Un sistema portátil de medición de emisiones ( PEMS ) es un dispositivo de prueba de emisiones de vehículos que es lo suficientemente pequeño y liviano como para llevarlo dentro o moverse con un vehículo motorizado que se conduce durante la prueba, en lugar de sobre los rodillos estacionarios de un dinamómetro que solo simula datos reales. -conducción mundial.
Los primeros ejemplos de equipos de emisiones de vehículos móviles fueron desarrollados y comercializados a principios de la década de 1990 por el Laboratorio Warren Spring del Reino Unido durante principios de la década de 1990, que se utilizó para medir las emisiones en carreteras 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 involucrado en la toma de decisiones sobre emisiones móviles.
La Comisión Europea introdujo el 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 (ROVER) en tiempo real 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 utilizaban datos del motor desde un puerto de diagnóstico a bordo (OBD) o directamente desde un conjunto de sensores del motor . La primera unidad fue desarrollada y vendida al Dr. H. Christopher Frey de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU) para el primer proyecto de pruebas en carretera, 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 modelo del año 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 breve descripción del nuevo dispositivo. Pronto le siguieron otros grupos gubernamentales y universidades, que rápidamente comenzaron a utilizar el equipo debido a su equilibrio entre 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 cruces fronterizos, evaluaciones de carreteras, métodos de control de tráfico, antes- escenarios y después, [ se necesita aclaración ] y ferries, 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 equipos PEMS que no son 1065, [13] probó 40 camiones durante un período de 2½ días; [14] de los cuales, 22 camiones fueron probados en la carretera de Tulare, California. Durante este tiempo, un proyecto de alto perfil realizado con los primeros equipos PEMS fue el Proyecto Zona Cero del World Trade Center (WTC) en el bajo Manhattan, [15] probando bombas de concreto, topadoras, niveladoras y, posteriormente, grúas diésel en el Edificio #7. 40 pisos de altura. La USEPA utilizó otros proyectos PEMS iniciales, como el trabajo de campo del Dr. Chris Frey, 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 masivas en lugar de depender de estimaciones de emisiones masivas utilizando datos del puerto OBD, o una medición directa del motor, para poder 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 objetivo de fuentes móviles en varios estándares móviles como CO 2 , NO x , partículas (PM), monóxido de carbono (CO), Hidrocarburos (HC), para garantizar que se cumplan los estándares de emisiones. Además, estos órganos rectores han comenzado a adoptar programas de pruebas en uso para motores diésel no de carretera , así como otros tipos de motores de combustión interna, y exigen el uso de pruebas PEMS. Es importante delinear las diversas clasificaciones de los últimos equipos de prueba de emisiones "transferibles" de los equipos PEMS antiguos, para comprender mejor el deseo de portabilidad en las pruebas de emisiones sobre el terreno.
Debido a que una persona puede transportar fácilmente una unidad PEMS de un lugar de trabajo a otro y puede usarse sin el requisito de "levantamiento en equipo", los proyectos de pruebas de emisiones requeridos son económicamente viables. En pocas palabras, se pueden realizar más pruebas más rápidamente y 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 "coste por prueba" y, 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 tiempo que se reduce el costo general de las pruebas.
Casi todos los motores modernos, cuando se prueban nuevos y de acuerdo con los protocolos de prueba aceptados en un laboratorio, producen emisiones relativamente bajas y dentro de los estándares establecidos. Como todos los motores de una misma serie se supone que son idénticos, sólo 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 las regulaciones 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 sigan siendo válidos. será aplicable a los motores diésel de nueva generación. Desde el año 2000, múltiples entidades han utilizado datos PEMS para medir las emisiones en uso en carretera de cientos de motores diésel instalados en autobuses escolares, autobuses de tránsito, camiones de reparto, camiones quitanieves, camiones de carretera, camionetas, furgonetas y montacargas. , 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" del motor en las que las emisiones de NOx específicas del combustible eran dos o tres veces más altas de lo esperado durante algunos modos de operación, lo que sugiere alteraciones deliberadas de la configuración de la unidad de control del motor (ECU). Este conjunto de datos puede utilizarse 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 sobre flotas "convencionales" sirven luego como datos "de referencia" con los que se comparan varias mejoras). Este conjunto de datos también se puede examinar para determinar el cumplimiento de las normas de emisiones que no deben excederse (NTE) y en uso , que son Estándares de emisiones 'basados en EE. UU.' que requieren pruebas en carretera.
A menudo resulta difícil para los PEMS ofrecer la misma precisión y variedad de especies medidas que es posible con instrumentos de laboratorio de primera línea porque los PEMS suelen tener un tamaño, peso y consumo de energía limitados. Por esta razón surgieron objeciones [ ¿quién? ] en contra del uso de PEMS para la verificación del cumplimiento. Pero también existe la posibilidad de que haya inexactitud en las emisiones de las flotas deducidas de las mediciones de laboratorio. Por este motivo, los resultados europeos del WLTP del 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 el 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 asociados 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 la vía pública. Durante las pruebas, los sistemas de emisiones portátiles podrían conectar extensiones del tubo de escape, agregar líneas y cables fuera del vehículo, transportar baterías de plomo-ácido en el compartimiento de pasajeros, tener componentes calientes accesibles a los transeúntes, bloquear salidas de emergencia, interferir con el conductor o tener componentes sueltos. componentes 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 admisión de aire, deben ser examinados para determinar su aceptación tanto por parte de 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 cambio, se han utilizado baterías selladas de plomo-ácido, celdas de combustible y generadores como fuentes de energía externas, aunque pueden agregar otros peligros durante la conducción.
Cuanto más tiempo y experiencia requiera la instalación del equipo, mayor será el costo de las pruebas, lo que limitará la cantidad 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 ubicaciones. Es necesario tener en cuenta cualquier restricción en el transporte de materiales peligrosos (es decir, combustible del detector de ionización de llama (FID) o gases de calibración). La capacidad del equipo de prueba para reparar PEMS en el campo utilizando recursos disponibles localmente también puede ser esencial.
En última instancia, se debe 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 debe poner a disposición para pruebas una flota de vehículos con características conocidas (incluidos motores con doble mapeo y motores que no cumplen con los requisitos). Corresponderá entonces a los fabricantes de PEMS demostrar en la práctica cómo se pueden identificar estos vehículos no conformes utilizando su sistema.
Para lograr la cantidad requerida de "volumen de pruebas" necesaria para validar las pruebas en el mundo real, se deben considerar tres puntos:
Una vez que se ha identificado y declarado preciso un sistema de emisiones portátil en particular, el siguiente paso es garantizar que los trabajadores estén adecuadamente protegidos de los riesgos laborales asociados con las tareas que se realizan con el uso del equipo de prueba. Por ejemplo, las funciones típicas de un trabajador pueden ser transportar el equipo al lugar de trabajo (es decir, automóvil, camión, tren o avión), transportar el equipo al lugar de trabajo y levantar el equipo a su posición.
Las pruebas de emisiones de vehículos en carretera son muy diferentes de las pruebas de laboratorio, lo que conlleva beneficios 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. tiempo y a un costo relativamente bajo. Se pueden probar los motores que no pueden probarse fácilmente de otro modo (es decir, motores de propulsión de transbordadores ). Se pueden obtener datos verdaderos de emisiones del mundo real. Los instrumentos deben ser pequeños, livianos, resistir entornos difíciles y no deben representar un peligro para la seguridad. Los datos sobre 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 por lo demás idénticos. Por lo tanto, las pruebas de emisiones en carretera requieren una mentalidad diferente al enfoque tradicional de realizar pruebas en el laboratorio y utilizar modelos para predecir el rendimiento en el mundo real. En ausencia de métodos establecidos, el uso de PEMS requiere un enfoque amplio, cuidadoso y reflexivo. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar, evaluar y seleccionar PEMS para la aplicación deseada.
Un ejemplo reciente de las ventajas del PEMS sobre las pruebas de laboratorio es el escándalo de Volkswagen (VW) de 2015 . [24] [25] Gracias a una pequeña subvención del Consejo Internacional de Transporte Limpio (icct), Daniel K Carder de la Universidad de Virginia Occidental (WVU) descubrió "trucos" de software a bordo que VW había instalado en algunos vehículos de pasajeros diésel ( Dieselgate escándalo). La única forma en que se pudo haber realizado el descubrimiento fue mediante una evaluación en carretera, aleatoria y no programada, utilizando un dispositivo PEMS. VW ahora debe pagar más de 14 mil millones de dólares 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 MythBusters 2011, episodio 171 de "Bikes and Bazookas", en el que un no -1065 PEMS se utilizó para establecer la diferencia entre la contaminación de automóviles y motocicletas.
Descripción general del desarrollo de PEMS integrados (iPEMS)
En respuesta al Dieselgate , se ha desarrollado en la Unión Europea (UE) el estándar "Real Driving Emissions" (RDE), que, a su vez, ha aumentado la demanda de PEMS más pequeños, más ligeros, más portátiles, menos costosos e integrados [26] kits de equipos. Actualmente, el equipo iPEMS no se puede utilizar como 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 iPEMS sobre 1065 equipos PEMS
La ventaja de los equipos iPEMS es que están diseñados para complementar 1065 PEMS además de proporcionar capacidades ampliadas, impulsadas por los requisitos de una toma de decisiones más rápida agravados por el escándalo Volkswagen de 2015. Actualmente, tanto la Unión Europea (UE) como China están buscando estos dispositivos para sus programas RDE. [27]
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