La contaminación emitida por los vehículos en la ciudad

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1 La contaminación emitida por los en la Jesús Casanova Kindelán Catedrático de Máquinas y Motores Térmicos Dpto. Ingª Energética y Fluidomecánica

2 Contenido 1

3 2

4 Impacto del automóvil en el medio ambiente urbano Contaminación de la atmósfera Salud pública y calidad del aire Calentamiento global Conceptos desacoplados Ensuciamiento de edificios Ruido Contaminación del suelo y las aguas Contaminación y El vehículo en la Ocupación del espacio Impacto en el paisaje urbano y natural Paris 2002 Efectos en las La evolución Conclusiones EE.UU

5 Emisiones de los Emisiones de gases por el tubo de escape motor. Gases principales: N 2, H 2 O, O 2, y CO 2 ( G.E.I.) Productos contaminantes en pequeñas concentraciones Emisiones de partículas sólidas o líquidas en suspensión en el gas de escape (PM) Combustión + aceite Emisión de partículas de desgaste Frenos, embrague y neumáticos. Gases de evaporación de la gasolina del tanque del vehículo y en estación de servicio Control en carga desde camión pero no en boquerel. Cannister en de gasolina Gases de cárter del motor. Por normativa son recirculados. 4

6 Emisión contaminantes tóxicas. Contribución de los Principales sustancias emitidas a la atmósfera por los en una : Contaminantes primarios Nombre Símbolo Procedencia Contribución Monóxido de carbono CO Combustión incompleta (cinética y equilibrio químico) 90 % Óxidos de nitrógeno NO x Combustión a alta temperatura 75 % Hidrocarburos (Compuestos orgánicos volátiles) HC (COV) Evaporación, combustión incompleta 30 % (NM) Óxidos de azufre Partículas SO x PM Combustible 15 % ( ) 70 % (variable) Sales y metales Inquemables del combustible, sales y desgaste Hollín (sólidos) Gotas líquidas Mala combustión (carbono) Mala Combustión (hidrocarburos) 5

7 Emisiones e Inmisiones en la Radiación solar Otras fuentes Contaminantes SECUNDARIOS O 3, PAN ácidos, aldehídos... INMISIONES EMISIONES Contaminantes PRIMARIOS CO, HC, NOx, PM,... La secundarias son tan o más perjudiciales que las primarias 6

8 La influencia del tráfico en la contaminación de Madrid Evolución diaria en Madrid de la concentración de: Radiación, HC, NO 2 y O 3 (mes de julio) Radiación solar NMHC NOx O 3 Evidencia la responsabilidad del tráfico en la contaminación de Madrid Fuente: 7

9 Factores de emisión de los FACTOR DE EMISIÓN EN g/km FE (g/km) = E e (g/h) / V (km/h) Emisión por u. de tiempo: E e (g/h) = e e (g/kw h) P M (kw) Potencia del Motor: P M = [{M (g f R + g sen α + dv/dt) + 1/2 C X A F ρ a V 2 } V] / η TR Dependen del vehículo: Diseño, condiciones, mantenimiento e e Emisiones específicas del motor η TR Rendimiento de la transmisión y neumáticos M Masa del vehículo f R Condiciones de los neumáticos (presión de inflado) 1/2 C X A F Forma del vehículo: aerodinámica y área frontal Dependen de la pauta de conducción f R Estado de la carretera sen α Perfil de la carretera o ruta. dv/dt Aceleración. Fluidez del tráfico. Tipo de conducción V Velocidad media ρ a Densidad del aire (altura geográfica y temperatura del aire) 8

10 9

11 Caracterización del comportamiento de los en la El motor en condiciones transitorias de régimen de giro y de grado de carga. El motor utiliza poca potencia < 20 CV Revoluciones motor < 60 % de su valor máximo Periodos con motor a temperatura de refrigerante y de aceite bajas El motor está largos periodos de tiempo a ralentí (mínimo) Tiempo (s) Velocidad (km/h) rpm/100 Posición Acelerador Comparación CO Frío-Caliente Tiempo (s) CO caliente CO frío Tª Aceite Comparación HC Frío - Caliente Tiempo HC caliente HC Frío Tª Aceite 10

12 Caracterización de cada Caracterización de la tipología del tráfico, por zonas Orografía y urbanismo Tipos de vías Climatología Parámetros socio-económicos Intensidad media de tráfico, por zonas Parque de 11

13 Dinámica del tráfico en la Afectan mucho a las Velocidades Aceleraciones Tiempos de parada con motor en marcha Bajas velocidades medias asociadas a paradas y arranques repetidos Zonas urbanas Fuente: INRETS (Francia)

14 Caracterización de las condiciones del tráfico Resultados de un estudio realizado en Europa Longitud media por viaje (km) Duración media del viaje (min) Valor medio Paradas durante el viaje Número por km Duración (min) Duración (%) Velocidad media (km/h) Valores medios en uso urbano 3,4 9,0 5,8 1,7 2,4 18,4 23 Límite de velocidad (km/h) Vías urbanas < 60 Autovías urbanas Densidad de cruces (cruces / km) 1 5 > 5 < 80 0,3 > 80 0,3 Nivel de tráfico Velocidad estimada (km/h) Medio 41 Alto 31 Medio 33 Alto 23 Medio 59 Alto 46 Medio 92 Alto 82 Fuente: INRETS (Francia)

15 Influencia de la velocidad media y de la tecnología en los factores de emisión 4,5 4,0 3,5 EMISIONES DE NOx DE TURISMOS GASOLINA ,45 0,40 0,35 EMISIONES DE PM DE TURISMOS GAS-OIL Emisión (g/km) 3,0 2,5 2,0 1,5 Emisión (g/km) 0,30 0,25 0,20 0,15 1,0 0,10 0,5 0,05 0, Velocidad media (km/h) 0, Velocidad media (km/h) Emisión (g/km) 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 EMISIONES DE CO DE TURISMOS GASOLINA Velocidad media (km/h) Emisión (g/km) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 EMISIONES DE HC DE TURISMOS GASOLINA Velocidad media (km/h) Fuente: Programa Copert III 14

16 Desarrollo de un ciclo de conducción para Madrid Recorridos por la Vehículo instrumentado. Seguimiento de un vehículo al azar Diferentes horas y días Confección de matriz de densidades velocidad aceleración por zonas de la Extracción del ciclo de conducción Estudio de perfiles de velocidades y valores máximos Decisiones sobre inclusión de ciertas zonas MADRID COMPLETO DETALLE 1 CIRCUITO 2 TETUÁN ,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Velocidad (m/s) Aceleración (m/s2) 15

17 El Ciclo Madrid Ciclo representativo de una como Madrid (Trabajo realizado en la UPM) Ciclo Madrid Velocidad (km/h Ciclo Europa Tiempo (s) Velocidad (km/h) Ciclo para certificación de en Europa para límites normalizados en Europa para ligeros Tiempo (s) 16

18 Ciclo Madrid vs. Ciclo Europa 3,500 Emisiones de CO (g/km) 0,300 Emisiones de HC (g/km) 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 Urbano C. Europa Extra- Urbano Media Urbano Extra- Urbano C. Madrid Media 0,250 0,200 0,150 0,100 Urbano C. Europa Extra- Urbano Media Urbano Extra- Urbano C. Madrid Media 0,500 0,050 0,000 0,000 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 Urbano Emisiones de NOx (g/km) Extra- Urbano C. Europa Media Urbano Extra- Urbano C. Madrid Media Datos obtenidos en banco de rodillos con un Peugeot 205 gasolina Los emiten más contaminación en la que los límite homologados en Europa 0,000 17

19 3. Efectos en la 18

20 Medidas con equipos embarcados Trabajo desarrollado en la ETSII UPM (Madrid) ordenador acelerador Analizador de gases Tª agua Tª aceite consumo combustible revoluciones velocidad 19

21 La congestión del tráfico Estudio realizado por GMT UPM en Madrid. Zona de calles anchas normalmente congestionadas Referencia (Festivo) Congestión baja Congestión media Velocidad media (km/h) 35,5 15,6 11,8 Velocidad media vehículo en movimiento (km/h) 44,3 25,2 18,5 Tiempo parado (s) Tiempo movimiento (s) Fuente: GMT - UPM 20

22 La congestión del tráfico. Emisiones acumuladas Gramos HC HC Referencia: festivo Congestión baja: medio día Congestión media: media tarde Comparación hidrocarburos en en el el tiempo Gramos CO CO Gramos NOx Tiempo (s) (s) 0.25 Referencia Congestión baja baja Congestión media Fuente: GMT - UPM Comparación CO frente al tiempo Tiempo (s) (s) Referencia C ongestión baja Congestión media Comparación NOx frente al tiempo Tiempo (s) (s) Referencia Congestión baja Congestión media 21

23 Influencia de las infraestructuras: consumo Puentes y túneles Comparación entre circulación por superficie con semáforos y por pasos a diferentes nivel Fuente: GMT - UPM Comparación datos principales Consumo Velocidad Tiempo (s) (s) (ml) (ml) media (km/h) Ensayos por por semáforos Ensayos por por puentes

24 Influencia de las infraestructuras: HC HC CO CO Factor de de 0.03 emisión (g/km )) Puente Semáforos HC HC Factor de de emisión 1 (g/km) Puente Semáforos CO CO NOx Factor de de emisión g/km Puente Semáforos Nox Fuente: GMT - UPM 23

25 Influencia de la pauta de conducción 0.1 NOx (g/km) HC (g/km) 0 suave normal agresiva g/km g/km g/km 0 suave normal agresiva 0.05 g/km 0.1 g/km 0.83 g/km CO (g/km) suave normal agresiva 1,1 g/km 1,8 g/km 13,4 g/km Fuente: GMT - UPM 24

26 El vehículo no lo es todo, pero. Seleccionar el vehículo apropiado Europa occidental Gasolina Diesel GLP Diesel Etanol Diesel Grande normal o pequeño Conducir bien el vehículo % de ligeros diesel Mundo Asia Norteamérica Conducción Eficiente Datos en tráfico real (turismo < 2500 kg) Años Euro 3 Arranque en frío Diesel Gasolina NOx 8,1 1 PM >100 1 CO 1 4,6 25

27 26

28 Los actuales contaminan mucho menos ( ligeros) Límites de CO en Europa Límites en g/km. Igual todos turismos Valores mayores en furgonetas 3 Cambio procedimiento de ensayo 2.5 Limites CO (g/km) Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 3 Gasolina Euro 4 Euro 5 Euro Año Diesel: difícil reducir PM y NOx simultáneamente Gasolina: Difícil reducir de CO (arranque en frío) 27

29 Los actuales contaminan mucho menos ( ligeros) Límites de HC + NOx en Europa Límites en g/km. Igual todos turismos Valores mayores en furgonetas Límites HC+NOx (g/km) Euro 1 Euro 2 Gasolina Euro 3 Diesel Euro 4 Euro 5 Euro Año Diesel: difícil reducir PM y NOx simultáneamente Gasolina: Difícil reducir de CO (arranque en frío) 28

30 Los actuales contaminan mucho menos ( ligeros). PM NOx Vehículos diesel ligeros 0.16 Emisiones PM (g/km) Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 6 Euro 4 Euro Emisiones NOx (g/km) 29

31 Los actuales contaminan mucho menos ( pesados) Límites de en g/kwh. Motor más potente emite más Los límites van evolucionando hacia más limpios Fuente: IVECO 30

32 Evolución motores: consumo Consumo; CO 2 Distribución variable Motores gasolina Mezcla pobre Inyección directa Partículas? EGR Filtro partículas DeNox Cat SCR? Motores de enc. provocado (ciclo Otto) ACTUAL: Bajo nivel de urbanas EVOLUCIÓN: Reducción de consumo CO 2 Motores diesel ACTUAL: Bajo consumo (algo menos CO 2 ) EVOLUCIÓN: Reducción de urbanas Filtro partículas Motores diesel Combustión optimizada para mínimo consumo Motores diesel Emisiones: NOx, HC, CO, PM 31

33 La renovación de la flota. Planteamiento de un estudio Realizado por GMT - UPM Objetivos Estudiar las ventajas medioambientales de un plan de renovación de ligeros. Analizar la influencia de la dieselización del parque de ligeros. Se han estudiado cuatro escenarios: Situación actual Plan de renovación semieficiente: Sustituir por Euro 3 Anteriores a 1980 todos sustituidos 1981 a 1995 sustituidos el 50% según reparto actual. Plan de renovación perfectamente eficiente: Todos los anteriores a 1995 sustituidos por Euro 3. Situación límite: Todo el parque a Euro 3 32

34 La renovación de la flota. Resultados Emisiones (g/km-vehículo) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Emisiones CO Porcentaje de sustitutos de gasolina Emisiones (g/km-vehículo) 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 Emisiones PM Emisiones (g/km-vehículo) 0, ,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Emisiones NOx Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 0, Porcentaje de sustitutos de gasolina Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 4 Porcentaje de sustitutos de gasolina Fuente: investigación propia 33

35 34

36 Conclusiones Las de los contribuyen a la formación de contaminantes secundarios. La influencia de sus depende de la dinámica del tráfico, de la antigüedad de la flota, de la pauta de conducción y de las infraestructuras Los han evolucionado mucho, habiéndose reducido mucho las unitarias. La renovación del parque es importante para reducir las, pero debe frenarse la dieselización del parque circulante de ligeros Cuidado con los combustibles alternativos. 35

37 Gracias por su atención

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