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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

PROGRAMA DE COMPLEMENTACIÓN PARA TITULACIÓN

FASCÍCULO DE APRENDIZAJE

CONTROL DE EMISIONES DE GASES CÓDIGO: 89001518 2,013

CONTROL DE EMISIONES DE GASES

I.

INTRODUCCIÓN.

Hoy en día la industria en general por su complejidad de operaciones y procesos, genera contaminantes ambientales con bajos, medios y altos niveles de toxicidad, los cuales producen concentraciones de polvos, gases, vapores o neblinas que son nocivos para la salud tanto de los trabajadores como a todos los seres vivos que los rodean, afectando al medio ambiente en general. Refiriéndonos al caso del sector automotriz, el aumento de vehículos influye cada vez más negativamente en la conservación del ambiente y en el consumo energético. El sector transportes en particular, es gravemente responsable de las emisiones al ambiente de bióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, plomo, partículas (diesel), etc. La combustión es inevitablemente contaminante. Las emisiones que derivan de esta, están ligadas a la propiedad química y física del carburante y a la composición de la mezcla carburante, y también al mecanismo de combustión y a las características del ambiente. Hoy en día es una ventaja significativa la toma de conciencia de la degradación del medio ambiente causada por las emisiones de gases de escape de origen vehicular; por cuanto esta ha inducido a la búsqueda de combustibles más “limpios” y mecanismos que permitan reducir los productos contaminantes resultado de los procesos de combustión, en masa. Hoy en día, se usan muchas fuentes de energía renovables, por ejemplo energía solar, eólica e hidráulica (proveniente del agua). Irónicamente, en la actualidad todavía utilizamos como mayores recursos energéticos aquellos provenientes de fuentes de energía no renovable, o combustibles fósiles. Al no ser renovables estas fuentes energéticas, tendrán una tendencia a subir de precio hasta niveles en los que no será económicamente satisfactoria su utilización. De ahí la gran importancia de migrar o dar mayor importancia al uso de las fuentes de energía renovables. Papel del técnico y su contribución en el control de los mecanismos de los vehículos para reducir las emisiones de gases. Proponer mejoras que den respuesta al grave problema del continuo incremento de contaminación ambiental producida por los vehículos del parque automotor y afrontar la cada vez más acentuada escasez de los combustibles fósiles. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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Desde el punto de vista físico es imposible que un motor de combustión interna no contamine; pero con la tecnología es posible desarrollar motores que generen emisiones mínimas.

Cco

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES

ÍNDICE

N°

CONTENIDO

PÁGINA

I

INTRODUCCIÓN

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II

COMBUSTIBLES

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III

COMBUSTIÓN

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IV

NORMAS AMBIENTALES

51

V

COMPROBACIÓN DE LOS GASES DE ESCAPE

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VI

CONTROL DE GASES DE ESCAPE

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VII

SUSTITUCIÓN DE COMBUSTIBLES O INTRODUCCIÓN DE NUEVAS TECNOLOGÍAS.

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ANEXOS

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES

II. COMBUSTIBLES. 2.1. COMBUSTIBLES FÓSILES. Los combustibles fósiles están compuestos por depósitos de organismos fósiles que en una ocasión estuvieron vivos. La materia orgánica se forma durante siglos. Los combustibles fósiles consisten principalmente en uniones de carbón e hidrogeno. Existen tres tipos de combustibles fósiles que pueden usarse para la provisión energética: el carbón, el petróleo y el gas natural. El Carbón es un combustible fósil que se ha formado durante millones de años por el depósito y caída a la tierra de material vegetal. Cuando estas capas se compactan y se calientan con el tiempo, los depósitos se transforman en carbón. El carbón es muy abundante en comparación con otros combustibles fósiles. Los analistas predicen en ocasiones que a nivel mundial el uso del carbón aumentara cuando haya escasez de petróleo. Los suministros actuales de carbón pueden durar en el orden de 200 años o más. El carbón generalmente se extrae de las minas. Desde mediados del Siglo 20, el uso del carbón se ha duplicado. Desde 1996 su aplicación empieza a disminuir. Muchos países dependen del carbón como fuente energética porque no pueden permitirse la utilización de petróleo o gas natural al ser más costoso. La China e India son los mayores usuarios de carbón como fuente energética. El petróleo es un líquido combustible fósil que se forma por los restos de microorganismos marinos depositados en el fondo del mar. Después de millones de años los depósitos se convierten en rocas y sedimentos donde el petróleo es atrapado en ciertos espacios. Se extrae mediante plataformas de explotación. El petróleo es el combustible más usado. El petróleo crudo está compuesto por muchos compuestos orgánicos diferentes que se separarán en varios productos mediante un proceso de refinamiento. Se utilizan en los vehículos y aviones como combustible, asfalto para construcción de carreteras, diferentes clases de materiales plásticos para la industria y en muchos otros usos. El petróleo no puede encontrarse de manera constante en cualquier parte de la tierra y consecuentemente es un recurso limitado a ciertas áreas geográficas, siendo causa de guerras y conflictos entre los suministradores de petróleo. Por ejemplo, el caso de la guerra del Golfo en 1991. El gas natural es un recurso fósil que es muy versátil, abundante y relativamente limpio si se compara con el carbón o petróleo. Al igual que el petróleo su origen procede de los microorganismos marinos depositados. Es una fuente de energía relativamente poco explotada y nueva. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES En 1999, se utilizaba más el carbón que el gas natural, sin embargo en la actualidad el gas natural empieza a ganar terreno en países desarrollados. De cualquier manera, se teme que al igual que el petróleo también el gas natural tenderá a desaparecer. Algunos científicos han previsto que esto ocurrirá a mediados o finales del Siglo XXI. El gas natural consiste fundamentalmente en metano (CH4). Se comprime en volúmenes pequeños en grandes profundidades adentro de la tierra. Al igual que el petróleo, se extrae mediante perforación. Las reservas de gas natural están más distribuidas a nivel mundial que el petróleo. 2.1.1.

OBTENCIÓN.

El sistema más usado para saber si en determinado terreno existe un yacimiento petrolífero es el de reflejos. Los buscadores provocan una explosión a 20 o 30 metros de profundidad. Las vibraciones producidas en el suelo llegan a las distintas capas rocosas de las profundidades y se reflejan en la superficie. Esas vibraciones son registradas por aparatos especiales que permiten a los técnicos saber si en el subsuelo hay petróleo. Para llegar a una reserva subterránea de petróleo se perfora el terreno con una especie de enorme taladro formado por un grueso barreno de acero (trépano) que es aplicado al extremo de una barra metálica. Esta barra, sostenida por una torre de metal de gran altura, gira accionada por un motor y perfora el suelo penetrando en él profundamente. A medida que el suelo es horadado, se va introduciendo en el orificio una tubería para impedir que las paredes se derrumben. Así se va excavando un pozo cada vez más profundo. Durante la perforación se vierte en la barra, que es hueca, un chorro continuo de barro pesado cuyas funciones son: enfriar la punta perforadora, llevar a la superficie por empuje los restos de las rocas deshechas, generar estanqueidad al impedir que el gas o el petróleo comprimidos puedan salir al exterior a través de la barra de perforación. En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran variación en diversos parámetros como color y viscosidad (desde amarillentos y poco viscosos como la gasolina hasta líquidos negros tan viscosos que apenas fluyen), densidad (entre 0,75 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorífica, etc. Estas variaciones se deben a la diversidad de concentraciones de los hidrocarburos que componen la mezcla.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES El petróleo se extrae mediante la perforación de un pozo sobre el yacimiento. Si la presión de los fluidos es suficiente, forzará la salida natural del petróleo a través del pozo que se conecta mediante una red de oleoductos hacia su tratamiento primario, donde se deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos más volátiles. Posteriormente se transporta a refinerías o plantas de mejoramiento. Durante la vida del yacimiento, la presión descenderá y será necesario usar otras técnicas para la extracción del petróleo. Esas técnicas incluyen la extracción mediante bombas, la inyección de agua o la inyección de gas, entre otras. En la Figura N° 1 se muestra un proceso típico. La medida técnica y financiera del petróleo es el barril que corresponde a la capacidad de 42 galones estadounidenses (un galón tiene 3,78541178 litros, por lo que un barril equivale a 158,98729476 litros).

Figura N° 1: La explotación y extracción del petróleo.

Los componentes químicos del petróleo se separan y obtienen por destilación mediante un proceso de refinamiento. De él se extraen diferentes productos, MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES como: propano, butano, gasolina, keroseno, gasóleo, aceites lubricantes, asfaltos, carbón de coque, etc. Todos estos productos, de baja solubilidad, se obtienen en el orden indicado, de arriba abajo, en las torres de fraccionamiento como la mostrada en la Figura N° 2.

Figura N° 2: Derivados del petróleo.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES 2.1.2.

ÍNDICE DE OCTANO (GASOLINAS).

La gasolina es una mezcla de cientos de compuestos volátiles – hidrocarburos casi todos– que se obtienen de la refinación del petróleo crudo. En las refinerías, el petróleo crudo se separa en fracciones por destilación con base en los puntos de ebullición como se muestra en la tabla. No hay suficiente gasolina de destilación directa (la que se obtiene directamente por destilación) para satisfacer la gran demanda y su calidad no cumple con los requisitos que exigen los motores actuales de los automóviles. A fin de satisfacer estas demandas, las refinerías utilizan procesos de craqueo (pirolisis) térmico y catalítico para romper las moléculas de cadena ramificada que son más deseables. Las moléculas más pequeñas y de cadena lineal comprimidas por un émbolo a las altas temperaturas del motor tienden a encenderse con demasiada facilidad, es decir, durante la compresión y antes de ser encendidas por una bujías. Esto provoca una vibración y ruido que se conoce como cascabeleo, detonación o pre-encendido. El índice de octano de una muestra de gasolina en particular es una medida de su capacidad para arder de manera uniforme, sin detonación. Los ensayos han demostrado que el 2, 2,4-trimetilpentano, llamado isooctano. Arde de modo uniforme y se le asignó un índice de octano de 100. Al heptano, que arde con mucha detonación, se le asignó un índice de octano de 0. A las mezclas de gasolina se les asignan índices de octano u octanajes con base en la comparación de su comportamiento con el isooctano y el heptano. Así, por ejemplo, la gasolina que tiene las mismas características detonantes que una mezcla de 87% de isooctano y 13% de heptano se le asigna un índice de octano de 87. En casi todas las estaciones de gasolina se expenden combustibles con índices de octano de 87, 89 y 92. El índice de octano de la gasolina se puede aumentar con una mayor proporción de hidrocarburos de mayor octanaje o de moléculas de cadena ramificada, y también agregando mejoradores del índice de octano. El etanol, con un octanaje de 108 y el éter metil ter-butílico, con un octanaje de 116, son dos mejoradores del índice de octano y agentes antidetonantes comunes. Los expertos afirman que, si el motor no cascabelea, técnicamente no necesitan un combustible de mayor octanaje. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES 2.1.3.

ÍNDICE DE CETANO (DIESEL).

El índice de cetano, contrariamente al índice de octano, se utiliza para caracterizar la volatilidad y facilidad de inflamación de los combustibles diesel. Para determinar el número de cetano de un combustible, se compara la facilidad de la inflamación del combustible analizado, con la de un combustible patrón o de referencia, compuesto por una mezcla de cetano puro con Alfametilnaftaleno en un motor de laboratorio. El cetano puro es un hidrocarburo con óptima facilidad de inflamación y se le asigna convencionalmente el número 100, mientras que el Alfametilnaftaleno es todo lo contrario, es otro hidrocarburo con muy escasa facilidad de inflamación y se le asigna el número 0. El número de cetano del combustible a examinar será igual a la proporción de cetano de la mezcla que funcione en el motor de pruebas de manera equivalente. El índice de cetano se refiere al porcentaje en volumen de cetano (hexadecano) en una mezcla de referencia con igual punto de inflamación que el carburante (hidrocarburo) que se está analizando. El número o índice de cetano guarda estrecha relación con el tiempo transcurrido entre la inyección del carburante y el inicio de su combustión. Una combustión de calidad ocurrirá cuando se produzca una ignición rápida seguida de un quemado total y uniforme del carburante. Cuanto más elevado es el número de cetano, menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de la combustión. Por el contrario, aquellos carburantes con un bajo número de cetano necesitarán mayor tiempo para que ocurra la ignición y después se queman muy rápidamente, produciendo altos índices de elevación de presión. Si el número de cetano es demasiado bajo, la combustión es inadecuada y dará lugar a ruido excesivo, aumentándose las emisiones, reduciéndose el rendimiento del vehículo y aumentando la fatiga del motor. La generación de humo y ruido excesivos son problemas comunes en los vehículos diesel, principalmente bajo condiciones de arranque en frío. En resumen esto nos indicará cuan eficiente es el proceso de la combustión en un motor diesel.

2.1.4.

CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES EN EL PERÚ.

La calidad de los combustibles influye directamente sobre el grado de contaminación de los productos generados durante los procesos de combustión.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES La contaminación de las emisiones gaseosas vehiculares que ha obligado a su mejora para reducir el impacto ambiental es causada básicamente por el contenido de plomo en las gasolinas y el azufre en el combustible diesel. Como alternativa se viene utilizando los gases GLP y GNV, así como por norma, que las refinerías deben producir la gasolina con 7.8% de etanol, diesel con 5% de biodiesel y retirar el azufre durante el procesamiento de los combustibles. El World Wide Fuel Charter (WWC). Esta organización está conformada por los representantes de fabricantes de vehículos de Europa (ACEA), de los Estados Unidos (AAM), del Japón (JAMA) y además de los fabricantes de motores (EMA), con miembros asociados de la mayoría países en donde se fabrican vehículos y con el soporte de la Organización internacional de fabricantes de vehículos (OICA). Se encarga de proveer recomendaciones sobre la calidad de los combustibles publicados por los miembros del comité de la WWC como un servicio para los legisladores de todo el mundo, usuarios y productores de combustibles. El documento contiene información de fuentes consideradas como confiables, pero sin embargo no existe ninguna obligatoriedad de utilizar esta información por las diferentes entidades, no limita la aplicación de determinada tecnología en los vehículos o el diseño, uso de combustible, o especifica alguno en particular; no reemplaza a las especificaciones de combustible especificada por los fabricantes de los vehículos. Diario La República Combustibles usados en el Perú son los más tóxicos del mundo. Sábado, 09 de octubre de 2004 | 12:00 am Demasiado azufre: Baste saber que, mientras el estándar internacional establecido por el WorldWide Fuel Charter (WWFC) recomienda no más de 300 partículas de azufre por millón (ppm), el diesel nacional puede contener hasta 9 mil ppm. "Vehículos limpios deben usar combustibles limpios, de lo contrario no hay beneficio para el medioambiente", explica Iván Besich Ponce, director de la Asociación de Representantes de Automotrices del Perú (ARAPER). MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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Diario Gestión Perú, entre los últimos en calidad de combustible. 01:07 - 17 ene Gustavo Ávila ECONOMISTA, ASESOR DE PETROPERÚ La contaminación ambiental es un problema que se ha venido agravando en las últimas décadas en el Perú y, según muchos especialistas, es poco lo que se ha hecho para reducirla. De acuerdo al ranking que elabora el International Fuel Quality Center, entidad que realiza seguimiento a la calidad de los combustibles, el Perú se encuentra rezagado en esta materia. Notiagro – CEPES Centro Peruano de Estudios Sociales Perú, entre países con combustible más contaminante. 17 Ene 2013 La contaminación ambiental es un problema que se ha venido agravando en las últimas décadas en el Perú y, según muchos especialistas, es poco lo que se ha hecho para reducirla. De acuerdo al ranking que elabora el International Fuel Quality Center, entidad que realiza seguimiento a la calidad de los combustibles, el Perú se encuentra rezagado en esta materia. Así, en el 2008, dicho ranking da cuenta de que solo Alemania, Japón, Austria, Dinamarca, Finlandia, Hungría, Luxemburgo y Suecia, tenían en sus combustibles no más de 10 partes por millón (ppm) de volumen de azufre, con lo cual cumplían con lo que las normas internacionales establecían de no tener más de 15 ppm de volumen de azufre. Estados Unidos y el resto de Europa estaban en no más de 50 ppm de volumen de azufre. En Latinoamérica, únicamente Chile mostraba avances, al tener combustibles con no más de 50 ppm. El Perú se ubicaba en el grupo de los países cuyos combustibles tenían entre 1,000 y 2,500 ppm de volumen de azufre. Cuatro años después, países de Europa, Asia y Oceanía muestran avances significativos en este tema. En cambio, algunos países de Centroamérica, MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES América del Sur y África no han realizado reducciones significativas de azufre en este combustible. Perú, como mencionamos, ha mostrado lentos avances en cuanto a disminuir el contenido de azufre en el diesel, situación que lo sigue ubicando entre los últimos países en dicha materia, a diferencia de Chile, Colombia, Ecuador, México o Costa Rica, que han mostrado avances significativos. Por ello, es urgente que el Estado peruano tome medidas para desulfurizar los combustibles y así ponerse al día con los estándares internacionales de calidad que ayuden a reducir la contaminación ambiental en el país.

2.2. GASES DE USO VEHICULAR. El Gas Natural Vehicular (GNV) o Gas Natural Comprimido (GNC) y el Gas Licuado de Petróleo (GLP) representan combustibles muy atractivos para utilizarse en los motores de combustión interna. Actualmente, en todo el mundo funcionan más10millones vehículos con GNV y 6 millones con GLP. Se proyecta que para el 2020 la cantidad de vehículos a GNV podría llegar a los 35 millones. La utilización del GLP / GNV como combustible alternativo a la gasolina, en los motores de explosión, no presenta ningún inconveniente. En lo fundamental, la carburación en gasolina o en GLP / GNV es la misma. Las diferencias consisten en detalles mecánicos impuestos por las distintas características del combustible que se utilice.

2.2.1. GAS LICUADO DE PETRÓLEO (GLP). La denominación GLP se aplica a un pequeño número de hidrocarburos que a temperatura normal (20°C) y a la presión atmosférica, permanecen en estado gaseoso, pero que tienen la propiedad de pasar al estado líquido cuando se les somete a una presión relativamente baja. Esta propiedad les proporciona la ventaja de poder ser almacenados en recipientes metálicos de pequeño volumen y con paredes de espesor reducido.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES Se les llaman Hidrocarburos porque están compuestos, principalmente de carbono (C) e hidrógeno (H) según su fórmula general Cn+H2n+ (metano: CH4, etano: C2H6, propano: C3H8, butano: C4H10). Entre estos hidrocarburos se encuentran en mayor proporción el BUTANO y el PROPANO que por la relativa facilidad de almacenarse, manipularse, comercializarse embotellado y transportarse, siempre se encuentran en estado líquido. Además entre sus propiedades tenemos que son incoloros e inodoros y esta propiedad es un inconveniente para su utilización, por lo cual no se detectarían las fugas que se pudiesen producir. Por ello a estos gases, se les mezclan unos productos odoríferos generalmente mercaptanos con el objeto de poder ser olfateados y se note rápidamente la existencia de una fuga. EL GLP en estado gaseoso tiene una densidad y peso específico mayores que los del aire. Por esta razón, en un eventual escape, este fluye hacia la zona inferior depositándose en el suelo. En el caso del GLP líquido se tiene la situación inversa, su densidad y peso específico son menores a la del agua, por lo que eventuales huellas de agua presentes en el tanque se depositan al fondo. El GLP libera sustancias como grasas, aceites, pinturas; causa dilatación en las gomas naturales y no corroe los metales ni las aleaciones de común empleo. Esto explica el uso de gomas sintéticas en la fabricación de los tubos y el uso de acero en las construcciones de los tanques. Posee aplicaciones prácticas en diversas actividades tales como: las domésticas (en termas y cocinas), industriales, agroindustriales, en el sector transporte, entre otras más. Ventajas por el uso del GLP. - Disminución del desgaste de las piezas del grupo pistón en 1,5 a 2 veces. - Elevado octanaje, evitando así el molesto pistoneo del motor. - Elevado poder calorífico por unidad de peso y volumen que incide sustancialmente en la economía del combustible. - Combustión limpia, sin formación de humo, hollín o cenizas. - Muy bajo contenido de azufre. - Disminución considerable de la toxicidad y humeado en los gases de escape. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES - Aumento de la vida útil del motor entre 30% a 40%. - Disminución del consumo de aceite y aumento de la vida útil del mismo entre 2 a 2,5 veces. - Menor costo en el mercado respecto de otros combustibles. Desventajas por el uso del GLP. - Baja concentración de energía por unidad de volumen (casi 1000 veces menor que la gasolina). - Su transporte y su conservación son más complicados. - Disminución de la potencia aproximadamente en 6% para el GLP. Para conservar la potencia deberíamos aumentar la relación de compresión. - Necesidad del cambio en la regulación del evaporador en ciertos regímenes de funcionamiento. - Corrosión en los pasajes del evaporador así como en otras partes del sistema ya que el GLP contiene cierta cantidad de humedad.

2.2.2. GAS NATURAL VEHICULAR (GNV). El Gas Natural es un hidrocarburo gaseoso, que para el caso del Perú proveniente de Camisea o de cualquier yacimiento gasífero que se extrae del susbsuelo que luego de ser comprimido en las estaciones de servicio es almacenado en cilindros de vehículos especialmente diseñados para tal fin. Es comúnmente llamado como Metano tiene su origen en la transformación de materia orgánica. Se lo extrae de las cuencas petrolíferas, con presiones de almacenamiento bastante elevadas, que pueden llegar hasta los 100 Bar. En su mayor parte está compuesto por Metano (CH4) de allí esta denominación y en un bajo porcentaje por Etano (C2H6); siendo su composición molecular de un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno para el metano y dos átomos de carbón y seis de hidrógeno. Ventajas por el uso del GNV. - Menor tasa de contaminación ambiental: emisiones gaseosas de escape como CO, NOx, HC y otros residuos en mucho menor grado que con gasolina gracias a que su combustión es casi perfecta. No posee aditivos. - No contiene azufre ni plomo. - Reducción de hasta 97% en emisiones de monóxido de carbono (CO) con respecto a los combustibles líquidos. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES - Reducción de hasta 97% de emisiones contaminantes con respecto a los combustibles líquidos. - Reducción de hasta 100% de emisiones de material particulado. - Los vehículos transformados a GNV superan las Normas EURO III vigentes actualmente e inclusive cumplen con las normas EURO IV. - Reservas naturales en Perú de gran tamaño. - Menor costo de combustible: comparando con las gasolinas y diesel. - Ventajas en Seguridad: el GNV al ser más liviano (ρ = 0.65 kg/m3) que el aire (ρ = 1.2 kg/m3) se disipará en la atmósfera sin formar acumulaciones peligrosas en caso de fuga. Desventajas por el uso del GNV. - Alta carga para el vehículo por cuanto su almacenamiento requiere tanques muy robustos, generando una pérdida en la capacidad de carga. - Disminución de la potencia aproximadamente en 15% para el GNC. Para conservar la potencia deberíamos aumentar la relación de compresión. - Transporte y conservación son muy complicados debido a la alta presión de almacenamiento. - Mantenimiento y sincronización del vehículo, únicamente realizable en talleres especializados. Requiere una puesta a punto del motor más precisa, para perder la menos cantidad de potencia y torque posibles.

2.3. COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS. La dependencia de los combustibles fósiles el Diesel y la Gasolina, es aún muy grande dentro de la cadena de suministro, sin embargo ya se tienen combustibles alternativos que están contribuyendo al cambio de combustible para uso vehicular, reduciendo lentamente dicha dependencia. Como combustibles alternativos se tienen: 2.3.1. ETANOL (ALCOHOL). Se basa en la obtención de alcohol al fermentar y destilar cosechas, como las de maíz, cebada o trigo. El etanol es un compuesto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares de las plantas que puede utilizarse como combustible, solo, o también mezclado en cantidades variadas con gasolina, y su uso se ha extendido MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo, como se aprecia en la Figura N° 3.

Figura N° 3: Proceso de obtención de etanol.

Como impacto positivo tenemos que los materiales son renovables; y como impacto negativo que su producción requiere de grandes plantaciones de productos de consumo humano, pudiendo ponerse en riesgo la producción de alimentos y su disponibilidad. El Gasohol es la mezcla de etanol con gasolina, y se emplea para incrementar los niveles de octano y mejorar la calidad de las emisiones. Para el caso del Perú, la gasolina que se utiliza comúnmente contiene una proporción correspondiente al 7.8% de etanol.

2.3.2. BÍODIESEL. Es un recurso renovable de origen vegetal, que se puede utilizar como combustible en reemplazo del combustible diesel que es de origen mineral. Se obtiene a partir de aceites vegetales de soya, canola, girasol, palma entre otros. En la Tabla N° 1 se puede apreciar una lista de países productores de biodiesel en América del Sur. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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Una de sus principales ventajas es que se puede utilizar puro directamente en los motores diesel, sin la necesidad de algún tipo de modificación en su composición; o al tener propiedades similares con el combustible diesel, la mezcla entre ellos en cualquier proporción no genera dificultades siendo las mezclas más usuales B5 y B20 con 5% de biodiesel + 95% diésel y 20% de biodiesel + 80% diesel, respectivamente. Tabla N° 1: Ranking latinoamericano de producción de Biodiesel. América Latina Producción de Biodiesel 2009 Millones de litros País Materia Prima Producción Soya, girasol, colza, algodón, ricino, jathropa, palma aceitera, babasú, nabo 1 Brasil 1,608.00 forrajero, grasa animal, aceites vegetales, reciclados. Soya, girasol, colza, cártamo, maní, ricino, 2 Argentina jathropa, coco mbocayá, grasa animal, 1,340.46 aceites vegetales reciclados. 3 Colombia Palma africana, maíz. 330.76 4 Perú Palma africana. 69.63 Soya, girasol, colza, maní, algodón, sésano, ricino, jathropa, coco mboyacá, 5 Paraguay 5.80 tung, grasa animal, aceites vegetales reciclados. Soya, girasol, colza, algodón, ricino, grasa 6 Uruguay 5.22 animal, aceites vegetales reciclados. 7 Honduras Palma africana. 1.16 8 Guatemala Palma africana. 0.58 Fuente CEPAL Elaboración Desarrollo Peruano

Consumo

1,564.88

29.01 319.16 104.45

5.80

5.22 0.58 0.58

El biodiesel posee bajas emisiones lo cual lo hace ideal para utilizarse principalmente en zonas marinas, parques, bosques, áreas protegidas; y por supuesto en las grandes ciudades. Desde el punto de vista de su producción resulta una ventaja ya que posibilita la mejora el sector agrícola, generar empleo al utilizar un proceso productivo amigable con el medio ambiente; pero sin embargo debe ser bien reglamentada y manejada ya que podría influir negativamente si en forma desmedida se hace uso de tierras de cultivo útiles para la producción de alimentos, para la producción de biodiesel trayendo como consecuencia la escasez de alimentos o el alza desmedida de sus precios; como se expresa en MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES la noticia mostrada del diario la república en el año 2012 que se muestra a continuación. Diario La República. Iniciativa. Apuestan por cultivos para producir biodiesel en el país Miércoles, 24 de octubre de 2012 | 6:53 am

Petroperú, INIA, Devida, CIAM y Proinversión firmaron convenio marco de cooperación interinstitucional para la investigación, promoción y producción. Propuesta va en dirección opuesta a lo recomendado por la Comunidad Europea. Palma aceitera. Habrá cultivos que irán a la producción de biocombustibles en Amazonas, Loreto, Madre de Dios, San Martín y Ucayali. A pesar de que la Comisión Europea (CE) propone limitar el uso de biocombustibles a partir de cultivos que impacten en el precio de los alimentos, en el Perú se apuesta por lo contrario, ya que se busca posicionarlo como productor de este carburante.

El Biodiesel también ha demostrado mejorar el funcionamiento del vehículo con mejor lubricación y la reducción de emisiones. Es simple de utilizar, biodegradable, no tóxico, y esencialmente libre de sulfuro y de compuestos aromáticos. El Biodiesel es el único combustible alternativo que ha pasado en su totalidad los test sobre efectos a la salud del Acta de Aire Limpio. El uso del biodiesel en un motor diesel convencional resulta en la reducción substancial de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y material particulado en comparación con las emisiones del combustible diesel. Además, las emisiones de óxidos y sulfatos (mayores componentes de la lluvia ácida) del biodiesel son esencialmente nulas comparadas con el diesel. Biodiesel vs. Diesel. El Biodiesel se puede utilizar en cualquier motor diesel, generalmente sin necesidad de realizar modificaciones al motor. Su performance es comparable MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES al diesel, con contenido energético es similar y un mayor índice de cetano. Ofrece excelente lubricación y emisiones más bajas. Las condiciones de almacenamiento son similares. La ASTM (American Society for Testing and Materials) define el Biodiesel como “el éster monoalquílico de cadena larga de ácidos grasos derivados de recursos renovables, como por ejemplo aceites vegetales o grasas animales, para utilizarlos en motores Diesel”. Historia. “El uso de los aceites vegetales como combustible y fuente energética podrá ser insignificante hoy, pero con el curso del tiempo será importante como el petróleo y el carbón” Rudolph Diesel (1858-1913)

2.3.3. HIDRÓGENO (H2) - CELDAS DE COMBUSTIBLE. El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Pero la mayor parte de los átomos del hidrogeno están unidos con otros átomos de carbono y/o oxígeno, para tener solo átomos de hidrogeno para utilizarlo como combustible, requieren ser separarlos y para ello se necesita una gran cantidad de energía. En la tierra el hidrógeno se encuentra mayormente en el agua, en sus fases líquido, vapor o hielo, o combinado con otros elementos formando compuestos como el metano o gas natural (CH4), metanol (CH3OH), etanol (CH3CH2OH) o hidrocarburos (CnHm). El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas como H2. El átomo de hidrógeno, de símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. El hidrógeno reacciona con el oxígeno para formar agua y esta reacción es extraordinariamente lenta a temperatura ambiente; pero cuando es acelerado por un catalizador, como es caso del platino, o una chispa eléctrica, esta se realiza con violencia explosiva. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES Una celda de combustible es un dispositivo electrolítico que combina hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, consiguiendo agua y calor como producto. De una forma simple, una única celda de combustible está compuesta de dos electrodos – un ánodo y un cátodo – con un electrolito entre ellos. En el ánodo, el hidrógeno reacciona con un catalizador, creándose un ion cargado positivamente (H+) y otro ion cargado negativamente (e-). El ion de hidrógeno luego pasa a través del electrolito, mientras el electrón viaja a través de un circuito, creando una corriente eléctrica. En el cátodo, el oxígeno reacciona con el ion y el electrón, formando agua y calor útil. Esta celda unitaria genera una tensión de aproximadamente 0.7 voltios, la energía necesaria para alimentar a una lámpara, como se muestra en la Figura N° 4. Cuando las celdas son apiladas en serie, la tensión de salida será mayor, pudiéndose obtener celdas de combustible de algunos watts hasta varios megawatts.

Figura N° 4: Esquema del funcionamiento de una celda de hidrógeno.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES Efectos del hidrógeno sobre la salud y sus riesgos.  Estabilidad ambiental: El hidrógeno existe naturalmente en la atmósfera. El gas se disipará rápidamente en áreas bien ventiladas.  Riesgo de fuego y explosión: Extremadamente inflamable. Muchas reacciones pueden causar fuego o explosión. Su mezcla con el aire es explosiva.  Vías de exposición: puede ser absorbida por el cuerpo por inhalación.  Inhalación: En altas concentraciones pueden causar un ambiente deficiente de oxígeno. Los individuos que respiran esta atmósfera pueden experimentar síntomas que incluyen dolores de cabeza, pitidos en los oídos, mareos, somnolencia, inconsciencia, náuseas, vómitos y depresión de todos los sentidos. La piel de una víctima puede presentar una coloración azul. Bajo algunas circunstancias puede producir la muerte. No se supone que el hidrógeno cause mutagénesis, embriotoxicidad, teratogenicidad o toxicidad reproductiva. Las enfermedades respiratorias pre-existentes pueden ser agravadas por la sobreexposición al hidrógeno.  Riesgo de inhalación: Si se producen pérdidas en su contenedor, se alcanza rápidamente una concentración peligrosa.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES Una celda o pila de combustible. Es un dispositivo que permite la transformación de energía química de dos elementos, uno combustible y otro oxidante en energía eléctrica. Puede tratarse de un combustible como hidrógeno, metano, gasolina etc. y como oxidante el aire del medio ambiente. En la Tabla N° 2 se muestran los tipos de pilas de combustible y sus aplicaciones. Tabla N° 2: Tipos de pilas de combustible y sus aplicaciones.

Las celdas de combustible son muy atractivas para usos avanzados por su alta eficacia e idealmente por no generar emisiones, en contraste con los combustibles actuales más comunes, como son incluso el metano o el gas natural, que siempre generan dióxido de carbono. Muchas veces se piensa en combustibles amigables con el medio ambiente en sí, pero para su obtención, se requieren de fuentes energéticas que utilizan combustibles tradicionales como por ejemplo el carbón; no siendo por lo tanto una solución satisfactoria porque de todas formas estamos contaminando el medio ambiente – no siendo el proceso sostenible. Usos de las pilas combustibles. Mayormente están diseñados para cubrir las necesidades de comunicaciones en caso de una catástrofe o desastre en: MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES • Sistemas híbridos, Celdas de combustible/Solar/Viento. • Diversas tecnologías de la comunicación.

2.4. OTRAS FUENTES DE ENERGÍA. 2.4.1. ENERGÍA SOLAR. La energía solar es una fuente de energía renovable que se obtiene del sol y con la cual es posible generar o más precisamente convertir dicha energía en calor y electricidad. Existen varias maneras de captar y aprovechar los rayos del sol para generar energía que dan lugar a los distintos tipos de energía solar: la fotovoltaica (que transforma los rayos en electricidad mediante el uso de paneles solares), la fototérmica (que aprovecha el calor a través de los colectores solares) y termoeléctrica (transforma el calor en energía eléctrica de forma indirecta). En las Figuras Nº 8 y 9 se pueden ver modelos de aplicación vehicular. Fototérmica. Aprovecha el calor en sí mismo gracias a unos colectores solares que reciben el calor los rayos solares y lo transfieren a un fluido de trabajo. Entre los usos del calor obtenido se tiene: calentar edificios, agua, mover turbinas, secar granos o destruir desechos peligrosos, entre otros. Fotovoltaica. Transforma los rayos en electricidad a través de paneles solares o de células fotovoltaicas. Los paneles solares, que están fabricados por silicio (el segundo elemento más abundante de que disponemos en la naturaleza, después del oxígeno) que, junto con otros materiales, y al ser excitado por la luz solar, permite que se muevan los electrones y se genere una corriente eléctrica directa. Las células fotovoltaicas, por su parte, atrapan los fotones de la luz solar liberando con ello una carga que se convierte en electricidad. Las células fotovoltaicas, se construyen con materiales semiconductores principalmente, el germanio (Ge), y el silicio (Si). Ambos, a temperatura ambiente, tienen muy pocos electrones libres, que son los responsables de su pequeña conductividad.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES Estos materiales tienen propiedades eléctricas únicas. En presencia de luz solar los electrones son excitados por los fotones asociados a la luz y se mueven a través del material, produciendo una corriente eléctrica; este efecto es conocido como fotovoltaico, ver Figura Nº 6.

Figura N° 6: Esquema de panel solar y sus partes.

Termoeléctrica. Transforma el calor solar en energía eléctrica de una forma indirecta, ya que se trata de una combinación de las dos primeras: se aprovecha la energía solar fototérmica para obtener electricidad. Para ello, utilizan grandes sistemas de espejos móviles que concentran rayos solares en un punto específico calentando un fluido. Ese fluido luego tendrá la misión de producir electricidad mediante un generador. Podría decirse que la energía solar es una de las más limpias de las que utilizamos hoy en día, puesto que no produce ruido ni contaminación, además de tiene, como ya hemos visto, una larga (por no decir inagotable) vida. Sin embargo, también tiene alguna desventaja, y es que está sometida a constantes fluctuaciones: por ejemplo cuando más la necesitamos, es decir, en temporada de invierno, es cuando menos puede darnos, puesto que la radiación del Sol es menor. Asimismo, también depende, por supuesto, de la ubicación geográfica, por lo que no todos los países, ni siquiera todas las ciudades, pueden disfrutar de ella con la misma facilidad. Además, y a pesar de los avances, la tecnología para su aprovechamiento todavía es cara para el consumidor. MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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En el Gráfico N°1 se puede apreciar una proyección futura de la producción de energía proveniente de diversas fuentes, apreciándose que en el paso del tiempo el grado de aprovechamiento de la energía solar tendrá un muy alto grado.

Gráfico N° 1: Proyección futura de la producción de energía.

Componentes: El sistema de generación solar fotovoltaico se compone de un conjunto de dispositivos capaces de captar, almacenar y transformar la energía proveniente del Sol en formas de energía aprovechables. El sistema consta de los siguientes elementos que se muestran en a la Figura N° 7.  Generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos, que captan la radiación luminosa procedente del Sol y la transforman en corriente continua a baja tensión (12 V ó 24 V).  El acumulador, que almacena la energía producida por el generador y permite disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o días nublados.  Regulador de carga, cuya misión es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, que le produciría daños irreversibles; asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia.  Inversor (opcional), que transforma la corriente continua de 12 V ó 24 V almacenada en el acumulador, en corriente alterna de 230 V.

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Figura N° 7: Componentes de una sistema de generación solar fotovoltaico.

Figura N° 8: Automóvil propulsado íntegramente por energía solar.

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LaGentitadelPerú.com.

9 de octubre de 2010 Ingeniero peruano crea mototaxi que funciona con energía solar Lima, 28 oct (EFE).- El investigador peruano Walter Pacheco ha inventado un mototaxi que puede moverse con paneles solares, una iniciativa que ayudaría a reducir los niveles de contaminación en muchas ciudades de Perú y del mundo.

Figura N° 9: Mototaxi ecológica propulsada por energía solar.

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2.4.2.

AUTOS HÍBRIDOS.

Como base se tiene que un vehículo híbrido posee un motor de combustión interna, un generador como fuente de propulsión, y una batería para almacenamiento de la energía generada. La potencia de los automóviles está sobredimensionada debido a los cambios de regímenes de marcha, aceleraciones y desaceleraciones teniéndose que por lo general se utilizan fuera de su punto de máxima eficiencia, lo cual se pretende solucionar con los vehículos híbridos. Se tienen tres tipos de sistemas, el sistema paralelo en el cual el motor de CI funciona como base y el motor eléctrico aporta energía cuando se le solicita, como por ejemplo durante las aceleraciones o para vencer la inercia para salir del estado de reposo. El sistema combinado en el cual es el motor eléctrico que funciona cuando el vehículo se desplaza a bajas velocidades utilizando energía de la batería; y cuando se requiere más potencia de propulsión se adiciona como refuerzo el motor de CI, el cual accionará el generador quien a la vez de cargarla batería alimentará también al motor eléctrico. El exceso de potencia se emplea en cargar las baterías, de manera que no haya un desperdicio de potencia. Finalmente tenemos el sistema en serie en el cual el vehículo es impulsado solo por el motor eléctrico que a su vez toma la energía requerida del generador que está acoplado al motor de CI. Como se puede notar, no se está consiguiendo liberar del todo al medio ambiente de los contaminantes producidos por las emisiones de los motor de CI; pero sin embargo el motor utilizado es de baja potencia, prestaciones especiales, genera menos emisiones y bajo ruido, opera cuando es necesario solamente y en un régimen estable permitiendo siempre operar en su punto de máxima eficiencia; en comparación con un motor de CI de un vehículo convencional.

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Figura N° 10: Motor y generador 1NZ de un vehículo híbrido (Toyota).

2.4.3.

AUTOS ELÉCTRICOS.

Desde el punto de vista mecánico, los motores eléctricos son más fiables conocidos por el ser humano. Por otra parte, son los más eficientes que hay, convierten en movimiento más del 90% de la energía consumida. Respecto al uso de la energía eléctrica como fuente propulsora de vehículos, en la actualidad tenemos vehículos parcialmente o totalmente propulsados por energía eléctrica; aunque por supuesto en la actualidad todos los vehículos tienen en la energía eléctrica una vital forma de energía indispensable para su funcionamiento. Hasta ahora las marcas han logrado desarrollar algunos prototipos de buen funcionamiento pero aún hace falta que mejoren la autonomía y prestaciones de los mismos y que su precio sea razonable. Partes de un vehículo eléctrico:  Motor: puede tener uno o varios, dependiendo del diseño. También recupera energía (inversor) MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES  Puerto de carga: recibe la electricidad del exterior, puede haber otra toma específica para carga rápida  Transformadores: convierten la electricidad de una toma casera o de recarga rápida en valores de tensión y amperaje válidos para el sistema de recarga. No solo rellenan las baterías, también se preocupan de la refrigeración para evitar riesgo de explosión o derrames  Baterías: el depósito de “combustible”, puede haber una batería auxiliar como la de cualquier coche convencional para sistemas de bajo consumo auxiliares  Controladores: comprueban el correcto funcionamiento por eficiencia y seguridad, regulan la energía que recibe o recarga el motor  Apenas tienen mantenimiento, si es que lo tienen.  Las baterías determinan la potencia que puede usar el motor, la autonomía y el diseño del vehículo.

Figura N° 11: Partes de un vehículo eléctrico.

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III. COMBUSTIÓN. Se llama combustión al conjunto de procesos físico-químicos en los cuales se libera en forma controladamente parte de la energía interna del combustible. Una parte de esa energía se manifestará en forma de calor y es la que a nosotros nos interesa para el funcionamiento de los motores de combustión interna. Básicamente la reacción de un elemento químico con el oxígeno se conoce como oxidación. La combustión no es más que una reacción de oxidación, en la que normalmente se liberará una gran cantidad energía en forma de calor (energía térmica). Se distinguen 3 tipos de combustión: combustión estequiométrica, completa e incompleta.

3.1. PROCESO DE LA COMBUSTIÓN. Para que exista combustión, se requieren tres factores básicos que son el la sustancia combustible, el comburente y una temperatura adecuada; tal como lo señala el triángulo de la combustión que se muestra. En el caso del funcionamiento de los motores de combustión interna diesel, por ejemplo: El triángulo de la combustión o de fuego (Figuras Nº 12 y N° 13).  Combustible  Diesel  Comburente  El aire  Temperatura adecuada  Elevación de la temperatura - alta compresión. Es importante recordar que el aire del ambiente se encuentra compuesto por una mezcla gaseosa; pero en mayor cuantía encontramos al Nitrógeno N 2 e Hidrógeno H2.

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Figura N° 12: Triángulo de la combustión o de fuego .

Figura N° 13: Triángulo de la combustión en un motor de CI.

3.1.1.

EL FACTOR LAMBDA (λ).

Se le conoce con esta denominación al Coeficiente de aire o Relación de aire, el cual representa la relación entre la cantidad de aire disponible para la combustión y la cantidad teóricamente ideal o mezcla estequiométrica. También es conocido como Coeficiente de Exceso de Aire. Matemáticamente se calcula mediante la expresión siguiente:

λ El factor lambda es muy importante ya que es un parámetro que tiene influencia directa sobre el desarrollo de la potencia del motor, el consumo MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES específico de combustible y la composición de los productos contaminantes en las emisiones de los vehículos a combustión interna. Valores que puede adoptar λ:

λ= 1: la masa de aire aportada corresponde a la teóricamente necesaria. λ< 1: existe falta de aire o la mezcla es demasiado rica (exceso de carburante). λ> 1: existe exceso de aire o la mezcla es demasiado pobre (defecto de carburante).

3.1.2.

¿A QUÉ SE DENOMINA UNA COMBUSTIÓN ESTEQUIOMÉTRICA?

La combustión estequiométrica es una combustión teórica en la cual la cantidad de oxígeno (comburente) es exactamente la necesaria para reaccionar con todo el combustible, sin que se generen inquemados (productos no combustionados).Por lo tanto en los gases resultantes no se encontrará O2, porque se ha consumido por completo durante la combustión, el proceso se esquematiza en el Gráfico N° 2. La denominación de Teórica se emplea debido a que en la práctica siempre existen productos inquemados.

Gráfico N° 2: Combustión ideal con mezcla estequiométrica.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES 3.1.3. COMBUSTIÓN COMPLETA Y COMBUSTIÓN INCOMPLETA. En toda combustión completase libera como producto de la reacción únicamente, dióxido de carbono (CO2) y agua en estado de vapor (H2O); sin importar cuál sea el combustible a quemar, tal como expresa la siguiente ecuación química: Combustible + O2CO2 + H2O + energía (en forma de luz y calor) Combustión completa del Metano: CH4 + 2O2CO2+ 2H2O Metano + oxígeno  dióxido de carbono + vapor de agua Durante la reacción se genera calor, por eso se le denomina exotérmica. Ese calor evapora el agua, por lo tanto los productos de una combustión completa se encuentran en estado gaseoso. La combustión completa se caracteriza por presentar una llama azul pálido, y libera mayor cantidad de calor, en comparación con una combustión incompleta del mismo combustible. La combustión es incompleta, cuando la cantidad de O2 es insuficiente para quemar completamente el combustible. Los productos de la combustión incompleta varían según la cantidad de oxígeno disponible para la reacción. Generalmente se forma monóxido de carbono CO. Esta sustancia produce la muerte por asfixia, ya que se combina con la hemoglobina de la sangre a una velocidad mayor que la del oxígeno. Otro producto de una combustión incompleta es el carbón, sólido, que por acción del calor se pone incandescente y da ese color amarillo-anaranjado a la llama. Este carbón, finamente dividido, se eleva por el calor que desprende la combustión, y se va enfriando a medida que se aleja de la fuente de calor, formando humo negro, que se deposita en los objetos cercanos formando lo que se conoce como hollín. También se produce agua, en estado de vapor, como otro producto más de una combustión incompleta, refiérase al Gráfico Nº 3.

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La combustión incompleta no sólo es peligrosa, sino que libera menor cantidad de calor que la combustión completa del mismo combustible, en otras palabras hay un gran desperdicio de energía. Generalmente, estas combustiones se producen cuando el combustible tiene un alto porcentaje de carbono. El caso típico se puede observar en los braseros, en donde se coloca el carbón encendido, y se usan en calefacción. Una ecuación que representa la combustión incompleta del hexano (principal componente de la gasolina es:

C6H14+

4O2

CO

+

5C

+

7H2O

hexano + oxígeno  monóxido carbono + partículas de hollín + vapor de agua

Gráfico N° 3: Combustión incompleta (real) de la gasolina.

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3.2. COMPOSICIÓN DE LOS GASES DE ESCAPE.

Figura N° 14: Composición de los gases de escape en un motor Otto (arriba) y para un motor Diesel (abajo).

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NITRÓGENO (N2). El nitrógeno es un gas no combustible, incoloro e inodoro, componente esencial del aire en nuestra atmósfera y por lo tanto que todos respiramos (componentes del aire atmosférico: 78 % nitrógeno, 21 % oxígeno, 1 % otros gases) y está presente en el proceso de la combustión en el aire de la admisión. La mayor parte del nitrógeno aspirado vuelve a salir puro en los gases de escape; sólo una pequeña parte se combina con el oxígeno O 2 para formar óxidos nítricos NOx. OXÍGENO (O2). Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Compone el 21% del aire atmosférico y que respiramos siendo el más importante. Es imprescindible para el proceso de la combustión, con una mezcla ideal el consumo de combustible debería ser total, pero en el caso de la combustión incompleta, el oxígeno restante es expulsado por el sistema de escape. AGUA (H2O). Como humedad del aire atmosférico es tanto aspirada por el motor o se produce durante el proceso de la combustión en la fase de calentamiento del motor. Es un subproducto de la combustión y es expulsado por el sistema de escape del vehículo, se lo puede visualizar sobre todo en los días más fríos, como un humo blanco que sale por el escape, o en el caso de condensarse a lo largo del tubo de escape, se producirá un goteo. Es un componente inofensivo de los gases de escape. DIÓXIDO DE CARBONO (CO2). También conocido como anhídrido carbónico se forma naturalmente por la respiración de los seres vivos, descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales; y de forma no natural produce al ser quemados los combustibles fósiles por su contenido de carbono, desforestación, quema de biomasa, manufactura del cemento, etc. Es un gas incoloro, no combustible. El dióxido de carbono CO2 a pesar de ser un gas no tóxico, reduce el estrato de la atmósfera terrestre que suele servir de protección contra la penetración de los rayos UV (ultra violeta), produciendo que la tierra se caliente. Las MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES discusiones generales en torno a las alteraciones climatológicas conocidas como el Efecto Invernadero. ECONOTICIAS.COM. El CO2 ha aumentado una media anual del 0,5% en la última década. Los resultados, que fueron obtenidos gracias a la colaboración entre la ESA en el marco de su misión 'Envista' y el satélite japonés para la observación de los gases de efecto invernadero, 'GOSAT'. ENVIADO POR: ECOTICIAS.COM / RED / AGENCIAS, 05/09/2013, 12:08 H

MONÓXIDO DE CARBONO (CO). Se produce como resultado de la combustión incompleta de combustibles fósiles. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Actúa bloqueando el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración en el aire que se respira. En una concentración normal en el aire ambiental reacciona oxidándose en corto tiempo, formando una molécula estable - dióxido de carbono CO2. ÓXIDOS NÍTRICOS (NOX). Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2, como por ejemplo: NO, NO2, N2O, entre otros. Los óxidos de nitrógeno se producen al existir una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. El monóxido de nitrógeno (NO), es un gas incoloro, inodoro e insípido. Al combinarse con el oxígeno del aire, es transformado en dióxido de nitrógeno (NO2), de color pardo rojizo y de olor muy penetrante, que provoca una fuerte irritación de los órganos respiratorios. Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen conducir lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos nítricos en los gases de escape, porque una combustión más eficaz produce temperaturas más altas. Estas altas temperaturas favorecen la generación a su vez, una mayor emisión de óxidos nítricos.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES DIÓXIDO DE AZUFRE (SO2) El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso ocasiona las enfermedades de las vías respiratorias, pero interviene sólo en una medida muy reducida en los gases de escape. Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible. Si se reduce el contenido de azufre en el combustible es posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre, lo que significa mejorar la calidad de los mismos. PLOMO (Pb). Ha desaparecido por completo en los gases de escape de los vehículos. En 1985 se emitían todavía a la atmósfera 3,000 ton., debido a la combustión de combustibles con plomo. El plomo en el combustible impedía la combustión detonante debida al autoencendido y actuaba como una sustancia amortiguadora en los asientos de las válvulas. Con el empleo de aditivos ecológicos en el combustible sin plomo se han podido mantener casi idénticas las características antidetonantes. HIDROCARBUROS (HC). Son residuos de combustible no quemados, que se generan en los gases de escape después de una combustión incompleta. La mala combustión puede ser debido a la falta de oxígeno durante la combustión (mezcla rica) o también por una baja velocidad de inflamación (mezcla pobre), por lo que se debe ajustar la riqueza de la mezcla. Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones, por ejemplo: C6H6, C8H18. Actúan de diversa manera en el organismo, algunos de ellos irritan los órganos sensoriales, mientras que otros son cancerígenos como es el caso del benceno. LAS PARTÍCULAS DE HOLLÍN (PM). Durante el proceso de la combustión en un motor diésel se producen partículas de hollín, que son esferas microscópicas de carbono, con un diámetro aproximado de 0,05 µm. Su núcleo consta de carbono puro en el cual se asocian diversas combinaciones de hidrocarburos, óxidos metálicos y azufre.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES La composición exacta de las partículas de hollín depende de la tecnología aplicada en el motor, las condiciones de aplicación y el combustible empleado. La masa de las partículas y la cantidad formada dependerá básicamente de la calidad de la combustión en el motor. Los sistemas de inyección de combustible que utilizan inyector-bomba trabajan con alta presión, con lo cual se logra una combustión eficiente, que redunda en una reducción en la formación de partículas de hollín. Una alta presión de la inyección y la correspondiente fina pulverización del combustible, sin embargo, no conducen necesariamente a que las partículas sean más pequeñas. Sin embargo en estudios realizados se observa que la distribución de tamaños de las partículas en los gases de escape es independiente del principio de combustión que se aplica en el motor, es decir, que son muy parecidos los resultados, indistintamente de que se trate de motores de cámara de turbulencia, common rail o inyector-bomba. OZONO (O3). El ozono es un gas que se genera tanto en la atmósfera superior de la Tierra como a nivel del suelo. El ozono puede ser bueno o malo, dependiendo de dónde se encuentre en la atmósfera: El ozono que se encuentra en la atmósfera superior de la Tierra, entre 10 a 30 millas sobre la superficie de la Tierra, donde forma una capa que nos protege de los rayos dañinos ultravioleta del sol es considerado como bueno. Por el contrario el que se forma en la atmósfera inferior de la Tierra, cerca del nivel del suelo es considerado como malo, y el ozono se forma como resultado de una reacción química, en presencia de la luz solar, entre los contaminantes emitidos por los automóviles, las plantas de energía, las calderas industriales, las refinerías, las plantas químicas y otras fuentes de emisiones. La contaminación ocurre durante los meses de verano cuando las condiciones del clima son propicias para formar el ozono al nivel del suelo: mucho sol y temperaturas altas. El ozono en grandes concentraciones es una sustancia tóxica y mortal. La niebla contaminante causa problemas cardiorrespiratorios y se considera que las muertes por problemas derivados de la contaminación superan ampliamente los fallecimientos debidos a la siniestralidad vial.

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3.3. EMISIONES TÓXICAS DE LOS GASES DE ESCAPE. Efectos sobre la salud.

Contaminante

Denominación

Tabla Nº 3. Origen

Monóxido de carbono

Combustión incompleta

Hidrocarburos

Combustión incompleta o evaporación

Pb

Plomo

Aditivo para aumentar el índice de octano de las gasolinas

Material Particulado

Hollín

Deficiencia de oxígeno

CO

HC

NOX

Óxidos de nitrógeno

SO2

Dióxido de azufre

O3

Ozono

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Altas temperaturas en la cámara de combustión Contenido de azufre en el combustible diesel Se forma en la atmosfera interior de la tierra. Temperaturas altas del suelo.

Efectos sobre la salud Disminución de la absorción de oxígeno por los glóbulos rojos, afecta la percepción y la capacidad de raciocinio, disminuye los reflejos y puede causar inconsistencia. Afecta el crecimiento fetal en mujeres embarazadas. Junto con otros contaminantes fomenta enfermedades de personas con problemas respiratorios y circulatorios. Irritación de los ojos, cansancio y tendencia a toser. Puede tener efecto cancerígeno o mutativo. Los provenientes de motores diesel pueden causar enfermedades pulmonares. Afecta al sistema circulatorio, reproductivo, renal y nervioso. Reduce la capacidad de aprendizaje de los niños y puede causar hiperactividad. También puede causar daños neurológicos. Puede iniciar enfermedades respiratorias (afectando en mayor grado a niños y ancianos) y provoca cáncer de pulmón. Irrita las mucosas nasales, los ojos, la garganta y causa dolores de cabeza.

Irrita las membranas del sistema respiratorio y causa inflamaciones en la garganta.

Empeora los males respiratorios como el asma. Irrita el sistema respiratorio. Reduce la función pulmonar. Daña las células que forran los pulmones.

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CONTROL DE EMISIONES DE GASES Efectos sobre la ecología.

Contaminante

Denominación

NOX SO2

Óxidos de nitrógeno / Dióxido de azufre

O3

Ozono

CO2

CO NOX

Dióxido de carbono Monóxido de carbono / Óxidos de nitrógeno

Tabla Nº 4 Efectos sobre la ecología Provoca la lluvia ácida con daños a los bosques, sistemas acuáticos, corrosión de metales. Daños a edificios y monumentos. También contamina las aguas subterráneas. Daña los bosques y reduce el crecimiento de varios tipos de granos como el maíz, frutas y verduras. El ozono puede crearse varias horas y días después de la emisión de los gases y tener un impacto lejos del lugar en el que se dio origen a la contaminación. Provoca el efecto invernadero.

Estos gases tienen un impacto indirecto sobre el efecto invernadero.

3.4. EL EFECTO INVERNADERO (GREEN HOUSE EFFECT). Los gases de efecto invernadero actúan de manera similar al techo de vidrio de un invernadero, atrapando el calor y recalentando el interior, como se esquematiza en la Figura N° 15. Para el caso del planeta el aumento de las temperaturas conduce al cambio climático que incluye efectos tales como el aumento del nivel del mar, cambios en los modelos de precipitación que producen inundaciones y sequías, y la diseminación de enfermedades transmitidas por vectores(organismos que transmiten un agente infeccioso) tales como la malaria. Los gases de efecto invernadero son gases que pueden absorber gran parte de la radiación infrarroja emitida por la Tierra y la devuelven de nuevo a la superficie terrestre calentando la misma. Estos gases han estado presentes en la atmósfera en cantidades muy reducidas durante la mayor parte de la historia de la Tierra, pero con el crecimiento acelerado de las emisiones gaseosas industriales su concentración se ha incrementado de forma alarmante. En la Figura N° 16 se aprecia las fuentes causantes de las emisiones de gases causantes del efecto invernadero.

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Figura N° 15: Diagrama que ilustra el efecto invernadero. Muchos de los rayos solares que ingresan no salen, sino que rebotan en el interior de los vidrios de los muros, acumulándose la energía que redundará en un incremento de la temperatura en el interior.

Figura N° 16: Esquema de fuentes causantes del efecto invernadero.

Tipos de gases de efecto invernadero. Todos los gases de invernadero son moléculas que contienen al menos tres átomos que están unidos débilmente suficiente junto a vibrar cuando absorben calor. Los denominados gases de efecto invernadero o gases invernadero, responsables del efecto descrito, son: MECÁNICA AUTOMOTRIZ

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 El vapor de agua (H2O)  Dióxido de carbono (CO2)  Metano (CH4)  Óxido nitroso (N2O)  Ozono (O3)  Clorofluorocarbonos (CFC)

3.5. LLUVIAS ÁCIDAS. Los gases provenientes de las emisiones de los vehículos y de las fábricas producen ácidos al mezclarse con la humedad del agua contenida en las nubes, los cuales caen a la tierra en forma de lluvia, causando efectos corrosivos de diversa índole tanto en el entorno material, en la salud de animales, plantas y seres humanos. Las causas que la generan se muestran en la figura N° 17. Si las emisiones contienen dióxido de azufre como es el caso de las emisiones por utilizar diesel con contenido de azufre, al mezclarse con el vapor de agua ambiental, la lluvia contendrá ácido sulfúrico (H2SO4). Y por otro lado si tuvieran un contenido de óxido de nitrógeno, en el agua de lluvia contendrá ácido nítrico (HNO3). Tienen efecto negativo sobre el crecimiento de las plantas, estas pierden sus hojas y se debilitan, destruyen también sustancias vitales del suelo y depositan metales venenosos como el aluminio que dificulta la respiración y la fotosíntesis de los vegetales. En un lago contaminado con ácidos no existe vida animal, erosiona edificios y monumentos. Los ácidos reaccionan con minerales metálicos y forman sales entre ellos el carbonato de calcio (yeso). La lluvia arrastra el yeso y el ácido que contiene erosiona las piedras. El agua potable puede ser contaminada fácilmente por la lluvia ácida liberando sustancias químicas al mezclarse el aluminio y plomo, sustancias dañina para la salud. Conceptualmente la acidez no neutralizada por la copa de los árboles, entra al suelo por vía infiltración provocando:  Disminución del pH (el aluminio se hace soluble con pH