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- 4. Origen: IFEU *) La directiva Euro 0 no limitaba el porcentaje de partículas; valor estimado: 1,1 g/kWh I. Introducción Las futuras directivas Euro 4 y Euro 5 para vehículos diesel exigen básica-mente una reducción de las emisiones de partículas y de NOx. El breve intervalo de tiempo exige plantear la homologación Euro 4 con vistas a Euro 5. Plazos de introducción de Euro 4: - 10/2005: nuevos productos - 10/2006: todos los veh. industriales Plazos de introducción de Euro 5: - 10/2008: nuevos productos - 10/2009: todos los veh. industriales Gases Partículas - 98% NO x - 86% 1990 1993 1996 2001 2006 2009 2012 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 0 * Euro 6 ? ? EEV EEV
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- 7. NO x [g/kWh] II. Estrategias para cumplir las directivas Euro 4/Euro 5 ... a causa de condicionamientos técnicos en los motores diesel, e incompa-tibilidad de objetivos entre NO x , partículas y consumo de combustible. Consumo Una reducción de los NO x conduce a un aumento del consumo y de las partículas 0,3 0,2 0,1 Partículas [g/kWh] Una reducción de las partículas conduce a un aumento de las emisiones de NO x
- 8. Tecnologías disponibles para cumplir las futuras directivas: 1. Refrigeración y recirculación de los gases de escape (EGR) II. Estrategias para cumplir las directivas Euro 4/Euro 5 PM-Kat Filtro de partículas Part. EGR NO x Recirculación gases escape Reducción de NO x (en el motor) => el aumento de la masa de partículas en los gases de escape hace necesario el filtrado externo Refrigeración de los gases de escape Se enfría y se reconduce al motor una parte de los gases de escape ... … para mantener reducida la temperatura de combustión y, por tanto, la concentración de NO x Temperat. combustión [°Kelvin], (0°K -273°C) sin recirculación 10 % recirc.
- 10. Tecnologías disponibles para cumplir las futuras directivas: 2. Reducción catalítica selectiva (SCR) II. Estrategias para cumplir las directivas Euro 4/Euro 5 Detalles SCR Bluetec Los gases de escape contienen nitrógeno, agua y dióxido de carbono H 2 O N 2 CO 2 Componentes nocivos de los gases de escape: NO x , CO, hidrocarburos, partículas HC NO x Part CO Catalizador Denox AdBlue Catalizador con silencioso Part. NO x Reducción catalítica selectiva SCR AdBlue
- 12. DaimlerChrysler tiene experiencia en el uso de ambas tecnologías. II. Estrategias para cumplir las directivas Euro 4/Euro 5 Recirculación gases escape Reducción catalítica selectiva SCR EGR opera con ambas tecnologías Euro 4 y Euro 5: la mayoría de los fabricantes europeos de vehículos industriales prefieren SCR EPA 04 / 07: en el área comercial de la NAFTA se prefiere la EGR
- 15. I. Introducción II. Estrategias para cumplir las directivas Euro 4/Euro 5 III. Introducción en el mercado IV. Resumen
- 16. III. Introducción en el mercado Si se pasa revista a la oferta de los competidores se aprecia la amplia aceptación de esta tecnología, nueva en la fabricación de vehículos. Fabricantes de autobuses integrales ... Más de un 66 % del mercado europeo de autobuses y autocares apuesta por SCR SCR 18,0 % lastauto omnibus 6/2003 SCR 12,7 % SCR 28,4 % ... y de motores SCR > 5,1 % en Dennis (cuota 5,1%) y vehículos urbanos de Transbus, Berkhof SCR > 2,4 % en Bova (cuota 2,4%), en parte autocares Berkhof
- 18. ... y además, en función del tipo de servicio y el tamaño de la flota –por ejemplo, un parque de autobuses urbanos– existen diferentes soluciones para la gasolinera de empresa. Funcionalidad de la infraestructura ca. (5- 50).000 € Costes III. Introducción en el mercado Vehículo-litro/mes 1 150 10 1.500 100 15.000 Flota (repostado utilizando bidones) Estaciones de llenado (1.000 l) con útiles para repostado Gasolinera de empresa Surtidor para exterior
- 20. En relación con la integración del sistema SCR en los vehículos existen tres campos principales de desarrollo: III. Introducción en el mercado Depósitos de gasóleo / AdBlue AdBlue gasóleo gasóleo p.ej. Citaro
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- 22. El desafío para los fabricantes: satisfacer las nuevas exigencias con tecnologías y productos acreditados III. Introducción en el mercado Hay que probar los vehículos, los componentes y los sistemas en sus distintas versiones, teniendo en cuenta los mercados y las condiciones de utilización Fiabilidad Legislación 0 1 2 3 4 5 NO x [g/kwh] Euro 5 (10/08) Euro 4 (10/05) Euro 3 (10/00) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 Partículas [g/kwh] Provecho del cliente Campo de utilización
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- 27. Si se analizan los gases de escape de un motor diesel, se pone de manifiesto que 1 gramo del gas generado por un motor Euro 3 contiene unos 0,088 g de substancias contaminantes. I. Introducción volver 1 g gases de escape (motor Euro 3) HC NO x Part. CO Contaminantes en los gases de escape 0,088 g contaminantes Componentes del aire: oxígeno, nitrógeno agua y dióxido de carbono H 2 O N 2 CO 2 O 2 0,912 g componentes del aire
- 29. La técnica SCR requiere menos componentes nuevos y sofisticados para optimizar las emisiones de partículas y el consumo. La reducción de los óxidos de nitrógeno NO x tiene lugar en el catalizador SCR. Emisiones brutas III. Dos (?) vías para cumplir Euro 4/5 – 2. SCR volver Inyección AdBlue Catalizador con silencioso Unidad dosificadora AdBlue Depósito de AdBlue AdBlue Bomba de AdBlue / unidad de alimentación Gestión electrónica
- 30. III. Dos (?) vías para cumplir Euro 4/5 – 2. SCR El proceso químico de depuración de los gases de escape con SCR. volver
Notas del editor
- Las normas reguladoras de los gases de escape se concentran en los valores límite para los NOx (óxidos de nitrógeno) y las partículas. 1. ¿Qué es EURO 4? EURO 4 es la próxima edición de la legislación comunitaria que limita la concentración de contaminantes en los gases de escape de vehículos industriales pesados. En comparación con la directiva EURO 3 vigente en la actualidad, la nueva norma exige una disminución del 30 % en la concentración de óxidos de nitrógeno y del 80 % en la masa de partículas. EURO 4 entrará en vigor el 10/2006 para todos los vehículos, y un año antes para la homologación de nuevos modelos. La directiva contempla cuatro tipos de emisiones contaminantes: CO (monóxido de carbono) NMHC (hidrocarburos) NOx (óxidos de nitrógeno) PM (= Particular Matter , emisión de partículas, como el hollín) 2. ¿Que es EURO 5? EURO 5 entrará en vigor tres años después de EURO 4 (es decir, el 1.10.2008 para la homologación de modelos nuevos, y el 1.10.2009 para la matriculación de vehículos). En comparación con EURO 4 disminuye una vez más el valor límite para las emisiones de NOx, de 3,5 g/kwh a 2,0 g/kwh. Por lo demás, no contiene otras novedades en comparación con EURO 4. 3. ¿Qué es EEV? Para los vehículos industriales existe asimismo una norma denominada "EEV" ( Enhanced Environmentally friendly Vehicle ), de carácter voluntario, con valores límite inferiores en parte a los de la directiva EURO 5. ==> Desde aquí puede pasarse a la lámina que muestra la composición de los gases de escape y las substancias contaminantes
- En líneas generales existen dos vías para cumplir las nuevas exigencias legales. Estas dos opciones se exponen a continuación.
- Para poder cumplir las exigencias de EURO 4 y EURO 5 se requiere por primera vez un sistema de depuración de los gases de escape. En la directiva EURO 0 no se limitaba la concentración de partículas en los gases de escape. En comparación con EURO 4, en EURO 5 se reduce una vez más la concentración de NOx. La gráfica muestra de forma patente las mejoras logradas durante los últimos años.
- Aquí puede apreciarse la interrelación y, por lo tanto, la incompatibilidad entre los diferentes objetivos. Si se optimiza la combustión para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx) aumenta automáticamente la masa de partículas y, por este mismo motivo, también el consumo de combustible. Lo mismo puede decirse del caso contrario: si se optimiza la combustión para disminuir las emisiones de partículas y reducir el consumo, aumenta necesariamente la concentración de NOx en los gases de escape.
- Aquí se muestra el principio de la refrigeración y recirculación de los gases de escape. Algunos competidores recurren actualmente a este procedimiento para cumplir las exigencias de EURO 3 (por ejemplo, Volvo, MAN). Se reduce la temperatura de los gases de escape, con lo que disminuyen las emisiones de NOx; al mismo tiempo, sin embargo, aumentan la masa de partículas y el consumo. En casi todos los casos es necesario recurrir a un tratamiento posterior de los gases de escape para mantener las emisiones de partículas dentro de los límites establecidos por EURO 4. (Información adicional: Scania ha hecho público recientemente que el motor 420, que no se emplea en los autobuses y autocares, cumple los requisitos de EURO 4 con recirculación de los gases de escape y sistema "Turbocompound", sin tratamiento posterior de los gases.) El tratamiento posterior de los gases de escape puede realizarse en un filtro de partículas, que tiene que operar bajo condiciones considerablemente más difíciles que hasta ahora, ya que tiene que retener una masa mucho mayor de partículas, y dispone de una menor concentración de NOx, necesarios para la regeneración del filtro. Los gases de escape reconducidos al colector de admisión tienen que refrigerarse; es decir, se requiere una mayor potencia de refrigeración, que hace disminuir la eficiencia del motor. La recirculación de los gases de escape es un sistema muy sofisticado, que requiere mayores gastos de mantenimiento y reparación. En la mayoría de los casos, este dispositivo origina igualmente pérdidas de potencia. En lugar de un filtro de partículas, MAN utiliza un catalizador llamado "PM Kat" (denominación registrada de MAN) ==> Desde aquí puede pasarse a la lámina con la descripción del "PM Kat"
- Inconvenientes: Los nuevos componentes son muy complejos e influyen negativamente sobre los costes de reparación, aumentando los días de inmovilización del vehículo. En el radiador de los gases de escape y en el colector de admisión se acumulan los residuos de combustión, que pueden originar depósitos de hollín. Ventajas: La técnica de recirculación de los gases de escape ya se utiliza en vehículos de serie, y por tanto es probable que requiera menos tareas de desarrollo por parte de los fabricantes que la nueva tecnología SCR. Teóricamente es posible satisfacer la directiva EURO 5 con EGR, pero esta adaptación tendría consecuencias negativas inaceptables sobre la rentabilidad de los motores. (Si es necesario, mencionar que Volvo ha suministrado en Berlín una flota piloto de 25 autobuses urbanos equipados con EGR y filtro de partículas. No obstante, Volvo ha decidido ofrecer sus motores EURO 4 exclusivamente con la tecnología SCR.)
- 5. ¿Qué es SCR? SCR son las siglas de Selective Catalytic Reduction (reducción catalítica selectiva). Se trata de una tecnología para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno en los gases de escape, utilizada desde hace decenios para la denitrogenación de los gases de escape de centrales eléctricas, así como en los motores para aplicaciones navales. La utilización en un vehículo industrial constituye una novedad. La concepción técnica consta de dos medidas. Mediante una optimización del motor se disminuyen la masa de partículas y el consumo de combustible; los óxidos de nitrógeno nocivos (NOx) generados en la combustión se eliminan por vía química en el catalizador SCR -mediante adición de un agente reductor-, originándose nitrógeno (una substancia inocua, que forma parte del aire que respiramos) y vapor de agua. Además, el catalizador SCR disminuya una vez más la masa de partículas en los gases de escape (el rendimiento puede alcanzar el 50 %).
- Mencionar sólo si es necesario: En principio, los vehículos están en condiciones de operar con independencia del funcionamiento del sistema SCR. Si no se carga aditivo en el depósito, un testigo luminoso en la cabina mostrará al conductor la falta de AdBlue. Al mismo tiempo, se realizará una inscripción en la memoria de averías del vehículo. Hay que tener en cuenta que AdBlue es un líquido con alto grado de pureza. Es decir, si se cometen errores al repostar pueden presentarse problemas. Para poder cumplir los nuevos valores límite es imprescindible repostar periódicamente AdBlue. DaimlerChrysler advierte expresamente de las posibilidades de abuso.
- En los Estados Unidos, tanto DaimlerChrysler como Volvo (es decir, Mack) apuestan por la recirculación de los gases de escape. El motivo se expone a continuación. Según la legislación de los Estados Unidos, el fabricante del vehículo es responsable de que el sistema de depuración de los gases de escape funcione en todo momento . Esto significa que el fabricante tendría que garantizar la existencia de una infraestructura adecuada de suministro de AdBlue, ya que la industria petrolera no está en condiciones de crear una red rentable de distribución en un país tan grande y con una densidad baja de vehículos como los Estados Unidos. Lo mismo puede decirse de los fabricantes de vehículos, que además son también los responsables ante la ley de que los usuarios reposten correctamente el aditivo AdBlue. A causa de este hecho, y también por razón del precio relativamente bajo de los combustibles en Estados Unidos (pese al aumento que se ha producido recientemente), el aumento del consumo originado por el sistema EGR tiene menor relevancia. De ahí que ambos fabricantes apuesten por la recirculación de los gases de escape en este mercado. No obstante, una vez que entre en vigor la norma EPA 10 en los Estados Unidos, será también necesario recurrir a la SCR en este país. Para nosotros es importante constatar que DaimlerChrysler puede apreciar las ventajas y los inconvenientes de ambos sistemas.
- En los vehículos con EGR no es posible evitar completamente la condensación del vapor de agua. Como consecuencia, el radiador del EGR tiende a obturarse, y a perder rendimiento. En el colector de admisión, la mezcla de aire frío del exterior y gases de escape relativamente calientes constituye igualmente un problema. Ya se ha observado en algunos casos la formación de una auténtica "papilla". Otro factor crítico es la condensación de agua en la cámara de combustión. A causa de estos fenómenos aumenta la demanda de refrigeración en el motor y se acelera considerablemente el desgaste del aceite del motor. (Scania habla de una reducción de los intervalos de cambio de aceite a la mitad, de 120.000 a 60.000 km. Hasta ahora no se ha desmentido expresamente esta estimación.)
- Un ejemplo de la utilización de la técnica SCR son los transbordadores que operan en el Mar Báltico. En algunos países bálticos, los derechos de atraque en los puertos dependen de las emisiones contaminantes de los navíos. En las centrales eléctricas, el sistema SCR se utiliza para la denitrogenación de los gases de escape desde el año 1983. A fines de los años 90 del siglo pasado se desarrolló un camión equipado con tecnología SCR dentro de un proyecto de investigación en Baviera. Este prototipo pudo demostrar la viabilidad práctica de esta concepción.
- Scania apuesta también por SCR en su motor V8 de 16 litros para camiones pesados.
- La red de distribución del aditivo AdBlue se encuentra actualmente en fase de ampliación. A partir del 1.10.2006, un 80 % de los camiones nuevos utilizarán la técnica SCR. Es decir, el mercado generará la presión necesaria sobre la industria petrolera. En el futuro, los conductores de vehículos industriales cargarán gasóleo en las estaciones de servicio en donde puedan disponer también de AdBlue, y pasarán de largo en las demás gasolineras. OMV y Total, la mayores petroleras de Europa, han presentado planes vinculantes para la ampliación de la infraestructura. Las demás empresas están preparando planes similares. (Citar aquí el comunicado de prensa adjunto.)
- Un gran número de fabricantes ofrecen sistemas de repostado para las cocheras de las flotas, de tipos y tamaños muy diferentes. El cliente no necesita preocuparse de sus reservas de AdBlue: el sistema comunica una vez al día al proveedor las existencias de aditivo, utilizando un conexión telefónica GSM. A partir de esta información, el proveedor se encarga automáticamente de completar el nivel cuando es necesario. Un surtidor de AdBlue no requiere medidas especiales de protección. Los ejemplos que se muestran en la imagen no necesitan más que una toma de corriente de 220 voltios, y las versiones para exterior cuentan con una calefacción integrada. Cooperamos estrechamente con los fabricantes para asistir a nuestros clientes en la elección de la solución más adecuada. Por ejemplo: DaimlerChrysler Suiza equipará todas sus estaciones de servicio para camiones con surtidores de AdBlue, abiertos a los vehículos de todas las marcas.
- El Actros para el tráfico de largas distancias estará disponible a partir de comienzos de 2005 en versiones EURO 4 y EURO 5. El cumplimiento prematuro de las exigencias de EURO 4 y EURO 5 comporta ventajas importantes en relación con el peaje en las autopistas alemanas. Los vehículos EURO 4 abonan una tasa ligeramente reducida por kilómetro de autopista, y los vehículos EURO 5 pagan una tasa claramente inferior. Este peaje no afecta a los autobuses y autocares. El objetivo de EvoBus en relación con la introducción de la nueva tecnología es garantizar desde el comienzo un alto grado de perfección técnica. La aplicación en un autocar resulta muy compleja desde el punto de vista técnico. Por lo tanto, es imprescindible realizar pruebas de larga duración con la nueva tecnología. Las tareas de desarrollo y pruebas se ven dificultadas por la gran diversidad de modelos (autobuses urbanos y suburbanos, autocares) y por el elevado número de versiones (motores en disposición horizontal y vertical, distintas alturas y longitudes de la carrocería, diferentes motores, etc.). A diferencia del camión, en donde el sistema se adosa a la estructura existente, en un autobús o autocar tiene que integrarse , y la modificación del espacio de montaje requiere modificaciones en el armazón. En esta tarea, el criterio más importante es la calidad. En cuanto a los valores límite para las partículas e hidrocarburos, ya ofrecemos desde hace años equipos técnicos al nivel de EURO 4: el CRT. Por lo tanto, puede decirse que somos precursores de la nueva normativa.
- Aquí pueden verse a modo de ejemplo combinaciones de depósitos de gasóleo y AdBlue. En el Citaro de 12 metros se aprovecha para el depósito de SCR una parte del espacio ocupado actualmente por el depósito de gasóleo en el lado derecho del vehículo. Para mantener constante el volumen de gasóleo, se aumenta el volumen del depósito del lado izquierdo. A la izquierda se muestra la posición de montaje del catalizador SCR en un vehículo de piso elevado. El volumen del nuevo catalizador es algo mayor que el del silencioso montado actualmente. El depósito y las conducciones de AdBlue disponen de calefacción, ya que AdBlue cuenta con un porcentaje elevado de agua, y comienza a congelarse a una temperatura de -11 °C. Las pruebas de invierno realizadas en el círculo polar han demostrado la fiabilidad del sistema.
- Si la reserva de AdBlue disminuye por debajo de un valor determinado, brilla un indicador luminoso para advertir al conductor.
- Para nosotros, el objetivo prioritario es ofrecer a nuestros clientes soluciones técnicamente viables y probadas, con máxima fiabilidad. No admitimos soluciones provisionales, que originarían costes elevados en un autobús urbano con un ciclo de utilización de 12 o más años. Con otras palabras: se trata de encontrar una síntesis ideal entre los parámetros que se muestran en esta lámina. Como ya se ha mencionado, en un autobús hay que tener en cuenta el escaso espacio disponible para el montaje de los equipos, las modificaciones en la estructura del vehículo y la gran variedad de modelos y versiones. Todos estos factores aumentan considerablemente los costes de introducción de la nueva tecnología en comparación con un camión..
- La sección más pequeña del diagrama muestra el porcentaje de contaminantes en los gases de escape de un motor EURO 3.
- Para compensar el aumento de partículas en los gases de escape puede recurrirse a un "catalizador PM". (MAN utiliza este dispositivo, ya que los filtros CRT empleados anteriormente tendían a obturarse con facilidad.) El "PM Kat" no filtra las partículas, sino que elimina una parte de las mismas por vía catalítica. Se trata de un sistema "abierto". No alcanza, ni mucho menos, el rendimiento de un CRT; su rendimiento es sólo suficiente para cumplir los valores límite de EURO 4. El "PM Kat" deja pasar las cenizas resultantes de la combustión de los aditivos incorporados al aceite del motor. Una vez cubierto de partículas, su rendimiento puede disminuir considerablemente, hasta llegar al 0 %. En este último caso se expulsa al medio ambiente la masa total de partículas, aumentada en el motor a causa de la recirculación de los gases de escape.
- La gestión electrónica del motor regula el caudal de AdBlue inyectado, utilizando diagramas característicos. Gracias a esta dosificación exacta se impide el olor molesto a amoniaco dentro y en torno al camión.