rendimiento en kilómetros por litro (km/L). Source Model Error Corrected Total DF 9 50 59 R-Square 0.220678 Source Marca Tipo Marca*Tipo DF 4 1 4 Sum of squares Mean square 1575.608953 175.067661 5564.246807 111.284936 7139.85576 Coeff Var 99.35174 Root MSE 10.54917 Sum of Square Mean Square 709.9951718 177.498793 128.0215296 128.0215296 737.5922518 184.398063 72 F value 1.57 Pr > F 0.1492 NS Rendimiento Mean 10.618 F value 1.59 1.15 1.66 Pr > F 0.1902 NS 0.2886 NS 0.1748 NS Anexo 8. Reporte de análisis de aceite nuevo sin aditivo a los cero kilómetros (0 km). Productos Lubricantes, S.A. Tel. (506) 210-2600 Fax (506) 231-6841 www.prolusa.com DEPARTAMENTO TECNICO LABORATORIO DE LUBRICANTES REPORTE DE ANALISIS CLIENTE: Universidad EARTH CONTACTOS: Elio Guevara / Kalema Andrew TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001 E-MAIL: [email protected] / [email protected] MUESTRA DE ACEITE NUEVO sin Aditivo MARCA: CASTROL TECTION 15W-40 N° DE IDENTIFICACION: 041026 (41-130 #2) * Muestra tomada por el interesado RESULTADOS DE LABORATORIO MUESTRA N° L A B / F E C H A 041026 12/10/2004 K m / M i l l / H r ANÁLISIS FISICO-QUIMICOS / CONTAMINANTES H C A T G V O O G B R I L M U N A S L B A D C I U O N S @ T 100°C S I A B E % mg/g %Vol. L cSt E Peso 0 Km Sin 14.60 40 9.83 Aditivo < 0.1 METALES DE DESGASTE O X I D A C * N I T R Neg. Neg. Neg. S I L I C I O H I E R R O C R O M O C O B R E N I Q U E L P L O M O A L U M I N I O ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm 0 0 0 0 0 0 0 COMENTARIO TECNICO Y RECOMENDACIONES Dato típicos de aceite nuevo. Ing. Leonardo Fernández 73 Anexo 9. Reporte de análisis de aceite usado sin aditivo a los cinco mil kilómetros (5.000 km). Productos Lubricantes, S.A. Tel. (506) 210-2600 Fax (506) 231-6841 www.prolusa.com DEPARTAMENTO TECNICO LABORATORIO DE LUBRICANTES REPORTE DE ANALISIS CLIENTE: Universidad EARTH CONTACTOS: Elio Guevara / Kalema Andrew TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001 E-MAIL: [email protected] / [email protected] UNIDAD MUESTRA MARCA: MOTOR: MODELO Y AÑO: Km / Mill / Hr: N° DE PLACA: PRODUCTO: CASTROL TECTION S 15W-40 Km / Mill / Hr: 5000 Km Sin Aditivo N° DE IDENTIFICACION: 041027 (41-130 #3) * Muestra tomada por el interesado RESULTADOS DE LABORATORIO MUESTRA N° L A B / F E C H A K m / M i l l / H r ANÁLISIS FISICO-QUIMICOS / CONTAMINANTES H C A T G V O O G B R I L M U N A S L B A D C I U O N S @ T 100°C S I A B E % mg/g %Vol. L cSt E Peso 041027 5000 * * 12/10/2004 Km 17.14 50 8.71 < 0.1 Neg. ** 4.3 METALES DE DESGASTE O X I D A C * N I T R Neg. S I L I C I O H I E R R O C R O M O C O B R E N I Q U E L P L O M O A L U M I N I O ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm 3 29 0 11 0 0 2 COMENTARIO TECNICO Y RECOMENDACIONES Contenido elevado de hollín en el aceite ( máximo 3 % ), viscosidad ligeramente alta. Se adjunta información al respecto. Desgaste de metales y TBN en condición normal. Ing. Leonardo Fernández 74 Anexo 10. Prueba de análisis de aceite nuevo con aditivo a los cero kilómetros (0 km). Productos Lubricantes, S.A. Tel. (506) 210-2600 Fax (506) 231-6841 www.prolusa.com DEPARTAMENTO TECNICO LABORATORIO DE LUBRICANTES REPORTE DE ANALISIS CLIENTE: Universidad EARTH CONTACTOS: Elio Guevara / Kalema Andrew TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001 E-MAIL: [email protected] / [email protected] MUESTRA DE ACEITE NUEVO con Aditivo MARCA: CASTROL TECTION 15W-40 N° DE IDENTIFICACION: 041025 (41-130 #1) * Muestra tomada por el interesado RESULTADOS DE LABORATORIO MUESTRA N° L A B / F E C H A 041025 12/10/2004 K m / M i l l / H r ANÁLISIS FISICO-QUIM ICOS / CONTAMINANTES H C A T G V O O G B R I L M U N A S L B A D C I U O N S @ T 100°C S I A B E % mg/g %Vol. L cSt E Peso 0 Km 14.28 40 9.64 Con Aditivo < 0.1 METALES DE DESGASTE O X I D A C * N I T R Neg. Neg. Neg. S I L I C I O H I E R R O C R O M O C O B R E N I Q U E L P L O M O A L U M I N I O ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm 0 0 0 0 0 0 0 COMENTARIO TECNICO Y RECOMENDACIONES Datos típicos de aceite nuevo. Ing. Leonardo Fernández 75 Anexo 11. Prueba de análisis de aceite usado a los cinco mil kilómetros con aditivo (5.000 km). Productos Lubricantes, S.A. Tel. (506) 210-2600 Fax (506) 231-6841 www.prolusa.com DEPARTAMENTO TECNICO LABORATORIO DE LUBRICANTES REPORTE DE ANALISIS CLIENTE: Universidad EARTH CONTACTOS: Elio Guevara / Kalema Andrew TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001 E-MAIL: [email protected] / [email protected] UNIDAD MUESTRA MARCA: MOTOR: MODELO Y AÑO: Km / Mill / Hr: N° DE PLACA: PRODUCTO: CASTROL TECTION S 15W-40 Km / Mill / Hr: 5000 Km Con Aditivo N° DE IDENTIFICACION: 041075 (41-130 #4) * Muestra tomada por el interesado RESULTADOS DE LABORATORIO MUESTRA N° L A B / F E C H A K m / M i l l / H r 041075 5000 21/10/2004 Km ANÁLISIS FISICO-QUIMICOS / CONTAMINANTES V G T A C H I R B G O O S A N U M L C D A B L O U I @ S N 100°C S T A I E B cSt mg/g %Vol. L % E Peso * 18.72 * 50 7.66 < 0.1 Neg. ** 4 METALES DE DESGASTE O X I D A C * N I T R S I L I C I O H I E R R O C R O M O C O B R E N I Q U E L P L O M O A L U M I N I O ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm 2 27 0 10 0 0 3 Neg. COMENTARIO TECNICO Y RECOMENDACIONES Contenido elevado de hollín en el aceite, viscosidad ligeramente alta. Desgaste de metales y TBN en condición normal. Ing. Leonardo Fernández 76 Anexo 12. Muestra de aditivo de aceite EM. Anexo 13. Adición de aditivo de aceite EM en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998. 77 Anexo 14. Medición de gases en el vehículo Toyota Rav4, modelo 1998. Anexo 15. Equipo utilizado para la medición de gases en los vehículos. 78 Anexo 16. Ley No. 7331 de gases contaminantes de Costa Rica. 79 Anexo 17. Rangos de opacidad de vehículos diesel.en Costa Rica. Ley No. 7331 80