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.
