Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería
Protocolo de ensayos con biodiesel en dinamómetro de banco simulando condiciones reales de un vehículo
Laboratorio de Control de Emisiones
CONTENIDO 1) Objetivo 2) Justificaci贸n 3) Protocolo de ensayos - Estructuraci贸n de los ensayos - Protocolo experimental
4) An谩lisis de resultados 5) Conclusiones
1) Objetivo Desarrollo de un nuevo protocolo de evaluaci贸n de emisiones contaminantes para motores diesel en un dinam贸metro de banco.
2) Justificación Las condiciones de tránsito cambian con el tiempo debido a múltiples factores. Tal es el caso del crecimiento de la población, tecnología de los vehículos, cambios en el transporte público, transformación en la red de carreteras, nuevas legislaciones para mantener el equilibrio ecológico, entre otras. De no renovar las pruebas actuales que regulan los niveles de contaminación, se considera que dejan de ser una herramienta confiable de estimación de emisiones para la certificación de motores.
3) Protocolo de ensayos Estructuración de los ensayos
Ruta de un vehículo diesel en Ciudad Universitaria
Puntos de Incidencia 500
5
98
Prueba
400
PROPUESTOS
350
Torque (Nm)
1 2 3 4
Torque (Nm) 98 110 125 121
SIMULADOS
450
300
11
7
150
8 2
1
10
9 3
100
4
5
6
50 0 700
1000
1300
1600 RPM
1900
2200
Gr谩fica de dispersi贸n que representa los puntos de operaci贸n
869 1684 1838 1944 2072
6 81 2200 7 172 1573 8 167 1756 9 164 1894 10 168 2021 11 261 1948 Puntos de operaci贸n propuestos
250 200
RPM
2500
Mercedes Benz OM366LA del a単o 1992
Instrumentaci贸n general del equipo
Mezcla de biodiesel
ďƒ˜ Protocolo experimental
INSTRUMENTACIÓN Y PREPARACIÓN DEL EQUIPO
PUESTA A PUNTO DEL MOTOR Y REVISIÓN DE PARÁMETROS DEL EQUIPO
EJECUCIÓN, MONITOREO Y MUESTREO DEL ENSAYO
ALMACENAMIENTO DE DATOS
REPETICIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA OTRO PUNTO DE OPERACIÓN O PARA CORROBORAR DATOS Se verificó que el combustible fuera suficiente.
Que el equipo fuese nuevamente calibrado para repetir las mismas características en el ensayo siguiente.
Para los puntos de operación restantes del mismo combustible se repitió el procedimiento Ejecución, monitoreo y muestreo del ensayo seleccionado y Almacenamiento de datos.
ANÁLISIS DE RESULTADOS Se identifico la aproximación de los puntos de operación realizados con los propuestos.
Identificados los puntos, se realizó la discriminación de datos y la determinación de los factores de ponderación.
Gráficas de barras para la comparación y análisis de emisiones contaminantes por cada uno de los combustibles.
5) An谩lisis de resultados
Puntos de operaci贸n de los ensayos
Puntos de operación concordantes ÁREA
1
2
3
COMBUSTIBLE
Torque (Nm)
RPM
Diesel PEMEX
101
1875
B5
92
1882
B10
89
1896
B20
92
1890
UBA
90
1888
Diesel PEMEX
102
1766
B5
108
1761
B10
109
1765
B20
106
1791
UBA
104
1781
Diesel PEMEX
88
2021
B5
95
2029
B10
98
2055
B20
87
2052
UBA
90
2064
COMBUSTIBLE
Torque (Nm)
RPM
CO2 [g/s]
CO [mg/s]
HC [mg/s]
NOx [mg/s]
PM10 [mg/s]
PM2.5 [mg/s]
UBA
90
2064
5.65
8.86
10.24
62.45
0.22
0.41
Donde: FP: Factor de ponderación. i: Número de área. N: Número de puntos del área PT: Puntos totales de las áreas
Datos ponderados y emisiones totales ÁREAS
COMBUSTIBLE
FACTOR DE PONDRACIÓN
CO2 [g/s]
CO [mg/s]
HC [mg/s]
NOx [mg/s]
PM10 [mg/s]
PM2.5 [mg/s]
1
Diesel PEMEX
0.18
0.90
1.79
1.23
12.07
0.03
0.06
2
Diesel PEMEX
0.21
0.96
1.05
1.28
14.45
0.03
0.07
3
Diesel PEMEX
0.61
3.43
6.81
4.98
44.17
0.14
0.25
5.28
9.64
7.49
70.69
0.20
0.38
0.64 0.65 2.81
1.15 2.18 3.83
1.30 1.27 3.65
9.34 9.75 32.77
0.04 0.01 0.17
0.04 0.01 0.17
4.10
7.17
6.22
51.86
0.22
0.22
0.91 1.03 3.71
1.53 1.92 4.25
1.58 1.64 6.14
11.78 14.46 45.66
0.04 0.06 0.19
0.07 0.09 0.31
5.65 0.87 1.00 2.69
7.70 1.30 1.83 4.57
9.36 1.59 1.69 5.25
71.90 11.63 14.49 31.68
0.29 0.04 0.06 0.15
0.47 0.04 0.08 0.15
4.56 0.86 1.00 3.45
7.70 1.82 2.23 5.40
8.53 1.62 1.74 6.24
57.79 10.26 13.45 38.09
0.25 0.03 0.06 0.13
0.27 0.06 0.08 0.25
5.31
9.45
9.60
61.81
0.22
0.39
1 2 3
B5 B5 B5
1 2 3
B10 B10 B10
1 2 3
B20 B20 B20
1 2 3
UBA UBA UBA
Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales: 0.18 0.21 0.61 Emisiones Totales:
Emisiones de CO2 [mg/s] 6000.00
5647.08
5283.74
Emisiones de HC [mg/s] 5313.82
4561.29
5000.00
4098.33
4000.00 3000.00 2000.00 1000.00 0.00 Diesel PEMEX
B5
B10
B20
10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00
9.64
9.45 80.00
7.17
7.70
7.49 6.22
B5
B10
B20
UBA
Emisiones de NOx [mg/s]
Emisiones de CO [mg/s] 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00
8.53
Diesel PEMEX
UBA
9.60
9.36
7.70
71.90
70.69
70.00
57.79
51.86
60.00
61.81
50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 Diesel PEMEX
B5
B10
B20
UBA
Diesel PEMEX
B5
B10
B20
UBA
Emisiones de PM10 y PM2.5 en [mg/s] 0.50
0.47
0.45
0.39
0.38
0.40 0.35
0.29
0.30
0.27 0.25 0.22 0.22
0.25
0.22
0.20 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Diesel PEMEX
B5
B10 PM10[mg/s]
B20 PM2.5[mg/s]
UBA
Variaci贸n de gases criterio respecto al Diesel PEMEX 28%
30% 25%
20% 14%
10%
7% 2%
1%
-2%
0% B5
B10
B20
UBA
-10% -13%
-14% -17%
-18%
-20%
-20%
-20% -22% -26%
-27%
-30% CO2
CO
HC
NOx
Variaci贸n de PMS10 y PM2.5 respecto a Diesel PEMEX 47% 50% 40%
20%
28%
24%
30% 14%
13% 4%
10% 0% B5
B10
B20
UBA
-10% -20% -30% -40%
-29% -41%
-50% PM10
PM2.5
Concentraci贸n de HAP en part铆culas emitidas de diferentes combustibles DIESEL: Feb 19,2010, 7min, 1200rpm 120
B5 s/cat, Mar 3,2010, 17min, 700 rpm 110
B10 s/cat, Mar 3,2010, 16min, marcha
100
B20, s/cat, Mar 3,2010, 22min, marcha
90
DUBA+Oryxe: Mar 5,2010, 18min, marcha
70 60 50 40 30 20 10
B(ghi)Per
DB(ac)Ant
Per
B(a)Pir
B(e)Pir
B(k)Flt
I(123-cd)P
PAH
B(b)Flt
Trif
Cris
B(a)A
Pir
Flt
Ant
Fen
Fluo
0 Nafta
mg g-1
80
6) Conclusiones Por ser la primera vez que se aplica este protocolo, se recomienda incorporar otros rubros tales como: medición de consumo, opacidad, determinación de curvas de potencia y torque. Esto permitirá balancear las emisiones contaminantes con las prestaciones.
Se logró comparar sólo tres puntos de operación. Sin embargo, esto no fue impedimento para la estimación de las emisiones contaminantes, ya que se aplicaron factores de ponderación que corrigieron las emisiones producidas por el motor y, de esta manera se representan las emisiones totales de la ruta de trabajo del vehículo simulado.
Las emisiones de las mezclas de biodiesel (B5, B10 y B20) utilizadas en esta investigación no siguen un patrón de comportamiento.
En pruebas realizadas por el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) se encontró que las emisiones de mezclas de biodiesel tampoco siguen una tendencia descrita en la literatura. Esto indica que no es tan simple la decisión de elegir un combustible para la reducción de emisiones en la Ciudad de México.
Se encontró que la mezcla B5 presentó los niveles más bajos en las emisiones gaseosas, aunque no así en las partículas PM10. No obstante, este combustible muestra una importante disminución de PM2.5 lo cual se considera de mayor importancia debido a la peligrosidad que tienen éstas en la salud humana (son más fácil de inhalar).
Cabello humano 60 µm de diámetro
La mezcla B10 obtuvo los valores más altos tanto en gases criterio como en material particulado, incluso por arriba de los valores de diesel PEMEX.
El Diesel UBA (15 ppm de azufre) presenta una ligera variación en la disminución de los gases criterio respecto al diesel PEMEX, aunque las emisiones de material particulados del UBA aumentaron considerablemente. Esto indica que no ofrece una ventaja significativa.
Con base en lo anterior se aprecia que la mezcla B5 bajo las condiciones establecidas puede ser un combustible viable en los motores diesel, en función de la producción de biodiesel, emisiones contaminantes y prestaciones mecánicas.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN