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Understanding emissions regulations on-highway and off-highwayUnderstanding emissions regulations on-highway and off-highway

Una guía completa para entender las regulaciones de emisiones en 2020 y en el futuro

May 27, 2020

El esfuerzo colectivo de la industria manufacturera de servicio pesado para mitigar los impactos negativos en el medio ambiente por el uso de motores tiene casi dos décadas de antigüedad. Digerir las regulaciones que difieren de un país a otro y entre las distintas aplicaciones, puede ser un poco abrumador.

Esta es una guía completa de las actuales regulaciones de emisiones y de lo que pueden esperar los diseñadores de la próxima ola de máquinas que cambiarán al mundo.

Desde que las emisiones de CO2 se convirtieron en un tema candente a principios de la década de 1990, los gobiernos federales y estatales han trabajado con los fabricantes de motores y equipos para limitar la cantidad de material dañino que ingresa a la atmósfera. Europa adoptó por primera vez sus requisitos por etapas en materia de emisiones en 1992; los esfuerzos de los Estados Unidos se remontan a la Ley de aire limpio de 1970.


SALTAR A:

Normas de emisiones en carretera de los Estados Unidos

Normas de emisiones en carretera de la Unión Europea

Regulaciones fuera de carretera de los Estados Unidos

Límites de emisiones de la Etapa V de la Unión Europea

Hacer que todo esto tenga sentido


Gran parte del panorama normativo actual puede agruparse en categorías dentro y fuera de carretera, tanto en los Estados Unidos como en la Unión Europea.

ESTADOS UNIDOS EN CARRETERA

Un memorando presidencial emitido en mayo de 2010 llevó a que, en agosto de 2011, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) adoptaran normas de emisiones de gases de efecto invernadero y ahorro de combustible para camiones de servicio mediano y pesado de modelos 2014 al 2018. Se estima que estas reglas de la “Fase 1” redujeron las emisiones de CO2 en 270 millones de toneladas métricas y ahorraron a los propietarios alrededor de $50 mil millones en combustible, según la EPA.

En 2016, la EPA y la NHTSA formalizaron la Fase 2, que afecta a los vehículos de hasta modelo 2027. A decir de la EPA, estas normas más estrictas están concebidas para “reducir la contaminación por carbono y reducir los impactos del cambio climático y, al mismo tiempo, reforzar la seguridad energética y estimular la innovación de la fabricación”.

Específicamente, están proyectadas para:

  • Reducir las emisiones de CO2 en aproximadamente 1,100 millones de toneladas métricas
  • Ahorrar a los propietarios alrededor de $170 mil millones en costos de combustible
  • Disminuir el consumo de petróleo en hasta dos mil millones de barriles durante la vida útil de los vehículos vendidos en el marco del programa

Las regulaciones completas comprenden cientos de páginas, pero se resumen en las siguientes tablas, adoptadas de la visión general de las regulaciones de dieselnet.com.

REGULACIONES DE FASE 2 PARA CAMIONES DE SERVICIO PESADO

Categoría

Límite de emisiones de CO2 de la EPA (g/tonelada-milla)

Consumo de combustible NHTSA (gal/1,000 toneladas/milla)

Techo bajo

Techo medio

Techo Alto

Techo bajo

Techo medio

Techo Alto

Cabina Corta Clase 7

96.2

103.4

100

9.4499

10.15717

9.82318

Cabina Corta Clase 8

73.4

78

75.7

7.21022

7.66208

7.43615

Cabina Dormitorio Clase 8

64.1

69.6

64.3

6.29666

6.83694

6.31631

Transporte pesado Clase 8

48.3

4.7446


REGULACIONES DE FASE 2 PARA MOTORES INSTALADOS EN CAMIONES DE SERVICIO PESADO

Categoría

Año

Emisiones de CO2 (g/bhp-h)

Consumo de combustible* (galones/100 bhp-h)

Motores MHD

2014

502

4.93**

2017

487

4.78

2021

473

4.6464

2024

461

4.5285

2027

457

4.4892

Motores HHD

2014

475

4.67**

2017

460

4.52

2021

447

4.391

2024

436

4.2829

2027

432

4.2436

* Normas NHTSA equivalentes basadas en 10,180 g de CO2 por galón de diésel
** Voluntario en modelos 2014 y 2015.


NORMAS DE FASE 2 PARA CAMIONES ESPECIALIZADOS

Categoría

Límite de emisiones de CO2 de la EPA (g/tonelada-milla)

Consumo de combustible NHTSA (gal/1,000 toneladas/milla)

Urbano

Multiusos

Regional

Urbano

Multiusos

Regional

Vehículos con motores de C.I. (encendidos por compresión)

Pesados-ligeros Clase 2b-5

367

330

291

36.0511

32.4165

28.5855

Medianos-ligeros Clase 6-7

258

235

218

25.3438

23.0845

21.4145

Pesados-pesados Clase 8

269

230

189

26.4244

22.5933

18.5658

Vehículos con motores SI (encendidos por chispa)

Pesados-ligeros Clase 2b-5

413

372

319

46.4724

41.8589

35.8951

Medianos-ligeros Clase 6-7

297

268

247

33.4196

30.1564

27.7934


 NORMAS DE FASE 2 PARA MOTORES INSTALADOS EN CAMIONES ESPECIALIZADOS

Categoría

Año

Emisiones de CO2

Consumo de combustible*

g/bhp-hora

galón/100 bhp-hr

Motores LHD

2014

600

5.89**

2017

576

5.66

2021

563

5.5305

2024

555

5.4519

2027

552

5.4224

Motores MHD

2014

600

5.89**

2017

576

5.66

2021

545

5.3536

2024

538

5.2849

2027

535

5.2554

Motores HHD

2014

567

5.57**

2017

555

5.45

2021

513

5.0393

2024

506

4.9705

2027

503

4.9411

Motores de gasolina HD

2016

627

7.06

* Normas NHTSA equivalentes basadas en 10,180 g de CO2 por galón de diésel
** Voluntario en modelos 2014 y 2015

UNIÓN EUROPEA EN CARRETERA

Europa se encuentra actualmente en la sexta etapa de sus normas sobre emisiones de vehículos de carretera. La última ronda se promulgó en 2012 y se ha aplicado plenamente desde 2015.

Según el Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT), los países del G-20 representan el 90 por ciento de las ventas mundiales de vehículos, y la mayoría de ellos han adoptado la hoja de ruta europea para reducir las emisiones.

Estos son los últimos mandatos de la UE, comúnmente denominados “Euro VI”, cortesía del ICCT:

NORMATIVA EURO VI PARA VEHÍCULOS DE SERVICIO PESADO

Contaminante

Pruebas en estado estacionario

Pruebas transitorias

CO

1.5

4

HC

0.13

0.16**

Ch3*

0.5

NOx

0.4

0.46

PM

0.01

0.01

PN (#/km)

8.0 x 10

6.0 x 10

Amoníaco (ppm)

0.01

0.01

Límite de azufre de combustible (ppm)

10

10

Ciclo de ensayo

WHSC

WHTC

* Para Euro V solo para gas natural, para Euro VI, gas natural y gas licuado de petróleo
** HC total para motores diésel, HC sin metano para otros


REGLAMENTO EURO VI PARA VEHÍCULOS DE SERVICIO LIGERO

Contaminante

Gasolina

Diésel

CO

1.0

0.5

HC

0.1*

HC+NOx

0.17

NOx

0.06

0.08

PM

0.005**

0.005

PN (#/km)

6.0x10***

6.0x10

*y 0.068 g/km para NMHC
** aplicable únicamente a motores DI, 0.0045 g/km utilizando el procedimiento de medición PMP
*** aplicable solo a motores DI, 6 x 1012 #/km en los tres primeros años de las fechas de entrada en vigor de Euro 6

ESTADOS UNIDOS FUERA DE CARRETERA

El cumplimiento de las emisiones no se limita a las calles y autopistas de los Estados Unidos. Desde 2015, Estados Unidos ha estado en Nivel 4 de sus estándares de emisiones de NOx y partículas .

Todos los equipos de construcción, agrícolas e industriales fabricados en los Estados Unidos están sujetos a estas regulaciones, cuyo objetivo fue reducir las emisiones de partículas y NOx en un 90 por ciento.

ESTÁNDARES DE EMISIONES DE NIVEL 4 PARA MOTORES DE HASTA 560 KW

Potencia del motor

Año

CO

NMHC

NMHC+NOx

NOx

PM

kW < 8
(hp < 11)

2008

8.0 (6.0)

-

7.5 (5.6)

-

0.4* (0.3)

8 ≤ kW < 19
(11 ≤ hp < 25)

2008

6.6 (4.9)

-

7.5 (5.6)

-

0.4 (0.3)

19 ≤ kW < 37
(25 ≤ CV < 50)

2008

5.5 (4.1)

-

7.5 (5.6)

-

0.3 (0.22)

2013

5.5 (4.1)

-

4.7 (3.5)

-

0.03 (0.022)

37 ≤ kW < 56
(50 ≤ hp < 75)

2008

5.0 (3.7)

-

4.7 (3.5)

-

0.3** (0.22)

2013

5.0 (3.7)

-

4.7 (3.5)

-

0.03 (0.022)

56 ≤ kW < 130
(75 ≤ hp < 175)

2012-2014***

5.0 (3.7)

0.19 (0.14)

-

0.40 (0.30)

0.02 (0.015)

130 ≤ kW ≤ 560
(175 ≤ hp ≤ 750)

2011-2014****

3.5 (2.6)

0.19 (0.14)

-

0.40 (0.30)

0.02 (0.015)

* Los motores DI de arranque manual y enfriados por aire pueden certificarse según los estándares Nivel 2 hasta 2009 y con un estándar PM opcional de 0.6 g/kWh a partir de 2010
** 0.4 g/kWh (Nivel 2) si el fabricante cumple con la norma 0.03 g/kWh a partir de 2012
*** PM/CO: plena conformidad a partir de 2012; NOx/HC: Opción 1 (si se utilizan créditos bancarios de Nivel 2) — 50 % de los motores deben cumplir en 2012-2013; Opción 2 (si no se solicitan créditos de Nivel 2) — 25 % de los motores debieron cumplir entre 2012-2014 y llegar a pleno cumplimiento a partir del 31/12/2014
**** PM/CO: plena conformidad a partir de 2011; NOx/HC: 50 % de los motores debieron cumplir en 2011-2013

Hay algunas alternativas listadas en el sitio web de Diesel Net. La EPA también enumera normas específicas para motores superiores a 560 kW.

NORMAS DE EMISIONES DE NIVEL 4 PARA MOTORES SUPERIORES A 560 KW

Categoría

CO

NMHC

NOx

PM

Generadores

3.5 (2.6)

0.19 (0.14)

0.67 (0.50)

0.03 (0.022)

Todos los motores excepto los de generadores

3.5 (2.6)

0.19 (0.14)

3.5 (2.6)

0.04 (0.03)

Unión Europea fuera de carretera

La UE se encuentra actualmente en la Etapa V de sus reglamentos sobre máquinas móviles fuera de carretera, cuya aplicación plena está prevista para 2021. Los últimos cambios se centran en fijar límites más estrictos a las emisiones de partículas.

LÍMITES DE EMISIONES DE LA ETAPA V DE LA UNIÓN EUROPEA

Categoría

Tipo de encendido

Potencia neta (kW)

Fecha

CO (g/kWh)

HC

NOx

PM

PN (1/kWh)

NRE-v/c-1

CI

P < 8

2019

8

7.50 a,c

0.40*

-

NRE-v/c-2

CI

8 ≤ P < 19

2019

6.6

7.50 a,c

0.4

-

NRE-v/c-3

CI

19 ≤ P < 37

2019

5

4.70 a,c

0.015

1×1012

NRE-v/c-4

CI

37 ≤ P < 56

2019

5

4.70 a,c

0.015

1×1012

NRE-v/c-5

Todos

56 ≤ P < 130

2020

5

0.19c

0.4

0.015

1×1012

NRE-v/c-6

Todos

130 ≤ P ≤ 560

2019

3.5

0.19c

0.4

0.015

1×1012

NRE-v/c-7

Todos

P > 560

2019

3.5

0.19**

3.5

0.045

-

NRG-v/c-1

Todos

P > 560

2019

3.5

0.19***

0.67

0.035

-

En los Estados Unidos, el estado de California tiene permiso especial de la EPA para promulgar sus propias normas de emisiones; en parte debido a la grave contaminación del área de Los Ángeles que data de décadas atrás. Colorado, Connecticut, Delaware, Maine, Maryland, Massachusetts, Nueva Jersey, Nuevo México, Nueva York, Oregón, Pensilvania, Rhode Island, Vermont, Wáshington y el Distrito de Columbia han adoptado las normas de California, que son más estrictas que las de la EPA.

HACER QUE TODO ESTO TENGA SENTIDO

Se trata de una gran cantidad de datos y siglas, pero la UE y la EPA proporcionan herramientas que los ingenieros pueden utilizar para garantizar el cumplimiento de sus aplicaciones específicas, incluido el Modelo de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEM, en inglés) de los EE. UU. y la Herramienta de Cálculo del Consumo Energético Vehicular (VECTO) de la UE .

Ambas herramientas permiten a los ingenieros alimentar datos de entrada al motor y producir predicciones del nivel de emisiones.

Así que, ¿ahora a dónde vamos?

La evolución de la regulación tiende a seguir un patrón. Por más de dos décadas, la densamente poblada Europa ha estado a la vanguardia de las normas de emisiones. California suele tener un rezago de unos años y el resto de los Estados Unidos un par de años detrás de California.

Otros países fuertes en fabricación, como China y Japón, tienen sus propios estándares en evolución. A medida que la economía se vuelve más global, los principales fabricantes han presionado para lograr una mayor armonización; algunos ejemplos son el Acuerdo de París y el acuerdo de la EPA y la Junta de Recursos Aéreos de California para implementar regulaciones similares a las regulaciones actuales de California para 2027.

La pandemia mundial de COVID-19 y las medidas de confinamiento para mitigarla han provocado que las emisiones de CO2 desciendan un 17 por ciento entre enero y abril de 2020. Algunos científicos están pronosticando una disminución de 4.4 a 8 por ciento para finales de año, lo que marcaría la mayor disminución anual desde la Segunda Guerra Mundial.

Sin embargo, se espera que cualquier caída sea temporal, mientras la industria del transporte y la economía mundial se recuperan.

Lo que no está claro es cuán dispuestas estarán las corporaciones a continuar una expansión global agresiva, tras una crisis sanitaria global causada por la propagación de un virus a través de países y continentes.

Como casi todo lo del COVID, las predicciones en este momento equivalen a suposiciones.

En los últimos meses, la EPA ha dicho que tratará de reducir aún más la contaminación a través de su “Iniciativa de camiones más limpios”. Mientras tanto, el presidente Donald Trump ha revertido algunas emisiones a nivel automotriz, así que no queda claro cómo se alcanzará el equilibrio en el futuro: entre habilitar a los fabricantes y proteger el mundo en el que fabrican.

Una forma de hacerlo es la electrificación, pero para su implementación a gran escala probablemente falta mucho más de una década.

Hoy en día lo más urgente es otro tipo de emisión: la contaminación por ruido. La Directiva sobre el ruido en exteriores de la UE limita cuántos decibeles pueden emitir los motores fuera de carretera, especialmente equipos de construcción y tractores agrícolas que funcionen cerca de un entorno urbano.

Se espera que América del Norte adopte medidas similares en los próximos años.