ISSN 2953-6367

http://revistainvestigo.com

Julio - diciembre 2026

Vol. 7 No. 20, PP. 703-722

https://doi.org/10.56519/f47v7880

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL

DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE

2500 MSNM

IMPACT OF FUEL OCTANE ON ENGINE PERFORMANCE,

CONSUMPTION, AND EMISSIONS ABOVE 2500 MASL

Paúl Montúfar Paz¹, Edison Patricio Abarca Pérez², Iván Huacho Chávez³, Juan Carlos

Quinchuela Paucar⁴

{paul.montufar@espoch.edu.ec¹, edison.abarca@espoch.edu.ec², ivan.huacho@espoch.edu.ec³, juan.quinchuela@espoch.edu.ec⁴}

Fecha de recepción: 15/06/2026

/ Fecha de aceptación: 02/07/2026

/ Fecha de publicación: 08/07/2026

RESUMEN: La estabilidad de la combustión, el rendimiento del motor y el nivel de emisiones

contaminantes dependen en buena medida del índice de octano de la gasolina que se use. En

este trabajo se compara el efecto de dos octanajes comerciales (87 y 92) sobre el

comportamiento de un motor de encendido por chispa que opera en condiciones de gran altitud

(~3000 msnm), un escenario todavía poco estudiado donde la menor densidad del aire altera

tanto la eficiencia volumétrica como la relación aire-combustible. Para eso se sometió un

Hyundai Grand i10 de 1.2 L a pruebas en dinamómetro de chasis, recorriendo el ciclo IM240

mientras se registraban el consumo de combustible y las emisiones de CO, HC y NO (en gramos

totales por prueba). Con 92 octanos, las emisiones de CO bajaron en promedio un 28.4% (p <

0.001); las de HC se redujeron un 11.1% (p = 0.017 con la prueba t, aunque no con Mann-

Whitney) y las de NO subieron un 9.2% (sin significancia con la prueba t, pero sí con Mann-

Whitney, p = 0.028). El consumo resultó mayor con 92 octanos en baja potencia (+12.3%, p <

0.01), pero menor en aceleración alta (-17.8%, p = 0.013); en desaceleración y en los regímenes

de potencia media/alta no hubo diferencias significativas entre combustibles (p > 0.05), y

tampoco se encontraron diferencias en torque ni potencia (p > 0.2). En conjunto, los hallazgos

confirman que la altitud condiciona de manera crítica el desempeño térmico y ambiental del

motor, y que el efecto del octanaje sobre consumo y emisiones varía bastante según la

condición de conducción, sin que se note una ventaja mecánica clara de un combustible sobre

el otro.

¹Departamento de Investigación (IDI), Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador. ORCID:

https://orcid.org/0000-0001-9062-8704.

²Departamento de Investigación (IDI), Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador. ORCID:

https://orcid.org/0000-0001-7041-4805.

³Departamento de Ingeniería Química, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador. ORCID:

https://orcid.org/0000-0002-3144-3379.

⁴Departamento de Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador. ORCID:

https://orcid.org/0000-0001-5113-1893.

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Revista Científica Multidisciplinaria InvestiGo

Riobamba – Ecuador

Cel: +593 97 911 9620

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Palabras clave: Octanaje, consumo de combustible, emisiones vehiculares, motores de

combustión interna, gran altitud, eficiencia energética

ABSTRACT:Combustion stability, engine performance, and pollutant emissions all depend

heavily on the octane rating of the gasoline being burned. Here we compare two commercial

octane grades (87 and 92) in a spark-ignition engine operating at high altitude (~3000 masl) —

a condition still seldom studied, where reduced air density alters both volumetric efficiency and

the air–fuel ratio. A 1.2 L Hyundai Grand i10 was run on a chassis dynamometer through the

IM240 driving cycle while fuel consumption and CO, HC, and NO emissions (expressed in total

grams per test) were logged. Switching to 92-octane fuel cut average CO emissions by 28.4% (p

< 0.001) and HC emissions by 11.1% (p = 0.017 by t-test; not significant by Mann-Whitney),

while NO emissions rose by 9.2% (not significant by t-test; p = 0.028 by Mann-Whitney). Fuel

consumption was significantly higher with 92-octane fuel at low power (+12.3%, p < 0.01), but

significantly lower at high acceleration (-17.8%, p = 0.013); no significant differences were found

during deceleration or at medium/high power (p > 0.05). No significant differences in torque or

power were observed between octane grades (p > 0.2). Taken together, the results show that

altitude critically shapes the thermal and environmental performance of the engine, and that

the effect of octane on consumption and emissions is highly dependent on the driving

condition, with no clear mechanical advantage of either fuel.

Keywords: Octane rating, fuel consumption, vehicle emissions, internal combustion engines,

high altitude, energy efficiency

INTRODUCCIÓN

El índice de octano es, junto con la relación de compresión, uno de los parámetros que más

condiciona la eficiencia de un motor de encendido por chispa (MEC). Cuanto mayor es el octanaje

de un combustible, mayor es también su resistencia al autoencendido (knock), lo que abre la

puerta a adelantar el punto de encendido, trabajar con relaciones de compresión más altas y, en

última instancia, mejorar la eficiencia térmica del motor. En los motores modernos de cilindrada

reducida, turboalimentados y con inyección directa esta resistencia al knock no es un detalle

menor: es parte central de cómo se optimizan hoy el consumo de combustible y las emisiones (1).

El problema es que, por encima de los 2500 metros sobre el nivel del mar (msnm), la presión

atmosférica cae lo suficiente como para reducir la densidad del aire en torno a un 25% respecto

al nivel del mar, lo que termina alterando la mezcla aire-combustible, la estabilidad de la

combustión y, con ello, el desempeño general del motor (2).

C_xH_y+ zO₂→ xCO₂+ (y/2)H₂O

(1)

donde C_xH_yrepresenta un hidrocarburo genérico, donde x es el número de átomos de carbono e

y el número de átomos de hidrógeno; zO₂representa el oxígeno requerido para la combustión,

siendo z el coeficiente estequiométrico; xCO₂es el dióxido de carbono producido a partir del

carbono inicial; y (y/2) H₂O es el agua formada en la reacción a partir del hidrógeno disponible.

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Por encima de los 2000 msnm, distintos estudios reportan caídas de potencia de entre 10 y 15%

en los motores, simplemente porque hay menos oxígeno disponible para la combustión (3). Esto

no es un dato anecdótico para un país como Ecuador: ciudades tan pobladas como Quito (2850

msnm) o Cuenca (2535 msnm) operan justamente en ese rango de altitud donde el desempeño

del motor empieza a resentirse, lo que vuelve urgente entender cómo responde el octanaje del

combustible en estas condiciones específicas.

Que un mayor número de octano de investigación (RON) mejora la estabilidad de la combustión

y reduce la tendencia al knock en motores MEC es algo ya bien establecido en la literatura (4).

Ling et al., por ejemplo, mostraron que subir el RON de 91 a 98 en motores turboalimentados de

inyección directa (GTDI) mejora la resistencia al autoencendido lo suficiente como para ganar

hasta un 5% de eficiencia térmica y ahorrar cerca de un 3% de combustible en ciclos estándar (5).

Leone et al. llegaron a una conclusión distinta pero complementaria: trabajando con el contenido

de etanol de la gasolina, encontraron que cada 10% adicional de etanol eleva el RON efectivo en

dos unidades, lo cual se traduce en una reducción de entre 8 y 12% en las emisiones de CO y de

hidrocarburos no quemados (HC).

El problema es que casi todo este cuerpo de evidencia proviene de pruebas a baja altitud o en

condiciones controladas de laboratorio (6). Stradling et al., por mencionar un caso representativo,

estudiaron cómo el octanaje afecta la potencia y el consumo en vehículos de pasajeros Euro 4,

pero sin entrar nunca en el factor altitud (4). Otros trabajos sí han señalado un punto relevante

para este estudio: bajo carga alta, los combustibles de mayor octanaje pueden disparar de forma

transitoria las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOₓ) hasta en un 15%, como consecuencia de

su menor velocidad de combustión (7).

Las tecnologías vehiculares más recientes no hacen sino subrayar la importancia de la calidad del

octanaje. Zinser et al. encontraron que los sistemas de propulsión modernos —HEV, GDI— sacan

más partido de los combustibles de alto RON, sobre todo en conducción urbana, porque sus

sensores de knock y su gestión electrónica permiten estrategias de adelanto de encendido más

agresivas sin comprometer ni el desempeño ni las emisiones (8), (9).

En el plano metodológico, los sistemas portátiles de medición de emisiones (PEMS) se han vuelto

la herramienta de referencia para captar datos reales en carretera; ahí, una sincronización precisa

de las señales hace la diferencia entre factores de emisión confiables y datos ruidosos (10), (11).

El ciclo IM240, por su parte, lleva años usándose para evaluar cómo las propiedades del

combustible afectan el consumo y las emisiones reguladas con variaciones de hasta un 7% en CO₂

documentadas según la formulación del combustible y la calibración del motor (12).

Lo que falta y es precisamente el vacío que este trabajo intenta llenar es investigación que

combine octanaje y gran altitud en un mismo experimento, usando ciclos de conducción que de

verdad reflejen el tráfico urbano e interurbano de estas zonas. Las pruebas aquí presentadas se

hicieron sobre un Hyundai Grand i10 de 1.2 L, en dinamómetro de chasis, evaluando potencia y

torque al mismo tiempo que se cuantificaban las emisiones de CO, HC y NOₓ a lo largo del ciclo

IM240 (13) un escenario que sigue prácticamente inexplorado en la literatura por encima de los

2500 msnm. Más allá del interés académico, los resultados deberían servir para algo concreto:

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

ayudar a elegir mejor el combustible en zonas de altura, reducir el impacto ambiental y alimentar

con evidencia empírica las políticas de combustibles y los marcos regulatorios de emisiones en

países de topografía montañosa como Ecuador (14).

Si hay algo que la literatura deja claro es que el octanaje no afecta el desempeño y las emisiones

de forma lineal, sino que su efecto depende fuertemente del motor evaluado. En motores

monocilíndricos, usar más octanaje del que el motor realmente necesita (RON 95 en lugar de RON

90) tiende a bajar la potencia al freno, la eficiencia térmica y el consumo específico; a cambio se

reducen NOx y CO, pero suben HC y CO2 (15). En motores de modo dual la historia es otra: lo que

importa es la sensibilidad del combustible la diferencia entre RON y MON, que cambia el retraso

de la ignición, con un rango óptimo de RON entre 87.5 y 92.5 para ciertas configuraciones de

hardware (12), (16). Subir el octanaje junto con la relación de compresión reduce las emisiones

de CO2 (7), y en vehículos de alto desempeño los combustibles de RON 95, 98 o 100 mejoran

aceleración, potencia y consumo gracias al adelanto de encendido que permite el control

electrónico (13). Pero en motores carburados ocurre casi lo contrario: pasar de RON 91 a RON 95

puede empeorar el desempeño y subir las emisiones (14), (5). Incluso en combustión por

compresión a alta carga, son los combustibles de menor octanaje los que rinden mejor, gracias a

su mayor reactividad (17). En resumen: cada tecnología de motor "lee" el octanaje de manera

distinta, y generalizar conclusiones de un tipo de motor a otro es, cuando menos, arriesgado.

Con ese vacío como punto de partida, este estudio busca determinar qué efecto tiene el octanaje

del combustible (87 frente a 92) sobre el desempeño mecánico, el consumo y las emisiones

contaminantes (CO, HC y NOx) de un motor de encendido por chispa que trabaja por encima de

los 2500 msnm, usando el ciclo IM240 como marco de prueba. La hipótesis de partida es que,

dada la menor densidad del aire propia de la altitud, el combustible de 92 octanos debería

favorecer una combustión más completa y un mejor aprovechamiento energético reflejado, en

principio, en menores emisiones de CO y en algún margen de mejora en torque o potencia,

aunque posiblemente a costa de incrementos puntuales en HC y NOx bajo carga alta, por las

mayores temperaturas que trae consigo una mayor resistencia al autoencendido.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para entender cómo el octanaje del combustible afecta el desempeño del motor, el consumo y

las emisiones, se diseñó una serie de pruebas experimentales controladas comparando dos

gasolinas de venta comercial en Ecuador Extra (87 octanos) y Súper (92 octanos), cuyas

propiedades químicas y físicas aparecen detalladas en la Tabla 1. El vehículo de prueba fue un

Hyundai Grand i10 con motor G4LIII de 1.2 litros, elegido por ser de uso urbano frecuente y

compatible con ambos combustibles. La potencia y el torque se midieron con un dinamómetro

Bapro BPA-2R-HP, mientras que el ciclo de conducción IM240 permitió evaluar consumo y

emisiones contaminantes bajo condiciones representativas de tráfico real. Como los datos

provenían de varios instrumentos a la vez, su sincronización temporal se resolvió con un algoritmo

en Python diseñado específicamente para mantener la consistencia entre todas las variables

registradas (18).

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

2.1. Combustibles

Las dos gasolinas comparadas en este estudio Extra (87 octanos) y Súper (92 octanos) se venden

comercialmente en Ecuador, y sus propiedades químicas y físicas se resumen en la Tabla 1. La

diferencia que más importa entre ellas es, justamente, el octanaje: de él depende buena parte de

la eficiencia de la combustión, el desempeño del motor y las emisiones resultantes. La Extra está

pensada para motores de baja compresión; la Súper, en cambio, se formula para sacarle partido

a motores de alta compresión, con mejor desempeño y eficiencia como resultado (2).

La gasolina Súper, además, lleva una mayor proporción de compuestos aromáticos y puede

contener hasta 10% de etanol, ambos factores que suman resistencia al knock. Las diferencias en

volatilidad, poder calorífico y composición química terminan pesando bastante en el consumo y

en el perfil de emisiones, más todavía en entornos de gran altitud como la sierra ecuatoriana (19).

La gasolina Extra, al ser más volátil, se evapora con más facilidad lo que ayuda en el arranque en

frío y en la mezcla aire-combustible a bajas temperaturas, pero esa misma volatilidad puede

generar bloqueo de vapor y perder eficiencia cuando hace calor. La Súper, con menor volatilidad,

ofrece una combustión más consistente en motores de alta compresión y menos emisiones

evaporativas, lo que se traduce en mejor eficiencia térmica y menos HC. El poder calorífico, por

su parte, determina cuánta energía se obtiene por cada unidad de combustible, mientras que la

composición química en particular los aromáticos influye en qué tan rápido se propaga la llama y

cómo evoluciona la combustión. Entre todos estos factores se termina definiendo cuán bien

convierte el motor el combustible en trabajo útil (20).

Tabla 1. Propiedades físicas de los combustibles.

Propiedad

Densidad a 15°C (g/cm³)

PCI (MJ/kg)

PCS (MJ/kg)

Azufre (%)

Extra (87 octanos)

0.72 - 0.74

44.5 - 46.5

47.5 - 49.5

< 0.05

Súper (92 octanos)

0.73 - 0.76

44.0 - 46.0

47.0 - 49.0

< 0.05

Temp. de evaporación (°C)

Presión de vapor (kPa)

Relación de compresión

30 - 90

55 - 65

~8:1

30 - 95

55 - 70

~10:1

2.2. Vehículo de prueba

Se trabajó con un Hyundai Grand i10 equipado con motor G4LIII de 1.2 litros, cuatro cilindros en

línea, inyección multipunto (MPI) y doble árbol de levas en cabeza (DOHC). La elección no fue

casual: es un modelo común en las calles ecuatorianas y compatible con ambos octanajes, lo que

hace posible comparar de forma realista cómo cambian la potencia, el consumo y las emisiones

según el combustible utilizado (21).

Con una relación de compresión cercana a 10.5:1, el motor puede operar sin problema con

cualquiera de los dos combustibles, lo cual resulta clave para analizar cómo el octanaje afecta la

eficiencia térmica, la resistencia al knock y la formación de contaminantes. No es un vehículo

cualquiera dentro del parque automotor ecuatoriano: solo en el primer trimestre de 2023 se

vendieron 234 unidades del Grand i10, una de las cifras más altas del segmento urbano, lo que lo

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

convierte en un caso bastante representativo para este tipo de estudio. Las especificaciones

técnicas completas están en la Tabla 2.

Tabla 2. Especificaciones del vehículo de prueba.

Especificación

Cilindrada del motor (cc)

Hyundai Grand i10

1,197

Potencia (HP @ rpm)

Torque (Nm @ rpm)

Tipo de combustible

Transmisión

83 @ 6,000

114 @ 4,000

Gasolina

Manual de 5 velocidades

Delantera (FWD)

~5.9 L/100 km (ciclo combinado)

~10.5:1

Tracción

Consumo de combustible

Relación de compresión

Dimensiones L×An×Al (mm)

Distancia entre ejes (mm)

Neumáticos

3,815 × 1,680 × 1,510

2,450

175/65 R14

Vale la pena explicar por qué se decidió probar gasolina Extra (87 octanos) en un motor con

relación de compresión nominal de 10.5:1, pensado por el fabricante para combustible de mayor

octanaje. En teoría, esa combinación favorece la aparición de autoencendido (knock), lo que

activa el sensor de golpeteo y lleva a la unidad de control electrónico (ECU) a retrasar de forma

adaptativa el punto de encendido para proteger el motor (3), (9). Pero esa condición es

justamente la que interesa evaluar aquí: en Ecuador no es raro que vehículos con relaciones de

compresión moderadas a altas pensados para 92 octanos terminen abastecidos con gasolina Extra

por razones de costo, sobre todo en ciudades de altura como Riobamba, donde la menor densidad

del aire reduce aún más la presión efectiva en cámara y, con ello, la propensión al knock respecto

al nivel del mar (2). Poner a prueba ese escenario motor de alta compresión funcionando con

combustible de menor octanaje, en altitud permite ver con datos reales si el retraso adaptativo

de la ECU termina compensando, atenuando o incluso agravando las diferencias de desempeño

y emisiones frente al combustible recomendado, en lugar de quedarse solo con lo que dice la

teoría.

2.3. Dinamómetro de chasis

El desempeño del motor se midió en un dinamómetro de chasis Bapro BPA-2R-HP, pensado

justamente para capturar torque, potencia y consumo de combustible en vehículos ligeros de

forma confiable y repetible. Su sistema de rodillos de alta precisión, combinado con ventilación

controlada, simula condiciones reales de conducción sin perder el control sobre el enfriamiento

ni introducir variabilidad externa en los resultados (22). Además, integra sensores de RPM, un

analizador de gases y conectividad OBD-II, lo que permite seguir tanto la respuesta del motor

como sus emisiones al mismo tiempo (23). Sus especificaciones completas están en la Tabla 3.

Tabla 3. Especificaciones del dinamómetro Bapro BPA-2R-HP.

Especificación

Potencia máxima absorbida

Potencia máxima medible

Bapro BPA-2R-HP

650 HP

1000 HP

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Fuerza de tracción máxima

Diámetro / ancho de rodillo

Peso máximo del vehículo

Sensores de medición

8000 N

400 mm / 700 mm

2500 kg

RPM, temp. motor, opacímetro, analizador de

gases, OBD-II

Certificación

OIML R99 - ISO 3930, Clase 1 y 0

Precisión de medición

±1.0% para torque y potencia

2.4. Ciclo de conducción de prueba

El ciclo IM240 se eligió porque es metodología de referencia en los protocolos de certificación de

emisiones tanto en Estados Unidos como en la Unión Europea, y porque reproduce bien las

condiciones de conducción urbana y suburbana en las que normalmente circula un vehículo como

el Hyundai Grand i10. A diferencia de los procedimientos estáticos, el IM240 recorre fases de

aceleración, desaceleración, velocidad constante y ralentí, lo que captura esos efectos

transitorios que tanto influyen en el desempeño energético y en la formación de contaminantes

justo lo que ocurre cuando el motor enfrenta cambios abruptos de carga en el tráfico urbano (24).

Su velocidad máxima moderada y su período de ralentí prolongado lo hacen además sensible a

diferencias de combustión entre octanajes, sobre todo en la generación de CO, HC y NOₓ (Tabla

4). Y al ser un ciclo de uso internacional, garantiza que los resultados sean comparables con otros

estudios, además de representar fielmente los patrones de conducción de ciudades como

Riobamba, donde se realizaron las pruebas a 3000 msnm.

Tabla 4. Especificaciones técnicas del ciclo de conducción IM240.

Especificación

Valor / Descripción

240 segundos

Duración total

Distancia total

Velocidad máxima

3.1 millas (~5 km)

91.3 km/h

Velocidad promedio

47.8 km/h

Número de fases

Aceleración / desaceleración máxima

2 (aceleración inicial y conducción estable)

3.3 / -3.2 m/s²

Tiempo en ralentí

90 segundos

Velocidad constante

Condiciones simuladas

43.5% del ciclo

Conducción urbana y suburbana

2.5. Protocolo experimental y sistema de medición

Cada combustible se probó cinco veces, una cifra pensada para reducir el error aleatorio y poder

estimar con precisión el error estándar de la media (SEM = σ/√n) con un 95% de confianza en las

comparaciones. Las pruebas se hicieron a 3000 msnm, en condiciones ambientales estables (15-

20 °C); cada ciclo comenzó con cinco minutos de ralentí para estabilizar térmicamente el motor

antes de correr el IM240 completo (25). Todo el sistema de adquisición trabajó sincronizado a 1

Hz: el dinamómetro Bapro BPA-2R-HP aportó las lecturas continuas de torque y potencia (26); el

analizador BrainBee AGS-688 midió las emisiones del escape mediante el principio NDIR para CO

y HC y sensores electroquímicos para NOx, con ±1% de precisión y certificación OIML R99 Clase

1; y el consumo de combustible se obtuvo con una probeta graduada de vidrio borosilicato Clase

A de 500 ml (resolución de 1 ml, error de ±0.5 ml), calculando la masa a partir de la densidad

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

específica reportada por el distribuidor. En paralelo, un adaptador OBD-II ELM327 conectado a la

aplicación OBD Fusion registró velocidad, carga del motor, temperatura del refrigerante, posición

del acelerador y RPM también a 1 Hz, con exportación directa a .csv y visualización en tiempo

real. Esta integración de instrumentos fue justamente lo que permitió mantener la coherencia de

los datos y respaldar la validez interna de los resultados (27).

2.6. Incertidumbre de medición y método gravimétrico indirecto

Para llegar a la masa de combustible consumida en cada ciclo se usó un método gravimétrico

indirecto: el volumen leído en la probeta graduada (m = V·ρ) se multiplica por la densidad

específica del combustible a 15 °C, tomada de la Tabla 1. La incertidumbre combinada de ese

cálculo se obtuvo propagando, según la ley de propagación de incertidumbres (GUM), la

incertidumbre estándar del volumen (resolución de 1 ml, distribución rectangular, u(V) = 0.5/√3

≈ 0.29 ml sobre una lectura típica de 500 ml) junto con la del valor de densidad, estimada a partir

del rango que reporta el distribuidor para cada combustible (u(ρ) = (ρ_max − ρ_min)/(2√3)). Con

eso se llega a una incertidumbre relativa combinada de alrededor de 0.79% para la gasolina de

87 octanos y 1.16% para la de 92, lo que equivale a una incertidumbre expandida (k = 2, ~95% de

confianza) de ±1.59% y ±2.33%, respectivamente. Para CO, HC y NOx la incertidumbre expandida

se tomó directamente de la hoja de especificaciones del analizador BrainBee AGS-688 (±1%,

certificación OIML R99 Clase 1), y para torque y potencia se usó la precisión declarada del

dinamómetro Bapro BPA-2R-HP (±1.0%, Tabla 3). Estos márgenes de error son lo bastante

pequeños frente a las diferencias estadísticamente significativas reportadas en Resultados como

para descartar que esas diferencias sean producto del error instrumental.

2.7. Filtrado, sincronización y tratamiento estadístico de los datos

Trabajar con varios sistemas de medición al mismo tiempo obliga a resolver bien la sincronización

temporal entre variables; de eso depende, en buena parte, que los datos tengan sentido. Las

lecturas del dinamómetro, del analizador BrainBee, del módulo OBD-II y las anotaciones manuales

del volumen de combustible se unificaron en un solo conjunto de datos siguiendo el proceso de

filtrado, alineación y análisis estadístico detallado en la Tabla 5. Primero se aplicó un filtro de

media móvil de tres puntos para suavizar el ruido de alta frecuencia; luego, el método de Tukey

(Q1 − 1.5·RIC y Q3 + 1.5·RIC) permitió detectar y eliminar valores atípicos, sobre todo en las

concentraciones de emisiones y en las señales de velocidad del motor, donde aparecían

anomalías ocasionales (Figura 1). La sincronización entre fuentes no se basó únicamente en

marcas de tiempo: se recurrió también a un análisis de correlación cruzada entre señales por

ejemplo, CO frente a carga del motor, o NOx frente a RPM, usando el coeficiente de correlación

de Pearson sobre ventanas móviles (1) para encontrar los desfases óptimos y alinear todo a una

frecuencia común de 1 Hz (28). La velocidad del vehículo se tomó como referencia principal por

estar disponible en varias fuentes a la vez y por su fuerte correlación con el comportamiento

transitorio de las emisiones (29).

710

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Figura 1. Diagrama de flujo de la metodología para el análisis del impacto del octanaje, con correlación de datos

y bucle de retroalimentación.

Con el conjunto de datos ya sincronizado, las observaciones se agruparon por combustible y

repetición experimental, calculando para cada variable clave potencia, torque, emisiones,

velocidad y consumo sus estadísticas descriptivas: media, desviación estándar, rango

intercuartílico y coeficiente de variación. La normalidad se verificó con la prueba de Shapiro-Wilk;

cuando se cumplía, se aplicó un ANOVA de un factor al 5% de significancia, y cuando no, se

recurrió a la prueba U de Mann-Whitney como alternativa no paramétrica.

Tabla 5. Fuentes de datos y parámetros registrados.

Fuente de datos

Dinamómetro Bapro BPA-2R-HP

Variables principales

Torque, potencia, velocidad del

vehículo

Frecuencia

1 Hz

Analizador BrainBee AGS-688

OBD-II (OBD Fusion + ELM327)

CO, HC, NOx

RPM, velocidad, carga del motor, temp.

refrigerante

1 Hz

Probeta graduada (manual)

Volumen de combustible consumido

1 lectura/ciclo

por ciclo

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IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Gracias a esta combinación de sincronización cuidadosa y depuración rigurosa, fue posible

integrar de forma coherente señales provenientes de múltiples fuentes, reduciendo errores

sistemáticos y dándole más solidez estadística a la comparación entre combustibles.

RESULTADOS

La Figura 2 muestra una distribución de probabilidad velocidad-aceleración (SAPD) que resume

con qué frecuencia se dio cada combinación de velocidad y aceleración a lo largo del ciclo IM240,

dando así una idea global de las condiciones de operación durante las pruebas (30).

Figura 2. Distribución porcentual de frecuencia de operación del vehículo en función de la velocidad (m/s) y la

aceleración (m/s²) durante el ciclo IM240.

La velocidad del vehículo se movió entre 0 y 30 m/s aproximadamente, y la mayoría de los puntos

se concentró entre 10 y 20 m/s, algo típico del manejo urbano y suburbano. La aceleración osciló

entre -3.5 y 3.5 m/s², con un predominio claro cerca de 0 m/s², así que casi todo el tiempo el

vehículo iba a velocidad estable o con cambios suaves de aceleración y desaceleración (31). La

combinación más frecuente de velocidad-aceleración llegó a ocupar cerca del 13% del tiempo

total del ciclo, concentrada en velocidades medias (10-20 m/s) con aceleración prácticamente

nula es decir, la mayor parte del recorrido se dio en crucero o con variaciones suaves de velocidad

(32). Todo esto confirma que el vehículo pasó por un rango amplio de condiciones reales de

conducción, lo cual le da solidez al diseño experimental a la hora de analizar cómo afecta el

octanaje al consumo y a las emisiones bajo distintas cargas.

Sobre las emisiones contaminantes, medidas en gramos totales por prueba (sin normalizar por

distancia): la prueba t aplicada al monóxido de carbono (CO) arrojó una diferencia muy

significativa entre octanajes (p < 0.001), con menores emisiones promedio para el combustible

de 92 octanos (0.036 g frente a 0.051 g con 87 octanos, una reducción del 28.4%), algo que

confirmó también la prueba U de Mann-Whitney (p < 0.001). En hidrocarburos (HC) pasó algo

parecido —el de 92 octanos volvió a salir más bajo (0.000172 g frente a 0.000194 g, -11.1%)—,

712

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

aunque aquí la significancia solo se sostuvo con la prueba t (p = 0.017) y no con Mann-Whitney

(p = 0.780), por lo que la tendencia es real pero más débil. Con los óxidos de nitrógeno (NO) el

patrón se invierte: las emisiones promedio fueron mayores con 92 octanos (0.000521 g frente a

0.000477 g, +9.2%), sin significancia en la prueba t (p = 0.279) pero sí con Mann-Whitney (p =

0.028), lo que apunta a un efecto presente, aunque moderado.

Tabla 6. Estadística inferencial de las emisiones contaminantes (g).

Condición

n87

n92

Media 87

Media 92

df

t (p)

U (p)

d

IC95% dif.

257294

(0.000)

233886

(0.780)

220598

(0.028)

CO (g)

658

683

0.0509

0.0364

1225 5.08 (0.000)

1244 2.39 (0.017)

1282 -1.08 (0.279)

0.28

(-0.02, -0.00886)

HC (g)

NO (g)

678

631

696

653

1.94e-04

4.77e-04

1.72e-04

5.21e-04

0.13

(-3.93e-05, -3.90e-06)

(-3.57e-05, 1.24e-04)

-0.06

El consumo de combustible se evaluó por condición de operación con una prueba t para muestras

independientes y con la U de Mann-Whitney. En baja potencia (0-16.6 kW), el de 92 octanos

consumió notablemente más 10.10 l/100km frente a 8.99 l/100km con 87 octanos (+12.3%), con

p < 0.001 (t) y p = 0.001 (Mann-Whitney). En aceleración alta el resultado se invierte: ahí el de 92

octanos consumió significativamente menos (31.12 frente a 37.88 l/100km, -17.8%), también con

buen respaldo estadístico (p = 0.013 t, p = 0.003 Mann-Whitney). En desaceleración, en cambio,

los dos combustibles dieron prácticamente el mismo resultado (7.88 l/100km, p = 0.985), y ni en

potencia media, ni en potencia alta, ni en aceleración baja las diferencias llegaron a ser

significativas (p > 0.05 en todos los casos), aunque se nota una tendencia leve hacia mayor

consumo con 92 octanos. La Figura 3 resume todo esto en un diagrama de cajas.

Tabla 7. Estadística inferencial del consumo de combustible (L/100km) por condición de conducción.

Media

87

Media

92

Condición

Potencia baja

Potencia media

Potencia alta

Desaceleración

Acel. baja

n87

409

189

54

n92

399

182

49

df

t (p)

U (p)

d

IC95% dif.

(0.552, 1.65)

(-0.014, 1.85)

(-0.161, 3.1)

(-0.53, 0.52)

(-0.499, 0.571)

(-11.9, -1.59)

-3.93

(0.000)

-1.93

(0.054)

-1.77

(0.081)

70919

(0.001)

15931

(0.220)

1072

(0.098)

-

8.99

13.1

18.2

7.88

13.9

37.9

10.1

14

799

345

86

0.28

-

0.20

-

19.7

7.88

13.9

31.1

0.35

0.02

(0.985)

-0.13

(0.894)

2.56

(0.013)

34813

(0.771)

62855

(0.882)

516

(0.003)

276

346

29

256

361

24

522

705

51

0.00

-

0.01

Acel. alta

0.69

713

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Figura 3. Consumo de combustible según el nivel de octanaje y la condición de conducción.

Para mirar más de cerca la variabilidad de los datos se construyó un perfil temporal suavizado

(media móvil de tres puntos) sobre una prueba representativa de cada octanaje. En la Figura 4 se

ve que ambos combustibles siguen de cerca el perfil de velocidad del ciclo IM240, con picos de

consumo que coinciden en los tramos de aceleración fuerte; no hay una ventaja sistemática de

uno sobre el otro a lo largo del tiempo, lo cual encaja con la falta de diferencias significativas en

varias de las condiciones de conducción analizadas.

Figura 4. Consumo de combustible suavizado (L/100 km) en función del tiempo para gasolina de 87 y 92 octanos

durante el ciclo IM240.

714

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Con 92 octanos la mediana de CO baja y la dispersión de los datos también se reduce un poco,

como se ve en la Figura 5.

Figura 5. Diagrama de caja de las emisiones de CO (g) para gasolina de 87 y 92 octanos.

En el caso del HC ocurre algo similar al CO: la Figura 6 muestra una mediana y una dispersión

levemente menores con el combustible de 92 octanos, aunque la diferencia es estadísticamente

más débil que en el CO.

Figura 6. Diagrama de caja de las emisiones de HC (g) para gasolina de 87 y 92 octanos.

715

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Con el NO ocurre lo opuesto: la Figura 7 muestra una mediana ligeramente mayor con el

combustible de 92 octanos, aunque con bastante dispersión y solapamiento entre ambos grupos.

Figura 7. Diagrama de caja de las emisiones de NO (g) para gasolina de 87 y 92 octanos.

La Figura 8 entra en el detalle dinámico de las emisiones a lo largo del ciclo IM240, en gramos

instantáneos (no por distancia). Ahí se ven picos de CO bastante más marcados con 87 octanos,

sobre todo entre los 170 y 230 segundos del ciclo, justo en los tramos de aceleración fuerte; los

perfiles de HC y NO, en cambio, se mantienen relativamente bajos y parecidos entre ambos

combustibles, y los picos puntuales de NO no muestran un patrón claro a favor de uno u otro

octanaje.

Figura 8. Perfiles de emisión de CO, HC y NO (g) en función del tiempo durante el ciclo IM240, para los combustibles

de 87 y 92 octanos.

716

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

La Figura 9 resume el panorama general: con el combustible de mayor octanaje, el CO baja de

forma considerable y el HC muestra una reducción más modesta, mientras que el NO presenta un

ligero incremento, aunque de menor magnitud que las reducciones observadas en CO y HC.

Figura 9. Comparación de las emisiones promedio de CO, HC y NO (g) entre gasolina de 87 y 92 octanos.

El torque y la potencia, vistos en función de las RPM, se comportaron de manera mucho más

irregular que el consumo y las emisiones: las curvas se cruzan una y otra vez entre los 600 y los

4000 rpm (Figura 10). En promedio, el torque fue de 58.9 Nm con 87 octanos frente a 57.2 Nm

con 92, y la potencia de 15.0 kW frente a 14.9 kW; ninguna de esas dos diferencias resultó

significativa (torque: p = 0.221 t-test, p = 0.485 Mann-Whitney; potencia: p = 0.826 t-test, p =

0.985 Mann-Whitney). Dicho de otro modo, a diferencia de lo que pasó con el consumo y las

emisiones, aquí el octanaje no dejó una huella sistemática sobre el desempeño mecánico del

motor, al menos en las condiciones de este ensayo.

717

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

Figura 10. Torque (Nm) y potencia (hp) del motor en función de la velocidad de giro (RPM) para los combustibles

de 87 y 92 octanos.

DISCUSIÓN

Estos resultados confirman, primero que nada, que subir el octanaje ayuda a una combustión más

completa de CO: con 92 octanos las emisiones de este contaminante bajan un 28.4% (p < 0.001

en ambas pruebas estadísticas). El HC siguió una tendencia parecida, aunque más débil (-11.1%,

significativa solo con la prueba t), mientras que el NO se comportó distinto: subió un 9.2% con 92

octanos, y aquí solo la prueba no paramétrica de Mann-Whitney respaldó la diferencia (p = 0.028).

Este patrón CO y HC más bajos, NO un poco más alto concuerda en parte con los principios

termodinámicos que vinculan mayores temperaturas y presiones de combustión, favorecidas por

la resistencia al knock, con la formación de NOx (7). Pero que HC y NO no tengan respaldo robusto

en las dos pruebas a la vez sugiere que, en este ensayo, el octanaje pesa menos y de forma más

variable sobre estos dos contaminantes que sobre el CO.

Que el HC baje con 92 octanos llama la atención, porque su mayor contenido de aromáticos

pesados haría pensar lo contrario. La explicación probable está en el balance entre dos efectos

que tiran en direcciones opuestas: por un lado, esos aromáticos tienen una cinética de

evaporación más lenta, lo que tendería a dejar más HC sin quemar (19), (20); por otro, la mayor

resistencia al knock del combustible de 92 octanos permite una combustión en general más

estable y completa, y en este motor de aspiración natural parece que este segundo efecto termina

ganando. Con el NO la historia es distinta: su comportamiento sí cuadra con un ligero aumento

de la temperatura de combustión asociado a una mezcla más resistente al autoencendido,

aunque la significancia estadística limitada sugiere que aquí el efecto es más chico que el que

reporta parte de la literatura en motores de mayor cilindrada o relación de compresión (7).

718

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

El consumo de combustible siguió un patrón que cambia según la condición de manejo, y vale la

pena detenerse en eso. En baja potencia, el de 92 octanos consumió un 12.3% más que el de 87

(p < 0.001) algo que coincide con estudios que advierten que pasarse de octanaje no siempre se

traduce en ahorro, y a veces incluso lo perjudica, cuando el motor no está calibrado para

aprovechar esa resistencia al knock (14), (15). En aceleración alta pasó justo lo contrario: ahí el

de 92 octanos redujo el consumo en un 17.8% (p = 0.013), lo que sugiere que su ventaja se

concentra en los momentos de mayor demanda instantánea de combustible, donde esa

resistencia al autoencendido sí permite una combustión más eficiente bajo carga. En

desaceleración no hubo ninguna diferencia (p = 0.985), y en potencia media, potencia alta y

aceleración baja tampoco resultaron significativas, aunque se mantuvo una tendencia leve hacia

mayor consumo con 92 octanos.

Este patrón mixto más consumo en baja potencia, menos en aceleración alta, sin diferencia en

desaceleración calza con la idea de que el motor MPI de aspiración natural usado aquí,

representativo del parque vehicular urbano ecuatoriano, no está calibrado específicamente para

sacarle provecho a la mayor resistencia al knock del combustible de 92 octanos en todo el rango

de operación, a diferencia de los motores turboalimentados con control electrónico avanzado,

donde sí se han reportado ahorros consistentes al subir el octanaje (5), (13). A 3000 msnm,

además, la menor densidad del aire y la consecuente caída en la eficiencia volumétrica podrían

estar amplificando esta heterogeneidad, ya que el motor opera en una zona donde la relación

aire-combustible y la dinámica de la combustión ya vienen alteradas de entrada por la altitud (2),

(3).

A diferencia de lo que pasa con el consumo y las emisiones, donde sí aparecen diferencias

puntuales significativas, el desempeño mecánico no mostró ninguna ventaja consistente de un

combustible sobre el otro: ni el torque promedio (58.9 Nm con 87 octanos frente a 57.2 Nm con

92) ni la potencia promedio (15.0 kW frente a 14.9 kW) llegaron a ser estadísticamente

significativos (p > 0.2 en ambos casos, con las dos pruebas). Esto contrasta con estudios que sí

reportan mejoras de potencia y torque al subir el octanaje en motores modernos de inyección

directa o turboalimentados (8), (13), y apunta a que en un motor MPI de aspiración natural como

el de este estudio, la mayor resistencia al knock del combustible de 92 octanos no se traduce

automáticamente en una ventaja mecánica medible al menos no bajo la altitud y el rango de

operación que cubre el ciclo IM240.

Si algo queda claro con todo esto es que no hay un octanaje "óptimo" único para regiones de gran

altitud: lo que manda es la condición de conducción específica, más que el tipo de combustible

visto de forma aislada. Para alguien que maneja en ciudades andinas como Riobamba, Quito o

Cuenca, donde predomina la baja potencia y la desaceleración frecuente, el de 87 octanos podría

resultar más económico sin perder desempeño; el de 92, en cambio, se nota más cuando hay

aceleración fuerte, donde su menor consumo y sus menores emisiones de CO se hacen evidentes.

Estos hallazgos, sumados a la correlación positiva y significativa que hay entre la potencia

instantánea del motor y las emisiones de CO (r = 0.42, p < 0.001), pueden servir de insumo para

políticas de combustibles y estrategias de gestión de emisiones en países de topografía

montañosa como Ecuador (14).

719

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

CONCLUSIONES

Este trabajo deja claro que el octanaje del combustible sí influye, de forma medible, en el

consumo y en las emisiones contaminantes pero de manera específica según la condición de

conducción, sin que eso se traduzca en una ventaja mecánica generalizada en torque o potencia.

Las pruebas se hicieron en Riobamba, a unos 3000 metros sobre el nivel del mar, así que ya

incorporan las condiciones reales de gran altitud que afectan la dinámica de la combustión, y eso

es justamente lo que le da relevancia a estos resultados para las regiones andinas.

Con gasolina de 92 octanos, las emisiones de monóxido de carbono (CO) bajaron en promedio un

28.4% respecto al combustible de 87 octanos (p < 0.001) señal de una combustión más completa.

Las de hidrocarburos no quemados (HC) también bajaron, aunque menos (-11.1%) y con un

respaldo estadístico más débil, mientras que los óxidos de nitrógeno (NO) subieron de forma

moderada (+9.2%), algo que solo se sostuvo con la prueba no paramétrica de Mann-Whitney. En

conjunto, el balance de emisiones terminó favoreciendo, aunque sea levemente, al combustible

de 92 octanos.

El consumo de combustible se comportó de forma distinta según la condición de manejo: subió

de forma significativa con 92 octanos en baja potencia (+12.3%, p < 0.001), pero bajó, también de

forma significativa, en aceleración alta (-17.8%, p = 0.013); en desaceleración no hubo ninguna

diferencia (p = 0.985), y en potencia media, potencia alta y aceleración baja tampoco se encontró

nada estadísticamente significativo. Esto deja ver que la ventaja de uno u otro combustible en

consumo depende mucho del tipo de exigencia que enfrenta el motor en cada momento, y que

no tiene sentido generalizar a partir de una sola condición de manejo.

En cuanto al desempeño mecánico, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas

ni en torque ni en potencia entre los dos octanajes (p > 0.2 en ambos casos), lo que sugiere que,

en este motor de aspiración natural y bajo las condiciones de altitud evaluadas, el octanaje del

combustible no se tradujo en una ventaja mecánica que se pueda medir.

El estudio se limitó a un solo vehículo (Hyundai Grand i10, motor de 1.2 L), pero como es un

modelo bastante común en entornos urbanos y de altura en Ecuador, sus hallazgos siguen siendo

relevantes más allá del caso particular. En definitiva, lo que muestran estos resultados es que el

efecto del octanaje sobre el consumo y las emisiones depende de cada condición de conducción,

sin que haya una ventaja mecánica generalizada de un combustible sobre el otro y eso aporta

información técnica útil, aunque matizada, para optimizar el uso de combustibles y gestionar

emisiones en entornos urbanos de gran altitud.

DECLARACIÓN DE INTERÉS

Los autores declaran no tener conflictos de interés relacionados con este trabajo.

720

IMPACTO DEL OCTANAJE DEL COMBUSTIBLE EN EL DESEMPEÑO, CONSUMO Y EMISIONES DEL MOTOR A MÁS DE 2500 MSNM

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