Optimización de Emisiones en Motores: Estrategias Activas y Pasivas

Productos Contaminantes y su Impacto

Es crucial entender los diferentes productos contaminantes generados por los motores y su impacto en el medio ambiente.

CO₂ (Dióxido de Carbono)

Presente en la atmósfera, no es tóxico pero contribuye al efecto invernadero. Su cantidad es directamente proporcional al consumo de combustible.

CO (Monóxido de Carbono)

Gas incoloro, inodoro e insípido, resultado de la combustión incompleta. Es altamente contaminante y se controla mediante la dosificación.

NOx (Óxidos de Nitrógeno)

Muy dañinos para la salud, provocan problemas pulmonares y contribuyen a la formación de ozono y lluvia ácida. Se forman por varios mecanismos, siendo el térmico el más relevante.

SO₂ (Dióxido de Azufre)

Sus emisiones se reducen al aumentar la cantidad de combustible.

HC (Hidrocarburos)

Se producen por el efecto pared debido a la pérdida de calor. En motores MEP, dependen del dosado relativo.

Partículas

Principalmente hollín, se originan en el interior del chorro de combustible con dosado rico. Las emisiones aumentan con parámetros que disminuyen el tiempo de retraso.

Contaminación Acústica y Química

La contaminación depende del tiempo de permanencia en la atmósfera, lo cual condiciona el diseño del motor.

Contaminación Acústica

Incluye ruidos de la renovación de carga, combustión y movimiento de elementos.

Contaminación Química

Proviene de la combustión, generando sustancias nocivas como hidrocarburos, CO y NOx.

Particularidades MEP-MEC

• MEP: CO bajo para mezclas pobres, NOx máximo en FR=0.91, HC mínimo en FR=0.84. Se utilizan EGR, ley de inyección y diseño del sistema de combustión.
• MEC: NOx es el principal contaminante a controlar. Se emplean control electrónico, EGR, distribución variable y diseño de cámara de combustión.

Reducción de Contaminantes

Soluciones Activas

Buscan evitar la formación de contaminantes mediante el uso de combustibles de buena calidad y la optimización de procesos.

• Encendido: Mezclas pobres para reducir HC y CO, buena chispa.
• Combustión: Mezclas pobres, cargas estratificadas y recirculación de gases (EGR).
• Parámetros de Diseño: Relación S/V, C/S, relación de compresión y número de cilindros influyen en las emisiones.

Soluciones Pasivas

Eliminan los contaminantes producidos mediante sistemas de retención y postratamiento.

• MEC: Ventilación del cárter, filtros de partículas y catalizadores de oxidación.
• MEP: Ventilación del cárter, canister y catalizador de tres vías.

Elementos de Reducción de Contaminantes

Solución Activa: EGR (Recirculación de Gases de Escape)

Reduce la masa admitida, la concentración de oxígeno y aumenta el calor específico.

• EGR-HP (Alta Presión): Gases tomados antes de la turbina, enfriados y devueltos al colector de admisión.
• EGR-LP (Baja Presión): Gases pasan por un filtro de partículas y se mezclan con aire fresco antes del compresor.
• EGR Mixto: Combina las ventajas de HP y LP para un mejor mezclado y enfriamiento.

Pros y Contras del EGR

• Pros: Baja pérdida de carga, alta eficiencia, compacidad y peso reducido.
• Contras: Ebullición del refrigerante, deposición de partículas y pulsos de presión.

Solución Pasiva

• MEC: Ventilación de gases del cárter y filtros de partículas.
• Reactores Catalíticos de Oxidación: Oxidan CO y HC a bajas temperaturas.
• CRT (Filtros de Partículas): Retienen partículas, pero son sensibles al azufre.
• MEP:
  • SCR (Reducción Catalítica Selectiva): Reduce NOx mediante inyección de urea.
  • LNT (Trampa de NOx): Reduce NOx en condiciones ricas y pobres.
  • Catalizador de Tres Vías: Minimiza los tres contaminantes principales (CO, HC y NOx).