Revista Científica Unanchay (ISSN 2953-6707)
Volumen 2. Número 1. Año 2022.
La Revista Científica Unanchay, es un espacio editorializado por el Instituto Superior
Tecnológico Tecnoecuatoriano, que tiene el propósito de difundir la producción
científica en el área de ciencias de la ingeniería constituyéndose como un espacio de
referencia para la socialización de investigaciones y producciones técnicas aplicadas
a las líneas de investigación de la revista.
Tabla de Contenidos
Artículos Originales
pp.
Prototipo web para el registro y control del historial de pacientes en medicina
general
Orlando Daniel Campoverde Campoverde , Álvaro Pullas Espinosa, Verónica
Jeanneth Sotelo Reinoso
1-14
Análisis de emisiones en un motor a gasolina con sistema de inyección
directa e indirecta multipunto
José Andrés Beltrán Ruiz
15-28
La metodología de variables continuas para la estimación de espesores de
arena neta en yacimientos arcillosos
Franklyn Javier Ángel Sáez
29-45
La caracterización de un material compuesto con matriz de resina de
poliéster reforzado con partícula de totora
Jaime Molina Osejos, Diana Peralta, Antonio Edilberto Llanes Cedeño,
Erika Rafaela Gaibor Chacha , Santiago Fernando Celi Ortega
46-60
El análisis de los parámetros de atomización en inyectores CRDI2 según su
mantenimiento
Gorky Reyes Campaña, Denny Guanuche Larco, Stalin Morocho Perez,
Adonis Nuñez Garcia, Charles Silva Hinojosa
61-77
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
1
Prototipo web para el registro y control del historial de pacientes
en medicina general
Prototype for the registration and control of the history of patients in general
medicine
1
Orlando Daniel Campoverde Campoverde1 Álvaro Sebastián Pullas Espinosa 2,
Verónica Jeanneth Sotelo Reinoso 3
Resumen:
La presente investigación es de carácter descriptivo con diseño de campo, que
permitió describir las fases necesarias para el diseño de una aplicación para la gestión
de información; para su desarrollo se consideran las siguientes fases: análisis de
requisitos, diseño, desarrollo, pruebas, mejoras y mantenimiento, con el objetivo de
digitalizar el proceso de ingreso y administración de la información de las historias
clínicas del Centro de Salud Eugenio Espejo. El desarrollo de esta aplicación de
gestión de información cuenta con una interfaz gráfica que permiten al administrador
realizar registros y seguimientos de las historias clínicas de los pacientes, de una
manera interactiva desde la web con soporte de almacenamiento fijo en un
computador local, el software fue desarrollado en código PHP y como base de datos
utiliza MySQL. Además, el prototipo web tiene las características de comunicación
entre el usuario, máquina y software. El aplicativo de información permitirá crear,
editar y buscar historias clínicas de los pacientes que son atendidos.
Palabras clave: Bases de Datos, MySQL, Gestión de Información, Administración,
Interfaz
Abstract:
The present research is of a descriptive nature with a field design, which allowed
describing the necessary phases for the design of an application for information
management; For its development, the following phases are considered: requirements
analysis, design, development, testing, implementation, improvements and
maintenance, with the aim of digitizing the process of entering and managing
information from the Eugenio Espejo Health Center's medical records. The
development of this information management application has a graphical interface that
allows the administrator to make records and follow-up of the patients' clinical
histories, in an interactive way from the web with fixed storage support on a local
1 Instituto Superior Tecnológico Tecnoecuatoriano, Magister en Educación Mención en Pedagogía en
Entornos Digitales, https://orcid.org/0000-0001-7656-5065
2Independiente, Tecnólogo Superior en Desarrollo de Software, https://orcid.org/0009-0003-6971-
7480
3 Instituto Superior Tecnológico Tecnoecuatoriano, Magister en Educación mención gestión de los
aprendizajes mediados por TIC, https://orcid.org/0009-0007-5732-6764
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
2
computer, the software It was developed in PHP code and as a database it uses
MySQL, in addition, the web prototype has the characteristics of communication
between the user, machine and software. The information application will allow you to
create, edit and search for medical records of patients who are treated.
Keywords: Database, MySQL, PHP, Information Management, Administration,
Interface
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
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3
Introducción
La llegada de la revolución industrial marcó un hito en la historia mundial dando
paso a que las empresas inicien a incorporar la tecnología en sus procesos
productivos con el objetivo de maximizar la producción y abaratar costos tanto de
mano de obra como de insumos (Navarrete, 2017). Además, la creciente popularidad
de la tecnología de la información, especialmente el desarrollo de la ciencia de datos
ha hecho de la información en la salud, un aspecto importante de la atención al
paciente (Organización Panamericana de la Salud, 2021).
En sus inicios los sistemas de información estaban enfocados en satisfacer la
demanda de las grandes empresas. Sin embargo, la revolución digital permitió que
empresas de todos los tamaños pudieran incorporar sistemas informáticos en el
mejoramiento de sus procesos de producción y servicios. Por lo tanto, las empresas
de servicios (consultorios médicos, bufete de abogados, restaurantes, call centers,
etc.) observaron en los sistemas de información una oportunidad que les permitió ser
competitivos mejorando la calidad de sus servicios e implementando mejores canales
de comunicación con sus clientes (López, 2021),
La digitalización, está cambiando los niveles de ingresos y las condiciones de
trabajo, además, está ampliando las oportunidades de empleo en las empresas, las
ventajas de desarrollo profesional relacionadas con las habilidades digitales y la
promoción de la conciliación de la vida familiar y laboral, como las soluciones de
teletrabajo que puedan mejorar aspectos relacionados con la calidad de vida (CEPAL,
2022). Esto ha permitido la toma de decisiones sobre la base de información,
obteniendo ventaja competitiva para la apertura de nuevos servicios, la
implementación de nuevos productos, la generación de mejores réditos económicos,
entre otras (Guizado, 2018). No obstante, “a pesar de estos avances, no se han
registrado grandes cambios respecto del proceso general de documentación en el
área de la salud” (Organización Panamericana de la Salud, 2021, p. 2), que es un
área donde la información se encuentra constantemente ingresando y
almacenándose.
Analizando los aspectos mencionados anteriormente, se observa que la
eficiencia en los procesos mediados por un sistema de gestión de información trae
beneficios a los servicios que prestan todos los sectores, especialmente en los
centros de salud, donde se gestiona información relevante de los usuarios, por ello,
es importante la implementación de un aplicativo que satisfaga de una manera rápida
y eficiente el ingreso y salida de información, que garantice la disponibilidad de datos
de calidad (Nguyen, Jenkins, Khanna, Shah, Gartland, y Turner, 2021).
La aplicación del sistema de gestión de información web tiene como objetivo la
transformación digital, para organizar de manera eficiente gran cantidad de
información física a un entorno digital, con el cual, el proceso de ingreso y
administración de la información de las historias clínicas del Centro de Salud Eugenio
Espejo sea ordenado y rápido.
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
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Metodología
La metodología utilizada para esta investigación es de tipo descriptiva con
diseño de campo, ya que trata de proveer una representación precisa y detallada de
los eventos, comportamientos, características o condiciones que se están estudiando,
e intenta proporcionar una descripción completa y precisa de los eventos o fenómenos
estudiados. Esto implica recopilar datos específicos, y registrar información relevante
que permita una comprensión profunda del tema de estudio. Así mismo, se busca
analizar e interpretar los datos, y una vez recopilados, se procede a descifrar y
organizarlos de manera sistemática. Esto conlleva a identificar patrones, tendencias,
relaciones o particularidades relevantes que emergen de los datos.
La interpretación de los resultados se basa en evidencia del contexto del
fenómeno estudiado. A continuación, se presenta una descripción general de las
fases comunes en el desarrollo de software:
Análisis de requisitos: En esta fase inicial, se recopila y analiza la información
sobre los requisitos del software, que comprende las necesidades del cliente,
identifica los objetivos del sistema y define las funcionalidades que debe tener el
software.
Diseño: En esta fase, se crea un diseño detallado del software en función de
los requisitos recopilados. Se define la arquitectura del sistema, la estructura de datos,
los componentes del software y las interfaces. De igual forma, se pueden crear
prototipos para validar el diseño antes de avanzar.
Desarrollo: En esta fase, se implementa el software utilizando el diseño
definido en la fase anterior. Los desarrolladores escriben el código fuente, crean las
bases de datos, implementan las funcionalidades y realizan pruebas unitarias para
garantizar que el software funcione según lo esperado.
Pruebas: En esta fase, se llevan a cabo pruebas exhaustivas para identificar
errores, verificar el correcto funcionamiento del software y asegurarse de que cumple
con los requisitos establecidos. Lo que incluye pruebas de unidad, pruebas de
integración, pruebas de sistema y pruebas de aceptación.
Implementación: Una vez que el software ha sido probado y se ha corregido
un problema encontrado, se realiza la implementación final. Es decir, la instalación
del software en el entorno de producción o la entrega al cliente, según sea el caso.
Mantenimiento: Después de la implementación, comienza la fase de
mantenimiento. En esta etapa se realizan actualizaciones, correcciones de errores y
mejoras del software para garantizar su correcto funcionamiento a lo largo del tiempo.
Esto puede incluir parches de seguridad, actualizaciones de funcionalidades y soporte
técnico continuo. En primer lugar, se realizó un análisis exhaustivo de los requisitos
del sistema, considerando las necesidades del personal médico y administrativo, así
como los aspectos de seguridad y privacidad de los datos médicos.
A continuación, se procedió al diseño de la arquitectura de la página web y la
interfaz de usuario, siguiendo principios de usabilidad y experiencia del usuario. Se
utilizaron tecnologías web modernas, como HTML, CSS y JavaScript, para
implementar la interfaz de usuario y su interacción con los mismo. Así también, se
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Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
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manejó un lenguaje de programación como C# para el desarrollo del backend de la
aplicación y se empleó una base de datos relacional como MySQL para almacenar y
gestionar los datos de los historiales médicos.
Selección del lenguaje de programación
Acorde a lo afirmado por el portal Web GoDaddy (2020) el lenguaje de
programación PHP es el segundo preferido por los programadores para el desarrollo
de páginas web dinámicas gracias a la facilidad de integración con el lenguaje
estático HTML, entre sus principales características tiene que:
Es un lenguaje de programación de código abierto, cuya descarga y uso son
gratuitos, posee un tiempo de respuesta rápida debido a que usa su propia
memoria para la interpretación y ejecución de las reglas del negocio. Cuenta
con versiones de instalación para todos los sistemas operativos, lo que
significa que puede ser instalado en Windows, Linux, Ubuntu, Mac.
Dependiendo del uso que se le vaya a dar se adapta a todo tipo de computador
desde grandes servidores hasta computadores de escritorio. Es compatible
con todos los navegadores web de computadores y dispositivos móviles
(tablets y teléfonos inteligentes). Existen varios portales web donde se puede
descargar librerías y templates tanto gratuitos como pagados que permiten
recortar tiempo de desarrollo. (Godday, 2020).
A continuación, en la figura 1, se exhibe el diagrama de flujo de datos (DFD),
el cual, es una representación gráfica del flujo que tendrá la información dentro del
sistema informático.
Figura 1
Diagrama de flujo de datos DFD
Historias clínicas
electrónicas
Registro de historias
clínicas
Reportes de búsquedas
Provee
Médico
Paciente
Control
Médico Abrir historias clínicas
Reporte de pacientes
en el momento que se requiera
Diagnóstico,
receta
Nota. Descripción del flujo comunicativo entre los actores
del sistema de información, Rectángulos: representan
a las entidades externas que interactúan con el sistema
de información. Círculos: representan a los procesos
identificados que automatizará el sistema de información.
Flechas: que representan el flujo de la información entre
las entidades externas y los procesos. Autores.
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
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6
Para realizar las pruebas de funcionamiento del sistema, se utilizó un software
de virtualización, donde, se configuró un computador virtual con las características
que maneja el área de secretaria del centro de salud que se detallan en la tabla 1.
Tabla 1.
Características del computador virtualizado
Características
Detalle
Tipo
Computador de escritorio
Procesador
Intel(R) Core (TM) i5-3770 CPU @ 3.40GHz 3.40 GHz
RAM instalada
4,00 GB (4,88 GB usable)
Tipo de sistema
Sistema operativo de 64 bits, procesador basado en x64
Sistema Operativo
Windows 10 Pro
Nota. Elementos mínimos para el proceso de implementación del sistema informático.
Autores
El diagrama representado en la figura 2 describe las acciones de
administración del sistema que serán ejecutadas por la persona que sea designada
con dicho rol, dentro de sus funciones está el permitir el ingreso de información de
todos los usuarios que tendrán acceso al sistema informático; así como la definición
de la clave de acceso que los mismos tendrán.
Figura 2
Caso de uso para la administración
del sistema
Administrador
Crear Usuario
Nota. Asignación de roles dentro del
sistema, creación de usuarios y asignación
de roles. Autores
El diagrama representado en la figura 3 describe las acciones para el ingreso
de información de las consultas médicas, mismas que serán ejecutadas por los
doctores del centro médico, dentro de las asignaciones principales se tiene ingreso,
asignación y eliminación de citas médicas.
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Aprobado 20 junio 2023
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7
Figura 3.
Caso de uso para el ingreso de atenciones médicas
Secretaria
Ingresar/modificar datos
del pacientes
Asignar/modificar citas
médicas
Eliminar citas médicas
Nota. Ingresar datos del paciente: registra la información del paciente que acude a
la consulta médica. Ingresar datos de la atención médica: registra la información
relacionada con el diagnóstico, tratamiento, exámenes de laboratorio, etc., remitidos
al paciente. Modificar información de la consulta médica: permite modificar la
información del paciente y de la atención médica que fue previamente registrada.
Eliminar historia clínica: en caso de identificarse errores al momento de generar la
historia clínica el sistema permitirá su eliminación. Autores
En tal virtud, evaluando el hardware y software existente y considerando la
configuración mínima necesaria, se determina que el centro médico no precisa
realizar la compra de nuevos equipos, ya que con los que cuenta satisfacen las
necesidades requeridas para el desarrollo y funcionamiento del sistema de
información. En la figura 4, se presenta el DFD de la comunicación entre los distintos
departamentos que se encargan de la asignación y registro de las citas médicas y de
los historiales clínicos.
Figura 4
Diseño conceptual
Paciente
Solicitar
Cita Asignar
Doctor Solicitar
Historia Clínica
Suscribir
Diagnóstico
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Aprobado 20 junio 2023
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Resultados
El modelamiento del sistema de información se realizó bajo los casos de uso
del Lenguaje Unificado de Modelado (UML), mismo que se caracteriza por describir a
través de gráficos. Todas las funciones serán desarrolladas para dar cumplimiento a
los requerimientos funcionales identificados; en este sentido, cada caso de uso
representa una secuencia lógica de iteracciones entre uno o varios actores (cliente,
proveedor, empleado, auditor, etc.) y las actividades a cumplirse dentro del proceso
a ser automatizado (ingreso, consulta, actualización, eliminación de información, etc.).
Así, la visión general del sistema de navegación identifca una estructura divida en
paneles, con las siguientes secciones, menu de navegacion y área principal como se
muestra en la figura 5.
Figura 5
Entorno de revision de los registros de historias clinicas
Nota. Vista general del entorno de registros divididos por secciones, registro de prueba para evaluar
la funcionalidad y el entorno inicial de la plataforma
En la fase de implementación se inicia la instalación de las herramientas
elegidas para el desarrollo del sistema de información, que son Apache, PHP y
MySQL, adicional, se instaló Visual Studio Code como gestor de código para escribir
las líneas de programación.
En el diseño físico la base de datos garantiza la integralidad de la información,
evitando la repetición innecesaria de la misma, influyendo directamente en el
rendimiento que tendrá la base de datos durante el uso del sistema de informático.
Durante este diseño, se convierten a las entidades en tablas, los atributos en
columnas y las instancias en filas.
En el diseño físico de la base de datos la principal tabla es la denominada
“historia clínica”, la cual permite almacenar toda la información producida durante la
atención médica; a continuación, se describen todos sus atributos:
1
2
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Aprobado 20 junio 2023
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9
Tabla 2.
Modelo físico de la tabla historia clínica
Nombre
Tipo
Longitud
Not
null
Clave
primaria
Descripción
Id
int
11
No
SI
Id de la tabla.
Numhc
varchar
100
No
No
Número de historia clínica.
Fechahc
varchar
100
No
No
Fecha de la historia clínica.
Nombre
varchar
100
No
No
Nombres del paciente.
apellidos
varchar
100
No
No
Apellidos del paciente.
Cedula
varchar
200
No
No
Número de cédula del paciente.
fechanacimiento
varchar
100
No
No
Fecha de nacimiento del paciente.
Sexo
varchar
100
No
No
Sexo del paciente.
Estcivil
varchar
100
No
No
Estado civil del paciente.
ocupacion
varchar
200
No
No
Ocupación del paciente.
Dirtel
varchar
500
No
No
Dirección y teléfono del paciente.
Motivo
text
0
No
No
Motivo de la consulta.
histenfermedad
text
0
No
No
Historial de enfermedades.
Padre
varchar
100
No
No
Historial de enfermedades del padre.
Madre
varchar
100
No
No
Historial de enfermedades de la madre.
otrosfamiliares
varchar
500
No
No
Historial de enfermedades de otros
familiares.
enfcatastroficas
varchar
500
No
No
Presenta enfermedades catastróficas el
paciente.
Cirugías
varchar
500
No
No
Presenta cirugías el paciente.
Habitos
varchar
500
No
No
Descripción de hábitos de consumo del
paciente.
Alergias
varchar
500
No
No
Descripción de alergias del paciente.
G
varchar
100
No
No
Antecedentes gineco obstétricos G.
P
varchar
100
No
No
Antecedentes gineco obstétricos P.
A
varchar
100
No
No
Antecedentes gineco obstétricos A.
C
varchar
100
No
No
Antecedentes gineco obstétricos C.
Fum
varchar
100
No
No
Descripción de hábitos de consumo de
tabaco del paciente.
Temp
varchar
100
No
No
Medición de la temperatura del paciente.
Peso
varchar
100
No
No
Medición del peso del paciente.
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Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
10
Nombre
Tipo
Longitud
Not
null
Clave
primaria
Descripción
Talla
varchar
100
No
No
Medición de la talla del paciente.
Pa
varchar
100
No
No
Medición de la presión arterial del
paciente.
Fc
varchar
100
No
No
Medición de la frecuencia cardíaca del
paciente.
Fr
varchar
100
No
No
Medición de la frecuencia del paciente.
spo2
varchar
100
No
No
Medición de spo del paciente.
cabcuello
varchar
100
No
No
Medición de cabeza y cuello del paciente.
Torax
varchar
100
No
No
Medición del tórax del paciente.
abdomen
varchar
100
No
No
Medición del abdomen del paciente.
genitales
varchar
100
No
No
Estado de los genitales del paciente.
extremidades
varchar
100
No
No
Estado de las extremidades del paciente.
examenlab
text
0
No
No
Detalle de exámenes de laboratorio
enviados al paciente.
Diagnosticoactual
text
0
No
No
Detalle del diagnóstico actual que
presenta el paciente.
medgenerales
text
0
No
No
Detalle de las medidas generales
remitidas para el cuidado del paciente.
tratamiento
text
0
No
No
Detalle del tratamiento enviado al
paciente.
observaciones
text
0
No
No
Detalle de observaciones que refuerzan
el diagnóstico.
Nota. Registro inicial para evaluar los puntos que contiene la tabla del sistema de registro de historias
clínicas. Autores
A continuación, en la tabla 3 se describen los elementos que conforman el
entorno usuario, en el cual, se almacena toda la información de las personas que
están asignadas como usuarios y tendrán acceso al sistema, cada elemento se
encarga de recolectar la información más relevante para identificar a las personas que
realizan las actividades de registro.
Tabla 3
Modelo físico de la tabla usuarios
Nombre
Tipo
Longitud
Not
null
Clave
primaria
Descripción
Id
int
11
SI
SI
Id de la tabla
Usuario
varchar
255
Si
No
Nombre del usuario para acceder al
sistema de información.
Pass
varchar
300
Si
No
Contraseña del usuario para ingresar al
sistema de información.
Nota. Autor
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
11
Una vez que se ha ingresado al sistema a través de las credenciales
personales (usuario y contraseña), en concordancia con la Figura 2 el sistema le
permite ingresar nuevas historias clínicas, o a través de la opción de gestionar
historias clínicas buscar historias para su edición.
La interfaz de la figura 6, permite gestionar las historias clínicas mostradas en
orden cronológico; para buscar una en específico cuenta con la opción de búsqueda
empleando el nombre del paciente, y mediante el botón “ver más” se puede revisar
toda la información ingresada.
Figura 6
Interfaz para la gestión de historias clínicas
Nota. Entorno de registro de los pacientes con sus principales descripciones. Autores
En la figura 7, se presenta el esquema para ingresar la información del
paciente, una vez llenado los campos el sistema genera el ingreso de los datos al
sistema que, una vez analizado dentro de la base de datos, informará al usuario los
antecedentes y el último registro realizado, pero, en el caso de que sea un historial
nuevo toda la información de ingreso será almacenada hasta una siguiente cita
médica, de esta manera el sistema va almacenando y mostrando la información.
Figura 7
Interfaz para el ingreso de nuevas historias clínicas
Nota. Diseño del entorno para el ingreso de información básica. Autores
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
12
Discusión
Realizar los registros manuales, generan una carga de trabajo y dificultan el
registro por la falta del proceso para la preparación de documentos clínicos; además,
la utilización de diferentes aplicaciones para mejorar este panorama generaron
errores comunes provenientes de la falta de información completa (Hoerbst y
Schweitzer, 2015), es por ello, que durante el estudio se mantuvo la idea de
desarrollar el modelamiento del sistema de información bajo los casos de uso del
Lenguaje Unificado de Modelado (UML), caracterizado por describirse a través de
gráficos. Según estudios realizados por Cabrera, Delgado, Derivet, Acuña, Barrera,
Castilla, Ramos y Urbay, (2013), este modelamiento es definido como una
arquitectura basada en componentes y orientada a servicios basada en tecnologías
(XML, Web Services) e implementada mediante aplicaciones de código abierto, de
donde se deriva la alta complejidad estructural de los flujos informáticos modelados,
pero con un gran flujo de datos en información real útil para un historial clínico.
El desarrollo del sistema de información con las herramientas Apache, PHP y
MySQL, por ser de código abierto, de respuesta rápida, gratuitos y contar versiones
a ser instaladas en sistemas operativos como Windows, Linux, Ubuntu y Mac,
recortan el tiempo de desarrollo y según estudios realizados por ALOMALIZA (2008),
los tipos de datos de Microsoft SQL Server son compatibles con la mayoría de tipos
de datos de Oracle, DB2 y MySQL; es decir, que se pueden utilizar los mismos
formatos para crear y almacenar datos en las diferentes bases de datos existentes
(Nayibi, Martin, Labrada, y Leyva, 2016, p. 133).
Si bien numerosos estudios señalan la importancia de los sistemas de
información para impulsar la competitividad de las Pyme Colomina, (1998); Coba et
al., (2013); Neil y Lawrence, (2001); Lim, Richardson, y Roberts, (2004); Mahmood y
Mann, (2005); Bayraktar et al., (2009); Moreno, (2012); Abrego, Medina, y Sánchez,
(2016), existe poca cultura organizacional y de procesos por parte de sus directivos
(Saavedra, Camarena y Saavedra, 2019, p. 2) lo que sucedía con el Centro de Salud,
sin embargo, la primera etapa de implementación del sistema tuvo una acogida
positiva entre los usuarios y dependiendo de la demanda se pretende la expansión
de las actividades predeterminadas que tiene por el momento el sistema informático,
ya que, durante el proceso de prueba y registros se observó que la información es de
vital importancia para la toma de decisiones dentro del centro de salud, tal como lo
menciona (Saavedra, Camarena y Saavedra (2019), quien, aseveró que “los
sistemas de información –SI– dentro de una empresa son de vital importancia para
obtener, almacenar y procesar datos” (p. 2).
La gestión de la información significa descubrir qué información es necesaria
para la gente con la que se trabaja, de dónde debería proceder y para lo que sería
necesaria; lo que significa comprender la información como un recurso disponible
para la organización y que puede ser utilizado de forma consciente para satisfacer
sus necesidades (Rodríguez 2008) (Vega, Grajales y Montoya, 2017, p. 68)
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
13
Conclusiones
El desarrollo del prototipo del sistema de información para el Centro de Salud
Eugenio Espejo fue pensado en todo momento para dar soluciones a los problemas
detectados con las historias clínicas, a través de dos grandes módulos la gestión, el
de usuarios que brinda seguridad a la información y el de gestión de historias clínicas
que facilita el proceso de ingreso y búsqueda de la información.
A pesar de las restricciones de equipamiento tecnológico del Centro de Salud,
el prototipo desarrollado tanto a nivel de base de datos como de front end posee las
características necesarias para su óptimo funcionamiento en un ambiente real.
Finalmente, durante la fase de pruebas de funcionamiento, tanto con registros ficticios
como con información histórica, se verificó el óptimo funcionamiento del prototipo.
Como consecuencia de contar con una robusta tecnología, Microsoft SQL
Server posee un alto precio económico, en dependencia de las opciones que se
requiera del gestor de base de datos. Además, se puede agregar que la replicación
con Microsoft SQL Server está definida sólo para sistemas operativos de Microsoft, e
incluso en ocasiones es incompatible con algunos entornos de este, por lo que, es
imposible trabajar en cualquier tipo de ambiente de desarrollo. Otro de los
inconvenientes de Microsoft SQL Server es que requiere de una gran cantidad de
memoria RAM para poder instalarlo y utilizarlo, limitando su usabilidad.
Recibido: 6 abril 2023
Aprobado 20 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 1-14
14
Referencias
Cabrera, M, Delgado, A, Derivet, D, Acuña, A, Barrera, O, Castilla, C, Ramos, A,
Urbay, E, (2013). Catalogo para la generación de diagramas de componentes
del sistema de informacion para la salud en Cuba. Revista Cubana de
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Aprobado 20 junio 2023
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Análisis de emisiones en un motor a gasolina con sistema de
inyección directa e indirecta multipunto
Gasoline engine emissions analysis multipoint direct and indirect injection
system
José Andrés Beltrán Ruiz
1
2
Resumen:
La tecnología de los vehículos ha mejorado en busca de disminuir el consumo de
combustible, aumentar la eficiencia en los motores de combustión interna, además,
que se ha generado una disminución de la cilindrada del motor. La presente
investigación es de campo cuasiexperimental, cuyo objetivo fue analizar los niveles
de contaminación que generan vehículos de una misma cilindrada, pero con diferente
sistema de alimentación de combustible, las pruebas de gases contaminantes que se
realizaron fueron en base a la norma INEN NTE 2203:2013, encargada de determinar
los parámetros a seguir para realizar las mediciones de contaminación estáticas en
un motor de gasolina. Las emisiones generadas en el sistema de alimentación con
inyección multipunto en lo referente a partículas de hidrocarburos no combustionados,
son significativamente menores a las que se presentan en el sistema de inyección
directa, con el uso de cualquier tipo de gasolina, la cantidad en partículas por millón
de hidrocarburos no combustionados, presentando una diferencia de 29,25 ppm en el
sistema GDI, frente a los 0,75 del sistema multipunto. Determinándose que el sistema
de alimentación que mayores emisiones genera es el sistema de inyección directa al
usarse gasolina extra y el sistema que menores emisiones genera es el sistema de
inyección multipunto, con gasolina super, que en el Ecuador tiene 92 octanos.
Palabras clave: Inyección directa, Inyección multipunto, Análisis de gases,
Downsize, INEN NTE 2203:2000
Abstract:
Vehicle technology has improved in search of reducing fuel consumption, increasing efficiency
in internal combustion engines, in addition, a decrease in engine displacement has been
generated. The present investigation is quasi-experimental in the field, whose objective was
to analyze the pollution levels generated by vehicles of the same displacement, but with
different fuel supply systems, the polluting gas tests that were carried out were based on the
INEN NTE 2203 standard. :2013, in charge of determining the parameters to follow to carry
out static pollution measurements in a gasoline engine. The emissions generated in the
multipoint injection fuel system in terms of uncombusted hydrocarbon particles are significantly
1
Instituto Superior Universitario Central Tecnico, Magister en Ecoeficiencia Industrial Mención en
Eficiencia Energética, https://orcid.org/0000-0003-2394-0815
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lower than those that occur in the direct injection system, with the use of any type of gasoline,
the amount of particles per million non-combustible hydrocarbons, presenting a difference of
29.25 ppm in the GDI system, compared to 0.75 in the multipoint system. Determining that the
power system that generates the highest emissions is the direct injection system when using
extra gasoline and the system that generates the lowest emissions is the multipoint injection
system, with super gasoline, which in Ecuador has 92 octane.
Keywords: Direct injection, Multipoint injection, Gas analysis, Downsize, INEN NTE 2203:2000
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Introducción
El sistema de inyección de gasolina es el que permite controlar las emisiones
contaminantes, además de propiciar una relación estequiométrica más estable que
genera mayor potencia y torque en los vehículos; a nivel mundial el porcentaje de
emisiones que un vehículo debe generar cada vez es menor, debido a las
restricciones de gases contaminantes que son más estrictas.
Estudios realizados en universidades ecuatorianas develan que el cambio de un
sistema de alimentación por carburador a uno de inyección reprogramable es capaz
de mejorar el consumo de combustible en un 60,4% y las emisiones generadas se
reducen a un 45% (Casanova Kindelán et al., 2018), también se debe notar que la
presencia de un parque automotor que va en aumento ha contribuido a la generación
de emisiones contaminantes, esto debido a que para el 2021, se registra un número
de vehículos matriculados de 2.535.853 unidades, lo cual, determina que por cada
7,1 habitantes se tiene un vehículo matriculado de manera regular (Censos, 2023),
esta cantidad de automotores han generado inconvenientes principalmente en las
ciudades produciendo una gran polución y aglomeraciones.
Sumado a lo anterior, se observa que el costo del combustible en relación al
nivel de vida del país, lo que conlleva a la búsqueda de optimizar el consumo de
gasolina. Si bien en Ecuador no existe una regulación del subsidio acorde al contexto
nacional sobre las gasolinas extra y ecopais que son las más utilizadas por el
transporte público y privado, también, el nivel de octanaje no cumple con las
normativas mínimas que exigen los fabricantes, no obstante, en el afán de cumplir las
normativas estrictas principalmente en temas energéticos, los fabricantes han
perfeccionado el sistema de inyección directa de gasolina, que en base a lo estipulado
en los ciclos termodinámicos del motor pudo identificarse que mientas más cercano
se encuentre la distribución del combustible en un motor de encendido provocado,
más eficiente será esta máquina térmica (Taipe-Defaz et al., 2021).
Es importante destacar, que el sistema de alimentación del motor a gasolina es
el encargado de dosificar estequiométricamente la mezcla aire gasolina, siendo la
relación ideal 14,7 partes de aire por una de combustible, partiendo de este concepto
se ha generado un sistema de alimentación comandado electrónicamente, donde la
gasolina se inyecta dentro del cilindro del motor, tal como en los vehículos de ciclo
Diesel, este sistema se denomina de inyección directa o con sus siglas (GDI) y ha
permitido generar mejores prestaciones en cuanto al desempeño del motor a gasolina
(Milla et al., 2019), en comparación con los sistemas de alimentación mono punto y
multipunto que siguen presentes en los vehículos comercializados a nivel nacional.
Además, la rigurosidad de las normativas de contaminación principalmente de la
unión europea, apreciadas en la figura 1 han forzado a la industria a acoplarse a las
mismas, siendo cada vez más complicado que un motor de combustión interna logre
una reducción necesaria para su homologación y posterior comercialización, basados
a los parámetros contaminantes observados (La Comisión propone nuevas normas
Euro 7, 2022).
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La importancia de adaptarse a la tecnología europea radica en que gracias al
acuerdo de comercial de Ecuador con la unión Europea, firmado el 11 de noviembre
de 2016, ha permitido reducir de forma gradual el costo de los vehículos de esa
procedencia, es decir que cumplen con la normativa de emisiones exigida en el bloque
Europeo, por lo que la comercialización de automotores fabricados en Europa tuvo un
aumento en el año 2021 en el Ecuador, se preveía una comercialización de alrededor
de 8500 unidades («Aranceles de vehículos de la Unión Europea se redujeron en o
eliminan en 2022», 2022), pese a la guerra que se lleva a cabo, problemas de
logística, de semiconductores y la elevada inflación que se atraviesa nivel mundial,
todo ello, ha generado que los vehículos de procedencia europea están ganando
espacio en el Ecuador.
Figura 1
Valores por norma de las emisiones de gases contaminantes para
vehículos turismo
Nota. Límites de emisiones de gases contaminantes descritos por año,
tipo de motor, las mediciones se presentan en porcentajes y en partes
por millón, dependiendo del tipo de gas. Autocrash, (2019).
El sistema de inyección directa permite que para una misma cilindrada los
valores de torque y potencia en un motor a gasolina sean mayores, tal como se
aprecia en la tabla 1, cabe destacar que en la prueba el vehículo con sistema de
alimentación directa, contaba con un sistema de turbo alimentación (Beltrán Ruiz,
2020), es decir que el aire por acción de este sistema es forzado a ingresar en el
cilindro del motor, resultando un mejor llenado, razón por la cual, la cantidad de
combustible inyectada puede incrementarse y la combustión será más eficiente,
generando mejores prestaciones en el motor.
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Tabla 1
Características técnicas de los vehículos
Modelo
Motor
Gamma 1.6 TCi-GDi
Gamma 1.6 CVVT-Dual
Cilindros
4 en línea
4 en línea
Aspiración
Turbo alimentado
Atmosférica
Válvulas
16 DOHC
16 DOHC
Distribución
Cadena
Cadena
Potencia
Potencia 204 HP / 6000 RPM
Potencia 122 HP / 6400 RPM
Par motor
Torque 265 Nm / 4500 RPM
Torque 151 Nm / 4850 RPM
Tracción
Delantera
Delantera
Consumo
53 km/Gal Gasolina Extra / Súper
58 km/Gal Gasolina Extra /
Súper
Transmisión
Automática doble embrague (DCT), 7 velocidades
más reversa
Manual, 6 velocidades más
reversa
Tipo
Automóvil
SUV
Nota. La presente tabla proporciona información detallada de las características que posee cada
vehículo a ser tomado en cuenta para la prueba. Autor
Metodología
La investigación desarrollada es de campo cuasiexperimental. Los materiales
usados para poder llevar a cabo la fase de experimentación corresponden a un
cánister para limpieza de inyectores, mismo que permite aislar el combustible
presente en el sistema de alimentación del motor, para de esta manera poder realizar
las mediciones precisas usando los tipos de gasolina seleccionados (Super, Extra y
Ecopaís). También se empleó un analizador de gases de la marca BrianBEE, el
modelo fue el AGS – 688, equipo que se encuentra homologado para realizar los
análisis requeridos en la revisión técnica vehicular en Ecuador («Analizador de Gases
Brain Bee - Modelo AGS-688», 2023).
Para contrastar los valores de referencia permitidos con los de cada gas
obtenidos en la medición, se empleó la escala de rangos según la normativa EURO 3
y EURO 4 («Normas Euro, eficiencia motriz sustentable», 2022), tal como se observa
en la tabla 2.
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Tabla 2
Valores permitidos en gases contaminantes en la revisión técnica vehicular
REVISIÓN TÉCNICA VEHÍCULAR
VEHÍCULOS A GASOLINA
AÑO
HC EN PPM
CO EN %
O2 EN %
TIPO DE
FALLA
RESULTADO
DEL 2000
EN
ADELANTE
0 <= X < 160
0 <=X < 0.6
0 <=X <3
0
APROBADO SIN
FALLAS
160 <= X < 180
0.6 <= X <0.8
3 <0 X < 4
1
APROBADO CON
FALTA
180 <= X < 200
0.8 <= X < 1
4 <= X < 5
2
APROBADO CON
FALTA
X >= 200
X >= 1
X >= 5
3
RECHAZADO
Nota. Niveles de emisiones de gases para vehículos que utilizan gasolina como combustible. INEN-
NTE 2203:2013
El procedimiento para efectuar esta prueba fue de manera estática, cumpliendo
con lo requerido en la normativa INEN NTE 2203:2013 (NTE INEN 2203, 2000), la
cual, determina la realización de dos mediciones, la primera con el motor en ralentí,
la segunda con el motor a 2500 RPM, y que en ambos casos el sistema de escape
del vehículo no debe tener ninguna modificación al diseño original del fabricante, cabe
mencionar que si existiese dos o más salidas de escape funcionales se deberá medir
en cada una de ellas la cantidad de contaminantes generados, realizando un
promedio de los valores obtenidos y así determinar el valor final, correspondiendo
este procedimiento al método experimental de la presente investigación.
Los vehículos usados para esta prueba fueron un Hyundai Venue ( también
conocido como Hyundai Creta en su nueva versión), mismo que corresponde al
sistema de alimentación multipunto, y un Hyundai Veloster correspondiente al sistema
de alimentación de inyección directa a gasolina, siendo ambos vehículos nuevos,
sometidos al análisis de gases, sin embargo, no se contó con ninguna recomendación
de rodaje dada por el fabricante en cuanto a revoluciones del motor o algún tipo de
cuidado para poder limitar la medición de gases (User manual Hyundai Veloster
(2020) (English - 480 pages), 2020).
Para poder extrapolar los resultados obtenidos en esta investigación sobre la
contaminación generada por los sistemas de alimentación directa e indirecta a
gasolina se aplica un método descriptivo, considerando que la normativa de
fabricación y calidad actual exige que se tenga formas similares en la producción de
los elementos que componen el sistema de alimentación de los vehículos, por lo que
realizando un número calculado de experimentos se puede determinar la validez de
los datos obtenidos y como estos pueden aplicarse para sistemas de alimentación de
diversas marcas de vehículos, tal como se aprecia en la ecuación 01 para el cálculo
de repeticiones por tratamiento que se realizarán en el experimento y cerciorarse de
que los valores que se obtengan no generen ningún tipo de sesgo en la información
y garantizar la trazabilidad y repetitividad del experimento (Loetz Urquielo & Flores,
1999).
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(1)
Donde:
n= Cantidad de experimentos a realizarse
n´= Cantidad de análisis preliminares
x= Valor de las observaciones
40= Constante, que genera una confianza del 95% y un error= 10%
Es importante entender la manera en que trabaja el sistema de inyección
directa, la complejidad que emplea el sistema difiere de la forma en que trabaja el
sistema de inyección multipunto, esto debido a los parámetros que se tienen en el
momento de la inyección de combustible, mismos que varían la relación
estequiométrica óptima que es de 14.7 partes de aire por una de combustible,
además, esta medida se ajusta dependiendo de las revoluciones a las que se
encuentre el motor y de la información de temperatura en el sistema de escape, lugar
donde se ubica el catalizador, elemento importante que mediante reacciones
químicas disminuyen la cantidad de emisiones contaminantes emitidas al medio
ambiente, razón por la cual se recomienda una temperatura de entre 2500C y 5000C
para que sirva de filtro y así evitar la salida de óxidos nítricos y monóxidos de carbono,
es decir que la tecnología que emplea el sistema de alimentación de inyección directa
es mucho más compleja que la empleada por el sistema de inyección indirecta,
pudiendo ser esta, una de las razones por las que en el experimento que se llevó a
cabo el porcentaje de contaminantes que se midieran fueran más altos en el sistema
GDI.
Resultados
El análisis de los contaminantes emitidos en las pruebas estáticas, siguiendo los
parámetros explicados en la norma INEN NTE 2203:2000, y revisando las
actualizaciones de la norma INEN NTE 2203:2013, se determinó que el sistema de
inyección multipunto generó menores emisiones contaminantes frente al sistema de
inyección directa a gasolina, tal como se aprecia en las figuras 2, 3, 4 y 5, donde se
realiza el contraste de los diferentes agentes contaminantes generados en un motor
de combustión interna de gasolina. El empleo de un cánister permitió la limpieza de
los inyectores y el poder aislar el combustible que se utilizaba y se lo presurizó según
las indicaciones de presión que debe tener el sistema de alimentación dadas por el
fabricante, sin embargo, en el caso del sistema de alimentación GDI, la conexión se
realizó previo a la bomba de alta presión.
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Análisis de hidrocarburos no combustionados
Las emisiones generadas en el sistema de alimentación con inyección
multipunto en lo referente a partículas de hidrocarburos no combustionados, son
significativamente menores a las que se presentan en el sistema de inyección directa,
con el uso de cualquier tipo de gasolina, tal como se muestra en la figura 2 la cantidad
en partículas por millón de hidrocarburos no combustionados, presentando una
diferencia de 29,25 ppm en el sistema GDI, frente a los 0,75 del sistema multipunto.
Figura 2
Análisis de las emisiones de HC
Nota. Se realizaron 3 pruebas para comparar los resultados de la emisión de HC,
las cuales fueron medidas en partes por millon debido a la presencia reducida del
gas en el ambiente.
Análisis de Dióxido de carbono
La cantidad de dióxido de carbono medida con el analizador de gases usado
en el experimento tiene una tendencia más baja en el sistema de alimentación GDI
frente al sistema de alimentación multipunto, tal como se aprecia en la figura 3, siendo
éste el único contaminante del que se encontró un menor valor en su emisión en el
sistema GDI.
29,25
29,25
29,25
0,75
0,75
0,75
E X T R A E C O P A Í S S U P E R
HIDROCARBUROS NO COMBUTIONADOS PPM
HIDROCARBUROS NO COMBUTIONADOS PPM INYECCIÓN DIRECTA
HIDROCARBUROS NO COMBUTIONADOS PPM INYECCIÓN INDIRECTA
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Figura 3
Resultados de emisiones del CO2
Nota. Se realizaron 3 pruebas para comparar los resultados de la emisión de CO2,
las cuales fueron medidas en porcentajes
Análisis de monóxido de carbono
En el caso del porcentaje de monóxido de carbono CO se puede determinar que
este gas contaminante no se presenta luego de la combustión que se genera en el
sistema GDI, tal como se aprecia en la figura 4, es decir que este subproducto de la
combustión incompleta gracias a la tecnología del sistema de inyección directo
desaparece.
Figura 4
Resultado de emisiones CO
Nota. Se realizaron 3 pruebas para comparar los resultados de la emisión
de CO, pero no presentaron un valor significativo en el sistema GDI
14,28
14,28
14,34
14,2
14,2
14,3
E X T R A E C O P A Í S S U P E R
CO2 EN PORCENTAJE
CO2 EN PORCENTAJE INYECCIÓN DIRECTA
CO2 EN PORCENTAJE INYECCIÓN INDIRECTA
0,1
0,1
0,06
0
0
0
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CO EN PORCENTAJE
CO EN PORCENTAJE INYECCIÓN DIRECTA
CO EN PORCENTAJE INYECCIÓN INDIRECTA
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Análisis de oxígeno en la combustión
El O2 es el único valor en el que el sistema de inyección multipunto es superior
al sistema de inyección directa, tal como se aprecia en la figura 5, debiéndose a la
forma de inyección que se tiene en el sistema directo y las estratificaciones con las
que el combustible es introducido en la cámara de combustión, se aprecia que existe
mayor porcentaje de oxígeno en los resultados de la combustión al emplearse el
sistema GDI en la alimentación del motor.
Figura 5
Resultado de emisiones O2
Nota. Se realizaron 3 pruebas para comparar los resultados de la emisión de O2, donde
la presencia de este es más elevada en el sistema de inyección multipunto
Discusión y Conclusiones
Según los análisis realizados los motores de combustión interna que usan un
sistema de alimentación de tecnología directa, se puede apreciar que el rendimiento
es mejorado mediante la aplicación de relaciones de compresión más elevadas,
además de que en la forma de inyección que se realiza en el cilindro se siguen
métodos que varían la relación estequiométrica enormemente, según las condiciones
de aceleración y temperatura del motor (Collaguazo Tacuri, 2013), adicional a que al
tratarse de motores que son de una elevada relación de compresión, requieren de
una gasolina con un alto valor de octanaje que logre soportar sin producir
detonaciones la compresión del motor.
En el Ecuador, el combustible más usado en el año 2022 fue la gasolina
Ecopaís, seguida de la Extra, teniendo las dos un octanaje con un valor de 85 octanos
(«El consumo de gasolina Súper se redujo 16% en abril», 2022). Pese a que, la
recomendación de los fabricantes automotrices es usar combustibles de al menos 95
0,45
0,45
0,36
1,54
1,54
1,37
E X T R A E C O P A Í S S U P E R
O2 EN PORCENTAJE
O2 EN PORCENTAJE INYECCIÓN DIRECTA
O2 EN PORCENTAJE INYECCIÓN INDIRECTA
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octanos, tomando en cuenta el índice ron, debiendo considerarse que en condiciones
reales el índice puede bajar hasta 10 puntos, fenómeno denominado como índice
MON, que mide el rendimiento del octanaje del combustible en situaciones de
aceleración variable, para un funcionamiento correcto y prolongado de los motores
equipados con el sistema GDI, lo deseable sería el uso de combustibles con elevado
octanaje.
En las pruebas realizadas se pudo determinar que sin importar el sistema de
alimentación la gasolina super genera menores concentraciones de subproductos
contaminantes, pese a que en el Ecuador se corrige el problema del octanaje con
soportes de programación en el ECM del vehículo, reduciendo el adelanto del
encendido en caso de detonación, mermándose así las detonaciones generadas, por
lo que se puede apreciar que en el porcentaje de monóxido de carbono es el único
subproducto que tiene un valor menor de emisiones frente a los demás contaminantes
del motor, entendiéndose también que la tecnología de alimentación de inyección
directa debería adaptar en su sistema catalítico a las condiciones del combustible
ecuatoriano y en algunos casos a la altura y tipo de manejo en Ecuador (Marckwordt
Aguilar, 2017).
Con base a los análisis de gases realizados mediante prueba estática el
sistema GDI, pudo determinar que no tiene una disminución frente a los agentes
contaminantes tomados en cuenta durante el proceso, y eso puede deberse a que se
emplea una carga estratificada, queriendo decirse que la relación estequiométrica
puede ser de 1,6 a 3 (Collaguazo Tacuri, 2013), siendo una de las razones por la que
incluso a 2500 rpm no se encuentra una variación significativa en la cantidad de
emisiones contaminantes, siendo la única excepción la del porcentaje de CO, por lo
que se determinó que el sistema catalizador no está adaptado a las condiciones de
altura y tipo de combustible, propias del Ecuador, frente a la calidad del combustible
que se emplea para poder movilizar el vehículo.
Al analizar las gráficas se pudo determinar que a mayor sea el octanaje del
combustible menores emisiones pueden generarse (Darquea, 2018), además se
determinó que al tener relaciones de compresión elevadas y no usarse un combustible
con elevado número de octanos se afecta el índice de elementos contaminantes en
el motor y se puede tener una menor vida útil del mismo, provocando desgastes
prematuros en elementos que tienen una tolerancia muy pequeña y que trabajan con
presiones elevadas, como es el sistema encargado de la inyección directa del
combustible dentro del cilindro del motor (Casanova Kindelán et al., 2018).
Asimismo, se pudo apreciar de que en cuanto a emisiones contaminantes la
gasolina Ecopaís empleada en el experimento, tiene un 5% de etanol y produce
menores emisiones, siendo esta una posible solución en la mejora del índice de
octanaje que emplean las gasolinas en el Ecuador (Quezada Vélez, 2022), lo que
podría ser una estrategia para poder generar recursos al agro ecuatoriano, pues este
combustible puede generarse a partir de biomasa, entendiendo que mucho
fabricantes automotrices han diseñado actualmente los motores para que usen
combustibles con hasta un 10% de contenido de etanol, sin necesidad de ningún tipo
de afectación en sus sistemas y sin repercusiones negativas en los diferentes análisis
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de gases que pueden efectuarse para poder cumplir con la legislación ecuatoriana,
previo a la matriculación de un automotor.
El sistema de alimentación de inyección indirecta necesitaría de ajustes para
poder cumplir su cometido de menores emisiones contaminantes, tomando en cuenta
la realidad ecuatoriana en la calidad de combustibles empleados, a lo que esta
investigación podría complementarse con un análisis de consumo de combustible y
un determinado ciclo de manejo en un dinamómetro automotriz.
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Recibido: 23 abril 2023
Aprobado 26 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p.29-45
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Metodología de variables continuas para la estimación de espesores
de arena neta en yacimientos arcillosos
Continuous variables methodology to estimate net sand thickness in shaly
sands
Franklyn Javier Angel Saéz
1
Resumen:
La presente investigación tuvo como objetivo el diseño de un algoritmo para la
estimación de espesores de Arena Neta (AN) y Arena Neta Petrolífera (ANP) en
arenas arcillosas, tomando en cuenta la heterogeneidad tanto lateral como vertical
de la formación, mediante el uso de relaciones entre propiedades petrofísicas
básicas, en sustitución de parámetros de corte constantes, cuyos métodos de
determinación tienden a ser subjetivos. La definición del Índice de Propiedades
Petrofísicas Básicas (IPPB) e Índice de Arena Neta (IAN) permitió establecer una
relación directa entre Porosidad Efectiva (PIGN), Porosidad Total (PHIT) y Volumen
de Arcilla (VSH) con los valores de Net To Gross (NTG). Además, la determinación
de una Saturación de Agua de Corte (SWCORTE) en función de PHIT y PIGN resultó
en la definición de un Índice de Arena Neta Petrolífera (IANP) capaz de estimar el
Net To Oil Gross (NTOG). La metodología IAN-IANP se probó utilizando datos de
producción y también se comparó exitosamente con otras metodologías
tradicionales de parámetros de corte, tales como: 1) Gráficos cruzados de
propiedades (PXP) y 2) Sensibilidad de la Columna de Hidrocarburos a los
Parámetros de Corte (SCH). Los nuevos métodos cotejaron correctamente con los
intervalos de producción en 97% para los espesores de AN y 75% para los
espesores de ANP. Finalmente, la ecuación directa propuesta en este trabajo para
una SWCORTE arrojó resultados similares al de los métodos constantes como el PXP
y el valor de SW en el punto de Irrupción de Agua en una Curva de Flujo Fraccional.
Palabras clave: Arena neta, arena neta petrolífera, parámetros de corte,
propiedades petrofísicas básicas, saturación de agua de corte.
Abstract:
We present a methodology to estimate Net Reservoir Thickness (NRT) and Net Pay
Thickness (NPT) in shaly sands, taking into account the formation heterogeneity,
both lateral and vertical, by use of basic petrophysical properties relationships, thus
substituting constant cutoff parameters whose determination methods tend to be ver
subjective. The definition of a Basic Petrophysical Properties Index (BPPI) and a Net
1
Ecopetro Bogota, Magister Geofisico de Yacimientos, https://orcid.org/0009-0000-9118-7373
franklynangel@hotmail.com
Recibido: 23 abril 2023
Aprobado 26 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p.29-45
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Reservoir Index (NRI) allowed us establish a direct releation between Effective
Porosity (PIGN), Total Porosity (PHIT) and Shale Volume (VSH) within Net To Gross
(NTG) values. Moreover, the determination of a Cutoff Water Saturation (SWCUTOFF)
as a function of PHIT and PIGN resulted in the definition of a Net Pay Index (NPI) as
a criterion to estimate Net To Oil Gross (NTOG). The NRI–NPI methodology was
proven by using production data and was also succesfully compared to other
traditional cutoff parameters methodologies, such as: 1) Properties Crossplots (PXP)
and 2) Hydrocarbon Column Sensitivity to Cutoff Parameters (HCS). Cross checking
with real data, the new methods correctly match with production intervals in 97% of
the cases for NRT and 75% for NPT. Finally, the straight forward equation proposed
in this work for a variable SWCUTOFF yielded to very similar values to those expected
from the PXP method and the SW value at Breakthrough condition on a Fractional
Flow curve.
Keywords: Basic petrophysical properties, cutoff parameters, cutoff water saturation,
net pay, net reservoir.
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Aprobado 26 junio 2023
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Introducción
Los parámetros de corte son de fundamental importancia en el establecimiento
del modelo petrofísico y en la elaboración de mapas isópacos y de isopropiedades,
tradicionalmente son fijados como valores constantes para el espesor total de la unidad
productora e igualmente constantes para todos los pozos o extensión areal del campo
(Castro y Mederos, 2016).
Los métodos convencionales por medio de los cuales se establecen estos
constantes parámetros de corte (Porosidad, Volumen de arcilla, Permeabilidad o
Saturación de agua de corte) se basan en interpretaciones visuales de gráficos
cruzados de propiedades básicas (Método PXP) y sus correspondientes estadísticas
relacionadas con los datos de producción; o interpretaciones de gráficos de
Sensibilidad de la Columna de Hidrocarburos a las distintas propiedades que se
desean establecer como parámetros de corte (Método SCH) (FAO, s/f). Estas
interpretaciones generalmente están sujetas a la experiencia del intérprete en el área
en estudio, a conveniencias desde el punto de vista de datos de producción y a
subjetividades visuales de los gráficos desde el punto de vista del intérprete mismo.
Adicionalmente, la determinación de parámetros de corte constantes para cada
propiedad independiente enfrenta el problema de que una mínima diferencia en la
estimación de alguno de estos parámetros en particular podría significar una
sistemática diferencia entre un NTG igual a 1 o a 0, que en el caso de que tal error de
estimación sea muy frecuente, alteraría el conteo de espesores de AN, ANP y por ende
el cálculo de reservas (Moret-Fernández y Latorre, 2021).
El objetivo del presente trabajo fue diseñar un algoritmo para la estimación de
espesores de Arena Neta (AN) y Arena Neta Petrolífera (ANP). Se muestra en este
trabajo una metodología sencilla que utiliza las propiedades básicas de una
interpretación de registros convencional para lograr una rápida y acertada definición
de espesores de AN y ANP, respetando la variabilidad de tales propiedades tanto
vertical como lateralmente, lo cual es característica fundamental de la heterogeneidad
asociada a la presencia de arcillas dispersas en yacimientos compuestos por arenas
arcillosas.
Metodología
La investigación tuvo una metodología empírica de enfoque cuantitativo que
utiliza las propiedades básicas de una interpretación de registros convencional para
lograr una rápida y acertada definición de espesores de AN y ANP, respetando la
variabilidad de tales propiedades tanto vertical como lateralmente, lo cual, es
característica fundamental de la heterogeneidad asociada a la presencia de arcillas
dispersas en yacimientos compuestos por arenas arcillosas.
A continuación, en la Figura 1 se exhibe el diagrama de flujo correspondiente a
los pasos de la metodología del algoritmo.
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Aprobado 26 junio 2023
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Figura 1
Diagrama de flujo de la Metodología IAN-IANP
Definición del IPPB y el IAN
Las litofacies de las formaciones meramente siliciclásticas, pueden ser muy
fáciles de predecir a partir de un simple registro de rayos gamma. Sin embargo, el alto
grado de heterogeneidad en formaciones arcillosas, en función del volumen y tipo de
arcilla presente, hicieron necesaria la integración de diferentes registros que
permitieran reconocer al menos 3 electrofacies principales, tales como: arenas limpias,
arenas arcillosas y arcillas. Esta integración de registros de pozos se logró a través de
la estimación de un parámetro llamado IPPB (Índice de Propiedades Petrofísicas
Básicas), definido en este trabajo en la Ecuación 1. Las 3 curvas utilizadas para la
estimación del IPPB (VSH, PHIT y PIGN) fueron calculadas como resultado de una
interpretación convencional de registros de pozos llevada a cabo para la mayoría de
los pozos del área de estudio.
(1)
El primer factor de la Ecuación 1: PIGN/(1-PHIT) sería una clase de porosidad
normalizada que representa la relación entre el volumen de fluidos en el espacio intergranular
y el volumen de roca sólida (Matriz + Arcilla seca). El segundo factor de la Ecuación 1: (1-VSH)
sería un multiplicador que hace que el valor de IPPB incremente con la disminución del VSH, y
representa la adición volumétrica de fluidos intergranulares y granos de arena.
Al desplegar los valores del IPPB en un template de registros de pozos (ver Figura 2),
donde las litofacies descritas en núcleos están en la segunda pista de derecha a izquierda,
observamos en la tercera pista de derecha a izquierda que los intervalos donde el IPPB (curva
roja) es mayor a PIGN (curva azul) corresponde a Arena Neta (relleno verde), mientras que
PIGN
IPPB
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aquellos intervalos donde el IPPB es menor a PIGN corresponde a Roca No-Yacimiento (sin
relleno).
Figura 2
Interpretación convencional del Pozo B. En rojo (tercera pista de derecha a izquierda) vemos la
curva de IPPB
Según las observaciones de la Figura 2, la relación entre el IPPB y la PIGN
puede ayudar a determinar los espesores de AN o el NTG, ya que la ocurrencia de AN
o NTG igual a 1, se define por la condición mostrada en la Ecuación 2.
IPPB > PIGN (2)
Sustituyendo la Ecuación 1 en la Ecuación 2, y definiendo un nuevo parámetro,
llamado en este trabajo Índice de Arena Neta (IAN), obtenemos la Ecuación 3.
(3)
Simplificando la Ecuación 3, la definición del IAN resultaría en la expresión de
la Ecuación 4.
(4)
Estimación de NTG a partir del IPPB y el IAN
Cuando IAN tenga un valor positivo (IPPB-PIGN>0) definiríamos un NTG=1
(ocurrencia de un intervalo de AN) y cuando IAN sea negativo definiríamos un NTG=0
(ausencia de AN) (ver Figura 3). A partir de la Ecuación 4 deducimos que el cambio de
signo del parámetro IAN dependerá exclusivamente del signo de (PHIT-VSH), ya que
(1-PHIT) y PIGN son siempre factores positivos; por lo tanto, el cálculo de NTG se
VSH
IAN
PIGN
PHIT
XX40’
XX60’
XX70’
XX80’
XX90’
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Aprobado 26 junio 2023
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propone en este trabajo como una función lógica, expresada en la Ecuación 5.
NTG = SI (PHIT-VSH > 0 ; 1 ; 0) (5)
Figura 3
Definición del NTG de acuerdo con el signo del IAN
Considerando a PHIT como el volumen de todos los fluidos presentes en la roca
(fluidos intergranulares más el agua ligada a las arcillas) y al VSH como el volumen de
las arcillas húmedas (arcillas secas más al agua ligada a las arcillas), podríamos
interpretar que la condición PHIT>VSH tiene una explicación física obvia cuando nos
deshacemos del agua ligada a las arcillas a ambos lados de la inecuación: si el
volumen de fluidos intergranulares es mayor que el volumen de arcillas secas, habrá
un flujo dentro de la roca (NTG=1), de lo contrario un volumen de arcilla seca mayor
obstruirá el flujo de este volumen limitado de fluidos intergranulares, así, la roca ya no
será considerada como un intervalo de AN (NTG=0).
Finalmente, podríamos concluir que la condición lógica de la Ecuación 5
substituye el uso de los tradicionales parámetros de corte para estimar espesores de
AN y, como consecuencia, el valor de NTG para yacimientos siliciclásticos contentivos
de petróleo liviano, escenario bajo el cual se elaboró el presente trabajo.
Clasificación de electrofacies utilizando los valores de IAN
Adicionalmente a la diferenciación entre rocas yacimiento y no-yacimiento
lograda con la Ecuación 5, si observamos el histograma de frecuencias de la Figura 3
y filtramos solo los valores positivos del IAN (ver la Figura 4), podríamos distinguir dos
clases principales según los cambios abruptos en las pendientes del histograma: una
para valores inferiores a 0,02 y otra para valores mayores a 0,02. La primera clase
corresponde a una litología intermedia entre arenas y arcillas (arenas arcillosas) y la
otra clase corresponde a arenas limpias.
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Figura 4
Definición de electrofacies según el valor del pa
El gráfico de la Figura 5 muestra la relación entre el VSH en la abscisa y la PIGN
en la ordenada, con la definición de electrofacies lograda con la metodología IAN en el
eje Z.
Obsérvese que según la Ecuación 5, tanto las arenas limpias como las arenas
arcillosas tendrían un NTG=1, mientras que las arcillas, NTG=0; sin embargo, con los
parámetros de corte constantes del método tradicional (0,15 y 0,35 para la PIGN y el
VSH, respectivamente) tendríamos valores de NTG de 1 para todos los puntos en el
rectángulo rojo superior izquierdo del gráfico cruzado de la Figura 5. Este rectángulo
incluye una gran cantidad de puntos de arcilla, los cuales asumirían un valor de NTG
de 1, sobre estimando de esta manera los espesores de AN y, por lo tanto, el posterior
cálculo de POES.
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Figura 5
Gráfico cruzado VSH-PIGN mostrando la definición de electrofacies sobre la base del valor del IAN
En vez de seguir estrictos valores constantes de difícil estimación, se debería
esperar, desde un punto de vista sedimentológico y petrofísico, que los límites de
electrofacies obedezcan más a una tenencia perpendicular relacionada con la relación
inversamente proporcional del gráfico cruzado mostrado en la Figura 5, dando así un
sentido de gradación, justo como el tamaño de granos en un sistema depositacional
siliciclástico: desde el tamaño de grano más grueso (bajo VSH y alta PIGN en la parte
superior izquierda del gráfico cruzado) hacia el tamaño de grano más fino (alto VSH y
baja PIGN en la parte inferior derecha del gráfico cruzado).
Si comparamos los métodos de estimación de AN (Parámetros de Corte Vs.
IAN), veremos que el intervalo XX46’-XX49’ en la Figura 2 tiene un VSH<0,35 y una
PIGN>0,15, resultando como un intervalo de AN según el método de Parámetros de
Corte; sin embargo, la segunda pista de derecha a izquierda, mostrando las litofacies
descritas en el núcleo, muestra al mencionado intervalo como un depósito de llanura
de inundación, la cual se corresponde mejor con la interpretación de electrofacies
lograda con el método de IAN, ya que IPPB < PIG
Definición de una SWCORTE variable
Considerando que el campo en estudio está comprendido por yacimientos
heterogéneos y anisotrópicos debido a la variabilidad en el contenido de arcilla, no es
representativo utilizar un valor constante para la SWCORTE de tope a base del
yacimiento, como tradicionalmente se hace; por el contrario, deberíamos definir una
SWCORTE variable en profundidad como una función de propiedades petrofísicas
básicas, teniendo en cuenta la variabilidad de la Saturación de Agua Irreducible
(SWirr).
Para determinar el valor al cual se espera que el petróleo fluya dentro del
yacimiento es necesario asumir que la permeabilidad relativa al petróleo sea mayor a
la permeabilidad relativa al agua. Esta condición implica otra asunción expresada por
la Ecuación 6: de que el Volumen de Hidrocarburos (BVH) tenga que ser mayor al
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Volumen de Agua en el espacio intergranular (BVW), este último representado por el
agua libre más el agua capilar irreducible.
BVH > BVW (6)
La Saturación de Agua Total (SWt), como se expresa conceptualmente en la
Ecuación 7, representa la SW más fácil y más común calculada por los petrofísicos, de
manera tal que ésta es la que vamos a considerar para la estimación de la SWCORTE.
(7)
Entre otras definiciones conceptuales podemos ver a la porosidad intergranular
en la Ecuación 8 y al Agua Ligada a las Arcillas (CBW) en la Ecuación 9.
(8)
(9)
Sustituyendo la ecuación 9 en la Ecuación 7 y despejando a BVW, se obtiene
la Ecuación 10.
(10)
Sustituyendo la Ecuación 10 en la Ecuación 8 y despejando a BVH, se obtiene
la Ecuación 11.
(11)
Entonces, si forzamos la condición de la Ecuación 6 y sustituimos la Ecuación
10 y la Ecuación 11 dentro de ella, y despejando la SWt, que se convertiría en SWCORTE
debido a la condición asumida en la Ecuación 6, obtendríamos la Ecuación 12.
(12)
Obsérvese en la Ecuación 12 que, para arenas realmente limpias, “Areniscas
Tipo Archie”, donde el VSH es muy cercano a 0 y consecuentemente PHIT≈PIGN,
entonces SWCORTE = 0,5; como típicamente utilizan los petrofísicos en todo el mundo
cuando se dispone de pocos datos.
Para arenas arcillosas, y según la misma Ecuación 12, podemos ver que
mientras mayor sea el VSH, consecuentemente mayor será la diferencia entre PHIT y
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PIGN, y por ende, será mayor a 0,5 el valor de SWCORTE, dando como resultado de
esta manera un mayor valor de ANP y evitando las típicas sub estimaciones de
reservas en arenas arcillosas. Por ejemplo, si utilizamos los valores promedios típicos
de PHIT y PIGN para los yacimientos del área de estudio (0,265 y 0,245,
respectivamente) obtenemos una SWCORTE de 0,538, un valor muy cercano a la
constante reportada por Rosario, R y Ángel, F en el 2015 (Trabajo No Publicado) para
yacimientos similares, utilizando los métodos de Espesor de la Columna de
Hidrocarburos y las Curvas de Flujo Fraccional para la SWCORTE. Los últimos dos
métodos consumen mucho tiempo en su ejecución, involucran una secuencia de
actividades más complejas, necesitan muchos más datos que el método propuesto en
este trabajo y dan un único valor constante para la SWCORTE, en vez de un valor variable
en profundidad, como debería esperarse para formaciones heterogéneas.
Definición del IANP
Una vez deducidos nuevos términos como IPPB, IAN y SWCORTE, estamos listos
para definir otro índice para diferenciar a las arenas de agua de las arenas de petróleo.
Este índice fue llamado en este trabajo Índice de Arena Neta Petrolífera (IANP) y su
valor puede ser utilizado para jerarquizar las zonas más atractivas desde un punto de
vista de productividad, ya que su definición, según la Ecuación 13, incluye en cierta
manera a la electrofacies de la roca (roca yacimiento o no-yacimiento), las propiedades
petrofísicas básicas y la saturación de agua en el medio poroso.
(13)
Según la Ecuación 13, la presencia de ANP, o la ocurrencia de un valor de
NTOG=1, estaría indicada por valores positivos de IANP, ya que SW<SWCORTE y
ambos NTG e IPPB son siempre positivos; igualmente, mientras mayor el valor de
IANP más atractiva será la roca desde el punto de vista productivo debido a los altos
valores de IPPB y bajos valores de SW. Los valores negativos de IANP indicarían la
presencia de arenas de agua (NTOG=0) en vista de que SW>SWCORTE y NTG sigue
siendo igual a 1; mientras que las arcillas, o las rocas no- yacimiento, implicarían
inevitablemente un valor de IANP=0, indiferentemente de los valores de SW y de IPPB,
debido a que NTG=0.
La Figura 6 muestra una comparación del método IANP y el método de los
tradicionales parámetros de corte constantes para la determinación del espesor de
ANP en el Pozo B, obsérvese que en el intervalo XX13’-XX16’ tanto el método de los
parámetros de corte como el IAN coinciden en que este intervalo corresponde a AN;
sin embargo, si consideramos un valor de uso común de SWCORTE de 0,5 (línea negra,
vertical y discontinua de la tercera pista de derecha a izquierda), ese intervalo XX13’-
XX16’ correspondería a una arena de agua y no a una zona de ANP, subestimando de
esta manera las reservas de hidrocarburos. Por otro lado, tal interpretación lograda
con el SWCORTE de 0,5 estaría indicando erróneamente la presencia de una zona de
agua en medio de dos zonas de petróleo (una por arriba y otra por debajo), sin la
presencia aparente de sellos locales verticales que permitan tal separación de fluidos
dentro de un mismo yacimiento continuo, pero heterogéneo, de tope a base.
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Aprobado 26 junio 2023
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El apropiado uso de una curva de SWCORTE permitió interpretar al intervalo
XX13-‘XX16’ de la Figura 6 como una ANP, gracias a la deflexión que muestra esa
curva hacia la derecha en ese mismo intervalo, alcanzando valores hasta de 0,57,
como consecuencia del alto VSH y la correspondiente disminución de porosidades.
Aun utilizando los valores de SWCORTE de los métodos PXP y SCH, los cuales oscilan
entre 0,51 y 0,55, respectivamente, el intervalo XX07’- XX53’ no hubiese sido
interpretado completamente como una zona de 46’ continuos de ANP, como sí se logra
con la curva de SWCORTE y el resultante valor de IANP, desplegado en la primera pista
de derecha a izquierda de la Figura 6.
Figura 6
Interpretación convencional de registros para el Pozo B. En rojo (tercera pista de derecha a izquierda)
vemos la curva de SWCORTE
Por otro lado, la curva de resistividad (en azul) de la tercera pista de izquierda
a derecha muestra en el intervalo XX67’-XX79’ una marcada zona de transición dentro
de una arena continua con excelentes propiedades de yacimientos, como lo evidencian
las curvas de IPPB (en rojo, tercera pista de derecha a izquierda) y los altos valores
de la curva de IAN (en naranja, segunda pista de derecha a izquierda). La curva de
IANP (en verde, primera pista de derecha a izquierda) permite entonces decidir con
exactitud que a la profundidad de XX71’ es donde la SW en el espacio intergranular
empieza a ser mayor a la Saturación de Petróleo (SO) y por ende la arena deja de ser
petrolífera desde un punto de vista meramente petrofísico.
Finalmente, es posible también utilizar estos valores de IANP para jerarquizar
intervalos a la hora de decidir la completación del pozo; por ejemplo, en el caso del
Pozo B de la Figura 6, el intervalo más atractivo, desde un punto de vista productivo,
sería el intervalo XX32’-XX35’, ya que por sus altos valores de IANP, se asume que la
integración de las propiedades petrofísicas básicas es la más óptima para esperar los
mayores caudales y los cortes de agua más bajos de todo el pozo; aun cuando por
razones estratégicas el intervalo a cañonear esté evidentemente ubicado hacia el tope
de la arena para una mayor recuperación de petróleo.
Recibido: 23 abril 2023
Aprobado 26 junio 2023
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Resultados
La factibilidad de la metodología propuesta en este trabajo se realizó
comparando los resultados que se obtuvieron al aplicar ésta en los pozos del área en
estudio, con los espesores ya obtenidos previamente por medio de los métodos
tradicionales: a) Sensibilidad de la columna de hidrocarburos a los parámetros de corte
(SCH) y b) Gráficos cruzados de propiedades petrofísicas (PXP). Ambas metodologías
tradicionales fueron aplicadas para evaluaciones petrofísicas hechas en diferentes
momentos y por diferentes intérpretes (las del método PXP más antiguas que las del
SCH); por lo tanto, para cada set de curvas (VSH, PHIT, PIGN y SW) se obtuvieron
diferentes valores de IAN e IANP con la metodología propuesta; sin embargo, la
intención es comparar estos resultados con cada método tradicional por separado.
La Figura 7 muestra los cálculos realizados para el NTG (para representar a
AN) y NTOG (para representar a ANP) tanto por el método de SCH como por la
metodología IAN-IANP en el Pozo C que cuenta con descripción de núcleos y con tres
intervalos cañoneados a producción. Obsérvese en primer lugar que todos los
intervalos con NTG=1, según ambos métodos, (barras de color rojo, pistas 6 y 7 de
izquierda a derecha en la Figura 7) coincidieron con la descripción de facies arenosas
hecha en el núcleo (S1, S3 y S11), salvo aquellos intervalos donde no se recuperó
núcleo (Facies de color gris). La pista 3, de derecha a izquierda, representa la
comparación entre los resultados obtenidos por el método SCH y el IAN-IANP, donde
el color azul significa que ambas metodologías coinciden en su interpretación, el color
verde muestra los intervalos donde el método IAN-IANP sobreestima los espesores de
AN con respecto al método SCH y el color rojo donde el primero subestima tales
espesores del segundo.
Figura 7
Set de registros del Pozo C y los respectivos cálculos de NTG y NTOG según la metodología
IAN-IANP y la SCH.
Recibido: 23 abril 2023
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Igualmente, las pistas 8 y 9, de izquierda a derecha en la Figura 7, muestran los
valores obtenidos del NTOG para ambos métodos, donde resalta el hecho de que por
debajo del marcado Contacto Agua-Petróleo (CAP) a X957’, ambos métodos aún
siguen mostrando ocurrencia de ANP, el método SCH en mayor medida que el IAN-
IANP. Este efecto puede estar relacionado a subestimaciones en los valores de SW
por parte del intérprete y por ende se sobreestiman los espesores de ANP. La pista 2
de derecha a izquierda muestra la comparación del cálculo de NTOG entre ambos
métodos, notándose claramente que por debajo del X957’ existe una tendencia del
método IAN-IANP a subestimar los valores de NTOG del método SCH; sin embargo,
considerando la presencia de un CAP a X957’, como se había mencionado
anteriormente, podríamos asegurar que es el método SCH quien sobreestima los
valores reales de NTOG.
Teniendo en cuenta a todos los pozos interpretados del campo resultó que el
método IAN-IANP resulta idéntico al SCH en un 94,5% para los valores de AN y un
94,8% para los valores de ANP. Las diferencias tienden a ser mayores hacia la
sobreestimación en el caso del NTG y hacia la subestimación en caso del NTOG.
Siguiendo el mismo esquema se estableció la comparación entre el método IAN-
IANP y el método PXP, constatándose que los espesores del método IAN-IANP nunca
son mayores a los del PXP, salvo por un minoritario 0,1% en el caso de los espesores
de ANP. Cabe resaltar que tanto para los espesores de AN como para los de ANP el
método propuesto reproduce en un 82,5% los espesores logrados por el método
tradicional.
Discusión
Para la Validación de la metodología IAN-IANP con datos de producción, se
podría inferir que los resultados obtenidos por el método IAN-IANP, elaborado con el
set de curvas interpretadas para la aplicación del método PXP son los que mejor
ajustan a la realidad observada en el pozo en cuanto a la relación entre espesores e
intervalos cañoneados; es por ello que para la validación de la metodología propuesta,
éstos fueron los resultados que se verificaron con los datos de producción arrojados
por los distintos pozos de toda el área (Ángel y Brett, 2017).
En la primera pista de derecha a izquierda de la Figura 7 se observa una escala
de colores que representa la validez de las estimaciones de espesores con respecto a
los datos de producción, disponible solo para los intervalos cañoneados; razón por la
cual al resto de los intervalos se les cataloga como “No conclusivo”, en color gris.
Para la interpretación de la escala de validación se empleó una función que
asignara valores discretos a distintos casos asociados al resultado del NTG y/o NTOG
en combinación con los datos de producción disponibles; de manera tal que en color
verde oscuro se representaran aquellos intervalos donde efectivamente la metodología
interpreta ocurrencia de ANP y que aún están abiertos produciendo petróleo; mientras
que el verde claro representa la misma condición de ocurrencia de ANP pero con
intervalos que han sido cerrados por declinación en la producción de petróleo; es decir,
Recibido: 23 abril 2023
Aprobado 26 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p.29-45
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que en estos dos casos se podría decir que la metodología está siendo validada, sin
lugar a dudas, por los datos de producción.
En negro se resaltan los intervalos que estuvieron abiertos a producción en
algún momento, pero donde la interpretación de la metodología resultó sin AN y
obviamente sin ANP, infiriéndose de allí que esos intervalos no aportaron fluidos (ni
agua ni petróleo) y por ello el intervalo fue cerrado; posiblemente la poca producción
de petróleo recuperada provino de otras zonas dentro del mismo intervalo cañoneado.
El color azul representa el mismo caso anterior con la diferencia que aquí sí hay
AN, pero no ANP, es decir que son intervalos que probablemente produjeron agua y
por esa razón fueron posteriormente cerrados. El color rojo representa zonas que están
efectivamente produciendo, pero que no tienen AN interpretada por la metodología;
mientras que el color anaranjado es el mismo tipo de intervalo, con AN interpretada,
pero sin ocurrencia de ANP.
La Figura 8 muestra el resultado de las estadísticas de la validación de la
metodología IAN- IANP, solo en los intervalos cañoneados y con datos de producción.
Obsérvese que las dos clases predominantes son aquellas donde validan
perfectamente las estimaciones de AN y ANP, a saber, las clases 3 y 6. No obstante,
las clases 4 y 5 también podrían considerarse como validadas en vista de que
obedecen a intervalos que ya han sido cerrados bien por falta de aporte de fluidos
(color negro) o por altos cortes de agua (color azul), donde la poca producción de
petróleo obtenida pudo provenir de otras zonas, suprayacentes o infrayacentes, dentro
del mismo intervalo cañoneado.
Figura 8
Validación cuantitativa de los espesores interpretados para los intervalos cañoneados
En resumen, si consideramos las clases 3, 4, 5 y 6 como casos validados, y
sumamos sus frecuencias individuales, obtendríamos un porcentaje total superior al
75% de validación para los espesores de ANP interpretados por el método propuesto
en este trabajo.
Adicionalmente a esta automatizada validación cuantitativa, se decidió elaborar
una validación cualitativa observando detalladamente cada intervalo de cañoneo y
comparando la presencia de AN y ANP con los resultados de producción. Por ejemplo,
si un intervalo cañoneado probó producción de petróleo y por medio de la metodología
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Aprobado 26 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p.29-45
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se no se estimaron espesores de ningún tipo, diríamos que la metodología “no validó”
en ese intervalo ni para AN ni para ANP; si efectivamente sí se interpretaron espesores
en la totalidad del intervalo cañoneado de AN y ANP, entonces “sí validó” para ambos
espesores; pero si esos espesores interpretados no cubren la totalidad del intervalo
cañoneado, entonces se dice que “validó parcialmente”; mientras que si no se dispone
de datos de producción confiables para un determinado intervalo, simplemente se dice
que es un intervalo “sin información” (Castro y Mederos, 2016).
Evidentemente se puede dar el caso de que se valide el AN pero no el ANP,
como por ejemplo si para el intervalo productor de petróleo se estimó presencia de AN
pero no de ANP; lo cual podría estar relacionado a sobreestimaciones de la curva de
SW por parte del intérprete.
Conclusiones
El parámetro IPPB (Índice de Propiedades Petrofísicas Básicas), propuesto en
este trabajo, logra integrar de manera sencilla a las propiedades petrofísicas básicas
como PHIT, PIGN y VSH, de manera que un único valor permita comparar y jerarquizar
a las rocas según su calidad como yacimiento.
El parámetro IAN (Índice de Arena Neta), propuesto en este trabajo, y calculado
a partir de la diferencia entre IPPB y PIGN, permite determinar para los yacimientos
del área de estudio espesores de AN a nivel de registros y calcular valores de NTG a
nivel del mallado geocelular, sin el uso de parámetros petrofísicos de cortes,
subjetivos, constantes y de tediosa determinación.
Las asociaciones de facies sedimentarias siliciclásticas fueron resumidas a 3
electrofacies por medio del uso del parámetro IAN (índice de Arena Neta), propuesto
en este trabajo; de manera tal que las asociaciones de facies como canales
distributarios asociados a llanura deltaica alta y baja fueron representados como
arenas limpias, las asociaciones de facies como barras deltaicas y mareales fueron
representadas como arenas arcillosas, y las asociaciones como llanuras
interdistributarias, de marea y de inundación fueron representadas como arcillas.
La determinación, propuesta en este estudio, de una SWCORTE variable en
profundidad como consecuencia de la heterogeneidad de los yacimientos, en función
de propiedades básicas de la roca como PHIT y PIGN, sustituye en el área de estudio
a las metodologías tradicionales que consideran un valor constante de 50% para
cualquier yacimiento o, en el mejor de los casos, estiman muy subjetivamente un valor
igualmente constante en función de los datos de producción.
El parámetro IANP (Índice de Arena Neta Petrolífera) propuesto en este trabajo
y calculado a partir del NTG, IPPB, SW y SWCORTE permite, por un lado, determinar
espesores de ANP en los yacimientos del área de estudio y, por el otro, jerarquizar
desde un puno de vista meramente productivo las zonas que aportarán mayor flujo a
menor corte de agua.
Los resultados de la metodología IAN-IANP fueron más similares a los arrojados
por la metodología SCH (aproximadamente 95% de similitud) que los arrojados por la
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Aprobado 26 junio 2023
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PXP (aproximadamente 83%); sin embargo, el set de datos utilizados para la segunda
comparación ajusta mejor tanto a la geología del área como a los datos de producción
reportados por los pozos.
La metodología IAN-IANP demostró ser, con datos de producción, un 97%
efectiva a la hora de estimar espesores de AN y un 75% efectiva a la hora de estimar
espesores de ANP.
Se recomienda utilizar la metodología IAN-IANP, con una apropiada
interpretación convencional de registros, para la estimación de valores de NTG y
NTOG, bien a nivel de pozo o a nivel de modelos geocelulares, en cualquier yacimiento
de arenas arcillosas contentivas de crudo liviano, ya que definitivamente esta
metodología ahorra horas hombre en la ejecución de proyectos y probó ser en el
área de estudio tan o más efectiva que las metodologías tradicionales, pero de mucha
más fácil aplicación y de más objetiva determinación.
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Aprobado 26 junio 2023
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Referencias
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Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
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Caracterización de un material compuesto con matriz de resina de
poliéster reforzado con partícula de totora
Characterization of a composite material with a polyester resin matrix
reinforced with reed particles
Jaime Vinicio Molina Osejos
1
, Diana Belén Peralta Zurita2, Antonio Edilberto Llanes Cedeño3,
Gaibor Chacha Erika Rafaela4, Celi Ortega Santiago Fernando5,
Resumen:
El presente proyecto se centra en la caracterización mecánica de un material
compuesto a base de resina de poliéster reforzado con partículas de totora. Se
realizaron ensayos de tracción y flexión, siguiendo las normativas ASTM D 3039 y
ASTM D 7264, respectivamente, para materiales compuestos. Los ensayos se
realizaron en la máquina de ensayos universales MTS - modelo T 5002. Se determinó
que la configuración con una fracción volumétrica de fibra particulada de totora del
20% presenta las mejores características mecánicas en tracción, mientras que la
configuración con un 5% de fibra particulada de totora destaca en flexión. Es
importante destacar la importancia de encontrar el porcentaje adecuado de fibra en el
material compuesto. Un exceso de fibra puede disminuir la resistencia mecánica,
mientras que un porcentaje óptimo puede mejorar las características mecánicas a la
flexión y tracción. Por lo tanto, se enfatiza la necesidad de encontrar un equilibrio
adecuado para lograr un rendimiento óptimo del material compuesto
Palabras clave: Material compuesto, resina poliéster, tracción, totora.
Abstract:
This project focuses on the mechanical characterization of a composite material based
on polyester resin reinforced with reed particles. Tensile and bending tests were
carried out, following the ASTM D 3039 and ASTM D 7264 regulations, respectively,
for composite materials. The tests were carried out in the MTS universal testing
machine - model T 5002. It is extended that the configuration with a 20% volumetric
fraction of reed particulate fiber presents the best mechanical characteristics in
1
Universidad Particular Internacional Sek, Magister Diseño Producción y Automatización Industrial,
https://orcid.org/0000-0003-3310-9590
2 Universidad Particular Internacional Sek, Magister en Sistemas de Manufactura,
https://orcid.org/0000-0002-9523-0743
3 Universidad Particular Internacional Sek, Doctor Dentro Del Programa De Doctorado En Ingeniería
Rural, https://orcid.org/0000-0001-6739-7661
4 Universidad Particular Internacional Sek, Ingeniera Mecánica En Energía Y Control
5 Instituto Superior Tecnológico Kachariy, Magister En Administración Y Marketing,
https://orcid.org/0000-0002-8302-3413
Autor de correspondencia: jaime.molina@uisek.edu.ec
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Aprobado 27 junio 2023
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traction, while the configuration with 5% reed particulate fiber stands out in flexion. It
is important to highlight the importance of finding the right percentage of fiber in the
composite material. An excess of fiber can decrease the mechanical resistance, while
a maximum percentage can improve the mechanical characteristics in bending and
traction. Therefore, the need to find the right balance to achieve optimal performance
of the composite material is emphasized.
Keywords: Composite material, polyester resin, traction, totora
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Aprobado 27 junio 2023
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Introducción
Los materiales compuestos han despertado un creciente interés en diversas
aplicaciones debido a su combinación de propiedades mecánicas superiores y
versatilidad en el diseño. En este contexto, el presente estudio se centra en la
caracterización mecánica de un material compuesto basado en resina de poliéster
reforzado con partículas de totora. El Ecuador es un país con una exuberante
vegetación, según Yánez (Libro rojo de las plantas endémicas del Ecuador., 2023)
existen 4500 plantas endémica agrupadas en 184 familias y 842 géneros, entre ellas
se encuentra la totora (Schoenoplectus californicus). La totora es una fibra natural
abundante y económica.
Investigaciones previas realizadas en el campo han utilizado una gran
diversidad de fibras naturales, entre estas están: cabuya, totora, abacá, coco, palmas,
paja toquilla, algodón, lufa, seda, bambú, bejucos, pitigua, balsa, matapalo, caucho,
rampira, anona, batea, achiote, majagua, higuerón, ortiga, mimbre y bejuco real, por
lo tanto, el uso de refuerzos vegetales es prometedor en el país.
La presente investigación establecería un nuevo material compuesto a base
de resina de poliéster reforzado con fibra particulada dispersa de totora, buscando
mejores propiedades mecánicas en función de su composición volumétrica.
Con base a que un material compuesto es un sistema que combina las
propiedades y características de dos o más fases de materiales de distinta naturaleza
para generar propiedades superiores y diferentes a las de sus elementos
constituyentes (Mazón Ortiz & Vaca Ortega, 2017). Se consideran tres puntos
principales al momento de generar el material compuesto (Hull, 2021):
• Dos o más materiales distintos físicamente y diferentes propiedades.
• Se fabrican combinando diferentes materiales donde la dispersión es
controlada para alcanzar propiedades óptimas.
• Tienen mejores propiedades y en algunos casos únicas, al tratarse como
materiales separados.
Por otra parta las partículas que conforman el material compuesto poseen una
naturaleza dual en términos de propiedades mecánicas. Por un lado, son duras y
frágiles, mientras que, la matriz que las rodea es más blanda y dúctil (Besednjak
Dietrich, 2009). Este tipo de configuración presenta ventajas significativas en términos
de resistencia y rigidez del material compuesto.
Las partículas naturales, como las utilizadas en este estudio, presentan una
serie de propiedades atractivas que las convierten en una excelente alternativa como
refuerzo en materiales compuestos de matriz polimérica (García, 2009). Entre estas
propiedades se destacan su carácter renovable y biodegradable, lo cual es
beneficioso desde una perspectiva ambiental. Además, las partículas naturales son
comparativamente económicas en comparación con fibras de ingeniería
convencionales como el Kevlar o la fibra de vidrio. Así mismo, su bajo peso contribuye
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Aprobado 27 junio 2023
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a la reducción del peso total del material compuesto, lo que resulta especialmente
relevante en aplicaciones donde se busca optimizar la relación resistencia-peso (ver
tabla 1). Otro aspecto destacado, es su desempeño como aislante térmico y acústico,
lo cual, puede ampliar aún más las posibles aplicaciones del material compuesto. Por
último, las partículas naturales exhiben una alta resistencia a la tensión, lo que,
confiere al material compuesto una mayor capacidad para soportar cargas y resistir
deformaciones.
Tabla 1.
Ventajas y desventajas de utilizar partículas naturales como refuerzo en materiales
compuestos
Ventajas
Desventajas
Sostenibilidad
Baja Resistencia al agua
Generan un bajo consumo de CO2
Alta absorción de agua
Son Biodegradables
Baja estabilidad dimensional
Requieren un bajo consumo de energía
Pobre interfaz
No quedan residuos tóxicos la quemarlas
Dureza
Su densidad es baja
Dificultad en su procesamiento
Poseen buenas propiedades mecánicas
Calidad heterogénea
No son tóxicas ni abrasivas
Demanda y ciclos de suministros variables
Tienen bajo costo
Presentan alta flamabilidad
Nota. Baillie, C., & Jayasinghe, R. (2004).
La matriz está conformada de un material termoestable, mismos que se
caracterizan por ser normalmente isotrópicas, lo que, significa que sus propiedades
son idénticas en todas las direcciones (Besednjak Dietrich, 2009). Una de las
propiedades más distintivas de estos materiales es su respuesta al calor, ya que no
se funden al calentarlos, pero pierden su rigidez a la temperatura de distorsión térmica
(Ashby, 2018).
Es importante tener en cuenta que los polímeros termoestables no pueden ser
reciclados y reutilizados debido a que han experimentado modificaciones en su
estructura química y a nivel molecular. Sin embargo, pueden ser endurecidos o
curados mediante la aplicación de calor o dejándolos reposar a temperatura ambiente
(García, 2009). En el caso específico de las resinas de poliéster, se destacan por su
relación calidad-precio y su capacidad para combinarse con diversos tipos de refuerzo
(Avilés, 2016).
La figura 1 muestra el proceso de reacción de la resina de poliéster a través de
una polimerización acelerada por sales de cobalto. El tiempo de curado puede variar
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dependiendo de los porcentajes de catalizador, acelerante y temperatura utilizados
(Hull, 2021).
Figura 2.
Reacción Exotérmica
Nota. Gazechim Composites Ibérica (2017)
Metodología
La parte metodológica que abarca la preparación del material compuesto, la
caracterización de la resina de poliéster, y los ensayos de flexión y tracción para la
posterior caracterización mecánica del material compuesto.
Se inicia con la estratificación, que consiste en la superposición de capas o
divisiones. Se prepara una mezcla de resina y partículas de totora en proporciones
iguales, que se coloca en un molde de manera uniforme. La resina de poliéster se
impregna en las partículas de totora, asegurando una distribución homogénea. (Gil,
2012), en la tabla 2 se muestra el proceso de estratificación.
Tabla 2.
Esquema de Proceso por Estratificación
PROCESO POR ESTRATIFICACIÓN
Item
Etapas del proceso
Descripción
Imagen
1
Impregnación
Humectación de las
partículas
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2
Estratificación
Orientación refuerzo
3
Consolidación
Aplicar presión
Nota. Imágenes del proceso para la aplicación de resina y partículas de totora. Autores
La composición de las diferentes probetas se realiza a través del cálculo de la
fracción volumétrica, con el peso del material particulado de totora que va a ser
introducido en la resina. (Kalpakjian, 2002), para lo cual, se utiliza las ecuaciones 1,
2 y 3:
(1)
(2)
(3)
Donde:
es la fracción de volumen de las partículas
es la fracción de volumen de la matriz
,
,
son los volúmenes de matriz, compuesto y particulado respectivamente.
En la tabla 3 se muestra los porcentajes de fibra de totora.
Tabla 3
Porcentaje de totora en mm3 y gr
Porcentaje de
Totora
Ensayo Tracción
Volumen (mm3)
Ensayo Tracción
Peso (gr)
Ensayo Flexión
Volumen (mm3)
Ensayo Flexión
Peso (gr)
5%
0,78
0,064
0,42
0,034
10%
1,56
0,128
0,83
0,068
15%
2,34
0,193
1,25
0,103
20%
3,13
0,257
1,66
0,137
25%
3,91
0,321
2,08
0,171
30%
4,69
0,385
2,50
0,205
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Aprobado 27 junio 2023
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35%
5,47
0,449
2,91
0,239
Una vez obtenidas las probetas de material compuesto los ensayos de flexión
(figura 2) y tracción (figura 3), se lleva a cabo según la normativa ASTM D 7264 para
materiales compuestos. Estas probetas se someten a una carga en una máquina de
ensayos universales MTS - modelo T 5002.
Figura 2.
Dimensiones probetas ensayos de flexión.
Nota: Matriz para ensayos de tracción de material compuesto. (Standard Test Method
for Flexión Properties of Polymer Matrix Composite Materials, 2017)
Figura 3.
Dimensiones probeta ensayo de Tracción Material Compuesto
Nota. (Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite
Materials, 2017)
Es importante destacar que el proceso de solidificación de la mezcla de resina
y partículas de totora varía en un rango de 60 a 180 minutos, dependiendo de los
porcentajes de catalizadores y acelerantes utilizados. Este tiempo de solidificación es
crucial para el desarrollo adecuado de las propiedades del material compuesto.
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Aprobado 27 junio 2023
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Resultados y Discusión
Los ensayas a tracción y flexión, se realizan en probetas con diferente
concentración de fracción volumétrica de 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% y 35% de
partículas de totora, con la composición de material base de 1% de MEKP, 10% de
estireno y la variación de octanato de cobalto del 0.4%, 0.5% y 0.6%. En la tabla 4,
se muestran las probetas obtenidas.
Tabla 4
Compuesto de matriz poliéster reforzado con partículas de totora
Probeta
Imagen
Flexión
Tracción
La tabla 5, muestra el peso en gramos de las probetas de Poliéster sometidas
a tracción, con una concentración de 10% Estireno, 1% MEKP, variando únicamente
el porcentaje de Cobalto de 0,4%, 0,5% y 0,6%.
Tabla 5
Peso en gramos de las probetas de Poliéster con diferentes porcentajes
de cobalto
Código Probetas
Cobalto 0,4%
Cobalto 0,5%
Cobalto 0,6%
P1
16,03
16,01
15,99
P2
16,00
16,00
15,98
P3
16,02
15,99
16,00
P4
16,03
16,02
16,02
P5
16,02
16,01
15,98
La tabla 6, muestra los resultados obtenidos de los ensayos a tracción de las
probetas de Poliéster, con una concentración de 10% Estireno, 1% MEKP, variando
únicamente el porcentaje de Cobalto de 0,4%, 0,5% y 0,6%.
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Tabla 6
Esfuerzo Último a tracción de Resina de Poliéster (MPa)
Código
Probetas
Cobalto 0,4%
Cobalto 0,5%
Cobalto 0,6%
P1
22,69
22,61
19,44
P2
11,74
20,27
21,66
P3
24,66
18,48
22,86
P4
22,56
22,17
12,45
P5
22,66
21,14
20,54
En la tabla 7, se presenta el peso de las probetas de material compuesto a
base de resina de Poliéster con las diferentes concentraciones de factor volumétrico
de fibra particulada de totora para el ensayo de tracción.
Tabla 7
Peso en gramos de las probetas de Poliéster con las diferentes fracciones volumétricas de partícula
de totora (FVT).
Peso Probetas en gramos (gr)
Código Probetas
5%FVT
10%FVT
15%FVT
20%FVT
25%FVT
30%FVT
35%FVT
P1 Co 0,5%
15,43
14,76
14,39
13,78
13,41
12,68
12,65
P2 Co 0,5%
15,35
14,85
14,17
13,64
13,34
12,91
12,54
P3 Co 0,5%
15,48
14,79
14,32
13,86
13,28
12,93
12,47
P4 Co 0,5%
15,38
14,75
14,23
13,88
13,26
12,86
12,35
P5 Co 0,5%
15,29
14,90
14,11
13,65
13,32
12,90
12,32
Promedio Peso (gr)
15,39
14,81
14,24
13,76
13,32
12,86
12,47
En la tabla 8, se muestran los resultados de cada ensayo a tracción realizado
por probeta en las diferentes configuraciones de factor volumétrico de partícula de
totora.
Tabla 8
Esfuerzo Último Tracción por cada ensayo y factor volumétrico de partícula de totora (FVT).
Resistencia a la Tracción (MPa)
Código Probetas
5%FVT
10%FVT
15% FVT
20% FVT
25% FVT
30% FVT
35% FVT
P1 Co 0,5%
24,68
23,28
23,51
23,59
20,96
13,29
8,55
P2 Co 0,5%
22,83
23,22
23,45
23,62
21,06
12,81
6,73
P3 Co 0,5%
22,85
23,31
23,55
23,60
20,93
13,13
6,81
P4 Co 0,5%
22,84
23,38
23,48
23,57
21,44
12,65
6,39
Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 46-60
55
P5 Co 0,5%
22,83
23,31
23,56
23,60
21,15
13,00
7,85
En la tabla 9, se presenta el peso de las probetas sometidas a ensayo de
flexión de material compuesto a base de resina de Poliéster con fibra particulada de
totora.
Tabla 9
Peso de probetas de material compuesto para ensayo de flexión a diferentes fracciones
volumétricas de partícula de totora (FVT)
Peso en gramos (gr)
Código Probetas
5%FVT
10%FVT
15%FVT
20%FVT
25%FVT
35%FVT
P1 Co 0,5%
8,34
7,93
7,51
7,31
7,11
6,68
P2 Co 0,5%
8,22
7,88
7,59
7,39
7,15
6,71
P3 Co 0,5%
8,26
7,95
7,65
7,32
7,04
6,58
P4 Co 0,5%
8,18
7,84
7,62
7,37
7,18
6,65
P5 Co 0,5%
8,16
7,87
7,58
7,29
7,01
6,63
Peso Promedio (gr)
8,23
7,89
7,59
7,34
7,10
6,65
En la tabla 10, se muestran los resultados de cada ensayo a flexión realizado
por probeta en las diferentes configuraciones de factor volumétrico de partícula de
totora.
Tabla 10
Esfuerzo a flexión por cada ensayo y factor volumétrico de partícula de totora (FVT)
Resistencia a la Flexión (MPa)
Código Probetas
5%FVT
10% FVT
15% FVT
20% FVT
25% FVT
35% FVT
P1 Co 0,5%
6,76
4,85
4,73
5,48
4,72
4,46
P2 Co 0,5%
6,66
4,71
4,58
4,85
4,56
4,30
P3 Co 0,5%
7,68
4,77
4,75
4,86
4,66
4,39
P4 Co 0,5%
6,92
4,82
4,70
4,76
4,69
4,43
P5 Co 0,5%
6,98
4,75
4,62
4,66
4,59
4,33
La figura 4, representa el diagrama de resistencia a la tracción del material
compuesto en función de la deformación unitaria (MPa). Se realizaron 5 ensayos
utilizando la configuración de 1% de MEKP, 10% de estireno y 0,5% de cobalto. En la
mayoría de los ensayos, se observa que la deformación unitaria alcanza
aproximadamente 0,025, lo cual, indica un mejor comportamiento del material en esta
configuración. Se destaca que la zona plástica es mayor que la zona elástica, con un
esfuerzo a la tracción en el rango de 15 a 25 MPa. Además, las gráficas muestran
una tendencia estable y similar entre sí.
Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 46-60
56
Figura 4.
Diagrama Resistencia Promedio a la Tracción – Número Ensayos
La figura 5, presenta el diagrama de resistencia a la tracción del material
compuesto en función de la deformación unitaria (MPa). Se realizaron 5 ensayos
utilizando la configuración de 1% de MEKP, 10% de estireno y 0,6% de cobalto, en
los ensayos, se observa que la deformación unitaria alcanza aproximadamente 0,02,
mientras que el esfuerzo a tracción varía en el rango de 10 a 25 MPa.
Figura 5.
Diagrama Resistencia Promedio a la Tracción – Número Ensayos
La figura 6, muestra el diagrama Resistencia a la Tracción (MPa) Vs.
Porcentaje de partícula de totora en cada configuración de probetas de resina de
Poliéster y totora, donde se observa que al 5% de factor volumétrico de partícula de
totora la resistencia es de 23,21 MPa, con un aumento progresivo hasta al 20% de
factor volumétrico, donde el valor máximo de resistencia a la tracción es de 23,60
MPa. A partir de este punto la resistencia de las probetas sometidas a tracción
disminuye teniendo su punto más bajo al 35% de factor volumétrico con 7,27 MPa, es
decir, mientras más presencia de fracciones volumétricas de partícula de totora (FVT),
su resistencia a la tracción disminuye y su peso en gramos se vuelve más liviano, sin
embargo, en estudios realizados por de la Cruz, Chamorro, Córdoba (2021), se puede
mencionar que un factor para que esta tendencia se dé, puede ser debido a la
Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 46-60
57
densidad de la totora, el cual, influye en la utilidad de la fibra para su uso, además,
para explicar esta tendencia se debe tomar en cuenta un estudio de composición
estructural, que generaría una mayor explicación sobre el fenómeno de aumento de
FVT y disminución de resistencia a la tracción, ya que, según estudios realizados por
(Tapia, Paredes, Simbaña y Bermudez, 2006), (Majewski y Bledzki, 2013) (Suarez,
Restrepo, Quinchia y Mercado, 2017). La composición estructural permite establecer
la resistencia mecánica, y considerar una proporción adecuada de fibras vegetales
como aditivo para la elaboración de materiales (de la Cruz, Chamorro, Córdoba, 2021
Figura 6.
Diagrama Resistencia a la Tracción – Porcentaje de partícula de Totora
La figura 7, muestra el diagrama de resistencia a la flexión (MPa) en función
del porcentaje de partícula de totora en las diferentes configuraciones de probetas de
resina de poliéster y totora. Se observa que, a un 5% de fracción volumétrica de
partícula de totora, se alcanza la resistencia máxima de 7 MPa, siendo este el valor
más alto registrado. A partir de este punto, la resistencia disminuye gradualmente, y
a un 20% de fracción volumétrica se obtiene el segundo valor máximo de resistencia,
con 4,92 MPa. En cambio, a un 35% de fracción volumétrica, se registra el menor
esfuerzo de todas las configuraciones, con 4,38 MPa. Estos resultados indican que el
porcentaje de partícula de totora influye significativamente en la resistencia a la flexión
del material compuesto, destacando la configuración con un 5% de fracción
volumétrica como la de mayor resistencia, sin embargo, la composición de FVT del
10% al 35% no presenta una variación amplia de resistencia a la flexión, y según
estudios de Amar, Manjusri & Lawrence, (2005) los materiales compuestos de matriz
de resina reforzados con fibra que tienen una alta relación de resistencia a peso y de
rigidez a peso se han vuelto importantes en aplicaciones sensibles al peso, como
aviones y vehículos espaciales (Vilañez, 2020, p. 17), adicional dentro del proceso de
fabricación de materiales compuestos, se observan varios estudios que utilizan como
Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 46-60
58
matriz a polímeros como el polietileno, polipropileno, cloruro polivinílico o resinas
termoestables por sus características de dureza y bajo costo (Mejia, 2017, p. 5),
Figura 7.
Diagrama Resistencia a la Flexión – Porcentaje de partícula de Totora
La figura 8, presenta la desviación estándar del módulo de elasticidad
longitudinal para los distintos factores volumétricos de totora. Se observa que el valor
máximo de desviación estándar es de 2,5 GPa, correspondiente al 35% de factor
volumétrico de totora. Por otro lado, el valor mínimo de desviación estándar se registra
en 1,25 GPa para un factor volumétrico del 30% de totora. Los demás valores se
encuentran dentro de la media establecida. Estos resultados indican que el porcentaje
de factor volumétrico de totora tiene un impacto en la variabilidad del módulo de
elasticidad longitudinal, siendo el 35% de factor volumétrico el que presenta la mayor
variabilidad y el 30% el que muestra la menor variabilidad en los datos.
Figura 8.
Desviación Estándar Módulo de Elasticidad Longitudinal
Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 46-60
59
Conclusiones
Se determinó que el porcentaje adecuado de cobalto en la mezcla para
preparar el material base es del 0,5%. Valores superiores de cobalto provocan
fragilidad en las probetas, lo que resulta en una fácil ruptura, mientras que valores
inferiores generan rigidez y pérdida de elasticidad en el material compuesto.
En cuanto a la resistencia a la tracción, se observó que el material compuesto
con una fracción volumétrica de fibra particulada de totora del 20% exhibió la mayor
resistencia, alcanzando un valor de 23,60 MPa. Esta configuración específica
demostró una mayor capacidad para soportar cargas antes de experimentar
deformación o fractura.
Por otro lado, en el ensayo de flexión, se determinó que la configuración con
un 5% de fracción volumétrica de fibra particulada de totora mostró la mayor
resistencia, con un valor de 7,00 MPa. Esto indica que dicha configuración posee una
mayor capacidad para resistir fuerzas aplicadas en una dirección perpendicular al eje
del material compuesto.
En general, el material compuesto con un 20% de fracción volumétrica de fibra
particulada de totora exhibió las mejores características mecánicas tanto en términos
de resistencia a la tracción como a la flexión. Esta configuración específica logró un
equilibrio óptimo entre resistencia y flexibilidad, lo que lo convierte en una opción
favorable para aplicaciones que requieran propiedades mecánicas destacadas.
Es importante destacar la importancia de encontrar el porcentaje adecuado de
fibra en el material compuesto. Un exceso de fibra puede disminuir la resistencia
mecánica, mientras que un porcentaje óptimo puede mejorar las características
mecánicas a la flexión y tracción. Por lo tanto, se enfatiza la necesidad de encontrar
un equilibrio adecuado para lograr un rendimiento óptimo del material compuesto.
Recibido: 4 junio 2023
Aprobado 27 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 46-60
60
Referencias
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Ejercito, Centro de Postgrado.
Vilañez, P., (2020). Caracterización de las Propiedades Mecánicas de un Material
Compuesto Fabricado con Matriz de Resina Epóxica y Refuerzo de Fibra
Natural de Totora. Escuela Politacnica del Ejercito, Centro de Postgrado
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
61
Análisis de los parámetros de atomización en inyectores crdi2
según su mantenimiento
Analysis of the parameters of spraying in crdi2 injectors according to their
maintenance
Guillermo Gorky Reyes Campaña
1
, Denny Javier Guanuche Larco
2
, Stalin Morocho
Perez
3
, Adonis Núñez Garcia
4
, Charles Ariel Silva Hinojosa
5
Resumen:
Las exigencias con respecto al control de emisiones contaminantes cada vez son más
estrictas conforme avanza la tecnología. Al hablar de un sistema diésel, en lo primero
que se piensa es en la contaminación que generan estos vehículos, para contribuir al
cuidado ambiental es importante mantener la operación del vehículo en óptimas
condiciones, esto implica una correcta atomización del combustible, de ahí la
importancia de realizar un análisis por etapas del inyector para que trabaje de la mejor
manera posible resultando en un excelente proceso de combustión. Es necesario
aplicar dos tipos de métodos, para analizar la atomización antes y después del
mantenimiento se aplica un método inductivo y se incluye el método cuantitativo para
el estudio de los datos números obtenidos en el equipo de diagnóstico. El ángulo de
atomización varia notablemente luego del mantenimiento, esto debido a que en un
principio los orificios de la tobera pueden estar obstruidos y algunos de sus elementos
internos dañados, para que la dispersión del diésel sea homogénea en el interior del
cilindro es fundamental mantener estos componentes en correcto estado y de ser el
caso reemplazarlos. Los grados del ángulo de atomización en la ruptura secundaria
aumentaron después del tratamiento a cada una de las partes internas del inyector,
así mismo se remplazó el anillo de teflón y válvula pues no se encontraban en buen
estado.
Palabras clave: atomización, dispersión, ruptura secundaria
1
Universidad Internacional del Ecuador, Magister en Sistemas Automotrices, Doctorado en
Educación Superior, https://orcid.org/0000-0002-7133-9509
2
Universidad Internacional del Ecuador, Magister en Sistemas Automotrices, Doctorado en
Educación, https://orcid.org/0000-0001-7376-0105
3
Universidad Internacional del Ecuador, Estudiante de Ingenieria Automotriz, https://orcid.org/0009-
0000-4063-3679
4
Universidad Internacional del Ecuador, Estudiante de Ingenieria Automotriz, https://orcid.org/0009-
0001-1078-8984
5
Universidad Internacional del Ecuador, Estudiante de Ingenieria Automotriz, https://orcid.org/0009-
0008-4596-7166
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
62
Abstract:
The requirements regarding the control of polluting emissions are becoming stricter as
technology advances. When talking about a diesel system, the first thing that comes
to mind is the pollution generated by these vehicles, to contribute to environmental
care it is important to operate the vehicle in optimal conditions, this implies a correct
atomization of the fuel, hence the importance of carry out a phased analysis of the
combustion injector so that it works in the best possible way, resulting in an excellent
process. It is necessary to apply two types of methods, to analyze the atomization
before and after maintenance, an inductive method is applied and the quantitative
method is included for the study of the data numbers obtained in the diagnostic
equipment. Results: The atomization angle varies safely after maintenance, this is due
to the fact that initially the nozzle holes may be clogged and some of its internal
elements damaged, so that the diesel dispersion is homogeneous inside the cylinder.
It is essential to keep components in correct condition and, if this is the case, replace
them. The degrees of the angle of atomization in the secondary rupture increase after
the treatment to each one of the internal parts of the injector, likewise the teflon ring
and the valve were replaced because they were not in good condition.
Keywords: atomization, dispersion, secondary rupture.
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
63
Introducción
Los vehículos que circulan a nivel nacional son diferentes procedencias, esto
implica que muchos de ellos cuenten con distintas calibraciones, para condiciones
ideales de funcionamiento. A medida que el vehículo genera sus periodos de
funcionamiento, el performance de torque, potencia y consumo tiende a alterarse en
algunos elementos que conforman el sistema de inyección, como es el caso del
inyector, en el cual, se presentan desgastes de los elementos neumáticos-mecánicos,
por tal motivo, existen diferentes tipos de laboratorios que analizan el estado y las
condiciones en las que se encuentra un inyector, para luego, proceder con un método
de calibración, que en este elemento funge como reparación.
Hablar de un sistema diésel, es sinónimo de contaminación, sin embargo, al
encontrarse en óptimas condiciones de funcionamiento puede contribuir al cuidado
ambiental, pero, lograr esto implica una correcta atomización del combustible, de ahí
la importancia de realizar un análisis por etapas del inyector en un laboratorio
especializado para establecer periodos de mantenimientos en base a los resultados
obtenidos.
La presente investigación trata del mantenimiento y reparación de un inyector
de la marca Bosch, para lo cual, se realizará un análisis previo del estado del
componente, luego del cual, se buscó determinar las posibles fallas que afectan su
funcionamiento y definir el tipo de mantenimiento adecuado para lograr un óptimo
parámetro de atomización del combustible dentro de la cámara de combustión, en
busca de una correcta explosión que no genere combustiones incompletas, que
propicien un exceso de emisiones de gases contaminantes.
Conforme el avance tecnológico, las exigencias sobre la emisión de gases
contaminantes son cada vez más estrictas, por ello en la actualidad muchos de los
sistemas del motor están diseñados para reducir los óxidos de nitrógeno, monóxido
de carbono e hidrocarburos sin quemar, tal es el caso del inyector.
Los inyectores pueden trabajar en condiciones ideales con otras partes del
sistema de inyección para lograr la alta presión que proporciona la
atomización correcta (Yacelga y Pinto, 2022). En las pruebas de laboratorio se puede
determinar que en los inyectores Common Rail no existe una reparación establecida
para sus componentes internos, debido a las dimensiones de las piezas y precisión,
por lo que si un inyector está en deterioro extremo se procede al cambio completo sin
la intervención de ningún tipo de mantenimiento (Vilánez, Sacancela, 2017) para
asegurar una correcta pulverización y direccionamiento del chorro de combustible
(Reyes, 2018).
Debido a la alta presión con la que trabaja el sistema de inyección diésel y la
eficiente atomización, se aumenta el par y potencia en todo rango de revoluciones
(Almendariz y Naranjo, 2022). La forma en cómo se descarga el combustible se le
conoce como patrón de atomización, que va a depender de la presión del inyector,
del número, tamaño y ángulo de los orificios que exista en la tobera, estos factores
influyen en la forma y longitud de atomización (Coral, 2013) para lograr desempeñar
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
64
un papel importante en el rendimiento óptimo de los motores a combustión interna
(Mora, Altamirano, Guasumba, y Cabascango, 2022)
Para determinar la atomización del inyector según su mantenimiento, es
necesario aplicar un método inductivo, además, se incluye el método cuantitativo que
permite trabajar con los datos numéricos hallados en el equipo de diagnóstico. Se
obtienen los primeros datos cuando se realiza la fase de prueba al inyector sin que
haya recibido ningún tipo de mantenimiento previo. En el inyector se analiza el ángulo
que genera la atomización, en cada una de las etapas los valores van a cambiar, tanto
pulso de inyección como atomización.
Una correcta atomización requiere alta presión de inyección de combustible,
diámetro pequeño del orificio del inyector, viscosidad óptima del combustible y alta
presión de aire en el cilindro al momento de la inyección. La velocidad y la eficiencia
de evaporación de las gotas de combustible están influenciadas por varios factores,
que incluyen el tamaño y la distribución de las gotas, la presión y la temperatura dentro
de la cámara, así como la volatilidad del combustible (Heywood, 1998), también las
características de diseño del inyector, como el número y la disposición de los orificios,
son primordiales en la formación del patrón de pulverización del combustible. Cada
uno de los orificios de la boquilla contribuye a determinar el ángulo de dispersión del
cono de pulverización (Ren y Li, 2016).
Metodología
En primera instancia se aplica el método inductivo, con el cual, se analiza cómo
será la atomización que genera el inyector según las etapas de mantenimiento o
calibración de ser el caso, siendo necesario incluir el método cuantitativo pues permite
el estudio de valores numéricos a obtener en el equipo de diagnóstico para los
diferentes estados del inyector (Amaya, 2020).
El estudio se realizó en un inyector de la marca BOSCH, sus características,
la serie del inyector y el vehículo al cual puede ser aplicado se encuentran detalladas
en la tabla 1
Tabla 1
Aplicación del inyector en el vehículo
INYECTOR
APLICACIÓN
BOSCH
0445110293
Marca
Modelo
Motor
Cilindros
Normas de emisión
Bomba
Tobera
Great Wall
Gingle
GW2.8TC
4
EURO III
CP3, CP1H
DLLA150P1666
Nota. Cabezas y Freire, 2018
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
65
Atomización del inyector CRDI
Para llevar a cabo el proceso de combustión, el combustible debe mezclarse
con el aire a altas temperaturas y evaporarse en el interior del cilindro, el primer paso
a tomar en cuenta es el parámetro de atomización, que consiste en pasar de una
columna líquida a un chorro integrado por gotas diminutas para que la evaporación
sea más eficiente (Borrego, 2018). Bajo las condiciones de inyección del motor Diesel,
el chorro de combustible generalmente forma un rociado en forma de cono en la salida
de la tobera. Este tipo de comportamiento se clasifica como régimen de ruptura de la
atomización y produce gotas con tamaños muy inferiores al diámetro de salida de la
tobera (Vergel, Pietro y Orejuela, 2020)
Los procesos de pulverización y atomización se describen como un fenómeno
de flujo multifásico que involucra una fase líquida en forma de gotitas y ligamentos, y
la fase gaseosa representada como un cono continuo. El proceso de rociado
generalmente se inicia como resultado de la descarga de combustible líquido a alta
presión desde una boquilla inyectora. Este proceso consta de dos etapas, la
atomización o ruptura primaria consiste en la rotura de la vena líquida en gotas más
pequeñas, mientras que la atomización secundaria consiste en la disgregación de las
gotas ya existentes en gotas más diminutas como se muestra en la figura 1.
Figura 1
Atomización de combustible
Nota. Proceso de atomización del chorro diésel en etapa primaria
y secundaria, Chávez, 2013
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
66
Ángulo de pulverización
Para efectuar el cálculo del ángulo de pulverización es necesario obtener las
siguientes variables de la figura 2.
Figura 2
Proceso de atomización del chorro diésel en etapa primaria y secundaria
En donde:
• =
• =
• = á
• = á
• = á sio
• =
• α= ángulo de cono
Nota. Valores por tomar en cuenta para el proceso de cálculo de pulverización. Autores
Ecuación del ángulo de dispersión:
(1)
Equipo de diagnóstico
El equipo de la figura 3, se utiliza para realizar las pruebas respectivas, con la
finalidad de determinar el estado del inyector y tomar en cuenta los mantenimientos o
calibraciones, además, permite la toma de datos para el cálculo del ángulo de
atomización. El equipo de diagnóstico requiere la reparación de las toberas e
inyectores, pues permite la evaluación de funcionamiento bajo condiciones como
ralentí y plena carga (Bosch, 2014).
Figura 3
Equipo de diagnostico
Nota. Bosch, 2014
Fluido de prueba
El fluido ISO 4113 utilizado para calibraciones de inyectores y bombas diesel,
“es un aceite mineral de baja viscosidad, formulado con un conjunto de aditivos para
la calibración y protección temporal de los sistemas de alimentación de combustible
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
67
en los motores diésel” (Dokumen, p. 1), a continuación, en la tabla 2, se indican las
propiedades físico-químicas más importantes que contiene el fluido.
Tabla 2
Propiedades físico-químicas del fluido
ISO 4113
Unidad
Valor
Apariencia
Densidad, 15°C
Viscosidad cinemática, 40°C
Punto de llama
Punto de fluidez
---
g/ml
cSt
°C
°C
Blanquecino claro
0,825
2,62
84
< - 30
Nota. Valores y características del fluido a utilizar. Castrol, 2014
Para calcular el ángulo de pulverización del inyector es indispensable realizar
las comprobaciones eléctricas para descartar problemas en la bobina en caso de ser
un inyector inductivo. El proceso que se debe seguir se describe en la figura 4.
Figura 4
Pasos para la revisión del inyector
Nota. Diagrama de proceso para revisión del ángulo de pulverización en un inyector. Autores
Recibido: 25 mayo 2023
Aprobado 28 junio 2023
Volumen 2. Número 1. Año 2023, p. 61-77
68
Resultados y Discusión
Prueba de resistencia y aislamiento
La serie del inyector de la marca BOSCH es la siguiente. CRI2.1: Bosch
0445110293
Tabla 3
Resultados de prueba de resistencia y aislamiento
Inyector
Resistencia
Aislamiento
Voltaje de
prueba
Pin 1
Pin 2
Bosch 0445110293
0.4 Ω
500 V
20.5 GΩ
10 GΩ
Nota. Autores
Prueba de estanqueidad
Una vez que se verifique el óptimo funcionamiento eléctrico del inyector, se
procede a realizar la prueba de estanqueidad en el comprobador mecánico. El equipo
de diagnóstico también es capaz de realizar esta prueba que consiste en asegurar la
ausencia de fugas en el inyector.
La tabla 4 muestra el diagnostico de estanqueidad del inyector a una presión
de 4000 PSI, luego de aplicar la presión la pluma del comprobador mecánico debe
bajar lentamente, si la presión cae enseguida, implicaría que hay retorno excesivo y
por tanto fuga del fluido.
Tabla 4
Resultado de la prueba de estanqueidad
Presión
Inyector
Diagnóstico
4000 PSI
0445110293
NO PASA
Nota. Autores
INYECTOR BOSCH 0445110293
El inyector Bosch 0445110293 aprobó las comprobaciones eléctricas, pero
presenta inconvenientes en la prueba de estanqueidad realizado en el equipo
mecánico.
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Aprobado 28 junio 2023
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Tabla 5
Valores estándar y resultados antes del mantenimiento
Nombre
activación
(µs)
Presión
(MPa)
Tiempo
(s)
Caudal inyección
Caudal retorno
Valor
nominal
(
Valor
real
(
Valor
nominal
(
Valor
real
(
Leak
0
155
200
--- ± ---
---
40,0 ±
40,0
128,43
VL
800
145
90
52,4 ±
8,0
---
38,0 ±
20,0
---
EM5789
630
60
40
12,8 ±
4,8
---
--- ± ---
---
LL
695
30
40
4,6 ± 3,5
---
--- ± ---
---
VE
295
60
40
2,1 ± 1,8
---
--- ± ---
---
Nota. Autores
Como se observa en los resultados de la tabla 5, el inyector no pasa la prueba
de estanqueidad y de esta manera se confirma el resultado obtenido en el
comprobador mecánico. Si se verifica que existe una medida que exceda el límite de
retorno, se suspenden las siguientes pruebas y se procede al desarmado del inyector
para las revisiones técnicas. El despiece del inyector Bosch 0445110293, se lo realiza
por etapas, las cuales, se encuentran detalladas en la tabla 6
Tabla 6
Etapas para el desarmado del inyector
ETAPA II
ETAPA III
ETAPA I
Tapa de la tobera
Activación de la parte eléctrica
Ajuste tuerca de la
válvula
• Tapa de la tobera
• Tobera
• Pin guía de la tobera
• Aguja de la tobera
• DNH
• Guía de la tobera
• Muelle para la
tensión de la tobera
• DFK
• Bobina
• VFK
• Muelle para la tensión
de la bobina
• UEH
• Inducido
• Muelle del inducido
• RLS
• VSS
• Bulón del
inducido
• Válvula
• AH
• Esfera y porta
esfera
• Vástago
• Anillo de teflón
Nota. Autores
Las causas para el exceso de retorno pueden deberse a falla en la esfera-porta
esfera, anillo de teflón, vástago, válvula y tobera, tal como lo expone (Asqui, 2021) en
su investigación, que un mantenimiento adecuado de los inyectores mejora la
optimización y rendimiento del motor. Por lo tanto, estos elementos pasan al
microscopio para realizar una inspección visual más precisa y exacta con el fin de dar
solución al problema de estanqueidad. El cuadro de diagnóstico se tiene en la tabla 7
junto con los valores de calibración para los anillos.
Evaluación
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Tabla 7
Observación, soluciones y calibraciones
Elemento
Observación
Solución
Importante
Esfera y porta esfera
Desgaste normal
Pulir lija 1200
---
Anillo de teflón
Desgaste
excesivo
Reemplazar
---
Vástago
Rayaduras
Limpieza con
pomada
---
Válvula
Desgaste
excesivo
Reemplazar
Verificar que no haya
bloqueo de los orificios
Tobera
Desgaste normal
Limpieza
---
CALIBRACIÓN
Anillo
Valor estándar para prueba
con reloj palpador
AH
RLS
DNH
0.045 mm – 0.056 mm
0.06 mm ± 0.01 mm
0.025 mm ± 0.05 mm
Nota. Autores
Prueba en el equipo de diagnóstico después del mantenimiento
Luego de la limpieza, reemplazo y calibración de los elementos del inyector, se
realiza nuevamente la prueba en el equipo de diagnóstico y los resultados se
muestran en la tabla 8.
Tabla 8
Valores estándar y resultados después del mantenimiento
Nombre
del paso
Duración
activación
(µs)
Presión
(MPa)
Tiempo
medición
(s)
Caudal inyección
Caudal retorno
Valor
nominal
(
Valor
real
(
Valor
nominal
(
Valor
real
(
Leak test
0
155
200
--- ± ---
---
40,0 ±
40,0
10,57
VL
800
145
90
52,4 ±
8,0
46,20
38,0 ±
20,0
24,78
EM
630
60
40
12,8 ±
4,8
11,96
--- ± ---
---
LL
695
30
40
4,6 ± 3,5
4,05
--- ± ---
---
VE
295
60
40
2,1 ± 1,8
1,00
--- ± ---
---
Nota. Autores
Angulo de atomización
A la hora de estudiar el ángulo del chorro hay que tener cierta precaución ya
que su determinación ni es universal, ni es fácil de definir, por lo que se trata de una
medida relativamente imprecisa y heterogénea. Así, la determinación del ángulo de
chorro puede estar afectada por aspectos tan diversos como: la técnica de
visualización utilizada, la intensidad y homogeneidad de la iluminación, criterio de
obtención a partir del contorno del chorro, las fluctuaciones que pueda tener ese
contorno, etc. Todos estos factores tienen como consecuencia que la medida de
Evaluació
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ángulo sea relativamente imprecisa y poco comparable de un autor a otro (Cabezas
y Freire, 2018, p. 37). El ángulo de atomización se calcula en base a la ecuación 1,
para hallar cada una de las variables se utilizó el programa GeoGebra clásico, de esta
manera se obtienen las medidas para el cálculo respectivo.
Inyector antes del mantenimiento
El programa automáticamente calcula el ángulo entre los segmentos, en la
figura 5, se tiene el ángulo de atomización en la ruptura secundaria de todos los
chorros.
Figura 5
Ángulos de atomización secundaria antes del mantenimiento
Nota. Autores
Se calcula el mismo ángulo del chorro “A” de la izquierda con la ecuación 2 y
con los datos de los segmentos que aparecen en el mismo programa.
Figura 6
Variables de GeoGebra
Nota. Datos proporcionados por el
programa GeoGebra utilizados en
el cálculo del ángulo de pulverización.
Autores
A
A
B
B
C
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Cálculo del ángulo A, utilizando las variables del programa GeoGebra
(2)
°
Como se puede evidenciar el valor que se calculó numéricamente es igual al
valor encontrado por GeoGebra, al ser el margen de error de cero o mínimo, el resto
de los ángulos se calculan con la aplicación y se encuentran en la tabla 9.
Inyector después del mantenimiento
Al igual que el caso anterior, el programa automáticamente calcula el ángulo
entre los segmentos, en la figura 7, se tiene el ángulo de atomización en la ruptura
secundaria de todos los chorros.
Figura 7
Ángulos de atomización secundaria después del mantenimiento
Nota. Autores
Se calcula el mismo ángulo del chorro A de la izquierda con la ecuación 3 y
con los datos de los segmentos que aparecen en el mismo programa
A
A
B
B
C
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Figura 8
Variables de GeoGebra
Nota. Datos proporcionados por el
programa GeoGebra utilizados en
el cálculo del ángulo de pulverización.
Autores
Cálculo del ángulo A, utilizando las variables del programa GeoGebra
(3)
°
Como el margen de error es mínimo, los demás ángulos se calculan
automáticamente con GeoGebra y se encuentran en la tabla 9.
Tabla 9
Recopilación de ángulos de atomización secundaria
MANTENIMIENTO
Antes
Atomización
Ángulo de dispersión
Izquierda
Derecha
A
B
5,62°
10,51°
6,71°
9,03°
C
Central
18,7
Después
Atomización
Ángulo de dispersión
Izquierda
Derecha
A
B
11,47°
11,69°
11,23°
11,76°
C
Central
17,88
Nota. Autores
Como se puede ver en la tabla 9, los valores del antes y después varían de
manera considerable, esto debido al mantenimiento que se realizó en el inyector,
como la limpieza, calibración en el proceso de armado y el cambio de partes internas
que no servían como el anillo de teflón y la válvula.
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Figura 9
Ángulos de atomización secundaria antes y después del mantenimiento
Fuente: Autores
Los ángulos de dispersión antes del mantenimiento son bajos y claramente
luego del mantenimiento aumentan, lo que determina que el área de penetración
porcentual mejora en la pre-inyección y post-inyección (Barrera, 2020), esto implica
una atomización más homogénea en el interior del cilindro, además, a simple vista en
la figura 7, la pulverización no tiene un gran alcance ni una buena dispersión, razón
por la cual los ángulos son menores.
Conclusiones
El proceso para la revisión y posterior reparación lleva un orden a seguir,
siempre antes de montar en cualquier equipo de diagnóstico, es necesario realizar las
comprobaciones eléctricas como medida de resistencia, aislamiento, etc. Cuando el
inyector pasa estas comprobaciones se procede a instalar en el equipo para las
pruebas según el tipo de marca.
En el equipo de diagnóstico se puede saltar la prueba de estanqueidad en caso
de no aprobar, esto con el fin de analizar el parámetro de atomización en plena carga
y tener la comparativa de un inyector antes de cualquier mantenimiento y con
problemas de retorno.
Una de las posibles causas para que el inyector no pase la prueba de
estanqueidad es la falla interna de algunos de sus componentes, como porta-esfera,
esfera, anillo de teflón, vástago, válvula y tobera. Es necesario realizar una inspección
visual precisa, por lo que con ayuda de un microscopio se determina el origen del
5,62
11,47
104,09%
10,51
11,69
11,23%
12
17,88
49,00%
6,71
11,23
67,36%
9,03
11,76
30,23%
I D I D A U M E N T O I D I D A UM E N T O A N T E S DE S P U E S A U M E N T O
A N T E S D E S P UE S A N T E S D E S P UE S
A B C
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problema y los tratamientos para mejorar el estado de los elementos que aún pueden
seguir en operación.
El ángulo de atomización varia notablemente, como se midió antes del
mantenimiento y después del mismo, se puede ver el cambio en los grados. Los
ángulos antes de cualquier tratamiento son inferiores, varias son las causas para que
esto suceda, primero es que al no tener una limpieza los orificios de la tobera se
encuentran obstruidos y es la causa principal, además como se omite la prueba de
estanqueidad, los elementos internos pueden estar defectuosos y eso influye
negativamente en los grados de atomización que a la final en la ruptura secundaria
de la atomización no van a alcanzar a homogenizar todo el interior del cilindro para
una correcta combustión.
Una vez que se realice cualquier tratamiento en el inyector y verificado que
apruebe todas las revisiones en el equipo de diagnóstico, se analiza el parámetro de
atomización, y según los resultados obtenidos el ángulo aumenta, esto debido al
tratamiento que se le da a los elementos internos en el proceso de armado. Cuando
un inyector no pasa la prueba de estanquidad se suspenden las siguientes, se
desmonta y se desarma, al final de este proceso, la revisión es fundamental para
descartar piezas en mal estado y siempre es necesario la limpieza o tratamiento de
todas las demás piezas así no se cambien, estos procesos van a beneficiar en el
aumento de los grados de atomización. Además, en el proceso de armado hay que
tener la carta de reparación del inyector para la calibración de los anillos.
El anillo de teflón y la válvula del inyector se reemplazó debido al desgaste
excesivo y eran el problema de la causa de retorno excesivo, los tratamientos
secundarios contribuyen en la mejora del funcionamiento. Luego de la limpieza de los
orificios de la tobera se consigue como ventaja una pulverización perfecta y el
beneficio va a ser una combustión completa.
El mantenimiento de la tobera es importante y ante la presencia de cualquier
tipo de falla en el proceso de combustión como la de humos en el escape, tanto negra
como blanca, así como el aumento de consumo o perdida de potencia en el motor.
Se tiene que desmontar para una limpieza y después probar la pulverización, si no se
logra una correcta atomización no se podrá quemar el combustible en su totalidad,
pues es fundamental la microgota, como buena pulverización, para dar forma a una
combustión lo mas perfecta posible. De no ser así, la distribución del diésel no va a
ser homogénea. Mientras más pequeñas son las gotas más fácilmente se queman.
Aun así, las gotas no son todas iguales, va a variar y es lo que se puede ver en el
calculo del ángulo de atomización, ya que de los grados del ángulo depende la buena
dispersión en todas las paredes del cilindro en la combustión.
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Aprobado 28 junio 2023
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Revista Científica Unanchay ISSN 2953-6707
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