1.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO

Transcripción

1 1.0 INTRODUCCIÓN Los altos precios de los combustibles ejercen una fuerte presión sobre la economía de los usuarios de automóviles. Esta presión, que es provocada por la dura realidad de que el petróleo ha entrado en su fase final de agotamiento sostenido, ha estimulado la iniciativa de muchas empresas para diseñar nuevos motores más eficientes o buscar combustibles alternativos Entre los nuevos combustibles para automóviles, se destacan los de origen vegetal, como son el etanol de caña o de maíz, el biodiesel de aceite usado, el biogás, los gases de pirólisis, el metanol de madera y otros de origen mineral como el gas natural y los gases sintéticos como el llamado gas brown En general, el proceso básico de combustión es una forma especial de oxidación a elevadas temperaturas en que el oxígeno del aire se combina con elementos combustibles, que generalmente son carbono, hidrógeno y en menor medida azufre (1). Esta reacción desprende suficiente energía calorífica para mantener alta la temperatura de los gases productos de la combustión. La eficiencia de una combustión se define como el porcentaje total de la energía potencial química en el combustible, que es realmente utilizada en un proceso particular. Por consiguiente esta eficiencia dependerá de cada aplicación. En el caso del automóvil es función del grado de afinamiento (relación aire/ combustible), de las características del combustible, del sistema de enfriamiento, de la temperatura de los gases de salida, entre otros. Como las mediciones se hicieron al final del tubo de escape, la temperatura de los gases se reducirá mucho con la longitud y forma de este tubo y por lo tanto la eficiencia se referirá a esta temperatura de salida. En este punto esta será más baja que justo a la salida del motor y por lo tanto el instrumento indicará un eficiencia mayor

2 El análisis de oxígeno mide el porcentaje de este elemento en los gases de combustión; este dato permite el ajuste fino del proceso de combustión para obtener la mejor relación aire/combustible, aumentando así el rendimiento de la combustión (1). Los analizadores de gases de combustión por lo general tienen la capacidad de medir oxigeno(o 2 ), monóxido y dióxido de carbono (CO, CO2), los óxidos nitrosos (NO x ), dióxido de azufre ( SO 2 ) y la temperatura y sobre esta base calcular los parámetros mas importantes de la combustión, como son eficiencia de la combustión, pérdidas de escape y exceso de aire (2). Los valores obtenidos de las mediciones son comparados con los valores permitidos por las normas nacionales para las emisiones de vehículos 1.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO El objetivo de este estudio es medir los cambios en niveles de emisión de gases tóxicos y otros parámetros de combustión en dos vehículos, uno de gasolina y otro de gasoil cuando se mezclan estos con Un combustible líquido de origen orgánico llamado Econal, el cual es fabricado en los USA 1.2 ORIGEN DEL ESTUDIO El estudio presentado en este informe da respuesta a la solicitud de servicio número de fecha 16 /1/ 2009, formulada por el señor Julio César Núñez en representación de la empresa Suplidora Agropecuaria Silvestre, S. A., ubicada en la Zona Franca San José

3 Esta empresa está promocionando un nuevo producto de su exclusividad, que persigue reducir la contaminación en los motores de combustión interna 2.0 MÉTODOLOGIA Materiales Para la realización de las mediciones de los parámetros de combustión, se utilizó un analizador de gases de la marca Kane May, modelo Quintox, de fabricación británica, el cual es completamente computarizado y diseñado específicamente para análizar los subproductos de la combustión. El instrumento se calibra automáticamente antes de cada ensayo, proporciona lecturas directas y se ajusta continuamente hasta obtener valores estables durante su funcionamiento. Ver foto del equipo en anexo 3. Para las pruebas de combustión se usaron dos automóviles uno marcas Toyota Hi-Lux, modelo 2,000 de gasoil, y otro Nissan modelo 2001 fuel injection de gasolina. Los combustibles usados fueron gasolina premium y gasoil regular y 2 envases de combustible marca Econal uno preparado para gasoil color verde y otro para gasolina color rojo.

4 Método El método utilizado está basado en la Norma Ambiental Dominicana para el control de las emisiones de contaminantes atmosféricos provenientes de vehículos NA-AI , en su parte de Estándares de Emisiones Vehiculares, comparando los valores medidos con los límites de emisión permitidos. Dicho método se basa en la aspiración forzada de los productos de combustión desde el tubo de escape a través de una sonda conectada a una tubería que transporta los gases, a través de los filtros adecuados, hasta el equipo automático marca Quintox (ver Foto No. 1). Este equipo analiza los gases, calcula los parámetros y presenta los datos en pantalla o en hoja impresa. El primer ensayo abarcó un total de 5 análisis para gasoil y para gasolina regulares solos y a velocidades diferentes de 800 RPM (en neutro o relanti) y luego de 2300 a 2500 RPM, con el vehículo estacionado. Luego, el cliente preparaba la mezcla con el combustible Econal y dejaba pasar un tiempo de 36 horas con cada vehículo funcionando normalmente, antes de realizar el segundo ensayo, similar al anterior. Por normas internas se retuvo una muestra del combustible utilizado en cada ensayo. Los análisis de gases se realizaban cada 5 o 10 minutos durante un período completo aproximado de 30 minutos a las 2 velocidades señaladas del motor. El vehículo se dejaba calentar hasta la estabilidad antes de tomar las lecturas. El instrumento, como se explicó más arriba,

5 se autocalibra antes de cambiar el combustible o antes del cambio de velocidad del motor 3.0 BREVE DESCRIPCION DEL SISTEMA Y LOS PUNTOS DE MUESTREO Vehículo con gasoil regular Marca: Toyota, Hi-Lux, 4 wd Tipo de vehículo: todo terreno (jeepeta) Año: 2000 Punto de muestreo: sonda insertada en la salida del muffler Vehículo con gasolina premium Marca: Nissan Tipo: Centra Año: 2001 Punto de muestreo: salida del muffler Nota: ver foto No RESULTADOS 4.1 Condiciones ambientales del monitoreo Durante la ejecución del monitoreo los vehículos trabajaron en espacio abierto bien ventilado a la sombra, clima seco de baja humedad y temperatura fresca

6 4.2 Resultados de los análisis de combustión Las tablas 1 y 2 siguientes muestran los resultados de los análisis de combustión del gasoil regular solo, arrojados por el Quintox, mostrando los diferentes componentes químicos y parámetros resultantes. Los valores medidos para HC que especifica la norma no aparecen en este informe, debido a que el equipo de medición no posee el sensor requerido. TABLA 1 RESULTADOS ANÁLISIS DE COMBUSTIÓN REGULAR. CON GASOIL Parámetro calibración fecha 19/1/ RPM 2500 RPM O 2 (%) CO 2 (%) Aire (%) >20 % Rendimiento (%) CO (mg/m 3 ) NO (mg/m 3 ) NO 2 (mg/m 3 ) NOx SO 2 (mg/m 3 ) Temperatura de gases + ambiente 0 C Temp. ambiente 0 C

7 *La muestra del combustible fue extraído de la línea que va del tanque al motor **La primera columna corresponde a la calibración del equipo lejos del escape y no es considerada para los fines del promedio. Para obtener el promedio se hicieron 5 análisis como mínimo a cada RPM del motor TABLA 2 RESULTADOS ANÁLISIS DE COMBUSTIÓN DE GASOIL CON ECONAL* DESPUÉS DE 36 HORAS. Parámetro medido fecha 22/1/ RPM 2400 RPM O 2 (%) 20.9** CO 2 (%) Aire (%) >20 % Rendimiento (%) CO (mg/m 3 ) NO (mg/m 3 ) NO 2 (mg/m 3 ) NO x (mg/m 3 ) SO 2 (mg/m 3 ) Temperatura de gases + ambiente 0 C Temp. ambiente 0 C * Este combustible es fabricado en USA. Esta prueba se hizo 36 horas después de hacer la mezcla de gasoil con Econal,

8 TABLA 3 RESULTADOS GASOIL CON ECONAL DESPUES DE RECORRER 500 KM Parámetro medido fecha 2/ 2/ RPM 2400 RPM O 2 (%) 20.9** 16 CO 2 (%) Aire (%) >20 % Rendimiento (%) CO (mg/m 3 ) NO (mg/m 3 ) NO 2 (mg/m 3 ) 0 0 NO x (mg/m 3 ) SO 2 (mg/m 3 ) Temperatura de gases + ambiente 0 C Temp. ambiente 0 C **La primera columna corresponde a la calibración del equipo fuera del muffler y no es considerada para los fines del promedio. Las Tablas 4 y 5 contienen los datos de los resultados de los análisis del Quintox, ajustado para la escala de light oil que es la escala más cercana a la gasolina regular. Antes de realizar las pruebas se dejaba encendido el vehículo por un tiempo hasta alcanzar las condiciones de estabilidad para cada velocidad seleccionada.

9 La tabla muestra los datos de las emisiones del vehículo Nissan Centra, año 2001, en condiciones de marcha en neutro y estacionario, a baja y alta velocidad sin el aire acondicionado TABLA 4. ESTUDIO DE COMBUSTION DEL CARRO NISSAN CON GASOLINA PREMIUM NORMAL Parámetro medido fecha 2/ 2/ RPM 2500 RPM O 2 (%) 20.9** CO 2 (%) Aire (%) >20 % Rendimiento (%) CO (mg/m 3 ) NO (mg/m 3 ) NO 2 (mg/m 3 ) NO x (mg/m 3 ) SO 2 (mg/m 3 ) Temperatura de gases + ambiente 0 C Temp. ambiente 0 C

10 TABLA 5. RESULTADOS DE ANALISIS DEL MISMO VEHÍCULO CON GASOLINA PREMIUM MEZCLADA CON ECONAL Y 300 KM DE RECORRIDO Parámetro medido fecha 4/ 2/ RPM 2400 RPM O 2 (%) 20.9** CO 2 (%) Aire (%) >20 % 0 0 Rendimiento (%) CO (mg/m 3 ) NO (mg/m 3 ) NO 2 (mg/m 3 ) NO x (mg/m 3 ) SO 2 (mg/m 3 ) Temperatura de gases + ambiente 0 C Temp. ambiente 0 C COMPARACIÓN DE LOS VALORES DE EMISIONES EVALUADAS CON LOS LÍMITES PERMISIBLES POR LAS NORMAS. Las tablas siguientes muestran la comparación de los límites máximos permisibles por la norma nacional, con los valores de los gases tóxicos medidos in situ

11 TABLA VALORES LIMITES DE LA NORMA Y VALORES MEDIDO PARA GASOIL SOLO. Gas Tóxico Valor máximo permitido por la norma NA-AI para vehículos 2000 en % Valores medidos en (mg/nm 3 ) Valores medidos en % CO 0.5 % CO 2 12% 3.92 Normas Dominicana, NA-AI , Normas para contaminantes atmosféricos provenientes de vehículos (Estándares de emisiones a la atmósfera). TABLA VALORES LIMITES DE LAS NORMAS Y VALORES MEDIDOS PARA GASOIL CON ECONAL DESPUéS DE 36 HORAS. Gas Tóxico Valor máximo permitido por la norma NA-AI para vehículos 2000 en % Valores medidos en (mg/nm 3 ) Valores medidos en % CO.0.5 % CO 2 12 % 3.88 Normas Dominicana, NA-AI , Normas para contaminantes atmosféricos provenientes de vehículos (Estándares de emisiones a la atmósfera

12 TABLA VALORES LIMITES DE LAS NORMAS Y VALORES MEDIDOS PARA GASOIL CON ECONAL DESPUES DE 500 KM RECORRIDOS Gas Tóxico Valor máximo permitido por la norma NA-AI para vehículos 2000 en % Valores medidos (mg/nm 3 ) Valores medidos en % CO 0.5 % CO 2 12 % 3.55 TABLA VALORES LIMITES DE LAS NORMAS Y VALORES MEDIDOS PARA GASOLINA PREMIUM EN UN CARRO NISSAN. Gas Tóxico Valor máximo permitido por la norma NA-AI para vehículos 2000 en % Valores medidos (mg/nm 3 ) Valores medidos en % CO 0-5 % CO 2 12 % 15.4

13 TABLA VALORES LIMITES DE LAS NORMAS Y VALORES MEDIDOS PARA GASOLINA PREMIUM CON ECONAL EN UN CARRO NISSAN DESPUES DE 300 KM. Gas Tóxico Valor máximo permitido por la norma NA-AI para vehículos 2000 en % Valores medidos (mg/nm 3 ) Valores medidos en % CO 0-5 % CO 2 12 % 15.4

14 RESULTADOS SINTÉTICOS DE LOS ANÁLISIS DE EMISIÓN DE 2 AUTOMÓVILES USANDO EL REFORMADOR ECONAL En baja velocidad y neutro (700 rpm) En alta velocidad y neutro (2500 rpm) TABLA 1. ANALISIS CON GASOIL SOLO CO Norma CO NOx SO Nota: el vehículo probado fue una jeepeta Toyota hi-lux, modelo 2000 TABLA 2. ANALISIS CON GASOIL y ECONAL DESPUES DE 36 HR En baja velocidad y neutro En alta velocidad y neutro CO CO NOx SO2 Norma , Nota: Después de 36 horas no se observó ninguna reducción de los niveles de emisión en los 3 tóxicos analizados usando gasoil TABLA 3. ANALISIS CON GASOIL y ECONAL DESPUES DE 500 KM CO Norma CO NOx SO2 En alta velocidad y neutro

15 Nota: después de 500 km, se obtuvo, en alta velocidad, una reducción importantes en las emisiones de CO (de 28 %) y de SO2 ( de 55.6 %), en cambio el NOx no mostró ningún cambio. TABLA 4. ANALISIS CON GASOLINA PREMIUM EN CARRO* NISSAN En baja velocidad CO Norma CO NOx SO2 y neutro En alta velocidad y neutro * Nota: vehículo Nissan Centra 2001 TABLA 5. ANALISIS CON GASOLINA y ECONAL PARA GASOLINA DESPUES DE 300 KM RECORRIDOS En baja velocidad y CO Norma CO NOx SO2 neutro En alta velocidad y neutro Nota: La reducción promedio en alta velocidad del CO fue de 860 a mg/ m3, o sea de 74.8 %. Algo muy notable fue que durante las pruebas de alta velocidad con Econal los niveles de CO bajaron a cero en 2 lecturas consecutivas.. En forma cuantificada las reducciones promedio de NOx y de SO2 fueron de 82 % y de 22 % respectivamente.

16 1. Normas Ambientales sobre la calidad del aire y control de emisiones atmosféricas. NA-AI , Secretaria de Estado de Medio Ambiente y Recurso Naturales. Santo Domingo. República Dominicana. Junio KENNETH WARK, CECIL F. WARNER. Contaminación del aire. Origen y Control. Editorial Limusa, S.A., 650 Pág ANEXOS

17

18 Foto No. 2 Momento de analizar el escape del vehículo Toyota Hi Lux, modelo 2000 con el equipo Quintox

19 Foto No. 3 Automóvil Nissan Centra al momento de analizar el escape