Evaluación de aditivo aceite EM™ en la reducción de gases tóxicos

Transcripción

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
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.
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
vehículo Toyota Hilux, modelo 1997. .....................................................56
vehículo Mitsubishi L200, modelo 2002. ................................................57
xii
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 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
Vehículo
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
Vehículo
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 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
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)
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)
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
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Rica (en línea). Universidad de Costa Rica. Consultado el 15 de jun. de
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http://historia.fcs.ucr.ac.cr/boletin/2003/ago2003/Ultimonumerodelarevistageobuzon.htm
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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:
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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,
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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
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
0.1724455
0.05748183
0.60627645
0.01638585
0.77872195
Coeff Var
89.25674
Root MSE
0.128007
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
16.84322478
5.61440826
34.66262401
0.93682768
51.50584878
Coeff Var
6.583033
Root MSE
0.967899
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
11107.26489
3702.42163
48292.93023
1305.21433
59400.19512
Coeff Var
46.59446
Root MSE
36.12775
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
57.9473995
19.3157998
680.6579225
18.3961601
738.605322
Coeff Var
129.322
Root MSE
4.289075
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
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).
Tel. (506) 210-2600
Fax (506) 231-6841
www.prolusa.com
REPORTE DE ANALISIS
TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001
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
MUESTRA
N°
L
A
B
/
F
E
C
H
A
K
m
/
M
i
l
l
/
H
r
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
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.
74
Anexo 10. Prueba de análisis de aceite nuevo con aditivo a los cero
kilómetros (0 km).
Tel. (506) 210-2600
Fax (506) 231-6841
www.prolusa.com
REPORTE DE ANALISIS
TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001
MUESTRA DE ACEITE NUEVO con Aditivo
MARCA: CASTROL TECTION 15W-40
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
Datos típicos de aceite nuevo.
75
Anexo 11. Prueba de análisis de aceite usado a los cinco mil kilómetros con
aditivo (5.000 km).
Tel. (506) 210-2600
Fax (506) 231-6841
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REPORTE DE ANALISIS
TELEFONO / FAX: 713-0000 / 713-0001
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
MUESTRA
N°
L
A
B
/
F
E
C
H
A
K
m
/
M
i
l
l
/
H
r
041075
5000
21/10/2004 Km
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
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I
E
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R
O
C
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M
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C
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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.
Contenido elevado de hollín en el aceite, viscosidad ligeramente alta.
Desgaste de metales y TBN en condición normal.
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

Evaluación de aditivo aceite EM™ en la reducción de gases tóxicos

Transcripción

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