conferencia espol noviembre 2015

MSc. ANGEL PORTILLATelf: 3285042- 0995027970angel.portilla@epn.edu.ec

MOTORES TÉRMICOS EMISIONES CONTAMINANTES Y SUS EFECTOS CONTROL DE EMISIONES ¿HACIA DONDE CAMINAMOS?

LOS MOTORES TÉRMICOS TRANSFORMAN LA ENERGIA CALÓRICA DEL COMBUSTIBLE EN ENERGÍAMECÁNICA

Mediante el proceso de la combustión, la energía química contenida en el combustible es transformada primeroen energía calorífica y seguidamente en energía mecánica, esto es, en trabajoútil aplicable a las ruedas propulsoras

SON CUALQUIER DISPOSITIVO QUE QUEMA COMBUSTIBLE Y CONVIERTE LA ENERGIA CALORIFICA ASI GENERADAEN TRABAJO MECANICO.

MOTORES DE COMBUSTION INTERNASon dispositivos que en el mismo lugar enel cual queman el combustible, realizan el trabajo

Motor a Gasolina, Motor a Diesel, Motor a Gas

MOTORES DE COMBUSTION EXTERNASon dispositivos que realizan el trabajo enun lugar diferente al cual se realiza laCombustión.

Maquinas a vapor.Motor Steerling

Motor a gasolinaMotor a diesel

Motor de combustión

Motor a gas

Interna Motor de turbina de gas

Motor térmico

Motor de propulsión a chorroMotor turborreactor

Motor de combustión

Motor de vapor Motor Steerling

Externa Turbina de vapor

ж El transporte automotriz consume más del 90% de la energía utilizada para el transporte y una gran parte de los hidrocarburos de cada país. La contaminación atmosférica resultante de esta actividad tiene por ende un impacto muy visible y significativo, más aún si tomamos en consideración que altas densidades de tráfico coinciden con altas concentraciones poblacionales.

Cuando = 1: El volumen de aire aspirado real es igual a la necesidad teórica de ese momento.

Cuando < 1: Existe déficit de aire en la cámara de combustión, esto es existen condiciones de mezcla rica, por ejemplo = 0,89.

Cuando > 1: Hay exceso de aire en la cámara de combustión, esto es existen condiciones de mezcla pobre, por ejemplo = 1,20.

Incremento de: muertes prematuras por enfermedades

respiratorias y cardiovasculares admisiones hospitalarias por afecciones

respiratorias agudas y cardiovasculares accesos de asma los costos por ausentismo laboral,

diagnóstico y tratamiento niveles de carboxihemoglobina en sangre Deterioro del patrimonio arquitectónico y la

riqueza histórica

TormentasSequiasInundaciones

Cosechas FallidasDisminución de hábitat para especies de flora y fauna

Precipitaciones

HuracanesOlas

Reducción de rendimientos agrícolas. Daños provocados por eventos extremos

(inundaciones, sequías, huracanes, etc.). Desaparición de glaciares de montaña en

los Andes, con impacto adverso en el suministro de agua dulce.

Mayor impacto de enfermedades como dengue, malaria y otras.

Pérdida de bosques tropicales, en zonas como la Amazonía.

Pérdidas de biodiversidad

Cotopaxi - Ecuador Kilimanjaro-Africa

Según estudios, el último decenio ha sido el más cálido del siglo. La temperatura atmosférica ascendió en 0,4 °C durante los 25 años anteriores.

TÉCNICAS INDIRECTAS Y DIRECTAS

PRUEBA ESTÁTICA PRUEBA DINÁMICA

Se realiza de acuerdo al procedimiento TIS (Two Idle Speed) OM 136, basado en la norma INEN 2203: “Gestión Ambiental. Aire. Vehículos Automotores. Determinación de la Concentración de Emisiones de Escape de Condiciones de Marcha mínima o “Ralentí”. Prueba Estática”

• Protocolo Federal de certificación de emisiones norteaméricano para vehículos ligeros (pasajeros y carga hasta 6000 lbs GVWR).

• Este protocolo se basa en el FPT 72 al que se le añade una tercera fase de 505 s denominada Hot Start luego de una para de 10 minutos.

• Consiste en tres etapas: arranque en frío, fase transitoria y arranque en caliente.

• La distancia conducida es de 11.04 millas (17.77 Km), dura 1874 s, la velocidad promedio es de 21.2 mph (34.1 Km/h).

• Las emisiones de cada fase son colectadas separadamente en bolsas de teflón, son analizadas y reportadas en g/milla (g/km). Los factores de representatividad son 0.43 para la primer fase, 1 para la segunda fase y 0.57 para la tercera fase.

Procedimiento de la pruebaEn el DMQ se realizan los dos ciclos (5015 y

2525):

Datos de la Zona Metropolitana del Valle de México

Luego de analizar las causas que originan las emisiones de sustancias contaminantes y los efectos que causan sobre las personas y medio ambiente, se presentan varias alternativas, unas enfocadas desde la precombustión y otras en la postcombustión, así como la estrategia clave para mejorar el rendimiento del motor y la reducción de emisiones.

EMISIONES EVAPORATIVAS RECIRCULACIÓN DE GASES

SOBREALIMENTACIÓN ACCIONAMIENTO FLEXIBLE DE VÁLVULAS

CONVERTIDOR CATALITICO

SONDA LAMBDA

Vapores de combustible

Vapores de aceite

SISTEMA DE EMISIONES EVAPORATIVAS SISTEMA DE EMISIONES EVAPORATIVAS (EVAP)(EVAP)

Este sistema evita que los vapores generados en los depósitos de combustible salgan a la atmósfera, reteniéndolos o condensándolos en un canister o caja de carbón activado, para que posteriormente sean introducidos a la cámara de combustión y puedan ser utilizados. De está forma se disminuye emisión de hidrocarburos livianos, causantes de la formación de smog en la atmósfera.

Durante el funcionamiento del motor y durante los tiempos de compresión, explosión y escape, pasan, a través de los segmentos, pequeñas cantidades de combustible sin quemar, vapor de agua y otros productos residuales de la combustión.

Estos vapores diluyen y producen la descomposición del aceite, perdiendo rápidamente sus características o propiedades lubricantes, además ocasionan también sobrepresiones en la parte baja del motor, por lo que se hace necesario sacarlos del cárter según se vayan produciendo, pueden deteriorar el aceite del motor, formando lodo o creando corrosión y moho en el cárter

Reducción de los óxidos de nitrógeno en los gases de escape de los automóviles como resultado de la

recirculación de gases de escape.

El uso de elementos que sirvan para sobrealimentar los motores viene dado por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que aumentar la cilindrada. La potencia depende de la cantidad de combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del numero de revoluciones.

Al introducir un exceso de aire en el cilindro aumenta la compresión, lo que facilita el encendido y el quemado completo del combustible inyectado, lo que se traduce en un aumento de potencia del motor.

La mayor presión de entrada de aire favorece la expulsión de los gases de escape y el llenado del cilindro con aire fresco, con lo que se consigue un aumento del rendimiento volumétrico.

La utilización de la energía de los gases de escape usualmente desperdiciada en forma de calor y de ruido, resulta siempre beneficioso ya sea por el aumento del rendimiento o por la disminución del consumo específico de combustible que con facilidad baja un 20%.

CONCEPTO Accionamiento de las válvulas con perfil de levantamiento variable

“dentro del ciclo”

UTILIDADES Modificación de la relación de compresión efectiva Producción de EGR interno Modificar la energía disponible en la turbina Producción de cortocircuito de aire Control del autoencendido Freno motor Realización de ciclos alternativos

No es un filtro, es un reactor químico. Aditamento del sistema de escape. Exclusivamente para motores con

inyección electrónica. Seleccionado en función de los parámetros

de diseño del motor. Requiere el uso de combustible sin plomo.

• Los motores con mezclas pobres (lambda mayor a 1) son más económicos pero emiten mucha mayor concentración de N2O3.

• Los niveles ricos (lambda menor a 1) emiten más hidrocarburos incombustionables y CO.

• Con mezcla rica y más de 500º C se remueve el azufre depositado en el interior del dispositivo, produciendo ácido sulfúrico de olor fuerte y desagradable, que a niveles superiores a 10 ppm es muy dañino para la salud. Al menor indicio de mal olor se debe llevar su unidad al especialista.

• Por estas razones se garantiza que el funcionamiento adecuado del catalizador se da con una proporción entre la cantidad de aire y combustible que se introduce en la cámara en un límite establecido de 14,5/1 (es decir límite lambda igual a 1).

LOS AUTOS, EN MATERIA DE COMBUSTIBLE, NO DEBEN DE SER GENERALISTAS, DEBEN DE SER CONCEBIDOS CON FLEXIBILIDAD REGIONALISTA; EN ESA FLEXIBILIDAD RESIDE EL VERDADERO RETO DEL FUTURO

El planeta tiene fiebre

1. Precios muy altos del petróleo2. Flexibilización de Matriz energética3. Efecto invernadero / emisiones

Básicamente por tres razones:

¿Por qué todo el mundo busca combustibles alternativos?

EtanolCOHCNOxCO2 neto

Crecimiento de la caña de azúcar.

Energía utilizada para producir etanol.

Rendimiento del combustible en el motor.

BiodieselMaterial particuladoNOx

CO2 neto Crecimiento de la

palma. Energía utilizada para

producir biodiesel. Rendimiento del

biodiesel en el motor.

Fuente: World Energy Council, 2004

EL ETANOL REDUCE EN MÁS DE 80% LAEMISIÓN DE GASES QUE CAUSAN EL EFECTO INVERNADERO

O2

CO2

COCO22

COCO22

EL ETANOL EN BRASIL

• EL GLP ES, ACTUALMENTE, EL COMBUSTIBLE ALTERNATIVO CON UNA MAYOR RED DE DISTRIBUCIÓN EN EL MERCADO EUROPEO

• DESARROLLADOS EN COLABORACIÓN CON FPT Y LANDI RENZO, LOS NUEVOS MODELOS FIAT OFRECEN MÁXIMA INTEGRACIÓN Y SEGURIDAD ENTRE COMBUSTIBLES

• SE HA CONSEGUIDO EMISIONES DE CO2 SIMILARES AL DIÉSEL (15% MENORES QUE LA GASOLINA); 96% MENOS DE EMISIÓN DE NOx QUE EL DIÉSEL; 68% MENOR QUE LA GASOLINA; 95% MENOS PARTÍCULAS CONTAMINANTES

EN EUROPA LA APUESTA PASA POR EL GLP

• FIAT ES PIONERA EN EL USO DEL GNV EN LATINOAMERICA

• OCUPA UNA POSICIÓN RELEVANTE EN LOS MERCADOS DE ARGENTINA Y BRASIL

• UNO DE LOS EJEMPLOS MÁS CLAROS ES EL FIAT SIENA TETRAFUEL

• EN EL AÑO 2005, FIAT PERÚ CONVIRTIÓ Y COMERCIALIZÓ LOS PRIMEROS VEHÍCULOS CON GNV 0 KMS Y GARANTÍA

• ACTUALMENTE, GRAN PARTE DE SU GAMA SE COMERCIALIZA CON LA DISPOSICIÓN A GNV

• EN EUROPA, FIAT HA LANZADO LA GAMA “NATURAL POWER”

EL GNV Y SU APLICACIÓN EN PERÚ

El sistema Flex Fuel Bosch es capaz de reconocer y adaptar, automáticamente, las funciones de administración del motor para cualquier proporción de mezcla de alcohol y de gasolina que esté en el tanque.

La identificación de la mezcla se hace por el sensor de oxígeno (también conocido como sonda lambda). A partir de esa identificación, al lado del deseo expreso por el conductor a través del acelerador, el software de la unidad de comando realiza una comparación con los puntos ideales mapeados. De esa forma, él determina cómo los distintos componentes del sistema deben portarse para generar el desempeño esperado – teniendo los menores índices posibles de consumo y emisión de contaminantes.

El Trifuel Bosch, sistema digital multipunto de administración de motor, posibilita el uso de Gas Natural Comprimido (GNC), gasolina, alcohol o cualquier mezcla de estos dos últimos combustibles en el mismo vehículo.

La presencia de un turbocompresor en el sistema ayuda en el aprovechamiento de las distintas características de los tres combustibles. Él puede generar un aumento de torque que elimina la pérdida de rendimiento existente hoy en los autos convertidos.

1807: Primer H2-ICE por François Isaac de Rivaz. 1839: Descubrimiento de la función principal de la pila combustible por

Sir William Grove. 1860: motor de gas de 1 cilindro por Jean Joseph Etienne Lenoir.

Producción de H2 por electrolisis a bordo del coche. 1875 - 1890: Desarrollo del motor de combustión interna de cuatro

tiempos para combustibles líquidos por Otto, Benz and Daimler. 1933: Combustión de H2 con reformado de amoníaco a bordo by

Nosk Hybdro. 1967: Primer coche eléctrico impulsado por pila combustible por

General Motors. 1970: Primera pila combustible – vehículo de batería híbrida (Austin

A40) aprobado para uso en carretera. Karl Kordesch. 1970-1990: Continuación del desarrollo de los H2-ICE, especialmente

en Japón por Musashi. Desde1990: Desarrollo sistemático de unidades de pila combustible

por Mercedes-Benz, Toyota, Opel, Audi, Honda und Ford. 1994: Transportador de pila combustible Necar1 por DaimlerChrysler. Desde 2000: Pruebas de mercado con Vehículos-FC (pila

combustible). 2003: Pruebas de mercado con 60 “A-Klasse” impulsados por pila

combustible por DaimlerChrysler (60 coches en todo el mundo). 2006: El gobierno alemán invierte 500 Mio. euros durante más de diez

años para la introducción en el mercado de los vehículos de pila combustible.

◦ Motor asíncrono de Tres Fases: Potencia Nominal: 65 kW. Torque Nominal : 210

Nm.◦ Sistema de pila combustible:

PEFC Ballard Mark 902. Potencia Nominal: 85 kW.

◦ Baterías: NiMh 20kW.

◦ Depósito: CGH2@350bar: 1,8 kg.

◦ Consumo: equivalente Diesel 4,2.◦ Autonomía: 160 km.◦ Velocidad máxima: 145 km/h.◦ Aceleración: 16 sec.◦ Costes: Prototipo:

Pruebas de mercado de 60 coches desde 2002.

F-cell DaimlerChrysler

¡Sólo agua!

◦ DaimlerChryslers “Citaro-Bus” basados en la tecnología de la célula combustible.

◦ 27 Citaro buses fueron probados de 2003 a 2005 en 9 ciudades europeas.

◦ Tecnología de Pila de Ballard: Dos módulos “MK902

Heavy Duty“ con 300 kW

◦ Sistema de depósito 9 CGH2-

contenedores con 350 bar pueden almacenar 1845 litros

◦ Autonomía De 200 a 250

kilómetros◦ Velocidad máxima

approx. 80 kilómetros

Fuente: Fuel Cell Bus Club 2004

Bus de pila Combustible “Citaro“

• EL PHYLLA ES YA UNA REALIDAD• ES UN VEHÍCULO EFICIENTE Y

TOTALMENTE RECICLABLE, QUE ANULA LAS EMISIONES DE GASES CONTAMINANTES Y CO2 EN LAS ÁREAS URBANAS (EMISIONES CERO) Y REDUCE EL IMPACTO AMBIENTAL DURANTE TODO EL CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO, DESDE LA PRODUCCIÓN HASTA EL FINAL DE SU VIDA ÚTIL

• ESTÁ CUBIERTO POR CÉLULAS FOTOVOLTAICAS QUE CAPTAN CAPTAN ENERGÍA SOLAR PARA EL MOVIMIENTO Y REPOSICIÓN DE SERVICIOS

• ESTAS CÉLULAS CARGAN A SU VEZ LAS PILAS DE DE LITIO QUE ALIMENTAN AL MOTOR, CON UNA POTENCIA PICO DE 54 Kw

EL AUTO SOLAR

Fuente: WBCSD, 2004. Mobility 2030: Meeting the challenges to sustainability

http://ccicev.com

ESTUDIOS Y CONSULTORIASCentros de Revisión Vehicular a nivel nacional.Homologación y regulación de transporte público.Impacto ambiental y plan de manejo ambiental del proyecto plan piloto de gasolina extra con etanol anhidro en la ciudad de Guayaquil.Uso adecuado de combustibles en las unidades de generación de ocho empresas del Ecuador.Determinación del ahorro en el consumo de combustible y el impacto ambiental que se genera al implementar el Programa Renova.Cambio del sistema de combustible diesel a sistema de combustible GLP y gas natural comprimido en buses urbanos.Determinación de la eficacia del sistema economizador de combustible en vehículos de ciclo DIESEL y ciclo OTTO.Identificación y realización de diversas actividades de mutuo interés de investigación sobre uso de biocombustibles.

¿Qué es lo que pasa con nuestra casa?

??? MSc.Ing. ANGEL PORTILLATelf: 2902831 - 0995027970ahph2001@yahoo.com

GRACIAS POR SU ATENCIÓN