Fernández Cáceres, Eugenio
Valero Delgado, Alicia (dir.) ; Ortego Bielsa, Abel (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2024
Resumen: La contaminación atmosférica es, según la EEA (European Environment Agency), el mayor riesgo medioambiental para la salud en Europa, especialmente en las zonas urbanas donde el 72% de la población europea (el 40% en zonas densamente pobladas y el 32% en ciudades pequeñas y suburbios) está expuesta a altas concentraciones de contaminantes.
Uno de los principales contaminantes que se encuentran en esta contaminación atmosférica son los óxidos de nitrógeno, comúnmente conocidos como NOx, los cuales se originan en procesos de combustión.
Entre los procesos de combustión donde se originan los NOx, el principal por su contribución a la cantidad total de este contaminante son los motores de combustión de los vehículos de transporte por carretera. Estos son responsables del 40% de las emisiones totales, y de ellos los motores de compresión que utilizan combustible diesel generan el 85% del total de las emisiones debidas al transporte por carretera en Europa.
Para reducir los efectos de la exposición de la población a los NOx, sería necesario reducir su presencia o concentración en la atmósfera, especialmente en los ambientes urbanos. Idealmente, se deberían eliminar totalmente las emisiones de NOx, pero dado que esto a corto y medio plazo es inviable, se debe tratar al menos de minimizar dichas emisiones. Por tanto, es fundamental reducir las emisiones de NOx de los vehículos diesel.
Conscientes de esta problemática las autoridades europeas han implementado, a lo largo de las últimas décadas, normativas cada vez más estrictas que teóricamente reducen las emisiones de NOx de los vehículos. De esta forma, cada nueva generación de vehículos es menos contaminante que la anterior.
Sin embargo, en los últimos años se ha podido comprobar empíricamente que la reducción real en las emisiones de NOx de los nuevos vehículos es mucho menor de la esperada con la implantación de estas normativas.
Además, la inexistencia de un mecanismo de control que permita monitorizar las emisiones de NOx a lo largo de la vida útil de los vehículos, ha provocado que se haya tardado mucho tiempo en detectar esta situación.
En esta tesis se propone una herramienta que proporciona información fiable sobre las emisiones reales de NOx de cada vehículo de la flota de vehículos, de forma periódica, y a lo largo de toda la vida útil de los vehículos. Para ello, se plantea la necesidad de realizar una medición de NOx a los vehículos durante la realización de la Inspección Técnica Periódica (ITV) obligatoria.
La necesidad de esta prueba no es nueva, y a lo largo de los últimos años se han planteado varios posibles métodos de medición de NOx en ITV. Sin embargo, hasta ahora no se ha implantado ninguno porque no ha habido propuestas que hayan demostrado cumplir con una serie de requisitos que son fundamentales:
1) El método debe cumplir los requisitos técnicos exigibles a las pruebas en ITV: la prueba debe ser rápida, sencilla y lo más económica posible en tiempo, recursos e intervención sobre el vehículo.
2) El resultado de la medición debe ser representativo de las emisiones reales del vehículo.
3) El método debe permitir establecer un valor límite que permita un nivel de rechazo adecuado de los vehículos en inspección, impidiendo la circulación de los vehículos con emisiones superiores al máximo nivel permitido.
El método propuesto de medición de NOx se ha diseñado a partir del mecanismo de formación de NOx, que es un proceso muy dependiente de la temperatura a la que se produce la combustión en el motor y por ello, de la demanda de par a que se somete a este.
Midiendo la demanda de par en el motor a través del OBD (mediante el valor ¿% engine load¿), y midiendo las emisiones en la salida del escape a través de un equipo Analizador de Gases, se puede ejecutar el método de medición propuesto.
La medición de NOx se ha planteado a régimen de ralentí, puesto que medir en esta situación aporta una serie de ventajas muy importantes para una medición en ITV:
- Simplicidad: hace el método de medición simple de aplicar, lo cual es un importante requisito para una prueba a realizar en ITV
- Reproducibilidad: se pueden reproducir las mediciones en las mismas condiciones de forma sencilla, obteniendo resultados similares
- Economía: permite realizar la prueba sin necesidad de complejos y costosos equipos, tanto en términos financieros como de tiempo, mantenimiento metrológico, requerimientos de personal,¿
- Rapidez: permite realizar la prueba de forma rápida
- Representatividad: el resultado obtenido es representativo de una situación que se produce en condiciones de circulación urbana durante un tiempo significativo en cada trayecto, y según se comprueba a lo largo de la tesis, es representativo de las emisiones reales en circulación urbana
- Aplicabilidad: se puede aplicar del mismo modo a cualquier tipo de vehículo, independientemente de su configuración (manual o automático, 2x4 o 4x4, control de tracción no desconectable, ¿)
En esta condición de ralentí, se generan dos estados distintos de demanda en el motor, mediante el uso de los consumos generados por el equipamiento del propio vehículo. De este modo, se genera un incremento en la demanda de par sobre el motor tal que permite observar una variación en la concentración de NOx en la salida del tubo de escape.
Para validar el método, y justificar su aplicación, se han realizado diversas investigaciones que han arrojado importante información:
- Se ha aplicado el método a un grupo de 23 vehículos representativos de la flota de automóviles diesel.
- Se han realizado mediciones de las emisiones reales de los vehículos en circulación urbana, mediante simulaciones en un circuito de competición.
- Se ha realizado una amplia campaña de medición de vehículos en ITV, con más de 1880 vehículos analizados, la mayor de estas características desarrollada hasta la fecha.
- Se ha comparado el desempeño del equipo de medición empleado con un equipo de laboratorio, para valorar su idoneidad.
De la información obtenida de todas estas actividades, se desprende que el método propuesto se adapta perfectamente a los requisitos exigibles desde ITV para su implementación en el proceso de inspección, que los resultados obtenidos son representativos de las emisiones reales de NOx en condiciones de circulación urbana, y que se puede definir un límite de rechazo que sería factible aplicar en el proceso de inspección.
Resumiendo, a lo largo de diversas investigaciones desarrolladas se ha planteado y validado un método para medir NOx que es factible de implantar en ITV, que proporciona valores representativos de las emisiones reales en circulación urbana, que permite establecer un límite de rechazo en inspección, que puede ser aplicado con equipamiento sencillo y económico que dispone de suficiente precisión para realizar las medidas, y que podría implementarse en un corto espacio de tiempo.
Durante el transcurso de la investigación, se han generado diversos documentos relacionados con ella. Además de la presente tesis, los principales se pueden clasificar en dos categorías fundamentales:
- Artículos revisados por pares.
- Informes independientes.
Dentro de la primera categoría, se incluyen dos artículos publicados en revistas indexadas, Sustainability (IF: 3.889 [2021]) y Vehicles (IF: 2.2 [2022]), donde se expone el método y se analiza la idoneidad del equipo de medición utilizado.
En la segunda categoría, se encuentran tres informes independientes de esta investigación que han evaluado varias opciones para la medición de NOx, incluyendo el método presentado en este estudio.
En uno de ellos, el Position Paper emitido por CITA (International Motor Vehicle Inspection Committee) sobre la monitorización de NOx en ITV, se ha seleccionado el método presentado en esta tesis como el más apropiado entre los analizados para ser incorporado a la ITV en lo que respecta a la medición de NOx en vehículos diésel actuales. En los otros dos informes, se ha comparado el método con otros existentes, y en ambos se han destacado las ventajas que su utilización presenta sobre otros métodos.
Resumen (otro idioma):
Uno de los principales contaminantes que se encuentran en esta contaminación atmosférica son los óxidos de nitrógeno, comúnmente conocidos como NOx, los cuales se originan en procesos de combustión.
Entre los procesos de combustión donde se originan los NOx, el principal por su contribución a la cantidad total de este contaminante son los motores de combustión de los vehículos de transporte por carretera. Estos son responsables del 40% de las emisiones totales, y de ellos los motores de compresión que utilizan combustible diesel generan el 85% del total de las emisiones debidas al transporte por carretera en Europa.
Para reducir los efectos de la exposición de la población a los NOx, sería necesario reducir su presencia o concentración en la atmósfera, especialmente en los ambientes urbanos. Idealmente, se deberían eliminar totalmente las emisiones de NOx, pero dado que esto a corto y medio plazo es inviable, se debe tratar al menos de minimizar dichas emisiones. Por tanto, es fundamental reducir las emisiones de NOx de los vehículos diesel.
Conscientes de esta problemática las autoridades europeas han implementado, a lo largo de las últimas décadas, normativas cada vez más estrictas que teóricamente reducen las emisiones de NOx de los vehículos. De esta forma, cada nueva generación de vehículos es menos contaminante que la anterior.
Sin embargo, en los últimos años se ha podido comprobar empíricamente que la reducción real en las emisiones de NOx de los nuevos vehículos es mucho menor de la esperada con la implantación de estas normativas.
Además, la inexistencia de un mecanismo de control que permita monitorizar las emisiones de NOx a lo largo de la vida útil de los vehículos, ha provocado que se haya tardado mucho tiempo en detectar esta situación.
En esta tesis se propone una herramienta que proporciona información fiable sobre las emisiones reales de NOx de cada vehículo de la flota de vehículos, de forma periódica, y a lo largo de toda la vida útil de los vehículos. Para ello, se plantea la necesidad de realizar una medición de NOx a los vehículos durante la realización de la Inspección Técnica Periódica (ITV) obligatoria.
La necesidad de esta prueba no es nueva, y a lo largo de los últimos años se han planteado varios posibles métodos de medición de NOx en ITV. Sin embargo, hasta ahora no se ha implantado ninguno porque no ha habido propuestas que hayan demostrado cumplir con una serie de requisitos que son fundamentales:
1) El método debe cumplir los requisitos técnicos exigibles a las pruebas en ITV: la prueba debe ser rápida, sencilla y lo más económica posible en tiempo, recursos e intervención sobre el vehículo.
2) El resultado de la medición debe ser representativo de las emisiones reales del vehículo.
3) El método debe permitir establecer un valor límite que permita un nivel de rechazo adecuado de los vehículos en inspección, impidiendo la circulación de los vehículos con emisiones superiores al máximo nivel permitido.
El método propuesto de medición de NOx se ha diseñado a partir del mecanismo de formación de NOx, que es un proceso muy dependiente de la temperatura a la que se produce la combustión en el motor y por ello, de la demanda de par a que se somete a este.
Midiendo la demanda de par en el motor a través del OBD (mediante el valor ¿% engine load¿), y midiendo las emisiones en la salida del escape a través de un equipo Analizador de Gases, se puede ejecutar el método de medición propuesto.
La medición de NOx se ha planteado a régimen de ralentí, puesto que medir en esta situación aporta una serie de ventajas muy importantes para una medición en ITV:
- Simplicidad: hace el método de medición simple de aplicar, lo cual es un importante requisito para una prueba a realizar en ITV
- Reproducibilidad: se pueden reproducir las mediciones en las mismas condiciones de forma sencilla, obteniendo resultados similares
- Economía: permite realizar la prueba sin necesidad de complejos y costosos equipos, tanto en términos financieros como de tiempo, mantenimiento metrológico, requerimientos de personal,¿
- Rapidez: permite realizar la prueba de forma rápida
- Representatividad: el resultado obtenido es representativo de una situación que se produce en condiciones de circulación urbana durante un tiempo significativo en cada trayecto, y según se comprueba a lo largo de la tesis, es representativo de las emisiones reales en circulación urbana
- Aplicabilidad: se puede aplicar del mismo modo a cualquier tipo de vehículo, independientemente de su configuración (manual o automático, 2x4 o 4x4, control de tracción no desconectable, ¿)
En esta condición de ralentí, se generan dos estados distintos de demanda en el motor, mediante el uso de los consumos generados por el equipamiento del propio vehículo. De este modo, se genera un incremento en la demanda de par sobre el motor tal que permite observar una variación en la concentración de NOx en la salida del tubo de escape.
Para validar el método, y justificar su aplicación, se han realizado diversas investigaciones que han arrojado importante información:
- Se ha aplicado el método a un grupo de 23 vehículos representativos de la flota de automóviles diesel.
- Se han realizado mediciones de las emisiones reales de los vehículos en circulación urbana, mediante simulaciones en un circuito de competición.
- Se ha realizado una amplia campaña de medición de vehículos en ITV, con más de 1880 vehículos analizados, la mayor de estas características desarrollada hasta la fecha.
- Se ha comparado el desempeño del equipo de medición empleado con un equipo de laboratorio, para valorar su idoneidad.
De la información obtenida de todas estas actividades, se desprende que el método propuesto se adapta perfectamente a los requisitos exigibles desde ITV para su implementación en el proceso de inspección, que los resultados obtenidos son representativos de las emisiones reales de NOx en condiciones de circulación urbana, y que se puede definir un límite de rechazo que sería factible aplicar en el proceso de inspección.
Resumiendo, a lo largo de diversas investigaciones desarrolladas se ha planteado y validado un método para medir NOx que es factible de implantar en ITV, que proporciona valores representativos de las emisiones reales en circulación urbana, que permite establecer un límite de rechazo en inspección, que puede ser aplicado con equipamiento sencillo y económico que dispone de suficiente precisión para realizar las medidas, y que podría implementarse en un corto espacio de tiempo.
Durante el transcurso de la investigación, se han generado diversos documentos relacionados con ella. Además de la presente tesis, los principales se pueden clasificar en dos categorías fundamentales:
- Artículos revisados por pares.
- Informes independientes.
Dentro de la primera categoría, se incluyen dos artículos publicados en revistas indexadas, Sustainability (IF: 3.889 [2021]) y Vehicles (IF: 2.2 [2022]), donde se expone el método y se analiza la idoneidad del equipo de medición utilizado.
En la segunda categoría, se encuentran tres informes independientes de esta investigación que han evaluado varias opciones para la medición de NOx, incluyendo el método presentado en este estudio.
En uno de ellos, el Position Paper emitido por CITA (International Motor Vehicle Inspection Committee) sobre la monitorización de NOx en ITV, se ha seleccionado el método presentado en esta tesis como el más apropiado entre los analizados para ser incorporado a la ITV en lo que respecta a la medición de NOx en vehículos diésel actuales. En los otros dos informes, se ha comparado el método con otros existentes, y en ambos se han destacado las ventajas que su utilización presenta sobre otros métodos.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: contaminación atmosférica ; ingeniería de la contaminación ; automóviles ; motores diesel
Titulación: Programa de Doctorado en Energías Renovables y Eficiencia Energética
Plan(es): Plan 509
Área de conocimiento: Ingeniería y Arquitectura
Nota: Presentado: 21 02 2024
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2024
-
Enlace permanente:
Visitas y descargas
Registro creado el 2024-05-31, última modificación el 2024-05-31
