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I
UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA
FACULTAD DE CIENCIAS MECNICAS
DETERMINACIN DE LOS FACTORES DE EMISIN DE LOS VEHCULOS A
GASOLINA DEL PARQUE AUTOMOTOR, EN LA CIUDAD DE CUENCA
Proyecto previo a la obtencin
del Titulo de Ingeniero
Mecnico Automotriz.
Autores:
Tnlg. Manuel Fernando Gmez Berrezueta
Tnlg. Oscar Mauricio Tinoco Vivar
Tnlg. Jos Fernando Vsquez Huiracocha
Director:
Ing. Rubn Jerves Cobo
Cuenca Ecuador
2004
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II
Certifico que bajo mi direccin el proyecto de
tesis fue realizada por los seores:
Tnlg. Manuel Fernando Gmez Berrezueta
Tnlg. Oscar Mauricio Tinoco Vivar
Tnlg. Jos Fernando Vsquez Huiracocha
....................................................
Ing. Rubn Jerves Cobo
DIRECTOR DE TESIS
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III
DEDICATORIA:
Hoy que culmino, una etapa importante en mi vida y alcanzo una
meta, con esfuerzo y sacrificio. Quiero dar gracias a DIOS y la
VIRGEN MARIA, quienes con su poder magnnimo me supieron cobijar
bajo su manto divino, para protegerme y cuidarme. El presente
trabajo va dedicado de manera especial a mis padres ESTHER y
FRANCISCO; que durante todo momento, con su amor y consejos
oportunos, me apoyaron y fueron artfices para ser un hombre de
bien. Asimismo mis hermanos XAVIER, LEO, LAURA y BETY, que me
supieron soportar, apoyar y brindar su espritu de optimismo, para
levantarme en los momentos difciles y llevarme hacia la cumbre del
xito. Adems, quiero hacer presente una dedicatoria a mis familiares
y amigos, que con un afn desinteresado me apoyaron y dieron nimos
en los diferentes momentos de la realizacin del proyecto.
..A todos mil gracias!!!
MANUEL FERNANDO
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IV
DEDICATORIA:
Este trabajo va dedicado primeramente a mis padres: ANA y
SEGUNDO, que con su esfuerzo, sacrificio, amor y apoyo
incondicional fueron pilares fundamentales en la culminacin con
xito de este perodo tan importante de mi vida. Tambin va dedicado a
mi hermano, PABLO, a mi familia y amigos en general, que de una u
otra forma fueron instrumentos claves en la realizacin de este
proyecto. Por ltimo quiero dedicar este esfuerzo a una mujer muy
especial: SANDY, quien me dio cordura y tranquilidad en esos
momentos de flaqueza
OSCAR MAURICIO
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V
DEDICATORIA:
Este proyecto de tesis en Primer lugar quiero dedicarlos a DIOS
y a la VIRGEN porque fueron mi inspiracin para llegar a ser alguien
en mi vida profesional. En segundo lugar a mi Padres JOS y CARMEN,
l con su espritu de lucha me supo guiar, ser mi apoyo y comprensin
y a ella que desde el mas all me ilumino hasta culminar este
periodo importante. A mis hermanos, amigos y familiares que de
alguna u otra manera me incentivaron a terminar la Universidad y a
esa persona muy especial, mi esposa Miriam que siempre estuvo all
en los momentos de triunfo, alegra, tristezas y nunca dejo de
apoyarme. A todas estas personas gracias de corazn.
JOS FERNANDO
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VI
AGRADECIMIENTO:
Primeramente, agradecemos a DIOS, por habernos iluminado a lo
largo de nuestra vida. Queremos expresar un sentimiento de gratitud
a nuestra querida institucin UPS, que durante el transcurso de los
ltimos aos, sus aulas, fueron el epicentro, en donde se nos imparti
la luz de la sabidura y del conocimiento. Y adems es un deber
manifestar nuestro eterno agradecimiento para los superiores y
profesores del plantel, quienes con su vocacin y esfuerzo nos
supieron encaminar hacia la antonomasia del saber. En especial un
enorme agradecimiento al Ing. Rubn Jerves Cobo, quien con sus
valiosos conocimientos y experiencia, nos apoy y ayud, a concluir
exitosamente el presente proyecto. Asimismo; agradecemos al Ing.
Wilson Arvalo, Ing. Gustavo Zalamea e Ing. Bolvar Vimos, ya que sin
su labor y colaboracin habra sido imposible la realizacin de este
trabajo.Gracias.
LOS AUTORES.
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VII
INDICE..VII INTRODUCCIN.XII CONTENIDO CAPITULO I GENERALIDADES
1.1 CONCEPTOS BASICOS DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA...1 1.1.1
Atmsfera..1 1.1.2 Contaminacin atmosfrica...4 1.1.3 Smog..6 1.1.4
Efectos atmosfricos de la contaminacin.8 1.2 PERTURBACIONES
AMBIENTALES.9 1.2.1 Efecto invernadero.....9 1.2.2 Agotamiento del
ozono estratosfrico.10 1.2.3 Lluvia cida.11 1.2.4 Inversin
trmica.13 1.3 FUENTES DE CONTAMINACION14 1.3.1 Industrias.....14
1.3.2 Combustiones domesticas15 1.3.3 Vehculos de motor..15 1.4
EFECTOS DE LA CONTAMINACION DEL AIRE...15 1.4.1 Efectos sobre la
salud..15 1.4.2 Efectos sobre los animales y plantas...17 1.4.3
Efectos en materiales y servicios.17 1.5 CRITERIOS PARA MEDIR LA
CALIDAD DEL AIRE.18 1.5.1 Tcnicas para medir contaminantes
atmosfricos...19 CAPITULO II PARQUE AUTOMOTOR 2.1 DEFINICIONES
CONCERNIENTES A LOS VEHICULOS .20 2.2 CARACTERIZACION DEL PARQUE
AUTOMOTOR.21 2.3 VEHICULOS EN CARRETERAS...23 2.4 ECUADOR Y CUENCA
EN CIFRAS.25 2.4.1 Datos generales del Ecuador...25 2.4.2 Datos
generales de Cuenca..25 2.5 PARQUE AUTOMOTOR DE CUENCA.26 2.5.1
Vehculos matriculados en la Ciudad de Cuenca....26 2.5.2
Crecimiento del parque automotor..27 2.5.3 Crecimiento poblacional
en Cuenca....28 2.6 ESPECIFICACIONES DEL COMBUSTIBLE PARA FUENTES
MOVILES...29 2.7 EMISIONES DE FUENTES VEHICULARES....30 2.8
VARIABLES DEL PARQUE AUTOMOTOR CIRCULANTE..31 2.8.1 Kilometraje
anual acumulado de cada tipo de vehculo..31
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VIII
2.8.2 Registro de distribucin por edad y modelo....31 2.8.3
Fracciones de ventas de combustibles.32 2.8.4 Volmenes de
transito.33 2.8.5 Velocidades vehiculares..33 2.9 ESPESIFICACIONES
TECNICAS DEL PARQUE AUTOMOTOR..33 2.9.1 Clasificacin de los motores
trmicos.....33 2.9.2 Ciclos reales de los MCIA 4T.34 2.9.3
Diferencias entre MEP y MEC35 2.9.4 Parmetros geomtricos de los
MCIA.....36 2.9.4.1 Dimensiones del cilindro.36 2.9.4.2 Potencia
del motor...37 2.9.4.3 Par motor.39 2.9.4.4 Rendimientos...41
2.9.4.5 Balance trmico...43 2.9.5 Caractersticas del motor.44
2.9.5.1 Curvas caractersticas del motor..44 2.9.5.2 Trazado
practico de las curvas caractersticas.46 2.9.5.3 Variaciones de las
curvas de potencia en los motores.47 2.9.5.4 Velocidad y carga del
motor48 CAPITULO III EMISIONES CONTAMINANTES 3.1 CONTAMINANTES
ATMOSFRICOS.50 3.2 CONTAMINACION PRIMARIA Y SECUNDARIA..50 3.2.1
Contaminantes primarios....50 3.2.2 Contaminantes secundarios.51
3.3 UNIDADES DE MEDICIN DE CONTAMINANTES..51 3.4 CONTAMINANTES
CRITERIO.52 3.4.1 Contaminantes atmosfricos de criterio..52 3.5
CARACTERSTICAS Y ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES
ATMOSFRICOS52 3.5.1 xidos de carbono......52 3.5.1.1 Dixido de
carbono (CO2)..53 3.5.1.2 Monxido de carbono (CO)53 3.5.2 xidos de
nitrgeno....55 3.5.2.1 Dixido de nitrgeno (NO2)...56 3.5.2.2 Oxido
ntrico (NO)..57 3.5.2.3 Oxido nitroso (N2O)...57 3.5.2.4 Otros57
3.5.3 xidos de azufre..57 3.5.3.1 Dixido de azufre (SO2)..57
3.5.3.2 Trixido de azufre (SO3).....59 3.5.3.3 Otros....59 3.5.4
Componentes orgnicos voltiles.59 3.5.4.1 Metano (CH4).60 3.5.4.2
Hidrocarburos voltiles (HCs)...60
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IX
3.5.4.3 Otros hidrocarburos....60 3.5.5 Clorofluorocarburos o
cloroflurocarbonos (CFSs)....61 3.5.6 Oxidantes....61 3.5.6.1 Ozono
(O3).61 3.5.6.2 Ozono estratosfrico...62 3.5.6.3 Ozono
troposferico..62 3.5.7 Partculas y aerosoles..64 3.5.7.1
Partculas.....64 3.5.7.2 Aerosoles primarios66 3.5.7.3 Aerosoles
secundarios.....66 3.5.8 Plomo..66 3.5.9 Substancias
radioactivas.67 3.5.10 Calor....68 3.5.11 Contaminacin
electromagntica....68 3.6 FUENTES DE CONTAMINACION...69 3.6.1
Clasificacin de las fuentes de contaminacin atmosfrica...71 3.6.1.1
Fuentes mviles..71 3.6.1.2 Fuentes estacionarias..72 3.6.1.3
Fuentes puntuales....72 3.6.1.4 Fuente del rea....72 3.7 EFECTOS DE
LA CONTAMINACION DEL AIRE..73 3.8 RECURSOS CONTRA LA CONTAMINACION
ATMOSFERICA..74 3.9 LEYES Y REGLAMENTACIONES...74 3.9.1
Reglamentaciones internacionales..74 3.9.2 Reglamentaciones
nacionales.76 3.10 FUENTES DE CONTAMINACION EN CUENCA..77 3.10.1
Efectos producidos..78 3.11 EMISIONES RELACIONADAS CON EL
AUTOMOVIL...78 3.11.1 El motor de combustin interna (IC)..78 3.11.2
Operacin del automvil.79 3.11.3 Funcionamiento bsico del motor...79
3.11.4 Formacin de contaminantes..81 3.11.5 Fuente de las
emisiones..82 3.12 COMPOSICION DE LOS GASES DE ESCAPE..84 3.13
PROCESOS DE COMBUSTION...85 3.13.1 Reaccin de combustin.87 3.13.2
Etapas de combustin.....87 3.13.3 Reacciones qumicas...89 3.13.4
Distintos tipos de combustin.....90 3.13.5 Casos de combustin
tcnica..91 3.14 CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES..93 3.14.1
Clasificacin de los combustibles...93 3.14.2 Propiedades de los
combustibles....93 3.14.3 Relacin de la gasolina y los
contaminantes...95 3.15 RELACION AIRE COMBUSTIBLE.95 3.15.1
Preparacin de la mezcla....95 3.15.2 Condiciones de la mezcla96
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_________________________________________________________________________________INDICE
X
3.15.3 Regulacin de la mezcla.98 3.16 DATOS REFERENCIALES DE LA
CONTAMINACION PRODUCIDA POR
MOTORES A GASOLINA Y DIESEL 3.17 INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES
ATMOSFERICAS....101 3.17.1 La densidad del aire..101 3.17.2
Temperatura ambiente..102 3.17.3 Humedad...102 3.17.4 Altitud
(presin atmosfrica)102 CAPITULO IV MEDICIONES Y LEVANTAMIENTO DE LA
INFORMACION 4.1 IMPORTANCIA DE LA VIGILANCIA DE LA CONTAMINACION
DEL
AIRE...104 4.2 DETERMINACION DEL TAMAO DE LA MUESTRA...104 4.3
CLASIFICACIN Y ESTRATIFICACION DEL PARQUE AUTOMOTOR.106 4.3.1 Total
de vehculos en Cuenca...106 4.3.2 Vehculos a gasolina.107 4.3.3
Vehculos a gasolina segn el tipo....108 4.3.4 Vehculos a gasolina
segn la cilindrada..108 4.3.5 Vehculos a gasolina segn la
marca....109 4.4 METODOS Y APARATOS UTILIZADOS PARA DETERMINAR
EL
PORCENTAJE DE CONTAMINANTES..113 4.4.1 Metodologa......113 4.4.2
Aparatos utilizados....113 4.4.3 Analizador de gases..114 4.4.3.1
Caractersticas...114 4.4.3.2 Descripcin del aparato.115 4.5
RECOPILACION Y LEVANTAMIENTO DE LA INFORMACION..121 4.5.1
Procedimiento....121 4.5.2 Metodologa...122 4.5.3 Determinacin de
las emisiones de gases de escape en los vehculos...124 4.5.4 Prueba
con velocidad de motor de ralent.....126 4.5.5 Prueba con velocidad
de motor de crucero....126 4.5.6 Normas de emisin....126 CAPITULO V
RESULTADOS 5.1 BASE DE DATOS PARA ANALISIS DE RESULTADOS.....128
5.2 COMPARACION E INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DE LAS
MEDICIONES128 5.2.1 Proporciones de los gases de escape.....128
5.2.1.1 Proporcin de monxido de carbono CO..129 5.2.1.2 Proporcin
de hidrocarburos HC..129 5.2.1.3 Proporcin de oxigeno O2130 5.2.1.4
Factor lambda .131
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_________________________________________________________________________________INDICE
XI
5.2.1.5 Mediciones conjuntas131 5.3 CUADROS COMPARATIVOS ENTRE
VALORES OBTENIDOS....132 5.3.1 Resultados grficos...132 5.3.2
Actividad de la flota vehicular..134 5.3.3 Resultados de la muestra
realizada...134 5.4 FACTORES DE EMISION DE LOS VEHCULOS.135 5.4.1
La situacin actual....135 5.4.2 Segn norma.136 5.4.3 Segn ao
modelo.....137 5.4.4 Segn tipo de alimentacin...141 5.4.5 Segn el
tipo de servicio...142 5.5 PORCENTAJES DE REDUCCION DE LA
CONTAMINACION...144 5.6 ANALISIS DE RESULTADOS.146 5.6.1 Factores
de emisin de CO altos...147 5.6.2 Factores de emisin de HC
altos...147 CAPITULO VI FACTORES TECNICOS PARA DISMINUIR LA
CONTAMINACION 6.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CONTAMINACION
PRODUCIDA POR LOS
VEHCULOS.....150 6.2 PRINCIPIOS DEL SISTEMA DE CONTROL DE
EMISIONES.150 6.2.1 Modificaciones al diseo del motor..150 6.2.2
Mejoras en el sistema de combustible..154 6.2.3 Mejoras en el
sistema de encendido..156 6.2.4 Sistemas de control de
emisiones.157 6.3 INICIATIVA DE AIRE LIMPIO...162 6.4 PLAN DE
ACCION PARA MEJORAR LA CALIDAD DEL AIRE....163 6.5 ACCIONES
EFECTUADAS EN LOS VEHCULOS...163 6.5.1 Inspeccin tcnica de los
vehculos..163 6.5.2 Posibles modificaciones en los vehculos.....164
6.5.3 Importacin de vehculos / limites mximos permisibles.167 6.6
COMBUSTIBLES..167 6.6.1 Gasolina sin plomo...167 6.6.2 Utilizacin
de combustibles alternativos..168 CONCLUSIONES........171
RECOMENDACIONES...175 BIBLIOGRAFA..177 ANEXOS 179
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_________________________________________________________________________________INDICE
XII
INTRODUCCIN
La contaminacin del aire es uno de los problemas ambientales ms
importantes, y es
resultado de las actividades del hombre. Las causas que originan
esta contaminacin son
diversas, pero el mayor ndice es provocado por las actividades
industriales, vehiculares,
comerciales, domsticas y agropecuarias.
Tomando en consideracin que desde hace algunos aos la
contaminacin del medio ambiente
por los vehculos automotores constituye la segunda causa de
contaminacin del aire a nivel
mundial se debe reconocer entonces la importancia del problema y
adoptar medidas
preventivas, cuyos resultados repercutan en la conservacin de
los seres vivientes y del medio
en que habitamos.
Por tal motivo, se ha credo conveniente realizar un estudio
completo de la situacin actual de
la ciudad de Cuenca en lo concerniente a contaminacin ambiental,
ocasionada por los
vehculos a gasolina.
El transporte, el crecimiento urbano excesivo y la concentracin
industrial son los tres factores
ms difciles de resolver en el rea de la Ciudad, no podemos
hablar del transporte particular o
colectivo, de la industria y el aumento de la poblacin urbana
sin referirnos a la contaminacin
atmosfrica que provocan.
Cada da es ms evidente la preocupacin de la sociedad civil y los
gobiernos locales, por
mejorar las condiciones de calidad del aire y disminuir la
contaminacin atmosfrica, por ello
como contribucin a ello planteamos la realizacin de un proyecto
global de evaluacin del
impacto de contaminacin atmosfrica existente en la ciudad de
Cuenca, y que luego la
Municipalidad en base a los datos reales obtenidos cree y
elabore polticas ambientales
acordes a la realidad y su aplicacin en la verificacin a fuentes
de contaminacin y los
factores influyentes que colaboran a agravar el problema.
En particular, el trnsito vehicular genera diariamente varios
miles de toneladas de gases y
partculas que se incorporan a la atmsfera. La casi nula
informacin existente sobre el grado
de contaminacin, no permite establecer polticas sobre el control
de la contaminacin
atmosfrica en Cuenca. De hecho, el individuo que trabaja o
circula por reas altamente
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_________________________________________________________________________________INDICE
XIII
congestionadas o en zonas industriales recibe el impacto directo
de los txicos emitidos.
Aunque existen mltiples tipos de fuentes de emisin de
contaminantes atmosfricos, los
principales contaminantes que se emiten a la atmsfera en los
centros urbanos son derivados
de los procesos de combustin en los vehculos automotores. La
determinacin de los
principales factores de riesgo y la adopcin de las medidas de
control, para el bienestar de la
poblacin y formar as parte de los antecedentes que deben
conocerse para poder efectuar una
planificacin adecuada del entorno urbano. Slo una accin
sistemtica y extendida permitir
lograr un diagnstico claro y completo de la situacin.
Elementos activos de los combustibles tales como: plomo, azufre
y residuos producidos por la
combustin (monxido de carbono, monxido de azufre, xidos de
nitrgeno, ozono) son las
causas principales por las que los automotores ocupan los
primeros sitios en cuanto a la
contaminacin del ambiente, por fuentes mviles debido a que
dichos elementos se
caracterizan por causas de afeccin a la salud humana
(enfermedades cardacas y pulmonares)
de ah la importancia de un minucioso control para la
determinacin del grado de
contaminacin ambiental ocasionada por los vehculos y con estos
datos de la emisin de
gases de dichos elementos, implementar de manera oportuna
acciones correctivas como ajustar
los mismos a las tolerancias dadas en las leyes vigentes en el
pas y establecer controles de
mantenimiento y perodos de revisin.
A esta realidad se suma el rpido crecimiento del parque
automotor, en la ciudad de Cuenca,
lo que sumado a un elevado perodo de uso de los vehculos, el
deficiente sistema de trnsito,
la mala distribucin y circulacin de automotores agravan ms la
situacin de la
contaminacin del aire.
La falta de control y el estado de los vehculos repercuten
tambin en que la situacin actual
de contaminacin del aire vaya en aumento con las consecuencias
antes mencionadas
El presente documento de trabajo constituye la respuesta de los
problemas existentes por las
emisiones producidas por los vehculos a gasolina de la ciudad de
Cuenca.
Para ello es necesario elaborar un informe tcnico que contenga
todos los datos y valores
obtenidos de la cantidad y porcentaje de gases contaminantes
emanados por los automotores
a gasolina; en funcin de anlisis y estudios tcnicos obtener
valores reales de los porcentajes
aproximados de contaminacin atmosfrica causada por los gases
residuales de la combustin
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_________________________________________________________________________________INDICE
XIV
de los vehculos, en base a caractersticas y parmetros especficos
del parque automotor
existente en la ciudad de Cuenca, que sirva como fuente para
realizar estudios posteriores y as
disminuir el grado de contaminacin en nuestra ciudad.
