Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Julio –Diciembre 2020 pp. 1-6 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 4, Número 2 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: agosto 2020 Fecha de aceptación: septiembre 2020
1
1.
1
INTRODUCCIÓN
En la última década, las fuentes móviles han
aparecido de forma masiva en las ciudades,
incrementando los problemas de contaminación
atmosférica como consecuencia de los gases
contaminantes que se emiten. Los principales
contaminantes lanzados por los automóviles son:
1. Ingeniero Automotriz: laquiroz@espe.edu.ec
2. Estudiante de la carrera de Ingeniería Automotriz:
cdrumiguano@espe.edu.ec
3. Estudiante de la carrera de Ingeniería Automotriz:
jaaguilar6@espe.edu.ec
dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono
(CO), óxidos de nitrógeno (NOx) e hidrocarburos
(HC). (Jaimes, López, & Rico, 2001).
Otro de los estudios referentes al mismo tema
revela que una de las principales causas de las
emisiones de CO2 en el transporte es la congestión
vehicular, los costos del tiempo y el consumo de
combustible empleados en congestión aumentaron
de 24 mil millones de dólares en 1982 a 121 mil
millones de dólares durante 2011 en Estados
Unidos. (Eisele, Lomax & Schrank, 2012).
Influencia del sistema start-stop en relación a las emisiones de gases
utilizando el ciclo NEDC
Leonidas Quiroz
1
; Rumiguano Cristhian
2
; Aguilar Jhonatan
3
1
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Departamento de Energía y Mecánica, laquiroz@espe.edu.ec
2
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Departamento de Energía y Mecánica, cdrumiguano@espe.edu.ec
3
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Departamento de Energía y Mecánica, jaaguilar6@espe.edu.ec
Resumen: En la presente investigación se muestra la relación que existe entre las emisiones de
gases del vehículo Hyundai Getz 1,6 por medio de un módulo de control desarrollado en base a
la placa arduino mega, que permite emular el funcionamiento del sistema bajo ciertas
condiciones de operación del vehículo que indican el momento de apagado y arranque del motor
de combustión cuando funciona en modo estándar y con el sistema start-stop utilizando el ciclo
de conducción europeo NEDC. Las pruebas se realizaron en un banco dinamométrico de rodillos
con la capacidad de simular dicho ciclo, los datos obtenidos se mostraron en unidades de %
volumétrico y ppm en un archivo de texto plano que se pasó a una hoja de cálculo en la cual se
realizaron gráficas para comparar las emisiones en cada caso.
Palabras clave: Start-stop, Emisiones, Banco dinamométrico, NEDC.
Start-stop system influence in relation to the exhaust emissions using NEDC
cycle
Abstract: The present investigation shows the relationship between the exhaust emissions of the
Hyundai Getz 1.6 vehicle by means of a control module developed on the basis of the mega
arduino plate, which allows to emulate the operation of the system under certain operating
conditions Of the vehicle which indicate the moment of shutdown and start of the combustion
engine when operating in standard mode and with the start-stop system using the European
NEDC driving cycle. The tests were carried out on a roller dynamometer with the ability to
simulate this cycle; the data obtained were shown in units of % volumetric and ppm in a flat text
file that was passed to a spreadsheet in which graphs were made to compare emissions in each
case.
Keywords: Start-stop, Emissions, Dynamometer bench, NEDC.
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Durante el año 2015, los meses con mayores
concentraciones de monóxido de carbono en el aire
fueron los meses de abril, mayo, octubre y
noviembre donde se reportaron las menores
temperaturas entre las 6 y las 7 de la mañana.
Las emisiones de NOx en la ciudad provienen
principalmente del tráfico vehicular. Estas
emisiones contienen óxidos de nitrógeno donde
aproximadamente el 80% es monóxido de
nitrógeno (NO). Sin embargo, este se transforma
rápidamente a dióxido de nitrógeno (NO2). La
proporción de NO2 en el NOx aumenta cuando
existe mayor ozono en el ambiente. Debido a que
este acelera el proceso químico donde el NO se
convierte en NO2. Los valores más altos
mensuales de los óxidos de nitrógeno se los
registraron durante abril, octubre y noviembre,
períodos de lluvias y bajas temperaturas. Se
registraron los valores más bajos en agosto debido
al menor tráfico. (Secretaría de ambiente del DMQ,
2015).
2. METODOLOGÍA
Se empleó el método experimental porque se
realizó pruebas en un vehículo específico, Hyundai
Getz 1.6, para obtener el resultado de dos casos
particulares de emisiones de gases empleando el
ciclo de conducción europeo NEDC, en modo
estándar y con el sistema start-stop instalado.
Posteriormente se utilizó la matematización para
calcular la diferencia existente entre los valores
obtenidos de una prueba y otra.
Finalmente se empleó el método analítico para
comparar los resultados de la diferencia de
emisiones de gases entre cada prueba y las gráficas
generadas mediante una hoja de cálculo.
Los materiales empleados, a más del vehículo
señalado previamente, fueron el banco
dinamométrico de rodillos MAHA con controlador
LPS 3000, de la figura 1, que se encuentra en
Laboratorio de CCICEV de la Escuela Politécnica
Nacional, el analizador de gases a bordo axion go,
de la figura 2.
Adicionalmente se requiere de una caja de
herramientas que incluya un juego de llaves mixtas
y pinzas para poder colocar la sonda de gases al
final del tubo de escape.
Figura 1: Banco dinamométrico LPS 3000
Fuente: Propia
Figura 2: Analizador de gases axion go
Fuente: Propia
Antes de utilizar el equipo se verifico que la PC
reconozca los dispositivos e interfaces del
analizador de gases, además se esperó el autocero y
calibración de las bombas.
Para operar los equipos se requiere de por lo menos
3 personas, una que conduzca el vehículo de
acuerdo a las condiciones que solicite la prueba
mediante una pantalla, otra que presurice el
combustible para que sea constante durante toda la
prueba y una que dé inicio a la prueba desde la
computadora que gobierna al banco.
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Pruebas CO2[%] CO[%] HC[ppm] O2[%] NOx[ppm]
1 12,716 0,275 129, 457 2,257 1125,347
2 12,572 0,333 195, 362 2,446 1080,403
3 12,722 0,340 162, 897 2,247 1340,330
Promedio 12,670 0,316 162,572 2,317 1182,026
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Antes de realizar las pruebas pertinentes, es
necesario realizar una afinación al vehículo, la cual
incluye cambio de aceite, limpieza de inyectores,
cambio de bujías, reemplazo de bandas, alineación
y balanceo, revisión del sistema de refrigeración,
inspección del sistema eléctrico, comprobación de
códigos de falla y corrección de los mismos
(Rumiguano & Aguilar, 2017).
La prueba se realizó con el asesoramiento del
personal de CCICEV, escogiendo el ciclo de
conducción NEDC en la computadora que forma
parte del controlador del banco dinamométrico.
En la tabla 1 se muestra el resultado de las pruebas
realizadas con el sistema en modo estándar, los
datos obtenidos corresponden a las emisiones de
gases en % volumétrico y ppm, también se muestra
el promedio calculado de las tres (Rumiguano &
Aguilar, 2017).
Tabla 1: Resultados de la prueba en modo estándar
Fuente: Propia
Las pruebas realizadas con el sistema start-stop
funcionando muestran una reducción en el CO
2
,
CO y un aumento en los HC, O
2
y NO
x
, estos
resultados se muestran en la tabla 2 (Rumiguano &
Aguilar, 2017).
Tabla 2: Resultados de la prueba con start-stop
Fuente: Propia
NEDC – Estándar
En la figura 3 se observa que el valor mínimo de
CO2 presente en los gases de escape es
aproximadamente 3,8%, mientras que el valor
máximo alcanzado fue del 15%, ambos en la
Prueba 1. A medida que transcurre el tiempo de la
prueba y la temperatura del motor aumenta, los
valores mínimos de CO2 incrementan. Se aprecia
que las caídas en el porcentaje de este gas ocurren
en intervalos similares de tiempo.
Figura 3: CO
2
VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC –
Estándar
Fuente: Propia
La gráfica de CO en función del tiempo indica que
el valor mínimo de volumen de este gas es cercano
a cero, mientras que el valor máximo alcanza el 6%
del total, lo que ocurre cerca del inicio de la
segunda prueba cuando el motor se encuentra bajo
la temperatura nominal de funcionamiento. En la
figura 4 se observa que a medida que transcurre la
prueba y se eleva la temperatura del motor, el valor
de CO alcanza picos que no superan el 2%.
Figura 4: HC VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC –
Estándar
Fuente: Propia
Pruebas CO2[%] CO[%] HC[ppm] O2[%] NOx[ppm]
1 13,298 0,521 185,471 1,157 430,602
2 13,418 0,353 166,931 1,021 509,684
3 13,375 0,243 79,991 1,282 503,063
Promedio 13,364 0,372 144,131 1,154 481,116
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El nivel máximo de hidrocarburos presente en los
gases de escape es de aproximadamente 3000 ppm,
mientras que el valor mínimo es cercano a cero. Se
advierte que los valores más altos están presentes
al inicio de la prueba cuando el motor y el
catalizador están por debajo de sus temperaturas de
operación, esto se denota en la figura 5.
Figura 5: HC VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC –
Estándar
Fuente: Propia
En la figura 6 se muestra el porcentaje de oxígeno
presente en los gases de escape durante la prueba,
el valor máximo alcanzado es del 10% del
volumen, mientras que el valor mínimo es cercano
a cero. A diferencia de los otros gases el porcentaje
de oxígeno mantiene valores máximos elevados a
lo largo de toda la prueba.
Figura 6: O
2
VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC –
Estándar
Fuente: Propia
Se puede reconocer tres etapas, la primera que
ocurre al inicio de la prueba donde el nivel de NOx
tiene picos más elevados. Una segunda etapa
intermedia que posee los niveles más bajos y
constantes de NOx, figura 7. La última etapa indica
otro aumento en el nivel óxidos de nitrógeno, pero
no tan elevados como al inicio.
Figura 7: NOx VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC –
Estándar
Fuente: Propia
NEDC – Start stop
El nivel de CO2 mínimo alcanzado es menor a 2%,
mientras que el valor máximo superó el 14% del
volumen de este gas. Esta secuencia de valores se
repite a lo largo de la prueba y no varía demasiado
con respecto al tiempo que lleve al motor alcanzar
su temperatura de funcionamiento, esto se
evidencia en la figura 8.
Figura 8: CO
2
VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC – Start
stop
Fuente: Propia
En la figura 9 se evidencia que el nivel de
monóxido alcanza un valor máximo del 4% del
volumen de gases de escape, mientras que el valor
mínimo es cercano al 0%. El valor máximo no se
obtuvo al inicio de la prueba sino cerca de la mitad,
además aproximadamente al final de la prueba los
valores disminuyen drásticamente hasta terminar.
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Figura 9: CO VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC – Start
stop
Fuente: Propia
Los valores máximos de HC se encuentran al
principio de la prueba y tienen un pico de
aproximadamente 4000 ppm, conforme se eleva la
temperatura de funcionamiento del motor este
valor se estabiliza alcanzando valores muy
cercanos a cero, como se muestra en la figura 10.
Figura 10: HC VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC – Start
stop
Fuente: Propia
Los picos del nivel de oxígeno no desaparecen a
medida que transcurre la prueba como se ve en la
figura 11, el valor máximo alcanzado es el 18% del
volumen de los gases de escape y ocurre tres veces.
El valor mínimo tiende a cero.
Figura 11: O
2
VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC – Start
stop
Fuente: Propia
El valor máximo alcanzado de NOx es de 3250
ppm, mientras que el valor mínimo es cercano a
cero. Se puede diferenciar que al inicio y al final de
la prueba se encuentran los valores más elevados
de estos gases, en cambio los picos bajos ocurren a
mitad del desarrollo, lo que queda evidenciado en
la figura 12.
Figura 12: NOx VS Tiempo utilizando el ciclo NEDC – Start
stop
Fuente: Propia
4. CONCLUSIONES
Las concentraciones de emisión durante el
ciclo NEDC en modo estándar a medida
que transcurre el tiempo de hidrocarburos
no combustionados disminuyen generando
un promedio de 144,13 ppm HC, mientras
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que el dióxido de carbono se mantiene con
un promedio de 13,36% CO2, se crea un
pico de oxígeno 1,15% O2 que se produce
debido al ralentí en que se encontraba el
vehículo al final de la prueba, el monóxido
de carbono 0,372% CO más alto existe
cuando el motor ha empezado su
funcionamiento el cual disminuye a medida
que transcurre la prueba, para estabilizarse,
determinando el cumplimiento de la
normativa actual establecida en la norma
2204 de la NTE INEN.
Las concentraciones de emisión durante el
ciclo NEDC con el sistema start-stop a
medida que transcurre el tiempo de
hidrocarburos no combustionados se
incrementan generando un promedio de
162,57 ppm HC, mientras que el dióxido de
carbono se mantiene con un promedio de
12,67% CO2, se crea un pico de oxígeno
2,32% O2 que se produce debido al ralentí
en que se encontraba el vehículo al final de
la prueba, el monóxido de carbono 0,32%
CO más alto existe cuando el motor ha
empezado su funcionamiento el cual
disminuye a medida que transcurre la
prueba, para estabilizarse, determinando
que el valor de las partículas por millón de
hidrocarburos se encuentra con un 18,72%
por debajo de lo establecido en la norma
2204 de la NTE INEN; y además se ve
disminuido el impacto ambiental
considerando el tiempo medio de operación
del motor de combustión interna.
Las concentraciones de emisión NOx
durante el ciclo NEDC en modo estándar en
promedio es de 481,12 ppm y con el
sistema start – stop es de 1182,03 ppm lo
que representa un 245,68% de incremento
debido a la inestabilidad a las elevadas
temperaturas presentes en la combustión y
a la falta de estequiometria en la mezcla
aire-combustible.
REFERENCIAS
Jaimes, E., López, R., Rico, F. (2001). Daños a la
salud por contaminación atmosférica. México;
D.F.: VAMEX.
Eisele, B., Lomax, T., Schrank, D. (2012). Urban
mobility report, Texas: Transportation Institute.
Secretaría de ambiente del DMQ. (2015). Informe
anual. Recuperado el 04 de noviembre del
2016, Obtenido de,
http://www.quitoambiente.gob.ec/ambiente/ima
ges/Secretaria_Ambiente/red_monitoreo/infor
macion/ICA2015.pdf
Rumiguano, C., Aguilar, J. (2017). Investigación
de la eficiencia energética en relación al
consumo de combustible y emisiones al
implementar el sistema start-stop en el vehículo
Hyundai Getz 1,6, Universidad de las Fuerzas
Armadas – ESPE.
