Emisiones contaminantes de motores de combustión interna: origen y control

Las emisiones contaminantes de un motor de combustión interna (MACI) pueden proceder de tres fuentes distintas:

A. Evaporaciones del Combustible

• Estas emisiones afectan principalmente a la gasolina, siendo aproximadamente el 20% de los hidrocarburos sin quemar emitidos por un motor. Un dispositivo de control retiene los vapores en un recipiente con carbón activo durante el apagado del motor y los recicla en el sistema de alimentación cuando el motor está en funcionamiento.

B. Emisiones del Cárter

• Compuestas principalmente por hidrocarburos, estas emisiones representan alrededor del 25% de los hidrocarburos sin quemar emitidos. La eliminación se logra recirculando estos gases hacia el sistema de admisión.

C. Gases de la Combustión

• La combustión completa produce dióxido de carbono y agua, pero los motores de combustión interna emiten otros compuestos contaminantes. Solo el 1% de los gases emitidos son sustancias contaminantes, que incluyen hidrocarburos sin quemar, hidrocarburos parcialmente quemados, productos del craqueo térmico y derivados, óxidos de nitrógeno y otros productos de la combustión.

El análisis de los gases procedentes de la combustión de un motor de encendido provocado nos da como componentes:

• Nitrógeno 71%
• Oxígeno y gases nobles 1%
• Dióxido de carbono 18%
• Sustancias contaminantes 1%

Detalle de las Emisiones y su Control

Evaporaciones del Combustible

• Impacto Principal: Afecta principalmente a la gasolina.
• Control: Dispositivo de retención de vapores con carbón activo, reciclaje en el sistema de alimentación.

Emisiones del Cárter

• Composición: Principalmente hidrocarburos.
• Control: Recirculación de gases del cárter hacia el sistema de admisión.

Gases de la Combustión

• Principales Contaminantes: Monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos sin quemar.
• Control: Convertidores catalíticos, regulación de mezcla y recirculación de gases de escape (EGR).

Monóxido de Carbono (CO)

• Propiedades: Incoloro, inodoro, más ligero que el aire.
• Impacto: Se combina con la hemoglobina, provocando asfixia.
• Formación: Quemado de carbono con insuficiente aire.
• Peligro: Bajas concentraciones pueden causar envenenamiento; incluso pequeñas cantidades pueden ser fatales.

Óxidos de Nitrógeno (NOx)

• Componentes Principales: NO y NO2.
• Impacto: Irritación respiratoria, contribuyen a la formación de niebla fotoquímica y lluvia ácida.
• Formación: Alta temperatura en la cámara de combustión, presencia de nitrógeno.
• Control: Recirculación de gases de escape (EGR) para limitar su emisión.

Hidrocarburos Sin Quemar

• Influencias en Formación: Combustión incompleta, mezcla pobre del combustible.
• Emisión Especial en Motores Diésel: Aldehídos como formaldehído y acroleína.
• Control: Mejora de la combustión para reducir emisiones.

Partículas Sólidas

• Origen: Motores de encendido por compresión.
• Composición: Compuestos orgánicos, carbón.
• Formación: Alta temperatura y presión, falta de oxígeno.
• Control: Importante para limitar las condiciones de trabajo en MEC.

Óxidos de Azufre

• Origen: Presencia en combustibles, principalmente en gasóleos.
• Impacto: Baja incidencia, favorece formación de otros contaminantes.
• Regulación: Contenido limitado por legislación.

Aldehídos

• Formación: Depende del combustible y reacción de combustión.
• Especial Consideración: Combustibles alternativos pueden generar emisiones más altas.

Antidetonantes

• Históricos: Tetraetilo y tetrametilo de plomo.
• Sustitución Actual: Compuestos oxigenados.
• Regulación: Contenido de plomo limitado en gasolinas.

Ruido

• Relación con Combustión: Relacionado con la tasa de energía liberada.
• Control: Modificaciones para disminuir el período de retraso reducen el nivel de ruido.

Zonas ECA y la Normativa IMO 2020

En las últimas décadas, la protección del medioambiente ha sido un tema central de discusión a nivel mundial, especialmente debido a la contaminación generada por la industrialización y el comercio global. El transporte marítimo ha sido identificado como uno de los principales contaminantes, emitiendo gases nocivos como SOx, NOx y CO2.

La Organización Marítima Internacional (OMI) ha implementado medidas para reducir la contaminación, destacando la creación de Zonas de Control de Emisiones (ECA). Estas áreas requieren que los buques utilicen combustibles con bajos niveles de azufre, contribuyendo a la disminución de emisiones.

La IMO 2020 es una regulación clave que limita las emisiones de óxido de azufre de los buques, reduciendo el límite del 3.5% al 0.5%. Se presentan métodos de adaptación, siendo el gas natural licuado (LNG) y los combustibles bajos en azufre (LSF) opciones destacadas.

Métodos de Adaptación a la IMO 2020

1. Gas Natural Licuado (LNG): Reduce las emisiones de azufre hasta un 90%, siendo una opción respetuosa con el medio ambiente. Sin embargo, no todos los buques están preparados, y la infraestructura aún no está completamente desarrollada.
2. Catalizadores: Sistemas de limpieza que eliminan el óxido de azufre del escape del motor. Aunque reducen las emisiones, existen preocupaciones sobre su sostenibilidad y aprobación por parte de la IMO.
3. Combustibles Bajos en Azufre (LSF): Combustibles de alta calidad con bajos niveles de azufre (aprox. 0.1%). Aunque más costosos, son una opción popular en la etapa inicial de implementación de la IMO 2020.