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Loja – Ecuador

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Erik René Tapia Viñán

erik.tapia@unl.edu.ec

https://orcid.org/0009-0006-5644-370X

Universidad Nacional de Loja

Loja – Ecuador

elmer.arias@unl.edu.ec

https://orcid.org/0000-0003-1033-8892

Universidad Nacional de Loja

Loja – Ecuador

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Loja – Ecuador

emisiones de CO2 producto del funcionamiento de los motores de encendido provocado (MEP). Las

detonaciones que ocurren durante el funcionamiento de un MEP, se producen por una combustión

espontánea en el interior del cilindro debido a la autoignición del combustible, por esto monitorear el

comportamiento de las detonaciones es importante, debido a que genera problemas mecánicos en el

motor. En esta investigación se busca determinar el comportamiento de las detonaciones que ocurren en

un MEP aplicando diferentes porcentajes de mezcla de etanol con gasolina súper mediante la aplicación

de DoE factorial 32. El experimento se lleva a cabo en un motor instrumental 2.0L monitorizado a través

del uso de un escáner y osciloscopio automotriz. Para esto se consideran dos variables de estudio:

porcentaje de etanol en la mezcla (E0, E5, E15) y diferentes regímenes de giro del motor (750, 2500,

3000 rpm). La variable de respuesta es el nivel de detonación en el interior del cilindro. Una vez obtenido

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The use of MEG has been developed as a potential strategy for reducing the level of CO2 emissions from

oscilloscope. Two study variables are taken account: the percentage of ethanol in the blend (E0, E5,

E15) and different engine speeds (750, 2500, 3000 rpm). The response variable is the knocking level

inside the cylinder. Once the experimental design table is obtained, the tests on the instrumental engine

are done; then, by means of data analysis of the results in a statistical software, the predictive

mathematical model is obtained. At the end of the research, it is established that the variation of the

detonation level in the SI engine is directly proportional to the percentage of ethanol in the mixture and

inversely proportional to the engine speed.

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Como lo menciona el trabajo de Staš et al. (2023), la importancia y participación de los combustibles

alternativos crece continuamente, por dos razones principales, una debido a la necesidad de reducir las

EGC y otra por el ahorro de combustibles fósiles, ya que sus reservas decrecen. En 2019, de manera

global las emisiones de gases de efecto invernadero siguieron aumentando en todos los sectores, donde

el 15% de las emisiones corresponden al sector del transporte (Dhakal 2022). Este sector experimentó

en 2022 el incremento más grande en emisión de gases de efecto invernadero aumentando en 4,7%

(Crippa 2023). En 2022 la emisión global de dióxido de carbono (CO2) procedente del sector del

transporte aumentó un 3% más que en 2021 (IEA, 2023).

Un MEP funciona mediante la combustión de una mezcla de aire y combustible, que permite convertir

otros. (Kohler, 2015).

Tomando en cuenta la cantidad de emisiones generadas por el sector del transporte, la creciente

necesidad de energía y el aumento de los precios en los combustibles, muchos países están apoyando de

manera activa a la investigación hacia los biocombustibles provenientes de fuentes renovables por su

potencial de reducir las emisiones de gases de escape y sustituir a los combustibles fósiles (Iodice, 2021).

El etanol a mostrado ser uno de los principales biocombustibles en estudio debido a sus características

favorables con el ambiente, además de poder ser usado en los motores de combustión con solo leves

modificaciones (Lee, 2021). Sin embargo, el etanol se utiliza principalmente como componente de

combustibles para incrementar el octanaje, por lo que dependiendo de la disponibilidad se ha convertido

en una alternativa en algunos países al comercializarse como mezcla de gasolina – etanol, por ejemplo,

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Algunas de las propiedades del etanol son muy diferentes en comparación a la gasolina, como el número

de octanos, el peso específico, el poder calorífico, el calor latente, la velocidad de propagación de la

llama, por lo que resulta crucial entender los efectos que tendría el etanol en el desempeño de los MEP.

Thakur en el año 2017, concluyó que las mezclas de etanol y gasolina mostraron un incremento en el

torque y potencia de freno del motor (BHP), usando E5, E10, E20, se evidenció un incremento de 2,31%;

2,77% y 4,16% en la potencia, y de 0,29%; 0,59% y 4,77% respectivamente.

Por otra parte, entre los principales factores que imponen límites para mejorar la eficiencia y rendimiento

de estos motores están la preignición y la detonación espontánea del combustible. Este último, es un

fenómeno que ocurre cuando una porción de la mezcla se auto enciende antes de que sea alcanzada por

el frente de llama, produciendo un calor intenso y alto picos de presión que someten al pistón, cojinetes,

porcentajes de mezclas de etanol - gasolina súper, empleando una metodología basada en el diseño de

experimentos (DoE) factorial. Este estudio, que se lleva a cabo con el rigor y la precisión necesarios,

tiene como objetivo contribuir al avance del conocimiento en el campo de la ingeniería automotriz.

En el marco de este estudio, se han definido un total de 27 corridas de referencia como parte integral de

nuestro caso de investigación. Esta metodología se ha implementado con el propósito de garantizar la

calidad y confiabilidad de los datos recabados, para cada ensayo se ha considerado un ciclo de trabajo

del cigüeñal.

Antes de llevar a cabo cada uno de los ensayos, hemos sometido al motor de combustión interna

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experimental a un proceso de revisión de todos sus sistemas auxiliares, verificando su correcto

funcionamiento. Además, hemos realizado un proceso de purga del sistema de alimentación con el

objetivo de reducir al mínimo cualquier margen de error al efectuar la transición entre las distintas

mezclas de etanol - gasolina.

Para la toma de datos experimentales se ha basado en el protocolo de pruebas establecidas para los

procesos de revisión técnica vehicular (RTV) dentro del territorio ecuatoriano, normativa INEN

2203:2000; con el fin de garantizar los correctos procesos para la obtención de datos mediante ensayos.

Además, en la normativa INEN 2204:2002 y mediante el primer suplemento No. 919 se modifica el

reglamento técnico ecuatoriano RTE INEN 017; que permite obtener datos para el estudio y posterior

análisis mediante la metodología DoE.

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En el proceso de adquisición de datos, se emplea un escáner automotriz de la marca FCAR, modelo

F7S-G. Este equipo de última generación se seleccionó para asegurar la precisión y fiabilidad de la

recopilación de datos en nuestro estudio. Además, de ofrecernos una amplia cobertura en las diferentes

marcas de vehículos, mantiene una alta capacidad de diagnóstico, lo que nos permite identificar de

manera precisa y confiable los diferentes tipos de datos proporcionados por los sistemas del motor de

combustión interna en el presente caso de estudio.

En el proceso de captura de la señal de salida generada por el sensor de detonación Knock (KS), se usa

un osciloscopio de la marca Autoscope-Technology, modelo USB-Autoscope IV. Este instrumento

permite adquirir de manera continua la señal en cada uno de los ciclos de ensayo (dos vueltas del

cigüeñal), siguiendo las pautas establecidas en las normativas INEN 2203:2000 e INEN 2204:2002, las

mezclas de etanol – gasolina súper y el régimen de giro del MEP, sobre la variable de respuesta que es

el nivel de detonación que se produce en la parte interna del motor.

Con el diseño 32, como base son 9 ensayos, con el fin de reducir el margen de error de los resultados

por la variación de los factores no controlables, se aplican 2 réplicas, obteniendo en total 27 corridas

experimentales, así como también, para aumentar la probabilidad de que el supuesto de independencia

de los errores se cumpla, se aplica la aleatorización, que es realizar las corridas experimentales de forma

aleatoria, dado este orden por el diseño de experimentos.

Cada factor de estudio cuenta con 3 niveles, para el caso de las mezclas de etanol – gasolina súper son

E0, E5 y E15 (% en volumen de mezcla de etanol), para el caso del régimen de giro del motor de

encendido provocado son 750, 2500 y 3000 rpm.

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En el presente estudio se considera el diagrama de Pareto para valorar la variabilidad de la detonación

que ocasionan los factores de estudio; además, el desarrollo del análisis de varianza (ANOVA) que

confirma que los efectos ayudan a explicar el comportamiento de la variable detonación, también se

muestran las gráficas de residuos que indican el comportamiento normal de los resultados, adquiridos

mediante el software Minitab para determinar el comportamiento del nivel de detonación.

Adicionalmente, mediante la consideración de las gráficas de medias ajustadas individuales y dobles,

que permiten establecer los efectos ocasionados sobre la respuesta (nivel de detonación), por último, el

software utilizado entrega el modelado matemático predictivo, que permite pronosticar el

comportamiento de las detonaciones que se producen en el ciclo de trabajo del MEP.

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sector-in-the-net-zero-scenario-2000-2030-2

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