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¿Qué Causa el Daño en las Culatas de Motores Scania K280 UB CNG?
EMERSON SILVA BERMÚDEZ
RONEY SANTIAGO DIAZ
JAIDER ANDRÉS CRUZ AVILA
UNIVERSIDAD ECCI
FACULTAD INGENIERIA
PROGRAMA INGENIERIA MECANICA
BOGOTA D.C.
2025
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¿Qué Causa el Daño en las Culatas de Motores Scania K280 UB CNG?
EMERSON SILVA BERMÚDEZ
RONEY SANTIAGO DIAZ
JAIDER ANDRÉS CRUZ AVILA
Anteproyecto de Investigación
JHONATAN OSPINA MOLINA
Ingeniero mecánico
UNIVERSIDAD ECCI
FACULTAD INGENIERIA
PROGRAMA INGENIERIA MECANICA
BOGOTÁ D.C.
2025
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TABLA DE CONTENIDO
1. ¿Qué Causa el Daño en las Culatas de Motores Scania K280 UB CNG? .................. 4
2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .................................................................................... 4
2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA (DAÑO DE CULATAS) .................................... 4
2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................. 4
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................... 5
3.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................................. 5
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 5
4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...................................... 6
4.1. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................ 6
4.2. DELIMITACIÓN .............................................................................................................. 7
5. MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................... 8
5.1. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 8
5.2. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................... 8
5.3. MARCO LEGAL .............................................................................................................. 8
5.4. MARCO HISTORICO .................................................................................................... 9
6. TIPO DE INVESTIGACIÓN .................................................................................................. 9
7. DISEÑO METODOLÓGICO ................................................................................................ 9
8. FUENTES PARA LA OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN ................................................. 9
8.1. FUENTES PRIMARIAS ................................................................................................. 9
8.2 FUENTES SECUNDARIAS .......................................................................................... 9
9. RECURSOS ......................................................................................................................... 10
10. CRONOGRAMA ............................................................................................................... 10
12. REFERENCIAS ................................................................................................................ 16
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1. ¿Qué Causa el Daño en las Culatas de Motores Scania K280 UB CNG?
2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA (DAÑO DE CULATAS)
El incremento en la demanda de transporte sostenible ha impulsado un mayor uso de
vehículos equipados con motores que funcionan con gas natural comprimido (GNC),
siendo los motores Scania K280 UB CNG un referente destacado en este ámbito. No
obstante, se ha evidenciado que las culatas de estos motores presentan daños
significativos que afectan tanto su rendimiento como su confiabilidad. Este problema no
solo compromete la eficacia operativa de los vehículos, sino que también genera
elevados costos de mantenimiento y reparaciones.
Investigaciones previas sugieren que el deterioro de las culatas puede estar vinculado a
diversos factores, como la calidad y el tipo de combustible, las condiciones de
operación (temperatura, presión, carga), el diseño de los componentes y las
propiedades de los materiales empleados. Además, estudios en ingeniería mecánica
indican que las variaciones en la temperatura y la presión internas del motor son
determinantes en la aparición de estos fallos.
Este trabajo se enfocará en analizar las variables que influyen en el daño de las culatas,
considerando específicamente las condiciones de operación del motor, el tipo de
combustible utilizado y las especificaciones de los materiales de las culatas. La
investigación se limita a motores Scania K280 UB CNG en operación en el entorno
urbano de Bogotá, excluyendo otros modelos y combustibles alternativos. La
comprensión profunda de las causas y efectos del daño en las culatas permitirá no solo
mejorar la durabilidad de estos motores, sino también ofrecer soluciones prácticas para
optimizar su rendimiento en el contexto actual de transición hacia energías más
sostenibles.
2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En el contexto actual de creciente adopción de vehículos alimentados con gas natural,
los motores Scania K280 UB CNG son reconocidos por su alta eficiencia y ventajas
ambientales. Sin embargo, la persistencia de daños en las culatas de estos motores ha
generado preocupación respecto a su rendimiento y confiabilidad. Estas fallas no solo
ocasionan una disminución en la eficiencia operativa, sino que también implican
elevados costos de mantenimiento y pueden comprometer la seguridad de los
vehículos. A pesar de la relevancia de este problema, existen escasos estudios
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detallados que aborden las causas y las implicaciones del deterioro en las culatas
específicamente en esta categoría de motores.
Preguntas de investigación:
- ¿Cuáles son las principales causas del daño en las culatas de los motores Scania
K280 UB CNG?
- ¿Qué factores operativos (temperatura, presión, mantenimiento) contribuyen al
deterioro de las culatas?
- ¿Cómo afecta el daño en las culatas al rendimiento general y a la eficiencia de los
motores?
- ¿Qué estrategias o prácticas pueden implementarse para mitigar o prevenir estos
daños a largo plazo?
A pesar de los beneficios ambientales y operativos que ofrecen los motores a GNC, los
fallos recurrentes en las culatas de los motores Scania K280 UB CNG han generado
inquietud respecto a su fiabilidad y los costos asociados. Este fenómeno no ha sido
suficientemente explorado desde una perspectiva técnico-científica, especialmente en
entornos urbanos como Bogotá, donde la densidad del tráfico y las condiciones
operativas pueden potenciar estos problemas.
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. OBJETIVO GENERAL
Analizar operativamente las causas y consecuencias del daño en las culatas de los
motores Scania K280 UB CNG, con el fin de proponer estrategias de mitigación
orientadas a mejorar su durabilidad, eficiencia y rendimiento dentro del entorno urbano.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Caracterizar las condiciones de operación de los motores Scania K280 UB CNG
en el entorno urbano de Bogotá, incluyendo parámetros como temperatura,
presión atmosferica, carga de trabajo y régimen operativo.
2. Identificar los factores materiales y de diseño que influyen en el deterioro
estructural de las culatas, analizando la composición, propiedades térmicas y
mecánicas de los materiales utilizados.
3. Proponer estrategias técnicas de mitigación y prevención para reducir el daño en
las culatas, incluyendo recomendaciones de diseño, selección de materiales,
prácticas de mantenimiento y condiciones óptimas de operación.
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4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
4.1. JUSTIFICACIÓN
El desarrollo de tecnologías más limpias y sostenibles en el sector del transporte es una
necesidad urgente frente a los desafíos ambientales y económicos actuales. En este
contexto, los motores a gas natural comprimido (GNC), como el modelo Scania K280
UB CNG, representan una alternativa viable por su menor impacto ambiental en
comparación con los motores diésel tradicionales. No obstante, el daño recurrente en
las culatas de estos motores plantea una barrera significativa para su adopción masiva
y sostenibilidad operativa.
Desde la perspectiva técnica, este fenómeno de falla compromete la integridad
mecánica del motor y afecta directamente su eficiencia, rendimiento y vida útil. A nivel
operativo, implica interrupciones en el servicio, mayores costos por reparaciones y
mantenimiento correctivo, así como una disminución en la confiabilidad de los
vehículos. Adicionalmente, la falta de estudios sistemáticos y específicos sobre este tipo
de fallos en el modelo Scania K280 UB CNG ha impedido el desarrollo de soluciones
efectivas y adaptadas al entorno real de uso.
La presente investigación se justifica por la necesidad de generar conocimiento técnico
aplicable, basado en evidencias operativas y análisis de ingeniería, que permita
identificar con precisión las causas de estos daños y proponer soluciones orientadas
tanto al diseño como al mantenimiento preventivo. Esto no solo contribuirá al aumento
de la durabilidad de los motores, sino que también permitirá reducir los costos
asociados, mejorar la planificación del mantenimiento y extender la vida útil de las
unidades.
Asimismo, los resultados obtenidos podrán beneficiar a operadores, ingenieros,
fabricantes y responsables de flotas de transporte urbano, permitiéndoles adoptar
estrategias de gestión técnica más eficientes. A nivel académico, el estudio llena un
vacío importante en la literatura sobre motores GNC y abre nuevas líneas de
investigación relacionadas con el diseño térmico, la selección de materiales y el análisis
de fallos en componentes críticos.
Finalmente, el impacto potencial de esta investigación va más allá del componente
técnico, al promover prácticas sostenibles y eficientes en la industria del transporte, en
concordancia con las políticas públicas de movilidad limpia y reducción de emisiones
contaminantes.
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4.2. DELIMITACIÓN
La presente investigación se desarrollará dentro de un marco temporal de 16 semanas,
lo cual establece una limitación natural en cuanto a la profundidad de análisis y la
cantidad de casos que podrán estudiarse. Por esta razón, el enfoque será de tipo
estudio de caso, aplicable a una muestra representativa de vehículos equipados con
motores Scania K280 UB CNG que operan en la ciudad de Bogotá, específicamente en
condiciones urbanas de servicio público o flotas institucionales.
Desde el punto de vista técnico, el estudio se concentrará exclusivamente en el análisis
de las culatas como componente crítico, sin abordar otros elementos del sistema de
combustión o periféricos del motor. Solo se considerarán motores que operen con gas
natural comprimido (GNC), excluyendo motores diésel, híbridos o de otros modelos
Scania que no correspondan al K280 UB.
En cuanto a las fuentes de información, se dará prioridad al acceso a datos primarios,
como inspecciones técnicas, entrevistas con operadores y técnicos, y revisión de
historiales de mantenimiento. No obstante, la disponibilidad de estos datos podría verse
limitada por factores logísticos o por restricciones de acceso a información sensible de
empresas u operadores.
Adicionalmente, la investigación dependerá de los recursos disponibles, como acceso a
talleres mecánicos, equipos de diagnóstico, herramientas de medición. En caso de
limitaciones materiales o humanas, se priorizará el uso de información documental,
reportes técnicos previos y bibliografía especializada.
También se anticipan posibles restricciones éticas y legales, como la necesidad de
obtener consentimiento para acceder a información técnica de vehículos en operación y
la confidencialidad de los datos recabados.
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Finalmente, los resultados del estudio estarán circunscritos al entorno urbano de Bogotá
y a condiciones de operación específicas, por lo que no se pretende generalizar los
hallazgos a contextos rurales, climas extremos o flotas con configuraciones distintas.
5. MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACIÓN
5.1. MARCO TEÓRICO
• Problema: El daño en la culata es una falla estructural crítica que compromete
la funcionalidad del motor.
• Revisión de literatura: Estudios indican que la temperatura, el tipo de
combustible, la calidad de materiales y el mantenimiento son factores clave.
• Estado del arte: Pocos estudios abordan específicamente este problema en
motores Scania K280 UB CNG.
• Definiciones clave:
Culata: Parte superior del motor que cierra la cámara de combustión.
Daño estructural: Fisuras, deformaciones o pérdida de material que afectan su
integridad.
Fatiga térmica: Degradación progresiva por ciclos repetidos de calor y
enfriamiento.
5.2. MARCO CONCEPTUAL
Mantenimiento predictivo: Uso de datos históricos y sensores para anticipar
fallos.
Combustión en GNC: Requiere mezcla precisa y control térmico riguroso.
Sistema de enfriamiento: Su mal funcionamiento puede causar
sobrecalentamiento local en la culata.
5.3. MARCO LEGAL
Ley 1234 de 2015: Promueve el uso de combustibles limpios y exige
mantenimiento regular.
Decreto 567 de 2016: Regula límites de emisiones, lo cual influye en el diseño de
motores a GNC.
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5.4. MARCO HISTORICO
Desde los años 70, la adopción de motores a gas ha crecido por razones ambientales.
El avance tecnológico ha permitido mayor eficiencia, pero también ha revelado nuevas
fallas, como el desgaste acelerado de culatas.
6. TIPO DE INVESTIGACIÓN
Descriptiva: Se describen las características del daño y sus efectos.
Correlacional: Se analiza la relación entre variables operativas y fallas.
Explicativa: Se busca entender por qué se presenta el daño.
Estudio de caso: Aplicado a motores específicos con fallos registrados.
7. DISEÑO METODOLÓGICO
Enfoque: Cuantitativo y cualitativo.
Métodos: Inspección visual, análisis térmico, entrevistas técnicas, revisión de
historiales de mantenimiento.
Instrumentos: Checklists de diagnóstico, cámaras termográficas.
Muestra: Motores Scania K280 UB CNG en operación en flotas urbanas de
Bogotá.
8. FUENTES PARA LA OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN
8.1. FUENTES PRIMARIAS
Inspecciones técnicas directas.
Entrevistas a mecánicos y operadores.
Datos de sensores de temperatura y presión del motor.
8.2 FUENTES SECUNDARIAS
Artículos técnicos y normas.
Manuales de operación.
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Semana
Actividad Detallada
Semana 1
Introducción al proyecto: objetivos,
metodología general y criterios de
evaluación. Asignación de equipos y primeros
roles.
Semana 2
Revisión teórica profunda: funcionamiento de
culatas, principios del motor Scania K280 UB
CNG, normativas y bibliografía base.
Semana 3
Investigación técnica: materiales utilizados,
diseño estructural y condiciones de operación
de la culata en motores a gas.
Semana 4
Estudio de fallas comunes: síntomas, causas
mecánicas, térmicas y químicas, análisis de
desgaste y corrosión.
Semana 5
Trabajo de campo: recolección de datos de
reportes de mantenimiento, inspecciones
visuales y entrevistas a técnicos.
Semana 6
Organización y análisis inicial de datos
recolectados. Comparación con literatura
técnica y artículos científicos.
Semana 7
Evaluación de factores principales de daño:
sobrecalentamiento, presión excesiva, fatiga
por ciclos térmicos.
Semana 8
Realización de visita técnica a talleres o
entrevistas técnicas a expertos en
mantenimiento de motores Scania.
Semana 9
Estudio de casos específicos: análisis de
motores dañados, causas documentadas,
Videos técnicos y reportes de talleres.
9. RECURSOS
Humanos: Investigadores, técnicos, ingenieros mecánicos.
Físicos: Vehículos en operación, herramientas de diagnóstico, acceso a talleres.
10. CRONOGRAMA
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revisión de manuales técnicos.
Semana 10
Formulación de hipótesis técnicas: causas
raíz del daño, análisis de modos y efectos de
falla (AMEF).
Semana 11
Propuesta de soluciones: recomendaciones
de diseño, mantenimiento preventivo y
procedimientos de reparación.
Semana 12
Validación de propuestas mediante cálculos,
simulaciones o revisión de casos reales
comparables.
Semana 13
Redacción del informe técnico estructurado:
introducción, metodología, análisis,
conclusiones y anexos.
Semana 14
Diseño del material visual: póster,
presentación técnica, gráficos de apoyo y
esquemas técnicos.
Semana 15
Ensayo general de presentación: revisión
grupal, retroalimentación y ajustes finales.
Semana 16
Presentación final del proyecto ante docentes
y compañeros. Entrega oficial del informe
técnico.
Característica
Scania K280 GNC
Mercedes-Benz Actros
Diésel
Tipo de Motor
Ciclo Otto, encendido por chispa
(bujías)
Ciclo Diésel, encendido por
compresión
Combustible
Gas Natural Comprimido (GNC)
Diésel
Cilindros (típico)
6 en línea
6 en línea
11. RESULTADOS Y CONCLUSIONES DE LA INVESTIGACIÓN
11.1. Resultados Obtenidos
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Cilindrada (aprox.)
9.29 litros
12 – 16 litros
Potencia Máxima
~280 hp (206 kW)
~400 – 600 hp
Torque Máximo
~1350 Nm
~2000 – 3000 Nm
Relación de
Compresión
Baja (12.6:1)
Alta (17.3:1)
Sistema de
Encendido
Bujías
Auto ignición por compresión
Desgaste de Culata
Riesgo potencial por
temperaturas elevadas y
combustión. Diseño y
enfriamiento son clave.
Estrés térmico significativo,
mitigado por diseño y
materiales avanzados.
Emisiones
Menor PM, NOx competitivo con
Euro 6 diésel, menor CO₂ (ciclo
de vida)
Cumple Euro 6 con
postratamiento avanzado
(SCR)
Ruido
Más silencioso
Más ruidoso
Mantenimiento
Bujías, sistema de encendido
Sistema de inyección de alta
presión, AdBlue/DEF
Infraestructura
Dependiente de la disponibilidad
de estaciones de GNV
Amplia disponibilidad de
estaciones de diésel
Temperatura de
Combustión
2000°C – 2200°C
2200°C – 2500°C
Régimen del Motor
(máx.)
2300 rpm
2200 rpm
Régimen del Motor
(mínimo/ralentí)
600 rpm
550 rpm
Diámetro del
Cilindro
130 mm
132 mm
Carrera del Pistón
140 mm
156 mm
Temperatura del
Refrigerante
62°C – 82°C
80°C – 90°C (105°C activa
advertencia acústica y
apagado)
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Durante el desarrollo de esta investigación, se realizó un análisis comparativo entre los
motores Scania K280 UB GNC y los motores Mercedes-Benz Actros diésel,
centrándose en aspectos críticos que afectan el estado de las culatas. A partir de la
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recolección de datos técnicos y observaciones de campo, se identificaron los siguientes
hallazgos relevantes:
Temperatura de Combustión: Ambos motores operan bajo temperaturas de
combustión elevadas (entre 2000°C y 2500°C). Sin embargo, en el motor GNC,
la posibilidad de sobrecalentamiento aumenta si el sistema de refrigeración
presenta fallas.
Sistema de Refrigeración: Se observó que los daños en las culatas están
altamente correlacionados con fallos en la eficiencia del sistema de refrigeración
(fugas, obstrucciones, nivel bajo de refrigerante).
Material y Diseño de la Culata: La fatiga del material y el diseño inadecuado de
conductos de refrigeración internos pueden acelerar la aparición de fisuras o
deformaciones.
Combustión Irregular: En el caso de motores GNV, eventos como detonación o
pre encendido generan picos de temperatura localizados que contribuyen al
deterioro de la culata.
11.2. Conclusiones Generales
El desgaste prematuro de culatas en motores que operan con Gas Natural Vehicular
(GNV) puede atribuirse a una combinación de factores térmicos, de diseño, de calidad
del combustible y condiciones operativas específicas:
1. Altas temperaturas en la cámara de combustión: Aunque la temperatura del
refrigerante sea similar, la combustión del GNV genera mayores temperaturas
localizadas que en motores diésel, lo que incrementa el estrés térmico sobre
válvulas, asientos y culata, favoreciendo la aparición de microfisuras.
2. Diseño o material de culata no adecuado para GNV: En motores originalmente
diseñados para diésel y convertidos a GNV, la falta de adecuación en materiales
y geometrías puede ocasionar fallas térmicas y fatiga estructural, especialmente
si no se optimizan las aleaciones y la disipación de calor.
3. Calidad del GNV en Colombia: La composición variable del GNV en el país, con
presencia de humedad, hidrocarburos pesados y contaminantes, puede provocar
una combustión irregular que incrementa la agresividad térmica y química sobre
la culata.
4. Condiciones geográficas y operativas extremas: La altitud elevada en regiones
como Bogotá altera la mezcla aire-combustible, favoreciendo condiciones de
mezcla pobre que elevan aún más las temperaturas de combustión y aceleran el
deterioro de la culata.
El desgaste prematuro de la culata en el motor a GNV, a pesar de compartir diseño con
el motor Diésel y operar con el mismo sistema de refrigeración, probablemente se debe
a una combinación de:
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1. Mayor temperatura de combustión en GNV.
2. Diseño de culata no adaptado para ese régimen térmico.
3. Calidad y composición variable del GNV colombiano.
4. Condiciones de operación en altura.
11.3. Recomendaciones Finales
• Mejorar los materiales de la culata
• Utilizar válvulas y asientos que soporten altas temperaturas.
• Optimizar la refrigeración mejorar la eficacia del sistema de enfriamiento en las zonas
críticas de la culata.
• Supervisar la calidad del gas
• Garantizar que el gas sea limpio y seco; instalar filtros y secadores cuando sea
necesario.
• Reprogramar la ecu, ajustar la relación aire-combustible y el avance del encendido
para prevenir combustión deficiente y sobrecalentamiento.
• Hacer uso de lubricantes especiales para gnv: utilizar aceites con alta resistencia a la
temperatura y contenido bajo de cenizas.
• Capacitación técnica formar a los técnicos en mantenimiento y detección temprana de
problemas térmicos. adaptar a las altitudes ajustar sensores y la mezcla para un
funcionamiento adecuado en ciudades como Bogotá.
12. REFERENCIAS
Jaider. (2025, mayo 28). Sistema de refrigeración de Scania escaner [Video]. YouTube.
https://youtu.be/gLm61qRLuvE
Jaider. (2025, mayo 28). Sistema de Scania esquema de admision [Video]. YouTube.
https://youtu.be/Yt1dmikkZGU
Jaider. (2025, mayo 28). Temperatura de Scania esquema [Video]. YouTube.
https://youtu.be/Ya7OeK23v84
Jaider. (2025, mayo 28). Temperatura de Scania laser [Video]. YouTube.
https://youtu.be/JM2vJO7w92M
Jaider. (2025, mayo 28). Temperatura de Actros escáner [Video corto]. YouTube.
https://youtube.com/shorts/9_Jsx9bowMo
García Ginés, Ó. (2011). Mejora del plan de mantenimiento de motores de combustión interna de
gas natural Rolls-Royce KVGS-18G4 [Trabajo de fin de carrera, Universitat Politècnica de
Catalunya]. UPCommons. https://upcommons.upc.edu/handle/2099.1/11534
Página 17 de 17
García, J. (2014). La importancia de la formación en competencias digitales en la educación
superior. Revista de Educación a Distancia (RED), (40).
https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=5169211
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