consumo de combustible
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Comparación de los consumos de combustible y emisiones vehiculares en un conjunto de 21 vehículos automotores.TRANSCRIPT
Romero A., J. P.2013-11-27
Escuela Politécnica Nacional
Facultad de Ingeniería Mecánica
Motores de Combustión Interna
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
TEMA: Análisis del Consumo de Combustible de un Vehículo con Motor de Combus-
tión Interna y Comparación con otros Vehículos Automotores
OBJETIVOS:
Objetivo General:
Evaluar el impacto ambiental de vehículos.
Objetivos Específicos:
Determinar el rendimiento de combustible de 21 vehículos.
Calcular las emisiones de CO2 (gCO2/km).
Analizar los factores de emisión por año - modelo.
Analizar los factores de emisión por cilindrada.
ESPECIFICACIONES DEL VEHÍCULO:
Marca: Toyota
Modelo: Land Cruiser
Clase: Jeep
Año de fabricación: 1974
Cilindraje: 2000 cm3
Alimentación de Combustible: Carburador
DESCRIPCIÓN DEL VEHÍCULO:
El objeto del análisis es un vehículo Toyota – Land Cruiser del año 1974 y de uso
particular (Figura 1). El mismo tiene un motor de ciclo Otto de 2000 cm 3, de 6 cilindros
en línea y alimentado con sistema de carburador (Figura 2).
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Figura 1: Vehículo a analizar.
El motor del vehículo es el original de fábrica y ha sido reparado, siendo sometido a
un proceso de rectificación de cilindros en el año 1993.
Figura 2: Motor del vehículo.
El motor es de tipo lineal, con 6 cilindros (Figura 3), y un total de 2000 cm3 de cilin-
drada.
Al ser un vehículo antiguo, el tipo de alimentación de combustible es de carburador
(Figura 4), y tiene un sistema de encendido con distribuidor de chispa (Figura 5).
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Figura 3: Las seis bujías dispuestas en línea (sistema de encendido).
Figura 4: Carburador del motor (sistema de alimentación).
Figura 5: Distribuidor de la chispa (sistema de distribución).
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El vehículo no cuenta, de fábrica, con un sistema de refrigeración para enfriamiento
con líquido refrigerante; sin embargo, se le ha acoplado al radiador un dispositivo que
permite la recirculación del agua y del líquido refrigerante para tener un mejor enfria-
miento, lo cual optimiza el sistema y podría reducir el consumo de combustible.
Figura 6: Dispositivo acoplado para refrigeración con líquido refrigerante.
El sistema de transmisión del vehículo tiene una caja de cambios “F1” de tres veloci-
dades hacia adelante y una de reversa. No obstante, en el año 2005, se le cambió la caja
de cambios por una “F2” de cuatro velocidades hacia adelante y una de reversa, lo que
permite tener mayor velocidad de circulación debido a la mayor relación de transmisión
en la cuarta marcha, y con esto, se disminuye también el consumo de combustible.
Figura 7: Esquema original de la posición de las velocidades en la caja de cambios.
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RECOLECCIÓN DE DATOS:
Para realizar el análisis del consumo de combustible, se han realizado varias opera-
ciones de llenado del tanque, anotando el kilometraje en el momento de la carga de ga-
solina, así como el volumen de combustible que ha sido cargado hasta que el tanque se
llene.
Con la diferencia entre los valores del kilometraje, se han determinado los recorridos
específicos para cada cantidad de galones añadidos.
Tabla 1: Registro de consumo de combustible.
Registro de Consumo de Combustible
Fecha Kilometraje Kilómetros Recorridos
Galones Añadidos
Rendimiento (km/gal) Comentario
18/10/2013 34363.3 0 Llenado
23/10/2013 34586 222.7 11.49 19.38
24/10/2013 34628 42 2 21.00
25/10/2013 34654 26 1.35 19.26
27/10/2013 34701 47 3.455 13.60
El motor se encontraba acelerado
30/10/2013 34814.1 113.1 5.235 21.60
01/11/2013 34920.4 106.3 5.505 19.31
04/11/2013 34999.8 79.4 4.051 19.60
08/11/2013 35201.3 201.5 10.472 19.24
11/11/2013 35385.1 183.8 8.743 21.02
15/11/2013 35571.3 186.2 9.461 19.68
18/11/2014 35742.7 171.4 8.786 19.51
Promedio: 19.383
El valor promedio del rendimiento del vehículo permite calcular la cantidad de emi-
siones contaminantes que se emiten a la atmósfera por cada kilómetro recorrido.
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Rendimiento promedio:
Consumo:
Emisiones:
La figura 8 muestra el valor del kilometraje del vehículo en un día cercano al final de
la recolección de los datos.
Figura 8: Valor del kilometraje en el día 17 de noviembre de 2013.
El rendimiento del vehículo y, por lo tanto, la cantidad de emisiones que se emiten a
la atmósfera son preocupantes por su bajo y alto valor respectivamente. Estos resultados
se esperaban y son comprensibles si se toma en cuenta el año modelo del vehículo
(1974). Sin embargo, este análisis destaca el hecho de que es imperativo que estos
vehículos sean reemplazados debido a su antigüedad y a la alta cantidad de emisiones
contaminantes que emiten a la atmósfera.
PROCESAMIENTO ESTADÍSTICO DE LOS DATOS:
Con el fin de determinar si los datos de rendimiento promedio obtenidos se
encuentran bajo control estadístico, y para evitar tener datos fuera de control ya sea por
circunstancias específicas o aleatorias, se procederá a realizar un análisis estadístico
mediante la elaboración de gráficas de control.
Las gráficas de control que mejor se ajustan a estos datos son las gráficas de
promedios y rangos. Puesto que los datos no se encuentran agrupados, y por el
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contrario, son datos individuales, se debe determinar los rangos con el proceso de
“Rango Móvil”. [LÓPEZ, 2013]
Para ello se deben realizar dos tablas de datos. Una tabla de promedios, es decir, de
rendimientos del vehículo, y una tabla de rangos. Cada una de las tablas comprende su
respectivo valor central, y sus respectivos límites de control superior e inferior.
A continuación, se presenta la tabla de rangos móviles que se obtiene tomando los
valores de dos en dos. El rango móvil, entonces, es el valor absoluto de la diferencia
entre cada valor y el anterior.
Tabla 2: Valores de rendimiento y rango móvil
N Rendimiento (km/gal) Rango Móvil
1 19.38
2 21.00 1.62
3 19.26 1.74
4 13.60 5.66
5 21.60 8.00
6 19.31 2.29
7 19.60 0.29
8 19.24 0.36
9 21.02 1.78
10 19.68 1.34
11 19.51 0.17
Promedio 19.38 2.33
Obtenidos los promedios de rendimientos y de rangos, se procede a realizar las
gráficas de promedios y de rangos.
Gráfica de Promedios.-
La línea central del gráfico de promedios corresponde al promedio de los promedios.
En Excel, se obtiene un valor promedio de 6.41 mm.
Para determinar los límites superior e inferior de control, se emplean las siguientes
fórmulas:
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El valor depende del número de observaciones de cada grupo de datos. Para el
caso de datos individuales, el valor de [LÓPEZ, 2013; Tabla 3.9].
Con esta información se elabora la siguiente tabla:
Tabla 3: Tabla de Promedios con sus Límites de Control.
Rendimiento (km/gal) LC LSC LIC
19.38 19.38 25.57 13.20
21.00 19.38 25.57 13.20
19.26 19.38 25.57 13.20
13.60 19.38 25.57 13.20
21.60 19.38 25.57 13.20
19.31 19.38 25.57 13.20
19.60 19.38 25.57 13.20
19.24 19.38 25.57 13.20
21.02 19.38 25.57 13.20
19.68 19.38 25.57 13.20
19.51 19.38 25.57 13.20
que genera la siguiente gráfica:
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1110.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
Rendimiento (km/gal)LCLSCLIC
Figura 9: Gráfica de Promedios.
Gráfica de Rangos.-
La línea central del gráfico de los rangos corresponde al promedio de los rangos de
los grupos. El valor obtenido en Excel es de 0.09.
Los límites para el gráfico de rangos se determinan con las siguientes fórmulas:
y son factores que dependen del tamaño de los grupos. Para datos individua-
les, se tiene: y [LÓPEZ, 2013; Tabla 3.9].
Con esta información se elabora la siguiente tabla:
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Tabla 4: Tabla de Rangos con sus Límites de Control.
Rango Móvil LC LSC LIC
1.62 2.33 7.60 0.00
1.74 2.33 7.60 0.00
5.66 2.33 7.60 0.00
8.00 2.33 7.60 0.00
2.29 2.33 7.60 0.00
0.29 2.33 7.60 0.00
0.36 2.33 7.60 0.00
1.78 2.33 7.60 0.00
1.34 2.33 7.60 0.00
0.17 2.33 7.60 0.00
que genera la siguiente gráfica:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Rango MóvilLCLSCLIC
Figura 10: Gráfica de Rangos.
Se observa que uno de los datos, en la gráfica de rangos, se encuentra fuera de
control. Esto se debe a uno de los datos de rendimiento que es demasiado bajo, debido a
un desperfecto en el motor que fue inmediatamente reparado.
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Eliminando, en Excel, los datos que se encuentran fuera de control tanto en la tabla
de promedios como en la de rangos, se obtienen las siguientes tablas con sus respectivas
gráficas de control. El valor central, y los límites de control se ajustan automáticamente
tanto en la tabla como en las gráficas.
Tabla 5: Tabla de Promedios corregida con sus nuevos Límites de Control.
Rendimiento (km/gal) LC LSC LIC
19.38 19.96 23.49 16.43
21.00 19.96 23.49 16.43
19.26 19.96 23.49 16.43
21.60 19.96 23.49 16.43
19.31 19.96 23.49 16.43
19.60 19.96 23.49 16.43
19.24 19.96 23.49 16.43
21.02 19.96 23.49 16.43
19.68 19.96 23.49 16.43
19.51 19.96 23.49 16.43
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1015.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
24.00
Rendimiento (km/gal)LCLSCLIC
Figura 11: Gráfica de Promedios corregida.
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Tabla 6: Tabla de Rangos corregida con sus nuevos Límites de Control.
Rango Móvil LC LSC LIC
1.62 1.33 4.34 0
1.74 1.33 4.34 0
2.35 1.33 4.34 0
2.29 1.33 4.34 0
0.29 1.33 4.34 0
0.36 1.33 4.34 0
1.78 1.33 4.34 0
1.34 1.33 4.34 0
0.17 1.33 4.34 0
1 2 3 4 5 6 7 8 90.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
Rango MóvilLCLSCLIC
Figura 12: Gráfica de Rangos corregida.
Al eliminar el dato que se encontraba fuera de control, se obtienen las nuevas
gráficas de promedios y rangos ya corregidas, y con sus nuevos límites de control. Se
observa en ellas que las mediciones sí se encontraban bajo control estadístico.
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COMPARACIÓN:
Los datos de emisiones contaminantes de cada estudiante del curso han sido
compartidos con el fin de realizar la comparación de emisiones contaminantes.
Tabla 7: Cantidad de Emisiones de 21 vehículos.
Estudiante Año Cilindrada (cm3)
Rendimiento (km/gal)
Emisiones (gCO2/km)
Juan Romero 1974 2000 19.38 464.14Galo Arias 2002 1400 51.02 176.31Ángel Criollo 2010 1600 43.45 207.32Diego Molina 2001 1800 31.3 288.99Alexis Martínez 2009 200 116 77.30Jorge Sanango 2011 1400 44.42 211.57Juan Pablo Malitaxi 2002 1600 45.16 200.97Fernando Ramos 2012 2694 43.74 207.80Robinson Pérez 1999 1600 42.54 209.88William Carrera 2006 2400 21.02 456.68Rodrigo Figueroa 2011 2000 36.35 247.45Kelvin Panchi 1994 2000 34.31 263.68Kleber Vega 2008 3000 39.5 227.75Diego Pardo 1998 1600 31.43 286.2Fernando Campos 2010 1600 45.87 201.53Kleber León 2000 1400 38.36 234.49Carlos Ospina 2011 2700 27 333.2Mauricio Santamaría 2007 1300 49.9 179.92Alex Cuichán 2010 1600 45.8 205.7Robinson Pérez 1999 1600 42.54 209.88José Guzman 1996 1800 21.33 421.71
Se han comparado los volúmenes de emisiones contaminantes en función del año
modelo del vehículo y en función de la cilindrada, ordenando los datos de forma
creciente.
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Tabla 8: Emisiones por año modelo. Tabla 9: Emisiones por cilindrada.
Año Emisiones Cilindrada Emisiones
1974 464.14 200 77.301994 263.68 1300 179.921996 421.71 1400 176.311998 286.2 1400 211.571999 209.88 1400 234.491999 209.88 1600 207.322000 234.49 1600 200.972001 288.99 1600 209.882002 176.31 1600 286.22002 200.97 1600 201.532006 456.68 1600 205.72007 179.92 1600 209.882008 227.75 1800 288.992009 77.30 1800 421.712010 207.32 2000 464.142010 201.53 2000 247.452010 205.7 2000 263.682011 211.57 2400 456.682011 247.45 2694 207.802011 333.2 2700 333.22012 207.80 3000 227.75
A partir de estos datos se han obtenido las gráficas de Emisiones vs Año de
Fabricación y Emisiones vs Cilindrada:
Figura 13: Emisiones por año modelo. Figura 14: Emisiones por cilindrada.
2001400
14001600
16001600
18002000
20002694
30000.00
100.00200.00300.00400.00500.00
Emisiones vs Cilindrada
Emisiones
19741996
19992000
20022006
20082010
20102011
20120.00
100.00200.00300.00400.00500.00
Emisiones vs Año Modelo
Emisiones
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La gráfica de emisiones vs año modelo sugiere una disminución en la cantidad de
emisiones contaminantes a lo largo del tiempo. Esto se explica porque los motores son
optimizados cada vez más, reduciendo su consumo de combustible, y con ello el
volumen de emisiones de CO2. Además de esto, los vehículos modernos cuentan con un
sistema de alimentación de combustible de tipo Inyección Electrónica, a diferencia de
los vehículos antiguos que tienen carburador, y por lo tanto, un mayor consumo.
En la gráfica de emisiones vs cilindrada, el incremento en el volumen de emisiones
contaminantes es más evidente. Esto se explica por la cantidad de combustible que
quema el motor para mantenerse funcionando, con poca influencia del tipo de
alimentación.
BIBLIOGRAFÍA:
López, E. (2013) Calidad y Transformación Cultural. Quito: Escuela Politécnica
Nacional