Desarrollos Metrológicos, Legislativos y Normativos en el Control Ambiental: Instrumentos de Medición de Partículas de Escape y Sistemas de Medición Remota de Emisiones Vehiculares

Salustiano Ruiz, Teresa Fernández, Andrés Rojo e Inés de Castro
Centro Español de Metrología 

1. Introducción 

En el contexto actual de la lucha contra la contaminación, la preocupación por el impacto ambiental y la salud pública ha llevado a la implementación de normativas cada vez más estrictas sobre las emisiones de gases contaminantes y partículas por sus efectos en la calidad del aire. La medición precisa de las emisiones vehiculares y el control de las partículas contaminantes resultantes de la combustión en motores de vehículos son fundamentales en la lucha contra la contaminación del aire. Por lo anterior se requiere de criterios y métodos de medida que garanticen el cumplimiento de requisitos esenciales y estén alineados con los avances tecnológicos. La Unión Europea y España han impulsado nuevas legislaciones sobre los instrumentos de medición de partículas y gases contaminantes emitidos por vehículos de motor y nuevas normas sobre los sistemas de medida remota de emisiones de vehículos a motor. Estos avances son fundamentales no solo para reducir los efectos negativos en la salud pública y el medio ambiente, mediante el cumplimiento de requisitos esenciales, sino también para asegurar una competencia leal. 

Este artículo explora los desarrollos más recientes en instrumentos de medición de partículas de escape y sistemas de medición remota, a la luz de nuevas reglamentaciones y normativas europeas y españolas. Se analizan los aspectos clave de los instrumentos de medición de partículas y la medida remota de emisiones de gases en vehículos en circulación, considerando los requisitos esenciales metrológicos y los procedimientos de evaluación y verificación. 

2. Marco normativo y legal del control metrológico en emisiones vehiculares 

La legislación metrológica en España está conformada, principalmente, por la Ley 32/2014, de 22 de diciembre, de Metrología [2], que tiene por objeto el establecimiento y la aplicación del Sistema Legal de Unidades de Medida, así como la fijación de los principios y de las normas generales a las que debe ajustarse la organización y el régimen jurídico de la actividad metrológica en España; el Real Decreto 244/2016, de 3 de junio, por el que se desarrolla la Ley 32/2014, de 22 de diciembre, de Metrología [3], que desarrolla entre otros los aspectos de la ley relativos al control metrológico y transpone a la legislación española las directivas europeas de instrumentos de medida, Directivas 2014/31/UE [4] y 2014/32/UE [5]; y por último la Orden ICT/155/2020, de 7 de febrero, por la que se regula el control metrológico del Estado de determinados instrumentos de medida [6], siendo estos aquellos que no tienen legislación armonizada europea para su introducción en el mercado y aquellos que se consideran que tienen que estar sometidos a verificaciones periódicas o después de su reparación. 

Actualmente, ni los medidores de partículas ni los medidores de forma remota de emisiones de gases de vehículos están regulados en la legislación anterior. Sin embargo, en el caso de medidores de partículas, la Comisión Europea publicó la Recomendación (UE) 2023/688 [1] relativa a la medición del número de partículas para la inspección técnica periódica de vehículos equipados con motores de encendido por compresión en la que establece no solo los requisitos esenciales específicos que deben cumplir los medidores de partículas para la evaluación de la conformidad y la verificación periódica, sino también los procedimientos de medición. Todo ello está condicionado porque a partir de la normativa Euro 6 se establecen requisitos sobre emisión de partículas en homologación de tipo de vehículos en reglamentaciones europeas como en el Reglamento (UE) 2017/1151 de la Comisión [7] o en el 595/2009 del Parlamento Europeo y del Consejo [8]. No ocurre lo mismo en el caso de medidores remotos de gases de escape, donde las únicas menciones legislativas europeas están en el Reglamento (UE) 2018/1832 de la Comisión [9] que nombra la teledetección como un método apropiado para la recogida de información y evaluación del riesgo; y en la Directiva 2014/47/UE del Parlamento Europeo y del Consejo [10], que incluye como alternativa en la determinación de emisiones gaseosas la realización de mediciones mediante sensores remotos, confirmadas por métodos aprobados de control. 

Con este marco legislativo y teniendo en cuenta la situación legislativa particular de cada instrumento se ha trabajado en dos líneas diferentes: en medidores de partículas mediante la modificación de la ICT155/2020 [11] para incluir un anexo específico sobre estos instrumentos, dicho anexo estará alineado con lo establecido en la Recomendación (UE) 2023/688 [1] y se prevé que esté publicada en el BOE en breve; en sistemas de medida remota de gases mediante la creación de un grupo de trabajo específico dentro del CTN82 de Metrología de UNE, que desarrolle una norma que incluya no solo los requisitos mínimos que deben cumplir estos instrumentos, sino también métodos adecuados para su evaluación. Dicha norma podrá permitir en el futuro el desarrollo de una legislación metrológica sobre estos instrumentos. 

En ambos casos se está desarrollando sendos programas piloto, en medidores de partículas mediante la distribución de medidores en estaciones ITV para determinar el estado del parque de vehículos en España y poder establecer límites de emisión de partículas adecuados en inspección y en el caso de emisiones para determinar la aplicabilidad de la futura norma. 

3. Instrumentos de medición de partículas de escape (NP) 

Los sistemas para medir el número de partículas sólidas (SPN) emitidas por los vehículos son cada vez más sofisticados gracias a los avances tecnológicos de los últimos tiempos. Esta evolución es crucial debido a que las pruebas convencionales de opacidad, como las que se aplican a motores diésel, no siempre son suficientes para detectar fallos en los filtros de partículas (DPF), sistemas cruciales para la reducción de emisiones de material particulado. Desde la euro 6, la medición de partículas en motores diésel se ha convertido en un aspecto clave del control ambiental, que no solo se va a aplicar en homologación de tipo de vehículos, sino también en breve se utilizarán en las ITV de vehículos diésel para medir el rendimiento de los filtros de partículas, evitando la contaminación excesiva y asegurando que los vehículos cumplan con los límites de emisiones establecidos en su homologación. 

Existen principalmente dos tecnologías para la medida del número de partículas: la conocida como conteo mediante carga por difusión (DC) y la conocida como conteo por condensación (CPC). 

La figura 1 muestra un medidor de partículas, mientras que las figuras 2 y 3 muestran el esquema de funcionamiento de las tecnologías DC y CPC. 

El contador DC puede analizar tamaños de entre 10 nm y 700 nm. Se basa en cargar electrostáticamente las partículas del flujo de los gases de escape que son generados en la combustión mediante colisiones. Las partículas cargadas generan una corriente eléctrica que es proporcional a la concentración y diámetro de las partículas. Estas partículas son conducidas a un electrómetro de dos etapas, donde se realiza un filtrado previo a la detección de las mismas. La corriente generada es proporcional a la cantidad de partículas. 

El contador CPC permite detectar partículas con tamaños desde 2 nm. El flujo de gas de escape se hace pasar a través de un material poroso, al mismo tiempo que se calienta mediante un líquido (alcohol isopropílico, butanol o agua), lo que hace que se sature de contenido de vapor. El gas calentado se condensa. Como resultado se obtienen gotas lo suficientemente grandes, para ser analizadas mediante nefelometría láser, que permite la medición de las partículas mediante la dispersión de luz producida. 

Comparando las dos técnicas, el contador CPC tiene más precisión en el conteo ya que verdaderamente cuenta partículas, mientras que el contador DC hace una estimación en función de la carga, al no diferenciar entre partículas de diferente tamaño. 

3.1. Requisitos técnicos y metrológicos 

Mediante un nuevo anexo que se va a incluir en la ICT155/2020 [6] sobre instrumentos destinados a medir el número de partículas (NP) emitidas por los vehículos equipados con motores de encendido por compresión, basado en la Recomendación (UE) 2023/688 [1], se van a establecer los requisitos mínimos que debe cumplir este tipo de instrumento para poder ser introducido en el mercado, así como los módulos para la evaluación de la conformidad y los requisitos de verificación. 

Entre los requisitos mínimos exigibles se encuentran requisitos relativos a la propia medida del número de partículas como: la eficiencia en el recuento, a los errores máximos permitidos, a la linealidad, la estabilidad con el tiempo, repetibilidad, pero también a requisitos relativos a la influencia de los entornos climáticos, mecánico y electromagnético y a la influencia del software. A modo de ejemplo, la tabla 1 muestra los requisitos de eficiencia en el recuento en función del tamaño de las partículas y la tabla 2 las condiciones de funcionamiento de referencia. 

Tamaño de las partículas o diámetro medio geométrico DMG [nm]	Eficiencia de recuento [-]
23 ± 5 %	0,2 a 0,6
50 ± 5 %	0,6 a 1,3
70 ± 5 % o 80 ± 5 %	0,7 a 1,3
100 ± 5 %	0,7 a 1,3
200 ± 5 %	0,5 a 3,0

Temperatura ambiente	20 °C ± 2 °C
Humedad relativa	50 % ± 20 %
Presión atmosférica	Ambiente estable (± 10 hPa)
Tensión de la red	Tensión nominal ± 5 %
Frecuencia de la red	Frecuencia nominal ± 1 %
Vibración	No/insignificante
Tensión de la batería	Tensión nominal de la batería

3.2. Evaluación de conformidad y verificación. 

La evaluación de conformidad es un proceso crucial para los medidores de NP, ya que es una actividad necesaria para poder introducir un NP en el mercado. Los módulos que se utilizarán para llevar a cabo la evaluación de la conformidad de los medidores del NP serán: 

1. Módulo B, examen de tipo, más módulo D, conformidad con el tipo basada en el aseguramiento de la calidad del proceso de producción. 
2. Módulo B, examen de tipo, más módulo F, conformidad con el tipo basada en la verificación del instrumento.
3. Módulo H1, conformidad basada en el pleno aseguramiento de la calidad más el examen del diseño. 

Además, el nuevo anexo de la ICT155/2020 [11] va a regular la verificación de instrumentos en servicio estableciendo un plazo para la verificación periódica de un año. 

4. Sistemas de medición remota de emisiones 

Aunque estos instrumentos ya fueron tratados en el número 23 de esta revista en el artículo “La medición remota e individualizada de las emisiones reales de los vehículos en libre circulación” [12], este artículo pretende presentar los últimos avances hacia una futura regulación de los mismos, ya que como se ha señalado en el apartado 2 actualmente la único que existe es una referencia a la teledetección como método apropiado para la recogida de información y evaluación del riesgo en el Reglamento (UE) 2018/1832 [9] y en la Directiva 2014/47/UE [10]. 

Estos sistemas permiten medir emisiones vehiculares de manera no intrusiva, sin necesidad de detener el vehículo, lo que es especialmente útil en controles masivos, inspecciones en carretera y zonas de bajas emisiones. La medición remota de gases permite detectar en tiempo real niveles de dióxido de carbono (CO₂) y óxidos de nitrógeno (NOₓ), entre otros. Los tres tipos de métodos de medida remota de las emisiones vehiculares del transporte por carretera son: 

1. Espectroscopía óptica: Este es un método óptico utilizado para cuantificar a distancia la concentración de diferentes moléculas mediante la determinación de la cantidad de luz que a determinadas longitudes de onda se absorbe o se dispersa cuando un haz generado por una fuente luminosa atraviesa un penacho o nube de gas procedente del escape de un vehículo. Utiliza una fuente luminosa y un detector a los lados de una carretera o encima y sobre una carretera, con el instrumento orientado de forma que el haz de luz atraviese el penacho de escape de los vehículos que pasan por la sección de la medición.
2. Fotometría: También es un método óptico, pero este utiliza la opacidad del penacho procedente del escape del vehículo en lugar de la absorción. De este modo, el instrumento determina el grado de interferencia en el paso de la luz a través de las emisiones provenientes del escape del vehículo analizado. El método para medir la opacidad del penacho emitido por vehículos de transporte rodado consiste en colocar una fuente luminosa y un detector a los lados o encima y sobre una carretera, con el instrumento orientado de forma que el haz de luz producido por la fuente atraviese los penachos de escape de los vehículos que pasan por la sección de la medición.
3. Muestreo remoto: Este método consiste en aplicar una técnica de extracción que capture muestras de los gases de escape diluidos de los vehículos que pasan por delante del instrumento. El método utiliza instrumentos de calidad del aire con capacidades de respuesta rápida (1 Hz o mayor) desplegados al lado de la carretera y aplicando técnicas de regresión móvil a las mediciones de muestreo extractivo. A través de este método se proporciona una medición de la concentración de contaminantes en relación con la concentración de CO₂ en el penacho de gases de escape. 

La figura 4 muestra una representación esquemática de los tres métodos de medida. Los instrumentos que emplean métodos de espectroscopía óptica o de fotometría pueden disponerse midiendo de lado a lado de la vía, cruzando uno o varios carriles (esquema superior en la figura), o de arriba abajo, midiendo un carril por instrumento (esquema medio de la figura). Los instrumentos que emplean métodos de muestreo extractivo sitúan sus sondas de muestreo sin interferir el paso de los vehículos con el correspondiente analizador en las proximidades de la vía (esquema inferior de la figura). Puede haber instrumentos que combinen métodos de medida. 

Figura 4 – Métodos de medida y disposición de los instrumentos.  
1 Reflector. Devuelve el haz de luz emitido por la fuente al módulo emisor-detector (5). 2 Vehículo analizado. 3 Penacho de gases de escape emitidos por el vehículo. 4 Camino óptico: Trayectoria seguida por el haz de luz o cortina de luz para realizar las medidas de emisiones. 5 Módulo de medida de emisiones.  6 Nivel de suelo o carretera. 7 Estructura para montar uno o varios instrumentos sobre la vía que se desea monitorizar. 8 Tubo u otro sistema para aspirar y muestrear porciones de aire ambiente, que incluyan el penacho de gases diluido. 

Figura 5, Medidor de partículas4

Figura 6, Medidor de partículas5

4.1. Requisitos técnicos y metrológicos 

En este caso, a través de una norma UNE se establecerán los requisitos mínimos que debe cumplir este tipo de instrumento, siempre en el ámbito voluntario. Con posterioridad las autoridades con competencia legislativa decidirán sobre la necesidad de establecer el control metrológico sobre los mismos. Estos instrumentos que están diseñados para medir contaminantes en condiciones reales y en tiempo real sin necesidad de detener el vehículo evalúan gases como CO, NO y NO₂, utilizando métodos de teledetección no intrusivos. Su aplicación permite realizar un control más efectivo sobre los vehículos en circulación, ayudando a identificar aquellos que emiten niveles de contaminantes por encima de los permitidos. 

Cabe esperar que la futura norma incluya, al igual que para los medidores de partículas, requisitos relativos a la propia magnitud medida, a los entornos climático, mecánico y electromagnético y a la influencia del software. Entre los requisitos de la propia magnitud se incluye las unidades de medida, el rango el funcionamiento, los máximos errores permitidos, así como requisitos de funcionamiento o de los patrones de referencia utilizados para la evaluación de la conformidad y la verificación. 

4.2. Evaluación de conformidad y verificación. 

La futura norma desarrollará, desde un ámbito voluntario fuera del control metrológico del Estado, no solo los requisitos esenciales sino también los ensayos a realizar en evaluación de la conformidad, tanto en examen de tipo, como en verificación de producto, sino también los ensayos a realizar en las verificaciones. 

5. Conclusiones 

La evolución normativa y tecnológica en la medición de emisiones vehiculares refleja el compromiso de la Unión Europea y de España en la reducción de la contaminación del aire. Las normativas recientes, junto con las innovaciones en tecnologías de conteo de partículas y teledetección, proporcionan una base sólida para el monitoreo de emisiones en vehículos. Los avances legislativos y normativos liderados por la modificación de la Orden ICT/155/2020 [11] para incluir un nuevo anexo relativo a medidores de partículas y la Norma UNE, en desarrollo, sobre instrumentos de medida remota de emisiones de vehículos serán esenciales en la regulación de los instrumentos de medición de emisiones, permitiendo su correcta aplicación en los centros de ITV y en la vigilancia de vehículos en circulación. 

A medida que la tecnología siga avanzando, es probable que veamos una integración aún mayor de sistemas automáticos y remotos en el monitoreo de emisiones, lo que consolidará aún más la lucha contra la contaminación del aire. 

6. Referencias 

1. Comisión Europea. (2023). Recomendación (UE) 2023/688, de 20 de marzo de 2023. Directrices para la medición del número de partículas en vehículos diésel durante la inspección técnica periódica. Diario Oficial de la Unión Europea. C/2023/1796DO L 90 de 28.3.2023, p. 46–64. 

2. Ley 32/2014, de 22 de diciembre, de Metrología. BOE núm. 309, de 23/12/2014. 

3. Real Decreto 244/2016, de 3 de junio, por el que se desarrolla  de la Ley 32/2014 de Metrología. BOE núm. 137, de 07/06/2016. 

4. Directiva 2014/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de comercialización de instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático. DO L 96 de 29/03/2014, p. 107–148. 

5. Directiva 2014/32/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de comercialización de instrumentos de medida. DO L 96 de 29.3.2014, p. 149–250 

6. Orden ICT/155/2020, de 7 de febrero, por la que se regula el control metrológico del Estado de determinados instrumentos de medida. . BOE núm. 47, de 24 de febrero de 2020. 

7. Reglamento (UE) 2017/1151 de la Comisión, de 1 de junio de 2017, que complementa el Reglamento (CE) n.º 715/2007 del Parlamento Europeo y del Consejo, sobre la homologación de tipo de los vehículos de motor por lo que se refiere a las emisiones procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 5 y Euro 6) y sobre el acceso a la información relativa a la reparación y el mantenimiento de los vehículos, modifica la Directiva 2007/46/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y los Reglamentos (CE) n.º 692/2008 y (UE) n.º 1230/2012 de la Comisión y deroga el Reglamento (CE) n.º 692/2008 de la Comisión. DO L 175 de 7.7.2017, p. 1–643. 

8. Reglamento (CE) nº 595/2009 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 18 de junio de 2009, relativo a la homologación de los vehículos de motor y los motores en lo concerniente a las emisiones de los vehículos pesados (Euro VI) y al acceso a la información sobre reparación y mantenimiento de vehículos y por el que se modifica el Reglamento (CE) n.º 715/2007 y la Directiva 2007/46/CE y se derogan las Directivas 80/1269/CEE, 2005/55/CE y 2005/78/CE. DO L 188 de 18.7.2009, p. 1–13. 

9. Reglamento (UE) 2018/1832 de la Comisión, de 5 de noviembre de 2018 por el que se modifican la Directiva 2007/46/CE del Parlamento Europeo y del Congreso, el Reglamento (CE) n.º 692/2008 de la Comisión y el Reglamento (UE) 2017/1151 de la Comisión a fin de mejorar los ensayos y los procedimientos de homologación de tipo en lo concerniente a las emisiones aplicables a turismos y vehículos comerciales ligeros, en particular los que se refieren a la conformidad en circulación y a las emisiones en condiciones reales de conducción, y por el que se introducen dispositivos para la monitorización del consumo de combustible y energía eléctrica. DO L 301 de 27.11.2018, p. 1–314 

10. Directiva 2014/47/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 3 de abril de 2014, relativa a las inspecciones técnicas en carretera de vehículos comerciales que circulan en la Unión y por la que se deroga la Directiva 2000/30/CE. DO L 127 de 29.4.2014, p. 134–218.  

11. Proyecto de Orden (Anexo XXI) que modifica la Orden ICT/155/2020, de 7 de febrero. Especificaciones metrológicas y de conformidad para medidores de número de partículas en la inspección técnica de vehículos. (https://industria.gob.es/es-es/participacion_publica/Paginas/DetalleParticipacionPublica.aspx?k=662). 

12. Diciembre 2023 “La medición remota e individualizada de las emisiones reales de los vehículos en libre circulación”, e-medida, nº 23 volumen 13.