Wear diagnosis base=
d
on the oil
analysis. A case study: Public taxi service
Segundo Narciso
Cabascango Collahuazo. [1], =
Jaime
Fernando Antamba Guasgua. [2],<=
/span> Luis Fabricio Corrales
Zurita. [3] & José Israel Guer=
ra
Naranjo.[4]
Recibid= o: 02-06-2020 / Revisado: 13-06-2020 /Aceptado: 04-07-2020/ Publicado: 04-08-2020<= /p>
The
operating conditions of a vehicle engine depend on the fuel, lubricant
and components; th6us the diagnosis is made directly by continuous monitori=
ng
of the lubricant. This project evaluates the condition of engine wear due to
ignition caused in a taxi-type public use vehicle, applying the used lubric=
ant
analysis technique. The research process is experimental, a baseline of the
lubricant and vehicle is raised, for the sampling of every 4000 kilometers =
of
route, in each sample the physical and chemical properties of the lubricant=
are
analyzed, the behavior is established of the viscosity, contaminating parti=
cles
and metallic particles of the vehicle's SI. The behavior of the PQ index sh=
ows
a constant tendency for wear, the size of the iron particles are small, the=
PQ
index combined with a low ppm of iron indicates a common wear, and low
incidence of abrasive wear on the moving parts of the engine for environment
pollution.
Resumen.
Las condiciones operativas del motor =
de
un vehículo dependen del combustible, lubricante y los componentes, para el=
lo
se plantea el diagnóstico directamente por un monitoreo continuo del
lubricante. Este proyecto evalúa la condición de desgaste del motor por encendido provoca=
do
en un vehículo de uso público tipo taxi, aplicando la técnica de análisis de
lubricante usado.El proceso de investigación es
experimental, se levanta una línea base del lubricante y vehículo, para la =
toma
de muestras cada 4000 kilómetros de recorrido, en cada muestra se analiza l=
as
propiedades físicas y químicas del lubricante, se establece el comportamien=
to
de la viscosidad, partículas contaminantes y partículas metálicas del MEP d=
el
vehículo. El comportamiento del índice PQ y partículas metálicas, muestra u=
na
tendencia constante para el desgaste, el índice PQ combinado con un bajo nú=
mero
ppm de hierro indica una tendencia de desgaste normal, también, se descarta=
la
contaminación por el ambiente que rodea el funcionamiento del MEP, indicati=
vo
de una incidencia leve para desgaste abrasivo en las piezas móviles del mot=
or.
Palabras claves: aceites lubricantes, ingeniería =
de
mantenimiento, tribología, transporte.
Introducción.
El transporte público constituye=
una
alternativa importante al transporte individual, sobre todo en ciudades con
alto flujo de vehículos particulares. Argumentos a favor del uso del transp=
orte
público con frecuencia se centran en el costo, la disponibilidad y el impac=
to
ambiental
El diagnóstico de la condición d=
el
motor de encendido provocado (MEP) utilizando las técnicas del análisis del
lubricante usado, identifica la problemática del desgaste, favoreciendo la
aplicación del mantenimiento preventivo en los vehículos nacionales, la
disminución de las actividades de mantenimiento correctivo, brinda mayor
confiabilidad acerca del estado real del motor y sus consecuencias en la
funcionalidad del vehículo
En los motores de combustión
interna, donde el combustible es quemado, la lubricación se afecta por los
fenómenos de la combustión, generadas por las altas temperaturas, productos=
de
la combustión y residuos que contamina el lubricante y los esfuerzos someti=
dos
(Tormos, B., 2006)
En
la ciudad de Quito, el servicio público de taxis,
constituye un eje de movilidad. Acorde al Plan Maestro de Movilidad de Quito
2009-2025, constituye un medio de transporte, tanto para la población local=
y
visitantes extranjeros dentro y fuera de la ciudad. El estudio de oferta y
demanda de taxis en el DMQ muestra que existe un universo de 29347 vehículos
que ofrecen este servicio, de los cuales 16024 (54,6%) son taxis formales y
13323 (45,4%) son informales. Este servicio tiene una demanda de 42000 usua=
rios
y en promedio se realizan 226.000 viajes diarios. Así mismo, tomando en cue=
nta
la población de 2500000 habitantes en Quito, hay un promedio de posibles
usuarios de 163 por taxi
Este
proyecto, se orienta en evaluar la condición de desgaste del motor por
encendido provocado en un vehículo, aplicando la técnica de análisis de
lubricante usado, para la recolección de la información, en un vehículo tipo
M1, de uso público tipo taxi, correspondiente a la marca Chevrolet, la más
representativa en el país, según la AEADE.
=
Metodologia.
El
proceso metodológico se divide en dos etapas: La primera etapa establece la
línea base del vehículo de prueba a través del mantenimiento preventivo del
vehículo y la medición de gases para la verificación del cumplimiento de la
normativa RTE INEN 2204. La segunda etapa corresponde a los procesos de
medición y recolección de datos en las muestras de aceites, basados en las
normas ASTM de los parámetros de propiedades físicas químicas de los
lubricantes. La metodología empleada en este estudio es similar a estudios
vinculados desarrollados por Raposo, Saldivia y Tormos aplicable en diferen=
tes
tipos de motores de combustión interna. El proceso de investigación experim=
ental
se desarrolló, como se muestra en la figura 1.
Figura 1. =
Etapas
del proceso investigativo experimental.
=
Fuente:
Elaboración propia.
El proceso de investigación
vinculado al desgaste del motor y las mejoras en beneficio del medio ambien=
te
se desarrolló, en la ciudad de Quito, ubicada en una =
zona
geográfica de elevación promedio de 2800 metros sobre el nivel del mar.
Vehículo.
Dentro del segmento de automóvil=
es
los vehículos más vendidos son el Chevrolet Sail y
Aveo Family, siendo estos modelos, parte del se=
gmento
de taxis que circulan en la ciudad de Quito
<=
span
lang=3DES style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times New=
Roman",serif'>Figura
2. Vehículo
de prueba, tipo taxi
Fuente: Elaboración
propia.
Los
parámetros analizados en el vehículo elegido están dados por el kilometraje
superior a 200000 kilómetros, aceite lubricante base mineral, común para los
vehículos tipo taxi, combustible gasolina tipo Extra y tiempo de trabajo mí=
nimo
de 8 horas al día. En la tabla 1, se describe las características del vehíc=
ulo
de prueba.
Tabla 1. <=
span
lang=3DES style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times New=
Roman",serif'>Vehículo
de prueba
|
Caract=
erística |
|
|
Marca |
Chevrolet |
|
Mode=
lo |
Aveo <=
span
class=3DSpellE>Family |
|
Motor |
4 en línea |
|
Cili=
ndraje |
1,5 li=
tros |
|
Combustible |
Gasolina Extra |
|
Kilo=
metraje |
201000=
km |
Fuente:
Pruebas para muest=
ras
de aceite
El análisis del aceite usado de las muestras
obtenidas de los MEP del vehículo de pruebas se efectúa en los laboratorios=
Tribologik (Canadá) bajo la acreditación ISO 17025, p=
or
parte del Organismo de Acreditación Ecuatoriano con el código: OAE LE C 10-=
014.
El paquete de análisis de metales y tribología se detalla en la tabla 2.
Tabla
2. Pruebas
de análisis de metales y tribología
|
Prueb=
a |
Parám=
etro
determinado |
Unida=
des |
Métod=
o |
|
Espectrometría ICP |
Máxim=
o 22
elementos metálicos y no metálicos |
ppm |
ASTM =
D-5185 |
|
Espectrometría IR |
Calidad y contaminación del lubricante<=
span
lang=3DES-TRAD style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Ti=
mes New Roman",serif;
mso-fareast-font-family:Arial;color:black;mso-ansi-language:ES-TRAD'> |
N/A |
JOAP |
|
Contaminación |
Agua =
por
Karl Ficher |
Ppm |
ASTM
D-4928 |
|
Propiedad química |
TBN |
mg KOH/g |
ASTM D-2896 |
|
Conteo de partículas |
Partí=
culas
> 1µm |
Índic=
e de
limpieza |
ISO 4=
406 |
Fuente: Elaboración
propia.
La muestra de aceite usado, se obtiene cada 4000 km, en =
un
periodo de seguimiento de 20000 km, considerando los procedimientos
recomendados para la toma de muestra.
Lubricante de prue=
ba
Para
el estudio, se referencia el lubricante del vehículo de prueba, establecien=
do
la línea base del lubricante, es decir, se determinan las propiedades físic=
as y
químicas del aceite mineral SAE 20W-50, como se muestra en la tabla 3.
Tabla
3. Propiedades
de aceite (muestra virgen)
|
Identificación |
20W-50 |
|
Elemen=
tos |
|
|
Fe-Hierro |
1 |
|
Al-Aluminio |
2,2 |
|
Mo- Molibdeno |
12 |
|
Ti-Titanio |
66 |
|
Si-Silicio |
4 |
|
Mg-Magnesio |
8 |
|
B-Boro |
115 |
|
Na-Sodio |
- |
|
Ca-Calcio |
1947 |
|
P-Fosforo |
812 |
|
Zn-Zinc |
975 |
|
Propie=
dades |
|
|
Viscosidad |
20,4 |
|
TBN |
7,72 |
Fuente: Elaboración
propia.
Viscosidad relat=
iva.
La
viscosidad relativa
Resultados.
Salud
del lubricante.
El parámetro esencial de la salud del lubricante es la viscosidad. Para la comparación apropiada se utiliza la viscosidad relativa. En la figura 3, se muestra la variación de la viscosidad medida y la viscosidad relativa (z).<= o:p>
Figura
3. Variación de viscosidad del aceite SAE 20W-50.
Fuente: Elaboración
propia.
En la evaluaci=
ón
de la viscosidad, se observa una degradación similar en cada periodo de cam=
bio,
con variación máxima del 3,1 % entre los resultados y una reducción de visc=
osidad
máxima del 22%. La condición del aceite para el intervalo de cambio estable=
cido
opera en condiciones apropiadas cercanas al límite permisible.
Desgaste
vinculado al aire atmosférico.
La evolución de las concentraciones por partícul=
as contaminantes
se muestra en la figura 4., el valor promedio de Silicio es de 28,2 ppm y el
sodio de 83,2 ppm, los valores son superiores al estado inicial del lubrica=
nte.
El sodio es un contaminante que existe en el combustible como un componente
natural del crudo, normalmente en concentraciones por debajo de 50 ppm.
Figura 4. Variación de
partículas de Si y Na en el aceite SAE 20W-50
Fuente:
En el caso del
silicio se observa una medición seis veces superior al valor límite en la
tercera medición, el resto de las mediciones se encuentran dentro de los
límites permisibles y críticos. En el caso del sodio, ninguna medición supe=
ra
el valor crítico y la medición correspondiente en la primera medición y cua=
rta
medición, superan el valor permisible, ya que no existe coincidencia de par=
tículas
contaminantes altas.
En este caso, =
el
silicio se vincula con las partículas que ingresan por el aire para la comb=
ustión,
por ello, se puede descartar una incidencia de desgaste abrasivo, por prese=
ncia
de partículas contaminantes del aire atmosférico.
Partículas
de desgaste.
El comportamie=
nto
de las partículas metálicas de hierro, relacionados a elementos tales como =
el
bloque motor, válvulas y otros elementos, con respecto al silicio, se muest=
ran
en la figura 5, para el vehículo de prueba.
Figura 5. =
Relación entre las
partículas de Si –Fe para MEP.
Fuente:
En el caso de =
las
partículas de hierro, se observa que la contaminación ambiental no tiene
incidencia en la presencia de una mayor cantidad de partículas de hierro, en
las muestras obtenidas.
En la figura 6, se observa la relación
entre el aluminio y el silicio, en ambos casos, existen mínimas partículas
relacionadas a los componentes del motor.
Figura 6. Relación de las
partículas de Si y Al
Fuente:
En las muestras
analizadas, se obtiene valores de 1 a 4 ppm de Aluminio, y un valor atípico=
de
18 ppm de Aluminio, con base a los resultados no existe una tendencia de
desgaste abrasivo producto del trabajo de los elementos del motor.
En la figura 7=
, se
muestra el comportamiento del indicador PQ con respecto a las partículas del
hierro.
Figura 7. =
Relación de las
partículas de Fe y el índice PQ.
Fuente:
El comportamie=
nto
del índice PQ, muestra una tendencia constante, el tamaño de las partículas=
de
hierro son pequeñas, analizándose el índice PQ y el un bajo ppm de hierro, =
indican
una tendencia de desgaste normal. En términos generales no existen partícul=
as
grandes de hierro generados por algún tipo de desgaste.
Conclusiones.
· =
La línea base del estudio, se ha estab=
lecido
para facilitar la fijación de los límites de las diferentes propiedades
medidas, lo que permite la comparación de los cambios presentes en el
lubricante, además facilita el cálculo de la variabilidad de las partículas=
de
desgaste y viscosidad.
·
L=
as
herramientas aplicadas permiten analizar las propiedades y partículas del
aceite usado, la viscosidad del aceite se ve reducida en un 22%, por ello, =
no
se debe exceder el límite de cambio de aceite, en vehículos de este tipo de
uso.
·
De
acuerdo, al análisis del silicio y sodio con relación a las partículas de
hierro, se descarta la contaminación por el ambiente que rodea el
funcionamiento del MEP y la incidencia en un desgaste abrasivo para las pie=
zas
móviles del motor.
·
D=
ado el
comportamiento del índice PQ y las partículas de hierro medidas, se estable=
ce
una tendencia de desgaste normal, para el MEP del vehículo de prueba.
· =
Se requiere ampliar el plazo de seguim=
iento
para recopilar información que confirmen los datos obtenidos.
Referencias bibliográficas.
Adams, D. R. (2010). Tribological considerations in
internal combustion engines. En =
Tribology
and Dynamics of Engine and Powertrain (págs. 251-283). London: Woodh=
ead
Publishing.
AEADE. (2018). Anuario
2018. Quito.
Antamba, J. F. (2018). Diagnóstico
de la condición operativa del motor por encendido provocado (MEP), según el
tipo de gasolina empleado en las ciudades de Quito y Esmeraldas. Quito: Tesis posgrado EPN.
Bovington, C. (2019). Friction wear and the role of additive=
s.
UK: Springer.
Distrito Metropolitano de Quito. (2009). Plan Maestro de Movilidad de Quito
2009-2025.
Fernández-Feal, M. C., Fernández-Feal, M. L.,
Sánchez-Fernández, L. R., & Pérez-Prado, J. R. (2018). Study of Metal Concentration in Lubricating Oil with
Predictive Purposes. Current Jou=
rnal
of Applied Science and Technology, 27(6), 1-12.
Instituto de la Ciudad.
Macián, V., Tormos, B., Miró, G., & Pérez, T. (2016).=
Assessment of low-viscosity oil performance and degradati=
on
in a heavy duty engine real-world fleet test. Proc IMechE Part J: J. Eng. Tribol., 230(6), 729-740=
.
Macián, V., Tormos, B., Olmeda, P., & Montoro, L. (20=
03).
Analytical approach to wear rate determination for
internal combustion engine condition monitoring based on oil analysis. Tribology International, 36.
Raposo, H., Torres Farinha, J., Fonseca, I., & Galar,=
D.
(2019). Predicting condition based on oil
analysis – A case study. Tribolo=
gy
International, 135, 65-74.
Saldivia, F. (2013). Aplicación
de mantenimiento predictivo. Caso Estudio: análisis de aceite usado en un m=
otor
de combustión interna. Obtenido de XI Latin American and
Caribbean Conference for Engineering and Technology (LACCEI’2013): http://w=
ww.
laccei.org/LACCEI2013Cancun/RefereedPapers/RP264. pdf.
Tormos, B. (2013). Diagnóstico
de motores diésel mediante el análisis del aceite usado. . España:
Reverte.
PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Cabascango
Collahuazo, S. N., Antamba Guasgua,
J. F., Corrales Zurita, L. F., & Guerra Naranjo, J. I. (2020). Diagnóst=
ico
de la condición de desgaste basado en el análisis de aceite usado. Caso de
estudio: Vehículo de servicio de taxi. ConcienciaDi=
gital,
3(3.2), 18-28. https://doi=
.org/10.33262/concienciadigital.v3i3.2.1399
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Conciencia Digital.
El artículo queda en
propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en o=
tro
medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Conciencia Digital.
[1]Universidad Interna=
cional
del Ecuador, Escuela de Ingeniería Automotriz, Quito, Ecuador, nacabascango=
co@uide.edu.ec
[2]Universidad Internacional del Ecuador, Facultad de
Ciencias Técnicas, Quito, Ecuador. jferantamba@gmail.com
[3]Unive= rsidad Internacional del Ecuador, Escuela de Ingeniería Automotriz. Quito, Ecuador= . lucorraleszu@uide.edu.ec
[4] Instituto Superior Tecnológico Tecnoecuatoriano, Carrera de Tecnolog= ía Automotriz, Quito, Ecuador. iguerra@tecnoecuatoriano.edu.ec
www.concienciadigital.org