TEMA 16


       TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES.
                   NORMATIVAS




MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCN...
Objetivos


   Plantear las soluciones que existen para reducir las emisiones
    clasificándolas en activas y pasivas.
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Contenido

       1.   Tipos de soluciones
       2.   Soluciones activas
       3.   Soluciones pasivas
       4.   Medid...
1. Tipos de soluciones
  Soluciones activas
      Actúan para evitar la formación de sustancias contaminantes
      Opt...
2. Soluciones activas
Estrategia                                                          Actúa en
MEC
Limitador de humos ...
2. Soluciones activas (cont.)
 Sistema EGR
     Esquema                                  Efecto del EGR sobre emisiones...
3. Soluciones pasivas
 Ventilación de gases y vapores
    Ventilación de gases del cárter          Ventilación de los v...
3. Soluciones pasivas (cont.)
 Catalizador de tres vías
    Sistema de escape con catalizador




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3. Soluciones pasivas (cont.)
 Catalizador de tres vías (cont.)
    Eficiencia del catalizador

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 Catalizador de tres vías (cont.)
                      Esquema de la sonda Lambda


    ...
3. Soluciones pasivas (cont.)
 Trampa de partículas (DPF - Diesel Particulate Filter)




      Necesidad de regeneració...
3. Soluciones pasivas (cont.)
 Trampa de partículas (CRTTM Continuously Regenerating Trap)




MOTORES ALTERNATIVOS TEMA ...
3. Soluciones pasivas (cont.)
 Reducción de NOx (SCR - Catalizador selectivo de reducción)




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3. Soluciones pasivas (cont.)
 Reducción de NOx (LNT – Lean NOx Trap)
      Con mezcla pobre los NOx se                 ...
3. Soluciones pasivas (cont.)
  LNT vs. Urea SCR                         LNT                        Urea SCR
 Agente reduc...
4. Medida de contaminantes: unidades
 Emisiones gaseosas                                        ni
     Fracción molar (...
4. Medida de contaminantes: unidades (cont.)
 Humos
     Equipos por atenuación de la luz
      I                       ...
5. Revisión histórica
1910     Alemania            “Los vehículos deben ser seguros y estar construidos de
               ...
5. Revisión histórica (cont.)

EE.UU.       1968     Ciclo FTP          HC, CO (concentración)
             1972     FTP-7...
5. Revisión histórica (cont.)
 Evolución histórica (vehículos de pasajeros en Europa)




MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: T...
5. Revisión histórica (cont.)
 Evolución histórica de distintas propuestas NOx/partículas




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6. Normativas europeas
 Vehículos ligeros
    Tipo de ensayo
      • Ensayos en banco de rodillos (vehículo entero)
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6. Normativas europeas (cont.)
 Vehículos ligeros (cont.)                                                                ...
6. Normativas europeas (cont.)
 Vehículos ligeros (cont.)
                    Vehículos ligeros (pasajeros)
   Directiva ...
6. Normativas europeas (cont.)
 Vehículos ligeros (cont.)
   Durabilidad:
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6. Normativas europeas (cont.)
 Vehículos pesados
    Tipo de ensayo                              Euro I - II   R49 (13 ...
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  Niveles de contaminantes (13 modos ESC + ELR):
 Directiva   ...
6. Normativas europeas (cont.)
 Vehículos pesados (cont.)
 Ciclo transitorio ETC
    Velocidad                          ...
6. Normativas europeas (cont.)

   CO2
      Acuerdo voluntario EC – ACEA (07/1998) sobre emisiones de CO2
        • Emi...
Resumen


    Las soluciones activas actúan sobre la fuente
    Las soluciones pasivas intentan eliminar los contaminant...
Bibliografía

     − Motores de Combustión Interna Alternativos.
     Muñoz, M.; Payri, F. Servicio Publ. E.T.S.I.I. Madri...
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    1. 1. TEMA 16 TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 1/31
    2. 2. Objetivos  Plantear las soluciones que existen para reducir las emisiones clasificándolas en activas y pasivas.  Resaltar las técnicas más comunes para reducir las emisiones.  Definir la forma de medir los contaminantes.  Describir las normativas por las que se rige la homologación de los motores. MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 2/31
    3. 3. Contenido 1. Tipos de soluciones 2. Soluciones activas 3. Soluciones pasivas 4. Medida de contaminantes: unidades 5. Revisión histórica de las normativas 6. Normativas europeas MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 3/31
    4. 4. 1. Tipos de soluciones  Soluciones activas  Actúan para evitar la formación de sustancias contaminantes  Optimizar los procesos del ciclo de funcionamiento  Emplear combustibles de buena calidad  Soluciones pasivas  Actúan para eliminar sustancias contaminantes producidas  Sistemas de retención de vapores en cárter y depósito de combustible  Catalizadores • De oxidación: actúa sobre HC y CO • De reducción actúa sobre NOx • De tres vías: actúan sobre HC, CO y NOx  Reactores térmicos: actúan sobre HC y CO  Trampas de partículas MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 4/31
    5. 5. 2. Soluciones activas Estrategia Actúa en MEC Limitador de humos (boost control) Partículas Sistema de recirculación de gases de escape (EGR) NOx Ley de inyección (piloto, partida, postinyección) NOx / Partículas Cámara de combustión (choque en la pared, turbulencia...) Partículas MEP Control electrónico de dosado HC y CO Encendido electrónico HC y CO Sistema de recirculación de gases de escape (EGR) NOx Inyección directa de gasolina (GDI) y distribución variable (VVT) HC (cortocircuito) Cámara de combustión Partículas MEP 2T Distribución variable HC (cortocircuito) Inyección directa HC (cortocircuito) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 5/31
    6. 6. 2. Soluciones activas (cont.)  Sistema EGR  Esquema  Efecto del EGR sobre emisiones de NOx de un motor diesel de automoción MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 6/31
    7. 7. 3. Soluciones pasivas  Ventilación de gases y vapores  Ventilación de gases del cárter  Ventilación de los vapores de combustible MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 7/31
    8. 8. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Catalizador de tres vías  Sistema de escape con catalizador MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 8/31
    9. 9. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Catalizador de tres vías (cont.)  Eficiencia del catalizador Eficiencia de conversión [%] Eficiencia > 80% Mezcla Rica Mezcla pobre Lambda [-] MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 9/31
    10. 10. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Catalizador de tres vías (cont.)  Esquema de la sonda Lambda  Principio de funcionamiento MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 10/31
    11. 11. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Trampa de partículas (DPF - Diesel Particulate Filter)  Necesidad de regeneración • Postcombustión • Aditivos MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 11/31
    12. 12. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Trampa de partículas (CRTTM Continuously Regenerating Trap) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 12/31
    13. 13. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Reducción de NOx (SCR - Catalizador selectivo de reducción) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 13/31
    14. 14. 3. Soluciones pasivas (cont.)  Reducción de NOx (LNT – Lean NOx Trap)  Con mezcla pobre los NOx se NO NO2 CO2 oxidan a NO2 y se almacenan en la trampa. O2  Con mezcla rica el NO se libera y Ba(NO3)2 BaCO3 reacciona con CO para formar Pt BaSO4 CO2 y N2. Almacenamiento de NOx con mezcla pobre  Las condiciones de mezcla rica pueden alcanzarse con post- inyección. CO NO CO2  La capacidad de almacenamiento CO O2 de NOx no es crítica  LNT también se usan en MEP de N2 mezcla pobre (inyección directa) BaCO3 Ba(NO3)2 BaSO4 Pt, Rh Regeneración de NOx con mezcla rica MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 14/31
    15. 15. 3. Soluciones pasivas (cont.) LNT vs. Urea SCR LNT Urea SCR Agente reductor Combustible Amoniaco Eficiencia de conversión <85% <90% Estabilidad térmica Envejecimiento alto Hasta 650°C approx (con (desulfatación) nuevos zeolitos). Coste Alto dopado con Pt Dosificador y consumo de urea Sensores Lambda, T, NOx NOx + dosificación Penalización en consumo Alta Baja o beneficiosa (+2% -> +8%) (-3% –> +4%) Calibración del motor Regeneration + desulfatación Gestión térmica para calentamiento rápido Otros aspectos Impacto del envejecimiento no Hidrólisis de urea y reparto de conocido flujo Combustible con muy poco S Infrastructura de suministro de urea MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 15/31
    16. 16. 4. Medida de contaminantes: unidades  Emisiones gaseosas ni  Fracción molar (concentración [ppm] ó [%]) Ψi = nes Mi  Emisión total de la masa de un contaminante mi = Ψi mes M es Mi  1  o lo que es lo mismo mi = Ψi mf   F ⋅ F + 1  M es  R e  m = masa M = peso molecular n = número de moles  Contaminación en función de: mi • Potencia del motor [g/kWh] Ne mi • Distancia recorrida [g/km] l mi • Combustible utilizado [g/kgfuel] mf MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 16/31
    17. 17. 4. Medida de contaminantes: unidades (cont.)  Humos  Equipos por atenuación de la luz I  I  = e − kL Siendo k [m-1] el coeficiente de N [%] = 100 1 −   I  I0 absorción  0   Equipos de mancha sobre filtro Unidades Hartridge  intensidad reflejada mancha  FSN = 101 −    intensidad reflejada blanco   Unidades: [FSN] Filter Smoke Number ó [BU] Bosch Units  Partículas    Qs + QD  Medida en peso M p = m p  QD = caudal total  Qs Mp QS = caudal muestra  Medida específica de partículas M EP = Ne MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 17/31
    18. 18. 5. Revisión histórica 1910 Alemania “Los vehículos deben ser seguros y estar construidos de forma que eviten molestias al público por humo u olor” EE.UU. 1943 Los Ángeles Ubicación geográfica + Climatología + Tamaño (Más de 3.000.000 vehículos en 4000 km2 en 1960) 1948 Control de procesos industriales 1952 1ª estudio científico “HC + NO2 + radiación  smog” 1959 Primer standard de calidad de aire (oxidantes + CO) Permitido superar limites 4 días/año, pero implicaba: 50% población con lagrimeo 5% Carboxihemoglobina en la sangre ‘60 Los Ángeles Registro de tasa anormal de oxidantes >120 días/año Nueva York Registro de tasa anormal de CO más de 36 días al año 1963 Primeros controles en vehículos (evap. en cárter) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 18/31
    19. 19. 5. Revisión histórica (cont.) EE.UU. 1968 Ciclo FTP HC, CO (concentración) 1972 FTP-72 HC, CO, NOx (masa/distancia) 1975 FTP-75 HC, CO, NOx (masa/distancia) Europa 1956 VDI (Alemania) 1er borrador de Directiva 1963 Francia 1ª regulación de humos 1964 Francia 1ª regulación vapores del cárter 1969 Francia Regulación de CO al ralentí 1976 NOx Japón 1966 CO (concentración y masa) 1973 HC y NOx MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 19/31
    20. 20. 5. Revisión histórica (cont.)  Evolución histórica (vehículos de pasajeros en Europa) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 20/31
    21. 21. 5. Revisión histórica (cont.)  Evolución histórica de distintas propuestas NOx/partículas MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 21/31
    22. 22. 6. Normativas europeas  Vehículos ligeros Tipo de ensayo • Ensayos en banco de rodillos (vehículo entero) • gr/ensayo o gr/km • CO, HC+NOx, partículas • Ciclo Europeo Transitorio Ensayo en banco de rodillos para turismos: MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 22/31
    23. 23. 6. Normativas europeas (cont.)  Vehículos ligeros (cont.) urbano Extra urbano Distancia (km) 4x1.013 6.955 Ciclo NEDC (ó MVEG) Duración (s) 4x195 400 (New European Driving Cycle) Velocidad media (km/h) 18.7 62.6 Velocidad máx. (km/h) 50 120 140 Urbano Extra-urbano 120 Vehicle speed [km/h] 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Time [s] MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 23/31
    24. 24. 6. Normativas europeas (cont.)  Vehículos ligeros (cont.) Vehículos ligeros (pasajeros) Directiva Entrada Tipo CO HC NOx HC+NOx Partículas (g/km) (g/km) (g/km) (g/km) (g/km) 10/07/1992 Gasolina 2.72 - - 0.97 - EURO1 01/07/1992 IDI 2.72 - - 0.97 0.14 01/07/92-94 DI 2.72 - - 1.358 0.196 1996 Gasolina 2.7 - - 0.5 - EURO2 1996 IDI 1.0 - - 0.7 0.08 1996-99 DI 1.0 - - 0.9 0.10 2000 Gasolina 2.3 0.2 0.15 - EURO3 2000 IDI/DI 0.64 - 0.50 0.56 0.05 2005 Gasolina 1.0 0.1 0.08 - EURO4 2005 IDI/DI 0.5 - 0.25 0.3 0.025 2009 Gasolina 1.0 0.1 0.06 0.005 EURO 5 2009 Diesel 0.5 - 0.18 0.23 0.005 2014 Gasolina 1.0 0.1 0.06 0.005 EURO 6 2014 Diesel 0.5 - 0.08 0.17 0.005 MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 24/31
    25. 25. 6. Normativas europeas (cont.)  Vehículos ligeros (cont.) Durabilidad: Directiva Durabilidad Factor de corrección 80.000 km 1.2 x (gasolina) EURO3 ó 1.1 x (Diesel) 5 años 1.2 x PM (Diesel) 100.000 km EURO4 ó 1 5 años 160.000 km EURO5 ó 1 5 años Arranque en frío (-7ºC): Desde 2002, sólo motores de gasolina: 15 g/km de CO y 1.8 g/km de HC en ciclo urbano  Control sistemas de postratamiento: OBD obligatorio desde Euro 3 MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 25/31
    26. 26. 6. Normativas europeas (cont.)  Vehículos pesados Tipo de ensayo Euro I - II R49 (13 modos 2 reg.) • Banco motor (sólo motor) Euro III ESC+ELR ó ETC • Ciclo 13 Modos y Transitorios Euro IV - V ESC+ELR+ETC • CO, HC, NOx, partículas, humos ESC ELR (para humos) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 26/31
    27. 27. 6. Normativas europeas (cont.)  Vehículos pesados (cont.) Niveles de contaminantes (13 modos ESC + ELR): Directiva Entrada y Ciclo CO HC (g/Kw NOx (g/ PM Humos categoría (g/Kw h) h) Kw h) (g/Kw h) (1/m) 92,<85kW 4.5 1.1 8.0 0.612 EURO I 92,>85kW 4.5 1.1 8.0 0.36 R49 1996.10 4.0 1.1 7.0 0.25 EURO II 1998.10 4.0 1.1 7.0 0.15 1999.10 (EEVs) 1.5 0.25 2.0 0.02 0.15 EURO III 2000.10 ESC 2.1 0.66 5.0 0.10 0.8 Y 0.13* EURO IV 2005.10 ELR 1.5 0.46 3.5 0.02 0.5 EURO V 2008.10 1.5 0.46 2.0 0.02 0.5 *-Para motores de cilindrada unitaria <0.75 litros y régimen máximo de 3000 rpm MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 27/31
    28. 28. 6. Normativas europeas (cont.)  Vehículos pesados (cont.)  Ciclo transitorio ETC Velocidad Potencia Par  Niveles de contaminantes (transitorio) Directiva Entrada y categoría Ciclo CO NMHC CH4 a NOx PM b (g/Kw h) (g/Kw h) (g/Kw h) (g/Kw h) (g/Kw h) 1999.10 sólo EEVs 3.0 0.40 0.65 2.0 0.02 EURO III 2000.10 5.45 0.78 1.6 5.0 0.16 ETC 0.21 c EURO IV 2005.10 4.0 0.55 1.1 3.5 0.03 EURO V 2008.10 4.0 0.55 1.1 2.0 0.03 a.- Sólo motores de gas natural; b.- no aplicable a motores a gas en las etapas EURO III y EURO IV c.- Para motores de cilindrada unitaria <0.75 litros y régimen máximo de 3000 rpm MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 28/31
    29. 29. 6. Normativas europeas (cont.)  CO2 Acuerdo voluntario EC – ACEA (07/1998) sobre emisiones de CO2 • Emisiones en vehículos nuevos de 1995: 186 g/km • Objetivo 2008: 140 g/km • Objetivo 2012: 120 g/km Resultado real (2003): promedio 163 g/km. (171 g/km en gasolina y 154 g/km en Diesel) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 29/31
    30. 30. Resumen  Las soluciones activas actúan sobre la fuente  Las soluciones pasivas intentan eliminar los contaminantes una vez generados  El catalizador de tres vías es una solución pasiva universalmente adaptada en los MEP  Las trampas de partículas se están generalizando en los MEC  Las normativas sobre contaminación actualmente son muy exigentes  Se deberán desarrollar normativas más estrictas sobre CO2 (consumo) MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 30/31
    31. 31. Bibliografía − Motores de Combustión Interna Alternativos. Muñoz, M.; Payri, F. Servicio Publ. E.T.S.I.I. Madrid, 3ª ed.1989 − Internal Combustion Engines Fundamentals. Heywood, J.B. McGraw-Hill, 1989 − Procesos y tecnología de Máquinas y Motores Térmicos. J. Arrègle et al. Ed. Universidad Politécnica de Valencia (Ref: 2002-395), 2002 − Normativas: http://www.dieselnet.com MOTORES ALTERNATIVOS TEMA 16: TÉCNICAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES. NORMATIVAS 31/31

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