constructia echipamentelor pentru masurarea emisiilor poluante la mas

Controlul i Reducerea Polurii LUCRAREA - 01

CONSTRUCIA ECHIPAMENTELOR PENTRU MSURAREA EMISIILOR POLUANTE LA MAS

1. Scopul lucrrii:

- cunoaterea principiilor i metodelor uzuale utilizate n construcia echipamentelor de msurare a emisiilor poluante la MAS; - prezentarea din punct de vedere constructiv a analizorului de gaze AGS 688; - prezentarea anexelor analizorului; - prezentarea softului Pit1WIN.

2. Modalitile de evaluare a emisiilor poluante produse de motoarele cu ardere intern poate

fi clasificat dup urmtoarele criterii [19]: a) metode de evaluare bazate pe principii teoretice (stoichiometrice) plecnd de la caracteristicile fundamentale ale m.a.i. i faptul c masa sau volumul de oxigen, respectiv aer, necesare arderii sunt suficiente pentru o ardere complet a combustibilului; b) metode de evaluarea experimental clasificate i ele n urmtoarele categorii:

metode de evaluarea pe baza ciclurilor de testare n condiii de simulator; metode de evaluarea direct prin msurarea emisiilor poluante n diferite condiii de funcionare (sunt n general ncercri care decurg simultan cu trasarea unor caracteristici fundamentale (caracteristica de turaie, caracteristica de sarcin, etc.)

c) metode de evaluarea estimativ prin extrapolarea efectului simultan al diferitelor categorii de autovehicule din punct de vedere al creterii emisiilor globale (se utilizeaz mai ales pentru monitorizarea efectului transporturilor n mediul urban).

Principalele modaliti de evaluare direct a emisiilor poluante sunt: pentru CO i CO2: NDIR detecia nedispersiv n infrarou (Non-Dispersive Infrared

Detector), figura 1. pentru NOx: cromatografia n gaz prin detecia pe baza fenomenului de chemiluminescen cu

ajutorul detectorului CND (Chemiluminiscence Nitrogen Detector), figura 2. pentru HC i SO2: cromatografia n gaze prin detecia cu ionizare n flacr cu ajutorul

detectorului FID (Flame Ionisation Detector), figura 3.

1.Surs c.c.; 2.Amplificator; 3.Stabilizator; 4.Camer detecie; 5.Diafragm metalic; 6.Trimmer;

7.Proba; 8.Celul analiz; 9.Celul referin; 10.Filtre; 11.Monocromator; 12.Surs IR

Fig.1: Detecia nedispersiv n IR


1.Pomp vid; 2.Filtru; 3.Referin; 4.Regulator; 5.Filtru; 6.Aer pur; 7.Oxigen; 8.Generator O3; 9.Tuburi capilare; 10.Camer reacie; 11.Filtru optic; 12.Fotodiod; 13.Amplificator; 14.Scal;

15.Gaze de evacuare; 16.Convertor.

Fig.2: Detecia NOx prin chemiluminiscen cu ajutorul detectorului CND.

1. Afiaj; 2. Cuptor; 3. Evacuare prob; 4. H2; 5. Aer fr HC; 6. Aer de calibrare(pur); 7. Prob.

Fig.3: Detecia HC i/sau SO2 cu ajutorul detectorului FID.

3. Noiuni de teorie privind geneza i emisia de gaze la MAS Principalele emisii poluante ale MAS sunt: hidrocarburile nearse: monoxidul de carbon CO i dioxidul de carbon CO2; oxizii de azot NOx.

Geneza hidrocarburilor Prezena hidrocarburilor n gazele de evacuare este o consecin a arderii incomplete a benzinei datorat ntreruperii/stingerii propagrii flcrii n amestec, respectiv de stingere a reaciilor de ardere/oxidare. Acest proces este de dou tipuri: stingerea flcrii la perete (depresiuni mici-sarcini reduse); stingerea flcrii n masa gazelor (derpresiuni mari-sarcini mari).

Hidrocarburile nearse se pot regsi n gazele de evacuare i n urmtoarele situaii: n situaia n care nu are loc declanarea scnteii;


n situaia n care declanarea scnteii nu este succedat sau este succedat cu ntrziere mare

de apariia nucleului de flacr. pot proveni din spaiile nguste i mai reci unde apare un fenomen de condensare: cel mai important este cel inelar format ntre piston, cilindru i primul segment de compresie; la acesta se adaug spaiul din jurul electrodului central al bujiei, dintre bujie i locaul su

din chiulas, volumul cuprins ntre blocul cilindrilor i chiulas. se pot forma prin procesul de absorbie i desorbie n/din particulele de ulei i depozitele

solide-aceastea realizeaz o absorbie a hidrocarburilor n perioada de comprimare i o eliberare a acestora dup terminarea arderii.

Reacii specifice formrii hidrocarburilor, exemplificarea s-a fcut cu ajutorul propanului C3H8: reacia general a arderii combustibilului n prezena aerului(reacie exoterm);

combustibil + oxigen caldura + H

2 + CO

2

(1)

C x H y + ( x + y )O

4 2

xCO2 + (

y )H O

2 2

(2)

C

3 H

8 + 5O

2 3CO

2 + 4H

2O

(3) reacia n prezena oxigenului i azotului din aerul atmosferic;

combustibil + aer atm. caldura + H

2O + CO

2 + N

2

(4)

y y y y

C x H y + ( x + x )O

2 + 3,76( x +

4 )N

2 xCO

2 + (

2 )H

2O + 3,76( x +

4 )N

2

(5)

C 3 H

8 + 5O

2 + 18,8N

2 3CO

2 + 4H

2O + 18,8N

2

(6) Geneza monoxidului de carbon Prezena acestuia n gazele de evacuare are ca principal cauz insuficiena oxigenului din amestec, rezultnd astfel o ardere incomplet. n cazul amestecurilor bogate concentraia acestui poluant va fi mai mare cu circa 3,5% la fiecare scdere a coeficientului de exces cu 0,1 uniti. Apariia monoxidului de carbon n cazul arderii amestecurilor srace, chiar dac prezena acestuia se face simit n concentraii mici, are o explicaie mai complex datorat neomogenitii termice i chimice a gazelor din motor.

Reacii specifice formrii monoxidului de carbon: odat cu derularea procesului de ardere are loc i procesul de formare a compuilor de ardere, care beneficiaz de condiii distincte, rezultnd patru ci de formare a CO, astfel: reaciile de oxidare au loc n condiii de insuficien a oxigenului;

C + 1 O CO

2 2

(7)

apar reaciile de disociere a dioxidului de carbon la depirea unui prag de temperatur n procesul de ardere:

CO2

CO + 1

2 O2

(8)


reacia endoterm care are loc ntre carbon i moleculele de ap n stare gazoas:

H

2O + C H

2 + CO

reacia endoterm a compuilor pe baz de carbon n prezena apei n stare gazoas:

CO + H2O CO

2 + H

2

(9)

(10)

Reacia (10) este mai evident n procesul de destindere i duce la modificarea concentraiei de CO din gazele de evacuare. Geneza oxizilor de azot Oxizii de azot se formeaz din azotul existent n aer i din azotul coninut de unii combustibili. n general combustibilii utilizai au o concentraie mic de compui cu azot. Oxidul de azot se poate forma cnd are loc arderea combustibililor din cauza oxidrii moleculei de azot la temperatur mare. Formarea oxidului de azot din azotul atmosferic decurge dup reacia general:

N2 + O2 2NO (11)

Aceast reacie este puternic endoterm, avnd entalpia liber H=90,4 KJ/mol. De aceea concentraia NO este mare, la echilibru, doar la temperaturi foarte mari, cnd reacia poate fi stoechiometric. Cantitatea de NO format scade marcant cu scderea temperaturii la care are loc combustia. Pe de alt parte, viteza reaciei de formare a NO este foarte mic, n urma reaciei directe dintre azot i oxigen molecular.

Reacia este ns mai complex, n mecanismul reaciei intervenind radicali de oxigen formai n flacr prin disocierea moleculelor de oxigen. Se declaneaz o serie de reacii (12, 13, 14) iniiate prin mecanism radicalic, descrise n anul 1947 de ctre Yakov Borisovich Zel'dovich:

N2 + O < +1 > NO + N (12) 1

N + O2 < +2 > NO + O (13) 2

Concentraia oxigenului este mai mic n cazul n care combustia are loc n condiii de exces de combustibil, reacia de formare a oxidului de azot derulndu-se dup reacia (12) apropiat condiiilor arderii din MAS

Reacia (13) joac un rol mai mic dect n cazul combustiei n condiii de exces de aer, specifice MAC. Un rol important l are i reacia (14) cu radicalii hidroxil, care se pot de asemenea forma la temperaturi mari n camera de combustie:

N + OH < +3 > NO + H (14) 3

4. Echipamente i aparatura utilizat: analizorul de gaze AGS 688; surs de curent i magistral de date OmniBUS PSI-050-USB; turometrul cu senzor de turaie i temperatur MGT-300; unitate PC/laptop cu software Pit1WIN.


4.1. Descriere general

AGS-688 este un analizor de gaze utilizat la determinarea diferitelor concentraii ale emisiilor poluante coninute n gazele de eapament ale motoarelor cu aprindere prin scnteie. Aparatul poate fi utilizat att pentru controlul emisiilor n timpul inspeciilor obligatorii, ct i pentru simpla ntreinere sau reparare a vehiculelor.

Cu ajutorul unei tastaturi intuitive, utilizatorul are acces la toate funciile analizorului i poate efectua de la teste cu msurare liber pn la teste conform reglementrilor naionale. Afiajul aparatului este compus din 6 uniti de afiare cu cristale lichide i fundal iluminat, n care sunt vizualizate valorile referitoare la testele n curs. La finalul operaiilor de analiz, este posibil fie imprimarea direct a rezultatelor testului, fie transmiterea acestora ctre un computer conectat la echipament. 4.2. Vedere frontal a analizorului de gaze AGS 688 (figura 4)

1. IMPRIMANT TERMIC CU 24 DE COLOANE 2. PANOU DE COMAND CU 13 BUTOANE 3. AFIAJ LCD CU FUNDAL ILUMINAT

Fig. 4. Vedere frontal a analizorului de gaze AGS 688.

4.3. Vedere din spate a analizorului de gaze AGS 688 (figura 5)

Fig. 5. Vedere din spate a analizorului de gaze AGS 688.


1. INTRARE SOND TEMPERATUR ULEI ST-050 2. INTRARE SENZOR ROTAII MOTOR CPI-030 3. PORT SERIAL DE COMUNICAIE RS-232 4. PORT DE COMUNICAIE USB (SLAVE) 5. PORT DE COMUNICAIE RS-485 omniBUS I SURS DE ALIMENTARE 12Vcc 6. INTRARE SURS DE ALIMENTARE AUXILIAR 12Vcc 7. GRUP PNEUMATIC 8. ETICHET CARACTERISTICI

4.4. Detalii grup pneumatic a analizorului de gaze AGS 688 (figura 6)

Fig. 6. Detalii grup pneumatic a analizorului de gaze AGS 688.

1. IEIRE AP CONDENSAT 2. INTRARE GAZ 3. IEIRE GAZ 4. FILTRU HIDROCARBURI ACTIVE PENTRU INTRARE AER AUTOZERO 5. INTRARE RECIPIENT DE CALIBRARE 6. FILTRU CIRCUIT GAZ 7. FILTRU CIRCUIT AP 8. GRUP SEPARATOR CONDENSAT PENTRU CONTAINER 9. FILTRU COALESCENT 10. FILTRU REEA (INTERIOR) 11. SENZOR O2 12. CARCAS SENZOR NOX (OPIONAL)


4.5 Panoul de comand

1. BUTON MANUAL AUTOZERO 2. COMUTATOR VIZUALIZARE LAMBDA / NOX 3. BUTON CONFIGURARE PARAMETRI DE TESTAT (SET) 4. DERULARE VERTICAL 5. DERULARE ORIZONTAL 6. BUTON ENTER 7. DERULARE ORIZONTAL 8. BUTON ON / OFF 9. BUTON NAPOI LA MENIUL PRINCIPAL 10. BUTON IMPRIMARE RAPORT 11. COMUTATOR VIZUALIZARE ROTAII / TEMPERATUR 12. FUNCIE EXIT SAU BUTON NAPOI LA MENIUL PRECEDENT 13. DERULARE VERTICAL

4.6. Accesorii

SOND CALIBRAT PETRU PRELEVARE GAZ

FURTUN SOND PRELEVARE

FURTUN EVACUARE CONDENS


FILTRU SOND PRELEVARE

SENZOR O2 FURTUN EVACUARE PROBA DE GAZE

4.7. Caracteristici tehnice Domenii de msur:

Parametrul Scal Unitate Rezoluie CO 0 - 9.99 % vol. 0,01 CO2 0 - 19.9 % vol. 0,1 HC hexan 0 - 9999 PPM vol. 1 O2 0 - 25 % vol. 0.01 NOx 0 - 5000 PPM vol. 10 Lambda 0.5 - 5.0 0,001 Rotaii motor 300 - 9990 min-1 10 Temp. ulei 20 - 150 C 1

Volum total aspirat pentru o prob gaze de evacuare 4 l/min; Evacuare continu automat a condensului din prob; Test de scurgeri semi-automat zilnic cu nchidere manual a sondei de prelevare gaz; Control automat debit; Monitorizare automat cu senzor a O2 evacuat; Compensare automat a presiunii mediului de la 85,0 pn la 106,0 kPa; Calibrare automat (cu recipient pentru mostr de gaz); Auto-zero automat i semi-automat; Durat de nclzire pn la 20C maxim 10 minute; Durat de rspuns CO, CO2, i HC < 15 sec.; Recepie impuls contor de rotaii prin cablu sau sistem radio fr fir; Intrare temperatur ulei pentru PT100, sau prin sistem radio fr fir; Conexiuni seriale: PC USB B (mod slave); PC RS 232 ; reea PC RS485; Vizualizare prin afiaje LCD digital alfanumeric cu fundal luminat; Imprimant termic integrat cu 24 de coloane; Surs de alimentare tipic 12 Vcc (11 15 Vcc); Consum de energie electric 1,5Acc (3A n timpul listrii); Temperatur de funcionare de la 5 la 40 C; Umiditate relativ 10 95 %; Temperatur de depozitare -20 60 C; Dimensiuni 434X190X291 mm; Greutate 5 Kg.


4.8. Conectarea accesoriilor standard pentru prelevarea probelor

Conectai sonda de prelevare pentru gaz la eava corespunztoare, innd filtrul de plastic cu sgeata orientat ca n figur. Conectai eava sondei de prelevare la intrarea de gaz a analizorului. Conectai furtunurile de evacuare la ieirea de condens i ieirea de evacuare a gazlor arse la ieirea de gaze a analizorului.

4.9. Conectarea accesoriilor externe

Conexiune Accesoriu extern 1. Sond temperatur motor ST-050

2. Sond rotaii motor CPI-030/ Cablu IF-021 cu conexiune serial MTG-300/ Cablu BT-020 pentru conexiune BT-100 cu MGT-300 BLUE

3. Conexiune PC cu cablu serial IF-030 (2 m) 4. Conectori A-B cu cablu USB 1,8 m)

5. Surs de alimentare extern 150W cu conector omniBUS cu cablu OMNI-060 (6 m) sau OMNI-050 (2,5 m)

6. Surs de alimentare extern 40W cu priz


Concentratia COcor [%

Vol]

5. Mersul lucrrii se conecteaz analizorul de gaze AGS 688 la sursa OmniBUS PSI-050-USB i laptop; se iniializeaz sistemul i se introduc datele de identificare ale autovehiculului; se nclzete analizorul de gaze i se autocalibreaz; se conecteaz turometrul cu senzor de turaie i temperatur MGT-300 la motor; se conecteaz sonda de prelevare a probelor de gaze la analizor; se fac simulri de efectuare a determinrilor; se noteaz seturile de date salvate de analizorul de gaze conform tabelului de mai jos;

Concentraie emisii poluante i coeficientul de exces de aer Nr. crt.

Turaie motor

[rot*min-1]

Temp. ulei [oC]

CO [%Vol]

COcor [%Vol]

CO2 [%Vol]

HC [ppmVol]

O2 [%Vol]

NO [ppmVol]

[ua] 1. 2. 3.

n.

se vor trasa graficele pentru fiecare set de date i poluant conform graficului alturat.

Concentratie COcor functie de turatie

0.31

0.29

0.3

0.27 0.27

0.25

0.23 0.23

0.21

0.19

Concentratie COcor

0.2

0.19

0.17

800 1000 1500 2000 2500

Turatie motor [rot/min]

Fig. X. Variaia poluant n funcie de turatia motorului.

6. Verificarea cunotinelor.

constructia echipamentelor pentru masurarea emisiilor poluante la mas

Documents