Informe técnico: sensor de combinación digital

El sensor TRICAN es compatible con una comunicación bidireccional para el diagnóstico de plausibilidad a nivel del sistema con otro sensor externo. Se puede configurar la salida digital conforme a J1939, CAN2.0, según las necesidades del cliente (trama CAN).

TRICAN indica la humedad relativa y la específica, y el punto de rocío si se solicita. También mide la temperatura del aire y la presión de entrada como se muestra en la figura 4.

• La humedad relativa (HR) es la relación entre la presión parcial del vapor de agua y la presión de vapor de equilibrio del agua a una temperatura determinada.
• La humedad específica (Sh) es la relación entre la masa de vapor del agua y la masa total de la partícula de aire húmedo.
• El punto de rocío (DP) es la temperatura a la que se debe enfriar el aire para que se sature de vapor de agua. Cuando se enfríe más, se condensará para formar agua.

La celda de humedad de TE Connectivity es un sensor único de alto rendimiento en términos de precisión, resistencia, tiempos de respuesta y de recuperación. Un polímero dieléctrico delgado queda atrapado entre un electrodo superior e inferior. La capacidad dieléctrica es proporcional a la humedad medida. Su posición en el sensor hace posible un tiempo de recuperación rápido después de la condensación y una fuerte protección contra contaminantes al mismo tiempo. El sensor de humedad cuenta con una de las histéresis más bajas y el tiempo de respuesta más rápido en el mercado actual.

El sensor de presión de TE Connectivity se desarrolló especialmente para la entrada de aire de ICT. Su rango de temperatura de funcionamiento es de -40 °C a +125 °C y su rango de presión es de hasta 250 kPa con una respuesta de tiempo muy rápida.

El sensor de temperatura es un coeficiente de temperatura negativo (NTC) soldado en el montaje de PCB. Tiene un rango de medición de temperatura de -40 °C a 105 °C con una precisión de ±0.5 °C.

Se sabe que la humedad afecta la densidad de la entrada de aire, lo que repercute en la combustión [3, 4]. El bucle EGR añade humedad a la entrada de aire. Los sensores de humedad, temperatura y presión hacen posible mejorar el rendimiento y optimizar el consumo de combustible. Tiene las siguientes ventajas:

• Adaptación a la inyección
• Adaptación del tiempo de encendido
• Monitoreo de la condensación de EGR para evitar la disminución de la vida útil del cilindro
• Reducción de las emisiones de NOx
• Optimización del control de bucle EGR

En los motores de gas natural, la potencia máxima alcanzable es una función de la humedad de la entrada de aire. En los motores de mezcla pobre un índice aire-combustible preciso es esencial.

El exceso de aire reduce la temperatura de combustión, por lo que las emisiones de óxido de nitrógeno se reducen a la mitad en comparación con un motor de gas natural convencional. Con el exceso de oxígeno, la combustión es más eficiente porque se produce más energía con la misma cantidad de combustible.

El límite de mezcla pobre es una función de la humedad y debe adaptarse en tiempo real para lograr lo siguiente:

• Mejorar la eficiencia
• Reducir las emisiones de NOx, los golpes de chispa y las fallas de encendido

Con la estimación virtual de NOx se logra reducir costos de manera considerable debido a la eliminación del sensor de NOx ascendente. Una de las principales ventajas es que el sensor TRICAN es de alta precisión incluso en condiciones de arranque en frío en las que se generan el 50 % de las emisiones del ciclo de conducción durante el arranque en frío, a diferencia de los sensores de NOx que no son eficientes por al menos 20 minutos. En estas condiciones específicas, las emisiones son las más elevadas y requieren de una estrategia específica.

Además, los sensores TRICAN pueden reemplazar los de temperatura y de presión que se utilizan en la entrada, lo que origina más reducción de costos.

Nuestro sensor de humedad, presión y temperatura completa o reemplaza los sensores de NOx ascendentes. Es de gran precisión y confiabilidad, y de deriva limitada a lo largo de su vida útil. También se utiliza en un modelo de motor en combinación con el sensor de NOx ascendente para realizar diagnósticos de sistemas y para monitorear la precisión de NOx durante toda la vida útil.

El rendimiento óptimo de la celda de combustible requiere una humedad relativa elevada o casi saturada (HR de >80 %). La permeabilidad de la membrana de intercambio de protones depende de su contenido de agua; por lo tanto, la humedad relativa es una de las condiciones de operación más importantes que afectan el rendimiento y la eficiencia de la celda de combustible durante su vida útil. 

Se utiliza un humidificador en la entrada de la celda de combustible para corregir la tasa de humedad. Uno de los principales retos para el sensor es el arranque en frío, en el que puede producirse condensación. La experiencia de campo en entornos hostiles como camiones, máquinas de construcción y aplicaciones en carretera y todoterreno ha demostrado que la celda de humedad de TE Connectivity es una solución confiable con tiempo de recuperación después de la condensación y tiempo de respuesta rápidos. La presión también es un parámetro clave para el control de la densidad de potencia. Por lo tanto, el sensor TRICAN es apto para entornos de humedad y temperatura elevadas.  Además, los elementos de detección están protegidos contra la contaminación química.

Debido a la reducción de la velocidad de combustión, la presión máxima del cilindro disminuye cuando aumenta la humedad específica. Como se muestra en la figura 9, el par de motor disminuye en un 5.5 % cuando la humedad específica aumenta de 10 g/kg a 40 g/kg debido a la reducción de la presión máxima. En las condiciones en las que la humedad específica es de 15 g/kg, si la medición varía en 5 g/kg, el par de motor se reducirá en un 1 %.

Las emisiones de hidrocarburos surgen de partículas no quemadas debido al fenómeno de extinción en una pared y aumentan cuando incrementa la humedad del aire, mientras que el dióxido de carbono y el óxido de nitrógeno disminuyen.

En condiciones en las que la humedad específica es de 15 g/kg, y la medición varía en 5 g/kg, el impacto de las emisiones es: 1.5 % más de hidrocarburos, 7.2 % más de óxido de nitrógeno y 5.4 % más de dióxido de carbono.

La temperatura adiabática al final de la combustión afecta la cantidad de calor liberado durante la combustión y, por lo tanto, el trabajo realizado por el pistón que repercute en la potencia del motor.