El alumno Sergio Fernández Resines obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE

El alumno Sergio Fernández Resines obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE

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• Título de tesis: Particle Emissions from Car Brakes: Development of a Laboratory-Scale Test for Accelerated Material Screening Based on UN GTR No. 24

Tribunal:

• Presidencia: Agustí Sin Xicola (UNITO)
• Vocalía: Yezhe Lyu (Lund University)
• Secretaría: Andrea Aginagalde Lopez (Mondragon Unibertsitatea)

Resumen:

El aumento de los niveles de material particulado en zonas urbanas representa una grave amenaza para la salud humana, afectando tanto al sistema cardiovascular como al respiratorio. Si bien durante mucho tiempo se ha identificado a las emisiones provenientes del escape como la principal fuente de PM10 relacionadas con el tráfico, cada vez cobra mayor relevancia el impacto de las emisiones no relacionadas con el escape. Entre estas, el desgaste de frenos se ha consolidado como uno de los principales contribuyentes, representando aproximadamente el 55% del total de emisiones no procedentes del escape. En este contexto, la próxima EURO 7 se perfila como el primer marco regulador que abordará específicamente estas emisiones. Para garantizar su cumplimiento, el UN GTR No. 24 define una metodología estandarizada para la medición de emisiones de partículas procedentes del desgaste de frenos en vehículos ligeros, mediante el uso de bancos dinamométricos. Dado que se prevé que los discos de freno GCI, comúnmente utilizados, no cumplan con los futuros requisitos normativos, la industria se ve obligada a desarrollar soluciones técnica y económicamente viables. Este proceso exige una intensa labor experimental; sin embargo, la disponibilidad limitada de bancos validados, junto con la complejidad inherente a la caracterización de emisiones, ha provocado importantes retrasos en la evaluación de nuevos materiales.

En este contexto, el principal objetivo de esta tesis es desarrollar una infraestructura a escala de laboratorio para la caracterización de emisiones de partículas del sistema de freno, permitiendo un cribado rápido y económico de materiales, mediante la adaptación del ciclo WLTP y la correlación de los resultados con el banco dinamométrico.

Para ello, se ha desarrollado una metodología y un marco experimental que permiten implementar el WLTP Brake Cycle en un tribómetro PoD, posibilitando ensayos de emisiones de partículas a escala de laboratorio. La implementación reprodujo con éxito el comportamiento dinámico, térmico y energético de los ensayos a escala completa, alcanzando una excelente concordancia en las emisiones de masa de partículas, con desviaciones inferiores al 5% respecto a los bancos dinamométricos. No obstante, la aplicación completa del protocolo WLTP según el UN GTR No. 24 resultó demasiado prolongada en el tribómetro, limitando su utilidad como herramienta de cribado rápido.

Para superar esta limitación, se evaluaron tres estrategias de aceleración: la reducción del número de frenadas, la minimización de las fases de crucero y la implementación de automatización completa del ensayo. Entre ellas, la combinación de un protocolo simplificado basado en el Trip#10 (Trip#10-R5), junto con la automatización total, se identificó como la opción más eficaz. Esta configuración permitió aumentar en un 150% la capacidad de ensayo en comparación con los procedimientos en banco dinamométrico, posibilitando la realización de dos ensayos diarios sin comprometer la coherencia con los resultados de emisiones del ciclo WLTP completo.

Finalmente, se validó el tribómetro en un conjunto de estrategias de mitigación. Utilizando un disco GCI estándar como referencia, se evaluaron dos alternativas de baja emisión: discos con nitrocarburación férrica (FNC) y discos con recubrimiento duro (HSLC). Los resultados obtenidos en el tribómetro mostraron una fuerte concordancia con las mediciones en dinamómetro para todos los materiales, abarcando niveles de emisión desde 10 mg/km (GCI) hasta 1 mg/km (HSLC). Estos resultados demuestran la eficacia del sistema propuesto para jerarquizar materiales en todo el rango de desempeño en emisiones, consolidando su utilidad como herramienta de desarrollo y su alineación con los objetivos regulatorios establecidos por la normativa Euro 7.