Un sistema portátil de medición de emisiones ( PEMS ) es un dispositivo de prueba de emisiones de vehículos que es lo suficientemente pequeño y liviano para ser transportado dentro o movido con un vehículo motorizado que se conduce durante la prueba, en lugar de sobre los rodillos estacionarios de un dinamómetro que solo simula la conducción en el mundo real.
Los primeros ejemplos de equipos móviles para medir las emisiones de los vehículos fueron desarrollados y comercializados a principios de los años 90 por el Laboratorio Warren Spring del Reino Unido, que se utilizó para medir las emisiones en carretera como parte del Programa de Investigación Ambiental del Reino Unido. Agencias gubernamentales como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) y varios estados y entidades privadas han comenzado a utilizar PEMS para reducir tanto los costos como el tiempo necesarios para tomar decisiones móviles sobre emisiones.
La Comisión Europea introdujo los PEMS como requisito obligatorio para la homologación de vehículos ligeros en 2016 modificando el reglamento establecido en 2007. [1]
Leo Breton de la EPA de EE. UU. inventó el Reportero de emisiones de vehículos en carretera en tiempo real (ROVER) en 1995. [2] [3] El primer dispositivo disponible comercialmente fue inventado por Michal Vojtisek-Lom, [4] y desarrollado por David Miller de Clean Air Technologies International (CATI) Inc. en Buffalo, Nueva York en 1999. Estos primeros dispositivos de campo usaban datos del motor de un puerto de diagnóstico a bordo (OBD) o directamente de un conjunto de sensores del motor . La primera unidad fue desarrollada y vendida para el Dr. H. Christopher Frey de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU) para el primer proyecto de prueba en carretera, que fue patrocinado por el Departamento de Transporte de Carolina del Norte. [5] David W. Miller, cofundador de CATI, acuñó por primera vez la frase "Sistema portátil de medición de emisiones" y "PEMS" cuando trabajaba en un sistema de medición de emisiones portátil de 2000.
Proyecto de autobús de la Agencia de Transporte Metropolitano de la Ciudad de Nueva York con el Dr. Thomas Lanni del Departamento de Conservación Ambiental del Estado de Nueva York, [6] como una descripción abreviada del nuevo dispositivo. Otros grupos gubernamentales y universidades pronto siguieron, y rápidamente comenzaron a utilizar el equipo debido a su equilibrio de precisión, bajo costo, peso ligero y disponibilidad. Desde 1999 hasta 2004, grupos de investigación como Virginia Tech, [7] Penn State y Texas A&M Transportation Institute, [8] Texas Southern University y otros comenzaron a utilizar PEMS en proyectos de cruce de fronteras, evaluaciones de carreteras, métodos de control de tráfico, escenarios de antes y después, [ aclaración necesaria ] y transbordadores, aviones y vehículos todoterreno, para explorar lo que era posible fuera de un entorno de laboratorio. [9] [10] [11] [12] Un proyecto realizado en abril de 2002 por la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) - utilizando equipo PEMS no 1065, [13] probó 40 camiones durante un período de 2½ días; [14] De los cuales, 22 camiones fueron probados en la carretera en Tulare, California. Durante este tiempo, un proyecto de alto perfil realizado con equipos PEMS tempranos fue el Proyecto de la Zona Cero del World Trade Center (WTC) en el bajo Manhattan, [15] probando bombas de hormigón, excavadoras, motoniveladoras y, más tarde, grúas diésel en el Edificio N.° 7, de 40 pisos de altura. Otros proyectos PEMS tempranos, como el trabajo de campo del Dr. Chris Frey, fueron utilizados por la USEPA en el desarrollo del Modelo MOVES. [16] Sin embargo, los usuarios, como los reguladores y los fabricantes de vehículos, tuvieron que esperar a que ROVER se comercializara para realizar mediciones reales de emisiones de masa en lugar de depender de estimaciones de emisiones de masa utilizando datos del puerto OBD, o una medición directa del motor, para tener un conjunto de datos más defendible. Este impulso condujo a una nueva norma de 2005 conocida como CFR 40 Parte 1065. [17]
Muchas entidades gubernamentales (como la USEPA y la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático o CMNUCC ) han identificado contaminantes de fuentes móviles objetivo en varias normas móviles como CO2 , NOx , material particulado (PM), monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), para garantizar que se cumplan las normas de emisiones. Además, estos organismos rectores han comenzado a adoptar un programa de pruebas en uso para motores diésel no de carretera , así como otros tipos de motores de combustión interna, y están exigiendo el uso de pruebas PEMS. Es importante delinear las diversas clasificaciones de los últimos equipos de prueba de emisiones "transferibles" de los equipos PEMS, para comprender mejor el deseo de portabilidad en las pruebas de campo de las emisiones.
Debido a que una unidad PEMS puede ser transportada fácilmente por una sola persona de un lugar de trabajo a otro, y puede utilizarse sin necesidad de "levantamiento en equipo", los proyectos de pruebas de emisiones requeridos son económicamente viables. En pocas palabras, se pueden realizar más pruebas más rápidamente, con menos trabajadores, lo que aumenta drásticamente la cantidad de pruebas realizadas en un período de tiempo determinado. Esto, a su vez, reduce significativamente el "costo por prueba", pero al mismo tiempo aumenta la precisión general requerida en un entorno del "mundo real". [18] Debido a que la ley de los grandes números creará una convergencia de resultados, significa que se mejoran la repetibilidad, la previsibilidad y la precisión, al mismo tiempo que se reduce el costo general de las pruebas.
Casi todos los motores modernos, cuando se prueban nuevos y según los protocolos de prueba aceptados en un laboratorio, producen emisiones relativamente bajas, dentro de los estándares establecidos. Como se supone que todos los motores individuales de la misma serie son idénticos, solo se prueban uno o varios motores de cada serie. Las pruebas han demostrado que:
Estos hallazgos son consistentes con la literatura publicada y con los datos de una gran cantidad de estudios posteriores. Son más aplicables a los motores de encendido por chispa y considerablemente menos a los diésel, pero con los avances impulsados por la regulación en la tecnología de los motores diésel (comparables a los avances en los motores de encendido por chispa desde la década de 1970), se puede esperar que estos hallazgos probablemente sean aplicables a los motores diésel de nueva generación. Desde 2000, múltiples entidades han utilizado datos PEMS para medir las emisiones en uso, en carretera en cientos de motores diésel instalados en autobuses escolares, autobuses de tránsito, camiones de reparto, camiones quitanieves, camiones de carretera, camionetas, furgonetas, carretillas elevadoras, excavadoras, generadores, cargadores, compresores, locomotoras, transbordadores de pasajeros y otras aplicaciones en carretera, fuera de carretera y fuera de carretera . Se demostraron todos los hallazgos enumerados anteriormente; además, se observó que el ralentí prolongado de los motores puede tener un impacto significativo en las emisiones durante el funcionamiento posterior.
Además, las pruebas PEMS identificaron varias "anomalías" en el motor, en las que las emisiones de NOx específicas del combustible eran dos o tres veces superiores a las esperadas durante algunos modos de funcionamiento, lo que sugiere alteraciones deliberadas de los ajustes de la unidad de control del motor (ECU). Este conjunto de datos se puede utilizar fácilmente para desarrollar inventarios de emisiones, así como para evaluar diversas mejoras en motores, combustibles, postratamiento de gases de escape y otras áreas. (Los datos recopilados en flotas "convencionales" sirven entonces como datos de "línea de base" con los que se comparan diversas mejoras). Este conjunto de datos también se puede examinar para comprobar el cumplimiento de las normas de emisiones que no se deben exceder (NTE) y las normas de emisiones en uso , que son normas de emisiones "con base en los EE. UU." que requieren pruebas en carretera.
A menudo resulta difícil que los PEMS ofrezcan la misma precisión y variedad de especies medidas que es posible con la instrumentación de laboratorio de última generación, ya que los PEMS suelen tener un tamaño, un peso y un consumo de energía limitados. Por este motivo, se han planteado objeciones [ ¿por parte de quién? ] contra el uso de los PEMS para la verificación de la conformidad. Pero también existe la posibilidad de que las emisiones de la flota deducidas de las mediciones de laboratorio sean inexactas. Por este motivo, los resultados europeos WLTP de los PEMS se ponderarán con un factor de conformidad de 2,1 (1,5 después de 2019), es decir, se permite que las emisiones medidas por los PEMS sean un factor 2,1 superior al límite. [19]
Se espera [20] que se diseñe una variedad de sistemas a bordo, que van desde PEMS del tamaño de una caja de pan [21] [22] hasta remolques instrumentados remolcados detrás del camión probado. [23] Los beneficios de cada enfoque deben considerarse a la luz de otras fuentes de errores asociadas con el monitoreo de emisiones, en particular las diferencias entre vehículos y la variabilidad de las emisiones dentro del propio vehículo.
Los PEMS deben ser lo suficientemente seguros para su uso en vías públicas. Durante las pruebas, los sistemas de emisiones portátiles podrían conectar extensiones del tubo de escape, agregar líneas y cables fuera del vehículo, llevar baterías de plomo-ácido en el compartimiento de pasajeros, tener componentes calientes accesibles a los transeúntes, bloquear las salidas de emergencia, interferir con el conductor o tener componentes sueltos que podrían quedar atrapados en las piezas móviles. Las modificaciones o el desmontaje del vehículo probado, como perforar el escape o quitar el sistema de aire de admisión, deben examinarse para su aceptación tanto por los administradores de flotas como por los conductores, especialmente en vehículos de transporte de pasajeros. El equipo de prueba no puede extraer una carga eléctrica excesiva del vehículo de prueba. En su lugar, se han utilizado baterías de plomo-ácido selladas, celdas de combustible y generadores como fuentes de energía externas, aunque pueden agregar otros peligros durante la conducción.
Cuanto más tiempo y experiencia requiere la instalación del equipo, mayor es el costo de las pruebas, lo que limita el número de vehículos que se pueden probar. También es posible realizar más pruebas con equipos que sean lo suficientemente versátiles como para usarse en más de un tipo de vehículo. El peso y el tamaño del equipo y los consumibles, como los gases de calibración, pueden limitar el traslado a un número suficiente de lugares. Es necesario tener en cuenta cualquier restricción en el transporte de materiales peligrosos (por ejemplo, combustible para detectores de ionización de llama (FID) o gases de calibración). La capacidad del equipo de pruebas para reparar PEMS en el campo utilizando recursos disponibles localmente también puede ser esencial.
En última instancia, se debería demostrar que un PEMS es adecuado para la aplicación deseada. Si el objetivo final es verificar el cumplimiento de los requisitos de emisiones en uso, se debería poner a disposición para la prueba una flota de vehículos con características conocidas (incluidos motores con doble mapeo y otros motores que no cumplen con los requisitos). A continuación, los fabricantes de PEMS deberían demostrar en la práctica cómo se pueden identificar estos vehículos que no cumplen con los requisitos utilizando su sistema.
Para lograr la cantidad requerida de "volumen de prueba" necesaria para validar las pruebas del mundo real, se deben considerar tres puntos:
Una vez que se ha identificado un sistema de emisiones portátil en particular y se ha determinado que es preciso, el siguiente paso es garantizar que los trabajadores estén protegidos adecuadamente de los riesgos laborales asociados con las tareas que se realizan al utilizar el equipo de prueba. Por ejemplo, las funciones típicas de un trabajador pueden ser transportar el equipo al lugar de trabajo (es decir, un automóvil, un camión, un tren o un avión), llevar el equipo al lugar de trabajo y levantarlo para colocarlo en posición.
Las pruebas de emisiones de vehículos en carretera son muy diferentes de las pruebas de laboratorio, lo que conlleva ventajas y desafíos considerables: como las pruebas pueden realizarse durante el funcionamiento normal de los vehículos probados, se puede probar una gran cantidad de vehículos en un período de tiempo relativamente corto y a un costo relativamente bajo. Se pueden probar motores que no se pueden probar fácilmente de otra manera (por ejemplo, motores de propulsión de transbordadores ). Se pueden obtener datos reales de emisiones del mundo real. Los instrumentos deben ser pequeños, livianos, soportar entornos difíciles y no deben representar un peligro para la seguridad. Los datos de emisiones están sujetos a variaciones considerables, ya que las condiciones del mundo real a menudo no están bien definidas ni son repetibles, y pueden existir variaciones significativas en las emisiones incluso entre motores que, por lo demás, son idénticos. Por lo tanto, las pruebas de emisiones en carretera requieren una mentalidad diferente al enfoque tradicional de pruebas en el laboratorio y el uso de modelos para predecir el rendimiento en el mundo real. En ausencia de métodos establecidos, el uso de PEMS requiere un enfoque cuidadoso, reflexivo y amplio. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar, evaluar y seleccionar PEMS para la aplicación deseada.
Un ejemplo reciente de las ventajas de los PEMS sobre las pruebas de laboratorio es el escándalo de Volkswagen (VW) de 2015. [ 24] [25] Con una pequeña subvención del Consejo Internacional de Transporte Limpio (icct), Daniel K Carder de la Universidad de Virginia Occidental (WVU) descubrió "trampas" de software a bordo que VW había instalado en algunos vehículos de pasajeros diésel ( escándalo Dieselgate ). La única forma en que se pudo haber hecho el descubrimiento fue mediante una evaluación aleatoria y no programada en la carretera, utilizando un dispositivo PEMS. VW ahora es responsable de más de US$14 mil millones en multas. En 2016, estos últimos desarrollos llevaron a un resurgimiento global del interés en PEMS "no 1065" más pequeños, livianos, integrados y rentables, similar a la demostración en el episodio 171 de MythBusters 2011 de "Bikes and Bazookas", en el que se utilizó un PEMS no 1065 para establecer la diferencia entre la contaminación de los automóviles y las motocicletas.
Descripción general del desarrollo de PEMS integrados (iPEMS)
En respuesta al Dieselgate , en la Unión Europea (UE) se ha desarrollado el estándar de "emisiones de conducción real" (RDE), que a su vez ha aumentado la demanda de kits de equipos PEMS [26] más pequeños, más ligeros, más portátiles, menos costosos e integrados . Los equipos iPEMS actualmente no se pueden utilizar como un dispositivo de "certificación" en los EE. UU.
Definición de iPEMS
Las siguientes características son comunes a la clase más pequeña y liviana de equipos iPEMS:
Ventajas de los equipos iPEMS frente a los equipos PEMS 1065
La ventaja de los equipos iPEMS es que están diseñados para complementar los PEMS 1065 y, además, proporcionar capacidades ampliadas, que están siendo impulsadas por los requisitos de una toma de decisiones más rápida, agravada por el escándalo de Volkswagen de 2015. Estos dispositivos están siendo utilizados actualmente tanto por la Unión Europea (UE) como por China para sus programas RDE. [27]
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