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Armando Maldonado Susano
Ciudad de México
Octubre 2016
Caracterización energética,
de emisiones y de
tecnología en vehículos
pesados
M en I Armando Maldonado Susano
Consumo final energético por sector
48%
20%
29%
3%
Transporte
Residencial, comercial y
públicoIndustrial
Agropecuario
Sector Consumo PJ %
Transporte 2,284 48
Residencial, comercial y público 928 20
Industrial 1,363 29
Agropecuario 160 3
Total 4735.7 100
Consumo final energético por sector
Consumo de energía por tipo de Transporte
92%
5%
0%2% 1%
Autotransporte
Aéreo
Marítimo
Ferroviario
Eléctrico
Sector Consumo PJ %
Transporte 2,283.98 100
Autotransporte 2,100.39 91.96
Aéreo 115.23 5.05
Marítimo 35.73 1.56
Ferroviario 28.75 1.26
Eléctrico 3.88 0.17
Consumo de energía por tipo de
transporte
Consumo de energía por tipo de combustible
72%
26% 2%0%
Gasolina
Diesel
Gas licuado
Gas seco
Combustible Consumo PJ %
Autotransporte 2,100.39 100
Gasolina 1,501.28 71.48
Diesel 555.78 26.46
Gas licuado 42.76 2.04
Gas seco 0.56 0.026
Consumo de energía por tipo de
combustible
Evolución del parque vehicular
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,0001
99
3
19
95
19
97
19
99
20
01
20
03
20
05
20
07
20
09
año modelo
No
de
Un
ida
de
s camiones de carga
Autobuses de
pasajeros
Automóviles
Evolución del parque vehicular
Producción de vehículos pesados 1992-2012
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
140,000
160,000
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
año
No
de
ve
híc
ulo
s
Producción de vehículos pesados
1992-2012
Parque vehicular Unidades Motrices
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
Año
Mile
s d
e u
nid
ad
es
Tractocamiones T-3
Tractocamiones T-2
Camiones C-3
Camiones C-2
Parque vehicular unidades motrices
Parque de unidades de arrastre
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
año
mile
s d
e u
nid
ad
es
Remolque de 2 ejes R-2
Semirremolques S-3
Semirremolques S-2
Semirremolques S-1
Parque unidades de arrastre
Evolución del equipo de transporte de pasajeros
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
año
Mile
s d
e u
nid
ad
es
Servicio Exclusivo de
TurismoServicio Mixto
Servicio de 2a Clase
Servicio de 1a clase
Servicio Plus
Servicio de Primera de Lujo
Evolución del equipo de transporte
de pasajeros
Venta de vehículos pesados 1992-2012
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
año
No
de v
eh
ícu
los
Venta de vehículos pesados 1992-2012
Ventas al mayoreo de vehículos
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
45,000
2009 2010 2011 2012
año
Nú
mero
de u
nid
ad
es
Autobus
Chasis pasaje
Tractocamiones
Camiones
Ventas al mayoreo de vehículos
Pérdidas
aerodinámicas
Urbano 4-10%
Carretera 15-22%
Resistencia al
rodamiento
Urbano 8-12%
Carretera 13-16%
Tren motriz
Urbano 5-6%
Carretera 2-4%
Cargas
auxiliares
Urbano 7-8%
Carretera 1-4%
Pérdidas en el motor
Urbano 58-60%
Carretera 58-59%
Inercia/frenado
Urbano 15-20%
Carretera 0-2%
Rangos de energía perdida de acuerdo con el ciclo de trabajo del vehículo, ciclo
urbano o carretera (Ref.1)
Pérdidas de energía de acuerdo al ciclo
de trabajo urbano o carretera
Entre los principales procedimientos de pruebas se tienen las siguientes:
• Procedimiento de prueba para el consumo de combustible SAE J1321
• Procedimiento de prueba SAE J1263 Desaceleración (Coast Down)
• Procedimiento de prueba SAE J1252 Prueba en Túnel de viento
• Modelos computacionales de la dinámica de fluidos (computational fluid dynamics CFD)
Procedimiento de prueba para el
consumo de combustible
Tiempo (segundos)
V
(mph)
Procedimiento de prueba en un dinamómetro para un
vehículo pesado en ciclo urbano. Fuente: Clark et al
(2004) basado en el CFR 86, App 1 (Ref. 1)
Procedimiento de prueba en
dinamómetro para vehículo pesado
Tiempo (segundos)
Tiempo (segundos)
V
mph
V
mph
El arranque (superior) y el modo crucero (inferior) del
procedimiento de prueba para camiones diesel de servicio
pesado HHDDT. Fuente: Clark et al.,(2009) (Ref. 1)
Número de
cetano
– Número de cetano del
diesel
(ASTM 0613-05)
48 mínimo _
Índice de cetano Cálculo del índice de
cetano de
combustibles destilados
(ASTM 0976-04be1)
48 mínimo 40 mínimo
Azufre total ppm
peso
Determinación de azufre
en
productos de petróleo por
espectroscopia de rayos X
de
fluorescencia por
dispersión de
energía.
(ASTM D 4294-03)
Determinación de azufre
total
en hidrocarburos ligeros.
(ASTM D 5453-05)
500 máximo
Zona Fronteriza
Norte(5)
Enero 2007:
15 máximo
ZMVM, ZMG,
ZMM
Enero 2009:
15 máximo
Resto del País
Septiembre 2009: 15
máximo
5000
máximo
Características del diésel (Nom 086)
Tecnología % de reducción en el consumo de
combustible
Aerodinámica 3 a 15
Cargas auxiliares 1 a 2.5
Resistencia al rodamiento 4.5 a 9
Reducción del peso 2 a 5
Reducción del ralentí 5 a 9
Vehículos inteligentes 8 a 15
Rango de potencial de reducción de consumo de combustible utilizando
tecnologías en el vehículo para el periodo 2015-2020 (Ref. 1)
Rango de potencial de reducción en
el consumo de combustible
Potencial de ahorro
0
10
20
30
40
50
60
TTCaj
a
Grú
a
Cam
ión
de b
asur
a
Aut
obus
Aut
obus
forá
neo
Pick
up
Tipo de vehículo
Po
ten
cia
l d
e a
ho
rro
%
Administración
y apoyo
Hibridos
Transmisiones
Rines y llantas
Peso
Motor
Aerodinámica
Comparación de 2015 a 2020 del potencial de ahorro de combustible de
tecnologías para vehículos nuevos para 7 clases de vehículos: TT Trailer, Caja
clase 3-6, Grúas clase 3-6, Basura clase 8 ,Autobús, Autobús foráneo, Pick ups
y Vans. Fuente: TIAX (2009) (Ref.1)
Potencial de ahorro de combustible
por tipo de vehículo
Energía del combustible
100%
Calor de gases de
combustión
24%
Calor Rechazado
26%Eficiencia del ciclo
50%
Arrastre
aerodinámico 21.3%
Resistencia al
rodamiento 12.8%
Intercambio de gas
4%
Fricción
1.5%
Accesorios del
motor 2.5%
Potencia al freno
42%
Cargas auxiliares
3.7%
Pérdidas en la
transmisión 2.2%
Balance de energía para un vehículo T3–S2 (tractocamión con semirremolque)
clase 8 completamente cargado 80,000 libras (36.3 ton) (peso bruto vehicular)
y a 65 mph (104.5 km/hr) con sistema de recuperación de calor (Ref. 1)
Balance de energía para un vehículo T3-S2
Carga Potencia consumida
(Hp)
Potencia consumida en
%
Aerodinámica 114 53
Resistencia al
rodamiento
68 32
Auxiliares 20 9
Tren motriz 12 6
Frenos 0 0
TOTAL 214 100
Potencia consumida en la operación de un vehículo Clase 8 con
cabina dormitorio a 66.5 mph (106.9km/h) y 80,000 libras (36,320
kg) de peso bruto vehicular
Potencia consumida en la operación
de un vehículo clase 8
Líneas de corriente en túnel de viento con humo sin deflector en la cabina
(izquierda) y con deflector (derecha)
Efecto del deflector (“concha”) en
las líneas de corriente
En el caso de vehículos 5a rueda otras alternativas son:
•Cofres aerodinámicos
•Defensas aerodinámicas
•Carrocerías aerodinámico
•Cubiertas laterales aerodinámicas
•Extensiones de cabina
•Techos aerodinámicos
•Espejos laterales aerodinámicos
Alternativas para reducir el consumo
de combustible
Potencia requerida
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
160.00
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Velocidad (km/hr)
Po
ten
cia
en
HP
Cd = 0.65
Cd = 0.52
Crr = 6 kg/ton
Potencia requerida para vencer la resistencia aerodinámica
con un Cd de 0.65 y de 0.52 y por rozamiento (línea recta)
(Ref.1)
Efecto del coeficiente de arrastre en
la potencia requerida
Tecnología Reducción en % en
el consumo de
combustible
Mejoramiento del
Cd en %
Costo (dólares) Tasa de adopción en
la industria en
%
Deflector de cabina
para cabina de
día
4-7 13 1000-1300 Muy estándar
Cubierta para
cabina
dormitorio
7-10 15-20 500-1000 Muy estándar
Extensión de chasis 3-4 4-7 1500-2000 50-60
Extensión de cabina 2–3 4-5 300-500 80-90
Paquete de nueva
generación
3-4 6-8 2750 Introducción en
2012
Tecnologías para mejorar la aerodinámica de vehículos clase 8
Tractocamiones (Ref.1)
Tecnologías para mejorar la
aerodinámica de vehículos clase 8
Tractocamión Peterbilt tradicional modelo 389 (izquierda) y
modelo 387 2 aerodinámico (derecha)(Ref.1)
Modelo aerodinámico vs tradicional
Tecnología para el
trailer
Camisas Colas de
barco
Deflector
tipo concha
Estabiliza
dor de
vórtices
Cubierta
bogie
Rango de mejora en la
economía de
combustible (% mpg)
5.6-7.5 2.9-5 2-4 1 1
Rango de costos 1,600-
2,400
dólares
n/a 800-1,260 500 n/a
Desempeño de los componentes aerodinámicos para
el semirremolque tipo caja (Ref. 1)
Desempeño de componentes
aerodinámicos
Camisa de trailer (izquierda) y cola de barco (derecha).
Deflector tipo concha
Deflector tipo concha
Estabilizador de vórtices
Estabilizador de vórtices
Cubierta tipo bogie (Ref. 1)
Cubierta tipo bogie
Distribución de pesos de un vehículo clase 7/8 (Ref. 1)
Distribución de pesos
(17 ton) en %
19
18
1012
17
24
Carrocería (cabina,camarote,cofre,
cristales) 3,230 kg
Accesorios (baterias,sistema de
comb,escape) 3,060 kg
Llantas y rines (juego de 10 rines de
aluminio y llantas) 1,700 kg
Chasis (Escalera, ejes) 2,040
Eje direccional y suspensión (Eje
direccional, sistema de suspensión)
2,890 kgTren motriz(motor y sistema de
enfriamiento, transmisión y
accesorios) 4,080 kg
Distribución de pesos de un vehículo clase 8 (Ref.1)
Distribución de pesos en un
vehículo clase 8
5.2 Normatividad Europea
En junio de 2007 la Comunidad Europea inicio un estudio para
explorar el procedimiento de medición del consumo de
combustible y las emisiones de dióxido de carbono enfocado a
camiones. El estudio al inicio se enfocó hacia la eficiencia del motor,
con el apoyo de los fabricantes se definieron los ciclos de prueba.
En junio de 2008 el alcance del estudio se expandió hacia el total de
vehículos y el procedimiento de prueba incluía a los híbridos y la
aerodinámica de ambos el tracto y el semirremolque, capacidad de
carga, resistencia al rodamiento y todas las tecnologías aplicadas a
reducir el consumo de combustible
Normatividad para consumo de
combustible y emisiones en camiones
Como resultado del estudio y considerando lo anterior la
Asociación de Fabricantes de Automóviles Europea propone
desarrollar una metodología para evaluar la eficiencia de los
vehículos pesados, usando simulación por computadora.
Esto proveerá una herramienta común para determinar la
eficiencia de combustible y las emisiones de CO2 generadas
por los vehículos pesados.
5.3 Normatividad Japonesa
La regulación del consumo de combustible en Japón esta relacionado con el
Protocolo de Kyoto y la reducción de gases de efecto invernadero GEI. En
Japón los vehículos pesados generan el 25% de los GEI producido por las
fuentes vehiculares. Por lo cual se ha desarrollado una metodología para
medir el consumo de combustible de estos vehículos.
El estándar Top runner (corredor superior) fue establecido para los vehículos
pesados en 2006 y con un objetivo de implementación a 2015. Los fabricantes
de vehículos es la entidad regulada.
El proceso inicia con la colaboración de los fabricantes de vehículos pesados
para colectar datos sobre el vehículo y las tecnologías que pueden reducir el
consumo de combustible.
En Japón el primer enfoque es sobre las mejoras debido a cambios
tecnológicos solo en el motor en lugar de todo el vehículo y el parámetro
utilizado es km/litro con diferentes valores dados para diferentes clases de
pesos de los vehículos.
La evaluación del consumo de combustible se determina a través de
simulación en computadora sobre un ciclo urbano definido en el
procedimiento JE005 para la prueba de emisiones y un ciclo interurbano
desarrollado para la prueba de economía de combustible.
Programa de certificación voluntaria de EPA
Smartway en Estados Unidos de Norteamérica
En 2004 la Agencia de Protección al Ambiente (EPA) de Estados Unidos
de Norteamérica inicia el desarrollo e implementación del programa Smart
Way/tractor Smart Way/Trailer para ello con un esfuerzo organizado,
especifica una colección de tecnologías comunes y emergentes para
crear combinaciones tractor/trailer que tengan un mejor desempeño
ambiental considerando ambos la contaminación del aire y los gases de
efecto invernadero.
La EPA utiliza las especificaciones de esas tecnologías en el vehículo que
mejoran la eficiencia del combustible
Smart way esta limitado a vehículos nuevos de pasajeros (autos,
camiones ligeros, camionetas sport utility vehicles (suv), vehículos clase 8
nuevos con camarote, trailer de 53 pies y cajas secas)
La EPA extiende una certificación la que permite a los transportadores, y
manufactureros aplicar el logo de Smart Way en sus productos.
Estrategias Tracto
11% de reducción o mayor
Estrategias Trailer
6.5% de reducción o mayor
Cubierta del tanque de
combustible
Defensa
aerodinámica
Motor 2007 o
posterior
Perfil
aerodinámico
Parabrisas
aerodinámico
Deflector integrado a la
cabina
Equipo para reducir el ralentí
Reductores de separación entre
cabina y trailer
Llantas de baja
resistencia al
rodado
Cubiertas laterales
del trailer
Reductores de separación entre
cabina y trailer
Llantas de baja resistencia
al rodado
Cubiertas laterales
del trailer y cola de
barco
Algunas de las tecnologías aerodinámicas incluidas en el programa
de certificación de Smart Way (Ref 1)
Tecnologías aerodinámicas en el
programa Smart Way
Sistema de control de emisiones para vehículos pesados
Sistema SCR (Reducción catalítica selectiva)
El sistema SCR consta de un depósito de un líquido “azul” (AdBlue), una bomba,una unidad de inyección y un convertidor catalítico SCR. Este sistema nointerviene en la combustión dentro del motor pero si en los gases de escape.
Funciona de la siguiente manera:
• El aditivo liquido azul se inyecta en forma muy pulverizada en los gases deescape. La medida exacta garantiza la mezcla óptima para cada condición defuncionamiento.
• En el catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno tóxicos se convierten en nitrógenoy agua. El convertidor catalítico está antes del silenciador.
Sensores de temperatura
Inyector de urea
Sensor de cambio
de presión
Depósito de
AdBlue (urea)
Sensor de NOx
Sistema de reducción catalítica selectiva
El líquido azul “AdBlue” y el proceso catalítico
El líquido azul está formado por un reactivo de amoníaco (urea) y agua. El calor delsistema de escape convierte la urea en amoníaco (NH3) y dióxido de carbono (CO2).El amoníaco es la sustancia activa y el principal ingrediente del proceso continuo quetiene lugar en el convertidor catalítico del SCR.
En el proceso químico-catalítico posterior, los óxidos de nitrógeno (NOx) seconvierten en gas de nitrógeno (N2) y vapor de agua (H2O). Cualquier residuo deamoníaco se elimina en el convertidor catalítico de limpieza integrado.
El líquido azul “adBlue” y el proceso
catalítico
¿Qué puede pasar con el sistema?
• Que se coloque otro líquido que no sea el líquido azul original• Que se coloque menor cantidad de líquido azul que el mínimo necesario• Que se corte algún cable para evitar que se envíe el aviso de que falta
líquido azul
¿Cómo reacciona el sistema?
• Enviará señales de que falta el líquido azul• El motor puede reducir su potencia y por lo tanto su velocidad (30 km/h.)• Incluso puede detener la marcha de la unidad
¿Qué pasa con el sistema?
Emisiones generadas por
el Transporte
Efecto del autotransporte en la emisiones
de GEI para México
El transporte genera el 22.2% de GEI y el Autotransporte
participa con el 21.01%
http://www.inecc.gob.mx/descargas/cclimatico/inf_inegei_public_2010.pdf
http://www.inecc.gob.mx/descargas/cclimatico/inf_inegei_public_2010.pdf
http://www.inecc.gob.mx/descargas/cclimatico/inf_inegei_public_2010.pdf
Fuente: Estadísticas de Transporte de América del Norte, Inegi y SCT 2011
El Sector transporte es un importante consumidor de energía (combustibles) ygenerador de gases efecto invernadero.
La importancia del sector en la economía del país es muy relevante
La normatividad permite mejorar la eficiencia de los equipos de transporte
Se deben considerar al transporte de manera integral para encontrar mecanismosque permitan hacerlo más eficiente en el consumo de combustible y reducir suimpacto en las emisiones
Para ello se deben considerar los siguientes factores:
•Disponibilidad de combustible de ultrabajo contenido de azufre (alrededorde 15 ppm)•Líquidos necesarios para el control de la emisión de óxidos de nitrógenoNOx (AD blue) distribución del producto al usuario•Capacitación del personal que manejarán las nuevas tecnologías
Conclusiones y recomendaciones
. •Incremento en el precio de venta de las unidades por la implementaciónde mejoras tecnológicas•Falta de esquemas de financiamiento para los llamados hombres-camión•La entrada de vehículos importados de menor costo que los vehículos delmismo modelo pero nacionales,•El precio del combustible impacta de manera crítica en los costos detransportación y esto repercute en los costos de los bienes y servicios, Unincremento en el precio de los combustibles genera un efecto de inflación
Conclusiones y recomendaciones
