mediciÓn del consumo de combustible en vehÍculos … · fase ii “desarrollo e implementación...
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MEDICIÓN DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
EN VEHÍCULOS LIVIANOS
Metrología – Eficiencia energética - Transporte
Juan Camilo López Restrepo –
Universidad Tecnológica de Pereira
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CONTENIDO
Contenido
• Introducción
• Metodología
• Proyectos INM – UTP
• Productos
• Consideraciones
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INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Proyectos INM – UTP: 3 Fases
Convenio especial de cooperación para desarrollar
actividades de investigación, desarrollo e
innovación
Diciembre de 2015 – Marzo 2018
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81 % de la energía
consumida 2015
Combustibles fósiles
(31% Petróleo)
Principal consumidor de
petróleo
(64% en 2014)
El segundoemisor de CO2
(23% in 2014)
INTRODUCCIÓNProblemática identificada
Consumoenergético mundial
+ 125 %
(1973 – 2014)
EL SECTOR TRANSPORTE
Fuente: IEA (2016)
El transporte por carretera, especialmente los
vehículos livianos, es uno de los sectores de
mayor demanda energética y es responsable de
altas tasas de emisión de dióxido de carbono en
Colombia y el mundo.
Se requieren desarrollar alternativas políticas,
tecnológicas y económicas que permitan mitigar
los efectos negativos consecuentes de la
operación de este sector.
INTRODUCCIÓNProblemática identificada
Estrategias de eficiencia
energética
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En Colombia no se regula el consumo energético y las emisiones CO2 de los vehículos, por lo
que se requiere estructurar una metodología de medición de consumo de combustible y de
emisiones, considerando las capacidades técnicas y tecnológicas de los laboratorios del país.
INTRODUCCIÓNProblemática identificada
Evaluación del rendimiento de losprocesos
(Mediante procesos de medición)
Identificación de las causasprincipales de ineficiencias
(Basado en los resultados de las mediciones)
Identificación de las oportunidades de mejora
Implementación de estrategias de eficiencia energética
(Y evaluar su impacto medianteprocesos de medición)
Estrategias de eficiencia energética
INTRODUCCIÓNProblemática identificada
Implementación Procesos de
mediciónMETROLOGÍA
Eficienciaenergética
- Conservar recursos.
- Reducir costos.
- Protejer el ambiente
En eltransporte
Reducir: - Emisiones
- Consumode combustible
- Costos de operación
Renovación tecnológica
La Agencia Internacional de Energía
(IEA) indica que la Gestión Energética
es a menudo la estrategia más
económica, probada y fácilmente
disponible para alcanzar el mejor uso
de los recursos energéticos a nivel
global.
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METODOLOGÍA
METODOLOGÍA
Análisis de la
regulación de
Colombia
Capacidades
metrológicas de
Colombia
Métodos de medición
de consumo de
combustible
Selección del
Método
Protocolo de prueba
de consumo de
combustible
Mercado
automotriz de
Colombia
Selección del
protocolo de
pruebas
Adaptación del
protocolo de
pruebas
Análisis
metrológico y
modelamiento
Tipología de vehículos
representativa de
Colombia
INM – UTP
Fase I
INM – UTP
Fase II INM – UTP
Fase III
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METODOLOGÍAProyectos INM - UTP
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN
FASE I
“Estrategia de vinculación de la metrología en
la gestión energética orientada al sector
transporte”
FASE II
“Desarrollo e implementación de una
metodología de medición de consumo
energético y de emisiones para vehículos en
Colombia ”
GESTIÓN
ENERGÉTICAMETROLOGÍA
TRANSPORTE
FASE III
“Determinación de los coeficientes de
resistencia al movimiento de un vehículo
liviano tipo automóvil en Colombia”
PROYECTOS INM – UTP
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PROYECTO INM – UTPFase I
“Estrategias de vinculación de la metrología en la gestión
energética orientada al sector transporte”
Alcances:
• Analizar el nivel de participación de la metrología
en la gestión energética en el sector transporte en
Colombia
• Identificar variables metrológicas involucradas
• Formular y poner en marcha un proyecto orientado
a la gestión energética del sector transporte
• Definir estrategias para el fortalecimiento de las
capacidades en metrología orientada a la gestión
energética del sector transporte
ESTRATEGIAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA
AUMENTAR
EFICIENCIA
DISMINUIR
GEI
METODOLOGÍA
DE PRUEBAS
MEJORAR
NORMATIVAS SECTOR
TRANSPORTE
PROYECTO INM – UTPFase I
RESULTADOS
• El nivel de participación de la metrología en la
gestión energética orientada al sector
transporte colombiano es bajo, se requiere
ensayos inter-laboratorio y fortalecer la estructura
metrológica en el nivel secundario y primario.
• No existen normas que regulen la medición del
consumo de combustible y emisiones de GEI
en los vehículos.
• Se requiere desarrollar un procedimiento de
medición del consumo de combustible aplicable en
Colombia.
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PROYECTO INM – UTPFase I
RESULTADOS
Análisis de la
regulación de
Colombia
Capacidades
metrológicas de
Colombia
Métodos de medición
de consumo de
combustible
Selección del
Método
Protocolo de prueba
de consumo de
combustible
Mercado
automotriz de
Colombia
Selección del
protocolo de
pruebas
Adaptación del
protocolo de
pruebas
Análisis
metrológico y
modelamiento
Tipología de vehículos
representativa de
Colombia
Elegido por:
• Las capacidades metrológicas del país.
(Medición, certificación y calibración).
• Ser un método de medición directo.
• Seguimiento de una sola variable.
Métodos de medición
Gravimétrico
Volumétrico
Balance de Carbonos Más utilizado en el mundo
PROYECTO INM – UTPFase I
RESULTADOS
• Conformación alianza: INM – UTP – INMETRO
(Visita del Director del programa de etiquetado
vehicular en Brasil: Ing. Alexandre Novgorodcev.
• Participación de la mesa de trabajo de la
Comisión Panamericana de Normas Técnicas
COPANT – 2016.
Metodologías y normas de
etiquetado en:
• Vehículos livianos,
• Estufas,
• Ventiladores,
• Motores eléctricos,
• Colectores solares
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PROYECTO INM – UTPFase II
“Desarrollo e implementación de una metodología de medición
de consumo energético y de emisiones para vehículos en
Colombia”
Alcances:
• Revisar y analizar normas técnicas de ensayo
existentes a nivel mundial para la medición de
consumo de combustible de los vehículos.
• Definir metodología de pruebas.
• Definir modelo para estimación de incertidumbre
de los procesos de medición.
• Determinar capacidades técnicas para la
realización de ensayos en Colombia.
• Implementar la metodología y validar el proceso
de medición.
PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
Análisis de la
regulación de
Colombia
Capacidades
metrológicas de
Colombia
Métodos de medición
de consumo de
combustible
Selección del
Método
Protocolo de prueba
de consumo de
combustible
Mercado
automotriz de
Colombia
Selección del
protocolo de
pruebas
Adaptación del
protocolo de
pruebas
Análisis
metrológico y
modelamiento
Tipología de vehículos
representativa de
Colombia
Ciclo de conducción FTP-75
La mayor parte de los vehículos
importados del país son sometidos a
ensayos bajo el protocolo del “Code
of Federal Regulation (CFR) 40”
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PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
Análisis de la
regulación de
Colombia
Capacidades
metrológicas de
Colombia
Métodos de medición
de consumo de
combustible
Selección del
Método
Protocolo de prueba
de consumo de
combustible
Mercado
automotriz de
Colombia
Selección del
protocolo de
pruebas
Adaptación del
protocolo de
pruebas
Análisis
metrológico y
modelamiento
Tipología de vehículos
representativa de
Colombia
89 % de los vehículos
registrados < 1.8 L
Ciclo de conducción
FTP – 75Balance de carbonos
a gravimétrico
Metodología de medición de
consumo de combustible
GravimétricoGUM
PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
• Análisis de programas de eficiencia energética, normas
técnicas y metodologías de ensayo a nivel mundial.
• Adaptación de la metodología de pruebas de Estados
Unidos para la medición del consumo de combustible
mediante el método gravimétrico en Colombia.
• Definición del modelo de incertidumbre de los procesos
de medición.
• Implementación y validación de la metodología en un
laboratorio nacional
• Visitas de comparación y referenciación a laboratorios
de certificación internacionales:
Magneti Marelli, Delphi, CETRA – Brasil.
Mensurando = Consumo de combustible (C) [km/l]
Coeficientes de sensibilidad
Incertidumbre expandida, U(C)
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PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
• Dinamómetro de rodillos con capacidad para medir hasta
165 kW (220 hp) y soportar una carga máxima de 3 ton.
• Módulo auxiliar de suministro de combustible, para la
medición del consumo de combustible por los métodos
gravimétrico o volumétrico.
• Dinamómetro de cubos con capacidad para medir hasta
300 kW (400 hp) de potencia y 2000 N-m de par de torsión.
• Se identificó la medición del consumo de combustible
no presenta sensibilidad significativa a la variación de
la densidad del aire ambiente.
• Se identificó que la medición del consumo de
combustible no presenta sensibilidad significativa a la
dilatación térmica de los rodillos del equipo
dinamométrico.
PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
• Se implementó la metodología sobre un vehículo Chevrolet
Aveo modelo 2010, puesto que posee características
representativas del mercado de Colombia.
• Se obtuvo un consumo de combustible de:
10,72 ≤ C [km/l] ≤ 11,04
• En comparación con resultados internacionales, se obtuvo
una media con una diferencia del 5,18 % (0,59 km/l)
• Se identificó que para reducir esas diferencias, se requiere
incluir parámetros representativos de la operación de los
vehículos, como los coeficientes de resistencia al
movimiento.
ENSAYO DE COAST DOWN
Tukey-Difference entre medias. Nivel de confiabilidad del 95%.
Distribución de probabilidades (Residuos) – Consumo de combustible [km/l].
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PROYECTO INM – UTPFase III
“Determinación de los coeficientes de resistencia al movimiento
de un vehículo liviano tipo automóvil en Colombia”
Alcances:
• Ejecutar el ensayo de Coast Down en ruta para
determinar los coeficientes de resistencia al
movimiento de un vehículo liviano.
• Definir modelo para estimación de incertidumbre
de los procesos de medición.
• Vincular los coeficientes de resistencia al
movimiento en la metodología de medición de
consumo de combustible
• Implementar la metodología y comparar
resultados.
PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
Análisis de la
regulación de
Colombia
Capacidades
metrológicas de
Colombia
Métodos de medición
de consumo de
combustible
Selección del
Método
Protocolo de prueba
de consumo de
combustible
Mercado
automotriz de
Colombia
Selección del
protocolo de
pruebas
Adaptación del
protocolo de
pruebas
Análisis
metrológico y
modelamiento
Tipología de vehículos
representativa de
Colombia
Desaceleración libre
Coast Down
Resistencia
aerodinámica
Coeficientes de
resistencia al movimiento
Resistencia a la
rodadura
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PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
• Implementación de la metodología de Coast Down en
Colombia.
• Definición del modelo de incertidumbre de los procesos
de medición.
• Estimación de los coeficientes de resistencia al
movimiento por rodadura y resistencia aerodinámica
para un vehículo considerando características
representativas del mercado automotriz de Colombia.
Mensurandos:
Coeficientes de sensibilidad
Incertidumbre expandida, U(C)
Coef. Resistencia a la rodadura (f0) [N]
Coef. Resistencia aerodinámica (f2) [N/m2]
Modelos matemáticos
Replicar en condiciones controladas de
laboratorio para ajustar las cargas del equipo
y garantizar la una operación representativa
del vehículo en ruta
PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
• Se identificó que las cargas restrictivas inerciales
de los rodillos del dinamómetro, no permiten
replicar los coeficientes de resistencia al
movimiento del vehículo.
• Se desarrolló un modelo analítico de inclusión de
los coeficientes de resistencia al movimiento,
basado en análisis termodinámico, cinético y
dinámico del vehículo.
• Se logró incluir los coeficientes de resistencia al
movimiento a la metodología de consumo de
combustible, considerando los modelos de
incertidumbre previamente desarrollados.
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PROYECTO INM – UTPFase II
RESULTADOS
• Se implementó la metodología sobre un vehículo Chevrolet
Aveo modelo 2010, puesto que posee características
representativas del mercado de Colombia.
• Se obtuvo un consumo de combustible de:
10,13 ≤ C [km/l] ≤ 13,02
• Con referencia en resultados internacionales la media
obtuvo una diferencia del 0,84 % (0,097 km/l)
• La incertidumbre expandida del proceso de medición pasó
de 0,16 km/l a 1,45 km/l.
• En paralelo, se desarrolló un modelo de estimación de
emisiones de CO2 obteniendo un resultado de:
0,180 ≤ kg de CO2 / km ≤ 0,232
Coast Down en ruta
Coast Down en laboratorio
Consumo de combustible
PRODUCTOS
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PRODUCTOS
• Apoyo a 4 estudiantes de maestría.
• Formación de 2 Magister en Ingeniería Mecánica.
• Apoyo a un estudiante de doctorado.
• Participación en la 30th International Conference on
Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and
Environmental Impact of Energy Systems - ECOS 2017.
• 1 artículo sometido.
• Conformación de alianzas.
• Identificación de requerimientos para la formación de un
laboratorio de homologación en Colombia.
• Guía metodológica para la determinación del consumo
de combustible y emisiones en vehículos livianos bajo
pruebas dinámicas
LEVANTAMIENTO DE LA LÍNEA BASE
DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DEL
PARQUE AUTOMOTOR DE VEHÍCULOS
LIVIANOS EN COLOMBIA
CONSIDERACIONES
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CONSIDERACIONES
Beneficios esperados de la E.E. en el
transporte:
• Reducción de las emisiones de CO2.
• Ahorro de combustible.
• Reducción de costos.
• Actualización tecnológica del parque
automotor.
Fuente: Global Fuel Economy Initiative - GFEI
GRACIAS
Juan Camilo López Restrepo –
Universidad Tecnológica de Pereira