¿Qué es un Canister Automotriz y Cómo Funciona?

El cuidado del medio ambiente ha exigido un mayor compromiso por parte de los fabricantes de vehículos, con el objetivo de proteger nuestro planeta. En este contexto, Chile ha sido reconocido como un país pionero en la implementación de medidas para reducir las emisiones vehiculares.

Componentes y Funcionamiento del Sistema de Control de Emisiones

El sistema EVAP conduce la gasolina evaporada (gas de HC) desde el tanque de combustible a través del depósito de carbón, luego lo envía al motor donde es quemada. Cuando los pistones del motor están en movimiento, algunos gases no se queman en la combustión y pasan al cárter, y mediante esta válvula se recirculan en la admisión de aire, a fin de que sean quemados.

Los catalizadores usados en convertidores catalíticos de automóviles se diferencian dependiendo del tipo de gas, pero generalmente se usa el platino, paladio, iridio, radio, etc. Si se utiliza gasolina con plomo, la superficie del catalizador se revestirá con plomo y perderá su efectividad.

Cuando la mezcla aire-combustible y los gases de escape se mezclan, la proporción de combustible en la mezcla aire-combustible disminuye (la mezcla se vuelve pobre) y además parte del calor producido por la combustión de ésta mezcla es desalojado por los gases de escape.

Estudio de Emisiones Contaminantes de Motores de Gasolina

Un estudio se centró en determinar la relación entre la calidad de la gasolina expendida en Ecuador (determinada por su octanaje) y la cantidad de emisiones contaminantes producidas por un vehículo de prueba, en diferentes presiones atmosféricas del país, ubicadas a altitudes desde el nivel del mar hasta 2500 metros.

Para lograr dicho objetivo, se realizó una serie de pruebas y se han considerado cinco medidas. Se realizó una medición estática de gases, en la que se consideró cuatro parámetros que son: hidrocarburos no combustionados HC (ppm), monóxido de carbono CO (%V), dióxido de carbono CO2 (%V) y oxígeno O2 (%V).

Una vez procesados los datos se determinan los efectos de variables tales como revoluciones por minuto del motor (rpm), octanaje del combustible y altura del lugar de las mediciones, sobre las emisiones de CO, CO2, HC y O2.

Las emisiones se evalúan mediante estándares ASM 5015, ASM 2525 o tipo similar de pruebas.

El estudio planteado de Emisiones Contaminantes de un Motor de Gasolina Funcionando a dos Cotas con Combustibles de dos Calidades, busca determinar la relación entre la calidad de la gasolina que se expende en el Ecuador (octanaje), la presión atmosférica de las distintas regiones del país, a nivel del mar, y sobre los 2500 metros de altura.

Se debe tomar en cuenta la condición de ajuste en la inyección de combustible que viene dada por los resultados del cálculo de la relación aire/combustible (A/C), con los datos del sensor de oxígeno (CISE, 2011), en condiciones de mezcla rica, el tiempo de apertura de los inyectores disminuye.

Cuando la altitud aumenta la masa de oxígeno disminuye, sin importar la temperatura ambiental (Lapuerta et al., 2006), influyendo en la relación A/C de tal modo que el incremento de altura determina un ángulo de encendido mayor (Bosch, 2002).

De lo expuesto, tanto el ángulo de encendido y la altura son determinantes en el consumo de combustible, el par motor y los gases emitidos.

Se ha considerado las Normativas vigentes en el país como: el Reglamento Técnico Ecuatoriano RTE INEN 017: Control de emisiones contaminantes de fuentes móviles terrestres, del cual se definen las normas a seguir para motores de gasolina. Entre las que se encuentran las normas NTE INEN 2203: Medición de emisiones de gases de escape en motores de combustión interna; NTE INEN 2204: Gestión ambiental. Aire. Vehículos automotores. Límites permitidos de emisiones producidas por fuentes móviles terrestres de gasolina; y la norma NTE INEN 2349: Revisión técnica vehicular. Procedimientos.

Metodología del Estudio

Se ha realizado una investigación de campo, de carácter exploratoria, en la cual se busca determinar la diferencia de niveles de emisiones de gases contaminantes, en la combustión de un motor de Ciclo Otto, utilizando gasolinas de 87 y 92 octanos, a nivel del mar y sobre los 2500 metros de altura.

Para cada tipo de combustible y región estudiada, se han efectuado cinco mediciones, primero con una velocidad de giro del motor de 700 rpm, y posteriormente a 2500 revoluciones por minuto. Para cada prueba, el motor del vehículo debe estar a temperatura de funcionamiento.

La investigación requiere repetir las pruebas con combustibles de dos calidades (octanajes distintos), con el fin de que las mismas no se mezclen y alteren los resultados de las pruebas, se utiliza un cánister externo que hace la función de un tanque de combustible, se lo llena previamente con el tipo de combustible requerido.

Este procedimiento se realiza a 2860 m, y se repite a una altura de 15 m. Las pruebas se realizaron en el Laboratorio del CCICEV en la ciudad de Quito, y en la ciudad de Tonsupa, a alturas de 2860 m y 15 m respectivamente.

Equipos Utilizados

Se ha utilizado el vehículo de marca Nissan, modelo SENTRA 2.0 SPORT 6MT SER fabricado en el año 2011, de 2000 cm3 de cilindrada, en la tabla 1 se describen las características del motor del vehículo.

Para la medición de las emisiones se ha utilizado un analizador de gases MGT-5 MAHA con modulo fijo de control, los datos técnicos y una imagen del mismo se presentan en la tabla 2 y figura 1 respectivamente. En la tabla 3 se presentan las principales condiciones atmosféricas de las dos zonas de estudio donde se desarrolló el experimento.

Protocolo de Pruebas

La medición se realiza cuando el vehículo está en la temperatura de funcionamiento y la transmisión del mismo se encuentra en neutro. Para cada tipo de combustible y región estudiada se realizan cinco mediciones, en bajas revoluciones (ralentí 700 rpm) y en altas revoluciones (2500 rpm).

El tiempo de medición es aproximadamente 30 segundos en cada prueba, para asegurarse de que el vehículo esté estable. La medición estática de gases se realizó para cuatro parámetros que son hidrocarburos no combustionados HC (ppm), monóxido de carbono CO (%V), dióxido de carbono CO2 (%V) y oxígeno O2 (%V).

Para la realización de las pruebas se sigue el protocolo que se describe en los siguientes nueve puntos:

1. Comprobar que el equipo haya pasado por un período de calentamiento y estabilización (5 minutos);
2. Verificar que el sistema de escape del automotor no presente fugas ni salidas adicionales a las del diseño;
3. Revisar que accesorios del vehículo tales como luces, aire acondicionado, etc. no se encuentren funcionando;
4. Verificar que el motor se encuentre a la temperatura normal de funcionamiento;
5. Verificar que la transmisión del vehículo se encuentre en neutro en caso de tener transmisión manual o en parqueo en caso de ser de transmisión automática;
6. Conectar la pinza trigger al cable de una de las bujías de encendido, para conocer el número exacto de revoluciones;
7. Introducir totalmente la sonda en el tubo de escape, verificando previamente la limpieza de la misma y asegurarse que quede fija dentro del sistema de escape durante la medición;
8. Para tomar la medida en marcha mínima o ralentí, las revoluciones no deben ser mayores a 1200 rpm. Caso contrario la prueba no podrá realizarse;
9. Acelerar hasta 2500 rpm para efectuar la medición en altas revoluciones, mantener estable el acelerador y tomar la medida.

En la figura 2 se presenta una fotografía de la utilización del cánister el mismo que consta de una bomba manual con la que se presuriza el sistema a 50 psi o 344,74 kPa para garantizar el flujo constante de combustible; su presión es revisada en cada prueba. Después del cambio de combustible el vehículo permanece encendido durante 5 minutos, acelerándolo a 4000 rpm para procurar consumir cualquier residuo del combustible de distinto octanaje.

Los datos obtenidos deben ser procesados, tabulados y analizados.

Además, una vez realizados dichos cálculos, se utiliza las Gráficas de Control de Shewart para pocos datos, a fin de determinar si los valores obtenidos obedecen a un patrón, o son datos que se los puede considerar "al azar" debido a factores externos a la prueba (Universidad Rovira I Virgili, 2015).

Resultados y Discusión

Una vez realizadas todas las pruebas requeridas, se procesan los datos obtenidos, logrando los siguientes resultados debidamente ajustados.

Se debe mencionar que la concentración másica de oxígeno en el aire admitido disminuye con la altitud (Lapuerta, 2006), en contraparte el incremento de la temperatura disminuye la densidad, pero como regla general la altura influye en mayor proporción (Aeronáutica, 2009), de esta manera a mayor altura se tendrá una presión inferior así como una densidad baja, adicionalmente la gradiente térmica influye en una disminución de temperatura a medida que se incrementa la altitud.

En la Figura 3 se nota claramente como los niveles de CO a altura aproximada de 2860 m son bastante mayores a los valores a nivel del mar.

En la Figura 4, se puede ver la diferencia entre las emisiones a 2860 m y las emisiones a nivel del mar; sin embargo, la más notoria diferencia es entre distintos combustibles a nivel del mar, siendo las emisiones para gasolina de 92 octanos mínimas, tendiendo a cero, mientras que las emisiones para gasolina de 87 octanos es la más alta medición.

Acorde al modelo del vehículo (año 2011), y al mínimo mantenimiento realizado en los sensores se puede establecer que el aumento sus valores de CO y HC (anormales) a altas revoluciones, se deben al inicio de un malfuncionamiento del sensor de presión absoluta, a pesar que los valores se encuentran dentro de los rangos permitidos por la norma NTE INEN 2204.

Estas diferencias se dan cuando el sensor realiza una mala medición del diferencial de presión: atmosférica y de succión, como consecuencia de una pérdida de sensibilidad del sensor. Prueba de ello se puede apreciar que las variaciones de O2 y CO2 son relativamente inapreciables (Xunta de Galicia, 2015), como se muestra en las figuras 5, 6, 9 y 10.

En la Figura 5, se aprecia una clara diferencia entre las pruebas realizadas a 2860 m y las pruebas realizadas a nivel del mar, siendo los niveles de emisiones de estas últimas, claramente menores. Mientras que en la Figura 6, al aumentar las rpm, los niveles de CO2 son mayores al utilizar la gasolina de mayor octanaje, esto se debe a que su combustión es mejor, y las emisiones de este gas son mayores pero las de Monóxido de Carbono son menores.

En las figuras 7 y 8, tenemos una clara muestra que el mejor resultado se consiguió con gasolina de 92 octanos a nivel del mar, mientras que el peor resultado es el de la gasolina de menor octanaje a la misma altura; sin embargo, debe resaltarse que al aumentar la velocidad de giro del motor, los niveles de emisiones para gasolina de 97 octanos se triplican.

La norma INEN 2204 solo determina los límites para monóxido de carbono e hidrocarburos para pruebas estáticas. Sin embargo en el instructivo de Revisión Técnica Vehicular 2014 establece un límite del 3% de emisiones de oxígeno para altas y bajas revoluciones en el cual un vehículo a...

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