emisiones guayaquil
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CCICEV Ing. Ángel Portilla A.
Agosto 2006
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
ILUSTRE MUNICIPIO DEL
DISTRITO METROLITANO
DE QUITO
¿QUÉ ES EL CCICEV? El Centro de Capacitación e Investigación en Control de Emisiones Vehiculares (CCICEV) es una dependencia adscrita a la Escuela Politécnica Nacional, con autonomía administrativa, económica y financiera, de derecho privado, con finalidad social y pública, sin fines de lucro. Creado el 23 de abril del 2002 y constituida el 22 de julio del mismo año. Los promotores de su creación son: FUNDACIÓN NATURA, ILUSTRE MUNICIPIO DEL DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO y ESCUELA POLITECNICA NACIONAL. Se encuentra ubicado en la ciudad de Quito en el campus de la Escuela Politécnica Nacional. Representado por su Director Ejecutivo: Ing. Ángel Portilla.
MISIÓN Capacitar a la ciudadanía en el control de emisiones vehiculares,
incentivando a mantener su vehículo en buen estado.
VISIÓN Participar en la solución de los problemas ambientales generados por
la contaminación vehicular brindando capacitación, asesoramiento técnico e investigación sobre el control de las emisiones contaminantes.
OBJETIVOS Promover la investigación científica y tecnológica para mejorar la
calidad del aire.
Establecer y mantener la cooperación de los establecimientos de educación superior con las empresas públicas y privadas nacionales, así como organismos internacionales, para el desarrollo de tecnologías.
Capacitar a diversos grupos sociales (mecánicos automotrices, personal de talleres autorizados, instructores de instituciones educativas técnicas, concesionarios, taxistas, estudiantes de segundo y tercer nivel de educación, etc.), en la calibración y mantenimiento de motores para la reducción y el control de emisiones.
Diseñar proyectos de desarrollo, participar en su ejecución y evaluación.
Realizar investigación en el campo de la reducción de emisiones vehiculares contaminantes, así como de tecnologías y diseños alternativos para ser implementados en condiciones de altura como las de la cuidad de Quito.
ACTIVIDADES CAPACITACIÓN
Se han capacitado alrededor de 1200 personas hasta el 2006, en diversas ciudades del Ecuador.
CALIBRACIÓN DE VEHICULOS A GASOLINA
AVALÚO DE VEHÍCULOS
FISCALIZACIÓN: Del montaje y funcionamiento de los Centros de revisión y control vehicular,
Vía pública.
INVESTIGACIÓN: Programa Retrofit Quito.
Pruebas con combustibles alternativos (Biodiesel)
ASESORAMIENTO A MUNICIPIOS PARA EL CONTROL AMBIENTAL.
INSTITUCIONES CON LAS QUE SE TRABAJA
Escuela Politécnica Nacional.
El Municipio del Distrito Metropolitano de Quito.
Fundación Natura.
CORPAIRE
Consejo Nacional de Tránsito
Sindicato de Mecánicos y anexos de Pichincha
CONTROL DE EMISIONES VEHICULARES
INTRODUCCIÓN La contaminación proveniente de las emisiones del parque vehicular,
se ha convertido en un problema crucial, debido al impacto directo que tiene sobre la salud humana y, consecuentemente, el nivel de vida de la población; por ello, es urgente que toda política de gestión del desarrollo local incorpore estrategias de prevención y control de la contaminación atmosférica.
Cuando se habla de la composición de los gases de escape de un vehículo se utilizan siempre los mismos términos: monóxido de carbono, óxido nítrico, partículas de hollín o hidrocarburos. En este contexto, sólo pocas veces se menciona que estas sustancias integrantes sólo representan una fracción de la total cantidad de gases de escape. Debido a ello, antes de describir las diferentes sustancias que integran los gases de escape, le mostramos aquí la composición aproximada de los gases que despiden los motores diesel y de gasolina.
ORIGEN DE LAS EMISIONES
N2 Nitrógeno O2 Oxígeno H2O Agua CO2 Dióxido de carbono CO Monóxido de
carbono
NOX Óxidos nítricos SO2 Dióxido de azufre Pb Plomo HC Hidrocarburos Partículas de hollín MP
Componentes de entrada y salida para
la combustión
La siguiente representación gráfica se propone proporcionarle una idea general resumida sobre los componentes iniciales y finales de la combustión en el motor.
DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES QUE
INTEGRAN LOS GASES DE ESCAPE
N2 . Nitrógeno Es un gas no combustible, incoloro e inodoro, es un
componente elemental de nuestro aire respiratorio (78 %
nitrógeno, 21 % oxígeno, 1 % otros gases) y se alimenta al
proceso de la combustión conjuntamente con el aire de
admisión. La mayor parte del nitrógeno aspirado vuelve a
salir puro en los gases de escape; sólo una pequeña parte
se combina con el oxígeno O2 (óxidos nítricos NOX).
O2 . Oxígeno Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el componente
más importante de nuestro aire respiratorio (21 %). Se
aspira a través del filtro de aire, igual que el nitrógeno.
H2O . Agua Es aspirada en parte por el motor (humedad
del aire) o se produce con motivo de la
combustión .fría. (fase de calentamiento del
motor). Es un componente inofensivo de los
gases de escape
CO2 . Dióxido de carbono Es un gas incoloro, no combustible. Se produce al ser
quemados los combustibles que contienen carbono (p. ej.
gasolina, gasoil). El carbono se combina durante esa
operación con el oxígeno aspirado.
Las discusiones generales en torno a las alteraciones
climatológicas (efecto .invernadero.), el tema de las emisiones
de CO2 se ha hecho consciente en la opinión pública. El
dióxido de carbono CO2 reduce el estrato de la atmósfera
terrestre que suele servir de protección contra la penetración
de los rayos UV (la tierra se calienta).
CO. Monóxido de carbono Se produce con motivo de la
combustión incompleta de
combustibles que contienen carbono.
Es un gas incoloro, inodoro, explosivo
y altamente tóxico. Bloquea el
transporte de oxígeno por parte de los
glóbulos rojos. Es mortal, incluso en
una baja concentración en el aire
respiratorio. En una concentración
normal en el aire ambiental se oxida al
corto tiempo, formando dióxido de
carbono CO2.
NOX . Óxidos nítricos Son combinaciones de nitrógeno y oxígeno (p.
ej. NO, NO2, N2O). Los óxidos de nitrógeno se
producen al existir una alta presión, alta
temperatura y exceso de oxígeno durante la
combustión en el motor. Ciertos óxidos nítricos
son nocivos para la salud.
Las medidas destinadas a reducir el consumo
de combustible suelen conducir
lamentablemente a un ascenso de las
concentraciones de óxidos nítricos en los
gases de escape, porque una combustión
más eficaz produce temperaturas más altas.
Estas altas temperaturas generan a su vez
una mayor emisión de óxidos nítricos.
SO2 . Dióxido de azufre Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible.
El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso propicia las
enfermedades de las vías respiratorias, pero interviene
sólo en una medida muy reducida en los gases de escape.
Si se reduce el contenido de azufre en el combustible es
posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre.
Pb. Plomo Ha desaparecido por completo en los gases de escape de
los
vehículos. En 1985 se emitían todavía a la atmósfera 3.000
t, debidas a la combustión de combustibles con plomo.
El plomo en el combustible impedía la combustión
detonante debida a la autoignición y actuaba como una
sustancia amortiguadora en los asientos de las válvulas.
Con el empleo de aditivos ecológicos en el combustible sin
plomo se han podido mantener casi idénticas las
características antidetonantes
HC. Hidrocarburos Son componentes inquemados del combustible, que
surgen en los gases de escape después de una
combustión incompleta.
Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes
combinaciones (p. ej. C6H6, C8H18) y actúan de
diverso modo en el organismo. Algunos de ellos
irritan los órganos sensoriales, mientras que otros
son cancerógenos (p. ej. benceno).
Material Particulado (PM) Se define como PM a las partículas de hollín
generadas en su mayor parte por los motores
diesel.
Los efectos que ejercen sobre el organismo humano
todavía no están aclarados por completo.
COMPONENTES DE LOS GASES DE ESCAPE EMITIDOS POR LOS VEHICULOS A DIESEL Y
GASOLINA
GASOLINA
DIESEL
IMPACTO DE LA
CONTAMINACIÓN VEHICULAR
INTRODUCCIÓN
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.
Las emisiones más importantes de motores automotrices son monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), plomo, partículas, óxidos de nitrógeno (NOX), dióxido de azufre (SO2), y dióxido de carbono (CO2).
EFECTOS DE LOS PRINCIPALES CONTAMINANTES AUTOMOTRICES
CONTAMINANTE EFECTOS DE LA SALUD
CO
(Monóxido de carbono)
Disminuye la absorción del oxígeno por células rojas, afecta
la percepción y la capacidad de pensar, disminuye los reflejos
y puede causar inconsciencia. Afecta el crecimiento fetal en
mujeres embarazadas. Junto con otros contaminantes
fomenta enfermedades de personas con problemas
respiratorios y circulatorios.
A. SALUD
CONTAMINANTE EFECTOS DE LA SALUD
Pb
(plomo)
Afecta a los sistemas circulatorios, reproductivos, los
riñones y nervios del cuerpo. Reduce la habilidad del
aprendizaje de los niños y puede provocar hiperactividad.
Puede causar daños neurológicos
Hollín
(Material Particulado)
Puede iniciar enfermedades respiratorias (afectando más
a niños y ancianos) y provocar cáncer en los pulmones.
NOX
(óxidos de nitrógeno)
Irrita los ojos, nariz, garganta y causa dolores de cabeza.
HC (hidrocarburos)
Irritación de los ojos, cansancio y tendencia a toser. Puede
tener efecto carcinógeno o mutativo. HC de motores diesel
pueden causar enfermedades pulmonares.
SO2
(dióxido de azufre)
Irrita las membranas del sistema respiratorio y causa
inflamación en la garganta.
B. ECOSISTEMAS, CONSTRUCCIONES Y OBRAS PICTORICAS.
En el caso de los ecosistemas se ocasionan daños a la vegetación, afectando la productividad en áreas de cultivo, esto como producto de: La lluvia ácida
Oxidantes fotoquímicos.
Erosión del suelo.
La afectación de monumentos históricos es de las principales evidencias de los efectos que puede representar la contaminación no solo para las construcciones y obras pictóricas sino también para la humanidad.
Los mecanismos de deterioro de los materiales son los siguientes: Abrasión
Deposición y remoción
Ataque químico directo
Corrosión electroquímica
MEDIDAS PARA CONTROLAR LA
EMISION DE CONTAMINANTES
Llevar el vehículo a una inspección y mantenimiento regular de sus emisiones. Esta medida reduce fácilmente la contaminación de su vehículo de 30 a 40% y disminuye el consumo de diesel o gasolina entre 5 y 10%.
Utilizar gasolina sin plomo. No daña los vehículos y disminuye efectos negativos sobre la salud y la ecología.
Promover y utilizar el transporte público como medio de transporte menos contaminante que el transporte individual.
Eliminar los subsidios directos e indirectos a carburantes o medios de transporte
MÉTODOS PARA EL CONTROL DE
LAS EMISIONES CONTAMINANTES
Diagnóstico de los niveles de los vehículos a gasolina en el Distrito Metropolitano de Quito, en base a los resultados del plan piloto.
Estudio de la influencia de las condiciones atmosféricas de Quito sobre la mezcla de aire-combustible.
Proponer varias técnicas de calibración y mantenimiento de los vehículos con motor a gasolina para el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ).
La metodología aplicada contempla tres aspectos básicos:
MOTOR A GASOLINA
A. DIAGNÓSTICO DE LOS NIVELES DE EMISIONES DE LOS
VEHICULOS A GASOLINA EN EL DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO.
Se toma como referencia los resultados obtenidos durante el plan piloto, en el que se evaluaron las emisiones contaminantes en condiciones de marcha mínima y a 2500 rpm y considerando los niveles de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC).
Para determinar los diferentes factores que influyen en la contaminación, se clasificó a los vehículos en cuatro grupos:
GRUPOS GRUPO 1: Carburador simple +
Encendido con platinos (25%).
GRUPO 2: Carburador controlado + Encendido electrónico + algún sistema de control de emisiones (36%).
GRUPO 3: Inyección electrónica + Encendido electrónico + Sistemas de control de emisiones (31%).
GRUPO 4: Inyección electrónica + Encendido electrónico + Sistemas de control de emisiones + Convertidor Catalíticos (8%).
DISTRIBUCIÓN DE LOS GRUPOS
25%
36%
31%
8%
GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4
RESULTADOS
Tabla Nº 1. Resultados de Emisiones de Hidrocarburos (HC).
GRUPO RALENTI
(%)
CRUCERO
(2500 rpm)
(%)
G1 67 58
G2 63 54
G3 45 38
G4 13 8
Tabla Nº 2. Resultados de Emisiones de Monóxido de Carbono (CO)
GRUPO RALENTI
(%)
CRUCERO
(2500 rpm)
(%)
G1 79 65
G2 88 78
G3 58 35
G4 10 5
Actualmente con el crecimiento del parque automotor la composición es diferente.
B. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES ATMOSFERICAS
SOBRE LA MEZCLA AIRE – COMBUSTIBLE.
Conforme aumenta la altura sobre el nivel del mar, el aire se vuelve menos
denso, a partir de los 1500 de altitud un carburador bien regulado para
condiciones de nivel del mar, producirá mezcla rica en la altura.
En estas condiciones sube el consumo, disminuye la potencia y aumentan
las emisiones de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC)
La curva representa las características de un motor de encendido por chispa en función de diferentes relaciones aire-combustible
NOx (PPM) CO (%) HC(PPM)
El flujo másico de aire requerido por un motor para trabajo en la altura, en
función del flujo másico de aire a nivel del mar es:
aoah mwm (1)
DONDE:
= flujo másico de aire en la altura (Kg/s)
= flujo másico de aire a nivel del mar (Kg/s)
= factor de corrección por altura
ahm
aom
w
CORRECCIÓN DEL FLUJO MASICO
PERO:
rev
NVm caVa
120
(2)
DONDE:
am = flujo másico de aire (Kg/s)
= eficiencia volumétrica.
= densidad del aire (Kg/m3)
= volumen de la cilindrada (m3)
= número de revoluciones (rev).
V a
VC
N
De las relaciones (1) y (2) se tiene:
ao
ah
m
mw
(3)
aovo
ahvhw
(4)
2/1
1
1
o
h
vo
vh
T
T
(5)
Considerando el aire como gas perfecto:
RT
P (6)
hao
ah
ao
ah
TP
TP
1
10
(7)
Entonces:
ao
ah
h P
P
T
Tw *
2/1
1
10
(8)
Donde:
T10 = temperatura de admisión a nivel del mar (ºK)
T1h = temperatura de admisión en la altura (ºK).
Pa0 = presión atmosférica a nivel del mar (KPa)
Pah = presión atmosférica en la altura (KPa).
Si se define la masa de aire de corrección por altura , se tiene:
wmm aoac 1 (9)
Flujo másico de aire de corrección requerido par la altura de quito.
En la figura 1, se muestra la variación del flujo de masa de aire requerido a nivel del mar, en función de la cilindrada y la velocidad del motor, considerando como datos:
Altura de Quito: 2800 m
Presión atmosférica en Quito: 72 kPa.
Temperatura promedio en Quito: 18 ºC.
Presión atmosférica a nivel del mar: 100 kPa
Temperatura promedio a nivel del mar: 27 ºC.
En la figura 2 se presenta la variación del flujo de masa de aire corregido para
la ciudad de Quito, el factor de corrección para las condiciones establecidas
es w = 0.73.
Se asume una eficiencia volumétrica.
v = 0.8
FLUJO MASICO DE AIRE A NIVEL DEL MAR
0
50
100
150
200
250
1000 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000 2200 2300
CILINDRADA (m3)
FL
UJO
MA
SIC
O
1000
2000
2500
3500
Figura 1. Flujo másico de aire a nivel del
mar.
FLUJO MASICO DE AIRE DE CORRECCION
PARA QUITO
0
10
20
30
40
50
60
70
1000 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000 2200 2300
CILINDRADA (m3)
FL
UJO
MA
SIC
O
1000
2000
2500
3500
Figura 2. Flujo másico de aire de
corrección para Quito.
C. TECNICAS DE CALIBRACION Y MANTENIMIENTO
DE LOS VEHICULOS CON MOTOR A GASOLINA EN EL
DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO.
Considerando los datos que se presentan en las tablas 1 y 2 los rechazos por altos niveles de HC y CO, se concluye que los motores a gasolina en la ciudad de Quito trabajan con mezclas ricas, debido a la disminución del flujo másico de aire, siendo necesario aire de corrección como se muestra en la figura 2.
Las calibración y mantenimiento realizado en los vehículos con motor a gasolina, se divide en dos grupos; motores con carburador y de inyección electrónica.
MOTOR CON CARBURADOR
CARBURADOR
SISTEMA DE ENCENDIDO
Verificar el tiempo de encendido. Los
mejores resultados se obtiene con un
adelanto al tiempo de encendido
comprendido entre 10º - 14º.
2. Verificar el potencial eléctrico de
ionización, en los cables de la bobina
y las bujías, si los valores son
menores de 5 Kv:
• Calibrar bujías, platinos, ángulo
Dwell.
• Cambiar bujías, cables, platinos,
tapa del distribuidor, rotor, bobina.
SISTEMA DE ALIMENTACION
1. Verificar el estado del filtro de aire,
si se requiere reemplazar.
2. Comprobar la válvula de mariposa
del carburador si se encuentra
desgastada cambiar.
3. Chequear el estado de la
válvula de aguja, para control de
ralentí o marcha mínima, si no
regula se debe cambiar.
4. Verificar la velocidad de ralentí y
ajustar a especificaciones
5. Bajar el nivel de la cuba del carburador, para disminuir suministro de combustible. Cuba del
carburador
6. Reducir el diámetro de los surtidores del carburador, en un 8% el diámetro original. Si no se dispone en el mercado el surtidor calculado, utilizar el más cercano con menor valor.
7. Permitir el ingreso de aire para la corrección, después de la válvula de mariposa. Es necesario establecer un área máxima para el aire de compensación
MOTORES CON INYECCION ELECTRONICA
SISTEMA DE INDUCCION DE AIRE.
1. Verificar el estado del filtro de aire, si se requiere reemplazarlo.
2. Verificar la hermeticidad del sistema, que no existan fugas de vacío.
3. Permitir el ingreso de aire para la corrección, después del medidor de
flujo de aire, considerando los criterios para motores con carburador.
SISTEMA DE ENCENDIDO
Verificar el potencial eléctrico de ionización, en los cables de la bobina y las
bujías. Si los valores son menores de 5 Kv. se debe:
Calibrar bujías
Cambiar bujías, cables, tapa del distribuidor, rotor, bobina.
Verificar el tiempo de encendido (donde es posible ajustar a
especificaciones del fabricante).
Parte de estos trabajos se realizan, si la tecnología lo permite
SISTEMA DE COMBUSTIBLE
Verificar la presión del sistema de combustible. Para enriquecer la mezcla
disminuir la sección del tubo de retorno (aumentar la presión)
Para empobrecer, disminuir la sección del tubo de suministro (disminuir presión)
Verificar el estado del filtro de combustible de ser necesario cambiar. Verificar el estado de la válvula reguladora
de presión de ser necesario cambiarla.
Realizar un balance de inyectores de ser necesario realizar la limpieza, cambiar rines de caucho, cambiar filtro o inyectores
SISTEMA DE CONTROL
1. En este sistema, se pueden modificar las señales eléctricas especialmente las analógicos, que provienen de los sensores de temperatura del motor CTS y del aire IAT, de flujo de aire como MAP, MAF, VAF, de posición de la mariposa de aceleración TPS. Estas modificaciones se realizan con resistencias eléctricas, lo que permite enriquecer o empobrecer la mezcla de aire y combustible
Componentes : 1.- Medidor
de caudal de aire; 2.- ECU;
3.- Bomba eléctrica de
gasolina
4.- Filtro; 5.- Válvula de aire
adicional; 6.- Sonda lambda;
7.- Sensor de temperatura;
8.- Inyectores
electromagnéticos
9.- Sensor de posición de la
mariposa; 10.- Regulador de
presión de combustible.
CATALIZADOR La depuración actual de los gases de escape de los motores de gasolina
se realiza por medio de catalizadores.
La regulación del ciclo de depuración catalítica corre a cargo de la unidad de control del motor: La sonda lambda transmite a la unidad de control del motor las señales correspondientes al contenido de oxígeno en los gases de escape. La unidad de control del motor se encarga de mantener ajustada la mezcla de combustible/ aire a una proporción lambda = 1.
El catalizador despliega su efecto de depuración a partir de una temperatura de aprox. 300 °C y requiere un cierto tiempo para alcanzar su temperatura de servicio después del arranque en frío. En los sistemas de escape de vanguardia se implantan precatalizadores para abreviar la fase de calentamiento y poder depurar los gases de escape después de un tiempo mínimo. Estos precatalizadores se instalan cerca del colector de escape, tienen generalmente unas dimensiones más pequeñas y alcanzan por ello más pronto su temperatura de servicio.
La depuración catalítica se basa en dos reacciones químicas: 1. Reducción . extracción de oxígeno de los componentes de los gases de
escape.
2. Oxidación . adición de oxígeno a los componentes de los gases de escape (recombustión).
Pese a los esfuerzos realizados para reducir las emisiones de gases contaminantes en especial el material particulado (PM), no se han alcanzado resultados perceptibles por la ciudadanía, por lo que surge la necesidad de encontrar alternativas que permitan dar solución al problema.
A pesar de que el parque automotor diesel se somete a controles semestrales y que apenas representa el 6% de la flota vehicular que circula en el DMQ, el inventario de emisiones más actualizado muestra que estos son responsables de más del 40% de las emisiones de PM.
MOTOR DIESEL
Siendo el uso de dispositivos postcombustión una alternativa para la
reducción de PM se da inicio al Programa Retrofit Quito, el mismo que
permitirá seleccionar el o los dispositivos postcombustión existentes en el
mercado, para ser probados bajo las condiciones locales del DMQ, como
son: calidad del combustible diesel (500 ppm de azufre), la tecnología del
parque vehicular diesel existente, y la topografía de la ciudad.
El Programa Retrofit Quito permite determinar el estado mecánico real
del parque automotor diesel de servicio de transporte público urbano que
circula en el DMQ, la línea base de emisiones de gases contaminantes,
así como el comportamiento de los gases de escape con y sin dispositivo
postcombustión.
DISPOSITIVOS POSTCOMBUSTIÓN
CRT® Filter
(Continuously Regenerating Technology) Johnson Matthey’s
Los filtros de partículas son equipos de flujo con poros abiertos diseñados como espumas, fibras, o granos sinterizados en material cerámico o metales que resistan altas temperaturas. La tecnología de los filtros no es nueva y el proceso físico de filtración está basado en el impacto o la difusión de partículas sólidas.
El principio de operación de los filtros es simple. Los filtros remueven el PM fuera del humo del escape del motor, lo retienen y lo convierten a través de la combustión pasiva o asistida de acuerdo al diseño del dispositivo.
El control de la emisión de PM se logra sin afectar el diseño y características del motor y con un muy leve impacto al consumo de combustible. La eficacia de los dispositivos ha sido ampliamente investigada y reportada en la literatura técnica
DPF
(Filtro de partículas diesel) – HUSS
DOC (Catalizadores de oxidación de diesel)
DOC Instalado en un vehículo
Imágenes facilitadas por el Ing. Luís Soublette
No afecta el diseño del autobús
Reduce el material particulado desde
el 15% al 45%
Reduce el monóxido de carbono e
hidrocarburos desde el 60% al 95%
No requiere regeneración
Filter system for diesel particulates with full flow regeneration
PROGRAMA RETROFIT QUITO
El programa Retrofit viene ejecutándose desde octubre del 2005, se ha cumplido la primera fase y se esta desarrollando la segunda fase.
En la primera fase, se preseleccionaron varios autobuses de servicio urbano, a los cuales se les sometió a una evaluación preliminar que permitió verificar su estado mecánico y las condiciones del sistema de sobrealimentación. De esta muestra, se calibraron 14 a condiciones de altura del Distrito Metropolitano de Quito.
En la segunda fase del Programa Retrofit Quito, se instalarán equipos para realizar mediciones y almacenamiento de las variables de funcionamiento del motor, durante el desarrollo de un ciclo normal de conducción en ruta real de trabajo.
El programa Retrofit Quito arranca en el mes de octubre de 2005 por un
periodo aproximado de 3 meses.
Durante la ejecución de esta fase se realizaron las siguientes actividades:
Evaluación.
Prueba de compresión del motor y de presión del turbocompresor.
Calibración
Limpieza y calibración de la bomba de inyección;
Cambio de aceite del motor, filtros de aceite, aire y combustible.
Seguimiento, con esto se determina:
Perfil de la ruta.
Velocidad máxima y media del autobús.
Tiempo real en movimiento.
Tiempos muertos (paradas)
Análisis de resultados
PRIMERA FASE
PROCEDIMIENTO
De un total de 22 autobuses probados se seleccionaron 14, en función a las pruebas de evaluación.
Los autobuses seleccionados fueron:
3 Volkswagen 17210;
3 Mercedes Benz 1721;
3 Hino (GD y FF);
3 Chevrolet Isuzu (FTR y CHR)
2 Volvo B10M.
Después de la selección se procedió a la calibración del sistema de combustible y su respectivo mantenimiento (cambio de aceite y cambio de filtros de aire y aceite).
En la siguiente tabla se presentan los datos de los autobuses participantes.
Autobuses seleccionados Nº MARCA AÑO Nº RM PLACA OPERADORA
1 Volkswagen 2003 0597 PAU-502 6 de Diciembre
2 Volkswagen 2004 2307 PAU-075 San Francisco
3 Mercedes Benz 1999 0600 PZR-380 6 de Diciembre
4 Mercedes Benz 2003 0194 PAN-059 San Cristóbal
5 Mercedes Benz 2004 0243 PAU-003 San Cristóbal
6 Hino GD 2003 0211 PZS-767 San Cristóbal
7 Hino GD 2002 0213 PZT-162 San Cristóbal
8 Volvo B10M 2002 D21 PME-471 Ecovía – 6 de Diciembre
9 Volvo B10M 2002 D24 PME-446 Ecovía – 6 de Diciembre
10 Isuzu CHR 2002 1491 PZY-907 Bellavista
11 Hino FF 2002 0831 PZW-300 Latina S.A.
12 Volkswagen 2004 0870 PAU-742 Latina S.A.
13 Isuzu FTR. 2003 0214 PAB-224 San Cristóbal
14 Isuzu CHR. 2002 1488 PZY-653 Bellavista
RESULTADOS Después de la calibración y el mantenimiento se reportó una disminución
en el consumo de combustible, mejora en cuanto a la potencia del motor y una notable reducción del % opacidad, cuyo valor está por debajo de la norma ambiental vigente.
Con la información de las rutas estudiadas se logró establecer que la conformación del suelo es variada, esto es asfalto, adoquín, empedrado y tramos de tierra.
Durante el periodo de seguimiento realizado en cada autobús se determinó que la altura máxima en ruta es de 3168 m.s.n.m y la mínima es de 2758 m.s.n.m. y, las velocidades promedio de un autobús oscilan entre los 14.7 km./h y 21.4 km./h.
Con el estudio se logró determinar el rendimiento de los autobuses una vez calibrados a la altura de Quito.
Gráfico 1. Porcentaje de Opacidad de los autobuses seleccionados
VARIACION DEL % DE OPACIDAD DE LOS VEHÍCULOS EN
PRUEBA
49,7
24,6
49,5
20,1 18,913,8
16,220,7
15,2
59,9
13,6 14,2 14,9 16,4
0
10
20
30
40
50
60
70
597 2307 870 600 194 243 213 211 831 1488 1491 214 D21 D24
VolkswagenVolkswagenVolkswagen Mercedes
Benz
Mercedes
Benz
Mercedes
Benz
Hino GD Hino GD Hino FF Chevrolet
CHR
Chevrolet
CHR
Chevrolet
FT R
Volvo
B10M
Volvo
B10M
MARCA
% D
E O
PA
CID
AD
VARIACION DEL % DE OPACIDAD VS MARCA
41,3
17,6 17,4
29,2
15,7
0
10
20
30
40
50
60
Volkswagen Mercedes Benz Hino Chevrolet Isuzu Volvo B10M
MARCA
% O
PA
CID
AD
PR
OM
ED
IO
Gráfica 2. Porcentaje de Opacidad según marcas – Primera fase
MARCA Y MODELO AÑO RM PLACA RENDIMIENTO DE COMBUSTIBLE
(Km/gal)
Barrionuevo – La
Gasca 190.2 km
Villaflora – San Martín
172.8 km
MERCEDES BENZ 1721 1999 0600 PZK-380 7.97 7.31
VOLKSWAGEN 17210 2003 0597 PAU-502 7.84 7.27
H. Militar – La Merced
228 km
La Independencia – 24 de
Mayo 169.8 km
VOLKSWAGEN 17210 2004 2307 PAU-075 8.68 8.05
San Juan – Pintado
156 km Colón – Camal 181.3 km
CHEVROLET ISUZU CHR 2001 1488 PZY-653 7.65 7.25
CHEVROLET ISUZU CHR 2003 1491 PZY-907 6.36 7.5
Bellavista – Forestal
199.5 km
La Marín – San Luís 202.3
km
MERCEDES BENZ 1721 2003 0194 PAN-059 10.29 7.79
MERCEDES BENZ 1721 2004 0243 PAU-003 8.47 10.7
CHEVROLET ISUZU FTR 2003 0214 PAB-224 - 7.79
HINO GD 2001 0213 PAU-075 10.33 8.47
HINO GD 2001 0211 PZS-767 10.1 9.68
Tabla 1. Resultados de rendimiento de combustible en los autobuses participantes
MARCA Y MODELO AÑO RM PLACA RENDIMIENTO DE COMBUSTIBLE
(Km/gal)
La Marín – Río Coca
157.4 km
VOLVO B10M 2002 D021 PME-471 4.85 4.85
VOLVO B10M 2002 D024 PME-446 4.72 4.72
Vicentina-Registro
Civil 213.6 km
La Marín-23 de
Mayo 174
km
VOLKSWAGEN 17210 2004 0870 PAU-742 9.49 -
HINO FF 2002 0831 PZW-300 9.88 8.44
Tabla 2. Resultados de rendimiento de combustible en los autobuses participantes
En la siguiente gráfica se puede apreciar el rendimiento de cada autobús participante, el mismo que depende de la ruta que se le asigne.
Además se puede apreciar el rendimiento por marca.
RENDIMIENTO DE LOS VEHICULOS EN PRUEBA
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
597 2307 870 600 194 243 1488 1491 214 213 211 831 D21 D24
VolkswagenVolkswagenVolkswagen Mercedes
Benz
Mercedes
Benz
Mercedes
Benz
Chevrolet
CHR
Chevrolet
CHR
Chevrolet
FT R
Hino GD Hino GD Hino FF Volvo
B10M
Volvo
B10M
MARCAS - REGISTRO MUNICIPAL
RE
ND
IMIE
NT
O (
km
/gal)
Gráfica 3 . Rendimiento de los autobuses en prueba
RENDIMIENTO VS MARCA
8,69,1
7,4
9,4
4,8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Volkswagen Mercedes Benz Hino Chevrolet
Isuzu
Volvo B10M
MARCA
RE
ND
IMIE
NT
O (
km
/gal
)
Gráfico 4. Rendimiento (kg./gal.) según la marca.
SEGUNDA FASE
En esta fase se determinara:
La línea base de emisiones de gases contaminantes (HC, CO, NOX, PM1.0).
El comportamiento de los gases de escape con y sin dispositivo postcombustión.
Para lograr esto en los autobuses se instalaran los siguientes equipos:
Data logger (DALOG-HJS).
Equipo analizador de gases “OEM 2100 MONTANA SYSTEM ORDER FORM” (CLEAN AIR)
Opacímetro (MAHA)
Estos equipos permitirán recopilar la información necesaria para el diseño de los dispositivos postcombustión, así como para verificar su efectividad.
El data logger registra el comportamiento durante un ciclo real de trabajo de las variables de temperaturas de los gases de escape antes y después del silenciador, contrapresión generada en el silenciador, revoluciones a las que gira el motor y el posicionamiento (GPS), estos registran información diaria.
El OEM 2100 MONTANA SYSTEM ORDER FORM, permite recopilar los datos referentes a emisiones de gases contaminantes (HC, CO, NOX, PM1.0), así como los factores de emisión de los mismos.
El opacímetro permite determinar el nivel de opacidad de los buses aplicando el método de aceleración libre, establecido en la norma nacional vigente.
INSTALACIÓN DATA LOGGER
UBICACIÓN DE LOS SENSORES UBICACIÓN DEL DALOG
CONFIGURACIÓN DEL DALOG
EQUIPO ANALIZADOR DE GASES “OEM 2100 MONTANA SYSTEM”
El sistema OEM2100 está diseñado para medir segundo a segundo valores másicos de los gases de emisión a la salida del tubo de escape de los autobuses, durante un ciclo real de funcionamiento en ruta.
La unidad tiene la capacidad de medir la cantidad de Hidrocarburos (HC), monóxido de Carbono (CO), Dióxido de Carbono (CO2), Óxidos de Nitrógeno (NOX) y Oxigeno (O2) y Material Particulado (PM1.0) que genera un motor ciclo Otto o ciclo diesel en tiempo real.
“OEM 2100 MONTANA SYSTEM” – ON BOARD INSTALADO EN UN CHEVROLET CHR DE LA
COMPAÑÍA BELLAVISTA
INSTALACION EQUIPO OEM2001
RESULTADOS
DATA LOGGER Se obtiene información
referentes a temperaturas de los gases de escape antes y después del silenciador, contrapresión, r.p.m. y altitud tomada con el GPS.
PERFIL RUTA LA MARIN - SAN LUIS
2800
2805
2810
2815
2820
2825
2830
2835
2840
AL
TU
RA
(m
)
Ruta: la Marín – San Luís.
HINO GD 2002.
COMPORTAMIENTO DE LAS VARIABLES EN CICLO REAL DE TRABAJO
0
500
1000
1500
2000
2500
13:0
4:0
4
13:0
8:0
9
13:1
2:1
4
13:1
6:1
9
13:2
0:2
4
13:2
4:2
9
13:2
8:3
4
13:3
2:3
9
13:3
6:4
4
13:4
0:4
9
13:4
4:5
4
13:4
8:5
9
13:5
3:0
4
13:5
7:0
9
14:0
1:1
4
14:0
5:1
9
14:0
9:2
4
14:1
3:2
9
14:1
7:3
4
14:2
1:3
9
14:2
5:4
4
14:2
9:4
9
14:3
3:5
4
14:3
7:5
9
14:4
2:0
4
14:4
6:0
9
14:5
0:1
4
14:5
4:1
9
14:5
8:2
4
15:0
2:2
9
15:0
6:3
4
15:1
0:3
9
15:1
4:4
4
15:1
8:4
9
15:2
2:5
4
15:2
6:5
9
15:3
1:0
4
15:3
5:0
9
15:3
9:1
4
TIEMPO (hora)
T2- ENTRADA T1 -SALIDA RPM PRESION
EQUIPO OEM2001
Se obtuvo resultados referentes al comportamiento de los gases
emitidos (HC, CO, CO2, NOX y PM10) en un condiciones reales de
trabajo.
Con los datos obtenidos durante las pruebas realizadas se logró
realizar una comparación del comportamiento de los gases
contaminantes entre los autobuses participantes.
En la gráfica 6 y 7 se compara el comportamiento del PM10 y NOX en
dos autobuses participantes.
En las gráficas 8, 9, 10 y 11 se muestra la emisión de contaminantes
en los autobuses participantes.
Gráfica 6. Comportamiento del PM10 en los autobuses A y B, de marcas
diferentes.
MATERIAL PARTICULADO VS ALTITUD
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2800 2810 2820 2830 2840 2850 2860 2870 2880 2890 2900
ALTITUD (ft)
PM
(m
g/s)
B A
COMPORTAMIENTO DEL NOX EN
AUTOBUSES DIFERENTES
COMPORTAMIENTO DEL NOX
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
2800 2820 2840 2860 2880 2900 2920 2940 2960 2980 3000
ALTITUD (ft)
NO
X (
pp
m)
A B
Gráfica 7. Comportamiento del NOX en los autobuses A y B de marcas
diferentes.
NOx VS MARCA
577,15548,54
682,80
408,28
595,70
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
HINO GD VOLKSWAGEN 17210 VOLVO B10M MERCEDES BENZ 1721 CHEVROLET ISUZU CHR
MARCA, MODELO
NO
x (
pp
m)
Gráfica 8. Comportamiento del NOX por marca.
PM VS MARCA
8,06
34,73
14,08
11,31
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
HINO GD VOLKSWAGEN 17210 MERCEDES BENZ 1721 CHEVROLET ISUZU CHR
MARCA
PM
[mg/m
3]
Gráfica 9. Comportamiento del PM10 por marca.
HC VS MARCA
8,55
106,07
26,11
21,77
75,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
HINO GD VOLKSWAGEN 17210 VOLVO B10M MERCEDES BENZ 1721 CHEVROLET ISUZU CHR
MARCA
HC
[ppm
]
Gráfica 10. Comportamiento del HC por marca.
CO VS MARCA
0,07
0,16
0,170,18
0,15
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
HINO GD VOLKSWAGEN 17210 VOLVO B10M MERCEDES BENZ 1721 CHEVROLET ISUZU CHR
MARCA
CO
[%
]
Gráfica 11. Comportamiento del CO por marca.
OPACIDAD
Se han realizado varias mediciones de opacidad en los autobuses participantes.
En las gráficas 12 y 13 se presenta los resultados obtenidos en la segunda fase, y su respectiva comparación con lo obtenido en la primera fase.
El mantenimiento programado y continuo de las unidades participantes, el cual es realizado cada 21 días (o 4000 km) ha favorecido a la disminución en el % de opacidad.
RESULTADOS DE OPACIDAD – 2DA FASE
VARIACION DEL % DE OPACIDAD VS MARCA
25,4
15,813,0 13,5 13,3
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
Volkswagen Mercedes Benz Hino Chevrolet Isuzu Volvo B10M
MARCA
% O
PA
CID
AD
PR
OM
ED
IO
COMPARACION DEL % DE OPACIDAD POR MARCAS - PROGRAMA RETROFIT
41,3
17,6 17,4
29,2
15,7
25,4
15,8
13,0 13,5 13,3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Volkswagen Mercedes Benz Hino Chevrolet Isuzu Volvo B10M
MARCAS
% O
PA
CID
AD
1er FASE 2da FASE
COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN LA PRIMERA Y SEGUNDA FASE DEL PROGRAMA RETROFIT QUITO
INSTALACION DE DISPOSITIVO
POSTCOMBUSTIÓN
Con los datos obtenidos durante las dos fases del proyecto Retrofit Quito, CORPAIRE llamó a concurso a fabricantes de dispositivos retenedores de partículas a participar en el proyecto. Se planificó con las personas interesadas visitas a los buses durante el mantenimiento de las unidades participantes para la toma de datos que se requerían para el efecto.
Una de las empresas interesadas fue HUSS, empresa alemana representada por Leal Importaciones la cuál instaló su dispositivo en los talleres de Turboauto.
La instalación se la efectúo en el autobús de marca Mercedes Benz 1721, año 2003 perteneciente a la compañía San Cristóbal.
FILTRO DE PARTICULAS
DIESEL
INSTALACIÓN DE FILTRO DE
PARTICULAS DIESEL
Filtro DPF instalado
Instalado el filtro se realizo una medición de opacidad, la cual dio como resultado 0%
El tiempo de regeneración durante el recorrido real de trabajo es aproximadamente 40 minutos.
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
CCICEV
ING. ANGEL PORTILLA