Caracterizacin tecnolgica de los sistemas de emisiones contaminantes de los motores de encendido en vehculos automotrices

 

Technological characterization of the pollutant emission systems of the ignition engines in automotive vehicles

 

Caracterizao tecnolgica dos sistemas de emisso de poluentes dos motores de ignio em veculos automotores

 

Jairo Edison Guasumba-Maila II

jguasumba@tecnoecuatoriano.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-0533-0397

 

Jos Israel Guerra-Naranjo I

iguerra@tecnoecuatoriano.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-9563-3887

 

 

 

 

Cristopher Alejandro Taipe-Gutierrez III

jfonseca@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-7204-9781

 

 

Cristofer Alexander Vilca-Agila III

vilcacristopher7@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-5121-360X

 

 
 

 

 

 

 


Correspondencia: iguerra@tecnoecuatoriano.edu.ec

Ciencias de la salud

Artculos de investigacin

 

 

*Recibido: 16 de julio de 2021 *Aceptado: 30 de agosto de 2021 * Publicado: 08 de septiembre de 2021

 

       I.            Magster en Administracin de Empresas, Docente investigador, Instituto Superior Tecnolgico, Ecuador.

    II.            Magster en Diseo Mecnico, Docente Investigador, Coordinador de Carrera de Mecnica y Electromecnica Automotriz, Instituto Superior Tecnolgico Tecnoecuatoriano, Ecuador.

III.            Participante Investigador, Estudiante Tecnologa Superior en Electromecnica Automotriz, Instituto Superior Tecnolgico Tecnoecuatoriano, Ecuador.

IV.            Participante Investigador, Estudiante Tecnologa Superior en Electromecnica Automotriz, Instituto Superior Tecnolgico Tecnoecuatoriano, Ecuador.


Resumen

El efecto invernadero es una de las actividades ms desafiantes en la contaminacin atmosfrica y una de las mayores amenazas ambientales. Los gases de efecto invernadero ms importantes son el dixido de carbono (CO2), el xido nitroso (N2O), metano (CH4), fluoro carbonos (CF) y clorofluorocarbonos (CFC). Se llevaron a cabo el anlisis de los sistemas actuales de los reactores catalticos, los reactores qumicos y los filtros de partculas como estrategias de la reduccin de las emisiones de los motores, como las partculas y muchos gases ms, por la creciente preocupacin por el medio ambiente y la regulacin gubernamental ms estricta sobre las emisiones de escape. Se concluye que en un futuro se deben considerar diferentes parmetros objetivos, como combinacin de los componentes analizados, un caso de esto ser el catalizador de oxidacin disel (DOC) promueve la oxidacin de componentes de escape como CO, hidrocarburos (HC) y NOx, y el Catalizador SCR que cumple la reduccin de NOx completando un sistema disel de mitigacin de contaminantes.

Palabras clave: vehculo; amortiguador; parmetros de suspensin; EHSA; metodologa.

 

Abstract

The greenhouse effect is one of the most challenging activities in air pollution and one of the greatest environmental threats. The most important greenhouse gases are carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O), methane (CH4), fluorocarbons (CF) and chlorofluorocarbons (CFCs). Analysis of the current systems of catalytic reactors, chemical reactors and particulate filters were carried out as strategies to reduce engine emissions, such as particulate matter and many other gases, due to the growing concern for the environment. environment and stricter government regulation on exhaust emissions. It is concluded that in the future different objective parameters should be considered, as a combination of the analyzed components, one case of this will be the diesel oxidation catalyst (DOC) promotes the oxidation of exhaust components such as CO, hydrocarbons (HC) and NOx, and the SCR Catalyst that achieves NOx reduction by completing a diesel pollutant mitigation system.

Keywords: vehicle; shock absorber; suspension parameters; EHSA; methodology.

 

 

Resumo

O efeito estufa uma das atividades mais desafiadoras na poluio do ar e uma das maiores ameaas ambientais. Os gases de efeito estufa mais importantes so dixido de carbono (CO2), xido nitroso (N2O), metano (CH4), fluorcarbonos (CF) e clorofluorocarbonos (CFCs). As anlises dos sistemas atuais de reatores catalticos, reatores qumicos e filtros de partculas foram realizadas como estratgias para reduzir as emisses dos motores, como partculas e muitos outros gases, devido crescente preocupao com o meio ambiente e regulamentao governamental mais rgida sobre as emisses de escapamento . Conclui-se que no futuro diferentes parmetros objetivos devem ser considerados, como uma combinao dos componentes analisados, um caso deste ser o catalisador de oxidao de diesel (DOC) que promove a oxidao de componentes do escapamento como CO, hidrocarbonetos (HC) e NOx, e o SCR Catalyst que alcana a reduo de NOx completando um sistema de mitigao de poluente diesel.

Palavras-chave: veculo; amortecedor; parmetros de suspenso; EHSA; metodologia.

 

Introduccin

Un aumento en el tamao de la poblacin de automviles ha provocado que las emisiones vehiculares se conviertan en una fuente importante de contaminacin atmosfrica urbana. Elevar los estndares es un mtodo efectivo para controlar las emisiones vehiculares y mejorar la calidad del aire. Los vehculos ligeros son los principales contribuyentes a las misiones de HC y CO, ya que constituyen una gran proporcin de todos los vehculos. (Lyu et al., 2020). El sector del transporte es una de las principales fuentes de contaminacin atmosfrica. A lo largo de los aos se han implementado diferentes sistemas de postratamiento de gases de escape para controlar las emisiones de contaminantes criterio (Suarez-Bertoa et al., 2020). Con las legislaciones de emisiones cada vez ms estrictas, aumenta la presin sobre los sistemas de postratamiento y, ms especficamente, los catalizadores de tres vas. Con los desarrollos recientes en las legislaciones sobre emisiones, existe la necesidad de sistemas de postratamiento ms complejos y comprensin del proceso de envejecimiento (Irwin, Douglas, et al., 2017).

Una gran parte de la contaminacin atmosfrica causada se debe a las emisiones vehiculares que estn aumentando a un ritmo alarmante. Los diferentes tipos de vehculos, como automviles, autobuses, camiones, etc., contribuyen y desempean un papel dominante en el aumento de la contaminacin del aire. Estos vehculos encuentran su fuente de funcionamiento principalmente a partir de extractos de combustibles fsiles como gasolina, disel. Los combustibles se someten a combustin para generar energa con el fin de soportar el vehculo para el servicio. La combustin incompleta de los combustibles en el motor allana el camino para la produccin de productos como el monxido de carbono, los hidrocarburos y las partculas (Mukherjee et al., 2016). Los motores de gasolina se han utilizado ampliamente como maquinaria de ingeniera, automviles y equipos de transporte de energa debido a su excelente capacidad de conduccin y economa. Al mismo tiempo, los motores de gasolina son los principales contribuyentes a varios tipos de contaminantes del aire, como el monxido de carbono (CO), los xidos de nitrgeno (NOx) y otros compuestos nocivos. Con la creciente preocupacin por el medio ambiente y la regulacin gubernamental ms estricta sobre las emisiones de escape, la reduccin de las emisiones de los motores, como las partculas y los NOx, es un objetivo de investigacin importante en el desarrollo de motores (Tyagi & Ranjan, 2015). El nmero de todos los componentes txicos en el gas de escape excede los estndares mximos permitidos por decenas y cientos de veces. Una de las formas ms fiables de reducir la toxicidad de los gases de escape de los vehculos, los gases y eliminar sustancias nocivas es la oxidacin completa de los componentes del escape utilizando composiciones catalticas sobre soportes de bloques de metal o cermica (Sassykova et al., 2019)

Los contaminantes significativos que afectan negativamente al medio ambiente, que son el Monxido de Carbono (CO), Hidrocarburos (HC), xidos de nitrgeno (NOx), xidos de azufre (SOx), dixido de carbono (CO2) y partculas. Adems, se discuten las emisiones del crter, el sistema de combustible y el sistema de escape, que se consideran las principales fuentes de contaminacin provenientes de un motor de encendido por chispa convencional (Abouemara & Fikry, 2020). Por otro lado, las emisiones de vehculos son una fuente importante de amonaco (NH3) en las reas urbanas. Para abordar mejor el papel de las emisiones de vehculos en las fuentes urbanas de NH3, el factor de emisin de NH3 (NH3-EF) de los vehculos que circulan por las carreteras en condiciones reales (vehculos de carretera) debe actualizarse en consecuencia con los estndares de emisiones de vehculos (Li et al., 2021). Las emisiones de NOx se producen debido al proceso de combustin del motor disel. Hay tres fuentes principales de formacin de NOx denominadas NOx trmico, NOx combustible y NOx inmediato. La participacin del NOx en el combustible y el NOx inmediato en las emisiones totales de NOx es insignificante. Bsicamente, el NOx trmico es el principal contribuyente a la formacin de NOx durante todo el proceso de combustin. El NOx es muy nocivo, peligroso y produce irritacin. Los vehculos de inyeccin directa de gasolina (GDI) se han identificado recientemente como una fuente importante de aerosoles carbonosos, tanto de origen primario como secundario. Aqu investigamos las emisiones primarias y la formacin de aerosoles orgnicos secundarios (SOA) a partir del escape de vehculos GDI para varios vehculos y ciclos de pruebas de manejo, y nuevos sistemas de postratamiento GDI (Pieber et al., 2017).

Los sistemas de concepto de bajas emisiones incluyen: solo reactor trmico, un reactor trmico combinado y un sistema catalizador monoltico de HC / CO, y un sistema que combina colectores de escape de baja inercia trmica con convertidores catalticos de lecho doble (NOx y HC / CO). Los problemas que se ha demostrado que influyen en el rendimiento de las emisiones o en el funcionamiento del vehculo durante el funcionamiento atpico y normal del vehculo incluyen: la fusin de las estructuras monolticas utilizadas para soportar los promotores catalticos de NOx y HC / CO, el efecto perjudicial del contenido de azufre de la gasolina en el rendimiento de catalizadores de NOx granulados, y la prdida de control de emisiones con componentes del motor que funcionan mal. (Campau et al., 1972). Adems las tecnologas ms destacadas, actualizadas y efectivas que trabajan sobre la combustin pobre, diseo de un silenciador, sistema automtico de admisin de aire caliente, motor relacin de compresin, modificacin de la cmara de combustin, modificacin de los combustibles, tratamiento de los productos de escape de convertidores catalticos de combustin, de tres y cuatro vas, recirculacin de gases de escape (EGR), control total de emisiones paquetes, control de precombustin; (Ventilacin positiva del crter (PCV)) y diseo de engranajes de vlvula (Abouemara & Fikry, 2020). En este articulo se estudian los sistemas que reducen significativamente las emisiones en base a los lmites de emisin, y como aportan a la operacin del motor, de acuerdo con la necesidad tecnolgica de control de los sistemas contaminantes.

 

Reactores Catalticos

Se denomina catalizadores catalticos, se instalan en el sistema de escape para acelerar las reacciones de oxidacin o reduccin que no han alcanzado el equilibrio qumico a la temperatura de los gases de salida del cilindro. Este se constituye por tres elementos: el soporte donde se depositarn las sustancias activas y debe estar diseadas para soportar altas temperaturas, flojos altamente pulsatorios, vibraciones mecnicas, etc.; el recubrimiento (washcoat) es constituido de xidos inorgnicos con poros cuyo tamao mnimo puede ser inferior a 1 nm. Para mantener la accin de catalizador, reducir la formacin de xidos de azufre y estabilizar el soporte e inhibir la sinterizacin de los metales preciosos; el componente catalizador se usan metales preciosos como el platino, paladio o rodio y mezcla de ellos. Para oxidar CO y HC simultneamente con la reduccin del NOx (catalizador de tres vas) (Payri y Desantes, 2011).

El catalizador moderno de tres vas (TWC) es muy eficaz para tratar los hidrocarburos (HC), el monxido de carbono (CO) y los xidos de nitrgeno (NOx) de los motores de gasolina estequiomtricos una vez que el TWC ha alcanzado su temperatura mnima de funcionamiento por ejemplo entre 200 y 300 C, dependiendo de la especie de gas. Asimismo, el catalizador de oxidacin disel (DOC), el catalizador de reduccin cataltica selectiva (SCR) con inyeccin de urea y el filtro de partculas disel (DPF) son eficaces para tratar las emisiones de HC, CO, NOx y materia particulada (PM) de los motores disel una vez que se calientan los catalizadores , aunque esto puede requerir un perodo de tiempo significativo (por ejemplo, 1 a 3 min) debido a la temperaturas de escape relativamente bajas de los motores disel como se aprecia en la figura 1 (Lee et al., 2019).

 

Figura 1. El catalizador moderno de tres vas (TWC) y el catalizador de reduccin cataltica selectiva (SCR) con inyeccin de urea

 

En motores ms modernos, se ha probado un vehculo ligero de gasolina Euro6 en el dinammetro del motor y se han analizado las emisiones aguas arriba y aguas abajo del catalizador de tres vas (TWC) durante un ciclo WLTC. Se han utilizado simulaciones de catalizador para evaluar los procesos dentro del convertidor cataltico utilizando un esquema de reaccin basado en 19 reacciones bruto (oxidacin y reduccin directas, reducciones catalticas selectivas con CO, C3H6 y H2, reformado con vapor, desplazamiento de agua-gas y ceria a granel tambin). como reacciones superficiales de ceria). Donde durante el arranque en fro no son evidentes reacciones en el catalizador antes de que la temperatura del gas que entra en el catalizador alcance los 270 C. Despus de la iluminacin, las reacciones predominantes son la oxidacin directa, as como las reacciones de ceria de superficie para CO y THC. La reduccin de NO durante el arranque en fro se debe a la reaccin con el CO y tambin a la superficie. Durante el funcionamiento del motor en caliente, las rupturas de CO durante los transitorios se deben principalmente a la falta de oxgeno despus de perodos cortos en los que la lambda del motor cae por debajo de uno y la mayor parte del CeO2 de superficie y de volumen ha reaccionado con el Ce2O3 de superficie y de volumen (Papetti et al., 2019).

El efecto del calentamiento del convertidor cataltico sobre la caracterstica de emisin de los vehculos automotores en su fase inicial de combustin influye directamente en las emisiones contaminantes. Se muestra en la tabla 1 la mejora de las caractersticas de emisin de hidrocarburos de 800 a 15 ppm, CO de 4 a 0,07 (V / V%) y NOx de 1200 a 115 ppm. Y de forma precisa en la figura 2 la razn de CO. Por lo tanto, al implementar el mtodo de precalentamiento en los convertidores catalticos, podemos lograr la cantidad deseada de control sobre la contaminacin automotriz. Los catalizadores se activan mucho al suministrar suficiente temperatura y, por lo tanto, la velocidad de reaccin aumenta desde la fase inicial, lo que optimiza la conversin de emisiones de contaminantes (Tyagi & Ranjan, 2015). En el mismo sentido el convertidor cataltico es una mejor manera de establecer una combustin eficiente en el motor controlador del vehculo. El uso de metales del grupo noble es una forma eficaz de lograr una combustin eficaz, como el metal del grupo del platino es muy til para reducir los escapes. Con la ayuda de medidas secundarias tambin se mejora la eficiencia del motor (Mukherjee et al., 2016)

 

 

Tabla 1. Datos de emisin obtenidos a travs del analizador de gases (Tyagi & Ranjan, 2015).

Tipo de operacin

Emisiones de CO (v/v%)

Emisiones de HC (ppm)

Emisiones de NOx (ppm)

sin catalizador

4

800

1200

convertidor cataltico de dos vas

0.5

250

1050

convertidor cataltico de tres vas

0.2

30

200

convertidor cataltico de tres vas precalentado

0.07

16

115

 

Figura 2. Variacin de la emisin CO

 

El envejecimiento de los catalizadores no se comprende completamente ya que estn sujetos a muchos entornos variables, incluidas la temperatura y las concentraciones de gas. Se reconoce que la concentracin de oxgeno tiene una influencia significativa en la velocidad de envejecimiento, pero los algoritmos de envejecimiento actuales no tienen en cuenta completamente el efecto de las concentraciones de gas. Se envejecieron varias muestras de catalizador, utilizando un reactor de gas recirculante, durante un ciclo de temperatura preciso para varios tiempos de envejecimiento y a diferentes concentraciones de oxgeno, mientras se mantena un caudal constante. Los resultados mencionan existe una clara correlacin cuando los parmetros se ajustan para alinear el catalizador uno, que experiment el entorno de envejecimiento con menos oxgeno. Sin embargo, nuevamente muestra la discrepancia en la temperatura de apagado cuando el catalizador dos se somete a un entorno de envejecimiento con un mayor contenido de oxgeno, aunque esta vez se prev una menor cantidad de envejecimiento como se aprecia en la figura 3 (Irwin, Stewart, et al., 2017). En suma, el efecto de las concentraciones variables de oxgeno sobre la velocidad de envejecimiento no se comprende completamente y, por lo tanto, la desactivacin total y las eficiencias no se conocen a lo largo de la vida til del catalizador.

Los algoritmos actuales utilizados en la industria no tienen en cuenta completamente estos

variaciones en las concentraciones de oxgeno. Varios catalizadores de tres vas de paladio disponibles comercialmente se envejecieron durante un ciclo de temperatura preciso a concentraciones variables de oxgeno para diferentes tiempos de envejecimiento relacionados con a un kilometraje (Irwin, Douglas, et al., 2017)

 

Figura 3. Temperaturas de apagado experimentales y previstas el catalizador uno y dos (Irwin, Douglas, et al., 2017).

 

Se realiz un estudio comparativo entre los catalizadores [(ZB CuO, Al2O3 MoO3 CuO) y (ZJB CuO, Al2O3 CuO)] y un catalizador comercial con estructura de panal fabricado para su uso en vehculos de gasolina, estos tres catalizadores a partir de xido de cobre transportado en una matriz de una mezcla de zeolita natural siria, jordana, bentonita siria y Al2O3-CuO. Como simulacin de la condicin del automvil de campo, se utiliz una buena cantidad de grnulos del catalizador, y los agentes de reaccin iniciales fueron los gases de escape del automvil. Los experimentos catalticos se llevaron a cabo por medio de un reactor de flujo similar a un micro pulso utilizando los gases emitidos por los gases de escape de los automviles. Cuando se aplic el catalizador (ZJB-CuO, Al2O3-CuO), la conversin mxima de de-CO se estim como 60% a 250 C y 90% para de-CH a 400 C, mientras que la tasa de de-CH La conversin del catalizador (ZB CuO, Al2O3 MoO3 CuO) fue de hasta 80% a 360 C y 78% para de-CO a 360 C. Se alcanz una tasa de conversin mxima de de-CH en el catalizador (ZB-CuO, Al2O3-CuO) a 450 C. Las medidas de adsorcin-desorcin de N2 se llevaron a cabo a (196 C) (Walid Bizreh et al., 2014)

En consecuencia, el control de las emisiones de vehculos ligeros ha sido el principal medio de prevencin de la contaminacin del aire. Para esto se implementado varios sistemas como catalizadores de tres vas, filtros de partculas de gasolina y recuperacin de vapor de reabastecimiento a bordo en vehculos de gasolina y catalizadores de oxidacin disel, filtros de partculas disel y reduccin selectiva de catalizadores en vehculos disel que cumplen con los estndares. Adems, control de vehculos ligeros basado en diagnsticos a bordo (Lyu et al., 2020).

 

Reactores qumicos

Se proponen disminuir la concentracin de ciertos productos contaminantes mediante reacciones qumicas en los gases de escape, generalmente incluyendo alguna sustancia que se mezcle con los gases. Los sistemas de reduccin cataltica selectiva SCR dedicado a reducir los xidos de nitrgeno (Payri y Desantes, 2011). A medida que el NOx se reduce a N2, entre los rangos de temperatura de 300 a 400 C, la carga del motor debe ser del 40% o ms. El amonaco (NH3) comenzar a arder cuando la temperatura de escape del motor supere los 400 C, lo que har que el sistema sea ineficaz. La reaccin del catalizador SCR se volver lenta y se producirn reacciones indeseables como la formacin de sulfatos de amonio cuando la temperatura desciende por debajo de 270 C, lo que finalmente destruye el catalizador. Por lo tanto, la reaccin de SCR est restringida principalmente por la actividad del catalizador, la concentracin de especies y la temperatura de reaccin. La figura 4 muestra la representacin sistemtica del sistema SCR (Ghazanfar, Mehdi Song, Zhou Yuanqing, Zhu Zubair, Ali Shah, Kishore Chand, Raza Waleed Asif, 2019).

 

 

 

 

 

 

Figura 4. Representacin sistemtica del sistema SCR

 

De los catalizadores SCR comunes, las zeolitas de cobre exhiben el mejor rendimiento a baja temperatura en la reaccin SCR estndar. Las zeolitas de cobre tienen propiedades de oxidacin innatas que ayudan a convertir el NO en NO2, pero tambin pueden oxidar el amonaco a temperaturas ms altas. Las zeolitas de hierro y cobre tienen diferentes propiedades y la adicin de Fe a la zona de entrada de un catalizador de Cu / zeolita tambin ayuda a mitigar la formacin de N2O(Johnson & Joshi, 2018).

Las mediciones de NH3 basadas en la absorcin por lser durante una campaa de seis das en 2019 en un tnel urbano concurrido con un flujo de trfico diario de casi 40,000 vehculos en la regin del Delta del Ro Pearl (PRD) en el sur de China. La regresin lineal mltiple revel que los NH3-EF promedio para vehculos de gasolina (GV), vehculos de gas licuado de petrleo y vehculos disel de servicio pesado (HDV) fueron de 18,8, 15,6 y 44,2 mg km-1, respectivamente. La aplicacin de la reduccin cataltica selectiva de urea (SCR) en los HDV hace que sus emisiones de NH3 sean una preocupacin emergente. Por tanto, los HDV pueden contribuir con ms del 11% de las emisiones vehiculares de NH3 (Li et al., 2021). En suma, las emisiones en carretera de una serie de contaminantes no regulados, incluidos NH3, N2O, CH4 y HCHO, medidos con un FTIR porttil de una serie de Vehculos euro 6d, Euro 6c y Euro 6d-TEMP, gasolina disel y gas natural comprimido (CNG) durante pruebas en el mundo real. Los resultados obtenidos muestran que es posible medir N2O, NH3, CH4 y HCHO durante la operacin en carretera. Los resultados tambin destacan la importancia de la medicin de las emisiones de estos contaminantes durante la conduccin en el mundo real, ya que las emisiones de NH3 (un precursor de material particulado) y las de N2O y CH4 (gases de efecto invernadero) pueden ser elevadas de algn vehculo. tecnologas. Las emisiones de NH3 fueron de hasta 49 mg / km para los turismos de gasolina, hasta 69 mg / km para los vehculos comerciales ligeros GNC y hasta 17 mg / km para los turismos disel equipados con un sistema de reduccin cataltica selectiva (SCR). Por otro lado, las emisiones de N2O y CH4 representaron hasta 9,8 g de CO2 eqv / km para un automvil de pasajeros disel equipado con una combinacin de catalizadores de oxidacin disel (DOC), trampas pobres de NOx (LNT), SCR (Suarez-Bertoa et al., 2020). En suma, se utiliz una herramienta de optimizacin basada en un control ptimo para mejorar la inyeccin de amoniaco en la reduccin cataltica selectiva con diferentes lmites de emisin de NOx. Este control ptimo se puede utilizar de dos formas: una para minimizar la emisin de NOx y otra para reducir el consumo de amoniaco en la reduccin cataltica selectiva. Los resultados mostraron una mejora considerable en el uso de la herramienta de optimizacin. En comparacin con la calibracin estndar, la nueva estrategia de inyeccin para la misma cantidad de inyeccin de amonaco redujo las emisiones de NOx en un 13,7%, y para las mismas emisiones de concentracin de NOx se ahorr un 33,5% del consumo de amonaco (Pla et al., 2020).

La figura 5 se muestra la reaccin de NH3 SCR que consiste en catalizadores de Cu / SAPO-34 nuevos y sulfatados. En comparacin con el F-Cu, se observan disminuciones en la conversin de NOx de los catalizadores sulfatados cuando aumenta la relacin de SO3 a SOx. La cconversin de NOx en relacin con la temperatura de reaccin de los catalizadores sin procesar y sulfatados S-0-Cu = 50 ppm de SO2 durante 16 h, S-6-Cu = 50 ppm de SOx (6% SO3) durante 16 h, S-13- Cu = 50 ppm de SOx (13% SO3) durante 16 h y S-20-Cu 50 ppm de SOx (20% SO3) durante 16 h (a) y emergencia de N2O en el curso de la reaccin de NH3 SCR sobre los catalizadores nuevos y sulfatados ( b) La ejecucin de la reaccin se realiz con una mezcla conteniendo NOx 500 ppm, NH3500 ppm, 7% CO2, 5% O2, 3% H2O y balance N2 por GHSV = 72.000 h-1 (Shen et al., 2018)

 

 

 

Figura 5. Comportamiento del SCR de la conversin de NOx de los catalizadores sulfatados

 

Finalmente, en un trabajo fundamental bastante innovador, Paolucci et al. (2017) las mediciones cinticas transitorias y de estado estacionario combinadas, los iones de Cu son mviles y pueden viajar a travs de las ventanas de zeoli para el paso redox de iones de cobre de la reaccin SCR (Paolucci et al., 2017). La formacin de sitios multinucleares a partir del cobre movilizado representa un fenmeno distinto que cae fuera de los lmites convencionales de un catalizador heterogneo u homogneo. El modelo ahora puede usarse para ayudar a comprender los efectos del NO2 y el azufre, la formacin de N2O y el envejecimiento trmico, y probablemente conducir a catalizadores mucho mejores (Johnson & Joshi, 2018)

Paralelamente, se explica cmo la introduccin paulatina de dispositivos de pequea escala orientados al control de NOx, como los sistemas de trampas de NOx lean (LNTs) y, sobre todo, la reduccin cataltica selectiva (SCR) de NOx, permiti la aplicacin a los vehculos de transporte por carretera de este ATS. La evolucin del nivel de emisiones de NOx, N2O y NH3 con las diversas normas europeas para vehculos ligeros y pesados. Como se observa un aumento obvio en las emisiones de NH3 y N2O tanto en vehculos ligeros disel como de gasolina. Las emisiones de NH3 medidas en vehculos livianos Euro 6 recientes ascienden a unos pocos mg / km tanto para los motores de gasolina como para los disel, por lo que las emisiones de N2O que superan una docena de mg / km solo se han observado en los vehculos disel (Selleri et al., 2021)

 

 

Filtros de partculas

Evaluamos el efecto de los prototipos de filtros de partculas de gasolina (GPF) modernizados en el eBC (carbono negro equivalente) primario, el aerosol orgnico (OA), los NMOC (compuestos orgnicos gaseosos sin metano) y la formacin de SOA (sulfuros de amoniaco). Se investigaron dos ciclos de pruebas de conduccin reglamentarias y se evalu la importancia de las 20 fases distintas dentro de estos ciclos (por ejemplo, arranque del motor en fro, arranque del motor en caliente, conduccin a alta velocidad) para las emisiones primarias y los productos secundarios. Se encontr que el reacondicionamiento de GPF disminuy en gran medida la materia particulada primaria (PM) mediante la eliminacin de eBC, pero mostr una eliminacin parcial limitada de la fraccin menor de POA, y no tuvo ningn efecto detectable sobre las emisiones de CONM o la produccin de SOA. En todas las pruebas, el arranque en fro del motor, es decir, antes de la activacin trmica del sistema de postratamiento cataltico, domin las emisiones de PM y NMOC primarias y secundarias. Se encontraron diferencias en las propiedades de composicin a granel de SOA producidas por el OFR y el SC (relaciones O: C y H: C), mientras que los rendimientos de SOA concuerdan con nuestras incertidumbres, con una tendencia a rendimientos ms bajos de SOA en los experimentos de SC. Se encuentra que algunos compuestos aromticos dominan las emisiones de CONM (principalmente benceno, tolueno, ismeros de xileno y bencenos C3). Una gran fraccin (> 0.5) de la produccin de SOA fue explicada por esos 30 compuestos, segn la investigacin de la masa de NMOC reaccionada y la comparacin con las curvas de rendimiento de SOA de tolueno, o-xileno y 1,2,4-trimetilbenceno determinadas en nuestro OFR (Pieber et al., 2017)

Las emisiones empeoraron cuando los catalizadores envejecieron hasta alcanzar su plena vida til, el TWC fueron sustituidos con GPF catalizados con un volumen de 2.5X, pero mismo PGM total, pero con una carga de capa de lavado entre un 30% y un 75% menor. No Se encontr impacto en las emisiones de CO2 o penalizacin por combustible. Se obtuvieron reducciones significativas para las emisiones de gases y es notable que ms de 66 pruebas RDE, no fue un solo caso en el que las emisiones de PN excedieron el lmite cuando se utiliz un GPF. Por otro lado, las pruebas se realizaron en cuatro vehculos GDI turboalimentados con motores de 1.6-3.5 litros y emisiones se midieron utilizando tanto el mtodo gravimtrico como instrumentos basados en las propiedades de los aerosoles. Se encontr que los mtodos distintos al gravimtrico subestimaron la masa de partculas por un factor de 3. Las altas temperaturas y el tiempo asociado con el ciclo US06 da como resultado un tiempo limitado para la maduracin del holln, y se encontr que resultan en partculas con un modo de nucleacin ms grande, y en algunos casos, ms pequeo contribucin del carbono negro, se aprecia en la figura 6 (Johnson & Joshi, 2018). Xue et al., (2017) concluy que existe una muy buena correlacin entre el gravimtrico mtodo y varias mtricas alternativas: carbono negro, total y nmero de partculas slidas y rea superficial de las partculas (Xue et al., 2017). Por tanto, la mayor masa de PM con el mtodo gravimtrico se explica por su mayor sensibilidad a los hidrocarburos no quemados (HC) y voltiles arrastrados (Johnson & Joshi, 2018)

 

Figura 6. La eficiencia de filtracin de GPF vara segn las emisiones del motor, la presencia de recubrimiento TWC y la temperatura en GPF, en funcin de su ubicacin (Johnson & Joshi, 2018)

 

Por otro lado, el alcance en motores HD ha logrado un 55% de BTE (eficiencia trmica de ruptura) utilizando mtodos que pueden comercializarse razonablemente. Se resumen las tecnologas de control Lean NOx, que incluyen SCR (reduccin cataltica selectiva), absorbedores y sistemas de NOx. Los fundamentos de la reaccin SCR se exploran a nivel atomstico. El trabajo del filtro de partculas disel (DPF) se ha centrado en las relaciones estructura-rendimiento y el comportamiento de las cenizas. Los catalizadores de oxidacin de investigacin se estn acercando al 90% de eficiencia para la oxidacin de hidrocarburos y CO a 160-190 C. Las partculas de gasolina son una de las principales tema en el control de emisiones (Johnson & Joshi, 2018)(El-Faroug et al., 2016)

 

Sistemas combinados

La Figura 7 y 8 resume los cambios que enfrentan las aplicaciones del sistema de emisiones para disel y gasolina, junto con la introduccin de diferentes normas europeas. Como se ilustra, el SCR ser un importante componente de los vehculos disel, y podra potencialmente introducirse tambin para algunas aplicaciones de gasolina en el futuro. De hecho, se pudieron identificar algunas tendencias comunes, a saber, un estrecho acoplamiento de la unidades catalticas para acelerar su calentamiento; la necesidad de algunos activos estrategias de calentamiento para dosificar DEF en una etapa temprana o para acelerar el apagado de TWC y la introduccin de mltiples DEF puntos de dosificacin para aumentar el rendimiento general de eliminacin de NOx y garantizar una flexibilidad adicional en el control del sistema (Selleri et al., 2021). Por otro lado, el catalizador de oxidacin disel (DOC) promueve la oxidacin de componentes de escape como CO, hidrocarburos (HC) y NOx, utilizando catalizadores basados en metales del grupo del platino (PGM). Este suele ser el primer componente del sistema de control de gases disel y tiene mltiples funciones. Primero, convierte cualquier especie no quemada como CO y HC en CO2 y agua. En segundo lugar, las reacciones son exotrmicas y el calor generado se puede utilizar para elevar la temperatura de escape y desencadenar la regeneracin del holln en el filtro de partculas aguas abajo, o para permitir una dosificacin ms temprana de urea para el SCR (Russell & Epling, 2011). Finalmente, un DOC oxida NO a NO2, para apoyar tanto la regeneracin pasiva del filtro como para aumentar la velocidad de la reaccin SCR a travs del mecanismo Fast SCR (CSF) (Selleri et al., 2021)

 

 

 

 

 

 

Figura 7. Configuraciones del sistema de postratamiento (ATS) de evolucin y recientemente propuesto para LDV de disel (Selleri et al., 2021)

Figura 8. Configuraciones del sistema de postratamiento (ATS) de evolucin y recientemente propuesto para LDV de gasolina (Selleri et al., 2021).

 

Conclusiones y recomendaciones

En este artculo presentamos las aplicaciones, y los resultados del anlisis del Reactores Catalticos representados por los convertidores catalticos (TWC), los Reactores qumicos como componente principal de tratamiento de contaminantes los sistemas de reduccin cataltica selectiva (SCR) y los filtros de partculas con un componente representativo el filtro de partculas de gasolina (GPF) toda esta tecnologa aporta a mitigar las emisiones contaminantes y se aprecia sus distintas fases de evolucin a travs del tiempo.

Se determino el comportamiento de catalizadores catalticos, con una mejor comprensin del rendimiento a baja temperatura, los avances en el control de las emisiones de gasolina de combustin pobre, adems del desafo clave son las emisiones de arranque en fro y contina avanzando para cumplir con las estrictas regulaciones de gas.

 

Se describe el catalizador SCR de zeolita de cobre que se evidencia el equilibrio de la oxidacin de las zeolitas de cobre para formar NO2 y holln oxidante, mientras se minimiza la oxidacin del NH3. Adems del control para el azufre y los NOx que son relevantes como resultados de la combustin.

La combinacin de los componentes analizados en este trabajo aporta a minimizar las emisiones contaminantes y cumplir las normativas locales e internacionales, el caso del catalizador de oxidacin disel (DOC) promueve la oxidacin de componentes de escape como CO, hidrocarburos (HC) y NOx, y el Catalizador SCR que cumple la reduccin de NOx completando un sistema disel de mitigacin de contaminantes eficiente

 

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2021 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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