Size and Composition Distributions of Particulate

Matter Emissions Part 2—Heavy-Duty Diesel Vehicles

Michael A. Robert and Michael J. Kleeman Department of Civil and Environmental Engineering, University of California–Davis, Davis, CAChristopher A. Jakober Department of Environmental Toxicology, University of California–Davis, Davis, CA

ISSN:1047-3289 J. Air & Waste Manage. Assoc. 57:1429–1438DOI:10.3155/1047-3289.57.12.1429

December, 2007

Universidad de ChilePrograma Inter-FacultadesMagister en Gestión y Planificación Ambiental

Química de la AtmósferaProfesora: Margarita Préndez

Alumno: Sergio Ibarra

Abstract

●Se tomaron muestras de camiones pesados adiesel (Heavy-duty diesel vehicles; HDDVs) con dinamómetro de chasis usando muestreadores con filtros, impactadores de cascada y Escaneo de tamaño de partículas de movilidad (Scanning mobility particle size;SMPS).●4 camiones con ciclo de 5 modos, pesos de 56.000 lb a 66.000 lb (25.401t -29.937 t)●Análisis Partículas tubo de escape: Carbono Total (CT), Carbono Elemental (CE), Materia Orgánica (MO), iones solubles en agua (ISA).

Abstract

●Emisiones MP1.8= 181-581 mg/km●Emisiones MP0.1= 25-72 mg/km.●Mayor emisión de partículas finas y ultrafinas en camiones viejos, con mayor CE/MO que los camiones nuevos.●Modo transient (Transitorio) mayor CE/MO, y modo idle (ocioso) y creep (arrastre) menos CE/MO.●ISA: Ca mas abundante , luego Mg, Na, NH4, y sulfato.●Peaks MP: 100-180 nm.●Peaks MP Ocioso y Arrastre: nuevos = 70 nm, viejos = 100 nm.●A mayor carga, menor MO y menor tamaño CE. A mayor carga, y mismo peso, + 22% MP0.1 EC, y - .38% MO

Definiciones

● Carbon elemental (CE, Elemental Carbon EC, o black carbon BC): este aerosol incluye material que absorve la luz y se piensa que origina forzamientos radiativos positivos. A temperaturas elevadas se combina con el oxígeno para formar monóxido o dióxido de carbono. Con agentes oxidantes calientes, como ácido nítrico y nitrato de potasio, se obtiene ácido melítico C6(CO2H)6. De los halógenos sólo el flúor reacciona con el carbono elemental. Un gran número de metales se combinan con el elemento a temperaturas elevadas para formar carburos.

● Materia Orgánica (MO): primario o secundario, biog´penico o antropogénico, o derivado de la oxidación de Compuestos Orgánicos Volátiles. La MO influye en el campo de la radiación atmosférica tanto por dispersión y absorción.

● Read more:● http://www.lenntech.es/periodica/elementos/c.htm#ixzz1gWULicb2● http://en.wikipedia.org/wiki/Particulates

Introducción

● Es importante cuantificar el impacto de partículas de vehículos a diesel.

● Efectos en Morbilidad y Mortalidad.● Compuestos mutagénicos y

carcinogénicos.● Se piensa que motores a diesel es la

principal fuente de CE, nivel urbano y global.

● El PM del diesel reduce la visibilidad y afecta el balance radiativo de la atmósfera.

● A chassis dynamometer measures power delivered to the surface of the "drive roller" by the drive wheels. The vehicle is often parked on the roller or rollers, which the car then turns and the output is measured.

Universidad de Chilehttp://www.etclab.com/Chassis-Dynamometer-Testing.asp

Medición de emisiones - Chassis dynamometer

● A chassis dynamometer is used to simulate driving on a road inside a laboratory under controlled conditions. The vehicle is driven on rolls, while a dynamometer simulates the inertia of the vehicle as well as the drag and friction on the vehicle (known as "road load").

● Chassis dynamometer testing allows a better assessment of the benefits of new fuels and vehicle technologies, and is absolutely essential to assessing the performance of heavy hybrid trucks and buses.

● Chassis (Emissions) Dynamometer: A special chassis dynamometer used for emission testing. It is calibrated to accommodate weights of various vehicles, referred to as “inertia weight” categories. The dynamometer is also calibrated for various road load horsepower (RLHP) settings to simulate the amount of horsepower required to move the vehicle over a level road surface at 50 miles per.

Universidad de Chile http://www.etclab.com/Chassis-Dynamometer-Testing.asp

Medición de emisiones - Chassis dynamometer

Introducción

● Como camiones son muy grandes para la mayoría de los dinamómetro de chasis, se usan ciclos de conducción simplificados.

● Los estudios de túneles tampoco capturan completamente los ciclos de conducción.

● No hay método perfecto, por lo que en este estudio se presenta uno combinado

Introducción - Propósito

● Reprotar las distribuciones de los tamaños y composición del MP emitido por HDDVs mediedno con dinamómetro de chasis con mnuestreo por dilución, impactadores de cascada y escaneo de tamaño de partículas de movilidad.

● Se reportaron 6 fracciones de tamañoentre 0.056-1.8 um.

● Partículas ultrafinas 56-100 nm, MP0.1, con MOUDI (Micro Orifice Uniform Deposit Impactor).

● Partículas finas con RAAS (Reference Ambient Air Quality Sampler filters).

frmOMNITM Ambient Air Sampler (Filter Reference Method)

The frmOMNITM provides a flexible, low cost solution for TSP, PM 10, PM 2.5, PM 1 and Lead Monitoring

MOUDImicro-orifice uniform deposit impactor

http://www.ev.ncu.edu.tw/aql/English/Facilities/tabid/571/Default.aspx

http://www.bgiusa.com/aam/frmomni.htm

Filtros de Teflón y Cuarzo

Métodos experimentales

●Emisiones de MP de HDDVs se tomaron en West Virginia University (WVU) entre Junio y Julio del 2003.

● Los vehículos no tenían sistemas de reducción de emisiones adicionales. Ciclo: California Air Resources Borad (CARB) Heavy Heavy-Duty Diesel Truck (HHDDT): ● 1 idle (ocioso), ● 2 creep (arrastre), ● 3 transient (Transitorio) ● 4, velocidad baja crucero, y ● 5 velocidad alta crucero

● Teóricamente el combustible es 10% aromáticos, y 500 ppm Azufre, sin embargo en realidad es 19-20 % aromáticos y 150-200 ppm Azufre (año 2003 en California).

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Métodos experimentales

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Métodos experimentales

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Métodos experimentales

● Se colectaron las muestras de MP luego de dos diluciones.

● La dilución primaria fue a volumen completo constante mezclando las emisiones con el aire ambiental pre calentado con el filtro HEPA para remover partículas.

● La dilución secundaria fue precalentada usando carbón activado y un filtro HEPA.

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Métodos experimentales

● High-Efficiency Particulate Air or HEPA

● An air filter must remove 99.97% of all particles greater than 0.3 micrometer from the air that passes through

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Filtro HEPA

http://en.wikipedia.org/wiki/HEPA

● MP con MOUDIS, RAAS, con filtros de teflón, cuarzo y papel de los substratos (foil substrates)

● MP contínuo con SMPS (modelo 3080, 3081, CPC Model 3025ª)

● Muestras gravimétricas, carbonáceas y especies iónicas con (Part 1).

● CE con Carbon Aerosol Analysis Lab Instrument (Sunset Laboratories) con protocolo 5040 de National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)

● Se multiplicó por 1.4 el carbón orgánico (CO) para obtener materia orgánica (MO)

● Los iones solubles en agua fuieron medidos con cromatografía (DX-600).

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Métodos experimentales

Resultados y Discución

●

●Las distribuciones de MP por tamaño fueron construidas como la suma de CE y MO en las etapas MOUDI.●El máximo de tres co-localizados mediciones Moudi en cada fracción de tamaño se utiliza para representar el tamaño de los datos más exactos de distribución bajo el supuesto de que el rebote de partículas fue el artefacto colección dominante y que las partículas que rebotan en una etapa superior será recogido por elpostfiltro Moudi .●Entonces, el 64% de las masas etapa de reconstrucción Moudi cayó dentro de los respectivos límites de error de datos gravimétricos (1 desviación estándar), el 81% se encontraba dentro de 2 desviaciones estándar

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Resultados y Discusión

La alta correlación entre las mediciones colocadas MOUDI y los muestreos RAAS mejora la confianza de la precisión de las mediciones

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Resultados y DiscusiónMPF 183-581 mg/kmMPUF 24-72 mg/km Emisiones son funciones de tecnología del motorEmisiones idle/creep mayores que ciclo HHDDT Debido a la menor distancia recorrida en estos modos CARGA: de 55.000 lb a 66.000 lb-6% MPUF, -5% MPF+22% MPUF CE-2% MPF CE+38% MPUF MO-7% MPF MOa + carga, cambia diámetro partículas

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Resultados y Discusión● Razon CE/MO MPUF Idle/Creep= 2.72● Razon CE/MO MPF Idle/Creep= 1.63● Razon CE/MO MPUF Promedio= 0.57● Razon CE/MO MPF Promedio= 0.34● Alander et al, CE/MO = 0.64-1.61● CE/MO Vehículos diesel inyección indirecta =

1.06-2.63● CE/MO Vehículos diesel inyección directa =

2.86-6.25

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Resultados y DiscusiónDistribución de la masa de partículas SMPS escalada y sobrepuesta sobre la reconstrucción MOUDI de las distribuciones de masa en el rango de partículas ultrafinas Mediciones SMPS fueron escaladas por que SMPS mide el n° de partículas en función del diámetro de movilidad eléctrico, en cambio MOUDI mide el diámetro de la parícula en función del diámetro aerodinámico

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Resultados y Discusión

Coker et al, MP HDDV crucero = 81 mg/km MP HDDV Idle/Creep = 588 mg/kmShah et al, MP HDDV crucero = 134 mg/km MP HDDV Idle/Creep = 635 mg/km

MP HDDV sin Iddle/Creep = 299 mg/kmMP Idle/Creep = 1486 mg/kmsimilar a Coker et al y Shah et al

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Distribución de las composiciones de iones solubles en agua Na, NH3, Mg, Ca y sulfato Barra representa límite de detección del equipo Gráfico incluye comparación con muestreos MOUDI y RAAS Los paneles que faltan no cumplieron calidad

Ca el mas abundanteCa en lubricante reduce acidificación

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Resultados y Discusión

Emisiones de MPUF como función del tiempo para HDDT. Consumo de combustible se calculó de los datos de CO2 consumido La mayor parte de MPUF se emitió en modos transiente y crucero. La mayor masa por kilómetro se emitió en Creep, luego transiente, crucero lento y crucero rápido La mayor emisión por combustible se emitió en transiente

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Distribución del tamaño de MPUF durante IDDLE (5a), CREEP (5b), Transiente y crucero (5c). Vehículos viejos emiten mas MP que nuevos. Peak a 70 nm en Idle y Creep.

Conclusiones

● ●Las mediciones con dinamómetro de chasis a HDDV en idle/creep y HDDT revela importantes tendencias en emisiones.●La mayor parte de las emisiones es carbonaceo.●En HDDT las emisiones fueron dominadas por por CE, y en Idle/Creep MO●El peak en la distribución se dió entre 100 y 180 nm●Aumentar la carga no aumenta MP, pero si aumenta CE con diámetros mas pequeños.●Ca abundante●MP: mg/seg +transiente-crucero. mg/kg + creep. mg/lt +transiente●Número pequeño de muestra para amplias conclusiones●Se necesitan mas tests