CDA AUTOMOTORS QUILICHAO S.A.S
Brayan Danilo Chingal Arroyo
Jhon Jairo Josa Largo
Miguel Antonio Lozano Achipis
AMPLIACIÓN DE LAS VERIFICACIONES EN PRUEBAS DE OPACIDAD
1. CONCEPTOS BASICOS
2.3 Densidad del humo (K) (conocida también como “Coeficiente de extinción
de luz” o “Coeficiente de absorción de luz”). Es la capacidad de una corriente de
humo o del humo de una muestra para oscurecer la luz. A partir de la ley de BeerLambert:
K = - (1/L) ln (1 - N/100)
en donde
K = densidad del humo m-1
L = longitud de trayectoria óptica efectiva en m (LTOE)
N = %opacidad
2.11 Ley de Beer-Lambert. Expresión matemática que relaciona la opacidad de una
columna de humo, con la longitud de trayectoria óptica efectiva (LTOE) y el coeficiente
de extinción de luz específico del humo.
T=e(-kL)
N = 100 (1- e(-kL))
N = 100 (1- T)
en donde:
T = transmitancia
N = opacidad
L = LTOE
En esta relación matemática la opacidad N se interpreta como el porcentaje de luz que
la columna de humo con longitud L, es capaz de obstruir, cuando el humo presenta un
coeficiente de extinción de luz k.
2.29 Transmitancia (T). Es la fracción de luz, que, al ser trasmitida desde una
fuente a través de una trayectoria obstruida por humo, llega al receptor del
instrumento de medida.
T = luz transmitida / luz enviada
T=e(-kL)
2. RELACIONES MATEMATICAS
La ley de Beer-Lambert así presentada es utilizada como una corrección de los valores
medidos de opacidad obtenidos en cada uno de los cuatro (4) ciclos en una prueba
unitaria de aceleración, resultados que finalmente son reportados en el FUR.
𝐿𝑠
⁄𝐿
𝑚
𝑁𝑚
𝑁𝑠 = 100 ∗ (1 − (1 −
)
100
)
Para opacímetros de flujo parcial, Lm es una constante que depende del diseño y la
longitud de la celda de medida del instrumento y del sistema de purga de aire. Se
recomienda consultar los datos de especificación provistos por el fabricante del medidor
para determinar el valor adecuado de Lm.
Deducción de la fórmula: Considerando que (m) Se refiere a la condición medida y (s)
Se refiere a los valores corregidos en una condición estándar. Al relacionar las
expresiones matemáticas 2.3 y 2.11 se tiene:
2.1 PASOS PARA EL REPORTE DE RESULTADOS DE OPACIDAD
La conversión de los valores medidos de opacidad a las unidades de reporte apropiadas
es un proceso de dos pasos:
a)
Como la unidad de medida básica de todos los medidores de humo es la
transmitancia, el primer paso en todos los casos es convertir la transmitancia (T) en
opacidad a la longitud de trayectoria óptica efectiva medida (Nm).
b) El segundo paso del proceso consiste en reportar los resultados de ensayo en
unidades de opacidad, para convertir la opacidad en la longitud de trayectoria óptica
efectiva medida en opacidad en la longitud de trayectoria óptica efectiva estándar.
En caso de que las longitudes de trayectoria óptica efectiva medida y estándar sean
idénticas, Ns es igual a Nm y no se requiere este paso de conversión secundario.
2.2 APLICACIÓN DE FORMULAS
Si se utiliza el diámetro de tubo de escape como Longitud de Trayectoria Óptica Efectiva
Estándar Ls
Los resultados de Opacidad presentados a continúan corresponden a un vehículo modelo
2012 con Diámetro Externo de tubo de escape Ls=48mm=0.048m (APROX. 1.88 Pulg.).
CASO 1. Si consideramos el LTOE del equipo Lm=200mm=0.2m y el valor del ciclo 2
(Ns)=31.9 podemos obtener el valor Nm sin corrección.
𝐿𝑚
⁄𝐿
𝑆
𝑁𝑠
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (1 −
)
100
)
0.2⁄
0.048
31.90
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (1 −
)
100
)
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (0.681)4.16 )
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − 0.201)
𝑁𝑚 = 100 ∗ (0.798)
𝑁𝑚 = 79.8% medidos en la recamara
Ns = 31.9% corregido para el Diámetro del tubo de escape
CASO 2. Si consideráramos un Diámetro Externo de tubo de escape mayor, por ejemplo:
Ls=152mm=0.152m (APROX. 6 Pulg.) obtenemos:
0.2
31,90 ⁄0,152
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (1 −
)
)
100
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (0.681)1.31 )
𝑁𝑚 = 100 ∗ (0.396)
𝑁𝑚 = 39.6% medido en la recamara
Ns = 31.9% corregido para el Diámetro del tubo de escape
CASO 3. Si consideráramos el mismo Diámetro Externo de tubo de escape
LS=152mm=0.152m (APROX. 6 Pulg.), pero con una LTOE de Lm=430 mm =0.43m
obtenemos:
0.43⁄
0,152
31,90
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (1 −
)
100
)
𝑁𝑚 = 100 ∗ (1 − (0.681)2.82 )
𝑁𝑚 = 100 ∗ (0.662)
𝑁𝑚 = 66.2% medido en la recamara
Ns = 31.9% corregido para el Diámetro del tubo de escape
a) Al comparar los casos 1 y 2 concluimos que: el mayor valor de opacidad medida Nm
corresponde al diámetro menor de tubo de escape.
b) De los casos 1 y 2 se concluye que entre mayor sea el diámetro del tubo de escape
(más cercano al LTOE de la recamara) los valores de Nm y Ns se aproximan entre si.
c) Al comparar los casos 2 y 3 concluimos que: el mayor valor de opacidad medida Nm
corresponde al equipo opacímetro con LTOE mayor.
3. CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PRUEBA DE OPACIDAD
3.1 VALIDACION DE LA RELACION DE BEER LAMBERT
Para efectuar la validación de este cálculo se debe emplear un lente de densidad neutra
de opacidad conocida y calibrado el cual deberá ser introducido en el opacímetro cuando
el software solicite introducir la sonda en el tubo de escape para efectuar el ciclo de
aceleraciones correspondiente. En la interface del software cuando solicita el diámetro
del tubo de escape se debe ingresar preferiblemente el valor de 200 mm (0.20 m), esto
con el fin de que en la fórmula del cálculo la fracción Ls/Lm quede reducida a 1, ya que
el LTOE del equipo es de 200 mm (0.20 m). Con esos parámetros el resultado Ns será
el mismo valor Nm (valor de opacidad conocida del lente). Se relaciona a continuación
el video y el resultado obtenido en el FUR.
Para esta validación se utilizó un lente de densidad neutra de 15.8% de opacidad
3.2 VALIDACION DE LA DESVIACIÓN DEL CERO
para validar que el sistema ejecuta a) las tres pruebas unitarias de aceleración
consecutivas y b) la prueba de opacidad es abortada al presentarse una desviación que
excede el +/- 2%. Se debe:
Ejecutar todo el procedimiento descrito para estimar la corrección de Beer Lambert
con la diferencia que cuando el equipo ejecute la comprobación de desviación del
cero no se retirara el filtro o se adicionara uno de mayor opacidad con el fin de que
este tome lectura de una desviación del cero superior al 2%.
Este procedimiento se ejecutará tres veces (3 pruebas unitarias de aceleración) y
terminada la última prueba deberá ser abortada por posibles anomalías del
opacímetro.
NOTAS: al finalizar una prueba de aceleración unitaria, el banco procede a ser una
validación de la desviación del cero que no puede ser superior a +/- 2%. La validación
se realiza con la sonda fuera del tubo de escape, con el fin de determinar el grado de
contaminación remanente no expulsada de la recámara de medición. Si supera el +/2% el software abortará la prueba y pedirá una prueba de verificación con lentes de
densidad neutra. Posteriormente, el software solicitará nuevamente la prueba de
aceleración unitaria. El número de pruebas máximas de aceleración que se puede realizar
son 3 ciclos de 4 aceleraciones. Culminados estos tres ciclos se darán por terminadas las
pruebas y en el FUR aparecerá: Prueba abortada – falla del equipo.
El FUR no reporta valores de opacidad y emite un mensaje de falla en el equipo
3.3 DIFERENCIA ARITMETICA
Para validar que el sistema ejecuta a) las tres pruebas unitarias de aceleración
consecutivas y b) emite el concepto de rechazo al presentarse una diferencia mayor al
5% entre el valor mayor y menor de opacidad de las últimas 3 aceleraciones (para un
LTOE de 200 mm). Se deben:
En la interface del software cuando solicita el diámetro del tubo de escape se debe
ingresar preferiblemente el valor de 200 mm (0.20 m), por las razones anteriormente
expuestas.
Realizar las pruebas unitarias de aceleración en el opacímetro introduciendo los tres
filtros de densidad disponibles de 15.1%; 28.8% y 40.8% de manera aleatoria
conforme el equipo solicite cada ciclo de aceleración.
Como la diferencia entre los lentes es superior al 5% el opacímetro ejecutará tres (3)
pruebas unitarias de aceleración y finalmente emitirá el concepto de rechazo del
vehículo.
Prueba de opacidad con Diferencia aritmética superior a 5%
Promedio aritmético=28.8%
Diferencia aritmética = 41.20 - 16.00 = 25.20% mayor al 5%
Prueba de opacidad con Diferencia aritmética máxima del 5%
Promedio aritmético=24.5%
Diferencia aritmética = 26.5 – 21.5 = 5%
4. DISEÑO DE UN EQUIPO OPA100 DE FLUJO PARCIAL
La distancia aproximada de la recamara de medición entre la fuente luminosa de diodo
luz LED verde (EMISOR) y de Luz de fotodiodo (RECEPTOR) es de aprox. 265 mm,
longitud dentro de la cual se encuentra definida la LTOE de 200 mm.
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