En esta entrada de blog, analizaremos los pros y contras de los motores diésel y el desarrollo de tecnologías de reducción de emisiones (DPF, EGR, SCR) para examinar la viabilidad del diésel.
Pros y contras del diésel
En comparación con los motores de gasolina, los motores diésel generalmente emiten menos dióxido de carbono, tienen mayor eficiencia térmica y son más duraderos. Sin embargo, generan una gran cantidad de partículas, conocidas como polvo fino, y óxidos de nitrógeno, como el monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno. Estas sustancias son una de las principales causas de diversas enfermedades respiratorias, como la bronquitis y la neumonía, así como el smog fotoquímico y la lluvia ácida. Por ello, se desarrollan constantemente tecnologías para reducir los contaminantes emitidos por los motores diésel.
Características de los motores diésel y tecnologías de reducción de emisiones.
Una tecnología representativa para el tratamiento de partículas es el sistema de filtro de partículas diésel (DPF). Este sistema recoge las partículas generadas por los gases de escape mediante un filtro y restaura su funcionamiento quemando las partículas acumuladas en un momento determinado. Para quemar las partículas recogidas, es necesario suministrar combustible al cilindro del motor para que fluya hacia el filtro colector.
Al suministrar combustible, este se mezcla con los gases de escape y se quema en el filtro. El sistema DPF es fácil de fabricar, ya que no requiere mejoras especiales en el motor, solo el suministro de combustible adicional, pero presenta una baja eficiencia de combustible. Además, se requiere una tecnología independiente debido a la dificultad para reducir los óxidos de nitrógeno. Una tecnología para reducir los óxidos de nitrógeno es el sistema de recirculación de gases de escape (EGR).
Este sistema recircula los gases de escape de vuelta al motor y los quema junto con el combustible para reducir la temperatura de combustión. Esto se debe a que las emisiones de óxido de nitrógeno se reducen cuando el combustible se quema a temperaturas más bajas. Sin embargo, al reducir la temperatura de combustión, se generan altas emisiones de partículas, por lo que el sistema EGR se utiliza en conjunto con el sistema DPF. El sistema EGR tiene la desventaja de que provoca la acumulación de impurezas en el motor, lo que puede reducir la potencia.
Recientemente, se ha desarrollado el sistema SCR (reducción catalítica selectiva), más eficiente en la reducción de óxidos de nitrógeno que el sistema EGR, que lo está reemplazando. El sistema SCR no recircula los gases de escape, por lo que la temperatura de combustión en el motor es más alta que en el sistema EGR. Esto genera menos partículas, pero más óxidos de nitrógeno. El sistema SCR utiliza amoníaco para reducir los óxidos de nitrógeno. Sin embargo, el amoníaco es explosivo, puede corroer los metales y, a temperatura ambiente, desprende un olor penetrante característico que puede causar molestias. Por lo tanto, su uso está restringido y se requiere precaución al manipularlo.
Cómo funciona el sistema SCR y sus ventajas
Para solucionar estos problemas, el sistema SCR utiliza un tanque de urea independiente que suministra urea disuelta en agua y un inyector de aire comprimido que suministra aire para inducir la siguiente reacción química en el dispositivo SCR. La urea se descompone en amoníaco y ácido isociánico mediante descomposición térmica, y el ácido isociánico se hidroliza para producir dióxido de carbono y amoníaco.
El monóxido de nitrógeno reacciona con el oxígeno del aire y se convierte en nitrógeno y agua. El dióxido de nitrógeno reacciona con el amoníaco y también se convierte en nitrógeno y agua. El interior del dispositivo SCR, donde tiene lugar la reacción química, está compuesto por un catalizador metálico, como platino o vanadio, que adsorbe los reactivos.
En el método SCR, la eficiencia de reducción puede mejorarse permitiendo que los gases de escape permanezcan en la superficie de estos catalizadores durante un tiempo prolongado. En otras palabras, la velocidad espacial debe reducirse para que la reacción química tenga tiempo suficiente. En este caso, la velocidad espacial es la cantidad de gases de escape suministrada por unidad de tiempo dividida entre el volumen del catalizador en el dispositivo SCR.
Retos y perspectivas futuras del método SCR
El sistema SCR se está extendiendo gradualmente debido a su alta eficiencia de reducción, pero aún existen problemas por resolver. Puede producirse escape de amoníaco, que se emite junto con los gases de escape. Si la urea se descompone a bajas temperaturas, se pueden generar aminas sólidas o melamina que se adhieren al interior de las tuberías y las superficies de los dispositivos. Además, la acumulación de estas sustancias sólidas puede reducir la eficiencia del sistema y aumentar los costos de mantenimiento. Para evitarlo, es necesario mantener la temperatura del sistema a un nivel adecuado y realizar inspecciones y limpiezas periódicas.
Las tecnologías de reducción de emisiones de los motores diésel siguen evolucionando conforme a las normativas ambientales más estrictas. Cada una de las tecnologías DPF, EGR y SCR presenta sus propias ventajas y desventajas, por lo que es fundamental encontrar la combinación óptima para minimizar las emisiones. Si bien es probable que la importancia de los motores diésel disminuya debido al aumento de vehículos eléctricos e híbridos, aún desempeñan un papel importante en vehículos grandes y comerciales. Se seguirá trabajando para mejorar la eficiencia de los motores diésel y reducir la contaminación ambiental en armonía con las tecnologías respetuosas con el medio ambiente.
