Optimización de la Gestión Térmica y Control de Emisiones en Motores de Combustión Interna

Gestión Térmica de Motores de Combustión Interna (MCIA)

Influencia de la Temperatura en el Consumo y las Emisiones

La temperatura tiene una influencia directa en la combustión de la mezcla aire-combustible. Para lograr una combustión perfecta, es fundamental mantener una temperatura óptima y una relación de mezcla adecuada.

Características y Estrategias de Gestión Térmica

Los MCIA están diseñados para minimizar el desperdicio de energía. Aproximadamente el 90% de la energía química del combustible se distribuye en:

• Potencia efectiva.
• Calor cedido al sistema de refrigeración.
• Energía de los gases de escape.

El objetivo principal de la gestión térmica es mejorar el rendimiento, reducir el consumo de combustible y disminuir las emisiones contaminantes. Para lograrlo, se pueden implementar las siguientes estrategias:

• Reducción del proceso de calentamiento del MCIA mediante sistemas optimizados de refrigeración y lubricación.
• Recirculación de gases de escape.

Los MCIA suelen incorporar:

• Un sistema de refrigeración.
• Un sistema de climatización.

Las principales características térmicas de los MCIA son:

• Temperatura.
• Flujo de calor y de energía.
• Inercia térmica de las paredes del motor.

Estas características son cruciales para estudios como:

• Modelado del consumo de combustible.
• Operaciones de funcionamiento del sistema de refrigeración y lubricación.
• Energías generadas en el MCIA.

Los ensayos para estudiar estas características incluyen:

• Ensayo del motor en caliente.
• Ensayo en el proceso de arranque.

Instrumentos Eléctricos en la Gestión Térmica

• Bombas eléctricas.
• Termostato eléctrico (controla la temperatura del refrigerante).
• Válvula EGR.

Sistema de Refrigeración

Puede ser:

• Por aire.
• Por líquido.

Sistema de Lubricación

Las funciones del sistema de lubricación son:

• Lubricación.
• Enfriamiento.
• Sellado.
• Limpieza.

Emisiones y Sistemas de Post-tratamiento en MCIA

Emisión e Inmisión

Las emisiones se refieren a la cantidad de contaminante liberado a la atmósfera desde una fuente específica. Las inmisiones, por otro lado, representan la concentración de dicho contaminante en un punto determinado del territorio. La relación entre emisión e inmisión no es directa.

Contaminantes Primarios y Secundarios

Un contaminante primario se emite directamente desde una fuente al aire, mientras que un contaminante secundario se forma a partir de la reacción de otros contaminantes en la atmósfera.

• Primarios: CO, NO, HC, partículas.
• Secundarios: O3.
• Primarios/Secundarios: CO2, SOx, ClOx.

Contaminantes en Motores de Encendido Provocado (MEP) y Motores de Encendido por Compresión (MEC)

• MEP: emisiones de NOx, emisiones de hidrocarburos, emisiones de CO2.
• MEC: gran cantidad de partículas, emisiones de NOx.

Fuentes de Emisión en el Vehículo

• Combustible evaporado.
• Gases del cárter del motor.
• Gases de escape.
• Emisiones por abrasión.
• Ruido.

Normativas EURO

Las normativas EURO son legislaciones sobre emisiones contaminantes promulgadas por la Unión Europea para vehículos.

• EURO 1: Obligó a los fabricantes europeos a incorporar catalizadores en el tramo intermedio del tubo de escape, utilizando mecanismos de reacciones REDOX para reducir emisiones.
• EURO 2, EURO 3, EURO 4: Se enfocaron en modificar o mejorar el catalizador de la normativa EURO 1. Algunos fabricantes implementaron sistemas de sobrealimentación.
• EURO 5: Busca eliminar las partículas generadas por los motores diésel debido a las impurezas del combustible.
• EURO 6: Se centra en reducir las emisiones de los vehículos diésel que superan ciertos límites, utilizando un compuesto líquido llamado Adblue.

Factor de Emisión

Un factor de emisión es una relación entre la cantidad de contaminante emitido y una unidad de actividad, como el consumo de combustible, la energía o la distancia recorrida.

Soluciones Pasivas y Activas

Soluciones MEP:

• Actúan sobre el combustible.
• Actúan sobre el proceso de formación de la mezcla.
• Actúan sobre el diseño del motor.
• Actúan sobre el encendedor.
• Actúan sobre el proceso de combustible.
• Actúan sobre los gases de escape.

Soluciones MEC:

• Actúan sobre el combustible.
• Actúan sobre los parámetros de diseño.
• Actúan sobre el proceso de inyección.
• Actúan sobre el proceso de combustión.

Sistemas de Post-tratamiento en MCIA

Los sistemas de post-tratamiento son estrategias pasivas que permiten reducir las emisiones contaminantes en MCIA. Entre ellos se encuentran:

• Catalizador de Oxidación Diésel (DOC): Oxida CO y HC sin quemar.
• Filtro de Partículas Diésel (DPF): Elimina las partículas del escape.
• Reducción Catalítica Selectiva (SCR): Reduce las emisiones de NOx, convirtiéndolos en nitrógeno molecular.