Tunel De Dilucion

Universidad Técnica Federico Santa María

Departamento de Ingeniería Mecánica

Valparaíso-Chile

INFORME DE INVESTIGACIÓN APLICADA II

‘’Implementación e instalación de un túnel de dilución’’

Nombre: Cesar Banda

Proyecto: Fondef D09I-1070

10 de septiembre del 2013

Tabla de contenido

Índice de figuras 2

1. Introducción y objetivos 3

2. Sistemas de dilución 4

2.1. Alternativas de Sistemas de Dilución 4

2.1.1. Sistemas de Dilución de Flujo Total 4

2.1.2. Sistemas de Dilución de Flujo Parcial 6

3. Túnel de dilución Pierburg WT12 7

3.1. AMA 2000 C 8

3.1.1. PSE 2000 10

3.1.2. FID PM 2000 10

3.1.3. CLD PM 2000 11

3.1.4. PVE 2000 13

3.1.5. PNE 2000 13

3.1.6. PGA 2000 13

3.1.7. BINOS 2000 13

3.2. CVS-PDP System 14

3.2.1. CVS, Unidad de dilución 15

3.2.2. Bolsas de muestreo 16

3.2.3. CVS, Unidad de control 17

3.2.4. Filtro de 3 etapas 18

3.3. PS 2000, Colector de partículas 19

3.3.1. Túnel de dilución + filtro de 3 etapas 20

3.3.2. PSS 2000, Particulate Sampling System 21

3.4. Resumen de los consumos eléctricos 22

4. Propuesta de instalación 23

4.1. Restricciones de manual 23

4.2. Conteiner 23

4.3. Restricciones del lugar de instalación 24

4.4. Propuesta de instalación final 25

Conclusión 28

Bibliografía 28

Índice de figuras

Ilustración 1: Diagrama esquemático de túnel de dilución CVS 5

Ilustración 2: Túnel de dilución 6

Ilustración 3 : Cara frontal AMA 2000 9

Ilustración 4 : Dimensiones del CVS, Unidad de dilución 16

Ilustración 5: Bolsas de muestreo + soportes 17

Ilustración 6 : CVS, Unidad de control 17

Ilustración 7 : Filtro de aire de 3 etapas 18

Ilustración 8: Diagrama esquemático de Túnel de Dilución Pierburg WT12 20

Ilustración 9 : Túnel de dilución 21

Ilustración 10 : PSS 2000 B, Unidad de control 22

Ilustración 11 : Distribución dentro del conteiner de 20 pies 24

Ilustración 12: Distribución del LER 25

Ilustración 13 : distribución de los equipos, sin operación 26

Ilustración 14: distribución de los equipos, en operación 27

1. Introducción y objetivos

Este informe se lleva a cabo por motivo del proyecto Fondef D091-1070: “Análisis y Generación de Base de Datos de Potencial Energético y Emisiones Contaminantes de Biocombustibles de Interés Nacional’’, principalmente en ese informe se tocara el tema del túnel de dilución Pierburg WT12 donado por la 3CV.

Para dar un inicio al informe se tocara un poco el tema relacionado con sistemas de toma de muestra a volumen constante, también llamados CVS por sus siglas en inglés, además se buscara identificar y caracterizar los diferentes componentes que este posee, ya sea en los equipos esenciales del túnel, o la gran cantidad de analizadores que este posee . Dentro de estos últimos tenemos diferentes tipos de analizadores, de entre los cuales tenemos analizadores de NOx, material particulado (PM), HC, entre otros.

Es importante señalar que el estudio de estos gases es primordial para saber la cantidad de contaminantes que tienen los biocombustibles al ser utilizados en vehículos, para así poder compararlos con las emisiones que tienen los vehículos que usan combustibles convencionales y saber si estos contaminan más o menos que los que usan biocombustibles.

El instalar equipos siempre conlleva tomar en consideración varias variables que pueden afectar en la instalación del mismo, ya sea restricciones en los equipos o restricciones del lugar de instalación, en este informe se tocaran varias de estas temáticas.

Este trabajo tiene como objetivos específicos:

• Hacer una completa caracterización de los equipos asociados al túnel de dilución

• Dimensionar el espacio ocupado por los equipos

• Estudiar las posibles restricciones y opciones para la instalación de los equipos en el laboratorio de energías renovables

• Presentar una propuesta final de instalación

2. Sistemas de dilución

Para empezar se hará una pequeña descripción de que son los sistemas de dilución para el estudio de muestra de gases de escape para su análisis.

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La dilución en la medición de emisiones se emplea con varios objetivos como:

• Simular la dilución de emisiones de la descarga en la atmosfera.

• Prevenir problemas de condensación o adsorción de los compuestos volátiles en el material particulado de las emisiones de escape.

• Disminuir la coagulación de partículas.

• Enfriar la muestra hasta una temperatura adecuada para los instrumentos (sensores, equipos de medición).

2.1. Alternativas de Sistemas de Dilución

Para los sistemas de análisis de emisiones contaminantes, se puede aplicar el método de muestreo de Flujo Total (MMFT) o de Flujo Parcial (MMFP).

En el primero, se toma la totalidad de gases emitidos durante un ciclo (Previamente definido, por ejemplo el tiempo especificado en los protocolos de certificación de motores); en el segundo caso, solo se recolecta una fracción de las emisiones del motor.

Si el equipo funciona con muestreo de flujo total o flujo parcial, influye directamente en el tamaño del mismo; por esta razón, con flujo total para que el proceso de dilución se complete exitosamente, el túnel debe ser de gran longitud, mientras que los delusores con flujo parcial son considerablemente pequeños, lo que facilita su instalación y transporte.

Además, se han desarrollado estudios en los que se utilizan exitosamente los diferentes equipos de dilución combinados, donde uno cumple la función de dilución primaria y el/los otro(s) realizan una dilución secundaria; también se emplean en configuración de sistemas de dilución en cascada (varios dilusores instalados en serie). Todo esto, con el objetivo de alcanzar variados y mayores rangos de relaciones de dilución, que permitan la utilización del dilusor con los diferentes equipos de medición.

2.1.1. Sistemas de Dilución de Flujo Total

Este tipo de sistemas, se basa en la dilución de la totalidad de gases de escape emitidos en un ciclo (tiempo establecido de prueba bajo condiciones específicas). Un sistema de dilución por flujo total es el denominado método CVS (Constant Volume Sampler), que utiliza el muestreo de volumen constante. Está constituido por un túnel de dilución, por donde se hacen pasar las emisiones, al mismo tiempo se hace pasar un flujo constante de aire filtrado (libre de partículas):

Ilustración 1: Diagrama esquemático de túnel de dilución CVS

En este caso la dilución es inversamente proporcional al flujo de volumen de los gases de escape.

Ilustración 2: Túnel de dilución

Con este método es fácil determinar la emisión total por distancia recorrida ([g/km]) o por trabajo realizado ([g/kWh]). Para determinar la concentración por unidad de volumen ([g/m3]) se requiere la medida del factor de dilución. Este dilusor se configura para generar una relación de dilución fija.

Los túneles de dilución son de gran tamaño (longitud ≥ 10 diámetros, diámetro ≈ 0.45 [m], longitud ≈ 4.5 [m]), lo que los hace aptos únicamente para pruebas en laboratorio. Durante el muestreo en túnel de dilución estándar, la muestra tiende a la condensación en nanodroplets (nano partículas de líquido) las mismas que son detectadas como partículas junto con las partículas no volátiles de hollín. Este método es indicado para determinar la medida de la masa de las partículas reguladas para el método de filtrado gravimétrico y normalmente se lo emplea en pruebas de certificación de motores.

2.1.2. Sistemas de Dilución de Flujo Parcial

Estos sistemas diluyen una fracción de flujo total de gases de escape. Con estos métodos el porcentaje de dilución esta usualmente predeterminado independientemente del flujo de los gases de escape. Los métodos de dilución por flujo parcial son principalmente usados con equipos de medición de partículas en tiempo real.

Una gran ventaja de los dilusores de flujo parcial es su reducido tamaño, lo que facilita su manipulación y montaje. Además, los requerimientos energéticos para su funcionamiento son menores si se los compara con los sistemas de dilución de flujo total; es posible conectar fuentes portátiles de energía como baterías, lo que los hace indicados para aplicaciones de pruebas en ruta.

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