DEPARTAMENTO DE CIENCIAS
DE LA ENERGÍA MECÁNICA
ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA
Grab.
Ing. Carlos Rodríguez Arrieta
Rector
Tcrn. De E.M.
Ing. Pablo Villaroel
Director ESPE Extensión Latacunga.
Tcrn. De E.M.
José Ramos
Subdirector ESPE Extensión Latacunga
Cptn. De M.G.
Edison Clavijo
Director del Departamento de Ciencias de
la Energía y Mecánica
Enero-Agosto 2012
Comité Editorial
Ing. Edison M. Clavijo Ponce.
Ing. Germán Erazo Laverde
Ing. Luis Antonio Mena Navarrete MSc.
ENERGÍA MECÁNICA ,
INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN: 1390-7395
Septiembre 2012
Revista de Difusión No. 1
Publicación Semestral
Escuela Politécnica del Ejercito
Extensión Latacunga
Quijano y Ordoñez y Hnas Páez.
Departamento de Ciencias de la Energía
y Mecánica
emecanica@espe.edu.ec
032810206 Ext. 126
Impresión y Diagramación
¨Gráficas Latacunga¨
EXTENSIÓN LATACUNGA
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
DECEM
ESPE
DEPARTAMENTO
DE CIENCIAS DE LA
ENERGÍA Y MECÁNICA
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
ÍNDICE
Contenido
Inventigación plasmada en papel
El esfuerzo académico
La docencia, investigación y vinculación colectiva
El Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Carrera de Ingeniería Mecatrónica
Carrera de Ingeniería Petroquímica
Carrera de Ingeniería Automotríz
Laboratorios
Los asombrosos fluidos magnetoreológicos y sus aplicaciones en el campo automotriz
Análisis de los tiempos empleados en el frenado de un vehículo y cálculo del impulsión o
mecánico generado en un choque frontal
Diseño y construcción de una mesa posicionadora de soldadura en dos ejes para el brazo
robótico kuka kr5arc del Laboratorio de Robótica Industrial de la ESPE Extensión Latacunga
Gestión energética de rendimiento y ambiental en la adaptación de un sistema de inyeccion
electronica de combustible a un motor de combustion convencional para una producción más
limpia
Sistema de rastreo satelital mediante gps y gprs para el vehículo chevrolet-aveo de la escuela
de conducción ESPE-Latacunga
Cavitación en las camisas de los motores de combustión interna
Análisis energético del rendimiento, consumo y emisiones generadas por los vehículos híbrido
Biorefinerías desde la perspectiva de la sostenibilidad: materias primas, productos, y los
procesos
Sistema de limpieza por vapor de agua saturada para el mantenimiento de catalizadores en los
vehículos a gasolina
Sistema de diagnóstico predictivo para automotores bajo norma OBD II, con conexión
inalámbrica wi-fi y controladores táctiles de la marca apple
Estudio del comportamiento de la incidencia de naftalina como aditivo casero en el proceso de
combustión de un motor encendido por chispa
Producción de biogas como carburante alternativo en motores de combustión interna y la
generación de electricidad
Diseño del siulador de conduccion para la escuela de conducción de la Escuela Politécnica del
Ejército Latacunga
Utilizacion del GNC y GLP en el Ecuador un enemigo ¿mito o verdad?
Cabina horno de pintura con sistema de alimentación de GLP
Los Biogestores una alternativa para el consumo de energía
La Escuela Politécnica del Ejército Extensión Latacunga participa por segunda ocasión en la
Formula Student Germany 2012
La Escuela de conduccion ESPE Latacunga
El programa de aprendices Chevrolet
Resúmen de Proyectos Energía Mecánica ESPE-L
2
2
3
3
4
5
6
7
9
14
18
21
26
29
31
34
37
40
46
49
52
55
58
61
64
65
66
67
DECEM
ESPE
DEPARTAMENTO
DE CIENCIAS DE LA
ENERGÍA Y MECÁNICA
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
2
El novelista y bioquímico, Isaac Asimov, expresó que
escribir sobre ciencia es importante para introducir a
las personas comunes a sus avances. Y también para
informar a los propios científicos sobre lo que hacen
otros". En este contexto, el Departamento de Energía
y Mecánica, de la Escuela Politécnica del Ejército
Extensión Latacunga, ha encontrado en la revista
"Energía, Mecánica, Innovación y Futuro" una
oportunidad para dar a conocer, a través de sus
artículos técnicos, el trabajo realizado por los
docentes de las carreras de: Mecánica Automotriz,
Petroquímica, Mecatrónica.
El primer número de la revista, que hoy tengo el
agrado de presentar, es un ejemplo del esfuerzo que
hace la ESPE Extensión Latacunga por difundir a la
comunidad científica los proyectos de investigación
que se llevan a cabo en las aulas y laboratorios de
nuestro campus ubicado en el corazón del Ecuador.
Este ejercicio de comunicación nos proyecta como
una Institución preocupada por transmitir a los
ecuatorianos, el trabajo que realizan los docentes de la
ESPE para alcanzar un verdadero desarrollo de la
ciencia y la tecnología en el país.
Además, la publicación recoge descripciones de los
servicios que ofrecen los laboratorios de la Extensión
Latacunga, que están al servicio de nuestros
conciudadanos y que constituyen un motor para la
investigación en el centro del Ecuador. Actividad
que está respaldada por el nuevo campus de la
ESPE, localizado en Belisario Quevedo, que cuenta
con aulas y centros de investigación modernos.
Felicito esta iniciativa del Departamento de Energía
y Mecánica, la cual ratifica que noventa años de
labor, dedicados a generar conocimiento y a formar
profesionales de primer nivel, han sido fructíferos.
"Energía, Mecánica, Innovación y Futuro" es una
muestra plasmada en papel de lo que día a día se gesta
en el interior de los laboratorios y en la mente y el
corazón de nuestros investigadores
.
GRAB.
ING. CARLOS RODRÍGUEZ ARRIETA
RECTOR DE LA ESPE
El esfuerzo académico a fin de contribuir a la iniciación
científica mantiene a nuestra politécnica realizando
investigación permanentes en diferentes áreas del
conocimiento; la conclusión de la labor docente
se plasma en artículos tecnológicos como los
obtenidos en la presente revista “Energía
Mecánica Innovación y Futuro”; en ella, se hace
tangible el trabajo realizado por docentes y estudiantes
graduados de los programas carrera de ingeniería
Mecatrónica, Automotriz y Petroquímica.
Al inicio del documento tenemos la presentación
de las carreras, dando un enfoque orientador al
futuro postulante que desee ingresar a la
institución en esta rama del conocimiento.
Los resultados puntuales de la investigación del
claustro docente se muestran en las aplicaciones
en el campo de la mecánica automotriz, robótica
industrial, electrónica, energía del rendimiento,
sostenibilidad, combustibles y biocombustibles,
todos los trabajos socializados mantienen un
tratamiento investigativo, con el rigor
académico necesarios que permite entregar
aportes a la ciencia, compromiso indiscutible de
la universidad ecuatoriana.
La revista en su primer número logra dar el
paso inicial al involucrar a la empresa privada
como actor de la gestión universidad-empresa,
mecanismo necesario para lograr el progreso de la
sociedad ecuatoriana, mirando al conocimiento
como el principal insumo y pilar fundamental del
desarrollo del país, en el marco de la declaración
de la UNESCO respecto a estos fines.
Ante estos inicios promisorios, avizoramos un
mayor comprometimiento de la academia de la
Extensión Latacunga, en beneficio del desarrollo
institucional, de la región central y del país.
Investigación plasmada
en papel
El esfuerzo académico
“Energía mecánica,
innovación y futuro”
TCRN. DE EM.
ING. PABLO VILLARROEL PONCE.
DIRECTOR ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
3
Constituye un honor para mí saludar y dar
a conocer a través de esta nuestra revista
“ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y
FUTURO” el quehacer diario en el campo
Académico, de Investigación y de Vinculación,
que desarrollan nuestros docentes y alumnos que
conforman el Departamento de Energía y
Mecánica de la ESPE extensión Latacunga, a
la vez quisiera aprovechar la oportunidad que
me dan estas líneas, fundamentalmente, para
agradecer a las autoridades, directivos, docentes,
servidores públicos, alumnos, personas e instituciones
que con su valiosa ayuda han contribuido al
cumplimiento de las importantes tareas de este su
Departamento.
Trabajamos en nuestras aulas, laboratorios
implementados con tecnología de punta, para
integrar un grupo sólido de excelencia técnico
profesional de nivel superior al servicio del país,
conformado por mujeres y hombres de las distin-
tas regiones de nuestro país que con sus cono-
cimientos dados y adquiridos por parte de un
grupo calificado y selecto de docentes, colaboran
con el desarrollo del Ecuador.
Finalmente, quiero invitarlos a conocer nuestro
mundo, un mundo que se construye día a día en
nuestras salas de clase, laboratorios, proyectos y
dependencias que permiten cada semestre entre-
gar jóvenes orgullosos de su capacitación que les
brindó el Departamento de Energía y Mecánica
de la ESPE extensión Latacunga, donde empieza
el camino a la excelencia.
CAPT. DE MG.
ING. EDISON M. CLAVIJO PONCE
DIRECTOR DEL DEPARTAMENTO DE
ENERGÍA Y MECÁNICA ESPE-L
ENERO-AGOSTO 2012
“No hay nada en el mundo que capacite tanto a una
persona para sobreponerse a las dificultades externas y
a las limitaciones internas, como la consciencia de
tener una tarea en la vida"
Viktor E. Frank
Conjugando la misión de la Universidad, basada en
la formación académica de excelencia a través de la
Docencia, Investigación y Vinculación, la revista
Energía Mecánica Innovación y Futuro en su primera
edición refleja el propósito mencionado con la
difusión de información y trabajos desarrollados al
interior de la ESPE Latacunga. La participación
permanente de docentes y estudiantes a través de
trabajos de Iniciación e Investigación Científica,
Programas de Vinculación con la Colectividad
con gratas experiencias en el ámbito nacional e
internacional, así como la infraestructura tecnología
y científica que se dispone para dar soporte a la
docencia son muestras de que estamos en el camino
correcto con la proyección y visión de futuro de
nuestro Departamento y Escuela Politécnica.La
información de las carreras de Mecatrónica,
Petroquímica y Automotriz orientarán a través
de este medio de difusión no solo al estudiante
aspirante a formar parte de nuestra Escuela sino
también a que la Empresa y a la Sociedad conozca
de nuestro quehacer académico. Que Energía
Mecánica Innovación y Futuro sea el punto de
partida motivacional y de apoyo incondicional para
que docentes y estudiantes sigan realizando su
trabajo tesonero en el día a día de nuestra querida
Universidad en beneficio de nuestro País y Sociedad.
TCRN DE E.M.
ING. JOSÉ RAMOS BENALCÁZAR
SUBDIRECTOR ESPE LATACUNGA
El Director de
Departamento de Energía
y Mecánica
La Docencia, Investigación
y Vinculación con
la Colectividad
4
Carrera de Ingeniería Mecatrónica
DEFINICIÓN DE LA CARRERA:
La Carrera de Ingeniería Mecatrónica, es una carrera de III nivel legal-
mente reconocida por el Senescyt, que forma profesionales creativos,
humanistas, con liderazgo, pensamiento crítico y alta conciencia
ciudadana. Se orienta a satisfacer los cambios acelerados en la industria de
la producción, es la combinación sinérgica de las ingenierías: mecánica,
electrónica e informática, su propósito es la innovación, el análisis, diseño,
implementación y mantenimiento de procesos productivos inteligentes.
PERFIL PROFESIONAL
El Ingeniero Mecatrónico graduado en la ESPE es un profesional de
excelencia, creativo, humanista, con capacidad de liderazgo,
pensamiento crítico y alta conciencia ciudadana; capaz de propor-
cionar e implementar alternativas de solución a los problemas del
país en el área de la Mecatrónica, desarrollando de manera eficiente
y con alta calidad las siguientes competencias:
• Gestiona los sistemas de producción en las organizaciones indus-
triales y de servicios, comercializadoras relacionadas con equipos y
máquinas mecatrónicas y otras que lo demanden, con profesionalismo
y eficiencia basándose en estándares de industrias comparables,
para lograr la más alta productividad y competitividad.
• Diseña equipos, procesos o sistemas relacionados con ingeniería
mecatrónica, con detalles suficientes que permitan su construcción,
operación y mantenimiento, empleando diversas técnicas,
principios científicos, normas y estándares aplicables, con profe-
sionalismo, eficiencia y ética.
• Gestiona sistemas organizativos y proyectos que permitan el buen
funcionamiento empresarial, implementación, innovación y
creación de nuevas unidades de producción, con ética profesional,
espíritu emprendedor, con liderazgo, capacidad de negociación,
pensamiento estratégico y efectivo trabajo en equipo, orientado al
beneficio de la sociedad a base de indicadores de desempeño.
CAMPO OCUPACIONAL
El campo ocupacional del Ingeniero Mecatrónico tiene su
participación en fábricas e industrias públicas y privadas,
empresas petroleras, siderúrgicas, ensambladoras, procesadoras
de productos donde prime la automatización de procesos indus-
triales que se manifiestan a través del desempeño en diversos
campos del saber que requieran la integración de las Ingenierías
Mecánica, Electrónica, Control y de Sistemas informáticos.
REQUISITOS DE GRADUACIÓN MALLA CURRICULAR
• Aprobar todas las asignaturas del pénsum académico vigente
• Realizar un proyecto de grado
• Poseer suficiencia en idioma Inglés
• Cumplir con 4 meses de práctica industrial
TÍTULO QUE OTORGA:
INGENIERO MECATRÓNICO
DURACIÓN DE ESTUDIOS:
9 niveles , más el curso de nivelación ( 5 años ).
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
E
E
P
S
5
DEFINICIÓN DE LA CARRERA:
Es una carrera de III nivel legalmente reconocida por el Senescyt, RCP.S13.
Nº 446.10 Forma profesionales en el campo de la Ingeniería Petroquímica
altamente calificados para la gestión del proceso de producción en empresas
petroquímicas, que podrán desempeñarse en diversas actividades como la
producción, tratamiento y refinación del petróleo, gas natural, como sus
productos derivados, conservando el medio ambiente, utilizando tecnología
de punta; para sustituir las importaciones de materias primas y fortalecer la
industria nacional.
PERFIL PROFESIONAL
El Ingeniero Petroquímico graduado de la ESPE, es un profesional
que está en capacidad de:
• Diseñar, analizar, elaborar y dirigir proyectos petroquímicos
técnicamente viables y económicamente factibles, así como
crear y optimizar plantas petroquímicas y químicas en forma
general en las áreas relacionadas.
• Cumple un amplio espectro profesional, y por sus
conocimientos relacionados con la química, mecánica,
electrónica, protección ambiental y el control industrial, diseña
sistemas de producción procesamiento de hidrocarburos, así
como sistemas de tratamiento y refinación del petróleo.
• Dirige procesos de conversión para obtener derivados
para la fabricación de productos químicos y petroquímicos
promoviendo también los procedimientos adecuados de
almacenaje y comercialización en un marco de respeto al
medio ambiente.
CAMPO OCUPACIONAL
El Ingeniero Petroquímico está en capacidad de efectuar cargos
como: Gerente de proyecto de construcción de plantas petroquímicas
y químicas, Ingeniero de diseño de plantas, Gerente de diseño de
producto, Gerente de operaciones de plantas, Gerente de mantenimiento
de plantas, Fiscalizador de proyectos petroquímicos, Generador e
innovador de productos petroquímicos, Gerente de Almacenamiento
y comercialización de productos petroquímicos, Fiscalizador de
obras de plantas petroquímicas, Asesor de control de calidad,
higiene y salud en plantas, Asesor, fiscalizador de estudios de
impacto ambiental
REQUISITOS DE GRADUACIÓN MALLA CURRICULAR
• Aprobar todas las asignaturas del pénsum académico vigente
• Realizar un proyecto de grado
• Poseer suficiencia en idioma Inglés
• Cumplir con 4 meses de práctica industrial
TÍTULO QUE OTORGA:
INGENIERO PETROQUÍMICO
DURACIÓN DE ESTUDIOS:
9 niveles , más el curso de nivelación ( 5 años ).
P E T R O Q U I M I C A
Carrera de Petroquímica
6
DEFINICIÓN DE LA CARRERA:
DEFINICIÓN DE LA CARRERA:
Es una carrera de tercer nivel reconocida por el SENESCYT, ofrece un
proceso de formación académica de alto nivel con base científica, técnica
y humanística, orientada a formar profesionales lideres, emprendedores,
capaces de fomentar el desarrollo del país mediante la creación de
fuentes de trabajo y solucionar problemas relacionados a su campo de
acción. en : procesos de gerencia técnica, energía y control, sistemas
automotrices, sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos aplicados en
la industria automotriz, con las suficientes habilidades y destrezas para
desempeñarse eficientemente en la prestación de servicios competitivos
con alta calidad y responsabilidad.
PERFIL PROFESIONAL
El Ingeniero Automotriz, es un profesional con una sólida formación
científica, técnica y humanística de alto nivel, con conciencia social,
respetuoso de la legislación vigente y el medio ambiente; ejerce el
liderazgo en los diversos contextos de actuación personal y profesional,
siendo capaz de desarrollar las siguientes competencias profesionales:
• Selecciona métodos y procesos a fin de obtener el máximo
rendimiento de los sistemas automotrices para disminuir los contami-
nantes producidos por la industria automotriz con responsabilidad,
honestidad respetando estándares vigentes.
• Realiza planes y programas de mantenimiento automotriz en las
áreas mecánica, eléctrica y electrónica para obtener un óptimo
rendimiento de los vehículos consiguiendo niveles de calidad y
productividad acorde con los avances tecnológicos.
• Diseña y construye elementos y sistemas mecánicos automotrices
con responsabilidad, según especificaciones y normas técnicas
nacionales e internacionales para satisfacer las necesidades de la
sociedad
• Diseña, construye e instala sistemas eléctricos y electrónicos
automotrices con calidad de acuerdo a las necesidades del medio.
• Gerencia los procesos de administración técnica y de servicios
relacionados al manejo de los recursos bajo su dirección mediante la
toma de decisiones y aplicación de información del área automotriz
con calidad y responsabilidad.
CAMPO OCUPACIONAL
La formación integral garantiza que los profesionales
puedan desempeñarse eficientemente en entidades públi-
cas y privadas como: Ensambladoras, Concesionarios
automotrices, Municipios, Consejos Provinciales,
Empresas: Petroleras, de Mantenimiento Mecánico, de
Comercialización de Maquinaria, Vehículos, Equipos y
herramientas, Talleres públicos y privados, con los
siguientes cargos: Gerente Técnico, Gerente de Servicios,
Jefe De Mantenimiento, Administrador de Centros y
Talleres Automotrices, Supervisor de Mantenimiento,
Asesor Técnico, Técnico de Servicios.
REQUISITOS DE GRADUACIÓN MALLA CURRICULAR
• Aprobar todas las asignaturas del pénsum académico vigente
• Realizar un proyecto de grado
• Poseer suficiencia en idioma Inglés
• Cumplir con 4 meses de práctica industrial
TÍTULO QUE OTORGA:
INGENIERO AUTOMOTRIZ
DURACIÓN DE ESTUDIOS:
9 niveles , más el curso de nivelación ( 5 años ).
C
arrera de Ingeniería Automotríz
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
7
Laboratorio de Autotrónica
Tiene como objetivo capacitar a los estudiantes en los sistemas
eléctricos y electrónicos de punta del automóvil, para lo que
dispone de una amplia gama de herramientas e instrumental de
diagnóstico, scanners multimarca, osciloscopios automotrices,
herramientas sofisticadas y vehículos con tecnología de punta
(híbridos y con asistencia electrónica) a fin de lograr la
formación acorde a los avances tecnológicos para prestar
servicios de capacitación, consultoría, asesoramiento técnico
y tecnológico.
Laboratorio de Mecánica de Patio
El laboratorio dispone de equipos y maqui-
naria de tecnología de punta, alineadora
robotizada de alineación, balanceo
electrónico y enllantaje, equipos de diag-
nóstico. Encamina sus esfuerzos a la
preparación de los estudiantes en el análi-
sis y desarrollo de prácticas en lo referente
a sistemas mecánicos automotrices y con
asistencia electrónica en: frenos, suspen-
sión, dirección, transmisión entre otros.
Laboratorios
Los laboratorios del Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, tienen
la misión fundamental de
proporcionar los medios necesarios para el desarrollo de la enseñanza con la finalidad de apoyar el progreso
tecnológico y científico de la Sociedad, el país y las fuerzas Armadas, efectuando trabajos de asesoría, consul-
toría y/o investigación.
Laboratorio de Motores de Combustión y Rectificación.
Se desarrollan las prácticas de desempeño térmico y mecánico
de los motores de combustión interna basados en normas y
especificaciones así como ensayos con diferentes tipos de com-
bustibles fósiles y no fósiles, dispone de un sistema completo de
maquinaria para la reparación y rectificación de motores que se
encuentra a disposición para el desarrollo de investigaciones
técnicas y tecnológicas..
Laboratorio Industrial
Permiten desarrollar las prácticas en las diferentes máquinas
herramientas aplicadas en la industria (tornos, fresadoras,
limadoras, rectificadoras ) mediante el empleo de normas de
calidad y seguridad, para cumplir con las competencias
profesionales con que se forman en las carreras del Departa-
mento de Energía y Mecánica .
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
8
Laboratorio de Refrigeración y Aire Acondicionado.
Es un centro de referencia en entrenamiento e investigación
para la ingeniería integrada a los sistemas de refrigeración y
aire acondicionado, donde se entrenan, especializan los
estudiantes y técnicos en el diseño, instalación, pruebas,
verificación y manutención de sistemas frigoríficos de
refrigeración, aire acondicionado domésticos, comerciales e
industriales.
Laboratorio de robótica Industrial.
El Laboratorio cuenta con maquinaria y equipos de
tecnología de punta, tales como brazos robóticos, bandas
transportadoras con Sistemas HMI, procesadores de
imagen, sistemas de soldadura robotizada, mesa posiciona-
dora de soldadura; que permite a los usuarios obtener cono-
cimiento sobre tecnologías actuales de procesos que se
presentan en las industrias, relacionándolos en cada una de
las distintas áreas como son mecánica, electrónica, control y
desarrollo de software.
Laboratorio de Ciencia y Resistencia de Materiales
Dispone de la infraestructura tecnológica necesaria para el
análisis y constitución de los diferentes materiales usados
en la industria, así como el banco de pruebas universales
para el desarrollo de ensayos destructivos, tracción, com-
presión, torsión y corte, mediante procesos computarizados
que garantizan la fiabilidad de los resultados.
LABORATORIO DE CONTROL
COMPUTARIZADO CNC.
Dispone del centro de mecanizado computarizado más
moderno del país, diseño y la manufactura asistida por
computador CAD/CAM/CAE, utilizando software y maqui-
naria de última generación como: Centros de Fresado y
Torneado, Cortadora por Plasma, Prototipadora 3D, Scanner
3D, entre otras, contribuyendo con tecnología de punta a la
sociedad y al país.
Laboratorio de Soldadura.
Dispone de maquinaria y equipo especializada en procesos
de soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido
(SMAW), soldadura por arco eléctrico con electrodo
continuo y protección gaseosa (GMAW), soldadura con
llama oxiacetilénica (OAW), soldadura con electrodo de
tungsteno protección gaseosa (GTAW) Corte por plasma,
efectuando trabajos de consultoría y/o investigación.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
9
LOS ASOMBROSOS FLUIDOS MAGNETOREOLÓGICOS Y SUS APLICACIONES
EN EL CAMPO AUTOMOTRIZ
Ing. Óscar Arteaga
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
Email :obartega@espe.edu.ec
Resumen
Se presenta los resultados obtenidos de la
investigación del desarrollo e incorporación de
fluidos magnetoreológicos en el sistema de
suspensión de un vehículo tipo Buggy , para
proporcionar alta capacidad de control de
amortiguación e incomparable sensibilidad, a
través de un controlador electrónico que cada
milisegundo ajusta la dureza de la suspensión,
basándose en la información enviada por los
sensores de desplazamiento de la suspensión,
sensor de aceleración lateral y de desplazamiento
del volante.
I. INTRODUCCIÓN.
Los fluidos magnetoreológicos, o fluidos MR, son
líquidos que pertenecen a la clase de materiales
inteligentes, ya que asimilan estímulos externos,
endureciéndose o cambiando de forma cuando
detectan un campo magnético. Están formados por
partículas magnetizables finamente divididas y
suspendidas en un líquido portador cuya relación de
propiedades flujo/viscosidad puede ser modificada
aplicando un campo magnético. Estos cambios en la
viscosidad ocurren en una fracción de milisegundo,
muchísimo más rápido que en los sistemas mecánicos
convencionales, y pueden usarse para controlar con
eficacia las vibraciones, en aplicaciones que tengan
que ver con el accionamiento, la amortiguación, la
robótica y la mecatrónica.
La interacción entre los dipolos inducidos resultantes,
obliga a las partículas a formar estructuras en forma
de columna, paralelas al campo aplicado.
Este tipo de fluidos forman una estructura similar a
una cadena, la cual restringe el movimiento del fluido
dando lugar a un incremento en las características
viscosas de la suspensión.
Figura 1. Fluidos magnetoreológicos
La energía mecánica necesaria para producir estas
estructuras tipo cadena se incrementa conforme se
aumenta el campo magnético aplicado, produciendo
un esfuerzo dependiente del campo.
Los materiales súper-paramagnéticos son los ideales
para la construcción de este tipo de fluidos y las
aplicaciones son las siguientes:
• Amortiguadores para aplicaciones en
automoción.
• Cajas de cambios sin el uso de transmisiones
mecánicas o embragues.
• Asientos semiactivos de vehículos que anulan
las vibraciones.
• Amortiguadores para construcciones civiles
antisísmicas.
• Fabricación de prótesis para extremidades
superiores e inferiores.
• Robot con movimientos semejantes a los
humanos.
II. AMORTIGUADOR MAGNETOREOLÓGICO
Los fluidos MR contienen partículas de hierro
finamente divididas (del orden de unas micras) disueltas
en un aceite sintético. Cuando no se expone a ningún
campo magnético, estas partículas se distribuyen de
forma aleatoria y el amortiguador contiene un fluido
newtoniano de baja viscosidad (amortiguación blanda).
Evidentemente, el incremento de la viscosidad va
asociado a la intensidad del campo magnético
aplicado, por lo que las posibles aplicaciones de este
tipo de fluidos son innumerables.
Los amortiguadores representan un caso particular
de suspensión semiactiva y son monotubo que en
lugar de aceite corriente llevan un fluido MR,
prescindiendo de válvulas electromecánicas.
Figura 2. Respuesta de fluidos magnetoreológicos
a un campo magnético exterior
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
10
La principal ventaja de este sistema frente a los tradi-
cionales es la rapidez de variación del tipo de amor-
tiguación, y las infinitas posibilidades de regulación
que permite.
III. ELABORACIÓN Y PRUEBA DEL FLUIDO
MAGNETOREOLÓGICO
En los experimentos realizados con diferentes tipos
y concentraciones de elementos el principal problema
que se evidencia es la sedimentación de las partículas
ferromagnéticas a medida que transcurre el tiempo y
cuando el fluido se encuentra en reposo.
Para seleccionar el aceite base correcto se determinó
la densidad de varios tipos de aceites (Tabla 1), del
aditivo y del material ferromagnético, se utilizó :
una balanza, vasos de precipitado y probetas de
volumen de 50 ml.
El aceite de mayor densidad como el SAE 40 es más
efectivo para contrarrestar la sedimentación así
como también el ácido oleico como aditivo debido a
que actúa como dispersor de las partículas ferromag-
néticas.
En base a estos resultados se creó el fluido MR con
5% de material ferromagnético (Tabla 2) de acuerdo
con el procedimiento que se indica a continuación:
Se colca el liquido portador (aceite SAE 40) como
base del fluido en la probeta de 25 ml.
Se mezcla el aditivo surfactante en este caso el ácido
oleico, finalmente se agrega el material ferromagné-
tico se mezcla hasta obtener un fluido obscuro y
denso.
IV. DISEÑO DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN
Para el diseño mecánico del sistema de suspensión
se considera situaciones donde el vehículo se somete
a condiciones extremas de funcionamiento y de esta
forma determinar los esfuerzos máximos a los que
está sometido, con la ayuda de varios módulos de
análisis.(Estático, Dinámico, Vibraciones y Electro-
magnetismo) del software SolidWorks.
Figura 3. Funcionamiento del amortiguador
magnetoreológico
Figura 4. Equipo utilizado para preparación del
fluido MR
Tabla 1. Densidades de varios tipos de aceites
Aceite Densidad
Aceite hidráulico 0.774
Aceite de amortiguador 0.854
Aceite vegetal 0.837
Aceite SAE 40 0.881
Tabla 2. Composición del fluido MR al 5%
Fluido al 5%
Total de Fluido: 35 ml
95% de Acido-Aceite Base: 33.25 ml
Acido Oleico total: 13.3 ml al 40%
Aceite Base SAE 40: 19.95 ml al 60 %
5% de Material Ferromagnético: 4.158 g
Figura 5. Fluido MR al 5%
Figura 6. Modelado completo del Buggy en SolidWorks
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
11
Los aspectos más notables son los canales internos
para los alambres de conexión de las bobinas inter-
nas, las mismas que se encuentran junto a las vías de
paso de líquido magnetoreológico y son activadas
varias veces por segundo para crear el campo mag-
nético alrededor de estas y así cambiar la dureza del
amortiguador para que cumpla con su función.
El circuito electrónico procesa los datos de los
sensores y envía las señales a las bobinas del amor-
tiguador en función de los requerimientos de dureza
en la suspensión, garantizando su óptimo
funcionamiento.
El circuito de control esta programado para regular
un tiempo de activación de 20 segundos, en los
cuales induce una corriente de 0 a 1 amperio a cada
amortiguador, según la calibración del operador.
Este diseño como medida de seguridad corta la
corriente pasado el 1 amperio.
V. RESULTADOS Y PROTOCOLO DE PRUEBAS
Las pruebas fueron realizadas con amperajes que
van de 0 a 1 amperios en intervalos de 0.05 segundos,
simulando de esta forma el comportamiento del
Buggy bajo diferentes condiciones del camino.
Se establece que la dureza del amortiguador es
directamente proporcional con la corriente inducida
a las bobinas, los resultados obtenidos se muestran
en la siguiente tabla:
Figura 7. Modelo en corte del amortiguador
magnetoreológico
Tabla 3. Comportamiento de amortiguador
Amperaje (A) Fuerza (lb-f)
0 -13,45
0,1 5,53
0,15 12,02
0,20 24,48
0,25 41,83
0,30 59,04
0,35
0,43
89,38
108,99
El análisis dinámico de los amortiguadores magne-
toreológicos se desarrolla con diferentes coeficientes
de amortiguamiento simulando la variación del
amperaje para cada caso. Esta simulación se la hizo
para un tiempo de 5 segundos y una fuerza oscilante
que varía de un rango de 1300 N a 950 N con una
frecuencia de 1.5 hertzios.
En el análisis con 1 amperio la curva de desplazamiento
del vástago con respecto al tiempo de prueba (figura 8),
muestra que la amplitud de onda va disminuyendo,
lo que indica que el fluido MR realiza su trabajo, es
decir, solo una parte de las fuerzas son absorbidas
por el resorte y su magnitud varía con respecto al
tiempo a medida que se le aplica corriente a las bobi-
nas del amortiguador.
En el análisis con 0 amperios (figura 9) se aprecia
que la carrera de vástago es más prolongada y que la
amplitud de onda se mantiene constante, lo que
indica que el trabajo del resorte no se restringe por el
trabajo del amortiguador, es decir el fluido MR no
absorbe las oscilaciones producidas por las fuerzas,
siendo el resorte el que actúa completamente durante
toda la duración de la prueba.
Figura 8. Resultados de Desplazamiento vs
Tiempo a 1 amperio
Figura 9. Resultados de Desplazamiento vs
Tiempo a 0 amperios
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
12
El análisis de vibraciones se realiza en el modelo
completo del chasis del Buggy, utilizando una
frecuencia de 1.5 Hz y simulando una carrera de
trabajo completa de la suspensión. En cada lado del
vehículo se activa un estado de funcionamiento del
amortiguador para lograr visualizar la diferencia de
trabajo controlando la parte electrónica del elemento
de amortiguación.
De la simulación se determina que cuando al amor-
tiguador se le suministra 1 amperio la velocidad a la
que se mueven sus elementos son mucho menores
que cuando tiene 0 amperios, es decir que con 1
amperio la velocidad se ve restringida por la dureza
que le da al amortiguador el fluido MR, es decir se
atenúan las vibraciones de una manera más efectiva.
A partir de estos resultados se modifica en los puntos
de anclaje y en las mesas del sistema de suspensión
original del Buggy y se procedió con el montaje del
nuevo sistema con los amortiguadores MR.
Por las modificaciones realizadas, a una adecuada
calibración del circuito de control y a los amortiguadores
MR, se logró una suspensión que absorbe de mejor
manera los impactos producidos por las irregulari-
dades del camino y que a la vez mantiene el
neumático más tiempo en contacto con el suelo.
V. CONCLUSIONES.
Con la creación del fluido MR se determinó que el
aceite SAE 40 y el ácido oleico son los que de mejor
manera contrarestan los problemas de sedimentación
de las partículas magnéticas y que una concentración
de material ferromagnético entre el 2.5 y 5% es la
que mejores características de amortiguamiento
proporciona a la suspensión.
Mediante el programa SolidWorks se simula y
Figura 10. Trabajo realizado por la suspensión
Figura 11. Amortiguadores instalados
analiza condiciones reales de funcionamiento del
Buggy y así mejora los puntos críticos de la suspen-
sión.
Con la aplicación de los amortiguadores MR en el
sistema de suspensión del Buggy se mejoró notable-
mente su comportamiento sobre todo en caminos
irregulares y en situaciones de cabeceo, bamboleo y
empuje.
Se comprobó de forma teórica y práctica las virtudes
de utilizar los fluidos MR en los sistemas de suspen-
sión semiactiva.
VI. BIBLIOGRAFÍA.
Felt, D. W. y Hagenbüchle, M. (1996). Rheology of
a magnetorheological fluid. Dover Publications.
Cullity, B. D. (1970). Introduction to magnetic mate-
rials (1ª ed.). Addison-Wesley Publishing Company.
Felt, D. W. y Hagenbüchle, M. y Richard J. (1996).
ER Fluids and MR Suspensions and Associated
Technology. Singapore: World Scientific.
Balanis Constantune. (2004). Advanced engineering
electromagnetics (3ª ed.). USA: John Wiley &
Sons.Inc.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
13
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Ing. Henry Iza
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maenza s/n
Latacunga - Ecuador
Email :hhiza@espe.edu.ec
Resumen.
En esta investigación se desarrollan cálculos para
determinar el impulso mecánico al producirse un
choque o impacto frontal, tomando como datos parte
del ensayo realizado por los estudiantes del equipo
FESPE 2012.
Se describen conclusiones relevantes, que resaltan la
importancia del análisis de elementos del automóvil
en función de cálculos para un adecuado diseño.
I. INTRODUCCIÓN
Al mismo tiempo que los primeros vehículos
aparecen, los accidentes también se asocian a ellos.
En 1889 en un periódico londinense se hace eco de
uno de los primeros accidentes, un vehículo que
descendía de una pendiente a una gran velocidad
(estimada entre 20 y 25 km/h), el cual al intentar
frenar sufrió la rotura de las llantas traseras; los
ocupantes, del vehículo salieron despedidos del
vehículo y fallecieron.
Lamentablemente este no fue un hecho aislado sino
que se empezaron a contabilizar un número mayor
de accidentes automovilísticos ampliando los
listados dramáticos con muertos, heridos y pérdidas
materiales.
Desde ahí, los fabricantes de vehículos han
incorporado diversos sistemas de seguridad
con la finalidad que disminuyan los accidentes
de tráfico.
Es importante distinguir que estos dispositivos de
seguridad se han dividido en: seguridad activa, que
tiene como finalidad reducir o idealmente eliminar el
riesgo de accidente; y, seguridad pasiva; que consiste
en dotar al vehículo de los medios que atenúen los
efectos de un accidente en cuanto se produzcan.
La mayor parte de los dispositivos son de carácter
dinámico, es decir, intervienen activamente en el
guiado cómodo. Los elementos que se desglosan
son los sistemas de frenos, suspensión, dirección,
los neumáticos y una adecuada transmisión de la
potencia proporcionada por el motor.
14
ANÁLISIS DE LOS TIEMPOS EMPLEADOS EN EL FRENADO DE UN VEHÍCULO Y
CÁLCULO DEL IMPULSO MECÁNICO GENERADO EN UN CHOQUE FRONTAL
La seguridad activa no son solamente los elementos
móviles, existen otros elementos estáticos que se
engloban en esta categoría de la seguridad activa,
entre ellos constan; los sistemas de iluminación, la
aerodinámica de la carrocería, la ergonomía de sus
mandos e interior, la buena visibilidad desde la
posición del conductor como los de relevancia
significativa.
La seguridad pasiva la componen distintas partes del
automóvil que en caso de un accidente, evitan o
disminuyen los daños que puedan recibir los
ocupantes del vehículo, peatones, animales o mobiliario
urbano y vial que pueden verse involucrados en la
colisión. El elemento más importante que forma
parte de la seguridad pasiva es la estructura del
vehículo, se muestra un ejemplo en la figura 2. Este
depende de un adecuado diseño y el material a
utilizar en su fabricación.
Figura 1. Elementos de seguridad activa.
Figura 2. Elementos de seguridad pasiva.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
15
II. TIPOS DE COLISIONES O CHOQUES Y
ACCIDENTES DE TRÁNSITO
Un accidente como alteración al proceso normal de
la conducción de un vehículo en la que pueden
existir daños para los ocupantes del automóvil y para
terceras personas, se presentan de diferente forma:
• Colisión frontal.
• Colisión posterior.
• Colisión lateral.
• Colisión con peatón.
• Vuelco.
Otros tipos de colisiones pueden ser con animales,
inmersión de vehículos, salida de pista, son minoritarios
en relación a las colisiones anteriores. En la tabla 1 se
muestra los accidentes de tráfico más comunes según su
tipología.
Cuando existe un impacto, la energía cinética del
automóvil se transforma en energía de deformación,
fricción o rotación en lugar de un desplazamiento,
por lo que los dispositivos de seguridad pasiva harán
que la energía se transforme en deformaciones
estructurales esto, con la finalidad que los ocupantes
del vehículo no reciban dicha energía.
Las causas de lesiones graves en un accidente de
tránsito son
• Excesiva deformación del habitáculo.
• Impacto con elementos interiores.
• Imposibilidad del salida de heridos.
• Incendio del automóvil.
• Activación defectuosa de cinturones de
segurida y Air bag.
La masa interna de los vehículos es uno de los
aspectos importantes en la severidad de las colisones
o choques. Se puede afirmar que cuando mayor sea
la rigidez de los vehículos, mayor será la severidad
al impactarse con otros vehículos. Esta severidad se
muestra en tabla 2.
III. CÁLCULO DEL TIEMPO Y DISTANCIA
TOTAL DE FRENADO COMO PARTE DE LA
SEGURIDAD ACTIVA
En función de los adecuados sistemas de frenado
desarrollado por cada uno de los fabricantes de
vehículos, es importante determinar el tiempo que se
requiere para que el vehículo o automóvil se detenga
luego de accionar o activar los frenos.
La distancia de recorrido del vehículo luego de
que el conductor advierte un obstáculo o algún
imprevisto en carretera, hasta detenerse, es la
sumatoria del tiempo de reacción, tiempo de
respuesta de los frenos y tiempo de frenado.
El tiempo de reacción del conductor es el que va
a tener una variación importante, este dependerá
de las condiciones físicas y psicológicas del
conductor y factores externos que se encuentren
en la conducción. Este tiempo suele estimarse de
0,3 a 1,7 segundos.
El tiempo de frenado se descompone en dos
períodos: el primero hasta alcanzar una presión
determinada y el segundo, hasta actuarse los
frenos con dicha presión.
El tiempo durante el cual el vehículo camina una
velocidad casi constante, desde que el conductor
percibe la necesidad de frenar se llama tiempo
perdido, que se calcula con la siguiente ecuación:
Donde:
tp = Tiempo de perdido.
tr = Tempo de respuesta del conductor.
tp = Tiempo de respuesta de los frenos
ts = Tiempo hasta alcanzar la presión nominal de
frenado
El valor conjunto de tiempos de acuerdo al
reglamento de frenado
Establece valores de 0, 36 segundos para vehículos
con capacidad de hasta 8 ocupantes más el
conductor; y, 0,54 segundos a los vehículos con
capacidad superior a 8 ocupantes.
Es decir si un conductor tiene su tiempo de reacción
de 0,3 segundos, el tiempo de perdido será:
La distancia recorrida o distancia de reacción (DR)
en este tiempo se calculará al multiplicar el tiempo
perdido por la distancia que recorrerá el automóvil
en una hora a una velocidad constante; es decir, se
asume la velocidad que lleva el vehículo al momento
de frenar dividido para 3600.
Es decir, si el vehículo viaja a 30 km/h, la distancia
recorrida será 30.000 metros, entonces la distancia
será:
Como la energía cinética es proporcional al cuadrado
de la velocidad, esto significa que para el doble de la
velocidad, la distancia recorrida se multiplica por
cuatro; entonces la distancia de frenado (DF) será:
Tabla 1. Proporciones de los accidentes de tránsito
Tipo de accidentes Proporción
Frontal automóvil – automóvil
Con obstáculos fijos
Automóvil-Automóvil (no frontal)
Frontal (Automóvil-Camión)
Automóvil-Camión (no frontal)
51%
25%
12%
7%
5%
Sev. externaSev. Interna
Masa menor a 850 kg
Masa mayor a 850kg y
menor a 1050 kg.
Masa mayor a 1050 kg
30%
50%
75%
70%
50%
25%
Tabla 2. Severidad de los accidentes de tránsito
2
t
p = tr + tp +
t
s
tp = 0,3s.+0,36s.=0,66s.
2
t
p =
t
s
3600(s)
5,5(m)
D
R = =
30000(m.) x 0,66(s)
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
16
Entonces, la distancia de parada (DP) será igual a
sumar la distancia recorrida más la distancia de
frenado.
Entonces, el tiempo total (T
t) será igual a:
IV. IMPULSO MECÁNICO GENERADO EN UN
CHOQUE
De acuerdo a la velocidad que adquiere un vehículo
es importante conocer la fuerza de impulso o
reacción, que se genera en el impacto ante un choque
frontal contra un muro sólido.
Muchos autores han desarrollado diversos modelos
aplicados para el análisis de los choque. En el presente
artículo para el cálculo del impulso mecánico, tomo
como referencia la relación lineal entre la velocidad y
la deformación residual en un ensayo contra barrera
rígida basado en las conclusiones de Campbell
Para ello tomaré los datos obtenidos de la prueba que
se realizó en la ESPE extensión Latacunga con el
atenuador de impactos del vehículo de pruebas de la
FESPE 2012 mostrado en la figura 3.
Cada uno de estos momentos servirá para determinar
el impulso mecánico generado:
I=∆P=Pf-Pi
I=((90)-(-2289,2))kg* =2379,2 kg*
Se requiere conocer la duración del impacto por tal
motivo, en la prueba realizada por los estudiantes de
la FESPE 2012, utilizaron un sensor de aceleración y
mediante LAVIEW se pudo determinar el tiempo del
choque que fue de 0,07 segundos. Entonces la fuerza
promedio ejercida sobre el automóvil es:
Esta fuerza determinada es la que absorberá el
vehículo luego de un choque frontal, dependerá
también del diseño estructural para la distribución
adecuada de fuerzas.
Aceleración
La severidad del impacto será determinada en
función de las veces que la gravedad influya en el
choque. Los efectos producidos en el intervalo del
choque pueden ser calculados en función de la
aceleración promedio del impacto:
V. CONCLUSIONES
• De las condiciones de funcionamiento que se
encuentre el vehículo, dependerá el tiempo que
se ocupe para poderlo detener cuando el
conductor lo desee.
• Es importante tener en cuenta que el conductor
al ser su tiempo de reacción variable, será
necesario que tenga unas características físicas
adecuadas, con la finalidad de que el tiempo de
reacción sea el mínimo posible.
• Se debe tomar en cuenta que si la velocidad de
circulación del vehículo aumenta, en el
momento de un choque; si la velocidad es
mayor, la fuerza de reacción que se genera luego
del choque también será mayor.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
Luque, P., Álvarez, D y Vera, C. (2008). Ingeniería
del Automóvil (1a ed.). España: Thomson.
Cascajosa, M. (2006). Ingeniería de Vehículos
(2aed.). España: Alfaomega.
Staniforth, A. (1992). Race and Rally Car Source
Book (3a ed.). England: Haynes
Se utilizó un vehículo de pruebas con una masa de
300Kg., cuya velocidad inicial de impacto fue 7,63
m/s, una velocidad final luego del choque de - 0,3
m/s y el tiempo que duró el choque fue de 0,07
segundos.
Se determinó el momento inicial y el momento final
empleando las velocidades:
D
F = 5,4(m.) x 4 = 21,6m.
T
t = 0,66(s) + 2,64(s) =3,3s
Pi = m * Vi
D
P = 5,5(m.) + 21,6(m) = 27,1m
Figura 3. Prueba de impacto (Equipo FESPE 2012)
Figura 4. Velocidades de impacto.
Pi = 300kg. * -7,63 = -2289,2kg *
m
s
m
s
Pf = m * Vf
Pf = 300kg. * 0,3 = 90 kg *
m
s
m
s
m
s
m
s
F
∆P
0,07s
33988,57 Newton
∆t
= = =
2379,2kg*
m
s
7,6 + 0,3
m
s
m
s
m
s
a 112,86
11,5g
2
Vf - Vi
t
=
0,07s
= = =
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
17
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
18
Resumen
El diseño y construcción de una mesa posicionadora
automática de soldadura en dos ejes. es una máquina
eléctrica de gran flexibilidad, diseñada para mover la
bancada y sostener la pieza durante todo el proceso
de soldadura, sincronizado con los movimientos del
brazo robótico KUKA KR5Arc, que permitirá
realizar trabajos de alta calidad; tales como soldadura
con pequeños subconjuntos de piezas, chapas,
perfiles, tubería y elementos de poco espesor, entre
otras.
I. INTRODUCCIÓN
Los avances tecnológicos en procesos automatizados
han permitido desarrollar mesas para soldadura basa-
das en una arquitectura modular; es decir, en piezas,
accesorios y subconjuntos físicos que se adaptan a
una estructura general. El diseño modular ofrece
múltiples variantes, en dimensiones y componentes
opcionales, para ajustarse exactamente a los
requerimientos del usuario.
La idea básica de estos diseños es posicionar, sujetar
de manera rápida y precisa piezas para trabajar
garantizando seguridad, precisión, eficiencia y
calidad, maximizando de esta manera la utilización
de estas
Para optimizar la productividad se debe también, de
alguna forma, ahorrar a través de tiempos más cortos
de preparación, mejorar de la sujeción, y evitar al
máximo el exceso de los cambios y recambios.
II. BRAZO ROBÓTICO
Es un manipulador multifuncional reprogramable con
varios grados de libertad, capaz de manipular mate-
rias, piezas, herramientas o dispositivos especiales,
según trayectorias variables programadas para
realizar tareas diversas.
Existen 5 tipos de robot:
• Robots manipuladores
• Robots de aprendizaje o repetición
• Robot de computadores
• Robots inteligentes (experimentales)
• Micro-robots
Las empresas fabricantes de robots, más importantes
son Adept Tecnology, Staubli-Unimation, la empresa
multinacional suiza ABB (Asea Brown-Boveri), y la
empresa alemana KUKA Robotics.
KUKA KR-5ARC
El brazo robótico KUKA KR 5Arc, soporta una carga
de 5 Kg, es ideal para las tareas de soldadura al arco
estándar. Independientemente de si esta montado
sobre el suelo o en el techo, el KR 5Arc realiza sus
tareas siempre de manera fiable.
III.COMPONENTES DE LA MESA POSICIONA-
DORA
La mesa posicionadora de soldadura está formada
por una estructura mecánica, servomotores AC para
cada uno de los ejes, Controlador Lógico Programable
(PLC), pulsadores de control de movimiento, etc.
Los movimientos de la mesa se controla por medio de
un PLC; pero se sincroniza con los movimientos del
brazo robótico KUKA KR-5ARC, lo cual garantiza
maniobrabilidad de la mesa posicionadora; de tal
manera que el brazo robótico efectuará el cordón de
suelda en las posiciones determinadas por el PLC.
SERVOMOTORES GSK (GSK, 2012)
Los motores servo de GSK son conjuntos de motor y
driver.
Los motores son del tipo sincrónico (brushless), con
rotor de imán permanente.
Ing. Fausto Acuña
email: fvacunia.espe.edu.ec
Ing. Marco Singaña
email: masingania@espe.edu.ec
Sr. José Santiago Arias Granda
email: jsarias@espe.edu.ec
Sr. Luis David Toapanta Lascano
email: ldtoapanta@espe.edu.ec
Departamento de Energía y Mecánica.
Quijano y Ordoñez y Marquez de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MESA POSICIONADORA DE SOLDADURA
EN DOS EJES PARA EL BRAZO ROBÓTICO KUKA KR5ARC DEL LABORATORIO
DE ROBÓTICA INDUSTRIAL DE LA ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA
Figura 1. Brazo robótico KUKA KR-5ARC
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
19
Los drivers son del tipo vectorial, completamente
parametrizables. Las características principales son:
• Posibilidad de control analógico -10V~+10V,
0~10V con selección de sentido de giro o
control digital (pulso + dirección; pulso
CW/CCW).
• Repetición de señal de encoder para control,
con posibilidad de división por números racionales
(multiplicador / divisor).
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE
(XINJE, 2012)
El PLC XINJE, admite la programación con códi-
gos G, característica que permite controlar con
mucha precisión la posición y velocidad de la mesa
posicionadora de soldadura.
Figura 2. Servomotor GSK, DA98-15/
130SJT-M060D x 6Nm, 2500 Rpm, 1500W
Figura 3. Servodriver GSK, DA98A-130SJT-M060D
Figura 4. PLC XINJE XCM32 T-E
ENGRANAJES RECTOS
Se diseñó y construyó dos piñones de 16 dientes y
dos engranajes de 89 dientes con una relación de
transmisión de .
CAJA REDUCTORA
Diseñada con una relación de 1/30, ya que se
necesita obtener mayor torque para este sistema.
IV. DISEÑO
Para el diseño de la mesa posicionadora se utilizó
software SOLIDWORK 2012 para el modelamiento
de sus diferentes partes, así mismo para las pruebas
de flexibilidad y resistencia a la que la máquina va
hacer sometida.
Se construye la máquina posicionadora de acuerdo
con las especificaciones técnicas: dimensiones,
garantizando estabilidad y maniobrabilidad;
selección del material adecuado para la mesa,
piñones, caja reductora, considerando el peso total
Figura 5. Piñón de 16 dientes
Figura 6. Caja reductora
Figura 7. Mesa posicionadora diseñada
1
55
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
20
V. PRUEBAS
Se aplican pruebas individuales de movimiento de
los ejes de la mesa posicionadora, configurando
directamente el servodriver de los servomotores,
para diferentes posiciones establecidas.
Los rangos de giro obtenidos fueron:
Eje 1: aprox. 90 grados
Eje 2: aprox. 360 grados
Se dispone de diferentes velocidades de movimiento
de los ejes, con resultados satisfactorios. Se configuró
y programó el PLC XINJE para controlar los ejes de la
mesa posicionadora, obteniendo resultados similares al
control por servodriver.
En las pruebas de sincronización de movimientos
entre el brazo robótico y la mesa posicionadora, se
obtuvieron los resultados esperados, tanto en
precisión de la posición, como en la velocidad de
giro de los ejes de la mesa.
VI. CONCLUSIONES
• La mesa posicionadora es una máquina
eléctrica de gran flexibilidad, diseñada para
mover la bancada y sostener la pieza durante
todo el proceso de soldadura.
• La mesa posicionadora, sincronizado con
los movimientos del brazo robótico KUKA
KR5ARC, permite realizar trabajos de una
manera correcta, segura y de alta calidad.
• Se realiza soldadura con pequeños
subconjuntos de piezas, chapas, perfiles,
tubería y elementos de poco espesor, entre otras.
• Con la mesa posicionadora se optimiza el
proceso de soldadura, a través de tiempos más
cortos de preparación, mejorando la sujeción, y
evitando el exceso de los cambios y recambios
en este proceso.
• Se obtuvo un control óptimo, en la posición
y velocidad de los dos ejes, utilizando el PLC y
servomotores.
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Marín (2011) Mesas Para Soldadura. Metal
Actual. Extraído el 06 de Abril del 2012 desde
http://www.metalactual.com/revista/16/herrami
entas_mesas.pdf
- Universidad de Guadalajara (2010).
Robótica. Extraído el 02 de Abril del 2012
desde -
http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/
- KUKA (2010). Manuales de Operación de
Robots KR-5Arc. KUKA Roboter GmbH.
Extraído el 06 de Abril del 2012 desde
http://www.kuka-
robotics.com/es/products/industrial_robots/low
/kr5_arc/
- GSK (2012). Manual de GSK DA98B AC
Servo Drive Unit. Extraído el 5 de Abril del
2012 desde
http://www.gsk.com.cn/english/productinfo.asp
?Productid=13
Figura 8. Mesa posicionadora de soldadura en
dos ejes para el brazo robótico KUKA KR5ARC
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
21
Resumen
Se desarrolla un análisis energético en función del
rendimiento mecánico y verificación de parámetros
característicos de un motor de combustión interna a
gasolina a fin de reducir la emisión de gases
contaminantes emanados por los automóviles que
cuentan con motores de combustión interna, así
como mejorar las prestaciones del mismo, tales
como: torque, potencia, consumo específico de
combustible, etc.; sustituyendo su obsoleto sistema
de encendido y alimentación convencional por un
sistema de control electrónico.
Se desarrolla la adaptación del sistema electrónico
de inyección gasolina en un vehículo convencional a
carburador. Comparando pruebas del sistema de
alimentación con carburador versus el sistema de
alimentación con inyección electrónica, finalmente
demostraremos las mejoras que se obtienen al
realizar dicha sustitución.
I. INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la industria automotriz ha ido
avanzando a pasos agigantados en lo que a
tecnología se refiere; esto se debe a la cada vez más
frecuente inclusión de componentes electrónicos
que ayudan a controlar y optimizar las diferentes
funciones y tareas que se deben ejecutar
procurando mantener o desarrollar un sistema de
gestión energética dentro de un automóvil.
La introducción de vehículos equipados con el
sistema de inyección electrónica de combustible en
nuestro país fue a partir de los años 90; y desde
entonces este nuevo sistema de alimentación empezó
a desplazar al tradicional carburador, el cual ha
disminuido su presencia en el parque automotor a tal
punto que hoy es obsoleto.
La necesidad de motores potentes, ligeros, de mayor
fiabilidad y menor consumo fueron los incentivos de
la investigación hacia los sistemas de inyección
electrónica.
Los sistemas de inyección ahorran combustible
porque solo inyectan lo estrictamente necesario para
el correcto funcionamiento del motor en cualquier
régimen de giro.
Los equipos de inyección electrónica secuencial
multipunto son, en nuestro medio, los sistemas de
alimentación más exactos. Para ello se basan en el
uso de la electrónica con tal de conseguir una
dosificación lo más exacta posible. El control de
dosificación puede realizarse porque se controla
una serie de parámetros para definir el tiempo de
inyección.
II. COMPONENTES DEL SISTEMA DE
CONTROL ELECTRÓNICO
En la adaptación del sistema de inyección
electrónica se emplean componentes de tipo
electrónico y mecánico, dependiendo de cada
necesidad.
a. Componentes Electrónicos
• Módulo de control del tren de potencia (PCM)
• Sensor de posición del cigüeñal (CAS)
• Sensor de velocidad del vehículo (VSS)
• Sensor de flujo másico de aire (MAF)
• Sensor de posición del estrangulador (TPS)
• Sensor de temperatura del refrigerante (WTS)
• Sensor de picado del motor (KS)
• Sensor de oxígeno (HEGO)
• Inyectores
• Regulador de marcha de ralentí (IAC)
• Válvula electromagnética de purga (Cánister)
• Relés
• Bomba eléctrica de combustible
• Bobina de encendido
• Lámpara testigo (CHECK ENGINE)
b. Componentes Mecánicos
• Depurador
• Cuerpo de aceleración
• Colector de admisión
• Riel de inyectores
Ing. Germán Erazo
Ing. Franklin Panchi.
Ing. Diego Salazar.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
Email :wgerazo@espe.edu.ec
GESTIÓN ENERGÉTICA DE RENDIMIENTO Y AMBIENTAL EN LA ADAPTACIÓN
DE UN SISTEMA DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE A UN
MOTOR DE COMBUSTIÓN CONVENCIONAL PARA UNA PRODUCCIÓN MAS
LIMPIA.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
• Regulador de presión
• Polea dentada
• Bujías de encendido
III. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE
INYECCIÓN ELECTRÓNICA
El recorrido del combustible empieza desde el
depósito, donde es aspirado por una bomba eléctrica
de combustible, que recibe la corriente desde el relé
principal, regida por el interruptor de contacto y el
PCM, dicha bomba impulsa el combustible a través
del filtro, al riel de inyectores, llegando al regulador,
donde se establece la presión de inyección adecuada,
pasando finalmente a los inyectores.
El aire de la atmósfera aspirado por los émbolos,
atraviesa el filtro de aire, pasa por el sensor de flujo
másico de aire (MAF), que envía información al
PCM; continúa su recorrido por el cuerpo de
aceleración, y finalmente por el colector de
admisión. El aire que entra viene regulado por el
estrangulador de aceleración, que a través de su
sensor de posición (TPS) envía una señal al PCM, el
cual controla posteriormente el regulador de marcha
de ralentí (IAC).
Cuando el aire aspirado pasa por los conductos
del cabezote, recibe la cantidad de combustible
necesaria para la combustión por parte de los
inyectores de acuerdo a las condiciones de
funcionamiento del motor; que son determinadas
a base de los siguientes parámetros:
• Caudal y temperatura del aire.
• Temperatura del motor.
• Régimen de giro del motor.
• Carga del motor.
• Velocidad del vehículo
• Tensión del acumulador del vehículo.
• Oxígeno residual de la mezcla.
• Condiciones de funcionamiento: ralentí en
frío, puesta en marcha, etc.
Para la determinación de estos parámetros se utilizan
sensores, los cuales detectan una condición de
operación, la transforman en un valor eléctrico y lo
envían al Módulo de Control del Tren de Potencia
(PCM), que procesa esta información y transmite
órdenes pertinentes a los actuadores del sistema; lo que
ha permitido que los sistemas de inyección electrónica
de combustible adquieran una dosificación lo más
ajustada posible a las condiciones de marcha y estado
del motor.
Los defectos que se generen en el funcionamiento del
sistema, son memorizados en el PCM en el orden en
que van apareciendo. Cuando se reconoce un defecto
por primera vez y el estado de error permanece
durante un tiempo mayor que 0,5 segundos, el
defecto se memoriza como permanente. Si este
defecto desaparece enseguida se memoriza como
intermitente y no presente. Si una avería se clasifica
como permanente, se activa la función de emergencia
o modo de avería, lo que provocará el encendido de
la lámpara testigo (CHECK ENGINE) situada en el
panel de instrumentos; esto permitirá al conductor
conocer la existencia de alguna avería en el sistema
electrónico.
• Regulador de presión
• Polea dentada
• Bujías de encendido
IV. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA
Para la implementación del nuevo sistema de
inyección se deben tener en cuenta las siguientes
consideraciones:
• Espacio en el habitáculo del motor.
• Compatibilidad del sistema de inyección
electrónica a implementarse.
• Existencia de autopartes en el mercado
nacional.
• Existencia de equipos de diagnóstico para
mantenimiento.
22
Figura 1. Esquema del sistema de inyección de
gasolina
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
• Existencia de equipos de diagnóstico para
mantenimiento.
a. Supresión de partes y piezas convencionales
Para la implementación del nuevo sistema, las
siguientes partes serán suprimidas:
• Depurador
• Carburador
• Bobina de encendido
• Distribuidor de encendido
• Platino
• Condensador
• Cables de bujías
• Bujías convencionales
• Bomba mecánica de combustible
• Colector de admisión para carburador
b. Adaptación
Para la implementación del sistema, es necesario
realizar algunas modificaciones, entre las cuales
tenemos:
• Adaptar la base del sensor de picado al bloque
de cilindros.
• Adaptar la base del sensor de oxígeno en el
tubo de escape.
• Modificar los conductos de admisión en el
cabezote de acuerdo a la forma de los conductos
del nuevo múltiple a implementarse.
• Mecanizar los puntos de fijación para el nuevo
múltiple de admisión.
• Modificar el tanque de combustible para la
introducción de la bomba eléctrica.
c. Montaje
Una vez realizadas las adaptaciones necesarias,
empezaremos con el remplazo y montaje de:
• Tapa delantera de la distribución por una que
cuenta con una base para el sensor de posición
del cigüeñal.
• Polea del cigüeñal por una dentada.
• Montar el bloque de cilindros en el habitáculo
del motor.
• Montar el cabezote y darle el ajuste según
especificaciones del fabricante.
• Montar el árbol de levas y sincronizar la
distribución.
• Remplazar múltiple de admisión, y colocar el
de escape.
• Colocar el riel con sus respectivos inyectores.
• Colocar la carcasa del múltiple de admisión y
el cuerpo de aceleración.
• Montar el sistema de alimentación.
• Montar el sistema de admisión de aire.
• Montar el sistema de encendido.
• Colocar los sensores y actuadores del sistema
de inyección electrónica.
• Instalar el cableado del sistema de inyección
electrónica.
• Colocar el cable del acelerador.
• Instalar el sistema de arranque y de carga.
• Finalmente purgamos el sistema de
alimentación, revisamos los puntos de
sincronización y encendemos el motor.
V. ANÁLISIS ENERGÉTICO DE
RENDIMIENTO Y AMBIENTAL DEL
SISTEMA CONVENCIONAL Vs. SISTEMA DE
INYECCIÓN ELECTRÓNICA MPFI
Para el análisis comparativo del comportamiento
del motor, se empleó el dinamómetro con freno
hidráulico.
Las pruebas de funcionamiento se realizaron bajo las
siguientes condiciones:
• Aceleración: 100%.
• Temperatura ambiente: 25 ºC.
• Temperatura del motor: 75 ºC.
En cuanto al análisis de gases, utilizamos el
Analizador de Gases Infrarrojo Computarizado
RAG Gascheck.
23
Fig. 2 Componentes del sistema de inyección
electrónica
Fig. 3 Montaje del sistema de inyección
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
VI. RESULTADOS
Las curvas de desempeño que se obtuvieron para
cada uno de los sistemas son las siguientes:
Se puede apreciar claramente la diferencia de potencia
que representa la sustitución del sistema convencional
por un sistema de inyección electrónica MPFI;
especialmente en el intervalo medias a altas
revoluciones. Observamos que con el sistema
convencional la potencia decae vertiginosamente en
altas revoluciones, mientras que con el sistema
de inyección electrónica ésta sigue incrementán-
dose.
De la misma manera, con la implementación del
sistema de inyección electrónica, observamos que el
torque tiende a mantenerse constante en casi
cualquier número de revoluciones; mientras que
con el sistema convencional el torque disminuye
bruscamente en altas revoluciones.
En la figura 7, a bajas revoluciones la diferencia de
consumo no es demasiado significativo; y en
medias revoluciones la diferencia es casi nula; sin
embargo luego de este punto, la diferencia empieza
a incrementarse; ya que con el sistema MPFI el
consumo específico de combustible casi permanece
constante en todo el rango de revoluciones; mientras
que el sistema convencional requiere de una mayor
cantidad de combustible a altas revoluciones pero no
mantiene su potencia.
Incluiremos a continuación los resultados de la
prueba de carretera, que nos permitirá determinar el
consumo efectivo de combustible.
Tabla I. Consumo de Combustible en carretera
Se determina que con el sistema convencional
podemos recorrer 9 kilómetros menos con un galón
de combustible, lo que significa que el ahorro al
implementar el sistema de inyección electrónica es
significativo.
En la Figura 8 se aprecia que inicialmente ambos
sistemas permiten el mismo nivel de llenado a los
cilindros; sin embargo con el aumento de las r.p.m.
observamos una cada vez más marcada diferencia
entre el rendimiento volumétrico que ofrecen estos
dos sistemas.
Los datos que se obtuvieron con el analizador de
gases para el sistema convencional y el de inyección
electrónica, respectivamente son:
24
Fig. 4 Analizador de Gases GASCHECK
Figura. 5 Curvas de Potencia al freno
Figura 6 Curvas de Torque
Figura 8 Curvas del Rendimiento Volumétrico
Figura 7 Curvas de Consumo Específico
de Combustible
CONVENCIONAL
(Km/gl)
MPFI
(Km/gl)
36 45
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
VII. CONCLUSIONES
• En lo que se refiere al mantenimiento, el
sistema implementado puede ser diagnosticado
por escáners de tipo universal que cuenten con
software para vehículos europeos.
• Con la implementación del sistema de
inyección electrónica MPFI, el Monóxido de
Carbono (CO) se redujo, según los datos en
porcentaje obtenidos de 0,628 a 0,201, lo que
resulta el 68%.
• La presencia de Hidrocarburos (HC) en los
gases de escape, disminuyó considerablemente,
de 776 ppm a 118 ppm; lo que significa una
reducción cercana al 85%.
• Los Óxidos de Nitrógeno (NOx) fueron
reducidos de 8 ppm a 3 ppm, que representa casi
el 63%.
• Con la realización de la prueba de carretera
de 90 km, se comprobó que el consumo de
combustible se redujo de 2,5 a 2 galones; lo que
nos brinda un ahorro del 20%.
• La potencia máxima fue incrementada de
18,850 kW @ 3000 r.p.m. a una superior a los
25,133 kW @ 4000 r.p.m. que fue la lectura
máxima que nos permitió el banco; lo que
constituye un incremento aproximado al 25%.
• El torque máximo se aumentó de 63 Nm @
2400 r.p.m. a 68 Nm @ 2400 r.p.m, que se
traduce en un 7% más.
• El máximo rendimiento volumétrico fue
acrecentado de 80,75% @ 1600 r.p.m. a
84,90% @ 4000 r.p.m. que al comparar estos
valores representa el 5%. Esto significa que el
ingreso de aire al cilindro fue optimizado con
la implementación del nuevo colector de
admisión, el cual posee un mejor diseño desde
el punto de vista aerodinámico.
• Con la implementación del sistema de inyec-
ción electrónica MPFI, se logró un eficiente
arranque en frío, además de mantener un ralentí
estable y conseguir una aceleración uniforme.
BIBLIOGRAFÍA.
• Castro, Miguel. Inyección de gasolina CEAC
• Gualtieri, P. Inyección electrónica en motores
nafteros y diesel"
• Ribbens, W. "Understanding Automotive
Electronics"
• Autodata V. 3.18 Software de Especifica-
ciones.
• Mitchell On Deman Version 7.0 Software de
Especificaciones.
25
Figura 9 Análisis de gases (convencional)
Figura 10 Análisis de gases (MPFI)
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
26
Resumen
En el presente artículo muestra la aplicación de las
tecnologías GPRS/GPS, más específicamente un
tracker o localizador orientado principalmente a la
seguridad de equipos electrónicos.
El sistema será aplicado en un automóvil Chevrolet
Aveo de la Escuela de Conducción profesional
ESPEL
I. INTRODUCCIÓN.
La falta de control en distancias recorridas y el tiempo
empleado, el excesivo consumo de combustible en
los vehículos, gastos exorbitantes en sueldos y
mantenimiento, son causas para generar una
aplicación de monitoreo del que se obtendrá un ahorro
económico considerable.
II. SISTEMA DE CONTROL Y COMUNICACIÓN.
Sistema de posicionamiento global GPS:
En el auto funciona una computadora que es
alimentada con una gran base de datos constituida por
mapas y un sistema de comunicaciones. Estos mapas
van a ser interpretados por un sistema operativo
específico que se asemeja a un ambiente gráfico de
Windows, del vehículo, rutas convenientes y
seguridad.
Sistema de comunicación celular por GPRS:
Es un receptor GPS donde adquiere las coordenadas
satelitales, para luego enviarlas a un teléfono móvil o
una red de datos GPRS. Al tener implementada una
red de datos GPRS, se puede visualizar los recorridos
efectuados por el localizador implementado en un
equipo electrónico.
Sistema de comunicación de datos por INTERNET:
Ante el gran desarrollo de las tecnologías de teleco-
municaciones se pensó en una restructuración total
en el modo de acceder a los datos por parte de los
responsables de los vehículos, creando una red que
interconectará a éstos con el dispositivo instalado
en el automotor y posibilitando el acceso total a
todos los equipos conectados a la red inalámbrica
con independencia del tiempo o lugar donde se
encuentren.
III. INDICACIONES PARA MANEJO DEL
SOFTWARE.
El software utilizado permite determinar la
ubicación del vehículo
o dispone de funciones de pánico y se encuentran los
eventos ocurridos en el vehículo, como; encendido y
apagado del automóvil. Están los comandos de
control que proporcionan: Reportes del dispositivo,
bloquear motor, desbloquear motor, abrir seguros.
III. RESULTADOS Y PROTOCOLO DE
PRUEBAS
A continuación se presenta los datos a verificar, una
vez que se instaló el sistema en el vehículo Chevrolet
– Aveo
Ing. Jairo Naranjo
Ing. Lorena Chuquitarco
Ing. Germán Erazo.
Ing. Eddie Galarza
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
SISTEMA DE RASTREO SATELITAL MEDIANTE GPS Y GPRS PARA EL
VEHÍCULO CHEVROLET-AVEO DE LA ESCUELA DE CONDUCCIÓN
ESPE-LATACUNGA.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Tabla 1: PARÁMETROS A MEDIR
Figura 1. Mapa ubicación vehículo
Orden Parámetros
1
2
3
4
5
6
Nivel de combustible
Estado de carga de la batería
Velocidad
Latitud
Longitud
Uso del cinturón de seguridad
27
La carga de la batería se tendrá desde que el vehículo
está en contacto estos valores serán exactos al de la
batería.
La velocidad es calculada a través de un algoritmo y
es exacta a la del vehículo.
PRIMEROS RESULTADOS OBTENIDOS
Los servicios que se detallarán a continuación se
disponen en tiempo real y en un periodo de tiempo
de hasta tres meses atrás y de la fecha actual.
El vehículo al contar con un GPS las 24 horas del día
va a ser monitoreado cada segundo, al vehículo se lo
visualizará en 5 mapas.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Tabla 2: SERVICIOS DEL SISTEMA
Orden Parámetros
1
2
3
4
5
6
Bloqueo del motor
Desbloqueo del motor
Abrir puertas
Elevar vidrios cuando se apaga el motor
Panel de control de SOS
Micrófono en cabina
7
Control del vehículo
a través de
sms (celular)
Figura 2. POSICION DEL VEHÍCULO
Figura 4: NIVEL DE COMBUSTIBLE
Figura 5 CARGA DE LA BATERÍA
Figura 6: VELOCIDAD DEL VEHÍCULO
Figura 3: POSICIONAMIENTO DEL
VEHÍCULO EN TRES MESES
El vehículo también contará con seguimiento
detallado de hasta tres meses anteriores al de la fecha
actual incluida una animación de los lugares donde
estuvo a qué hora se detuvo, por cuánto tiempo se
detuvo….
El nivel de combustible se indicará a través de
porcentajes, este servicio se tendrá también en los
tres meses anteriores a la fecha actual
La latitud son coordenadas que nos dan una zona o
extensión de posición del vehículo con un margen de
error 2 a 3 m.
28
El micrófono en cabina es opcional puede o no estar
conectado sin embrago este servicio es más por
seguridad, el dueño del vehículo a vez que haya
recibido el sms de SOS podrá llamar al número del
módulo para que sepa que pasa en cabina bloquear el
motor si es necesario o llamar a la policía.
Los servicios anteriormente mencionados se podrán
realizar a través de sms (celular) con códigos ya
predeterminados.
IV. CONCLUSIONES.
- Implementado el rastreador satelital el
vehículo cuenta con un módulo GPS/GPRS
obteniendo el control del desplazamiento reali-
zado y un ahorro económico en los suministros
asignado al vehículo.
- En la posición a tiempo real vemos que hay
un margen de error de 2 a 3 metros en la
ubicación del vehículo esto es por lo que no hay
un sistema de GPS con una exactitud del 100%.
- En la visualización del consumo de
combustible tendremos una tolerancia de 4 a 6%
debido a que el indicador del tablero se coloca
por debajo del nivel mínimo de combustible.
- En el tiempo de seguimiento del vehículo
obtenemos la información cada minuto
aproximadamente ya que si fuera cada segundo
el costo de la comunicación de datos sería más
elevada.
V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
García J. P, Pérez D, 2011. Hacking y Seguridad en
Comunicaciones Móviles GSM / GPRS / UMTS /
LTE. Madrid: Informática64
Gorricho M, Gorricho J.L, 2002. Comunicaciones
Móviles. Catalunya: Politext
Klows, Miller, 2009. Comunicación móvil por
GPS/GSM. Barcelona. CEAC
Lethman, Lawrence, 2002. GPS fácil. EE.UU: J.
Willey
La longitud son coordenadas que dan una distancia a
la que el vehículo se encuentra de un punto base o
matriz en este proyecto la universidad es la matriz.
El uso del cinturón de seguridad será una medición
en porcentaje, es decir,
Conectado el cinturón………….100%
Desconectado el cinturón…………0%
El vehículo recibirá una orden en la que debe
apagarse automáticamente en un lapso de 30s y no
podrá arrancar.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Figura 8 BLOQUEO DEL MOTOR
Figura 10: SMS DE SOS
Figura 7: LATITUD
Figura 9: ABRIR PUERTAS
Para el desbloqueo el vehículo recibirá la orden que
indique que puede arrancar el motor con seguridad.
El vehículo cuenta con un motor que permitirá abrir
los vidrios en caso necesario.
En el instante en el que el vehículo se apague los
vidrios se elevarán automáticamente por un período
de 5s.
En caso de emergencia/peligro el conductor presionará
un botón de auxilio y automáticamente a tres
números celulares llegará un sms de SOS con su
ubicación.
29
Ing. Luis Mena Navarrete MSc.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marquéz de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
Email :lamena@espe.edu.ec
CAVITACIÓN EN LAS CAMISAS DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN
INTERNA
Resumen:
Es habitual que los rectificadores de motores se
encuentren con camisas con signos de corrosión en
la superficie.
El diagnóstico es claro: daño por cavitación. Pero
¿Cómo se produce un daño de este tipo? ¿Y qué
pueden hacer para evitarlo?
La razón es que las camisas húmedas tipo WN
usadas en motores de combustión durante el
funcionamiento del motor están en contacto con el
refrigerante. En este diseño, el calor generado
durante la combustión se transfiere y es disipado a
través de un radiador.
II. INTRODUCCIÓN
En este tipo de avería , las picaduras suelen encon-
trarse en la zona del punto muerto superior e inferior
del pistón.
Cuando estas picaduras o corrosiones aparecen
hablamos de daños por cavitación. Una acumulación
de pequeñas picaduras en la superficie es un indicio
de daños por este fenómeno.
III. LA CAVITACIÓN EN LAS CAMISAS
Cavitación (lat. cavitare: formación de cavidades) se
refiere a la formación de huecos o cavidades en
medios líquidos (que fluyen fuertemente) y que, en
la mayoría de los casos, se disipan inmediatamente.
Este fenómeno está causado por las oscilaciones de
presión, que en el motor de combustión interna son
generadas por el movimiento del pistón. Las vibra-
ciones se transmiten a la envolvente de agua, que de
esta manera también comienza a vibrar. Cuando la
Figura1. Daño por cavitación
pared del cilindro se retrae durante un ciclo de la
vibración, se produce un vacío en el refrigerante que
da lugar a la formación de pequeñas burbujas de
vapor.
Durante la siguiente fase del ciclo de vibración, las
burbujas de vapor explotan, arrancando átomos de la
superficie de la camisa. El resultado son las
picaduras o corrosión.
III. DAÑOS POR CAVITACIÓN O POR CORROSIÓN
NORMAL: ¿CÓMO DIFERENCIARLOS ?
Existen dos indicios claros de los daños por corro-
sión:
1. Las picaduras solo aparecen en la dirección
de la cara principal de empuje o a su opuesta.
2. A diferencia de la corrosión normal, las
picaduras aumentan su tamaño hacia el interior.
Por el socavado (erosión) la corrosión avanza a
través de la pared lateral del cilindro, hasta el
extremo de provocar la perforación total de la
camisa y la entrada de líquido refrigerante en el
cilindro.
Una vez que la superficie de la camisa ya tiene daños
por cavitación, está mucho más expuesta al progreso
de este daño y también de la corrosión normal. Al
cortar la camisa, las picaduras que aumentan su
tamaño hacia el interior quedan aún más a la vista.
IV. CAUSAS USUALES PARA EL PICADO
La deficiente protección anticongelante en el
refrigerante: es una causa frecuente de los daños
de corrosión por la composición del refrigerante.
Figura 2. Daños por corrosión
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
En muchos países los motores trabajan sin o con
escaso anticongelante en el agua. El anticongelante
no sólo sirve para evitar la congelación, sino que
también evita la corrosión en el radiador y motor, a
la vez lubrica la bomba de agua. Un anticongelante
idóneo modifica las propiedades físicas y químicas del
refrigerante, disminuye su temperatura de congelación
y eleva su temperatura de ebullición. De esta manera
se contrarresta la tendencia a formar burbujas de
vapor, y con ello el riesgo de daños por cavitación.
Las fugas en el circuito de refrigeración y
sobrepresión insuficiente: en condiciones normales
de funcionamiento, en el circuito de refrigeración se
produce una sobrepresión que reduce la tendencia a
formar burbujas de vapor. Pero la más mínima fuga
en el circuito, incluso a través del tapón del radiador,
impide la formación de dicha sobrepresión y puede
causarse daño por cavitación en las camisas. También
una avería del termostato o del ventilador pueden
reducir la temperatura del motor de tal modo que la
sobrepresión no se alcance
V. RESULTADOS
Se ha observado daños por cavitación en motores
que funcionan a bajas temperaturas (entre 50 y 70
ºC). Con una temperatura más alta (entre 90 y 100
°C), la mayor presión de agua evita la formación de
burbujas de vapor.
Las camisas de mala calidad, que por sus generosas
tolerancias de fabricación no quedan correctamente
fijadas al bloque motor se moverán dentro del motor.
Esto producirá un mayor nivel de vibraciones y el
correspondiente aumento de los daños por
cavitación. También los materiales de mala calidad
pueden favorecer este tipo de daños.
No se debe intentar reparar el centraje inferior del
bloque si su superficie está corroída, al menos que
utilice camisas de sobre medida. Observe estrictamente
el juego especificado del pistón.
Evite reparar la superficie interior de la camisa y
utilizar de nuevo los pistones viejos. Rectifique el
diámetro interior de la camisa y monte los pistones
nuevos con sobre medida y/o un nuevo cilindro.
Es esencial el uso del anticongelante con protección
a la corrosión especificado por el fabricante incluso
aunque el motor vaya a funcionar en regiones cálidas
o en el interior de edificios (p. ej. generadores).
Debe considerarse las especificaciones relativas a la
sustitución del anticongelante y la necesidad de
aditivos específicos para ciertas regiones.
La calidad del agua también es un factor muy
importante: no debe utilizarse agua destilada, agua
muy alcalina o agua muy ácida.
Los ingenieros de MAHLE, en estrecha colaboración
con la industria del automóvil, desarrollan compo-
nentes de motor más resistentes a la cavitación.
Una consideración importante para una larga vida
útil sin cavitación en el motor es el funcionamiento
suave del pistón.
Ya durante la fase de desarrollo MAHLE está
optimizando la forma del pistón y del propio motor
mediante varias series de ensayos. El resultado es un
funcionamiento suave que minimiza los impulsos
durante los cambios de sentido dentro del cilindro.
Un cilindro MAHLE garantiza el óptimo funcion-
amiento, la suavidad de marcha, una prolongada vida
útil y la fiabilidad del motor. Un aspecto importante
en la protección de las camisas contra la cavitación
es la minimización de la transmisión de vibraciones.
Las camisas MAHLE son fabricadas con la máxima
precisión y mínimas tolerancias, con el fin de
conseguir un asiento ajustado en el motor que
reduzca las vibraciones, asegurando así un
funcionamiento fiable durante una prolongada vida
útil.
Si el sistema de combustible no funciona correcta-
mente, esto va en detrimento del motor.
Una mezcla demasiado rica, no solo gasta combustible
excesivamente, también puede provocar daños y
desgaste en pistones y segmentos. Una mezcla
demasiado pobre, provoca un exceso de temperatura,
por lo que puede ocasionar un sobrecalentamiento
del motor.
V. CONCLUSIONES
La cavitación en los motores es negativa para el
funcionamiento de los motores.
La cavitación de las camisas es un fenómeno
silencioso que se presenta en los motores de com-
bustión interna diesel y gasolina.
El líquido universal que se debería utilizar para el
sistema de refrigeración es el agua lluvia ya que ella
no contiene substancias negativas como silicatos,
óxidos, herrumbres que ayudan a la consecución de
este mal que aqueja a los motores.
Utilizar líquidos refrigerantes (aditivos) que ayuden
a preservar el buen estado del motor internamente.
Inspeccionar el circuito de refrigeración, el
termostato y el ventilador de forma periódica.
Debe asegurarse la presurización del sistema de
refrigeración (sí es necesario, debe sustituirse el
tapón del radiador).
Bibliografía.
Jovac M, Motores de Automóvil, 2000 II edición,
Editorial MIR.
Ludeña, L Motores de automóvil Moscú: Mir
May, Mecánica para motores diesel: teoría,
mantenimiento y reparación / Ed México, D. F.
McGraw-Hill.
30
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
31
Ing. José Quiroz Erazo
Ing. Juan Castro Castillo
Ing. Francisco Castillo
Ing. Andrés Torres
Email :
jlquiroz@espe.edu.ec
jtcastro@espe.edu.ec
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maenza s/n
Latacunga - Ecuador
ANÁLISIS ENERGÉTICO DEL RENDIMIENTO, CONSUMO Y EMISIONES
GENERADAS POR LOS VEHÍCULOS HÍBRIDOS
Resumen:
Debido a la necesidad de reducción de emisiones
contaminantes por parte de los vehículos y a los
elevados costos que los combustibles convencionales
han logrado alcanzar en los últimos tiempos se ha
implementado tecnologías alternativas, que permitan
desarrollar un sistema de gestión energética para
mejorar las condiciones de propulsión de los
vehículos, reduciendo los contaminantes generados
por los motores de combustión interna.
El vehículo híbrido utiliza un motor de combustión
interna que trabaja alternadamente con un motor
eléctrico, que también puede ser generador en algu-
nas condiciones, dispone de una batería de alto
voltaje para almacenar carga eléctrica, mientras el
sistema de frenos regenerativo se encarga de man-
tener la carga de las mismas.
Dado que el mayor consumo de los vehículos
híbridos se da en carretera, constituyen un ahorro
energético notable, mientras que un motor térmico
necesita incrementar sus revoluciones para aumentar
su par, el motor eléctrico en cambio tiene un par
(fuerza del motor) constante, es decir produce la
misma aceleración al comenzar la marcha que
con el vehículo en movimiento. Esta tecnología ha
permitido conseguir que el consumo de combustible
sea de un 20% hasta un 60% menor que en vehículos
comparables de tipo convencional.
I. VEHÍCULOS HÍBRIDOS
El término propulsión híbrida es utilizado para
referirse a vehículos con más de una fuente de
propulsión. La base importante de un vehículo
híbrido está dada por un motor de combustión
interna que trabaja de forma alternada con un motor
eléctrico, este motor puede ser también generador en
algunas condiciones y todo el sistema utiliza una
batería de alto voltaje para almacenar carga eléctrica.
El medio de transporte que más aceptación ha tenido
es el motor de combustión interna, al que corresponde
más de un 80 % de la totalidad de la energía producida
en el mundo. Estos motores son los responsables
también en gran medida de las aportaciones de
contaminantes gaseosos a la atmósfera y causante
del aumento del efecto invernadero
II. EL SISTEMA DE PROPULSIÓN
Los vehículos híbridos son clasificados por la
división de poderes entre las fuentes, ambas fuentes
pueden funcionar en paralelo para dar al mismo
tiempo de aceleración, o pueden operar en serie con
una fuente exclusivamente proporcionando la
aceleración y el segundo se utiliza para aumentar la
reserva de la primera potencia.
Las fuentes también se pueden utilizar tanto en serie
y en paralelo cuando sea necesario, el vehículo que
está siendo impulsado principalmente por una
fuente, la segunda es capaz de proporcionar una
aceleración adicional directa si es necesario.
En algunos vehículos híbridos se aplica el ciclo
Atkinson, que consiste en que los tiempos de
admisión, compresión, expansión y escape se
produzcan en la misma vuelta del cigüeñal, no en
dos vueltas como en el Ciclo Otto, con un diseño
especial de este elemento para que la relación de
expansión difiera de la relación de compresión.
Este tipo de vehículos cuentan con un complejo mecanismo
de funcionamiento el cual alterna la operación del motor
eléctrico y el motor de combustión interna, para que todo
este revolucionario sistema opere de forma segura y fiable
debe medir y controlar gran número de variables de forma
independiente, como por ejemplo: temperatura de la batería,
temperatura de los inversores, entre otras, para esto el
sistema debe ser descentralizado teniendo unidades de
control independiente, pero relacionándolas todas a través
del bus de datos.
La operación del sistema híbrido requiere que
gran número de condiciones estén establecidas
antes que la Unidad HV comience la estrategia
de operación del motor de combustión y los
Motores Generadores. El conjunto está
formado por los dos Moto Generadores y el
motor de combustión, todo unido a través del
conjunto sistema planetario, este último
permite el aporte de potencia de cada uno de
los elementos. En la gráfica inferior se observa
cómo están relacionados mecánicamente.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
32
III. PRUEBAS DE RENDIMIENTO:
El desempeño y rendimiento de los motores se
obtuvo de los vehículos Ford Escape Híbrido y
Toyota Prius Híbrido. Estas pruebas consideran:
Desempeño del sistema híbrido Toyota Prius
Desempeño del sistema híbrido Ford Escape
Potencia y Torque Toyota Prius
Potencia y Torque Ford Escape
Potencia y Torque Vehículos convencionales
PRUEBAS DE EMISIONES DE GASES
El análisis dará a conocer si existen contaminantes
en exceso en el gas de escape, con ello se logrará
determinar si realmente los vehículos híbridos reducen
las emisiones contaminantes.
PRUEBAS DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE
Se somete a los vehículos: Toyota Prius, Ford
Escape y Chevrolet Optra a un recorrido de carretera
y ciudad, establecido bajo las mismas condiciones
que nos permita conocer los índices de consumo de
estos vehículos para el respectivo análisis y cuadro
comparativo.
PRUEBAS DE RUÍDO:
Con la utilización de un sonómetro digital se obtiene
la medición del valor real de contaminación auditiva
(ruido) que pueden llegar a generar los vehículos,
enfocándonos en el motor de combustión interna
para la realización de esta prueba. Los valores a
obtener nos darán a conocer mediante el respectivo
análisis, las ventajas que presentan los vehículos
híbridos respecto a un convencional en cuanto a la
disminución de ruido. Las unidades de medida para
esta prueba son los decibeles (db).
PRUEBAS ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS:
Reconocer establecer las diferentes pruebas
eléctricas y electrónicas que se pueden realizar en los
vehículos híbridos Toyota Prius y Ford Escape, en los
diferentes sistemas como la inyección electrónica
empleada para el desempeño del motor y el sistema
hibrido, tomando en cuenta las normas de seguridad
y los peligros que esto representa al trabajar con alto
voltaje.
Figura 1. Composición del vehículo híbrido
Tabla 1 Ahorro de combustible Toyota Prius
IV. CONCLUSIONES
Los vehículos híbridos representan una alternativa al
momento de reducir las emisiones contaminantes,
especialmente cuando se encuentran circulando en
ciudad, ya que los motores eléctricos pasan más
tiempo en funcionamiento cuando son requeridos.
En las pruebas de desempeño se pudo constatar que
debido a las condiciones de carretera existentes en
la sierra, los vehículos híbridos logran reducir en
mínimas cantidades las emisiones generadas ya que
el motor de combustión interna pasa a funcionar más
tiempo.
Figura 2 Desempeño Toyota Prius en carretera
Figura 3 Cantidad de C02
Figura 4. Ruido producido por los vehícu-
los de prueba.
Zona
Carretera 100km.
160km.
90km.
47
50
60
Carretera
Ciudad
Distancia
Ahorro de
Combustible
%
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
33
Notablemente el Toyota Prius es el vehículo más
eficiente en cuanto al consumo de combustible,
logrando reducir en un 60% la cantidad de combusti-
ble consumido.
Los vehículos híbridos Toyota Prius y Ford Escape
al ser comparados con vehículos convencionales, se
constató que tienen similares características en
cuanto a torque y potencia, por lo cual no son
vehículos de bajo desempeño, se encuentran a la par
e incluso superan a muchos de los vehículos
existentes en el mercado nacional.
Luego de realizar las pruebas de desempeño, se
determinó que si es posible llegar a niveles de
contaminación cero en los vehículos híbridos, única-
mente cuando se encuentra funcionando solo el
motor eléctrico.
Se determinó mediante las pruebas de ruído, que los
vehículos híbridos no generan contaminación audi-
tiva, tanto en el interior como en el exterior del
vehículo, cuando se encuentra funcionando el motor
eléctrico mientras el MCI se encuentre apagado.
V. RECOMENDACIONES
• Al conocer la existencia de componentes
tóxicos en la batería de alto voltaje presente en
los vehículos híbridos y debido al peligro que
representan para el medio ambiente, se
recomienda devolver este componente a sus
lugares de fabricación, luego de terminar con su
vida útil.
• Al trabajar en el sistema de alto voltaje de
los sistemas híbridos es recomendable tomar
muy en cuenta las normas de seguridad, se
sugiere utilizar el equipo adecuado para protec-
ción personal.
• Es necesario tomar en cuenta la contami-
nación vehicular existente en nuestro país, ya
que mediante datos obtenidos de la Corpaire
existen niveles de alerta en el aire de Quito, pese
a que existe un control. Por lo tanto es necesario
dar mayor impulso a los vehículos híbridos.
VI. BIBLIOGRAFÍA
CROUSE - ANGLIN, Puesta a punto y rendimiento
de un motor. Editorial Alfaomega.
GARCÍA R , ESPINOSA ,H. El Impacto del trans-
porte automotor en el medio ambiente. Volumen X.
Desarrollo de vehículos híbridos disponible en
http:/www.hybrid-vehicle.org/hybrid-vehicle-
history.html http://www.educar.org/inventos
/transportes/automovil.asp
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
34
Ing. Edison Clavijo Ponce
Capitán de Material de Guerra.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
eclavijo@espe.edu.ec
BIOREFINERÍAS DESDE LA PERSPECTIVA DE LA SOSTENIBILIDAD:
MATERIAS PRIMAS, PRODUCTOS, Y LOS PROCESOS.
Resumen.
Los vegetales realizan la fotosíntesis para acumular
energía solar en forma de energía química. Esta
energía química puede ser liberada por combustión.
La biomasa puede ser utilizada directamente como
combustible o ser transformada en biocombustibles
líquidos. La energía de la biomasa, bajo las
condiciones apropiadas, se considera que es una
energía renovable. En el presente análisis trata de
un nuevo método de transformación de la biomasa.
La sostenibilidad es la palabra de moda en el
lenguaje de desarrollo, esto ha llevado a la cuestión
de la disponibilidad y la utilización de la energía en
un enfoque nítido. Hay una necesidad urgente de
encontrar alternativas viables para fósiles,
principalmente el petróleo.
I. INTRODUCCIÓN.
Los biocombustibles, la bioenergía y los bioproductos,
todos ellos producibles en las bio-refinerías a partir
de materias primas procedentes de la biomasa, son
–indudablemente- los tres pilares de la bio-economía
del futuro.
Efectivamente, los procedimientos utilizados en las
bio-refinerías para convertir los materiales lignocelulósicos
multi-uso en biocombustibles y bioproductos constituyen
la base del crecimiento económico sostenible que se
espera para el siglo. XXI. El hecho de que los
bio-productos sean derivados de la biomasa (y, por
consiguiente, poco contaminantes), les constituye en
alternativa deseable frente al consumo de recursos
no renovables (petróleo, gas natural, carbón,
minerales) que, además, son contaminantes.
"Bio-refinería es una instalación que integra los
procesos de conversión de biomasa y equipos para
producir combustibles, energía y productos químicos
de biomasa”.
Las Biorefinerías se clasifican en función de los
componentes de su sistema, productos, plataformas,
materias primas y procesos de conversión como se
explica a continuación:
• Las plataformas se refieren a la conexión de
sistemas intermedios de biorefinería y sus
procesos
• Los productos energéticos como el bioetanol y
el biodiesel o productos materiales como los
productos químicos.
• Las materias primas pueden venir de cultivos
energéticos de la agricultura (maíz, caña de
azúcar, etc.) También pueden ser obtenidos de la
agricultura residuos, los residuos forestales y
residuos industriales.
• En la actualidad cuatro grupos principales de
los procesos de conversión están involucrados
en los sistemas de bio-refinería. Estos son
bioquímicos por ejemplo, fermentación, termo-
químicos (pirolisis), químicos, esterificación y
mecánica.
II. LAS FUERZAS QUE IMPULSAN LAS
BIOREFINERÍAS.
El futuro de las materias primas fósiles
En la actualidad la demanda mundial de energía
crecerá en un 50% hasta 2030, según estimaciones
de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) por
lo que es necesario la búsqueda de fuentes de energía
basados en los recursos naturales pero a su vez en la
precaución de mantener en óptimas condiciones
nuestro medio ambiente el que hasta la actualidad ha
sido explotado de una forma descuidada del control
y renovación. Contra este telón de fondo una reali-
dad es verificar las reservas fósiles disponibles, la
predominante fuente primaria de energía en la
actualidad, ofrece un panorama desalentador, las
reservas de petróleo es probable que sólo duren 40
años y de gas natural por 60 años; la preocupación
por la seguridad energética y la disponibilidad de
materias primas para productos químicos orgánicos.
La crisis ambiental
La AIE advierte de que si no cambian las políticas
energéticas de los países consumidores las necesidades
energéticas se multiplicarán en los próximos años. Por
ello, la organización, que depende de la Organización
para la Cooperación y el Desarrollo Económico
(OCDE) reclamó una utilización más racional de la
energía" y "la sustitución de los combustibles fósiles"
por otros tipos de energía. "Tenemos por abandonar el
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
petróleo, antes de que el petróleo nos abandone a
nosotros", declaró Birol.
La fuente de energía que registrará un mayor
incremento de la demanda en términos absolutos
será el gas natural, cuyo consumo crecerá un
2,1% anual. La demanda de carbón aumentará un
1,4% anual, hasta los 7.300 millones de toneladas
en 2030. Crecerá también la producción de la
energía nuclear pero menos que otras fuentes,
mientras que las energías renovables aumentarán
más que el resto, con una media del 6,2% por año.
La sustitución de los combustibles fósiles por
biocombustibles puede tener un impacto importante
en la mitigación de emisiones de CO2. De bioetanol
en lugar de gasolina en el transporte puede potenciar
para el ahorro de la emisión de 198 g de CO2
equivalente por kilómetro de recorrido de los
vehículos, mientras que la electricidad producida a
partir de biomasa en el modo de cogeneración puede
ahorrar 731 grs de equivalente de CO2 por Kwh en
electricidad producida a partir de gas natural.
III. MATERIAS PRIMAS.
La biomasa es un material renovable, que es, sin
duda ventajosa para la sostenibilidad pero esto
también limita su máxima tasa de utilización y la
disponibilidad teórica de la biomasa está limitada
por la capacidad de producción primaria de la
biosfera. La bio-refinerías deben tener suministro
fiable de materias primas en su totalidad de vida
útil, que puede ser desde 10 hasta 30 años o más
las materias primas representan el 40-60% de los
costos operativos de una biorefinería.
Cultivos específicos.
La mayoría provienen de cultivos dedicados a la
alimentación como lo es el maíz en EEUU. Se utiliza
en biorefinerías de etanol y la soja en biodiesel; la
caña de azúcar en Brasil como bioetanol e igual
forma es utilizada la soja, el biodiesel de palma en
Malasia que a la par son solución para la hambruna
mundial y el aumento de extensión de siembra sobre
ecosistemas como bosques, praderas causando un
efecto en la sostenibilidad social.
Residuos Agrícolas.
Los residuos agrícolas constituyen una categoría
importante de materia prima potencial de bio-refinería
que no está en la confrontación con la disponibilidad
de alimentos. Estos materiales lignocelulósicos tienen
tres componentes básicos, celulosa, hemicelulosa y
lignina, y puede ser transformado en una multitud de
productos, con una disponibilidad mundial aprox.
1.010mill de toneladas. Entre ellos están: residuos de
cereales, paja de trigo y arroz, rastrojo de maíz, el
algodón de tallo, tallo de cebada, bagazo de caña
de azúcar, entre otros como efecto negativo de
sostenibilidad tenemos las variaciones estacionales
de producción, costos de cosecha y producción del
producto principal y el costo de logística.
Biomasa Leñosa.
Los materiales lignocelulósicos que se procesan
(algunos, con contenidos en celulosa altos) tienen,
sin embargo, un costo muy bajo debido a su
carácter residual: follaje de limpieza de bosques,
papel recuperado de residuos urbanos, lodos de las
industrias de la pulpa y papel, etc. Sus componentes
contienen estructuras orgánicas que sirven como
fuente de bioproductos y muchos de estos, por su
utilización como fármacos o agroquímicos, tienen
valores añadidos relativamente altos.
Biomasa Acuática.
Hay un nuevo enfoque sobre el uso de la biomasa
acuática que no compiten con los productos
alimenticios estos recursos son sostenibles las
algas merecen una mención especial, para la
producción de equivalentes que requieren mucho
menos el uso de la tierra de la biomasa terrestre,
especies de algas pueden crecer en condiciones
suaves, que ofrece mucho más energía (solar) los
rendimientos en comparación con las plantas
terrestres pudiendo ser cultivadas en gran escala
en estanques abiertos o fotosintéticos.
IV. PRODUCTOS BIO-REFINERÍA.
Los Productos Energéticos.
Las biorefinerías que usan biomasa de plantas o
material de origen vegetal como materia prima serían
la punta de lanza para pasar del carbono fósil a la
producción de biocombustibles, lo cual modificaría
el panorama industrial.
En los últimos años el biodiesel también ha ganado
en importancia como combustible de transporte; la
producción anual mundial de biodiesel y etanol
creció un 43% y el 23%, respectivamente; Estos
biocombustibles, por lo tanto, a menudo requieren
algunos incentivos económicos o las intervenciones
de la política para competir; se encuentra en auge la
utilización de subproductos y residuos, mientras que
la producción de bioetanol a partir de maíz y caña de
azúcar está en el mercado establecido, la producción
de celulosa y la hemicelulosa se encuentra todavía
en su fase de desarrollo inicial.
Biomateriales.
Las biorefinerías pueden proporcionar un arreglo de
productos químicos como pegamentos, detergentes,
fluidos dieléctricos, colorantes, tintas, lubricantes,
materiales de embalaje, pinturas y recubrimientos,
papel y cartón, solventes de maíz para bio-refinerías
de etanol se puede producir fibra, germen, y el
gluten, además de granos de destilería-seca (DDG)
para la alimentación animal, fibra de maíz, rico en
hemicelulosas, puede ser más hidrolizada y se
fermenta para producir etanol adicional.
V. PROCESOS DE BIOREFENERÍA.
Tipos de Biorefinerías.
Se consideran bio-refinerías de primera generación
las plantas de molienda en seco que utilizan cereal
como materia prima para obtener etanol, otros
coproductos y dióxido de carbono.
35
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Las bio-refinerías de segunda generación hacen uso
de tecnologías de molienda en húmedo para obtener
almidón, fructosa, aceite y harinas del maíz y etanol.
Las bio-refinerías de tercera generación y
bio-refinerías más avanzadas (algunas de ellas en
fase de desarrollo), son las que utilizarán recursos de
la biomasa de la agricultura o de los bosques para
producir múltiples tipos de productos como etanol,
combustibles, agroquímicos y plásticos. Son las más
prometedoras en cuanto a eficacia económica.
El diseño de bio-refinerías de tercera generación
precisa de los siguientes requerimientos:
(a) Una alimentación o utilización de materias
primas biológicas.
(b) Determinadas tecnologías de procesamiento
para la obtención de bio-sustancias, productos y
energía.
(c) La consideración de estrategias que partan: bien
de nuevos productos biológicamente degradables, o
bien de productos intermediarios en las líneas de
productos de las refinerías petroquímicas. De forma
resumida podemos describir cuatro sistemas
complejos de bio-refinerías
1.)Bio-refinerías de recursos lignocelulósicos
2.) Bio-refinerías de tratamiento de “cosechas
completas”
3.) Bio-refinerías verdes o “naturaleza húmeda”
4.) Bio-refinerías que utilizan el concepto de “dos
plataformas”.
VI. POLÍTICAS Y ORIENTACIÓN FUTURA.
Se preveé que la demanda global de biodiesel
ascienda a 37.850 millones de litros en 2015. Actual-
mente, 30 países han establecido objetivos de
biocarburantes y están usando simultáneamente
biodiesel y combustibles tradicionales.
Los países en vías de desarrollo suministran el 50%
de la demanda global de biocarburantes y su com-
promiso a largo plazo para con los combustibles
renovables ha quedado patente por el hecho de que
ya el 17% de la demanda mundial de biodiesel se
concentra en el hemisferio sur del planeta.
El Instituto de investigación multilateral IIASA de
Viena, Austria, ha calculado que podrían fabricarse
hasta 246 megatoneladas de biomasa para la produc-
ción de biocombustibles y bioplásticos a partir de los
residuos de cultivos, que representan el 50% de la
biomasa cultivada. Este material podría usarse sin
que su producción afectará negativamente a los
fertilizantes y la tierra. Con este uso de los residuos
agrícolas se necesitarían de 15 a 20 millones de
hectáreas menos de tierras de labranza con cultivos
para producir biocombustibles.
VII. CONCLUSIÓN.
Las biorefinerías que usan biomasa de plantas o
material de origen vegetal como materia prima
serían la punta de lanza para pasar del carbono fósil
a la producción de biocombustibles, lo cual modifi-
caría el panorama industrial. Al mismo tiempo, se
ofrece a los gobiernos en todo el mundo una gran
oportunidad, también, en el que su ayuda para crear
un marco positivo con los reglamentos y los incen-
tivos para estimular que el sector privado para
acelerar sus inversiones será la clave.
Es así, que basados en el análisis del WEF concluye
que el desarrollo basado en la bioeconomía está en
una etapa temprana y ante un escenario de alto
riesgo, sobre todo si las empresas deciden lanzarse al
mercado de manera independiente, por ello es
necesario que el gobierno tome un papel activo en el
proceso para apoyar a estas industrias , con el fin de
crear mercado para garantizar que la industria se
consolide y prospere lo más rápido posible.
VIII . BIBLIOGRAFÍA.
ANASTAS, P.T. y WARNER, J.C., 1998. Green
Chemistry. Theory and Practice, Oxford University
Press, NY.
BACHMANN, R. y RIESE, J., 2006. Industries
Biotech. Biorefineries Industrial Processes and
Products, ed. B.Kamm, Wiley-VCH, Weinheim,
Germany.BIO
World,http://www.bio.org./World%20Congress
BUCHHOLTZ, S.E. y EVELEIGH, D.E., 1990.
Genetic modification of Zymomonas mobilis
Biotechnol. Adv., 8,547-581.BUSCH,R., HIRTH,
TH., KAMM, B., KAMM, M. y THOEN, J., 2005,
Biomasse-Industrie – Wie aus “Bio”Chemie wir
Nachrichten aus der Chemie, 53, 130-134.
CLARK, J.H., 1999. Green Chemistry. Chalenges
and opportunities Appl. Microbiol.Biotechnol
., 59, 618-628.
GRAVITIS, J. 1999. Biorefinery, Chemical Risk
Reduction, Lignocellulosics Economy,
Proc. Workshop onTargetting Zero Emissions for the
Utilization of Renewable Resources
Tokyo, Japan, Junio, 1998.GRAVITIS, J. et al .,
2000.
Furfural and Levoglucosan Production from
Deciduous Wood and AgriculturalWastes
36
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
37
José Luis Mullo Casillas
Lorena Maribel Camacho
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica.
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
jlmullo@espe.edu.ec
mcamacho@espe.edu.ec
SISTEMA DE LIMPIEZA POR VAPOR DE AGUA SATURADA PARA EL
MANTENIMIENTO DE CATALIZADORES EN LOS VEHÍCULOS A GASOLINA
RESUMEN.
La necesidad de combatir la contaminación se
implementa a partir del año 2000 en los vehículos
con sistemas de control y reducción de emisiones
como los convertidores catalíticos de tres vías.
Una alternativa a investigar es la utilización del
vapor de agua saturado en vista que el mantenimiento
es la opción acertada desde el punto de vista
económico, considerando que no existen sistemas
limpios de regeneración de convertidores catalíticos,
siendo imprescindible la importación de los cataliza-
dores, por valores aproximados desde los 200 USD
en genérico y aproximadamente los 1800 USD, para
el caso de un remplazo original.
I. INTRODUCCIÓN
Aproximadamente el 81% de la contaminación total
en el aire proviene del parque automotor convirtién-
dose en la principal fuente de contaminación, los
gases que se emanan son: el monóxido de carbono
(CO), el dióxido de carbono (CO2), el óxido de
nitrógeno (NOX); mismos que son producto de una
combustión incompleta en el motor.
Quito es la ciudad pionera en el Ecuador en desarrollar
alternativas de solución a este problema, implementado
la adopción de un sistema universal y obligatorio de
revisión del estado mecánico, de seguridad y de
emisiones formando a partir de febrero de 2004 la
Corporación para el mejoramiento de la calidad del aire
de Quito CORPAIRE, cuyos objetivos son:
• Dirigir el proceso de revisión vehicular y
fiscalizar la operación de los Centros de
Revisión y Control.
• Dirigir el control, monitoreo, simulación y
mejora de la calidad del aire en el Distrito
Metropolitano de Quito
Para el desarrollo de estos objetivos se creó la
Revisión Técnica Vehicular (R.T.V.) que tiene la
función de realizar la inspección y mantenimiento
de los automotores, en la necesidad de conseguir
un funcionamiento correcto de los vehículos.
Además otras alternativas de solución que
pueden ser adoptadas son:
• Mejoramiento de la calidad del combustible
• Optimización de la combustión en el motor
con un factor lambda = 1, que es 14.7 partes de
aire por 1 kg de gasolina.
• Verificación del buen funcionamiento de todos
los dispositivos anticontaminantes del vehículo.
Uno de los dispositivos anticontaminantes es el
catalizador que tiende a deteriorarse en su
totalidad, y como el costo de remplazarlo es
alto, las personas optan por retirarlos del
vehículo, ya que la mayoría desconoce de su
utilidad y necesidad frente a la calidad de aire
que respiramos.
Por esta razón se ha realizado una búsqueda de un
método de regeneración de catalizadores mediante la
utilización de vapor de agua saturada, que se puede
obtener con la ayuda de un generador de vapor o
caldero industrial.
II. REGENERACIÓN DE CATALIZADORES.
El catalizador tiene como misión disminuir los
elementos polucionantes contenidos en los gases de
escape de un vehículo mediante la técnica de la
catálisis. Se trata de un dispositivo instalado en el
tubo de escape, cerca del motor, ya que ahí los gases
mantienen una temperatura elevada.
Esta energía calorífica pasa al catalizador y eleva su
propia temperatura, circunstancia indispensable para
Figura 1. Ambiente contaminado
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
38
propia temperatura, circunstancia indispensable para
que este dispositivo tenga un óptimo rendimiento, que
se alcanza entre los 400 y 700 grados centígrados.
En la Figura 2 se observa un catalizador que es un
recipiente de acero inoxidable, provisto de una
carcasa-pantalla metálica antitérmica, inoxidable, que
protege los bajos del vehículo de las altas temperaturas
alcanzadas. En su interior contiene un soporte
cerámico o monolito, deforma oval o cilíndrica, con
una estructura de múltiples celdillas en forma de panal,
con una densidad de éstas de aproximadamente 450
celdillas por cada pulgada cuadrada (unas 70 por
centímetro cuadrado).
Su superficie se encuentra impregnada con una
resina que contiene elementos nobles metálicos,
tales como Platino (Pt) y Paladio (Pd), que permiten
la función de oxidación y Rodio (Rh), que interviene
en la reducción. Estos metales preciosos actúan
como elementos activos catalizadores; es decir,
inician y aceleran las reacciones químicas entre otras
sustancias con las cuales entran en contacto, sin
participar ellos mismos en estas reacciones. Los
gases de escape contaminantes generados por el
motor, al entrar en contacto con la superficie activa
del catalizador son transformados parcialmente en
elementos inocuos no polucionantes.
Existen unos enlaces de carácter químico que unen las
moléculas de los gases contaminantes con los grupos
activos de las superficies internas del catalizador, la
energía de estos enlaces representa la energía química
de los grupos orgánicos sobre la superficie de cordierita,
que es un silicato de aluminio y magnesio que se
caracteriza por la alta polaridad de las superficies,
propiedad que se manifiesta en la energía de
absorción, en este caso las moléculas orgánicas entre
las que se distinguen hidrocarburos tanto parafínicos
como aromáticos, la energía varía entre 500
[Ergios/cm2] y 1000 [Ergios/cm2] que son típicas de
la absorción química, por lo tanto es un elemento que
puede absorber vapor de agua para limpiarse.
La regeneración o limpieza del catalizador consiste
fundamentalmente en la ruptura de los enlaces lo cual
se logra mediante la introducción en el sistema de un
adsórbalo (sustancia capaz de efectuar succión), que
con el absorbente (sustancia capaz de efectuar absor-
ción) forman enlaces de mayor energía, y de esta
manera se consigue el desplazamiento del adsórbalo
original.
Para limpiar el catalizador se debe eliminar las
impurezas que bloquean los lugares activos del catalizador,
las gasolinas extra y súper no contienen plomo,
en consecuencia, la desactivación se debe a la
contaminación causada por el carbón generado
por la combustión deficiente de la gasolina.
Entre los agentes naturales, el agua por ser un líquido
altamente polar se absorbe sobre las superficies de
sólidos polares formando enlaces químicos de mayor
energía que la de todos los hidrocarburos que son
apolares (tienen bajísima polaridad). La energía de
absorción del agua (vapor) sobre la superficie de los
silicatos oscila alrededor de 1000 [Ergios/cm2], típico
de la absorción química, en cambio la energía de
absorción de hidrocarburos sobre las superficies de
los silicatos oscila alrededor de 350 [Ergios/cm2].
Entonces por ser la magnitud de la entalpía de absor-
ción del agua (vapor) sobre la superficie del silicato
mayor que la absorción de hidrocarburos sobre las
superficies de los silicatos, se determina que el agua
vapor desplaza de las superficies del silicato a las
moléculas de los hidrocarburos dejando a los grupos
activos del catalizador libres para catalizar la destruc-
ción de los residuos de hidrocarburos que no han sido
combustionados.
Razones por las que el procedimiento adoptado para
limpiar el catalizador del convertidor catalítico
consiste en hacer pasar a través del mismo vapor de
agua saturado a presión y temperatura, que por las
propiedades físicas que quedan explicadas desplazan
el material carbonoso de la superficie del catalizador
sin alterar las características fisicoquímicas del
mismo.
Figura 2. Catalizador
III. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y PRUEBAS
Para la ejecución de las pruebas se utilizó un
vehículo Chevrolet Vitara 3P T/M, en el que se
instaló los catalizadores de seis vehículos con la
finalidad de realizar la toma de los niveles de
contaminación antes y después de la regeneración
con la ayuda del analizador de gases infrarrojo de la
marca RAG GAS CHECK aplicando la norma INEN
NTE 2203:99. La Figura 4 muestra el catalizador del
vehículo de pruebas
Figura 3. Catalizador de vehículo Chevrolet
Vitara 3P
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
39
combustionados (HC) en los catalizadores de
automotores a gasolina.
• Con la investigación del método de limpieza
de catalizadores por medio de vapor de agua
saturado, se genera un beneficio ecológico con
su utilización ya que se tiene una alternativa de
bajo costo, permitiendo que los propietarios de
autos puedan limpiar los catalizadores en vez de
retirarlos, aportando notoriamente al mejorami-
ento de la calidad del aire que respiramos.
IV. CONCLUSIONES
• La regeneración de catalizadores por vapor
de agua saturado es factible para realizar man-
tenimientos en vehículos a gasolina.
• Se logra una eficiencia promedio del 88.5%
de regeneración de monóxido de carbono (CO)
en los catalizadores de autos a gasolina.
• Se logra obtener un promedio de 87% de
eficiencia de regeneración de hidrocarburos no
Los datos recopilados permitieron observar el
porcentaje de regeneración que se logró después de
la limpieza de los catalizadores. A continuación
tenemos los valores que se obtuvieron en las prue-
bas realizadas a los 6 catalizadores
Tabla 1. Concentración de CO
La figura 4 y figura 5 muestran de manera gráfica la
comparación del CO, y de las PPM para los seis
catalizadores usados en las pruebas, lo cual demues-
tra una alta eficiencia del proceso de limpieza.
Tabla 2. Concentración PPM de HC
Figura 5. Comparación de CO
Figura 6. Comparación PPM de HC
V. RECOMENDACIONES
• Utilizar el equipo de protección personal
para realizar el proceso de limpieza, debido que
se trabaja con sistemas de vapor a alta presión y
temperatura
• Realizar un mantenimiento periódico del
motor con la finalidad de reducir los agentes
contaminantes, preservar la vida del catalizador
y cuidar el aire que respiramos.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alonso P, Técnicas del Automóvil: Inyección
de gasolina y dispositivos anticontaminantes,
1996, 1era Edición Editorial CEAC
Jovaj, M, Tecnología del Automóvil, 2000, 2da
Edición, Editorial CEAC
Martín P, Inyección electrónica en motores a
gasolina, 2002, 5ta Edicion, Editorial
MCGraw-Hill
Molina S, Influencia de los parámetros de
inyección y la recirculación de gases de escape
sobre el proceso de combustión, Tesis, 2003.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
40
Ing. John Jairo Ceballos
Ing. Germán Erazo L.
Ing. Alexandra Corral
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
Email : jjceballos@espe.edu.ec
macorral@rspe.edu.ec
wgerazo@espe.edu.ec
SISTEMA DE DIAGNÓSTICO PREDICTIVO PARA AUTOMOTORES BAJO
NORMA OBD II, CON CONEXIÓN INALÁMBRICA WI-FI Y
CONTROLADORES TÁCTILES DE LA MARCA APPLE.
Resumen.
El incremento en el número de componentes del
vehículo controlados electrónicamente mediante
ECU es continuo. Si bien, la cooperación entre esas
y el acceso a la información que circula por ellas, o
entre ellas, el conjunto de sensores y actuadores,
sigue quedando restringido a los fabricantes de
vehículos y las grandes empresas fabricantes de
componentes, es necesario la creación de nuevas
interfaces intuitivas y de rápido acceso de comuni-
cación con estos componentes, para la utilización de
ingenieros y aficionados en el campo automotriz, en
las áreas correspondientes al diagnóstico y el
confort.
El presente artículo relaciona el análisis e interpre-
tación de los diferentes sistemas eléctricos,
electrónicos y mecánicos de los diferentes tipos y
marcas de automóviles, que mantengan un sistema
de comunicación OBD II.
I. INTRODUCCIÓN.
La utilización de sistemas de comunicación con
redes de tipo inalámbricas, es el tipo de enlace apto
para el intercambio de información, tomando en
cuenta los tiempos de respuesta, que en este caso son
muy altos, y los medios en los cuales van a ser insta-
lados.
La introducción de sistemas táctiles de la marca
Apple, ha contribuido a la mejora de los sistemas
inalámbricos, con aplicaciones desarrolladas para
actividades específicas de industrias especiales.
En este caso, en la industria automotriz, permite
mantener un sistema de información organizada y
universal, así como permite establecer una base de
datos determinada para cada unidad y marca, la
misma que será utilizada en casos de revisiones, o de
diagnósticos de tipo preventivo, cuando el usuario
así lo requiera.
Toda la estructura se basa en el manejo del protocolo
OBDII respectivo (ISO 9141-2, SAE J1850 VPW,
SAE J1850 PWM, ISO 15765 (CAN), etc.), por lo
que es requerimiento indispensable establecer un
lenguaje informático optimizado para su enlace, en
este caso inalámbrico.
La utilización del lenguaje Objetive-C es la herrami-
enta funcional adecuada debido a sus características
de alto desempeño en conexiones wireless, y su tasa
rápida de respuesta tanto en conexión de subida
como de bajada.
Físicamente, el esquema de conexión, está com-
puesto por una interfaz de lectura de códigos de tipo
OBD II con generador de señal de emisión de datos
Wi-Fi, un software de aplicación desarrollado en una
interfaz única de usuario (NUI) y compilado en
Objetive-C, un dispositivo táctil de la marca Apple
(IPhone, Ipad), y una red establecida de registro de
información periódica e individual para cada modelo
y tipo de automotor analizado.
Utilizando el diseño del que fue hecho el dispositivo
táctil, podemos aplicar herramientas tecnológicas de
medición de avanzada, como son los acelerómetros
micrométricos, los inclinómetros y giroscopios
digitales, de gran importancia en el análisis tanto de
vibraciones y oscilaciones causadas por el movimiento
y la velocidad, las fuerzas G que soporta tanto en
aceleración y frenado, en el caso del acelerómetro; y
el nivel de sujeción al suelo, y viraje del automóvil
Figura 1. Diagrama de Bloques de un Sistema
de Comunicación Inalámbrica
Figura 2. Acelerómetro digital microméctrico
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
41
La utilización del diseño realizado nos permite
recibir información de los siguientes parámetros
controlados por la ECU, dependiendo del nivel de
tecnología del que este compuesto:
• Velocidad del motor.
• Compresión y vacío.
• Aceleración, poder y torque.
• Consumo de combustible.
• Avance al encendido.
• Temperatura del refrigerante.
• MAP
• MAF
• Ajuste del combustible.
• Presión del combustible.
• Relación aire/combustible, etc.
II. DISEÑO DE LA RED DE COMUNICACIÓN
Nuestra red de enlace, entre dispositivo táctil e inter-
faz de generación de señal, se ve optimizada, tanto
en comunicación de envío como de recepción, con la
utilización de la interconexión de tipo WI-FI ya que,
en comparación del resto de tipos de tecnologías de
comunicación, nos da las siguientes características:
• Alcance hasta 100 mts en lugares abiertos,
dependiendo de estado meteorológicos y otros
factores de recepción, como alcance del genera-
dor de señal, alcance del receptor, etc.
• Fiabilidad Alta, con la utilización de una
máscara de subnet y una dirección IP estática
propia, y un puerto de comunicación dedicado
para el envío y recepción de bits de infor-
mación.
• Ancho de Banda de 3 Mbps nominal, más
que suficiente para cadenas de datos que van
desde 120kb hasta 1Mb como tope de infor-
mación.
• Obstáculos e interferencias que esta red
puede sobrepasar, los mismos que son mínimos,
ya que el automóvil no está diseñado como un
espacio totalmente cerrado para la comuni-
cación de radiofrecuencias.
• Seguridad de transmisión mediana para ser
una medio inalámbrico.
• Programación compatible con la empleada
en el dispositivo, que es de tipo Objetive-C,
nativa de aplicaciones UNIX para dispositivos
táctiles.
• Protocolos de comunicación IEEE 802.11b,
óptimos con el receptor y el generador de señal,
que utilizan protocolos de tipo estándar
802.11a/b/g. Protocolos de comunicación.
Determinado el ambiente en el que se va a desarrollar
el enlace, para la conexión entre interfaz y módulo de
control, primero se debe inicializar el OBDNet o red
informática encriptada OBDII. Para realizar este
proceso en Objetive-C se llama a la función
OBDNetInitialize, la misma que analiza y
informática se esta utilizando, para enviar infor-
mación que sea de lectura para nuestro respectivo
protocolo.
Después de haber inicializado OBDNet, se
requierecrear una nueva función con el nombre
OBDNET_HANDLE para identificar nuestra
conexión, en este caso inalámbrica WI-FI. Con ésta
nosotros podemos extender nuestra red punto a
punto a una red en malla, para no solamente tener un
dispositivo táctil al alcance, sino varios tablets
recibiendo y enviando información al mismo
tiempo.
Para finalizar el proceso, la IPA llama las siguientes
funciones complementarias:
• OBDNetCreate para crear una red inicial
con valores en tiempo real fundamental para
que, en el manejo de varios vehículos de
estudio, no permita la conjunción de datos entre
unidades analizadas.
• OBDNetWorker para designar parte de la
programación a cada campo de análisis que
nuestra interfaz requiera, por ejemplo el estudio
de PIDs, GLCds, medidores de tiempo real, y
parte de diagnóstico predictivo.
III. DESENCRIPTACIÓN DE INFORMACIÓN
EN OBJETIVE-C
Inicializado el enlace, la programación se debe
conectar al respectivo servidor de envío de
información, creado entre el generador de
señal y la salida del puerto OBDII del
automóvil. Este servidor de envío es diferente de
acuerdo a la complejidad de la ECU, y a la cantidad
de dispositivos electrónicos que esta maneja.
La función OBDNetConnection permite entrar en
este servidor, cuyo único requisito es que tengamos
OBDNET_HANDLE activo como parte de la red.
Como paso inicial de la obtención de datos, la ECU
siempre envía primero una lista completa de PIDs
activos, si este fuera el caso, como primer parámetro
de análisis. La función OBDNetGetPidList realiza
este estudio, con información procedente de datos
enviados de cada PID por la función
OBDNET_CALLBACK_PID _LIST_ITEM.
Como ejemplo de la desencriptación de información,
tomaremos un valor tipo de gran utilidad, en este
caso el OBDNET_PID_VALUE
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
42
Así se procede con las demás funciones incluidas en
la programación, dependiendo de la lectura que se
quiera obtener, del PID que se desea analizar y del
instrumento que se aplique en ese momento,
teniendo en ocho grandes grupos estas funciones:
• Función de inicialización.
• Función de creación.
• Función de estado.
• Función de corrección.
• Función de conexión.
• Funciones complementarias.
• Funciones de parámetros.
• Funciones de enlace.
Definidas las funciones, la información envíada
sigue un esquema de análisis en etapas, como se lo
demuestra en este esquema:
Se sigue una serie de procesos, antes de llegar a la
información requerida por la IPA, que en el caso del
diagrama anterior, es el cálculo de la aceleración en
tiempo real, que depende en primera instancia de la
corrección en la constante de la velocidad, y de los
cálculos de las variables SAE.VSS y CALC.VSS_C,
cuyos parámetros provienen directamente de la
OBDNet.
IV. PERSONALIZACIÓN DE LA INTERFAZ
GRÁFICA DE USUARIO (NUI)
Para proveer al usuario un sistema amigable de uso y
de interpretación, parte del diseño final comprende
la personalización de una interfaz gráfica de usuario,
la misma que por lenguaje de programación de obje-
tos complementario Visual Basic SDK, hace uso del
dispositivo táctil y del resto de complementos
tecnológicos correspondientes a cada estudio.
Como cualquier proyecto basado en lenguaje Visual
Basic, este programador compilador tiene la pecu-
liaridad que al mismo momento que realiza la
edición de características y funcionalidad, desarrolla
toda la secuencia informática
Uso
Establece el valor real de lectura informática
en bits del parámetro PID que se requiera. Se
puede obtener mediante la utilización de la
función OBDNetParameterGetCurrentValue o
mediante el callback de definición #define
OBDNET_CALLBACK_STREAMING_PID
_VALUE.
• PidValueType es el tipo de dato que la
estructura contiene. Puede ser
OBDNET_PID_
VALUETYPE_NUMBER, en caso de
valores numéricos únicos,
POBDII_PID_VALUETYPE_ STRING
en caso de una cadena de valores específi-
cos OBDII. Además indica si este valor es
válido para EnglishValue - EnglishVal-
ueString en el sistema inglés de medición,
o MetricValue - MetricValueString en el
sistema métrico.
• TimeStamp establece el número de
milisegundos desde que la petición de
información.
• EnglishValue, el valor en el Sistema
Inglés, si el PidValueType es
POBDII_PID_ VALUETYPE_
NUMBER.
• MetricValue, el valor en el Sistema
Métrico, si el PidValueType es
POBDII_PID_VALUETYPE_
NUMBER.
• EnglishValueString, una cadena de
valores en el sistema inglés, si el PidValu-
eType es POBDII_PID_VALUETYPE_
STRING.
• MetricValueString, una cadena de
valores en el sistema métrico, si el
PidValueType es POBDII_PID_
VALUETYPE_STRING.
• UniqueId identifica el PID específico.
Por ejemplo “SAE.RPM”, etc.
Sintaxis
Parámetros
typedef struct
{
unsigned long PidValueType;
unsigned long TimeStamp;
double EnglishValue;
double MetricValue;
const char * EnglishValueString;
const char * MetricValueString;
const char * UniqueId;
}
OBDNET_PID_VALUE;
Figura 3. Diagrama de procesos OBDII
Figura 4. Programador – Compilador de
objetos Visual Basic SDK
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
43
requerida por cada acción ya en Objetive-C, que a
diferencia de los lenguajes C y C++, optimiza la
utilización de memoria, y el uso de recurso tanto en
las llamadas de variables, como en las peticiones de
retorno o Callback.
El software divide a nuestra plantilla en varias
grupos de acción, medidores, gauges digitales, GLCDs
dinámicos de alta velocidad de respuesta, visualizadores
de inclinómetros, lectores de acelerómetros y valores
alfanuméricos correspondientes, los mismos que
pueden ser interpretados tanto en el sistema inglés
como en el sistema métrico de medición.
En lo relacionado a las características de la acción de
cada objeto, se despliegan dos grupos que modifi-
can, en primera instancia, los detalles gráficos del
botón correspondiente (color, tamaño, fondo,
imagen, etc), y los parámetros intuitivos en tiempo
real (cambios de tamaño, color, valores, ubicación,
etc), todo automatizadamente, sin que intervenga la
acción del usuario a no ser que sea estrictamente
necesario.
Para finalizar en el proceso de personalización de la
herramienta de diagnóstico y medición, se deben
establecer los valores de recepción y envío de la
información tomada desde el servidor OBDNet, de
acuerdo al respectivo protocolo OBDII conforme al
fabricante, en el apartado de edición de funciones y
callbacks SDK como se lo señala en el siguiente
gráfico:
Terminado el proceso de personalización, solo nos
queda introducir nuestra interfaz gráfica en la IPA de
comunicación dentro del dispositivo táctil Apple
escogido (IPAD, IPHONE, etc.).
V. CONEXIÓN, PRUEBAS Y RESULTADOS.
Para comprobar el excelente funcionamiento de
nuestro diseño ya introducido en la IPA, vamos a
conectarnos inalámbricamente con los servidores de
datos OBDNet de dos diferentes vehículos, un
Mazda 3 1.6 full, y un Chevrolet Optra 1.8 estándar.
Cada uno con listas de PIDs diferentes, en cuanto a
componentes y a sensores, actuadores que intervienen
en el sistema mecánico - electrónico.
El enlace físico entre el generador de señal WI-FI y
el dispositivo táctil con la respectiva IPA diseñada,
es establecer nuestra dirección IP y pronunciar la
identificación DHCP de la Tablet.
La tecnología WI-FI tiene varios parámetros
(Dirección IP, Máscara de Subnet y dirección de
router), los mismos que establecen una identidad
virtual que ubica a cada dispositivo como receptor o
generador dentro de la comunicación.
En la aplicación se utiliza los siguientes identifica-
dores:
Dirección IP: 192.168.0.11
Máscara de Subnet: 255.255.255.0
Se utiliza un dirección IP con unidad 11 para evitar
interferencias y que los envíos no se multipliquen en
el ambiente, ya que por lo general, las redes de tipo
infraestructura usan unidades que varían desde el 1
hasta el 10.
Conectado al servidor, nuestra IPA lee toda la lista de
PIDs disponibles para el automóvil analizado, pudiendo
nosotros adicionar PIDs de lectura adicionales si el
caso asi fuera necesario.
Figura 7. Funciones y callbacks SDK de la IPA.
Figura 5. Editor de GLCDs dinámicos y
gauges electrónicos
Figura 6. Edición de acción y reacción de
botones y medidores.
Figura 8. Lectura de datos mediante GLCDs.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
44
Definida la lista de PIDs que deseamos que el
servidor nos informe, es momento de utilizar el
diseño personalizado que contiene los medidores,
GLCDs y gauges digitales para comprobar la tasa de
envío de bits.
El servidor OBDNet del Mazda 3 1.6 full, en gauges
digitales, dio valores correspondientes a las RPM, el
TPS o sensor de posición de la mariposa de aceleración,
el APP o sensor de posición del pedal de aceleración
respectivo, cuyos valores son:
• RPM: 3211
• TPS: 27%
• APP: 15%
Así vamos comprobando los PIDs que va recibiendo
por medio de la interfaz, que en el caso del Mazda 3
nos da valores de MAP, MAF y Boost que demues-
tran el buen estados de estos componentes, parte
fundamental de un buen diagnóstico preventivo y
predictivo.
Como device adicional al comportamiento del auto-
motor, y utilizando el acelerómetro como el girosco-
pio incorporado en el dispositivo táctil de la marca
Apple, se desarrollo un analizador de viraje e incli-
nación del carro con respecto al nivel del suelo total
tierra.
Del análisis de ambos automotores, podemos sacar
una tabla de composición de componentes, con lo
que hay que señalar en primera instancia el nivel de
tecnología del que esta compuesto cada sistema de
cada automotor, la complejidad en la totalidad de
PIDs disponibles por cada ECU, la compatibilidad
universal con diferentes tipos y marcas, y el estado
de los componentes que son nuestra meta a cumplir
en el campo del diagnóstico predictivo.
Tabla 1. Valores medidos de los Gauges y GLCDs.
En la tabla 1 se observan los valores obtenidos por
medio de los gauges personalizados previamente,
comprenden a los valores de compresión promedio,
que en ambos casos están en el rango normal de
acuerdo al fabricante, al vss o sensor de velocidad
del vehículo que como se encuentra inmóvil en el
momento del estudio da el valor 0, las RPMs en las
que se hizo la medición, el nivel de apertura de la
mariposa de aceleración TPS en esas revoluciones y
el nivel de presión aplicada sobre el pedal del
acelerador como en el caso único del Mazda.
Tabla 2. Valores medidos mediante el data logging y
sensores actuadores.
Figura 10. Lectura de gauges digitales.
Figura 11 Lectura de flujo de aire, poder y
economía de combustible.
Figura 9. Lista de PIDs estándar de lectura
para el Mazda 3 1.6 full.
Figura 12. Lista de PIDs estándar de lectura
para el Mazda 3 1.6 full.
Comprensión
VSS
RPM
TPS
APP
170 PSI average
SI 0
SI 2829rpm
SI 24%
SI 14%
160 PSI
SI 0
Si 2910rpm
SI 27%
NA
Mazda 3 1 . 6 Optra 1.8
COOLANT TEMP
LOAD
MAF
MAP
Si 80ºC
23.9%
Si 1.1
Si 5.9 inHg
Si 75ºC
13.7%
Si 0.27
Si 7.1 inHg
Mazda 3 1 . 6 Optra 1.8
PID
VEHÍCULO
PID
VEHÍCULO
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
45
En esta tabla se visualizan los valores de temperatura
del refrigerante, la carga que soporta el motor el
momento del estudio, el estado del MAF y la
medición en pulgadas de mercurio inHg del MAP.
VI. CONCLUSIONES
• El estudio de la OBDNet, no es de uso
exclusivo de fabricantes de automóviles, scan-
ners exclusivos, ni de programadores privados
automotrices.
• La utilización de IPAs programadas en
lenguaje Objetive-C son óptimas para el análisis
y el estudio del campo informático de sistemas
OBDII.
• La personalización de plantillas con objetos
activos del tipo Visual Basic, permite al usuario
crear una guía propia con las mediciones que en
verdad se crean necesarias en cada caso, y la
forma como se presentan en la interfaz gráfica
de usuario.
• El uso de un dispositivo móvil de la marca
Apple, facilita en gran cantidad los procesos de
identificación de ordenes de software a hard-
ware, ayudando en gran parte a la reducción de
conflicto en el ancho de banda de la red inalám-
brica WI-FI, con el consiguiente beneficio en la
mejora de la tasa de envío y recepción de bits.
• El uso de nuestro diseño, es potencialmente
aplicable a las áreas de diagnóstico predictivo y
preventivo de automotores, telemetría, com-
petición y de docencia aprendizaje en el área de
la informática automotriz muy poco explorada
actualmente.
• Nuestro diseño es compatible para la mayoría
de marcas disponibles en el mercado actualmente,
siempre y cuando tengan una infraestructura
tecnológica informática de tipo OBDII, con un
protocolo compatible de los anteriormente
señalados, y un puerto que sea adaptable a nuestro
generador de señal WI-FI.
VII. BIBLIOGRAFÍA.
Altenberg, A (2008). Become an Xcoder. Estados
Unidos: Cocoalab Edit
Chevrolet (2000). Manual de Servicio Optra Chevy.
Brasil.
Hernández, L (2008). Lenguaje Objetive-C. El
Principio. Madrid: MacProgramadores.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
46
Ing. Fabián Salazar Corrales
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maenza s/n
Latacunga - Ecuador
mfsalazar@espe.edu.ec
COMPORTAMIENTO DE LA INCIDENCIA DE NAFTALINA COMO ADITIVO
CASERO EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN DE UN MOTOR ENCENDIDO
POR CHISPA
Resumen
Se analiza la incidencia que produce la mezcla gaso-
lina comercial (extra) - naftalina y los índices de
contaminación, en una labor de experimentación,
para lo que se ejecutaron pruebas sobre un motor de
combustión interna encendido por chispa mediante
la obtención de diferentes mezclas estableciendo
que se enmarquen en los parámetros exigidos por las
normas de control ambiental INEN.
La experimentación se desarrollo aplicando una, dos
y tres pastillas de naftalina, obteniendo el mejor
resultado con el de una pastilla en un galón de com-
bustible extra.
I. INTRODUCCIÓN
Se habla mucho sobre la contaminación ambiental
desde las esferas más idóneas hasta el mecánico
empírico, razón por la que a partir de las conversa-
ciones en talleres en diferentes mecánicas automo-
trices, cada mecánico expone su verdad o su mito, se
procedió a realizar una investigación sobre la
incidencia de la naftalina en un combustible con
expectativas de una mejor combustión y en
consecuencia un menor porcentaje de desechos
contaminantes hacia la atmósfera.
Se presenta una serie de fórmulas químicas las que
permiten el análisis de los productos de combustión,
la cantidad de agentes contaminantes que se produ-
cen al utilizar diferentes proporciones de mezclas
gasolina comercial – aditivo casero (naftalina)
respectivamente en un motor de combustión interna,
así como también ayudan a determinar que mezcla
resulta más efectiva que contribuya al cuidado del
medio ambiente para de esta manera dar una mejor
explicación del mito de la naftalina.
II. OBTENCIÓN DE LAS SUSTANCIAS Y
EQUIPO
Para la demostración del grado de contaminación
que puede presentarse al combinar algún porcentaje
determinado de naftalina con gasolina extra de la
zona, es necesario indicar la obtención de estas
substancias:
La gasolina extra
Las pastillas de naftalina, se las puede conseguir
fácilmente en los puestos de venta ambulante o en
las calles de la ciudad como desinfectante para
inodoros e higiénicos.
Se la obtuvo en una estación de servicio de la ciudad
de Latacunga.
El analizador de gases de escape se encuentra en el
Laboratorio de mecánica de patio de la ESPE exten-
sión Latacunga.
Figura 1. Gasolina Extra.
Figura 2. Pastillas de naftalina.
Figura 3. Analizador de Gases de escape
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
47
III. ELABORACIÓN – PREPARACIÓN DE LAS
MEZCLAS RESPECTIVAS PARA LA PRÁCTICA.
Cálculo del peso específico de la mezcla (gasolina-
naftalina).
m: Masa de la mezcla en 25 ml
M: Masa de una pastilla de naftalina
SG: Peso específico de la mezcla
m1: Masa del picnómetro Nº1
m2: Masa del picnómetro Nº2
m3: Masa del picnómetro Nº3
m4: Masa del picnómetro Nº1 + mezcla
m5: Masa del picnómetro Nº2 + mezcla
m6: Masa del picnómetro Nº3 + mezcla
m1=23,228 gr
m2=23,414 gr
m3=23,804 gr
m4=41,506 gr
m5=41,405 gr
m6=41,914 gr
El peso específico se ha reducido:
Análisis: Su peso específico SG varía entre 0,700 y
0,790 kg/dm3.
El peso específico medido en el laboratorio se
encuentra dentro del rango establecido por API.
m=m4-m1=41,506 gr-23,228 gr=18,278 gr
m=m5-m2=41,405 gr-23,414 gr=17,991 gr
m=m6-m3=41,914 gr-23,804 gr=18,11 gr
v
m
= =SG
(25 ml)
(18,278 gr)
v
m
= =SG
(25 ml)
(18,11 gr)
v
m
= =SG
(25 ml)
(17,991 gr)
(ml)
gr
=
*
0,73112
(1lt)
(1000ml)
*
(1galón)
(3,7854 lt)
(ml)
gr
=
*
0,7244
(1lt)
(1000ml)
*
(1galón)
(3,7854 lt)
(ml)
gr
=
*
0,7196
(1lt)
(1000ml)
*
(1galón)
(3,7854 lt)
gr
(galón)
=2767,581
gr
(galón)
=2742,143
gr
(galón)
=2744,616
gr
(galón)
=2724,125
44,004
gr
(galón)
=SG
+ +
gr
(galón)
2767,581
gr
(galón)
2742,143
gr
(galón)
2724,125
3
Figura 4. Balanza digital de laboratorio
Fig. 5 Picnómetro N°01 + mezcla.
PRODUCTO A(gasolina) PRODUCTO B
(gasolina-naftalina)
PESO ESPECÍFICO (Promedio)
Tabla 1 Peso específico de gasolina – gas naftalina
gr
(galón)
2788,62
gr
(galón)
2744,616
PRODUCTO
A(gasolina)
PRODUCTO B
(gasolina-naftalina)
PESO ESPECÍFICO
(Promedio)
SGG extra =
dm
3
0,7367
kg.
=
2788,62
*
gr
(galón)
1 galón
3,7854 E-3m
3
* *
1000dm
3
1 m
3
1000gr.
1 kg.
SGG mezcla =
dm
3
0,7250
kg.
=
2744,61
*
gr
(galón)
1 galón
3,7854 E-3m
3 * *
1000dm
3
1 m
3
1000gr.
1 kg.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Tabla 4. Datos de medición y norma INEN
Tabla 3. Medición Madera Data Lapping
IV. RESULTADOS Y PROTOCOLO DE PRUE-
BAS
A continuación se presenta la hoja guía de prácticas
que se siguió para esta demostración:
Tabla 2. Datos para la práctica de gasolina más una
pastilla de naftalina.
VIII. CONCLUSIONES.
Se presenta las conclusiones que he creído impor-
tante deben ser tomadas en cuenta con el fin de saber
la incidencia de la naftalina al ser mezclada con
gasolina extra.
Se verifica el teorema químico que dice “ lo seme-
jante disuelve a lo semejante”.
El tiempo de solución es proporcional a la masa que
se le agregue a un volumen constante.
La naftalina puede reducir en porcentajes mínimos
los niveles de monóxido de carbono.
El valor de los hidrocarburos no combustionados
(HC) va siempre en aumento, a medida que se añade
más naftalina a un volumen constante de combusti-
ble.
IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
ALONSO, José Manuel. Técnicas del Automóvil
Motores. Paraninfo. Sexta Edición. Madrid-España.
1997. 657Pags.
http://npic.orst.edu/capro/MothballMishap.es.pdf.
Analizar los gases de escape de un
motor a gasolina del Chevrolet Grand
Vitara con un galón de combustible
extra más una pastilla de naftalina
(35gr.)
LUGAR Y FECHA: Latacunga 23/05/2012
HORA: 13:00
COMBUSTIBLE: Extra
CANTIDAD CC: 3785.41178
TEMPERATURA DEL MÚLTIPLE DE
ESCAPE
(°C): 395
Po= 0.74 Pa
To= 16°C
RPM: 850 rpm
POSICIÓN DEL ACELERADOR: 0%
T^° MOTOR: 80°C
Km (recorrido): 48872
INTERVALO ENTRE PRÁCTICA: 1h.
MOTOR TIPO: 4 en línea.
MARCA: Chevrolet Grand Vitara
Objetivo
Datos de
Práctica
RPM
C0(%vol)
R
A/C
INEN
HC(ppm vol)
O2(%vol)
Lambda
850
0.01
14.4
62
0,13
1.003
2000 y posteriores
1990 – 1999
Menor a 1989
Año Modelo
CO (% V)
Monóxido de
carbono
HC (ppm)
Hidrocarburos
O2 (% V)
Oxígeno
1
4.5
7
200
750
1300
5
5
5
48
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
49
Ing. Leonidas Quiroz
Departamento de Energía y Mecánica
Quijano y Ordóñez y Márquez de Maenza
S/N
Latacunga, Ecuador,
Email : laquiroz@espe.edu.ec
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS COMO CARBURANTE ALTERNATIVO EN
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD.
Resumen.
El deterioro ambiental es consecuencia de la acción
exagerada de los sistemas productivos y la demanda
de energía en el ámbito mundial y su aumento día
tras día, las energías fósiles y vegetales (Petróleo;
carbón, etc.) con las cuales hasta ahora se intenta
cubrir esta demanda se agotan y no se renovan.
El abastecimiento de energía para futuras genera-
ciones es un problema al cual se le tiene que dar una
solución de manera urgente, pero dicha solución
tiene que tener una viabilidad técnica, humana y el
empleo de las energías renovables a de más de la
conciencia energética de los ecuatorianos, así como
su educación ambiental.
Se presenta resultados obtenidos en las distintas
características de producción y elaboración del biogás
bajo normas de calidad para los carburantes, mediante
un proceso que contribuya al aprovechamiento de la
materia prima en función del volumen de producción
del combustible alternativo.
I. INTRODUCCIÓN.
La producción de biogás, a partir del estiércol,
fuente renovable de energía, permitirá el uso
racional de los productos finales del proceso con su
impacto social y económico.
Basados en procedimientos prácticos empleados
para la construcción de plantas de biogás simples, un
enfoque energético con desarrollo sostenible para su
uso y aplicación, lo cual responde al nombre de
sistema de tratamiento a ciclo cerrado a partir de
digestores. El ciclo cerrado es un esquema de
desarrollo que integran la búsqueda de solución a
los problemas ambientales, de alimentación,
producción de abono y energía, a partir de aguas
residuales o residuos de origen orgánico, teniendo en
cuenta el ecosistema circundante.
El biogás constituye una fuente de energía de fácil
obtención a partir de desechos animales, vegetales e
industriales. Esta energía puede ser utilizada en
numerosos procesos que tienen incidencia en la
industria y economía del ecuador, especialmente en
zonas alejadas a la modernidad
La construcción de las plantas de biogás debe estar
sustentadas en una profunda caracterización de los
aspectos fundamentales que inciden en la correcta
selección, diseño y explotación de estas tecnologías,
mediante fundamentos teóricos relacionados con las
tecnologías de los biodigestores.
Figura 1 Transformación de la Biomasa
Figura 2. Biodigestor Casero
BIOMASA
Residuos Orgánicos
Urbanos
Excrementos
BIOGAS
Como Combustible
Energía Primaria,
para generación de
Electricidad
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
COMPONENTES DEL BIOGAS
Está constituido por metano (CH4), dióxido de
carbono (CO2) y otros gases como nitrógeno (N2),
oxígeno (O2). El biogás tiene como promedio un
poder calorífico entre 18,8 y 23,4 mega julios por
m³.
Tabla 2 Composición del Biogas
La producción de gas de un digestor anaeróbico es
continua a lo largo de las 24 horas del día; no ocurre
lo mismo con el consumo que por lo general está
concentrado en una fracción corta de tiempo. Por
este motivo será necesario almacenar el gas produ-
cido durante las horas en que no se consuma.
III. APLICACIÓN EN MOTORES DE
COMBUSTIÓN.
El biogás puede ser utilizado en motores de combustión
interna tanto nafteros como diesel.
El gas obtenido por fermentación tiene un
octanaje que oscila entre 100 y 110 lo cual lo hace
muy adecuado para su uso en motores de alta
relación volumétrica de compresión, por otro lado
una desventaja es su baja velocidad de encendido.
En motores de Ciclo Otto se adapta al sistema de
alimentación de combustible un mezclador de
gases. Inicialmente son arrancados con nafta y
luego siguen funcionando con un 100% de biogás
con una disminución de potencia de 20% al 30%.
En motores de Ciclo Diesel se adapta un mezclador
de gases, con un sistema de control respecto del
sistema de inyección convencional. De esta manera
estos motores pueden funcionar con distintas
proporciones de biogás diesel, pueden convertirse
fácil y rápidamente de un combustible a otro lo cual
los hace muy confiables. El gasoil no puede ser
remplazado en los motores funcionando a campo del
80% al 95%, debido a que la autonomía conseguida
menor comparada con la original.
La proporción de H2S en el biogás causa deterioros en
las válvulas de admisión y de escape de determinados
motores obligando a un cambio más frecuente de los
aceites lubricantes. El grado de deterioro en los motores
varía considerablemente y los resultados obtenidos
experimentalmente suelen ser contradictorios.
Los motores a biogás tienen amplio espectro de
aplicación como: bombeo de agua, trituradoras,
ordeñadoras, y el más generalizado empleo para
activar generadores de electricidad.
Utilizando biogás como combustible con un 60% ó
más de metano en moto generadores:
Motores con combustible dual
Motores especiales para biogás con sistema de
pre-tratamiento del gas
En motores utilizando biogás en pilas de combustible
La potencia de las plantas eléctricas de generación y
cogeneración a partir de Biomasa y el aprovechamiento
del biogás esta entre 30Mw y 90Mw
La producción de gas de un digestor anaeróbico es
continua a lo largo de las 24 horas del día; no ocurre
lo mismo con el consumo que por lo general está
concentrado en una fracción corta de tiempo. Por
este motivo será necesario almacenar el gas produ-
cido durante las horas en que no se consuma.
50
Días de retención
más de 100
más de 20
Las principales formas de producción de metano son
la conversión de:
Hidrógeno y dióxido de carbono en metano y agua.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
Acetato en metano y dióxido de carbono.
CH3COOH → CH4 + CO2
Según la temperatura interior del digestor la fermen-
tación es:
Tabla 1 Fermentación vs. Temperatura
II. TECNOLOGÍA DEL BIOGÁS
La digestión anaerobia produce la descomposición
de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de
oxígeno molecular. Esta digestión es considerada un
proceso biológico de complejas reacciones y
procesos bioquímicos asociados a la actividad bacte-
riana de determinadas especies, por ende tiene una
fuerte dependencia de la composición del sustrato.
El proceso de digestión anaerobia y por ende la
producción de biogás se lleva a cabo en un reactor
completamente cerrado y en ausencia de oxígeno
molecular denominado digestor o biodigestor.
Fermentación
Temperatura ºC
Psicrófila (15 – 20)
Mesofílica
Mesofílica
(20 – 35)
(50 – 60) más de 8 días
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
51
Figura 4 Mezclador dosificador.
IV. INSTALACIÓN EN EL MOTOR DE COM-
BUSTIÓN.
Es necesario instalar un mezclador que dosifica
proporcionalmente el carburante con el aire de
aspiración en cantidades correctas para alimentar el
motor. El conducto tubo por donde pasa el gas y está
equipado con un regulador para dosificar el gas.
La electroválvula de gas impide que pase el biogás
al detener el motor o cuando éste funciona con
carburantes fósiles
Figura 3 Aplicación del biogás en generación.
Figura 5 Electroválvula de control
Figura 6 Selector De Combustible
El conmutador de combustible permite hacer la
selección del combustible, por medio de control a las
electroválvulas. Muestra el nivel de gas y activa
o desactiva otros componentes del sistema
según el combustible, ubicado cerca del
conductor permitiendo fácil acceso y operación.
V. CONCLUSIONES.
• La selección de la metería orgánica está en
función del sistema de digestión anaeróbica a
utilizar
• El control del PH del biogás es fundamental
para determinar la calidad del mismo
• Se requieren realizar algunas variantes en
los motores de combustión interna en sus
sistema de alimentación, para trabajar de una
manera segura y confiable
• Existe varios tipos de reactores y digestores
• Durante la conversión de los compuestos
orgánicos se deben considerar algunos factores
como temperatura, días de descomposición, etc.
• Existen otras aplicaciones del biogás a nivel
industrial y doméstico
• La generación de electricidad se puede
realizar mediante calderas y turbinas de gas.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
• Aisse, M. “Protocolo de Investigación,
Tratamiento de Desagües Domésticos en Reac-
tores Anaeróbicos UASB” Pág. 71, Mayo 1985,
Lima.
• Aisse,M.M. - Zeny.A.S. "Estudio técnico
dos biodigestores anaeróbicos alternativos.
Relatorio final". Curitiba, Panamá, Pág. 112,
Diciembre 1984, Brasil.
• Calvin M. 1984. Renewable fuels for the
future. Journal of Applied Biochemistry 6: 3-18.
• Guerrero, Carlos A. Tratamiento anaeróbico
de aguas residuales y sus aplicaciones”. Semi-
nario Latinoamericano sobre tratamiento de
aguas residuales, Cali, ACODAL, pág. 1-51,
agosto 1985.
• Taiganides, E.P., 1980. BIOGÁS, recuper-
ación de energía de los excrementos animales,
Zootecnia, Nº35, pp.2-12
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
52
Ing. Edgar J. Reinoso Albán
Ing. Néstor Romeo G.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
e-mail : ejreinoso@espe.edu.ec
SIMULADOR DE MANEJO PARA LA ESCUELA DE CONDUCCIÓN
DE LA ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO LATACUNGA
Resumen
Se genera una respuesta ante la problemática de los
conductores, refiriéndose a las primeras dificultades
al momento de realizar maniobras en el camino o
hacerlas según los parámetros establecidos luego de
una clase.
En los países en desarrollo los accidentes en las vías
constituyen alrededor del 2.5% de todas las muertes,
este valor aumenta al 6% si vemos la causa de
muerte entre las edades de 5 – 65 años, y el 10% para
las edades entre 5 – 44 años.
Las estadísticas mostradas sobre la expansión de los
accidentes en las carreteras han sido predominantes
en los últimos años, la razón fundamental obedece a
la impericia en el 69%.
I. INTRODUCCIÓN
Haciendo uso de la tecnología a sabiendas que
puede minimizar costos, tiempo, mantenimiento y
con base en los nuevos regímenes de ley se propone
la creación de un mecanismo de simulación, mismo
que servirá para capacitar al aspirante antes de tomar
un vehículo y conducirlo en carretera, con un
sistema que dirija en forma de tutor el aprendizaje
para su posterior evaluación.
Las escuelas de conducción del país con base en el
mejoramiento de la seguridad vial pueden usar dicho
módulo dando un beneficio educativo, producto de
esto obtener un pénsum de estudios modificado y
reformado de acuerdo a las exigencias que la moder-
nidad amerita además de conseguir un rédito
económico.
II DISEÑO DEL HABITÁCULO
El uso de la norma DIN 70 020, aporta a dar medidas
tanto a la altura del volante como su similar en lago,
la altura del suelo al asiento, altura del piso del auto
al asiento, alto de la cabecera, ángulos para pedales,
inclinación del asiento, flexión de rodillas, posición
de la mano y elipse visual.
III. CONSTRUCCIÓN.
Chasis
Con las plantillas antropomórficas según DIN
33408: para hombres 5,50 y 95%, para mujeres 1,5 y
95%, posee un diseño sólido y útil modelado para
soportar las cargas
Figura 1 – Parámetros relevantes para el
conductor.
Figura 2 - Diseño del chasis.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Cargas externas
W monitor (peso del monitor) con un valor de 50
Newton, distribuido en las esquinas de la base, W
asiento (peso del asiento) con un valor de 1000
Newton, incluido el W de la persona (peso de la
persona) distribuidas en seis puntos, W C.P.U. (peso
del C.P.U.), con un valor de 75 Newton distribuidas
en seis puntos.
Factor de seguridad.
En este caso los tubos arqueados producen un factor
mínimo de 2.20.
Factor de seguridad.
Por el sobredimensionamiento de los pesos el valor
de seguridad mínimo es de 2.01
Desarrollado el diseño mecánico se procede a la
construcción respectiva teniendo las siguientes
aproximaciones.
IV .SELECCIÓN DEL PROGRAMA.
La parte virtual del simulador se lo hace por medio
de un software de conducción.
Se utiliza una versión más acorde al objetivo del
proyecto, con los fundamentos básicos para estudiantes
iniciales tanto en el manejo como en la utilización de
escenas en simulaciones comunes de tránsito, dando
como resultado: DRIVER TEST PRO suficiente
para ser empleado en este prototipo inicial.
V. SIMULADOR DE CONDUCCIÓN DRIVER
TEST PRO.
Es un simulador en 3D de conducción interactiva
que permite a los alumnos conducir y desarrollar sus
habilidades. Reproduce muchos aspectos de la segu-
ridad vial, en diferentes ejercicios interactivos.
Ejercicios incluidos.
1. Área de entrenamiento. 1
2. Formación avanzada.
3. Área de entrenamiento 2.
4. Intersecciones 1.
5. Intersecciones 2.
6. Intersecciones 3.
7. Intersecciones 4.
8. Giros.
9. Rotondas 1.
10. Rotondas 2.
11. Rotondas 3.
12. Túnel.
53
Figura 3 Aplicación de cargas chasis.
Figura 6 Estructura pintada.
Figura 7 Módulo de conducción concluido
Figura 4 Factor de seguridad del chasis
Figura 5 Simulador armado.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Las prácticas mostradas a continuación se ejecutan
ya dentro del programa DRIVER TEST PRO.
VI. CONCLUSIONES.
− Al no existir un lazo entre la teoría y la prác-
tica de conducción los problemas sociales se
presentan, con este simulador el practicante se
adapta en señalética, manipulación, tiempo de
reacción y estado de alerta con la intervención
mínima de un guía.
Los mandos como el volante palanca y
pedales interactúan de forma exacta con los
accionamientos producidos por el usuario y son
proyectados de la misma forma en la pantalla,
creando un ambiente realista.
De entre los software de conducción
existentes en el mercado se escogió Driver Test
Pro, principalmente por la afinidad con nuestro
tránsito y bajo costo, comparándolo con Simax
que tiene características adicionales.
El software de ninguna manera es un video-
juego la velocidad máxima que alcanza es de
sesenta kilómetros por hora, acostumbrando al
tránsito normal dentro de la ciudad y periferia.
Los problemas al accionar las direccionales,
limpia parabrisas, luces, cinturón de seguridad,
giro de cabeza son frecuentes, la necesidad de
aplicar interfaces más reales para el monitoreo,
permitirá al estudiante en carretera que su parte
psicológica preceda el accionar equívoco.
Las evaluaciones luego de cada práctica
será motivo suficiente para catalogar el grado
de conocimiento y en especial la forma de
conducción.
VII. RECOMENDACIONES
El cuidado en las conexiones y cableado de
comunicación, se lo debe realizar con protectores
de alta robustez aislándolos de inclemencias
climáticas, manipulación, corte y rotura.
Las partes estructurales fijas y móviles
sugieren mantenimiento constante evitando el
deterioro, peor aún el daño de todo el sistema,
más si está dispuesto para un grupo grande de
personas.
Este proyecto se enfoca solo a vehículos
medianos para los restantes se podría hacer
nuevos diseños tanto en su estructura, mandos y
programación.
Para la utilización del simulador deben ya
estar claros los tipos de señales, acciones en las
calles, uso de direccionales, etc., evitando que
en la evaluación los resultados sean negativos
VIII. BIBLIOGRAFÍA
http://www.eluniverso.com/2010/01/02/1/1447/acci
dentes-transito-dejaron-muertos-ecuador.html
AUTOMÓVIL CLUB DEL ECUADOR ANETA.
Manual para la formación de conductores no profe-
sionales, Ecuador, 2002.
BOSCH, Robert GmbH. Manual de la técnica del
automóvil|, Bosch, Alemania, Cuarta edición 2005.
14. Conducción nocturna 1.
15. Conducción nocturna 2.
16. Área residencial 1.
17. Área residencial 2.
18. Aparcamiento.
19. Mal tiempo.
20. Adelantamientos.
21. Carreteras convencionales.
54
Figura 8 Vistas para conducir
Figura 9 Retrovisor interior
Figura 10 Encender y apagar los limpia
parabrisas.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Figura 1. Kit de GNC
55
Ing. Néstor Aníbal Romero G.
Departamento de Energía y Mecánica,
Escuela Politécnica del Ejército Extensión Sede Latacunga.
Email: naromero@espe.edu.ec
UTILIZACIÓN DEL GNC Y GLP
EN EL ECUADOR UN ENEMIGO ¿MITO O VERDAD?
RESUMEN:
Se presenta información técnica a nuestra sociedad
quienes piensan que la utilización de estos combusti-
bles alternativos causarían más de un problema y de
ésta manera terminar con el mito de que los mencio-
nados sistemas pasan a constituirse en enemigos a
bordo, pues la instalación de sus elementos de una
manera técnica los convierte en vehículos más
seguros que los que funcione a nafta y sobre todo la
disminución del impacto ambiental por las
emisiones causadas.
I. ANTECEDENTES
La concientización que toma la industria automotriz
sobre la degradación del medio a causa de las
emisiones vehiculares, ha dado lugar a que estas
permanentemente estén buscando soluciones a este
eminente problema mundial, de ahí que surgen
nuevas tecnologías propuestas como son la
utilización del GNC, GLP, los bio combustibles para
el funcionamiento de los MCI. Esta inducción a la
búsqueda de combustibles más limpios nos lleva a
pensar que en nuestro país la utilización del GNC y
GLP sería una alternativa tanto medio ambiental
como económica, pues la gran disponibilidad de esta
fuente energética en las grandes reservas de gas
descubiertas y el desarrollo de la tecnología en el
transporte y su distribución hacen factible su
disponibilidad en el mundo entero.
Sin embargo en nuestro país existe un gran temor por
parte de la sociedad que posee un vehículo quienes
manifiestan que tener un tanque de gas dentro del
automotor sería pues un peligro constante que
ocasionaría más de un problema e inclusive tragedias
lamentables a causa de estos combustibles.
Con este artículo pretendemos informar y dejar en
claro mediante explicaciones técnicas, procedimientos y
análisis de resultados si esto es un mito o una verdad.
II. EL GNC
El gas natural para vehículos (GNC) es un combusti-
ble sustituto de la gasolina en motores de combus-
tión interna de encendido por chispa, en forma
parcial, del ACPM en aquellos motores de encen-
dido por compresión y recientemente en motores
dido por chispa, en forma parcial, del ACPM en
aquellos motores de encendido por compresión y
recientemente en motores
III. EL GLP.
El GLP (Gas licuado de Petróleo), compuesto por
una mezcla en diferentes porcentajes de Propano
(C3H8) y Butano (C4H10) es un combustible que se
obtiene del procesamiento de los líquidos extraídos
del gas natural o de la refinación del petróleo crudo
en las refinerías.
IV. COMPOSICIÓN BÁSICA Y UBICACIÓN
DEL KIT DE CONVERSIÓN
El kit de conversión es un conjunto de elementos que
se instalan de una forma funcional en el vehículo a
convertir. En la figura se muestra la ubicación más
usual para un automóvil mediano, aunque existen
otros tipos de vehículos, las cuestiones particulares
de ubicación de cada elemento serán decididas por el
instalador basado en los tratados individuales que se
definen en el presente manual y la normativa corre-
spondiente.
¿El GNC es peligroso?
El gas metano en el uso vehicular resulta más seguro
que la nafta porque
• El gas a 200 bares de presión, en caso de
fugas, resulta de muy difícil encendido en razón
de la elevada velocidad de escape que la presión
genera, mientras que, en un derrame de nafta los
vapores se difunden rápidamente y resultan
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
altamente inflamables.
• El rango de mezcla explosiva medido en
porcentajes es de 5 a 20% en naftas y 3% a 6 %
en gas, esto significa que la mezcla apta para
explotar se alcanza en las naftas con mayor
facilidad.
• El peso específico del gas es de 0,75 lo que
significa que es un 25% más liviano que el aire,
por esto, ante una pérdida el gas sube rápida-
mente y no se acumula.
• Las naftas encienden a 250 ºC mientras que
el gas requiere 650 ºC.
¿Por qué se obtienen autonomías de marcha
relativamente bajas a gas?
El gas natural no se licua a 200 bares de presión, o
sea que se mantiene en estado gaseoso por lo que se
requerirían volúmenes de almacenamiento muy
grandes para alojar la energía necesaria para obtener
autonomías como las que brinda un tanque de nafta.
En general para vehículos de consumo medio se
obtienen autonomías que van entre los 120 a 200
Km. con una carga, dependiendo del cilindro que se
coloque.
¿Los motores a inyección pueden ser convertidos
a GNC?
Los motores a inyección, tanto mono como multi-
punto remplazan el carburador por un o unos dosifi-
cadores o pulverizadores (los inyectores) de nafta
controladas por una computadora. Esto permite que
la computadora en función de los requerimientos de
marcha y de la mezcla óptima vaya ajustando algu-
nos parámetros del motor para optimizar consumo y
garantizar la menor contaminación del medio ambi-
ente.
¿Cuál es el ahorro real en combustible que se
obtiene?
El metro cúbico de gas equivale energéticamente a
1,15 lts. De nafta lo que se traduce en un ahorro de
aproximadamente un 70% del gasto de combustible.
¿Antes de ponerle gas debe hacerse carburación y
encendido al motor?
El carburador no tiene instalaciones de gas
ninguna función por lo que no resulta necesario
su mantenimiento previo a la conversión. En
cuanto al encendido, dado su alto octanaje y baja
explosividad se requiere una chispa con buena
energía por lo que será necesario que el encendido
del auto funcione bien y dentro de las pautas del
fabricante.
No se requiere ningún mejorador o potenciador pero
sí que todos los elementos del encendido (cables,
bujías, platinos, bobina, rotor, etc.) se encuentren
bien. Una falla de encendido puede no aparecer en
nafta y constituir un problema en gas, esto se debe a
la "facilidad a explotar" que las naftas tienen
respecto del gas.
En nuestro país el otro inconveniente para la
utilización de estos combustibles pese a que el
gobierno ha autorizado el uso del GLP en
taxis es que necesitamos contar con una
cadena de requerimientos iniciales para el
buen funcionamiento de estos sistemas que
lo analizamos en un ligero resumen.
56
¿El motor pierde potencia a gas?
Los motores convertidos no han sido diseñados para
marchar a gas por lo que sus parámetros de diseño no
están ajustados a obtener con este combustible su
máxima performance. Puede esperarse una pérdida
de potencia de hasta un 10% en gas respecto a nafta.
Como podemos observar y analizar las cuestiones
anteriores en realidad resulta muy beneficiosa la
utilización de estos elementos como combustibles de
los vehículos en los que se pueden instalar, sin
embargo existen también factores negativos que
tendrían alguna relación con lo expuesto por las
personas y que nos podrían causar más de un incon-
veniente.
Según investigaciones del Centro de Experimentación y
seguridad vial de Argentina CESVI que es uno de los
países pioneros en la utilización de estos combustibles
el principal peligro al que están expuestos estos autos
siempre que no se haga las instalaciones con normas
y procedimientos técnicos se presenta cuando el
cilindro de gas se convierte en un pasajero
inesperado.
Figura 2 Impacto de la instalación de
GNC.
Figura 3 Cilindro de gas después de
prueba de impacto instalación casera
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
57
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
La dosificación: se la realizaría de forma empírica
como hoy se lo hace con el GLP
Distribución de equipos.- contar con los kit necesa-
rios y de buena calidad para la adaptación de este
sistema de combustible.
Talleres de servicio.- Contar con el lugar y personal
técnico calificado que pueda realizar esta conver-
sión.
Línea de financiación.- Es eminente que si se realiza
la conversión se ha de disminuir la contaminación
por lo tanto el gobierno
Se debería buscar el mecanismo adecuado para que
los equipos disminuyan de costo y se los pueda pagar
con facilidades.
Centro de revisión de cilindros.- Por su puesto
siendo un combustible que están a elevadas
presiones pues los cilindros son sin costuras, de
materiales con buenos espesores por lo que necesitan
de una revisión periódica para descartar algún tipo
de falla.
Una vez que tengamos esta cadena pues el cliente estará
listo parta la conversión sin ningún inconveniente.
V. Recomendaciones para la conversión
• Consulte con el Productor de Equipos
Completos (PEC) la lista de sus talleres de
montaje habilitados.
• Verifique que el cilindro sea sujetado a
zonas estructurales del auto y no al piso.
Además, que se coloquen los
• Bulones, contrachapas y arandelas
correspondientes.
• Verifique que se realice la ficha técnica
por triplicado con los datos consignados
por el taller.
• Verifique sus datos personales y los
correspondientes al vehículo.
• El taller debe entregarle la document-
ación remitida por el PEC y deberá adherir
en el vehículo la oblea numerada y la
etiqueta de identificación externa.
VI. CONCLUSIONES:
Podemos concluir que definitivamente el
pensamiento de la mayoría de personas
encuestadas es un mito
Se ve claramente que si la conversión se lo
realiza de manera técnica siguiendo las normas
establecidas no es un peligro
No destruye los motores
Disminuye notablemente las emisiones vehicu-
lares
Si existe ahorro al utilizar estos combustibles
VII. BIBLIOGRAFÍA
• Crouse, W. Puesta a punto y rendimiento del motor
Alfa omega México, D.F
• Gualtieri, J., Manual GNC. Gas natural com-
primido: aplicación en: automóviles y camiones
nacionales e importados Buenos Aires: Gráficas
Negri.
• Ludeña, L Motores de automóvil Moscú: Mir
Figura 4. Requerimientos de implantación
58
Ing. Torres M. Guido R
Ing. Santamaría S. Darwin G.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica,
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maenza
Latacunga - Ecuador.
email: grtorres@espe.edu.ec
da-sa-sa@hotmail.com
CABINA-HORNO DE PINTURA CON UN SISTEMA DE
ALIMENTACIÓN DE GLP
RESUMEN
La cabina de pintura es un equipo para el acabado
final en pintura automotriz, se ha buscado disminuir
emisiones de contaminantes del ambiente, es
alimentado por glp, alcanza temperaturas variables
de 15ºC a 120ºC.
Con la ayuda de un intercambiador de calor tipo
serpentín y la cámara de combustión recubierta en
ladrillo refractario evitando perdidas de calor en el
hogar, su eficiencia es del 300% a la de pintar de
forma tradicional, su gasto de combustible es de 4kg
por auto, el ingreso de aire en forma de silueta abarca
toda el área de elemento a pintar obteniendo resulta-
dos de alta calidad, dureza, brillo.
I. INTRODUCCIÓN.
En el diseño de la cabina-horno se utiliza el gas
como combustible, debido a que con este se obtiene
una combustión más pura que otras emisiones
contaminantes de carburantes como diesel u otros
derivados de petróleo, y perjudican la calidad de los
productos en la operación continua.
En el mundo se está tratando de evitar el uso de com-
bustibles contaminantes, pasando a ser una norma de
calidad.
Durante el proceso es necesario realizar el control de
temperatura en el interior del horno, debido que esta
debe llegar a 70°C, sobre la chapa del vehículo y
mantenerse constante durante un cierto tiempo para
obtener un acabado de calidad, esto se obtiene reali-
zando pruebas necesarias para determinar la
temperatura adecuada.
II. TRANSFERENCIA DE CALOR Y PÉRDI-
DAS DE CALOR
La transferencia de calor es un fenómeno físico que
consiste en transmitir temperatura ya se ha positiva o
negativa de un cuerpo caliente a un cuerpo frio o
viceversa, en este proyecto se transfiere la tempera-
tura del aire con el objetivo de calentar un determi-
inado volumen en el cual se encuentra el elemento a
pintar, siempre en un diseño térmico se considera
parámetro como temperatura ambiente, presión
atmosférica, temperatura máxima, análisis de suelo,
etc., evitando que exista pérdidas de calor ya sea en
piso, paredes, techo, ductos, plenum, puertas, demás
accesorios y equipos por los que exista fugas no
controladas como empaques.
El no debido cuidado en revisar estos parámetros
llevará como consecuencia un sobredimensionami-
ento provocando gastos de dinero y pérdidas en
costos versus ganancia
III. FLUJO DE AIRE
En el interior de la cabina existe ingreso y salida de
aire controlado en proporciones diferentes ya que el
ingreso de aire es mayor al de salida, maneja ciertos
ciclos de renovaciones de aire controladas mediante
un dámper y velocidades bajas del mismo evitando
que se produzca turbulencia que como resultado nos
exista una adecuada eliminación de gases de salida
lo cual es un factor determinante en el planchado de
la pintura.
El flujo de aire dentro de la cabina es positivo es
decir del techo hacia el piso en el plenum se encuen-
tran persianas colocadas a un cierto ángulo reali-
zando la función de direccionamiento del aire
tomando la figura esbelta de una mujer con esto se
consigue que se cubra en su totalidad el vehículo y
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Figura 1. Esquema roptura del puente
termico al piso
59
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
que no exista remanentes de pintura como de igual
forma pérdidas de temperatura disminuyendo la
eficiencia calórica y el alto consumo de combustible
IV. DISEÑO ESTRUCTURAl
El procedimiento que determina respuestas del
sistema estructural ante acciones externas que
puedan incidir sobre el sistema, debe entenderse
como una carga estructural aquella que está incluida
en el cálculo de los elementos mecánicos, fuerzas,
momentos, deformaciones, desplazamientos de la
estructura como sistema y los elementos que la com-
ponen expresándose en función de deformaciones,
agrietamientos, vibraciones, etc.
En el análisis existen cargas muertas aquellas que
actúan de forma continua y sin cambios de gran
magnitud que puedan afectar el diseño significativa-
mente, pertenecen a este grupo el peso propio de la
estructura. De igual manera cargas vivas su intensi-
dad varia con el tiempo por uso o exposición de la
estructura, tales como el tránsito en puentes,
cambios de temperatura, maquinaria y cargas
accidentales que tienen su origen en acciones exter-
nas al uso de la estructura cuya manifestación es de
corta duración como sísmicos etc.
En la actualidad el cálculo de esfuerzo máximos y
análisis (Estáticos, Vibraciones) se lo hace con el
empleo de software para el presente estudio se
utiliza el Autodesk.
La gráfica determina que el resultado del esfuerzo se
encuentra dentro de los rangos obteniendo como
resultado un factor de seguridad alto, por lo consigu-
iente con los resultados del análisis se procederá a
construir de acuerdo a los materiales registrados en
el software
V. RESULTADOS DE PRUEBAS
Al término del proyecto se realizan pruebas con
carga y sin cargas para este caso se toma en cuenta
con carga para lo cual se utiliza sensores de tempera-
tura (termocuplas), cronómetro, anemómetro, los
resultados obtenidos se muestran.
VI. ANÁLISIS DE PRUEBAS
En la cámara de secado se realizó cuatro muestras en
diferentes días y horas del día. La primero 6 am y
20°C la segunda 10am a 23°C, tercera a las 2pm y
22°C la última a las 6pm y 22°C. Una vez concluido
el muestreo se puede indicar que mientras la
temperatura ambiente es baja la temperatura máxima
esta es mayor mientras la temperatura ambiente es
alta la temperatura máxima es estable y la ideal pero
considerando los rango de error que estos son de +/-
2% se establece que los valores son correctos.
Velocidad de aire en cámara secado esta debe ser
constante para evitar turbulencia de aire
dificultando la salida de flujo al exterior por lo cual
se realizó cuatro muestras de valores las mismas que
se indican 2m/seg en cuatro anotaciones diferentes,
esta es constante.
El tiempo de calentamiento de la cámara corre-
sponde al tiempo en el que alcanza los 70°C de tem-
peratura óptima para el curado de la chapa, a menor
temperatura ambiente menor tiempo en alcanzar los
70°C y a mayor temperatura ambiente mayor tiempo
en alcanzar los 70°C con estos resultados en días
Figura 2. Esquema flujo silueta de aire
Figura 3. Esquema de esfuerzos
PARÁMETROS
MUESTRAS
1 2 3 4
Temperatura de secado
ºC máx
ºC min
70
20
5
15
0,02 0,02 0,02 0,02
1514 17
5 5 5
71
23
70
22
72
22
m/s
min
s
Velocidad aire Cámara Secado
Tiempo calentamiento Cámara Secado
Tiempo cierre Dámper de ducto
Tabla 1. Comportamiento de la Cabina-Horno
60
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
nublados o temporada de invierno el tiempo de
calentamiento es más rápido.
El tiempo de cierre de Dámper se realizó cuatro
muestras en función del tiempo cada una de estas es
constante el tiempo de abertura y cierre de tal
manera indicando que se encuentra el motor de
pasos en condiciones normales y trabajando en las
condiciones requeridas sin que exista alteración en la
fase recirculación de aire ni en el escape de aire por
el ducto de salida
V. MODELADO DE CABINA-HORNO
Se representa el terminado del horno-cabina medi-
ante la ayuda de software de aplicación, esta es la
apariencia que tiene al término de su construcción
que es modular es decir es totalmente desmontable
cambiando de lugar si el caso lo requiriera, está
construida con materiales que pueden ser reciclados
una vez que concluya su vida útil de trabajo.
VI. CONCLUSIONES.
• Se diseñó cada uno de los sistemas que
conforman la cabina-horno de pintura a partir de
la temperatura ambiente y con la ayuda de simu-
ladores y software.
• Controla la contaminación en el interior
como en el exterior de la cámara a través de un
sistema de filtrado meticuloso.
• Se reduce los tiempos de pintado de un
vehículo .a más del 300% de un secado a
temperatura ambiente.
• Mantiene la temperatura constante ideal
para el secado por medio de recirculación de
aire la misma que es de 70°C.
• El consumo de combustible es menor y bajo
en costo tomando encueta que el tiempo de
pintura y secado dura 45min se gastara 4Kg de
gas por vehículo
VII. REFERENCIAS
MILLS A. F. TRANSFERENCIA DE CALOR,
Primera Ed Colombia, 1997.
SOLER & PALAU. SISTEMAS DE VENTI-
LACIÓN,.
INCROPERA F y de Witt D, FUNDAMENTOS
DE TRANSFERENCIA DE CALOR, Cuarta
Ed
MOTT ROBERT, DISEÑO DE ELEMENTOS
DE MAQUINAS, Segunda Ed, 1992,
Figura 4. Modelado completo de la
Cabina-Horno en SolidWorks
61
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Ing. Hernán V Morales V
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
e-mail : hvmoralesv@espe.edu.ec
LOS BIODIGESTORES UNA ALTERNATIVA PARA EL CONSUMO DE ENERGÍA
Resumen
El digestor de desechos orgánicos o biodigestor, es
un contenedor cerrado, hermético e impermeable
(reactor), dentro del cual se deposita el material
orgánico a fermentar en determinada dilución de
agua para que a través de la fermentación anaerobia
se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos
ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y además, se
disminuya el potencial contaminante de los excre-
mentos.
Este sistema, con sus características, también puede
incluir una cámara de carga y nivelación del agua
residual antes del reactor; un dispositivo para captar
y almacenar el biogás y cámaras de hidropresión y
postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado,
entre otros) a la salida del reactor.
I. INTRODUCCIÓN
El fenómeno de biodigestión ocurre porque existe un
grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos
presentes en el material fecal que, al actuar sobre los
desechos orgánicos de origen vegetal y animal,
producen una mezcla de gases con alto contenido de
metano (CH4) llamada biogás, que es utilizado
como combustible.
Resultado de este proceso se generan residuos con
un alto grado de concentración de nutrientes y mate-
ria orgánica (ideales como fertilizantes) que pueden
ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio
elimina los malos olores y la proliferación de
moscas.
El BIOGAS está compuesto en un 50% a 70% de
METANO y un 30% a 50% de dióxido de carbono,
además de contener hidrógeno sulfurado y otros
gases de menor importancia.
II. TIPOS DE BIODIGESTORES
Biodigestores de flujo discontinuo
La carga de la totalidad del material a fermentar se
hace al inicio del proceso y la descarga del efluente
se hace al finalizar el proceso; por lo general
requieren de mayor mano de obra y de un espacio
para almacenar la materia prima si esta se produce
continuamente y de un depósito de gas o fuentes
alternativas para suplirlo.
Biodigestores de flujo continuo
La carga del material a fermentar y la descarga del
efluente se realiza de manera continua o por peque-
ños baches (ej. una vez al día, cada 12 horas) durante
el proceso, que se extiende indefinidamente a través
del tiempo; por lo general requieren de menos mano
de obra, pero de una mezcla más fluida o movilizada
de manera mecánica y de un depósito de ga.s
Existen tres clases de biodigestores: de flujo
continuo.
1. De cúpula fija y móvil.
2. De salchicha, Taiwán,
3. CIPAV o biodigestores familiares de bajo costo
Figura 1. Biodigestor sin Homogenizador
Figura 2 . Proceso de obtención de gas metano
62
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
El fenómeno de biodigestión ocurre porque existe un
grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos que
están presentes en el material fecal que, al actuar sobre
los desechos orgánicos de origen vegetal y animal,
producen una mezcla de gases con alto contenido de
metano (CH4) llamada biogás, sumamente eficiente
si se emplea como combustible. Como resultado de
este proceso genera residuos con un alto grado de
concentración de nutrientes y materia orgánica que
pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento
anaerobio elimina los malos olores y la proliferación
de moscas. Se debe controlar ciertas condiciones pH,
presión y temperatura a fin de que se pueda obtener
un óptimo rendimiento El biodigestor es un sistema
sencillo de implementar con materiales económicos y
se está introduciendo en comunidades rurales aisladas
y de países subdesarrollados para obtener el doble
beneficio de conseguir solventar la problemática
energética-ambiental, así como realizar un adecuado
manejo de los residuos tanto humanos como
animales.
III. DESVENTAJAS
Entre las desventajas del biodigestor de plástico se
halla su bajo tiempo de vida útil, lo que hace necesa-
rio montar una nueva instalación cada tres años.
Es muy vulnerable a sufrir roturas por condiciones
climáticas adversas, por las acciones del hombre y
los animales.
Su ubicación debe estar cercana al almacén donde se
tiene la materia orgánica.
La temperatura debe ser entre 15 y 60°C, lo que
encarece el proceso en climas fríos. El biogás dentro
de su composición tiene el subproducto llamado
sulfuro de hidrógeno, que es un gas tóxico al ser
humano y corrosivo a todo equipo del proceso.
Existe riesgo de explosión o incendios, en caso de no
cumplirse las normas de seguridad, mantenimiento y
del personal.
IV. DIFICULTADES TÉCNICAS DE
LOS BIODIGESTORES
Debe mantenerse una temperatura constante y
cercana a los 35ºC. Esto puede encarecer el proceso
de obtención en climas fríos.
Es posible que, como subproducto, se obtenga SH2,
el cual es tóxico y corrosivo.
Necesita acumular los desechos orgánicos cerca del
biodigestor.
V. VENTAJAS DE LOS DIGESTORES DE
ALTA VELOCIDAD O FLUJO INDUCIDO
Menor tiempo de operación
Evita la formación de una costra de material dentro
del digestor
Logra la dispersión de materiales inhibitorios de la
acción metabólica de las bacterias, impidiendo
concentraciones localidadas de material potencial-
mente tóxico para el sistema.
Ayuda a la desintegración de partículas grandes en
otras más pequeñas, que aumentan el área de
contacto y por lo tanto la velocidad de digestión.
Figura 3 . Biodigestor tipo casero
Figura 5. Configuración de biodigestores
Figura 4. Accesorios de montaje del biodigestor.
L a misión de la Universidad debe abarcar
no solo el ámbito académico, sino también la
investigación y vinculación con la colectividad; en
este sentido, su accionar debe ser apropiadamente
evidenciado. Pero, cómo evidenciar el trabajo
investigativo de una Universidad? La transferencia
de la tecnología hacia la colectividad, producto de
la investigación realizada, se convierte, al parecer,
en una forma efectiva de evidencia sustancial.
Esta revista, recopila el trabajo de un grupo de
profesionales de la Escuela Politécnica del
Ejército Extensión Latacunga, quienes en
cumplimiento de su labor en la investigación,
ponen a disposición de la comunidad sus logros,
no solo con el afán de materializar la transferencia
tecnológica, sino y por sobre todas las cosas,
como semilla motivadora para que muchos más
se sumen a este esfuerzo que ha comenzado hoy,
con esta publicación.
La tarea más difícil es comenzar, entendemos
que ello implica el cometimiento de errores que
serán solucionados en este camino que hoy
empezamos a transitar. Es de esperar que
quienes en el futuro se sumen a este esfuerzo,
alimentarán positivamente esta iniciativa en la
búsqueda constante de la excelencia.
CRNL. DE E.M.
ING. MARCO V. QUINTANA C. Ph. D.
63
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
VI. CONCLUSIONES
• En las grandes urbes, los residuos sólidos orgánicos
son un gran problema ya que éstos son dispuestos en
rellenos sanitarios los cuáles rompen el ciclo natural
de descomposición porque contaminan las fuentes de
agua subterránea debido al lavado del suelo por la
filtración de agua
• Los residuos orgánicos al ser introducidos en el
biodigestor son descompuestos de modo que el ciclo
natural se completa y las basuras orgánicas se
convierten en fertilizante y biogás el cual evita que
el gas metano esté expuesto ya que es considerado
uno de los principales componentes del efecto
invernadero.
• Los biodigestores se constituyen en una valiosa
alternativa para el tratamiento de los desechos
orgánicos Mejora la capacidad fertilizante del
estiércol. Todos los nutrientes tales como
nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio así como
los elementos menores son conservados en el
efluente.
VII. RECOMENDACIONES
• Se propicia el aprovechamiento de diferentes tipos
de fuentes de energía no convencionales.
• Un proyecto de este tipo es rentable por concepto
de reemplazo de GLP industrial para los calentadores
térmicos de las maternidades en la granja.
• La tecnología del biogás y la construcción de
plantas de biogás es totalmente factible en nuestro
país, con la masificación de este tipo de tecnología se
puede obtener beneficios económicos y ambientales
que favorecen al común de la sociedad, con la
creación de fuentes de empleo y reducción de la
contaminación respectivamente, para lograr esta
masificación se debería crear leyes que incentiven a
optar por este tipo de tecnología.
• El biogás es un combustible alternativo renovable
cuya fuente de producción es inagotable, lo cual lo
convierte en un biocombustible altamente viable en
la aplicación de motores de combustión interna para
diversos fines.
VIII. BIBLIOGRAFÍA
Groppelli Orlando A. Giampaoli El camino de la
biodigestión Ambiente y tecnología socialmente
apropiada. Eduardo S., 190 páginas. Argentina,
enero 2010 (3ra. edición).
Jaime Marti Herrero Biodigestores familiares: Guía
de diseño y manual de instalación.
Moncayo Romero Dimensionamiento, diseño y
construcción de biodigestores y plantas de biogás,
manual práctico de diseño. 2008
Opinión
64
Pruebas del vehículo FESPE 2012
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
La ESPE por segundo año consecutivo competirá en la Formula Student en Alemania, a nivel de las mejores
Universidades del mundo, como la de Cambridge, Michigan, Cornell, Mg Gill, ETH Zurich y la de Toronto,
todas ellas entre las mejores 25 del Ranking de las 500 Universidades más destacadas.
La Formula Student, también conocida como Formula SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices), es una
competición entre estudiantes de Universidades de todo el mundo que promueve la excelencia en ingeniería a
través de una competición en diseño, construcción y desarrollo de un monoplaza.
En el mes de agosto 2012, en la séptima edición del Formula Student Alemania, estarán más de 110 equipos
de 20 países diferentes, sumando más de 2000 estudiantes, quienes participaran en dos eventos simultáneos.
Un total de 78 equipos estarán compitiendo en la Formula Student Combustion (FSC) y 32 equipos en la
Fórmula Student Electric (FSE).
En la fase de Diseño fue fundamental el CAD que se desarrolló con el software Autodesk AutoCAD Inventor
versión 2012., herramienta que permitió la modelación de los sistemas automotrices del vehículo cumpliendo
con los estándares, normas, ergonomía y requerimientos establecidos para la competencia. El CAE ha sido
indispensable en el Diseño de los componentes mecánicos, se lo ejecutó mediante el paquete ANSYS V14.0,
cuyos módulos principales utilizados fueron Static Structural, Explicit Dynamics, CFD.
Los efectos aerodinámicos fueron imprescindibles a estudiarse para la mejora del desempeño del vehículo en
pista. La aerodinámica del comportamiento del aire a condiciones ideales, a una velocidad determinada a lo
largo de la carrocería. La energía que mueve este sistema mecánico se genera a partir de un motor Kawasaky
600cc. El funcionamiento del mismo ha sido adaptado a los requerimientos del prototipo, entre algunas modifi-
caciones favorables que se han implementado, están los cambios de marcha secuenciales automatizados.
Las partes geométricamente críticas cuya construcción requirió precisión micrométrica fueron obtenidas en
base a un proceso de manufactura asistida por computadora. (CNC), utilizando los laboratorios de la
institución.
El resultado obtenido luego de meses de arduo trabajo de planifi-
cación, diseño, construcción, logística, gestión, ha dado origen al
modelo FESPE 2012, inscrito en la FSC de Alemania e identificado
con el número 80, mediante el cual una de las mejores instituciones
del estado ecuatoriano participará por segundo año consecutivo en
la competencia Formula Student Germany 2012, la cual llevará a
límite las potencialidades de los integrantes del equipo que repre-
senta a la ESPE Latacunga. Los estudiantes pertenecen a las distin-
tas Carreras como son: Ingeniería Automotriz, Electrónica, Finan-
zas, Mecatrónica y Software. El apoyo por parte de Directivos de la
ESPE Matriz y ESPE Latacunga ha sido muy importante para
cumplir este proyecto de alta rigurosidad académica
Félix Manjarrez / Euro Mena. / Edison Clavijo.
LA ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO EXTENSIÓN LATACUNGA
PARTICIPA POR SEGUNDA OCASIÓN EN LA FORMULA STUDENT
GERMANY 2012
Equipo FESPE 2012
Motor Kawasaky 600 cc
utilizado en el FESPE 2012
65
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
Rueda de prensa Escuela de Conducción
Evento de inaguración de la
Escuela de Conducción
La ESPE Extensión Latacunga y el Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, están
empeñadas en la formación de profesionales íntegros, consientes y psicológicamente prepara-
dos para ser un conductor habilitador.
La Escuela de Conducción Profesional busca desarrollar conocimientos técnicos, habilidades,
destrezas, actitudes y aptitudes los mismos que conllevan a tener un sentido crítico, reflexivo
creativo, y consiente en la constante búsqueda de las mejores alternativas de solución a los
problemas relacionados con el desempeño de los Conductores Profesionales, la Transportación
Pública del Ecuador y el bienestar de nuestra sociedad.
El objetivo es formar conductores profesionales en todas las categorías mediante la implemen-
tación de equipos y procesos adecuados, a fin de fijar destrezas, habilidades, aptitudes y
actitudes que permitan mejorar aspectos referentes al tránsito, transporte y seguridad vial, con
el fin de disminuir el riesgo en la conducción. Generando conciencia en el conductor respecto
a su vehículo en la operación del equipo o de los sistemas.
Al finalizar el curso y haber cumplido con los requisitos necesarios la ANTTTSV y La Escuela
de conducción profesional de la EESPE-EL le concede el titulo de Conductor Profesional.
Se otorgará el Titulo de “Conductor Profesional” en las distintas categorías: C, C1, D, D1, E.
de la Escuela de Conducción Profesional de la ESPE Extensión Latacunga.
Para la admisión se deberá seguir el procedimiento que a continuación se detalla:
En la Página Web de la Escuela de Conducción Profesional de ESPE Extensión Latacunga, los
interesados deberán realizar su pre-inscripción, sin costo, llenando todos los datos solicitados
en el formulario, previo al cumplimiento del siguiente requisito:
• Título de Bachiller en cualquier Especialidad
• Licencia de conducir tipo B (Sportman) con dos años de vigencia y/o
• Haber aprobado el primer año de bachillerato.
LA ESCUELA DE CONDUCCIÓN ESPE LATACUNGA
66
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
El programa de aprendices Chevrolet ASEP (Automotive Service Educational Programs) es
una relación estratégica entre GM del Ecuador, la RED de concesionarios Chevrolet y
entidades educativas de reconocido prestigio en el Ecuador. A través del convenio específico
firmado por las autoridades la Escuela Politécnica del Ejército y GM. Se desarrollan prácticas
en escenarios reales de la aplicación de los conocimientos impartidos en los laboratorios,
utilizando información, material didáctico y vehículos exclusivos de la marca Chevrolet.
Este programa incorpora entrenamiento especializado y
avanzado en aspectos automotrices, combinado con un
enfoque en aspectos científicos, de comunicación y
herramientas técnicas desarrolladas por la ESPE, en el que
los participantes alternarán 10 meses de capacitación,
entre las actividades teóricas en la ESPE y prácticas en un
concesionario de la marca Chevrolet.
El Programa ESPE- GM de capacitación de Técnicos
Chevrolet se desarrolló dentro de los estándares fijados
para el desarrollo del evento. El proceso de capacitación
de la I y II Promoción de Técnicos aprendices Chevrolet
concluyó con la graduación de 40 estudiantes quienes se
encuentran formando parte de la Red de Concesionarios.
Existe completa satisfacción por parte de la Red de
concesionarios por las actividades de capacitación,
entrenamiento y coordinación que se desarrolla a
través de la ESPE en General y de la Extensión en
particular.
El programa permite realizar la capacitación y
actualización tecnológica de los conocimientos de los
Docentes del Departamento en el Centro de
entrenamiento de GM en tecnologías de punta en el
ámbito automotriz así como también la entrega de
equipos de comprobación, medición, herramientas y
material didáctico, entre los que se menciona motores
de combustión, transmisiones automáticas, sistemas
de frenos, diferenciales entre otros.
PROGRAMA DE APRENDICES CHEVROLET
Verónica Reina / Marco Castillo / Germán Erazo
67
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
OTROS TOPICOS DESARROLLADOS
Chasis interactivo de suspensión y dirección con
encendido programable.
Prototipo de un sistema multiplexado de accesorios C3
Banco de pruebas rigidez de neumáticos
Sistema de verificación de fisuras de cabezotes
Banco de pruebas para amortiguadores
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA ESPE –L
RESUMEN DE PROYECTOS DE INICIACIÓN E INVESTIGACIÓN
DESARROLLADOS CON FINANCIAMIENTO ESPE
Pruebas de Laboratorio en Motor Móvil para analizar el
comportamiento y la emisión de gases contaminantes
producto de la combustión del motor.
Presupuesto 48.319 u.s.d
Análisis comparativo de parámetros característicos y
adaptación de un sistema GLP al motor Suzuki 1.6
inyección gasolina del vehículo Vitara Presupuesto
1000 usd
Diseño e instalación de un sistema de hidroinyección en
un motor de combustión interna que opera con GNC
Presupuesto 1000 usd.
Diseño e instalación de un sistema de entrenamiento en
el sistema de frenos neumáticos. Presupuesto 1000 usd.
Diseño y construcción de un simulador de gestión
electrónica para ECU de vehículos Peugeot. Presu-
puesto 1000 usd.
Diseño e implementación de una computadora a bordo
de control de mantenimiento en un vehículo Suzuki
Forsa. Presupuesto 1000 usd.
Diseño de un prototipo de motor reciprocante de 4
cilindros con programación electrónica. Presupuesto
1000 usd.
Inyección de agua en el múltiple de admisión para la
disminución de los niveles de emisión de gases y mejo-
rar los factores de rendimiento en el Chevrolet Optra.
Presupuesto 1000 usd
DECEM
ESPE
DEPARTAMENTO
DE CIENCIAS DE LA
ENERGÍA Y MECÁNICA
Ing. Luis Mena
Ing. Luis Tipanluisa
Ing. Daniela Jeréz
Ing. Oscar Arteaga
Ing. Paúl Montufar
Ing. Miguel Báez
Ing. Fabian Mogro
Ing. José Quiroz
Ing. Esteban López
Ing. Marcelo Toapanta
Ing. Guido Torres
Ing. Héctor Terán
Ing. Diego Yugla
Ing. Germán Erazo
Ing. Leonidas Quiroz
Ing. Carlos Chango
Ing. Juan Castro
Ing. Zamir Mera
Ing. Germán Erazo
Ing. Bolívar Cuaical
Ing. Germán Erazo
Ing. Luis Mena
68
ALUMNOS DE LA CARRERA MECATRÓNICA
ALUMNOS DE LA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
6
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
ALUMNOS DE LA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DOCENTES
