Banco de pruebas de emisiones (SC03)
Sol. Aire acondicionado. Emisiones. Bajo condiciones definidas.
Un día caluroso de verano en el tráfico urbano: la radiación solar calienta el vehículo, el aire acondicionado está funcionando y los cambios en las condiciones de conducción modifican la carga del sistema de propulsión. Esta interacción influye en la demanda energética y en el comportamiento de las emisiones.
El procedimiento de ensayo SC03 investiga las emisiones gaseosas de escape con el aire acondicionado encendido bajo condiciones ambientales especificadas. Una carga solar definida forma parte del entorno de ensayo y representa una parte esencial de la exposición térmica.
BF Engineering desarrolla e integra sistemas de simulación solar para estas tareas de ensayo. Los aspectos centrales son una geometría de irradiación adecuada, una carga de radiación controlable y la integración en el banco de pruebas de emisiones existente.
Por qué la simulación solar forma parte del ensayo SC03
Una temperatura elevada del aire solo describe parcialmente la carga térmica sobre un vehículo en un día soleado. La radiación solar incide sobre la carrocería y los acristalamientos, se refleja, se transmite o se absorbe y contribuye al calentamiento del habitáculo.
El sistema de aire acondicionado debe gestionar esta carga térmica. Su funcionamiento requiere energía y puede influir en el comportamiento de las emisiones del vehículo. Las investigaciones del National Renewable Energy Laboratory de Estados Unidos muestran la relación entre el calentamiento solar del vehículo, la demanda de climatización y el consumo energético adicional.
Para obtener ensayos comparables, las condiciones exteriores deben ajustarse de forma trazable. La simulación solar proporciona un aporte de radiación definido que puede coordinarse con las demás condiciones de la instalación de ensayo.
La interacción entre irradiación, climatización, flujo de aire sobre el vehículo y un procedimiento de ensayo definido es decisiva.
Investigar el vehículo bajo una carga térmica adicional
El ensayo SC03 analiza el comportamiento de las emisiones del vehículo completo bajo condiciones de conducción y ambientales definidas. El funcionamiento del aire acondicionado forma parte del concepto de ensayo.
Para el desarrollo es importante comprender cómo interactúan el sistema de propulsión, la climatización y el control del vehículo bajo esta carga. La simulación solar genera una carga térmica exterior especificada para este fin. Por tanto, forma parte del entorno de ensayo, mientras que los equipos de medición de gases de escape registran las emisiones.
Las investigaciones adicionales durante el desarrollo pueden ampliar la comprensión de las interacciones térmicas. Por ejemplo, pueden registrarse las evoluciones de temperatura en el habitáculo o los efectos de diferentes configuraciones del vehículo. Estas mediciones adicionales se adaptan a la cuestión concreta de desarrollo.
BF Engineering se centra en el equipo de irradiación y su integración. La coordinación con el banco de rodillos, la climatización y los equipos de medición de gases de escape se realiza dentro del proyecto general.
Aspectos habituales:
- Carga solar definida durante el procedimiento de ensayo
- Interacción entre la climatización del vehículo y el funcionamiento del sistema de propulsión
- Comparación de diferentes versiones de desarrollo
- Registro adicional de las respuestas térmicas del vehículo
- Condiciones de irradiación repetibles para ensayos comparativos
- Coordinación de la simulación solar con la instalación de ensayo completa
Controlar conjuntamente varios factores de influencia
Un ensayo reproducible requiere algo más que una consigna ajustada. Las condiciones deben actuar sobre el vehículo y mantenerse trazables durante las fases relevantes del ensayo.
Entre ellas se incluyen las condiciones climáticas de la celda de ensayo, el flujo de aire sobre el vehículo y la carga solar. También son importantes una posición documentada del vehículo y una asociación inequívoca de los ajustes con el ensayo correspondiente.
Por ello, el sistema de irradiación se diseña conjuntamente con la celda de ensayo. Su aporte térmico adicional debe considerarse en la planificación térmica. Al mismo tiempo, las luminarias, la estructura de soporte y el tendido del cableado no deben restringir de forma inadmisible las zonas previstas para el vehículo y el mantenimiento.
Para el funcionamiento se coordinan las consignas, las mediciones de verificación y las condiciones de habilitación. Así puede determinarse si el equipo de irradiación está preparado para la fase de ensayo prevista y qué ajustes estuvieron activos durante la prueba.
Factores de influencia importantes:
- Temperatura y humedad de la celda de ensayo
- Carga solar sobre el vehículo
- Flujo de aire sobre el vehículo y posición del ventilador
- Posición del vehículo dentro del área de irradiación
- Secuencia temporal de las fases de ensayo
- Ajustes documentados de la instalación y del vehículo
Proporcionar la carga de radiación requerida sobre el vehículo
La simulación solar se adapta a las dimensiones del vehículo, a la celda de ensayo existente y a las posiciones de medición previstas. Lo decisivo es la radiación que realmente alcanza el objeto de ensayo.
La disposición de las luminarias, la distancia y la orientación influyen en la distribución sobre el área de referencia. Por ello, la planificación considera tanto los puntos de medición relevantes del vehículo como la distribución de irradiación sobre el área. Los criterios correspondientes se presentan por separado en los datos técnicos que figuran más abajo.
Las propiedades espectrales también se incluyen en el diseño. El procedimiento de ensayo contiene una distribución espectral recomendada.
Para el funcionamiento de la instalación de ensayo también es importante que los estados operativos necesarios puedan ajustarse de forma fiable. Por ello, el comportamiento durante el calentamiento inicial, el control de potencia y las mediciones de verificación forman parte del concepto del sistema.
Parámetros importantes de diseño:
- Irradiancia en las posiciones de medición especificadas
- Distribución de la radiación sobre la proyección en planta del vehículo
- Propiedades espectrales de la fuente de radiación
- Distancia y orientación de las luminarias
- Cobertura de las variantes de vehículo previstas
- Estabilidad durante las fases de funcionamiento relevantes
Verificar la calidad de irradiación de forma trazable
La potencia eléctrica de las luminarias no describe las condiciones de irradiación sobre el vehículo. Estas se verifican mediante equipos adecuados de medición de radiación en posiciones definidas.
Deben distinguirse dos tareas: comprobar la carga solar en los puntos de medición especificados del vehículo y verificar la distribución sobre el área. Ambas mediciones requieren una geometría definida y una documentación trazable.
El procedimiento de ensayo exige comprobar la uniformidad mediante una cuadrícula de 0,5 m a una altura de 1 m, sobre toda la proyección en planta del vehículo, incluidos sus bordes. La comprobación debe realizarse como máximo cada 500 horas de funcionamiento de los emisores o cada seis meses, lo que ocurra antes, y después de modificaciones importantes que afecten a la simulación solar.
Para el funcionamiento práctico, los instrumentos, las posiciones de medición y los resultados deben poder relacionarse de forma inequívoca. Los sensores de temperatura adicionales pueden registrar la respuesta térmica del vehículo, pero no sustituyen la medición de irradiancia.
Magnitudes relevantes de medición y documentación:
- Valores de irradiancia en los puntos de medición relevantes del vehículo
- Distribución sobre la cuadrícula de medición especificada
- Posición y orientación de los sensores de radiación
- Instrumentos utilizados y su estado de calibración
- Configuración de las luminarias y estado de funcionamiento durante la medición
- Resultados posteriores al mantenimiento o a modificaciones de la instalación
Adaptar el equipo de irradiación al vehículo y a la celda de ensayo
El espacio de instalación disponible determina en gran medida cómo puede integrarse la simulación solar en el banco de pruebas de emisiones. La altura del vehículo, la distancia entre ejes y la forma de la carrocería influyen en el área de irradiación necesaria y en las posibles distancias a las luminarias.
También deben considerarse las funciones del resto de la instalación de ensayo. Estas incluyen el flujo de aire sobre el vehículo, su posicionamiento en el banco de rodillos y el acceso para trabajos de medición y mantenimiento.
La estructura mecánica se planifica a partir de estas condiciones. Según la aplicación, puede resultar adecuada una disposición fija o ajustable de las luminarias. Lo esencial es que las posiciones de ensayo acordadas puedan definirse de forma inequívoca y ajustarse de manera repetible.
El mantenimiento y las mediciones de verificación también requieren espacio suficiente. Por ello, los accesos a las luminarias, los filtros y los componentes eléctricos deben considerarse desde la fase conceptual.
Aspectos centrales del diseño del sistema:
- Área de irradiación adaptada a la gama de vehículos prevista
- Coordinación de la distancia de las luminarias y la altura del vehículo
- Consideración del ventilador y del flujo de aire sobre el vehículo
- Accesibilidad del banco de rodillos y de la instrumentación
- Tendido protegido del cableado y fijaciones adecuadas
- Acceso para el mantenimiento y espacio para las mediciones de verificación
Operar la simulación solar como parte de la instalación de ensayo
Un sistema de simulación solar debe adaptarse al concepto técnico y operativo de la celda de ensayo. Para ello, los suministros, el manejo, las interfaces y las funciones de seguridad se definen conjuntamente con el operador.
En cuanto al control, debe determinarse qué órdenes proceden del sistema general de ensayo y qué señales de retorno se necesitan. Estas pueden incluir consignas, señales de disponibilidad y mensajes de fallo. La funcionalidad deseada se define para cada proyecto.
La coordinación con la climatización es igualmente importante. El equipo de irradiación introduce calor adicional en la celda de ensayo. Esta influencia debe considerarse durante el diseño y el funcionamiento.
BF Engineering le ayuda a diseñar e integrar la solución de irradiación. Los requisitos del banco de rodillos, los equipos de medición de gases de escape y la climatización se coordinan con los socios responsables de los sistemas.
Aspectos relevantes para la integración:
- Alimentación eléctrica y cargas térmicas adicionales
- Interfaces con el sistema de control de la instalación de ensayo
- Consignas y señales de estado
- Condiciones de habilitación operativa y funciones de seguridad
- Coordinación temporal con las fases de ensayo
- Documentación, mantenimiento y mediciones periódicas de verificación
Los siguientes datos hacen referencia a 40 CFR § 1066.835:
| Parámetro de ensayo | Requisito |
|---|---|
| Carga solar sobre el vehículo | 850 ± 45 W/m² |
| Determinación de la carga solar | Promedio de dos mediciones a lo largo del eje longitudinal central del vehículo: en la base del parabrisas y en el borde inferior de la luneta trasera, o en una posición alternativa equivalente |
| Distribución de irradiación sobre el área | De 722 a 978 W/m² en cada punto de la cuadrícula de medición prescrita |
| Temperatura durante la secuencia de ensayo | 35,0 ± 3,0 °C |
| Temperatura media durante el muestreo de emisiones | De 33,6 a 36,4 °C |
La comprobación en los puntos de medición del vehículo y la verificación de uniformidad sobre toda el área son verificaciones diferentes. Los requisitos completos de ensayo, instrumentos de medición y humedad se establecen en el procedimiento aplicable.
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Danelis Diaz
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