Inventario de emisiones móviles en Santiago: metodologías

Inventario de fuentes móviles para
Santiago
¿Cómo se hace?

Sergio Ibarra Espinosa
sibarra@cenma.cl
Encargado de Fuentes Móviles
Unidad de Modelación y Gestión de la Calidad del Aire
Centro Nacional del Medio Ambiente
Universidad de Chile Centro Nacional del Medio Ambiente

Categorías del Inventario

Fuente: CENMA. Año 1997


Tipos de Fuentes

Puntuales Areales

Estacionarias

En Ruta Fuera de Ruta

Móviles


Metodologías de Estimación de Emisiones

1. Monitoreo Directo en Chimenea (Discreto o Continuo)

Emisión = Concentración * Caudal * Tiempo de Funcionamiento

2. Factores de Emisión

Emisión = Factor de Emisión * Nivel de Actividad

3. Balances de Masa

Emisión = Balance de Masa

4. Ecuaciones y Modelos de Emisión
Emisión = F(x1,x2,…,xn) (Ej: Tanks, MODEM, GloBEIS, etc)


Factores de Emisión

Factor de Emisión = Emisión
Nivel de actividad

Literatura internacional (AP-42)
Estudios nacionales (Estudio Proceff de vidrio y cemento)
Ejemplo: Factor de Materia Particulado (MP) de Caldera quemando
Petróleo Diesel.

FE MP : 0.0002 __ Ton de MP____
Ton de combustible
Ejemplo: Factor de Óxido nitroso de Vehículo Livianos a Diesel

FE N2O : 0.027 g N2O
km

Donde?


Emisiones Vehiculares
ET = EEN CALIENTE + EPARTIDAS EN FRÍO + EEVAPORATIVAS + EDESGASTE + EPOLVO

Evaporativas
Evaporativas •Carga de combustible
•Durante el recorrido
•Detención en caliente
•Diurnas

Tubo de Escape
Corrección emisiones Emisiones en Caliente
•Nuevos combustibles Material Particulado Partidas en Frío
•Deterioro vehicular •Desgaste de Frenos •Hidrocarburos
•Pendiente del camino •Desgaste de Neumáticos •Monóxido de Carbono
•Carga del vehículo •Polvo Resuspendido •Oxido de Nitrógeno
•Material Particulado
•Otros


CO desde gasolineros

• Cuántos gasolineros hay?

1,105,276 en RM al 2009 según Datos de Permisos de
Circulación, INE
• Cómo se produce CO?
• Como se miden las emisiones de CO?
• Cómo se genera el factor de emisión?
• Diferentes aproximaciones?
– IVE
– MODEM


Como se produce CO
en vehículos gasolineros
• Ciclo de Otto
1-Primer tiempo o admisión: el descenso del pistón aspira
la mezcla aire combustible en los motores de encendido
provocado
2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de
carrera inferior, la válvula de admisión se cierra,
comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el
ascenso del pistón.
3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de
la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima.
Salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la
mezcla. La combustión progresa rápidamente incrementando
la temperatura y la presión en el interior del cilindro y
expandiendo los gases que empujan el pistón.
4 -Cuarto tiempo o escape: El pistón empuja, en su
movimiento ascendente, los gases de la combustión que
salen a través de la válvula de escape.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_cuatro_tiempos

Medición de emisiones - Chassis dynamometer

• A chassis dynamometer
measures power delivered to
the surface of the "drive roller"
by the drive wheels. The
vehicle is often parked on the
roller or rollers, which the car
then turns and the output is
measured.
• A chassis dynamometer is used to simulate driving on a road
inside a laboratory under controlled conditions. The vehicle
is driven on rolls, while a dynamometer simulates the inertia
of the vehicle as well as the drag and friction on the vehicle
(known as "road load").
http://www.etclab.com/Chassis-Dynamometer-Testing.asp


Medición de emisiones - Chassis dynamometer

• Chassis dynamometer testing allows a better assessment of
the benefits of new fuels and vehicle technologies, and is
absolutely essential to assessing the performance of heavy
hybrid trucks and buses.
• Chassis (Emissions) Dynamometer: A special chassis
dynamometer used for emission testing. It is calibrated to
accommodate weights of various vehicles, referred to as
“inertia weight” categories. The dynamometer is also
calibrated for various road load horsepower (RLHP)
settings to simulate the amount of horsepower required to
move the vehicle over a level road surface at 50 miles per.
http://www.etclab.com/Chassis-Dynamometer-Testing.asp


Medición de emisiones – Dinamómetro – IM240

• The IM240 test is a chassis dynamometer schedule used
for emission testing of in-use light duty vehicles in
inspection & maintenance programs implemented in a
number of states.
• It is a short, 240 second test representing a 1.96 mile (3.1
km) route with an average speed of 29.4 mile/h (47.3
km/h) and a maximum speed of 56.7 mile/h (91.2 km/h).
http://www.dieselnet.com/standards/cycles/im240.php

Medición de emisiones – Remote Sensing
FEAT: Fuel Efficiency Automobile Test

Universidad de Chile http://www.feat.biochem.du.edu

Roadside Instrument Setup

Light
Source

Speed Bars FEAT
Detector

Spectrometers

Calibration Cylinder


• CO, HC, NO, NO2,SO2,NH3, smoke,
speed, acceleration
• About 5000 vehicles per day
• Fuel-based mass emissions in gm/kg of
fuel.
• Fuel-based emissions are very much
less dependent upon driving mode than
are emissions per km.

• RSD does not MEASURE anything.
• It is a comparator.
• It compares the pollutant ratios (CO/CO2, HC/CO2,
NO/CO2 etc.) in the vehicle exhaust to the pollutant
ratios in a certified cylinder.
• RATIOS are what it is measured; all other results
such as fuel specific emissions (grams/gallon or g/kg)
are derived from the measured ratios.



RSD measures Ratios:
• Pollutant/CO2 from which can be
determined emissions in gm/kg or gm/L
of fuel
• 5000 tests per day is typical and this is
about 100 times more tests per day than
can be achieved by any other emission
testing capability


• Measure ratios
– CO/CO2,Q’ ;
– HC/CO2, Q”;
– NO/ CO2
– etc.
• Fuel specific emissions = pollutant/fuel
• CO/fuel = [CO/CO2]/[fuel/CO2]
• Fuel carbon = CO2 + CO + 6xHC
• Total fuel kg= fuel carbon*0.014

Some Uses of RSD

• Determine emission trends/fleet
characterization
• Determine fuel based fleet emissions
• Find high/low emitting/broken vehicles
• Identify use of illegal fuel (SO2)
• Identify unexpected emissions (NH3)
• Quantify expected emission trends (NO2)
• SMART SIGN driver information

International Vehicle Emission (IVE) Model



• Estimates criteria, toxic and global warming gases
from on-road mobile sources
• Corrects for ambient and operating conditions
• Free downloadable from the website:
www.issrc.org/ive
• Input files also available for download:
– Vehicle Technology Distribution Files
– Driving Pattern and Local Parameter Files
– Local Emission Rate files (optional)



• Classes:
– Passenger Vehicles, 2 wheelers, 3 wheelers, taxis, light
and heavy trucks, buses. Variety of age and
maintenance conditions
• Fuels:
– Gasoline, Diesel, Propane, Natural Gas, Ethanol (OEM
and retrofitted), Electric. Varying sulfur, lead and
oxygenate levels
• Technologies:
– 2 stroke, 4 stroke, air/fuel controls, exhaust controls,
etc.


• Data Collection in Two areas:
1. Vehicle Activity (VA):
• Measure real world fleet fraction
– The IVE study is carried out over a single 2-week study period.
– To collect representative data that can be extrapolated to the full urban
area.
– Three representative sections of the city are normally selected for the
IVE study
– Select representative streets.
2. Vehicle Emissions (VE)
• Basic Emissions Inventory created for all pollutants
at the end of the studies



100
90 Highway Arterial Residential
80
Velocity [km/hr]

70
60
50
40
30
20
10
0
7:00 7:03 7:06 7:09 7:12 7:14 7:17 7:20
Time [hr:min]

Fleet Emission Factors using IVE Model
Los Angeles Nairobi Santiago Pune Mexico Sao Paulo Lima

14

12

10
Emission Rate (g/km)

8

6

4

2

0
CO/10 VOC NOx PM*10 CO2/40


Modelo de Emisiones Vehiculares MODEM


• Categorías vehiculares: • Categorías tecnológicas:
– Vehículos particulares, – Los combustibles son
– Vehículos de alquiler gasolina, diesel y gas natural.
– Taxis colectivos – Normas de emisión europeas
– Vehículos comerciales, Euro, que en Modem van
desde Pre-Euro a Euro 5,
– Motocicletas, incluyendo el uso de filtros
– Camiones livianos, de partículas.
– Camiones medianos, – También se contempla la
– Camiones pesados, tecnología para vehículos
– Buses interurbanos, híbridos.
– Buses rurales
– Buses particulares e institucionales
– Buses licitados urbanos.



• Partículas Totales • Óxidos de Nitrógeno
Suspendidas (PTS), (NOX),
• Material Particulado • Óxidos de Azufre (SO2),
Respirable (MP10) • Dióxido de Carbono
• Material Particulado (CO2),
Respirable Fino (MP2.5) • Metano (CH4),
• Monóxido de Carbono (CO) • Óxido Nitroso (N2O)
• Hidrocarburos Totales • Amoniaco (NH3)
(HC), • Consumo de Combustible
(CC).


Eijl FVjk * CVjk * CTjk * PFjl * FE(v)il * FCCl * FCDl
• Eijl : Emisiones (g/h) • FCCl : Factor de corrección por
• FVjk : Flujo vehicular (veh/h) en el mejora de combustible
arco j a la hora modelada. • FCDl: Factor de corrección por
• CVjk: Composición Vehicular en % deterioro vehicular.
• CTjl : Composición Tecnológica en • i: contaminante.
% • j: arco (km).
• PFjk : Perfil de flujo o fracción del • k: categoría vehicular.
flujo total (Flujo jk) • l: categoría tecnológica.
• FE(V)il: Factor de emisión en
función de la velocidad (g/km)
FE(v) se basan en Copert http://www.emisia.com/copert/, DIMEC-UCHILE
http://www.dimec.uchile.cl/ y CENMA http://www.cenma.cl


Conteo en Terreno + COPERT+
SECTRA - ESTRAUS Análisis Base de Datos Experimental

• Flujos Vehiculares • Composición de
Flujo
• Velocidades Vehiculares • Factores de
• Perfil de Flujo Emisión
• Topología de la red vial

MODEM

EMISIONES Ton/año


Gracias!


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