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Semana Europeade la Movilidad 2009Metodología de caracterización real de las partículas en motores
diesel con instrumentación a bordo.
Carmen Barrios Sánchez
Centro de Investigaciones
Energéticas Medioambientales y
Tecnológicas.
Medida en tiempo real y continuo de las
emisiones de partículas
MOTIVACIÓN:
Efectos medioambientales y sobre la salud humana de las
emisiones de material particulado provenientes del transporte, en particular del
transporte con propulsión de motores Diesel.
CIEMAT
Emisiones de los vehículos
Actividad del transporte
Concentración de partículas
Enfermedades respiratorias
Efectos medioambientales
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
CIEMAT
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
Porque medir distribución de tamaños y número de partículas emitidas por los coches?
• Medida en masa (históricamente)
• Medida en número (futuro cercano)
• Medida en distribución de tamaño y número (futuro necesario)
� Tecnologías tradicionales de post tratamiento de gases
permitían la emisión de partículas > 2.5 µm
� Nuevas Tecnologías de post tratamiento de gases
minimizan la cantidad de masa emitida, pero el número de
partículas aumenta y el tamaño disminuye < 2.5 µm.
PARTICULAS(nm) PROBLEMAS RESPIRATORIOS
CIEMAT
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
Problema
No existen equipos comerciales que permitan medir “on board” en
tráfico real, a diferencia de los equipos portátiles de Medida de
gases. Por lo que ha sido necesario desarrollar una
metodología y un sistema de medida, que nos permita obtener
medidas fiables y con la suficiente velocidad para correlacionar
emisión y actividad del vehículo. CIEMAT
1. Escape2. Tubería calefactada3. Probeta del Diluidor4. Tubería del aire de dilución5. Muestra de gases diluida6. Salida de los gases sin diluir7. Termodiluidor8. Aire de dilución9. Entrada de muestra al EEPS10. Engine Exhaust particulate Sizer (EEPS).
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
Solución: Esquema del Equipo Experimental
CIEMAT
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
Laboratorio Móvil, SEAT Alhambra año 2007, 140CV, TDI, 2.0 ccCIEMAT
Rampas INTA
Banco rodillos INSIA
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
Medidas en tráfico real:
• Circuito Madrid M-10*
• Circuito Madrid M-20*
• Circuito Madrid M-30*
* Nominación oficial del Ayuntamiento de Madrid
CIEMAT
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
Circuito Madrid M-10
Número de
partículas
agrupadas por segundo, a partir
de un análisis
estadístico para
separación de
grupos homogéneos.
CIEMAT
Medida en tiempo real y continuo de las emisiones de partículas
RESULTADOS.
CIEMAT
Una vez validados los equipos en banco de pruebas y recorridos urbanos, se obtuvieron los siguientes resultados:
• Los motores Diesel de nueva generación emiten un mayor número de partículas pequeñas de orden de nanómetros.
• El comportamiento del conductor o su tipo de conducción tiene influencia sobre el tamaño y número de partículas que emite el motor del coche.
• En condiciones reales de operación de un motor Diesel, las condiciones del tráfico y las características de la vía (planificación urbana y orografía), tienen una influencia relevante sobre la emisión de partículas.
Medida en tiempo real y continuo delas emisiones de partículasRESULTADOS.
CIEMAT
Comparación Euro 0 con Euro 4 RD=3700, N=1800 rpm.
a) Curvas de velocidad vs tiempo en el ciclo NEDC urbano y extraurbano. b)
Medida de la concentración de partículas en los gases de escape en
función del tiempo.
MAXIMOS DE PARTICULAS EMITIDAS NEDC
5ta100%
4ta46,6%
3ra29%
2da25,5%
1era34%
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
69,8 69,8 80,6 93,1 93,1
D(nm)
#/cm
3
MAXIMOS DE PARTICULAS EMITIDAS NEDC
Ciclo NEDC
0
20
40
60
80
100
120
140
0 200 400 600 800 1000 1200
tiempo (s)
vel
ocid
ad (k
m/h
)
CIEMAT
RESULTADOS
5TA MARCHA
0,0E+00
1,0E+07
2,0E+07
3,0E+07
4,0E+07
5,0E+07
6,0E+07
6,04
8,06
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
107,
514
3,3
191,
125
4,8
339,
845
3,2
Diámetro, D(nm)
Conce
ntr
ació
n, (#
/cm
3)
5TA M ARCHA
ERROR
4TA MARCHA
0,0E+00
5,0E+06
1,0E+07
1,5E+07
2,0E+07
2,5E+07
3,0E+07
6,04
8,06
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
107,
514
3,3
191,
125
4,8
339,
845
3,2
D(nm)
Co
nce
ntr
ació
n(#
/cm
3)
4TA M ARCHA
ERROR
3RA MARCHA
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
1,8E+07
6,04
8,06
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
107,
514
3,3
191,
125
4,8
339,
845
3,2
Diámetro, (nm)
Co
nce
ntr
ació
n,
(#/c
m3)
3RA M ARCHA
ERROR
2DA MARCHA
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
6,0
4
8,0
6
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
108
143
191
255
340
453
Diámetro, (nm)
Co
nce
ntr
ació
n,
(#/c
m3)
2DA M ARCHA
ERROR
1RA MARCHA
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
1,8E+07
2,0E+07
6,0
4
8,0
6
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
108
143
191
255
340
453
Diámetro, D(nm)
Co
nce
ntr
ació
n,
(#/c
m3)
1era M ARCHA
ERROR
2DA MARCHA
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
6,0
4
8,0
6
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
108
143
191
255
340
453
Diámetro, (nm)
Co
nce
ntr
ació
n,
(#/c
m3)
2DA M ARCHA
ERROR
1RA MARCHA
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
1,8E+07
2,0E+07
6,0
4
8,0
6
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
108
143
191
255
340
453
Diámetro, D(nm)
Co
nce
ntr
ació
n,
(#/c
m3)
1era M ARCHA
ERROR
CIEMAT
DESACELERACION DE 120 A 0 km/h
0,00E+00
1,00E+07
2,00E+07
3,00E+07
4,00E+07
5,00E+07
6,00E+07
7,00E+076,
04
8,06
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
107,
514
3,3
191,
125
4,8
339,
845
3,2
Diámetro,D(nm)
Co
nce
ntr
ació
n,(
#/cm
3)
DESACELERACION DE 120 A 0 km/h
ERROR
Distribución de tamaño y número de partículas en el circuito urbano del
ciclo NEDC durante una desaceleración de 50 kmh-1 a 120 kmh-1.
RESULTADOS
ACELERACION DE 50 A 120 km/h
0,00E+00
5,00E+06
1,00E+07
1,50E+07
2,00E+07
2,50E+07
3,00E+07
3,50E+07
4,00E+07
6,04
8,06
10,8
14,3
19,1
25,5 34
45,3
60,4
80,6
107,
514
3,3
191,
125
4,8
339,
845
3,2
Diámetro,D(nm)
Co
nce
ntr
ació
n,(
#/cm
3)
ACELERACION DE 50 A 120 km/h
ERROR
Distribución de tamaño y número de partículas en el circuito urbano
del ciclo NEDC durante una aceleración de 50 kmh-1 a 120 kmh-1.
Emisión de partículas durante la aceleración y desaceleración de un motor Diesel.
CIEMAT
RESULTADOS
Número de partículas estimado por segundo y por Km. para cada tramo
del circuito. También se muestra el caudal total de gases emitidos.
Stretch & TEF Stretch & DF
Par
ticl
e n
um
ber
per
sec
on
d
Stretch
#/s
ec
TEF
Peak
Off-peak
0
4
8
12
16
(X 1,E12)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Stretch
Qm
ax (
m3
/min
)
1,9
2,9
3,9
4,9
5,9
6,9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Stretch
#/s
ec
Direction Factor
Anti-clockwise
Clockwise
0
4
8
12
16
(X 1,E12)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Stretch
Qm
ax (
m3/m
in)
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Par
ticl
e n
um
ber
per
kilo
met
re
Stretch
#/k
m
TEF
Peak
Off-peak
0
3
6
9
12
15
18
(X 1,E14)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Stretch
#/k
m
Direction Factor
Anti-clockwise
Clockwise
0
3
6
9
12
15
18
(X 1,E14)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Off-peak
Peak
Off-peak
Peak
CIEMAT
C ic lo Madrid M-10. Hora punta
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0 500 1000 1500 2000
tiem po (seg undos)
velo
cid
ad
(km
/h)
C ic lo Madrid M-10. Hora Valle
0
10
20
30
40
50
60
0 500 1000 1500 2000
tiempo (seg undos)
ve
loc
idad
(km
/h)
Ciclo NEDC
0
20
40
60
80
100
120
140
0 200 400 600 800 1000 1200
tiempo (s)
vel
ocid
ad
(km
/h)
Ciclo Europa urbano y extraurbano
RESULTADOS
CIEMAT
RESULTADOS
•Los valores medios de emisión de la concentración de partículas por segundo y por Km., asociados con el tráfico urbano muestran la importancia de las variables consideradas (factor de hora de trafico y el factor de dirección).
•El factor TEF (Factor de hora de trafico) es especialmente significativo en las variables asociadas con las emisiones de partículas. El tráfico en hora pico se caracteriza por altos períodos de inactividad, con bruscos arranques y paradas por lo que los valores medios de emisión de partículas son superiores a los obtenidos fuera de la hora pico.
• El factor DF ( factor de dirección) se presenta como un factor relacionado con la intensidad del tráfico y la topografía del terreno (colinas y tramos sin pendientes), por lo que su influencia sobre las emisiones de partículas es muy importante también.
CIEMAT
CONCLUSIONES
•Es necesario regular la emisión de materia particulada,
considerando distribución de tamaño y número.
•Con la tecnología desarrollada es posible medir en tiempo
real y considerando la actividad del vehículo, la emisión de
partículas de una manera mas concienzuda y útil.
•Educar para lograr una conducción mas eficiente son muy
relevantes para mejorar la salud de nuestra ciudad.
• Considerando que el parque automotor del futuro, se
presenta con la coexistencia de diferentes tecnologías de
propulsión en el transporte, a la utilización del Diesel como combustible en coches le quedan aún muchos años, por lo
que se hace necesario un control mas estricto de las
emisiones de partículas provenientes del transporte.
CIEMAT