Name: measuring sub-23 nanometer real driving particle number emissions using the portable downtoten sampling system
Uploaded: 2020-05-22T15:00:00
Duration: 8 min 59 s
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Este trabajo se lleva a cabo en el marco del proyecto H2020 DownToTen. Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención Nr. 724085.

<ol>
	<li>Dunne, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GRPE+Particulate+Measurement+Programme+(PMP).">GRPE Particulate Measurement Programme (PMP).</a> 7th ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles. , (2003).</li><li>Sydbom, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Health+effects+of+diesel+exhaust+emissions.">Health effects of diesel exhaust emissions.</a> European Respiratory Journal. 17 (4), 733-746 (2001).</li><li>Vehicle Regulations - Transport. UNECE Available from: <a target="_blank" href="https://www.unece.org/trans/main/welcwp29.html">https://www.unece.org/trans/main/welcwp29.html</a> (2020)</li><li>Andersson, J., Wedekind, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> DETR / SMMT / CONCAWE Particulate Research Programme 1998-2001 SUMMARY REPORT. , (2001).</li><li>Samaras, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Publication+data+form+1.+Framework+Programme+European+Commission-DG+TrEn.">Publication data form 1. Framework Programme European Commission-DG TrEn.</a> 5 th Framework Programme Competitive and Sustainable Growth Sustainable Mobility and Intermodality 2. Contract No. , (2005).</li><li>R&#246;nkk&#246;, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+gaseous+sulphuric+acid+on+diesel+exhaust+nanoparticle+formation+and+characteristics.">Effects of gaseous sulphuric acid on diesel exhaust nanoparticle formation and characteristics.</a> Environmental Science and Technology. 47 (20), 11882-11889 (2013).</li><li>Liati, A., Dimopoulos Eggenschwiler, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+particulate+matter+deposited+in+diesel+particulate+filters:+Visual+and+analytical+approach+in+macro-,+micro-+and+nano-scales.">Characterization of particulate matter deposited in diesel particulate filters: Visual and analytical approach in macro-, micro- and nano-scales.</a> Combustion and Flame. 157 (9), 1658-1670 (2010).</li><li>Liati, A., Schreiber, D., Arroyo Rojas Dasilva, Y., Dimopoulos Eggenschwiler, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafine+particle+emissions+from+modern+Gasoline+and+Diesel+vehicles:+An+electron+microscopic+perspective.">Ultrafine particle emissions from modern Gasoline and Diesel vehicles: An electron microscopic perspective.</a> Environmental Pollution. 239, 661-669 (2018).</li><li>Kittelson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Measurements+of+Nanoparticle+Emissions+from+Engines.">Recent Measurements of Nanoparticle Emissions from Engines.</a> Current Research on Diesel Exhaust Particles Japan Association of Aerosol Science and Technology. , 5 (2001).</li><li>Bruno, T. J., Ott, L. S., Smith, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition-Explicit+Distillation+Curves+of+Waste+Lubricant+Oils+and+Resourced+Crude+Oil:+A+Diagnostic+for+Re-Refining+and+Evaluation.">Composition-Explicit Distillation Curves of Waste Lubricant Oils and Resourced Crude Oil: A Diagnostic for Re-Refining and Evaluation.</a> American Journal of Environmental Sciences. 6 (6), 523-534 (2010).</li><li>Giechaskiel, B., Vanhanen, J., V&#228;kev&#228;, M., Martini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+vehicle+exhaust+sub-23+nm+particle+emissions.">Investigation of vehicle exhaust sub-23 nm particle emissions.</a> Aerosol Science and Technology. 51 (5), 626-641 (2017).</li><li>. Call: H2020-GV-2016-2017: DownToTen. 48th PMP Update Available from: <a target="_blank" href="https://wiki.unece.org/download/attachments/73924923/PMP-48-10/DTT_Update_Nov_2018.pdf">https://wiki.unece.org/download/attachments/73924923/PMP-48-10/DTT_Update_Nov_2018.pdf</a> (2018)</li><li>. PMP 50th Session - Transport - Vehicle Regulations - UNECE Wiki Available from: <a target="_blank" href="https://wiki.unece.org/display/trans/PMP+50th+Session">https://wiki.unece.org/display/trans/PMP+50th+Session</a> (2019)</li><li>PEMS accuracies under harsh environmental conditions. 23rd Transport and Air Pollution Conference, Thessaloniki 2019 Available from: <a target="_blank" href="https://www.tapconference.org/assets/files/previous-confereces/proceedings/2019_Proceedings.zip">https://www.tapconference.org/assets/files/previous-confereces/proceedings/2019_Proceedings.zip</a> (2019)</li><li>Karjalainen, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+characterization+of+primary+particle+emissions+and+secondary+particle+formation+from+a+modern+gasoline+passenger+car.">Time-resolved characterization of primary particle emissions and secondary particle formation from a modern gasoline passenger car.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 16 (13), 8559-8570 (2016).</li><li>Mikkanen, P., Moisio, M., Keskinen, J., Ristim&#228;ki, J., Marjam&#228;ki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+method+for+particle+measurements+of+vehicle+exhaust.">Sampling method for particle measurements of vehicle exhaust.</a> SAE Mobilus. , 219 (2001).</li><li>Giechaskiel, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+motor+vehicle+particulate+emissions+sampling+and+measurement:+From+smoke+and+filter+mass+to+particle+number.">Review of motor vehicle particulate emissions sampling and measurement: From smoke and filter mass to particle number.</a> Journal of Aerosol Science. 67, 48-86 (2014).</li><li>EC Commission Regulation (EU) 2017/1154. Official Journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1154/oj">https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1154/oj</a> (2017)</li><li>Mamakos, A., Khalek, I., Giannelli, R., Spears, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+combustion+aerosol+produced+by+a+mini-CAST+and+treated+in+a+catalytic+stripper.">Characterization of combustion aerosol produced by a mini-CAST and treated in a catalytic stripper.</a> Aerosol Science and Technology. 47 (8), 927-936 (2013).</li><li>Jing, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Combustion+Aerosol+Generator+(SCAG)+for+Calibration+Purposes.">Standard Combustion Aerosol Generator (SCAG) for Calibration Purposes.</a> Atmospheric Environment. 27 (8), 1271-1275 (1999).</li><li>Moore, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+operation+of+the+miniature+combustion+aerosol+standard+(Mini-CAST)+soot+generator.">Mapping the operation of the miniature combustion aerosol standard (Mini-CAST) soot generator.</a> Aerosol Science and Technology. 48 (5), 467-479 (2014).</li><li>Giechaskiel, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implementation+of+portable+emissions+measurement+systems+(PEMS)+for+the+real-driving+emissions+(RDE)+regulation+in+Europe.">Implementation of portable emissions measurement systems (PEMS) for the real-driving emissions (RDE) regulation in Europe.</a> Journal of Visualized Experiments. (118), e54753 (2016).</li><li>EC Commission Regulation (EU) 2017/1151. Official Journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1151/oj">https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1151/oj</a> (2017)</li><li>EC REGULATION (EC) No 715/2007 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL. Official journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007R0715">https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007R0715</a> (2007)</li><li>EC DIRECTIVE 2007/46/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL. Official journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007L0046">https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007L0046</a> (2007)</li><li>EC Commission Regulation 2790/99. Official Journal of the European Communities Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:3A31999R2790">https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:3A31999R2790</a> (1999)</li><li>Hinds, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. , (2012).</li><li>Badshah, H., Kittelson, D., Northrop, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Emissions+from+Light-Duty+Vehicles+during+Cold-Cold+Start.">Particle Emissions from Light-Duty Vehicles during Cold-Cold Start.</a> SAE International Journal of Engines. 9 (3), 1775-1785 (2016).</li><li>First results of vehicle technology effects on sub-23nm exhaust particle number emissions using the DownTo10 sampling and measurement system. 22nd ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles Available from: <a target="_blank" href="https://www.nanoparticles.ch/archive/2018_Andersson_PR.pdf">https://www.nanoparticles.ch/archive/2018_Andersson_PR.pdf</a> (2018)</li><li>Giechaskiel, B., Manfredi, U., Martini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engine+exhaust+solid+sub-23+nm+particles:+I.+Literature+survey.">Engine exhaust solid sub-23 nm particles: I. Literature survey.</a> SAE International Journal of Fuels and Lubricants. 7 (2834), 950-964 (2014).</li><li>Including cold-start emissions in the Real-Driving Emissions (RDE) test procedure. Publications Office of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/66874f0c-fd85-11e6-8a35-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF/source-120155396">https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/66874f0c-fd85-11e6-8a35-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF/source-120155396</a> (2017)</li><li>Mathissen, M., Scheer, V., Vogt, R., Benter, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+on+the+potential+generation+of+ultrafine+particles+from+the+tire-road+interface.">Investigation on the potential generation of ultrafine particles from the tire-road interface.</a> Atmospheric Environment. 45 (34), 6172-6179 (2011).</li><li>Grigoratos, T., Martini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brake+wear+particle+emissions:+a+review.">Brake wear particle emissions: a review.</a> Environmental Science and Pollution Research. 22 (4), 2491-2504 (2015).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este trabajo presenta el sistema de muestreo de TDT y su aplicación como un sistema portátil de medición de emisiones. El sistema fue diseñado y construido dentro del proyecto de la UE Horizonte 2020 TDT para permitir mediciones de emisiones de número de partículas por debajo del límite de tamaño de partícula legislativo actual de 23 nm. La versatilidad del sistema permite evaluar las emisiones de número de partículas sólidas reguladas, así como las emisiones totales de partículas y los estudios sobre aerosoles secundarios. Para interpretar los resultados de la medición con precisión, es necesario un procedimiento de calibración con el sistema TDT. Esto es para evaluar la penetración relativa de partículas para diferentes tamaños de partículas, para poder calcular un factor de corrección que tenga en cuenta las pérdidas de partículas. Es fundamental proporcionar suficiente tiempo de calentamiento para que el propio sistema de muestreo y el resto de la configuración experimental alcancen el equilibrio térmico y logren resultados de medición de calibración precisos.
Se describe la aplicación del sistema TDT para la medición de emisiones de número de partículas sólidas con un menor límite de tamaño de partícula de 23 nm (regulación actual) y 10 nm (experimental). Para poder evaluar las emisiones del número de partículas de un vehículo es necesario determinar la concentración del número de partículas y el caudal de masa de escape. El sistema de TDT cubre la medición de la concentración del número de partículas. El flujo de masa de escape se mide utilizando un medidor de flujo de escape (EFM). Es fundamental instalar el EFM de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Las mediciones erróneas del caudal de escape afectan directamente a las tasas de emisión inducidas. Al procesar los datos medidos, es importante realizar una alineación de tiempo precisa de los datos de concentración de partículas y los datos de flujo de escape. Esto es necesario porque la tasa de emisión es el caudal de escape multiplicado por la concentración del número de partícula. Si las dos señales no están alineadas correctamente, las emisiones en todo el accionamiento pueden desviarse significativamente de las emisiones reales.
El sistema de TDT no es un dispositivo comercial, sino una herramienta de investigación versátil. Se utiliza para investigar las emisiones no reguladas de los vehículos en lugar de realizar mediciones de certificación que validen el cumplimiento de la normativa vigente. La alta versatilidad viene a costa de un mayor consumo de energía y dilución de aire. Cuando se utiliza el sistema para mediciones móviles, debe tenerse en cuenta el peso añadido al vehículo debido a la batería (30 kg) y la botella de gas (20 kg) para cubrir el consumo de energía y aire del sistema. El peso total añadido al coche al medir las emisiones de PN con el sistema TDT es de aproximadamente 80 kg, lo que es comparable a que otra persona se transporta en el vehículo. El peso añadido puede conducir a un ligero aumento de las emisiones, especialmente si la unidad incluye una gran cantidad de aceleración y / o colinas.
El sistema de TDT se puede utilizar para investigar las emisiones de escape del número de partícula no regulado <23 nm. Se pueden medir las emisiones de número de partículas sólidas y totales. Además, puede ser una herramienta útil para estudiar el complejo campo de la formación secundaria de aerosoles. Otra posible aplicación del sistema es la medición de partículas de desgaste de frenos automotrices. Una fracción significativa de las partículas emitidas durante los eventos de frenado puede ser menor que 30 nm34. Con un d50 de aproximadamente 11 nm, el sistema de TDT es adecuado para el estudio de estas emisiones. Aunque se sabe que las emisiones no de escape contribuyen casi igualmente a las emisiones de PM10 35relacionadas con el tráfico, las emisiones de partículas no de escape siguen sin estar reguladas. Esto se debe al complejo y rara vez reproducible proceso de generación de partículas, lo que hace muy difícil establecer acciones regulatorias. Además, la composición química y la toxicidad relacionada de las partículas orgánicas de desgaste de los frenos todavía es ampliamente desconocida35.
El sistema de TDT es una herramienta útil para mejorar nuestra comprensión de las emisiones de partículas relacionadas con el tráfico de escape y no de escape.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2x Condensation Particle Counter 4 nm</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3775</td>
			<td>Particle counter with a cut point of 4 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5x Mass Flow Controllers (MFC)</td>
			<td>V&#246;gtlin</td>
			<td></td>
			<td>Mass flow controllers for controlling the miniCast gas flows</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AVL M.O.V.E. EFM Exhaust Flow Meter</td>
			<td>AVL</td>
			<td></td>
			<td>Device for the measurement of the exhaust flow rate of vehicles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalytic Stripper</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Device for the removal of volatile compounds in an aerosol by oxidation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed Air</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Oxidation and dilution air supply for miniCast</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condensation Particle Counter 10 nm</td>
			<td>AVL</td>
			<td></td>
			<td>Particle counter with a cut point of 10 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condensation Particle Counter 23 nm</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3790A</td>
			<td>Particle counter with a cut point of 23 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential Mobility Analyzer</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3085</td>
			<td>Part of the electrostatic classifier where the particle are separeted by mobility.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dilution Bridge</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Needle valve in parallel to HEPA filters. Used to adjust particle concentrations for calibration purposes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DownToTen Sampling System</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Custom made sampling system for the assessment of automotive sub-23 nm particle emissions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrostatic Classifier</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3082</td>
			<td>Device for the classifaction of arosol particles by electrical mobility diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand held Mass Flow Meter (MFM)</td>
			<td>V&#246;gtlin</td>
			<td></td>
			<td>Device for measuring the inlet flow of measurement instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>miniCast Soot Generator</td>
			<td>Jing Ltd</td>
			<td></td>
			<td>Combastion aerosol standard, soot generator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobile Battery LPS 1500</td>
			<td>Clayton Power</td>
			<td></td>
			<td>Battery for power supply of the DTT measurement system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen Gas Bottle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Nitrogen for Mixing gas and quench gas supply of miniCast</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propane Gas Bottle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Fuel for miniCast</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soft X-Ray Neutralizer</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3088</td>
			<td>Device for the establishmentof the equillibrium charge distribution of aerosol particles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synthetic Air Bottle 10 L</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Gas Bottle for the dilution air supply</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring sub-23 nanometer real driving particle number emissions using the portable downtoten sampling system

El umbral actual de tamaño de partícula de las normas europeas de emisión del número de partículas (PN) es de 23 nm. Este umbral podría cambiar porque la tecnología futura del vehículo del motor de combustión puede emitir grandes cantidades de partículas inferiores a 23 nm. El proyecto financiado por Horizonte 2020 DownToTen (TDT) desarrolló un método de muestreo y medición para caracterizar las emisiones de partículas en este rango de tamaño actualmente no regulado. Se desarrolló un sistema de medición de PN basado en una extensa revisión de la literatura y los experimentos de laboratorio que prueban una variedad de enfoques de medición y muestreo de PN. El sistema de medición desarrollado se caracteriza por una alta penetración de partículas y versatilidad, que permite la evaluación de partículas primarias, partículas primarias retardadas y aerosoles secundarios, a partir de unos pocos nanómetros de diámetro. Este documento proporciona instrucciones sobre cómo instalar y operar este Sistema Portátil de Medición de Emisiones (PEMS) para mediciones de Emisiones de Unidad Real (RDE) y evaluar las emisiones del número de partículas por debajo del límite legislativo actual de 23 nm.

Datos de calibración (penetración departículas):
La Figura 11 muestra una gráfica ejemplar de la penetración relativa de partículas del sistema TDT en función del diámetro de la movilidad de partículas. Los datos correspondientes se han medido y evaluado como se describe en la sección 1 de la instrucción. La gráfica muestra que las desviaciones entre dos puntos de medición en el mismo diámetro de movilidad fueron inferiores al 5%. Las desviaciones superiores al 10% indican inestabilidades en la configuración experimental. En este caso, la calibración tuvo que repetirse con un mayor calentamiento de los tiempos de estabilización. Tanto el tiempo de calentamiento (normalmente 30 min) como el tiempo de estabilización (normalmente 30 s) aumentaron en un factor de 1,5.
Las partículas que pasaban a través del sistema TDT se perdieron debido a la difusión y la termoforesis. Las pérdidas termoforéticas fueron causadas por un gradiente de temperatura que dibujaba partículas hacia las paredes del sistema de muestreo. Este es un efecto independiente de tamaño de partícula29; en cambio, la difusión depende en gran medida del tamaño de las partículas. Un gradiente de concentración causó un flujo de partículas neta hacia las paredes donde se perdieron partículas. La difusividad que aumenta con un tamaño de partícula más bajo hizo de este el mecanismo de pérdida dominante para partículas ≤10 nm. Las líneas de la Figura 11 que indican pérdidas termoforéticas, difusivas y totales demuestran las respectivas dependencias de tamaño de partícula. Para las pérdidas de difusión, esta función se utilizó para ilustrar la dependencia aproximada del tamaño de partícula:
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ11.jpg">
La penetración P depende de un parámetro de ajuste a y del coeficiente de difusión D:
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ12.jpg">
El coeficiente de difusión depende de la constante Boltzmann k, la temperatura absoluta T, la viscosidad η, el diámetro de partícula dp, y el factor de corrección de deslizamiento Cunningham Cc, que es una función de la trayectoria libre media y el diámetro de partícula29.
Los datos ilustrados en la Figura 11 dieron como resultado la siguiente media de eficiencia de penetración departículas P: P
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ13.jpg">
El tamaño de partícula donde la eficiencia de penetración asciende al 50% se conoce como d50. El d50 describe la característica de corte de penetración de un sistema. Para el sistema TDT el d50 era de 11 nm. El d50 se muestra en la figura 11.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig11.jpg"> Figura 11: Penetración de partículas en función del diámetro de la movilidad de partículas. Los puntos marcados en azul son resultados de medición. Las líneas discontinuas en naranja y verde indican las pérdidas asociadas con la termoforesis y la difusión, respectivamente. La línea roja representa las pérdidas totales como la suma de las pérdidas difusas y termoforéticas. La línea púrpura con puntos muestra la penetración media de partículas Pmean calculada en la sección 1 de la instrucción de medición de calibración. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig11large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Número de partículassólidas:
La Figura 12 muestra la tasa de emisión del número de partículas a lo largo del tiempo durante los primeros diez minutos de una unidad de medición RDE. Los datos del PEMS de TDT utilizando un CPC de 10 nm y un CPC de 23 nm se muestran junto con los datos de un sistema de punto de corte de 23 nm disponible comercialmente. Las tasas de emisión de partículas se calcularon a partir de las concentraciones de partículas respectivas multiplicadas por el caudal de escape descrito anteriormente en la sección 4 de la instrucción de análisis de datos. El instrumento de referencia (AVL MOVE) se basó en un cargador de difusión para la medición de la concentración del número de partículas. A pesar de los diferentes principios del sensor, los datos medidos con el PEMS de la TDT fueron en general en muy buen acuerdo con los datos medidos por el PEMS disponible comercialmente. Se produjeron picos afilados hacia abajo en las tres señales porque los dispositivos de medición de partículas pueden notificar temporalmente concentraciones de partículas cero y los ceros no se pueden mostrar en parcelas logarítmicas. Las emisiones de partículas medidas con el CPC de 10 nm fueron muy cercanas a las emisiones medidas con el CPC de 23 nm durante la mayor parte del período de tiempo indicado en la Figura 12. Sin embargo, justo al principio entre 10 s y 25 s hubo una ocurrencia de una emisión significativa de partículas <23 nm. La señal de TDT 10 nm fue significativamente mayor que la señal de 23 nm del sistema TDT y el AVL MOVE. En este caso, >50% del número total de partículas emitidas estaban entre 10 nm y 23 nm. Los procesos dinámicos de arranque en frío en equilibrio no térmico pueden hacer que las distribuciones de tamaño de partícula difieran de las emisiones de un vehículo caliente30. La discusión de estos complejos procesos está fuera del alcance de este trabajo. Puede encontrar más información sobre este tema en la literatura31,32,33.
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig12.jpg"> Figura 12: La parte superior de la figura muestra la tasa de emisión del número de partículas a lo largo del tiempo durante los primeros 10 minutos de una unidad de medición RDE. Los datos medidos con el PEMS de TDT utilizando CPC de 10 nm y 23 nm y un sistema de punto de corte de 23 nm disponible comercialmente (AVL MOVE) se utilizan como referencia. La parte inferior de la figura muestra la velocidad del vehículo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig12large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

Aquí se presenta el sistema de medición de emisiones portátil DownToTen (TDT) para evaluar las emisiones automotrices reales de partículas de menos de 23 nm.

Medición de emisiones de número de partículas de conducción real de sub-23 nanómetros utilizando el sistema de muestreo portátil DownToTen

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Este Protocolo se puede utilizar para adquirir una medición móvil de las emisiones de partículas de sub-23 nanómetros no reguladas actualmente utilizando un sistema diseñado y construido en el proyecto DownToTen de Horizonte 2020. Bajas pérdidas de partículas en el Régimen de Interés Sub-23 Nanómetros y el alto grado de versatilidad dentro del sistema permitieron evaluar las diferentes propiedades de las partículas emitidas. Esta excepción a las emisiones de escape, Este método sería ideal para la investigación de la volatilidad y los mecanismos de formación de partículas de tamaño nanoneso Comience seleccionando un medidor de flujo de escape con un rango de medición que coincida con el rango de flujo de escape esperado del vehículo a medir.Coloque la caja de control del medidor de flujo de escape en el maletero del vehículo e instale el caudalímetro de escape en el exterior del coche. De acuerdo con las especificaciones del fabricante teniendo cuidado de que la distancia aguas arriba y aguas abajo del medidor cumplen con las regulaciones federales. Compruebe que los conectores del tubo del medidor de flujo de escape al tubo de escape del vehículo puedan soportar las temperaturas de los gases de escape.Cuando se ha instalado el medidor de flujo de escape, utilice tubos de conexión y abrazaderas de tubería para conectar el escape al primer tubo, apretando las abrazaderas de la tubería al final sólo para facilitar la alineación de los tubos durante el montaje. Cuando hay una conexión desde el escape al medidor de flujo de escape coloque la caja de control del medidor de flujo de escape y el soporte de montaje del medidor de flujo de escape en el maletero para asegurarse de que nada se desliza durante el viaje de medición y compruebe que toda la tubería está apretada y que nada se soltará durante el viaje de medición. Después de un tiempo de calentamiento de hasta 15 minutos, dependiendo de la temperatura ambiente, el medidor de flujo de masa de escape está listo para tomar medidas.Para instalar el sistema de medición DownToTen, coloque la botella de aire sintética en el maletero y fije la botella en su lugar con correas. Coloque la batería en el maletero del vehículo y conecte el cable de entrada de CA, fije la batería en su lugar y conecte el cable de CA a una fuente de alimentación local. Fije las bombas de vacío para el sistema de muestreo y los contadores de partículas de condensación en el maletero del vehículo y conecte las bombas a la batería.Siguiente lugar, el sistema DownToTen en el maletero del vehículo y fijarlo a la posición con correas conectar el sistema a la batería móvil y conectar los dos controladores de flujo de masa de entrada del sistema DownToTen, a un suministro de aire presurizado estacionario. conecte los dos controladores de flujo de masa de salida del sistema DownToTen, a la bomba de vacío y utilice el tubo adecuado para conducir el escape de la bomba, fuera del vehículo. Utilice un cable USB para conectar el sistema DownToTen al portátil de medición y conectar la entrada del sistema al punto de muestreo, aguas abajo del medidor de flujo de escape.Conecte la entrada de alimentación del sistema a la batería y conecte las entradas de alimentación del contador de partículas de condensación a la batería. Conecte los contadores de partículas de condensación a la bomba de vacío externa respectiva y utilice un tubo adecuado para controlar el escape del contador de partículas de condensación y toda la bomba externa fuera del vehículo. A continuación, utilice un cable USB para conectar los contadores de partículas de condensación al portátil de medición Para calentar y poner en marcha el sistema de medición, Encienda los contadores de partículas de condensación y su suministro de vacío externo.Y abra el software de contador de partículas de condensación. Establezca la comunicación con los contadores de partículas de condensación y cierre las válvulas de aguja de los controladores de flujo de masa. A continuación, presione el interruptor rojo de la bomba DownToTen Sampling System para encender el sistema y abrir la vista de laboratorio DownToTen Application.La comunicación con el sistema se iniciará automáticamente y la interfaz gráfica de usuario mostrará el flujo de entrada y salida en las etapas de dilución uno y dos. Introduzca el flujo de masa dibujado por los instrumentos de medición conectados en litros estándar por minuto y abra lentamente las válvulas de la aguja hasta que ambos fluyan alcancen 10 más o menos 0,5 litros estándar por minuto Ajuste el Flujo de cobertura de ambas etapas de dilución de modo que el caudal en la Stripper catalítico sea igual a uno más o menos 0,1 litros por minuto a través de la Stripper catalítico y una muestra en flujo de muestra de catalítico o menos 0,1 litros por minuto. Bajo la pestaña del calentador, ajuste las temperaturas del calentador del suministro de aire de dilución.El diluyor de la estación First Pours y la stripper catalítica a 350 grados Celsius. El sistema comenzará a calentarse. A continuación, espere hasta que la temperatura del gas en la etapa de dilución aguas abajo uno, alcance 290 grados Celsius antes de iniciar la unidad de medición.Para registrar los datos, en el dispositivo de medición conectado al sistema de muestreo DownToTen, inicie rápidamente el registro de datos para iniciar el registro de los datos del sistema de muestreo. Y seleccione una ruta y un nombre de archivo en la ventana emergente. Se mostrará la ruta del archivo de registro y la luz verde indicará que los datos se guardan.A continuación, utilice el software adecuado para registrar los datos de concentración de partículas, del contador de partículas de condensación y empezar a registrar el flujo de escape con el medidor de flujo de escape. Para registrar los datos mientras conduce, antes de conducir la ruta seleccionada, desconecte el cable de carga de la batería y cambie del suministro de aire presurizado estacionario a la botella de gas. A continuación, conduzca la ruta seleccionada.Después de conducir, pulse Iniciar sesión para detener la grabación de los datos y apagar los instrumentos. A continuación, recargue la batería para prepararse para la siguiente unidad Aquí, se muestra una gráfica ejemplar de la Penetración relativa de partículas del sistema DownToTen en función del diámetro de movilidad de las partículas. Los datos de pérdida termofódica, difusión y total se trazaron para determinar las respectivas dependencias de tamaño de partícula.En este análisis, la difusividad que aumenta con el tamaño de partícula más bajo hizo de este el mecanismo de pérdida dominante para partículas menores o iguales a 10 nanómetros. También se representa la eficiencia de penetración total, lo que permite determinar el tamaño de partícula en el que la eficiencia de penetración asciende al 50% Aquí, se muestra la tasa de emisión del número de partícula a lo largo del tiempo durante los primeros 10 minutos de un accionamiento de medición de emisiones de accionamiento real. Se produjeron picos agudos hacia abajo en las tres señales porque los dispositivos de medición de partículas pueden notificar temporalmente concentraciones de partículas cero y los ceros no se pueden mostrar en parcelas logarítmicas.Las emisiones de partículas medidas con el contador de partículas de condensación de 10 nanómetros fueron muy cercanas a las emisiones medidas con el contador de partículas de condensación de 23 nanómetros durante la mayor parte del período de medición. Sin embargo, entre 10 y 25 segundos, hubo una ocurrencia de una emisión significativa de partículas inferiores a 23 nanómetros. Al igual que en este análisis, más del 50% del número total de partículas emitidas, se encontraban entre 10 y 23 nanómetros.Al intentar este procedimiento, es importante recordar insertar correctamente el medidor de escape y proporcionar suficiente tiempo de calentamiento para el sistema de muestreo. La versatilidad y las bajas pérdidas del sistema DownToTen lo convierten en una herramienta ideal para la investigación de emisiones de partículas no reguladas como y partículas de escape totales. Este sistema y método se utilizaron en el proyecto DownToTen de Horizonte 2020 para evaluar las emisiones de partículas de nanómetros Sub-23 de una variedad de vehículos para proporcionar una base científica para futuras regulaciones de emisiones.

Research

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