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Caracterizaci�n tecnol�gica de los sistemas de emisiones contaminantes de los motores de encendido en veh�culos automotrices

 

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

 

Caracteriza��o tecnol�gica dos sistemas de emiss�o de poluentes dos motores de igni��o em ve�culos 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

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	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

Art�culos de investigaci�n

 

 

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

 

       I.            Mag�ster en Administraci�n de Empresas, Docente investigador, Instituto Superior Tecnol�gico, Ecuador.

    II.            Mag�ster en Dise�o Mec�nico, Docente Investigador, Coordinador de Carrera de Mec�nica y Electromec�nica Automotriz, Instituto Superior Tecnol�gico Tecnoecuatoriano, Ecuador.

�III.            Participante Investigador, Estudiante Tecnolog�a Superior en Electromec�nica Automotriz, Instituto Superior Tecnol�gico Tecnoecuatoriano, Ecuador.

�IV.            Participante Investigador, Estudiante Tecnolog�a Superior en Electromec�nica Automotriz, Instituto Superior Tecnol�gico Tecnoecuatoriano, Ecuador.

Resumen

El efecto invernadero es una de las actividades m�s desafiantes en la contaminaci�n atmosf�rica y una de las mayores amenazas ambientales. Los gases de efecto invernadero m�s importantes son el di�xido de carbono (CO2), el �xido nitroso (N2O), metano (CH4), fluoro carbonos (CF) y clorofluorocarbonos (CFC). Se llevaron a cabo el an�lisis de los sistemas actuales de los reactores catal�ticos, los reactores qu�micos y los filtros de part�culas como estrategias de la reducci�n de las emisiones de los motores, como las part�culas y muchos gases m�s, por la creciente preocupaci�n por el medio ambiente y la regulaci�n gubernamental m�s estricta sobre las emisiones de escape. Se concluye que en un futuro se deben considerar diferentes par�metros objetivos, como combinaci�n de los componentes analizados, un caso de esto ser� el catalizador de oxidaci�n di�sel (DOC) promueve la oxidaci�n de componentes de escape como CO, hidrocarburos (HC) y NOx, y el Catalizador SCR que cumple la reducci�n de NOx completando un sistema di�sel de mitigaci�n de contaminantes.

Palabras clave: veh�culo; amortiguador; par�metros de suspensi�n; EHSA; metodolog�a.

 

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 polui��o do ar e uma das maiores amea�as ambientais. Os gases de efeito estufa mais importantes s�o di�xido de carbono (CO2), �xido nitroso (N2O), metano (CH4), fluorcarbonos (CF) e clorofluorocarbonos (CFCs). As an�lises dos sistemas atuais de reatores catal�ticos, reatores qu�micos e filtros de part�culas foram realizadas como estrat�gias para reduzir as emiss�es dos motores, como part�culas e muitos outros gases, devido � crescente preocupa��o com o meio ambiente e regulamenta��o governamental mais r�gida sobre as emiss�es de escapamento . Conclui-se que no futuro diferentes par�metros objetivos devem ser considerados, como uma combina��o dos componentes analisados, um caso deste ser� o catalisador de oxida��o de diesel (DOC) que promove a oxida��o de componentes do escapamento como CO, hidrocarbonetos (HC) e NOx, e o SCR Catalyst que alcan�a a redu��o de NOx completando um sistema de mitiga��o de poluente diesel.

Palavras-chave: ve�culo; amortecedor; par�metros de suspens�o; EHSA; metodologia.

 

Introducci�n

Un aumento en el tama�o de la poblaci�n de autom�viles ha provocado que las emisiones vehiculares se conviertan en una fuente importante de contaminaci�n atmosf�rica urbana. Elevar los est�ndares es un m�todo efectivo para controlar las emisiones vehiculares y mejorar la calidad del aire. Los veh�culos ligeros son los principales contribuyentes a las misiones de HC y CO, ya que constituyen una gran proporci�n de todos los veh�culos. (Lyu et al., 2020). El sector del transporte es una de las principales fuentes de contaminaci�n atmosf�rica. A lo largo de los a�os 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 m�s estrictas, aumenta la presi�n sobre los sistemas de postratamiento y, m�s espec�ficamente, los catalizadores de tres v�as. Con los desarrollos recientes en las legislaciones sobre emisiones, existe la necesidad de sistemas de postratamiento m�s complejos y comprensi�n del proceso de envejecimiento (Irwin, Douglas, et al., 2017).

Una gran parte de la contaminaci�n atmosf�rica causada se debe a las emisiones vehiculares que est�n aumentando a un ritmo alarmante. Los diferentes tipos de veh�culos, como autom�viles, autobuses, camiones, etc., contribuyen y desempe�an un papel dominante en el aumento de la contaminaci�n del aire. Estos veh�culos encuentran su fuente de funcionamiento principalmente a partir de extractos de combustibles f�siles como gasolina, di�sel. Los combustibles se someten a combusti�n para generar energ�a con el fin de soportar el veh�culo para el servicio. La combusti�n incompleta de los combustibles en el motor allana el camino para la producci�n de productos como el mon�xido de carbono, los hidrocarburos y las part�culas (Mukherjee et al., 2016). Los motores de gasolina se han utilizado ampliamente como maquinaria de ingenier�a, autom�viles y equipos de transporte de energ�a debido a su excelente capacidad de conducci�n y econom�a. Al mismo tiempo, los motores de gasolina son los principales contribuyentes a varios tipos de contaminantes del aire, como el mon�xido de carbono (CO), los �xidos de nitr�geno (NOx) y otros compuestos nocivos. Con la creciente preocupaci�n por el medio ambiente y la regulaci�n gubernamental m�s estricta sobre las emisiones de escape, la reducci�n de las emisiones de los motores, como las part�culas y los NOx, es un objetivo de investigaci�n importante en el desarrollo de motores (Tyagi & Ranjan, 2015). El n�mero de todos los componentes t�xicos en el gas de escape excede los est�ndares m�ximos permitidos por decenas y cientos de veces. Una de las formas m�s fiables de reducir la toxicidad de los gases de escape de los veh�culos, los gases y eliminar sustancias nocivas es la oxidaci�n completa de los componentes del escape utilizando composiciones catal�ticas sobre soportes de bloques de metal o cer�mica (Sassykova et al., 2019)

Los contaminantes significativos que afectan negativamente al medio ambiente, que son el Mon�xido de Carbono (CO), Hidrocarburos (HC), �xidos de nitr�geno (NOx), �xidos de azufre (SOx), di�xido de carbono (CO2) y part�culas. Adem�s, se discuten las emisiones del c�rter, el sistema de combustible y el sistema de escape, que se consideran las principales fuentes de contaminaci�n provenientes de un motor de encendido por chispa convencional (Abouemara & Fikry, 2020). Por otro lado, las emisiones de veh�culos son una fuente importante de amon�aco (NH3) en las �reas urbanas. Para abordar mejor el papel de las emisiones de veh�culos en las fuentes urbanas de NH3, el factor de emisi�n de NH3 (NH3-EF) de los veh�culos que circulan por las carreteras en condiciones reales (veh�culos de carretera) debe actualizarse en consecuencia con los est�ndares de emisiones de veh�culos (Li et al., 2021). Las emisiones de NOx se producen debido al proceso de combusti�n del motor di�sel. Hay tres fuentes principales de formaci�n de NOx denominadas NOx t�rmico, NOx combustible y NOx inmediato. La participaci�n del NOx en el combustible y el NOx inmediato en las emisiones totales de NOx es insignificante. B�sicamente, el NOx t�rmico es el principal contribuyente a la formaci�n de NOx durante todo el proceso de combusti�n. El NOx es muy nocivo, peligroso y produce irritaci�n. Los veh�culos de inyecci�n 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 formaci�n de aerosoles org�nicos secundarios (SOA) a partir del escape de veh�culos GDI para varios veh�culos 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 t�rmico, un reactor t�rmico combinado y un sistema catalizador monol�tico de HC / CO, y un sistema que combina colectores de escape de baja inercia t�rmica con convertidores catal�ticos 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 veh�culo durante el funcionamiento at�pico y normal del veh�culo incluyen: la fusi�n de las estructuras monol�ticas utilizadas para soportar los promotores catal�ticos 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 p�rdida de control de emisiones con componentes del motor que funcionan mal. (Campau et al., 1972). Adem�s las tecnolog�as m�s destacadas, actualizadas y efectivas que trabajan sobre la combusti�n pobre, dise�o de un silenciador, sistema autom�tico de admisi�n de aire caliente, motor relaci�n de compresi�n, modificaci�n de la c�mara de combusti�n, modificaci�n de los combustibles, tratamiento de los productos de escape de convertidores catal�ticos de combusti�n, de tres y cuatro v�as, recirculaci�n de gases de escape (EGR), control total de emisiones paquetes, control de precombusti�n; (Ventilaci�n positiva del c�rter (PCV)) y dise�o de engranajes de v�lvula (Abouemara & Fikry, 2020). En este articulo se estudian los sistemas que reducen significativamente las emisiones en base a los l�mites de emisi�n, y como aportan a la operaci�n del motor, de acuerdo con la necesidad tecnol�gica de control de los sistemas contaminantes.

 

Reactores Catal�ticos

Se denomina catalizadores catal�ticos, se instalan en el sistema de escape para acelerar las reacciones de oxidaci�n o reducci�n que no han alcanzado el equilibrio qu�mico a la temperatura de los gases de salida del cilindro. Este se constituye por tres elementos: el soporte donde se depositar�n las sustancias activas y debe estar dise�adas para soportar altas temperaturas, flojos altamente pulsatorios, vibraciones mec�nicas, etc.; el recubrimiento (washcoat) es constituido de �xidos inorg�nicos con poros cuyo tama�o m�nimo puede ser inferior a 1 nm. Para mantener la acci�n de catalizador, reducir la formaci�n de �xidos de azufre y estabilizar el soporte e inhibir la sinterizaci�n 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 simult�neamente con la reducci�n del NOx (catalizador de tres v�as) (Payri y Desantes, 2011).

El catalizador moderno de tres v�as (TWC) es muy eficaz para tratar los hidrocarburos (HC), el mon�xido de carbono (CO) y los �xidos de nitr�geno (NOx) de los motores de gasolina estequiom�tricos una vez que el TWC ha alcanzado su temperatura m�nima de funcionamiento por ejemplo entre 200 y 300 �C, dependiendo de la especie de gas. Asimismo, el catalizador de oxidaci�n di�sel (DOC), el catalizador de reducci�n catal�tica selectiva (SCR) con inyecci�n de urea y el filtro de part�culas di�sel (DPF) son eficaces para tratar las emisiones de HC, CO, NOx y materia particulada (PM) de los motores di�sel una vez que se calientan los catalizadores , aunque esto puede requerir un per�odo de tiempo significativo (por ejemplo, 1 a 3 min) debido a la temperaturas de escape relativamente bajas de los motores di�sel� como se aprecia en la figura 1 (Lee et al., 2019).

 

Figura 1. El catalizador moderno de tres v�as (TWC) y el catalizador de reducci�n catal�tica selectiva (SCR) con inyecci�n de urea

 

En motores m�s modernos, se ha probado un veh�culo ligero de gasolina Euro6 en el dinam�metro del motor y se han analizado las emisiones aguas arriba y aguas abajo del catalizador de tres v�as (TWC) durante un ciclo WLTC. Se han utilizado simulaciones de catalizador para evaluar los procesos dentro del convertidor catal�tico utilizando un esquema de reacci�n basado en 19 reacciones bruto (oxidaci�n y reducci�n directas, reducciones catal�ticas selectivas con CO, C3H6 y H2, reformado con vapor, desplazamiento de agua-gas y ceria a granel tambi�n). como reacciones superficiales de ceria). Donde durante el arranque en fr�o no son evidentes reacciones en el catalizador antes de que la temperatura del gas que entra en el catalizador alcance los 270 � C. Despu�s de la iluminaci�n, las reacciones predominantes son la oxidaci�n directa, as� como las reacciones de ceria de superficie para CO y THC. La reducci�n de NO durante el arranque en fr�o se debe a la reacci�n con el CO y tambi�n a la superficie. Durante el funcionamiento del motor en caliente, las rupturas de CO durante los transitorios se deben principalmente a la falta de ox�geno despu�s de per�odos 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 catal�tico sobre la caracter�stica de emisi�n de los veh�culos automotores en su fase inicial de combusti�n influye directamente en las emisiones contaminantes. Se muestra en la tabla 1 la mejora de las caracter�sticas de emisi�n 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 raz�n de CO. Por lo tanto, al implementar el m�todo de precalentamiento en los convertidores catal�ticos, podemos lograr la cantidad deseada de control sobre la contaminaci�n automotriz. Los catalizadores se activan mucho al suministrar suficiente temperatura y, por lo tanto, la velocidad de reacci�n aumenta desde la fase inicial, lo que optimiza la conversi�n de emisiones de contaminantes (Tyagi & Ranjan, 2015). En el mismo sentido el convertidor catal�tico es una mejor manera de establecer una combusti�n eficiente en el motor controlador del veh�culo. El uso de metales del grupo noble es una forma eficaz de lograr una combusti�n eficaz, como el metal del grupo del platino es muy �til para reducir los escapes. Con la ayuda de medidas secundarias tambi�n se mejora la eficiencia del motor (Mukherjee et al., 2016)

 

 

Tabla 1. Datos de emisi�n obtenidos a trav�s del analizador de gases (Tyagi & Ranjan, 2015).

 

Figura 2. Variaci�n de la emisi�n CO

 

El envejecimiento de los catalizadores no se comprende completamente ya que est�n sujetos a muchos entornos variables, incluidas la temperatura y las concentraciones de gas. Se reconoce que la concentraci�n de ox�geno 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 ox�geno, mientras se manten�a un caudal constante. Los resultados mencionan existe una clara correlaci�n cuando los par�metros se ajustan para alinear el catalizador uno, que experiment� el entorno de envejecimiento con menos ox�geno. 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 ox�geno, 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 ox�geno sobre la velocidad de envejecimiento no se comprende completamente y, por lo tanto, la desactivaci�n 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 ox�geno. Varios catalizadores de tres v�as de paladio disponibles comercialmente se envejecieron durante un ciclo de temperatura preciso a concentraciones variables de ox�geno 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 veh�culos 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 simulaci�n de la condici�n del autom�vil de campo, se utiliz� una buena cantidad de gr�nulos del catalizador, y los agentes de reacci�n iniciales fueron los gases de escape del autom�vil. Los experimentos catal�ticos 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 autom�viles. Cuando se aplic� el catalizador (ZJB-CuO, Al2O3-CuO), la conversi�n m�xima 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 conversi�n 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 conversi�n m�xima de de-CH en el catalizador (ZB-CuO, Al2O3-CuO) a 450 �C. Las medidas de adsorci�n-desorci�n de N2 se llevaron a cabo a (196 �C) (Walid Bizreh et al., 2014)

En consecuencia, el control de las emisiones de veh�culos ligeros ha sido el principal medio de prevenci�n de la contaminaci�n del aire. Para esto se implementado varios sistemas como catalizadores de tres v�as, filtros de part�culas de gasolina y recuperaci�n de vapor de reabastecimiento a bordo en veh�culos de gasolina y catalizadores de oxidaci�n di�sel, filtros de part�culas di�sel y reducci�n selectiva de catalizadores en veh�culos di�sel que cumplen con los est�ndares. Adem�s, control de veh�culos ligeros basado en diagn�sticos a bordo (Lyu et al., 2020).

 

Reactores qu�micos

Se proponen disminuir la concentraci�n de ciertos productos contaminantes mediante reacciones qu�micas en los gases de escape, generalmente incluyendo alguna sustancia que se mezcle con los gases. Los sistemas de reducci�n catal�tica selectiva SCR dedicado a reducir los �xidos de nitr�geno (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 m�s. El amon�aco (NH3) comenzar� a arder cuando la temperatura de escape del motor supere los 400 � C, lo que har� que el sistema sea ineficaz. La reacci�n del catalizador SCR se volver� lenta y se producir�n reacciones indeseables como la formaci�n de sulfatos de amonio cuando la temperatura desciende por debajo de 270 � C, lo que finalmente destruye el catalizador. Por lo tanto, la reacci�n de SCR est� restringida principalmente por la actividad del catalizador, la concentraci�n de especies y la temperatura de reacci�n. La figura 4 muestra la representaci�n sistem�tica del sistema SCR (Ghazanfar, Mehdi Song, Zhou Yuanqing, Zhu Zubair, Ali Shah, Kishore Chand, Raza Waleed Asif, 2019).

 

 

 

 

 

 

Figura 4. Representaci�n sistem�tica del sistema SCR

 

De los catalizadores SCR comunes, las zeolitas de cobre exhiben el mejor rendimiento a baja temperatura en la reacci�n SCR est�ndar. Las zeolitas de cobre tienen propiedades de oxidaci�n innatas que ayudan a convertir el NO en NO2, pero tambi�n pueden oxidar el amon�aco a temperaturas m�s altas. Las zeolitas de hierro y cobre tienen diferentes propiedades y la adici�n de Fe a la zona de entrada de un catalizador de Cu / zeolita tambi�n ayuda a mitigar la formaci�n de N2O(Johnson & Joshi, 2018).

Las mediciones de NH3 basadas en la absorci�n por l�ser durante una campa�a de seis d�as en 2019 en un t�nel urbano concurrido con un flujo de tr�fico diario de casi 40,000 veh�culos en la regi�n del Delta del R�o Pearl (PRD) en el sur de China. La regresi�n lineal m�ltiple revel� que los NH3-EF promedio para veh�culos de gasolina (GV), veh�culos de gas licuado de petr�leo y veh�culos di�sel de servicio pesado (HDV) fueron de 18,8, 15,6 y 44,2 mg km-1, respectivamente. La aplicaci�n de la reducci�n catal�tica selectiva de urea (SCR) en los HDV hace que sus emisiones de NH3 sean una preocupaci�n emergente. Por tanto, los HDV pueden contribuir con m�s 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 port�til de una serie de Veh�culos euro 6d, Euro 6c y Euro 6d-TEMP, gasolina di�sel 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 operaci�n en carretera. Los resultados tambi�n destacan la importancia de la medici�n de las emisiones de estos contaminantes durante la conducci�n 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 alg�n veh�culo. tecnolog�as. Las emisiones de NH3 fueron de hasta 49 mg / km para los turismos de gasolina, hasta 69 mg / km para los veh�culos comerciales ligeros GNC y hasta 17 mg / km para los turismos di�sel equipados con un sistema de reducci�n catal�tica selectiva (SCR). Por otro lado, las emisiones de N2O y CH4 representaron hasta 9,8 g de CO2 eqv / km para un autom�vil de pasajeros di�sel equipado con una combinaci�n de catalizadores de oxidaci�n di�sel (DOC), trampas pobres de NOx (LNT), SCR (Suarez-Bertoa et al., 2020). En suma, se utiliz� una herramienta de optimizaci�n basada en un control �ptimo para mejorar la inyecci�n de amoniaco en la reducci�n catal�tica selectiva con diferentes l�mites de emisi�n de NOx. Este control �ptimo se puede utilizar de dos formas: una para minimizar la emisi�n de NOx y otra para reducir el consumo de amoniaco en la reducci�n catal�tica selectiva. Los resultados mostraron una mejora considerable en el uso de la herramienta de optimizaci�n. En comparaci�n con la calibraci�n est�ndar, la nueva estrategia de inyecci�n para la misma cantidad de inyecci�n de amon�aco redujo las emisiones de NOx en un 13,7%, y para las mismas emisiones de concentraci�n de NOx se ahorr� un 33,5% del consumo de amon�aco (Pla et al., 2020).

La figura 5 se muestra la reacci�n de NH3 SCR que consiste en catalizadores de Cu / SAPO-34 nuevos y sulfatados. En comparaci�n con el F-Cu, se observan disminuciones en la conversi�n de NOx de los catalizadores sulfatados cuando aumenta la relaci�n de SO3 a SOx. La cconversi�n de NOx en relaci�n con la temperatura de reacci�n 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 reacci�n de NH3 SCR sobre los catalizadores nuevos y sulfatados ( b) La ejecuci�n de la reacci�n 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)

 

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Figura 5. Comportamiento del SCR de la conversi�n de NOx de los catalizadores sulfatados

 

Finalmente, en un trabajo fundamental bastante innovador, Paolucci et al. (2017) las mediciones cin�ticas transitorias y de estado estacionario combinadas, los iones de Cu son m�viles y pueden viajar a trav�s de las ventanas de zeoli para el paso redox de iones de cobre de la reacci�n SCR (Paolucci et al., 2017). La formaci�n de sitios multinucleares a partir del cobre movilizado representa un fen�meno distinto que cae fuera de los l�mites convencionales de un catalizador heterog�neo u homog�neo. El modelo ahora puede usarse para ayudar a comprender los efectos del NO2 y el azufre, la formaci�n de N2O y el envejecimiento t�rmico, y probablemente conducir� a catalizadores mucho mejores (Johnson & Joshi, 2018)

Paralelamente, se explica c�mo la introducci�n paulatina de dispositivos de peque�a escala orientados al control de NOx, como los sistemas de trampas de NOx lean (LNTs) y, sobre todo, la reducci�n catal�tica selectiva (SCR) de NOx, permiti� la aplicaci�n a los veh�culos de transporte por carretera de este ATS. La evoluci�n del nivel de emisiones de NOx, N2O y NH3 con las diversas normas europeas para veh�culos ligeros y pesados. Como se observa un aumento obvio en las emisiones de NH3 y N2O tanto en veh�culos ligeros di�sel como de gasolina. Las emisiones de NH3 medidas en veh�culos livianos Euro 6 recientes ascienden a unos pocos mg / km tanto para los motores de gasolina como para los di�sel, por lo que las emisiones de N2O que superan una docena de mg / km solo se han observado en los veh�culos di�sel (Selleri et al., 2021)

 

 

Filtros de part�culas

Evaluamos el efecto de los prototipos de filtros de part�culas de gasolina (GPF) modernizados en el eBC (carbono negro equivalente) primario, el aerosol org�nico (OA), los NMOC (compuestos org�nicos gaseosos sin metano) y la formaci�n de SOA (sulfuros de amoniaco). Se investigaron dos ciclos de pruebas de conducci�n reglamentarias y se evalu� la importancia de las 20 fases distintas dentro de estos ciclos (por ejemplo, arranque del motor en fr�o, arranque del motor en caliente, conducci�n 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 eliminaci�n de eBC, pero mostr� una eliminaci�n parcial limitada de la fracci�n menor de POA, y no tuvo ning�n efecto detectable sobre las emisiones de CONM o la producci�n de SOA. En todas las pruebas, el arranque en fr�o del motor, es decir, antes de la activaci�n t�rmica del sistema de postratamiento catal�tico, domin� las emisiones de PM y NMOC primarias y secundarias. Se encontraron diferencias en las propiedades de composici�n 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 m�s bajos de SOA en los experimentos de SC. Se encuentra que algunos compuestos arom�ticos dominan las emisiones de CONM (principalmente benceno, tolueno, is�meros de xileno y bencenos C3). Una gran fracci�n (> 0.5) de la producci�n de SOA fue explicada por esos 30 compuestos, seg�n la investigaci�n de la masa de NMOC reaccionada y la comparaci�n 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 penalizaci�n por combustible. Se obtuvieron reducciones significativas para las emisiones de gases y es notable que m�s de 66 pruebas RDE, no fue un solo caso en el que las emisiones de PN excedieron el l�mite cuando se utiliz� un GPF. Por otro lado, las pruebas se realizaron en cuatro veh�culos GDI turboalimentados con motores de 1.6-3.5 litros y emisiones se midieron utilizando tanto el m�todo gravim�trico como instrumentos basados en las propiedades de los aerosoles. Se encontr� que los m�todos distintos al gravim�trico subestimaron la masa de part�culas por un factor de 3. Las altas temperaturas y el tiempo asociado con el ciclo US06 da como resultado un tiempo limitado para la maduraci�n del holl�n, y se encontr� que resultan en part�culas con un modo de nucleaci�n m�s grande, y en algunos casos, m�s peque�o contribuci�n del carbono negro, se aprecia en la figura 6 (Johnson & Joshi, 2018). Xue et al., (2017) concluy� que existe una muy buena correlaci�n entre el gravim�trico m�todo y varias m�tricas alternativas: carbono negro, total y n�mero de part�culas s�lidas y �rea superficial de las part�culas (Xue et al., 2017). Por tanto, la mayor masa de PM con el m�todo gravim�trico se explica por su mayor sensibilidad a los hidrocarburos no quemados (HC) y vol�tiles arrastrados (Johnson & Joshi, 2018)

 

Figura 6. La eficiencia de filtraci�n de GPF var�a seg�n las emisiones del motor, la presencia de recubrimiento TWC y la temperatura en GPF, en funci�n de su ubicaci�n (Johnson & Joshi, 2018)

 

Por otro lado, el alcance en motores HD ha logrado un 55% de BTE (eficiencia t�rmica de ruptura) utilizando m�todos que pueden comercializarse razonablemente. Se resumen las tecnolog�as de control Lean NOx, que incluyen SCR (reducci�n catal�tica selectiva), absorbedores y sistemas de NOx. Los fundamentos de la reacci�n SCR se exploran a nivel atom�stico. El trabajo del filtro de part�culas di�sel (DPF) se ha centrado en las relaciones estructura-rendimiento y el comportamiento de las cenizas. Los catalizadores de oxidaci�n de investigaci�n se est�n acercando al 90% de eficiencia para la oxidaci�n de hidrocarburos y CO a 160-190 � C. Las part�culas 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 di�sel y gasolina, junto con la introducci�n de diferentes normas europeas. Como se ilustra, el SCR ser� un importante componente de los veh�culos di�sel, y podr�a potencialmente introducirse tambi�n para algunas aplicaciones de gasolina en el futuro. De hecho, se pudieron identificar algunas tendencias comunes, a saber, un estrecho acoplamiento de la unidades catal�ticas 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 introducci�n de m�ltiples DEF puntos de dosificaci�n para aumentar el rendimiento general de eliminaci�n de NOx y garantizar una flexibilidad adicional en el control del sistema (Selleri et al., 2021). Por otro lado, el catalizador de oxidaci�n di�sel (DOC) promueve la oxidaci�n 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 di�sel y tiene m�ltiples funciones. Primero, convierte cualquier especie no quemada como CO y HC en CO2 y agua. En segundo lugar, las reacciones son exot�rmicas y el calor generado se puede utilizar para elevar la temperatura de escape y desencadenar la regeneraci�n del holl�n en el filtro de part�culas aguas abajo, o para permitir una dosificaci�n m�s temprana de urea para el SCR (Russell & Epling, 2011). Finalmente, un DOC oxida NO a NO2, para apoyar tanto la regeneraci�n pasiva del filtro como para aumentar la velocidad de la reacci�n SCR a trav�s del mecanismo Fast SCR (CSF) (Selleri et al., 2021)

 

 

 

 

 

 

Figura 7. Configuraciones del sistema de postratamiento (ATS) de evoluci�n y recientemente propuesto para LDV de di�sel (Selleri et al., 2021)

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

 

Conclusiones y recomendaciones

En este art�culo presentamos las aplicaciones, y los resultados del an�lisis del Reactores Catal�ticos representados por los convertidores catal�ticos (TWC), los Reactores qu�micos como componente principal de tratamiento de contaminantes los sistemas de reducci�n catal�tica selectiva (SCR) y los filtros de part�culas con un componente representativo el filtro de part�culas de gasolina (GPF) toda esta tecnolog�a aporta a mitigar las emisiones contaminantes y se aprecia sus distintas fases de evoluci�n a trav�s del tiempo.

Se determino el comportamiento de catalizadores catal�ticos, con una mejor comprensi�n del rendimiento a baja temperatura, los avances en el control de las emisiones de gasolina de combusti�n pobre, adem�s del desaf�o clave son las emisiones de arranque en fr�o y contin�a 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 oxidaci�n de las zeolitas de cobre para formar NO2 y holl�n oxidante, mientras se minimiza la oxidaci�n del NH3. Adem�s del control para el azufre y los NOx que son relevantes como resultados de la combusti�n.

La combinaci�n 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 oxidaci�n di�sel (DOC) promueve la oxidaci�n de componentes de escape como CO, hidrocarburos (HC) y NOx, y el Catalizador SCR que cumple la reducci�n de NOx completando un sistema di�sel de mitigaci�n de contaminantes eficiente

 

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� 2021 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/)