Control de emisiones vehiculares Exigencias Tecnológicas para el Control y Monitoreo de Emisiones

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1 Control de emisiones vehiculares Exigencias Tecnológicas para el Control y Monitoreo de Emisiones Dr. Jose Ignacio Huertas Mecatronica Automotriz CIMA Del Tecnológico de Monterrey, México Día Interamericano de la Calidad del Aire Lima, Peru. Agosto 12, 2011

2 Contenido Objetivo Describir alternativas para controlar y monitorear emisiones vehiculares Introducción Tecnologías de control Dentro del vehículo Fuera del vehículo: políticas publicas Conclusiones

3 Control de la polución del aire Es obligación del gobierno garantizar la buena salud de la población Monitoreo de calidad del aire Control de emisiones Fuente Efectos sobre hombre, animales, plantas y cosas Legislación

4 La polución del aire DEFINICION Es la presencia en la atmósfera de una o más sustancias en cantidades tales y con una duración tal, que sean o puedan afectar al hombre, los animales, las plantas o la propiedad. Que interfiera con el goce de la vida, la propiedad o el ejercicio de actividades. IDENTIFICACION Nombre Idenficación Valor Unidades Material particulado PST g/m 3 (24h) Oxidos de Carbono CO, CO2 (CO) g/m 3 (1h) Compuestos con nitrógeno NO2, NH3 (NO 2 ) g/m 3 (1h) Compuestos con azufre SO2, H2S (SO 2 ) g/m 3 (24h)

5 Métodos de control de la polución del aire por vehículos Método Aplicación Ejemplo Reducción del contenido de Controlar la calidad del combustible azufre Combustibles Sustitución de combustibles NGV Biocombustibles Sustituyendo la fuente energética vehículos eléctricos e híbridos Tecnología de motor inyección electrónica, OBD, EGR Controlando la Programas I/M Controlando combustión Asegurando el mantenimiento Chatarrizacion la generación Mejores técnicas de manejo Restricción al flujo vehicular Organizando el sistema de transporte: Vías dedicadas: metrobus Reduciendo el Autopistas consumo Ciclo rutas y vías peatonales Proveyendo métodos alternativos Auto compartido LINT Controlando Productos de combustión Catalizador, filtro fl de partículas la emisión Emisiones evaporativas Canister Controlando la localización de la fuente Rutas verdes Mitigando los Modificando la atmosfera efectos Protegiendo los receptores

6 Aspectos tradicionalmente regulados Calidad del combustible Emisiones contaminantes del vehículo Nuevos Usados (mantenimiento) e to) Particulas (Opacidad para vehículos diesel) Gases (Pruebas estáticas y dinámicas) Ruido Tecnología y aditamentos del vehículo (nuevos) Inyección Presencia de catalizadores EGR

7 Combustibles Controlar la calidad del combustible Sustitución de combustibles Sustitución de la fuente energética

8 Curva de destilación de los combustibles derivados del petróleo Volatilidad Tendencia de la gasolina a pasar de líquido a vapor Rate vapor pressure: presión de evaporización Facilidad de arranque en frío Perdidas por almacenamiento Vapor lock Temperatura de 100% de evaporización Formación de depósitos Consumo de combustible Emisión ió de material particulado

9 Calidad de los combustibles: Aspectos regulados Curva de destilación Contenido de azufre Octanaje (gasolina) Resistencia a la auto ignición NO es una métrica de calidad del combustible Mas alto solo es mejor si se cuenta con motor con alta relación de compresión Numerode cetano (diesel) Facilidad de auto ignición Mejor es ~45

10 Sustitución de combustibles o introducción de nuevas tecnologias Tipos de sustitución: Gas natural por diesel y/o gasolina Biodiesel Etanol en la gasolina Nuevas tecnologías Vehículos eléctricos Vehículos híbridos Problemas: Adaptación de los vehículos a las condiciones particulares de una región: Altitud, variaciones en la composición del combustible. Aspectos de comparación Mecánica Capacidad de aceleración Capacidad de ascenso Energética Consumo de combustible Autonomía Ambiental CO y HC (sincronización de vehículos) SOx (Calidad del combustible) NOx CO2 (Calentamiento global)

11 General methodology Make the vehicle to follow a typical driving cycle while its tail pipe emissions are measured On road On a chassis dynamometer

12

13 Resultados sustitución a GNCV Pruebas a 28 vehículos Diesel y GNCV en Bogotá Prueba a vehículos convertidos (gasolina y diesel) nuevos y usados Revisión de experiencias en el mundo

14 Las emisiones de los motores a GNCV Debido a las características físico químicas del combustible, los motores a GNCV ofrecen beneficios ambientales comparados con los motores a diesel: Los motores a GNCV tienen inherentemente bajas emisiones de PM. Esto se debe a que el combustible no contiene hidrocarburos pesados. Por tanto, la combustión tiene poca tendencia aformarhollín. Los hidrocarburos no quemados que emiten los motores a GNCV, están compuestos en su mayoría de metano y etano. Estos hidrocarburos no son tóxicos y muestran menor tendencia a reaccionar en la atmósfera para producir ozono. El contenido de S en el GNCV es despreciable y, por tanto, las emisiones de SOx de los motores a GNCV son extremadamente bajas Los motores a GNCV pueden diseñarse para alcanzar emisiones de NOx muy bajas La conversión de vehículos a GNCV debe estar sujeto a estricto control por cuanto puede resultar en mayores emisiones

15 Vehículos eléctricos Tradicionales Bien conocidos Contaminación visual vs. Autonomía Baterías con mayor relación energía/peso Con celda de combustible Hidrogeno o gas natural Máxima eficiencia energética Problemas de capacidad Costo

16 Vehículos híbridos Vehículo hibrido Comercialmente disponible usa motores eléctricos y de combustión interna Motor de combustión interna genera la energía eléctrica y/o provee tracción Ventaja: motor mas pequeño trabajando en punto de máxima eficiencia Mayor costo Mayor complejidad técnica

17 Combustión Tecnología de motor Asegurando el mantenimiento

18 Tecnología del motor Tecnologías implementadas para minimizar la emisión de contaminantes en motores Inyección electrónica EGR Catalizador de 2 y 3 vías Filtro de partículas Observaciones A mayor relación de compresión mayor eficiencia Diesel mas eficiente que gasolina Desempeño dl del motor depende d de la calidad del combustible Octanaje de la gasolina Contenido de azufre del diesel

19 Tecnología del motor Observaciones Físicamente es imposible que el motor NO contamine, pero la tecnología ha generado motores con mínimas emisiones Eficienciatérmica ~30% pero eficiencia máxima físicamente posible ~50% La polución del aire sigue siendo generada principalmente por los vehículos

20 Vehículos nuevos Objetivo Promover que los fabricantes cada día provean vehículos con menores emisiones Observaciones Requiere laboratorio y personal altamente especializado y costoso para verificar su cumplimiento En Latinoamérica usualmente se asume que si funciona bien en el país de origen funciona bien en el país de destino Usualmente la importación de vehículos usados esta prohibido

21 Vehículos en uso: Programas I/M Objetivo Asegurar que el usuario provee adecuado mantenimiento a su vehículo (relacionados con los sistemas de control de emisiones) Métodos Estáticos Dinámicos OBD

22 Verificación vehicular: Pruebas estáticas y dinámicas Revisión de humo 2500 ± 250 rpm; 30s Marcha en crucero 2500 ± 250 rpm; 30s Marcha lenta en vacío 350 a 1100 rpm; 30s

23 Programa de verificación vehicular en México Vehículos livianos Establecida en NOM ECOL 041 [1] ynom ECOL 047 [2] Sobre dinamómetro de chasis siguiendo protocolos PAS 5024 y PAS 2540 (IM240 y Bar 30) Cuando no sea posible realizar estos protocolos se realiza prueba estática Máximos valores para la prueba dinámica son: Year Hydro carbons Carbon monoxide Oxygen Nitrogen monoxide Min Dilution Max Lambda HC CO O2 NO CO+CO2 [ppm] [% Vol] [% Vol] [ppm] [% Vol] λ < = > =

24 Verificación vehicular mediante OBD Los programa I/M buscan asegurar que los propietarios de los vehículos les proveen un adecuado mantenimiento En caso que todos los componentes que controlan la emisión de contaminantes estén trabajando adecuadamente: La emisión de contaminantes debe estar por debajo del permitido NO es responsabilidad del propietario La verificación vehicular por medio de OBD consiste en leer el computador del vehículo y verificar el estado operativo de los sistemas relacionados con el control de las emisiones vehiculares Este procedimiento fue estudiado y aprobado por la US EPA [4]

25 Verificación vehicular mediante OBD Pruebas realizadas en Toluca, México (A= 2700 msnm, Po=75KPa, To=15oC, w=25%) Analizadores de gases Para verificacion vehicular Calibrados Cuentan con la opcion de autocalibracion Dinamomentro de chasis Rodillos de 29 de diametro La carga fue ajustada de acuerdo a lo especificado en la regulacion

26 Verificación mediante OBD: Resultados 51 vehículos evaluados 14 de28 marcas 40 de 455 modelos Año modelo : % no pasaron la prueba de emisiones En el 5.88% de los casos no hubo un conector adecuado En el 17.65% de los casos no hubo comunicación Cuando hubo comunicación se obtuvo un 97.37% de correlación Resultados fueron diferentes en 2 vehículos Hubo falsos negativos y falsos positivos

27 Verificación vehicular: Retos 1.0 Pista 1era 2da 3era 4ta 5ta Dinamómetro Seguridad del sistema Prevenir la corrupción del sistema Re inforcement Auto financiamiento del programa Aprovecharla grancantidad de información recolectada Hacer una mejor estimación de las emisiones vehiculares Plan de reducción de emisiones con fabricantes flujo másico (mg/s) flujo másico (mg/ /s) Óxido de Nitrógeno Velocidad (km/hr) y = e x R 2 = Óxido de Nitrógeno Velocidad (Km/hr)

28 Reducción del consumo Mejores técnicas demanejo Organizando el sistema de transporte: Proveyendo métodos alternativos

29 Organización del sistema de transporte Sistemas masivos de transporte público de pasajeros sobre vías dedicadas Metrobus, México Transmilenio, Bogotá

30 Hoy no circula Restricción al flujo vehicular Carriles exclusivos para vehículos con mas de 2 pasajeros Rutas verdes

31 Métodos alternativos de transporte Vías exclusivas LINT, México Metrocable, Medellin

32 Métodos alternativos de transporte ciclo vías

33 Métodos alternativos de transporte Auto compartido

34 Conclusión

35 Conclusión Existe la tecnología y las alternativas para reducir la polución del aire La polución del aire es un problema social, cultural, mas que un problema técnico

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