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PV-009

PROCEDIMIENTO PARA LA VERIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE GASES

DE ESCAPE DE VEHÍCULOS

Edición 0

PROCEDIMIENTO PARA LA VERIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE GASES DE ESCAPE DE VEHÍCULOS PV–009

INACAL Instituto Nacional de Calidad Dirección: Calle Las Camelias 817 - San Isidro, Lima, PERÚ Teléfono: 01 640 8820 Website: www.inacal.gob.pe Publicación editada por la Dirección de Metrología del INACAL. Prohibida la reproducción total o parcial de este procedimiento por cualquier medio, sin autorización del INACAL. Edición 0 – Febrero 2018 Las sugerencias y comentarios pueden ser remitidas a la Dirección de Metrología del INACAL por teléfono (51 – 01) 6408820 anexo 1501 o al correo electrónico metrologia@inacal.gob.pe. Impreso en Perú – Printed in Perú

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INDICE

1. OBJETIVO ................................................................................................................... 4

2. CAMPO DE APLICACIÓN ............................................................................................ 4

3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA .............................................................................. 4

4. DEFINICIONES ............................................................................................................ 4

5. PRINCIPIO DE MEDICIÓN EMPLEADO POR LOS INSTRUMENTOS PARA LA

MEDICION DE LOS GASES DE ESCAPE DE VEHÍCULOS ........................................ 6

6. MÉTODO DE VERIFICACIÓN ..................................................................................... 6

7. CONDICIONES DE ENSAYO ...................................................................................... 6

8. EQUIPOS, GASES DE ENSAYO E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ........................ 7

9. PROCESO DE VERIFICACION ................................................................................... 9

10. REQUISITOS METROLÓGICOS ................................................................................11

11. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS ..............................................................12

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1. OBJETIVO Este procedimiento establece los pasos a seguir por el personal técnico para efectuar la verificación en laboratorio, de instrumentos de medición de gases de escape de vehículo.

2. CAMPO DE APLICACIÓN

Este procedimiento aplica a la verificación en laboratorio, de instrumentos de medición de gases de escape de vehículos que miden, como mínimo, los siguientes componentes, CO, CO2, HC y O2 y cuyo principio de detección para determinar CO, CO2 y HC, se basa en la absorción infrarroja en gases.

La detección de O2 por lo general puede ser con una celda de combustible, sin embargo, para este componente, no se busca excluir algún otro tipo de instrumentos que, aunque se basen en otro principio de detección, cumpla con los requisitos metrológicos de la verificación.

3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Dirección de Metrologia - INACAL. 2017. Norma Metrológica Peruana NMP 024:2017 “Instrumentos de medición de gases de escape de vehículos”; Parte 1: Requisitos metrológicos y técnicos, Parte 2: Controles metrológicos y ensayos de funcionamiento. 1a edición. Lima, Perú. 64 págs.

Grupo de Trabajo 2 del Comité Conjunto de Guías en Metrología (JCGM / WG 2). 2012. Vocabulario Internacional de Metrología - Conceptos básicos y generales, y términos asociados (VIM). 3ª edición en español del VIM 2012, Dirección de Metrología - INACAL. Lima - Perú. 108 págs. (Traducción autorizada por el BIPM y el JCGM).

Organización Internacional de Metrología Legal OIML. 2012. Vocabulario Internacional de Términos en Metrología Legal (VIML). Edición 2013. Lima - Perú. 56 págs. (Traducción al español de la OIML V 1).

International Organization for Standardization - ISO. 2015. Gas analysis - Preparation of calibration gas mixtures - Part 1: Gravimetric method for Class I mixtures. First edition. Switzerland. 39 págs.

4. DEFINICIONES

Para los propósitos de este procedimiento se aplica los siguientes términos y definiciones:

Verificación de un instrumento de medición [VIML 2.09] Procedimiento de evaluación de la conformidad (distinto a la evaluación de modelo) que conduce a la colocación de una marca de verificación y/o la emisión de un certificado de verificación.

Verificación inicial [VIML 2.12] Verificación de un instrumento de medición que no ha sido verificado previamente.

Verificación posterior [VIML 2.13] Verificación de un instrumento de medición que se realiza después de una verificación

anterior.

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Nota 1. La verificación posterior incluye: - Verificación periódica obligatoria, - Verificación después de la reparación, y - Verificación voluntaria.

Nota 2. La verificación posterior de un instrumento de medición puede realizarse antes del vencimiento del período de validez de una verificación anterior, ya sea a solicitud del usuario (propietario) o cuando su verificación ha sido declarada vencida.

Verificación periódica obligatoria [VIML 2.14] Verificación posterior de un instrumento de medición realizada periódicamente a

intervalos especificados de acuerdo con el procedimiento establecido por las regulaciones.

Sonda de Muestreo [NMP 024:2016 3.1] Tubo que se introduce en el tubo de escape de un vehículo para tomar muestras de gas.

Sistema de ajuste a cero [NMP 024:2016 3.10] Sistema para poner la indicación del instrumento a cero.

Sistema de ajuste de gas de referencia [NMP 024:2016 3.11] Sistema para ajustar el instrumento al valor de un gas de referencia.

Sistema de ajuste interno [NMP 024:2016 3.12] Sistema para ajustar el instrumento a un valor designado sin el uso de un gas de

referencia externo.

Tiempo de calentamiento [NMP 024:2016 3.13] Tiempo transcurrido entre el momento en que se aplica energía a un instrumento y el

momento en que el instrumento es capaz de cumplir los requisitos metrológicos.

Tiempo de respuesta [NMP 024:2016 3.14] Intervalo de tiempo comprendido entre el momento en que un valor de entrada de un

instrumento de medición o sistema de medición sufre un cambio abrupto de un valor constante especificado a otro, y el momento en que la indicación correspondiente se mantiene dentro de dos límites especificados alrededor de su valor final en régimen estable.

Lambda [NMP 024:2016 3.32] Valor adimensional representativo de la eficiencia de combustión de un motor en

términos de la relación aire /combustible en los gases de escape y determinado con una fórmula normalizada indicada.

Mezcla de gases de referencia certificado [ISO 6974-1:2012(E) 3.10] Mezcla de gases de referencia, caracterizada por un procedimiento metrológicamente

válido para una o más propiedades especificadas, acompañada de un certificado que proporciona el valor de la propiedad especificada, su incertidumbre asociada y una declaración de trazabilidad metrológica.

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5. PRINCIPIO DE MEDICIÓN EMPLEADO POR LOS INSTRUMENTOS PARA LA MEDICION DE LOS GASES DE ESCAPE DE VEHÍCULOS

Los principales gases emitidos por los vehículos con motores de combustión interna (hidrocarburos, monóxido de carbono y dióxido de carbono) pueden ser medidos por cromatografía gaseosa o espectroscopía de absorción infrarroja. La Norma Metrológica Peruana NMP 024:2017 establece a la absorción infrarroja como el principio de detección para las mediciones de los gases monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrocarburos. Esta técnica espectroscópica de absorción infrarroja se fundamenta en la absorción de la radiación infrarroja por las moléculas en vibración. La molécula absorbe la energía de un haz de luz infrarroja cuando dicha energía incidente es igual a la necesaria para que se dé una transición vibracional de la molécula. Es decir, la molécula vibra de una determinada manera gracias a la energía que se le suministra mediante luz infrarroja.

6. MÉTODO DE VERIFICACIÓN

Comparación directa entre la indicación del instrumento de medición con el valor convencional de la concentración de la mezcla de gas de referencia.

Un número establecido de mezclas de gases de referencia son suministradas una a una a la sonda del instrumento de medición, a presión ambiente, para verificar el cumplimiento de los errores máximos permisibles establecidos en la NMP 024:2017.

7. CONDICIONES DE ENSAYO

7.1 Condiciones generales

La indicación del instrumento debe estar configurada para reportar la fracción volumétrica de HC (hidrocarburos) en términos de hexano (n-hexano). La configuración será realizada de acuerdo al manual de instrucciones del fabricante. El valor o los valores del factor de equivalencia propano/hexano deben estar marcado de forma permanente y visible con tres cifras significativas en el instrumento o debe ser visualizado fácilmente en el dispositivo indicador. El ajuste será realizado de acuerdo al manual de instrucciones del fabricante. El ajuste no forma parte de este procedimiento. Verificar que la fecha de uso de las mezclas de gases de referencia a emplear sea antes de la fecha de caducidad indicado en sus respectivos certificados. Verificar que no exista fuga de gases en las líneas de conducción de los gases de referencia. La verificación puede realizarse con un líquido detector de fugas. Las mediciones deben realizarse bajo un sistema de extracción (p. ej. campana de extracción de gases o mangas de extracción de gases) o en un ambiente ventilado, en cuyo caso es recomendable el uso de una máscara de gases. Los gases de referencia deben ser suministrados a la sonda a presión ambiente (con una desviación máxima de 8 hPa ó 8 mbar).

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La manguera y sonda de muestreo del instrumento no deberán presentar defectos tales como orificios o suciedad que no permitan superar el test de fugas o hidrocarburos.

Las unidades de fracción volumétrica se han utilizado para la inspección de campo. Sin embargo, las mezclas de gases pueden ser producidas generalmente en fracciones molares de acuerdo con estándares más exactos. Suponiendo que las mezclas de gases obedecen a la ley del gas ideal, se considera que las fracciones molares son iguales a las fracciones volumétricas en este procedimiento.

7.2 Condiciones ambientales

Temperatura ambiente: 20 °C ± 2 °C Humedad relativa: 60 % ± 10 %

8. EQUIPOS, GASES DE ENSAYO E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Sistema para el muestreo de las mezclas de gases de referencia (Figura 1):

Figura 1. Esquema para los ensayos

En la Figura 1 se describe los siguientes componentes: (a) Válvula de tres vías con conectores de dimensiones compatibles con las mangueras

de teflón a emplear. (b) Válvula de aguja con conectores de dimensiones compatibles con las mangueras de

teflón a emplear. (c) Válvula de cierre 3/2 de dimensiones compatibles con las mangueras de teflón a

emplear.

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Nota: Puede emplearse un arreglo de válvulas diferente al mostrado en la Figura 1 que permita cambiar instantáneamente el muestreo de un gas a otro. (d) Medidor de flujo (rotámetro) para aire o nitrógeno, con intervalo de indicaciones que

cubra el rango de 2 L/min a 10 L/min; con resolución mejor o igual a 1 L/min y con un error máximo permitido de 5 % del fondo de escala o mejor.

(e) Manómetro para la medición de la presión de muestreo, con intervalo de indicaciones

que cubra el rango de 0 hPa a 25 hPa; resolución de 0,5 hPa o mejor, clase de exactitud de 1,6 o mejor.

(f) Mangueras de teflón para sistema neumático, p. ej. de 6 mm u 8 mm (líneas de

conducción de los gases).

Multímetro de 4 ½ dígitos o mejor, con funciones para verificar la corriente alterna y frecuencia.

Corriente alterna Frecuencia

Intervalo de indicaciones mínimo

0 V a 400 V 0 Hz a 99,99 Hz

Error Máximo permisible

1 % + 3 dígitos, o mejor

0,1 % + 1 dígito, o mejor

Mezclas de gases de referencia certificados (MRC), preparados por el método gravimétrico. La unidad para la cantidad de gas contenido se expresa en fracción molar o volumétrica. La incertidumbre expandida de la composición debe ser 1 % o menos de la fracción volumétrica de cada mensurando; excepto para HC de 1 000 ppm y menos, donde la incertidumbre expandida debe ser 2 % o menos en el caso de las Clases I o 0 y 1 % o menos en el caso de la Clase 00. Tabla 1. Concentraciones de las mezclas de gases de referencia certificados

Componente Unidad Mezcla E Mezcla F Mezcla G Mezcla L

CO % vol 0,5 1 3,5 0,25

CO2 % vol 6 10 14 3

HC ppm vol 100 300 1000 40

O2 % vol 0,5 10 20,9 0

Notas:

- Para todas las mezclas de gases de la Tabla 1, el gas de base es nitrógeno (N2). - La mezcla L sólo se emplea para instrumentos de las Clases 0 y 00, en el ensayo de

curva de error. - La mezcla L es una mezcla de gas libre de oxígeno. - Las fracciones volumétricas de HC especificadas en esta Tabla 1 son expresadas en

términos de n-hexano, sin embargo, el propano puede utilizarse como el componente de HC del gas de referencia, en cuyo caso las concentraciones de HC de la mezcla

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E, F, G y L son 200 ppm vol, 600 ppm vol, 2 000 ppm vol y 80 ppm vol, respectivamente.

Cilindro con gas Nitrógeno de alta pureza UHP 5.0 .

Reguladores de presión con manómetros de alta y baja presión, niples y tuercas para conexión con los cilindros.

Soportes, pinzas con nuez y cinta teflón.

Cronometro digital con error más incertidumbre expandida de calibración menor a 1 s . 9. PROCESO DE VERIFICACION

9.1 Inspección Con el multímetro verificar la tensión y frecuencia de alimentación en el punto de uso para determinar el cumplimiento de las especificaciones indicadas en la etiqueta del instrumento. De ser necesario emplear un estabilizador de tensión eléctrica que permita alcanzar las especificaciones de tensión y frecuencia del instrumento. Debe verificarse:

- Tensión de la red: Tensión nominal del instrumento ± 2 % - Frecuencia de la red: Frecuencia nominal del instrumento ± 1 %

9.2 Verificación de la curva de error

Montar el “Sistema de suministro de gases de referencia” de acuerdo a la Figura 1.

Verificar que la válvula de cierre y la válvula de aguja estén cerradas. La válvula de tres vías debe aperturar las posiciones 1 y 3 (ver Figura 1).

Encender el instrumento de acuerdo a lo descrito en las instrucciones de operación del fabricante.

Realizar el test de fugas de acuerdo a lo descrito en las instrucciones de operación del fabricante.

Realizar el test de residuos de hidrocarburos de acuerdo a lo descrito en las instrucciones de operación del fabricante.

Dejar calentar el equipo de acuerdo a lo establecido por fabricante.

Conectar la sonda de muestreo del instrumento al extremo de la manguera del sistema de suministro de gases de referencia (ver Figura 1)

Seleccionar el cilindro de mezcla E (ver Tabla 1) y verificar que el cilindro y su regulador se encuentren cerrados. Conectar el cilindro al punto 3 de la válvula de tres vías (ver Figura 1).

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Abrir la llave del cilindro y luego abrir lentamente el regulador de presión del cilindro hasta una presión próxima a la presión atmosférica. Abrir la válvula de aguja, luego aperturar la válvula de cierre 3/2 e inmediatamente regular el flujo hasta lo indicado por el fabricante (empleando la válvula del medidor de flujo y/o válvula de aguja). Con el manómetro (e) verificar que la presión de muestreo no exceda 8 hPa . Cerrar la válvula de cierre 3/2 y esperar que el instrumento recupere los valores del aire ambiente.

Abrir la válvula de cierre 3/2, contabilizar 60 s e inmediatamente anotar las indicaciones. Cerrar la válvula de cierre 3/2 y esperar que el instrumento recupere los valores del aire ambiente.

Repetir el paso anterior hasta completar una serie de tres réplicas. Cerrar el cilindro de mezcla E, cerrar su regulador y luego desconectarlo del punto 3.

Realizar los 4 pasos anteriores hasta completar las mezclas establecidas en la Tabla 1.

Verificar el cumplimiento de los requisitos establecidos en 10.1 9.3 Verificación del tiempo de respuesta para la medición de CO

Verificar que la válvula de cierre y la válvula de aguja estén cerradas. La válvula de tres vías debe aperturar las posiciones 1 y 3 (ver Figura 1).

Seleccionar los cilindros de nitrógeno UHP y mezcla E, verificar que los cilindros y sus reguladores se encuentren cerrados.

Conectar el cilindro de nitrógeno UHP al punto 2 y el cilindro de mezcla E al punto 3 de la válvula de tres vías (ver Figura 1).

Abrir la llave de los cilindros de nitrógeno UHP, mezcla E y luego abrir lentamente sus reguladores hasta una presión próxima a la presión atmosférica. Abrir la válvula de aguja, luego aperturar la válvula de cierre 3/2 e inmediatamente regular el flujo hasta lo indicado por el fabricante (empleando la válvula del medidor de flujo y/o válvula de aguja). Con el manómetro (e) verificar que la presión de muestreo no exceda 8 hPa . Aperturar las posiciones 1-2 de la válvula de tres vías y esperar que el instrumento recupere los valores del nitrógeno UHP (gas con contenido 0).

Aperturar las posiciones 1-3 de la válvula de tres vías, contabilizar 15 s e inmediatamente después anotar la indicación del CO. Cerrar la válvula de cierre 3/2 y esperar que el instrumento recupere los valores del aire ambiente.

Cerrar reguladores y llaves de los cilindros, luego desconectarlos.

Verificar el cumplimiento del requisito establecido en 10.2

9.4 Verificación del tiempo de respuesta para la medición del O2

Verificar que la válvula de cierre y la válvula de aguja estén cerradas. La válvula de tres vías debe aperturar las posiciones 1 y 3 (ver Figura 1).

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Seleccionar el cilindro de nitrógeno UHP y verificar que el cilindro y su regulador se encuentren cerrados. Conectar el cilindro al punto 3 de la válvula de tres vías.

Abrir la llave del cilindro de nitrógeno UHP y luego abrir lentamente el regulador de presión del cilindro hasta una presión próxima a la presión atmosférica. Abrir la válvula de aguja, luego aperturar la válvula de cierre 3/2 e inmediatamente regular el flujo hasta lo indicado por el fabricante (empleando la válvula del medidor de flujo y/o válvula de aguja). Con el manómetro (e) verificar que la presión de muestreo no exceda 8 hPa . Cerrar la válvula de cierre 3/2 y esperar que el instrumento recupere los valores del aire ambiente.

Abrir la válvula de cierre 3/2, contabilizar 60 s e inmediatamente anotar la indicación del O2. Cerrar la válvula de cierre 3/2.

Verificar el cumplimiento del requisito establecido en 10.3. 9.5 Verificación de activación y bloqueo de bajo flujo

Retirar la sonda del sistema de suministro de gases de referencia y restringir el flujo de gas suministrado a la sonda mientras se muestrea el aire del ambiente.

Verificar el cumplimiento del requisito establecido en 10.4.

10. REQUISITOS METROLÓGICOS

10.1 Curva de error

Los errores observados deben encontrarse dentro de los límites de los errores máximos permisibles dados en la Tabla 2, para cada medición.

Tabla 2. Errores Máximos Permisibles en la verificación inicial y posterior

Clase Tipo de

error

Errores Máximos Permisibles (*)

CO CO2 O2 HC

00 Absoluto ± 0,02 % vol ± 0,3 % vol ± 0,1 % vol ± 4 pmm vol

Relativo ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 5 %

0 Absoluto ± 0,03 % vol ± 0,5 % vol ± 0,1 % vol ± 10 pmm vol

Relativo ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 5 %

I Absoluto ± 0,06 % vol ± 0,5 % vol ± 0,1 % vol ± 12 pmm vol

Relativo ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 5 % (*) Absoluto o relativo, el mayor de estos dos valores.

10.2 Tiempo de respuesta para la medición del CO

En un lapso de 15 s , después de cambiar de gas nitrógeno a la mezcla de referencia, el instrumento debe indicar, como mínimo, el 95 % del valor certificado del CO de la mezcla de referencia.

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10.3 Tiempo de respuesta para la medición del O2

En un lapso de 60 s, después de cambiar de aire ambiente a un gas libre de oxígeno, el instrumento debe indicar un valor de O2 menor a 0,1 % vol .

10.4 Activación y bloqueo de bajo flujo

El instrumento debe ser capaz de activar un mecanismo para indicar que el flujo es bajo y evitar que se realicen mediciones.

11. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

El instrumento de medición de gases de escape de vehículos verificado DEBE CUMPLIR satisfactoriamente los requisitos metrológicos de curva de error, tiempo de respuesta para la medición del CO, tiempo de respuesta para la medición del O2, activación y bloqueo de bajo flujo, establecidos en este procedimiento.

Para el requisito metrológico de curva de error, cada una de las tres mediciones de este ensayo debe cumplir con el EMP aplicable.

En caso de no cumplir con uno o más de los requisitos metrológicos se indicará el no cumplimiento de los mismos en el respectivo documento de verificación.