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gases de escape

Este camión diésel emite un gas de escape lleno de partículas negras al arrancar el motor. Los gases de escape o gases de combustión se emiten como resultado de la combustión de...

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Este camión diésel emite un gas de escape lleno de partículas negras al arrancar el motor.

Los gases de escape o gases de combustión se emiten como resultado de la combustión de combustibles como gas natural , gasolina , gasóleo , fueloil , mezclas de biodiésel [ 1 ] o carbón . Según el tipo de motor, se descargan a la atmósfera a través de un tubo de escape , una chimenea o una tobera de propulsión . A menudo se dispersan a favor del viento formando una columna de gases de escape .

Es un componente importante de las emisiones de los vehículos de motor (y de los motores de combustión interna estacionarios ), que también pueden incluir el paso de gases del cárter y la evaporación de la gasolina no utilizada.

Se estima que la contaminación atmosférica derivada de la quema de combustibles fósiles causa la muerte de más de 5 millones de personas cada año. Las emisiones de los vehículos de motor son una fuente común de contaminación atmosférica y un factor importante en la formación de la niebla tóxica en algunas grandes ciudades.

Composición

La mayor parte de la mayoría de los gases de combustión está compuesta por nitrógeno (N₂ ) , vapor de agua (H₂O ) (excepto con combustibles de carbono puro) y dióxido de carbono (CO₂ ) (excepto para combustibles sin carbono); estos no son tóxicos ni nocivos (aunque el vapor de agua y el dióxido de carbono son gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático ). Una parte relativamente pequeña de los gases de combustión son sustancias indeseables, nocivas o tóxicas, como el monóxido de carbono (CO) procedente de la combustión incompleta, los hidrocarburos (indicados correctamente como CₓHᵧ , pero que normalmente se muestran simplemente como " HC " en los comprobantes de las pruebas de emisiones) procedentes del combustible sin quemar, los óxidos de nitrógeno (NOₓ ) procedentes de temperaturas de combustión excesivas y las partículas (principalmente hollín ) procedentes de la combustión incompleta.

Temperatura de los gases de escape

La temperatura de los gases de escape (EGT) es importante para el funcionamiento del convertidor catalítico de un motor de combustión interna . Se puede medir con un medidor de temperatura de gases de escape . La EGT también sirve como indicador del estado del motor en las turbinas de gas (véase más abajo).

Motores fríos

Vapor saliendo del tubo de escape de un coche frío

Durante los dos primeros minutos después de arrancar el motor de un coche que no ha estado en funcionamiento durante varias horas, la cantidad de emisiones puede ser muy alta. Esto ocurre por dos razones principales:

  • Requisito de mezcla rica en combustible en motores fríos : Al arrancar un motor frío, el combustible no se vaporiza por completo, lo que genera mayores emisiones de hidrocarburos y monóxido de carbono , que disminuyen solo cuando el motor alcanza su temperatura de funcionamiento. La duración de esta fase de arranque se ha reducido gracias a los avances en materiales y tecnología, incluyendo la inyección de combustible controlada por computadora , conductos de admisión más cortos y el precalentamiento del combustible y/o del aire de admisión.
  • Convertidor catalítico ineficiente en condiciones de frío : Los convertidores catalíticos son muy ineficientes hasta que alcanzan su temperatura de funcionamiento . Este tiempo se ha reducido considerablemente acercando el convertidor al colector de escape, e incluso más aún colocando un convertidor pequeño, pero de calentamiento rápido, directamente en el colector de escape. El convertidor pequeño gestiona las emisiones de arranque, lo que permite que el convertidor principal, de mayor tamaño, tenga tiempo suficiente para calentarse. Se pueden lograr mejoras adicionales de diversas maneras, [ 2 ] incluyendo calentamiento eléctrico, batería térmica, precalentamiento por reacción química, calentamiento por llama y superaislamiento.

Resumen de las emisiones de los turismos

Comparable con las normas europeas de emisiones EURO III, tal como se aplicaron en octubre de 2000.

En el año 2000, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos comenzó a implementar normas de emisiones más estrictas para vehículos ligeros. Los requisitos se introdujeron gradualmente a partir de los vehículos fabricados en 2004, y todos los automóviles y camionetas ligeras nuevos debían cumplir con las normas actualizadas para finales de 2007.

Tipos

motores de combustión interna

gases de escape de automóviles

Motores de encendido por chispa y motores diésel

En los motores de encendido por chispa, los gases resultantes de la combustión de la mezcla de combustible y aire se denominan gases de escape. Su composición varía entre los motores de gasolina y los diésel, pero se sitúa en torno a estos niveles:

El 10 % de oxígeno para el diésel probablemente se dé cuando el motor está al ralentí, por ejemplo, en un banco de pruebas. Es mucho menor si el motor está funcionando bajo carga, aunque los motores diésel siempre funcionan con un exceso de aire sobre combustible. El contenido de CO para los motores de gasolina varía desde ≈15 ppm para un motor bien ajustado con inyección de combustible y convertidor catalítico hasta 100 000 ppm (10 %) para un motor de carburador con mezcla rica, como los que se encuentran habitualmente en pequeños generadores y equipos de jardinería. [ 6 ]

Aditivo de nitrometano

Los gases de escape de un motor de combustión interna cuyo combustible incluye nitrometano contienen vapor de ácido nítrico , que es corrosivo y, al ser inhalado, provoca una reacción muscular que dificulta la respiración. Las personas que puedan estar expuestas a él deben usar una máscara antigás . [ 7 ]

Motores diésel

Los gases de escape diésel son los gases producidos por un motor diésel , junto con las partículas que contenga . Su composición puede variar según el tipo de combustible, la tasa de consumo o la velocidad de funcionamiento del motor (por ejemplo, al ralentí, a velocidad constante o bajo carga), y si el motor se encuentra en un vehículo de carretera, un vehículo agrícola, una locomotora, una embarcación, un generador estacionario u otra aplicación. [ 8 ]

Los gases de escape del diésel causan cáncer de pulmón y otras enfermedades como el asma , y ​​muchas muertes prematuras. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Existen métodos para reducir los óxidos de nitrógeno (NO x ) y las partículas (PM) en los gases de escape.

Algunos países han fijado una fecha para dejar de vender vehículos diésel , y algunos centros urbanos prohibirán los coches diésel. [ 12 ]

Motores de turbina de gas

En los motores de turbina de gas de las aeronaves, la temperatura de los gases de escape (EGT) es un indicador fundamental del estado del motor. Normalmente, la EGT se compara con un indicador principal de la potencia del motor denominado relación de presión del motor (EPR). Por ejemplo, a plena potencia EPR existe un límite máximo permitido de EGT. Una vez que un motor alcanza este límite de EGT, requiere un mantenimiento específico para corregir el problema. La diferencia entre la EGT y el límite se denomina margen de EGT. El margen de EGT de un motor es máximo cuando el motor es nuevo o ha sido revisado. La mayoría de las aerolíneas también monitorizan esta información de forma remota mediante el sistema ACARS , gestionado por el departamento de mantenimiento .

Motores a reacción y motores de cohete

Estela de condensación formada por la presencia de vapor de agua en los gases de escape de los motores a reacción.

En los motores a reacción y los motores de cohete , los gases de escape de las toberas de propulsión muestran, en algunas aplicaciones, diamantes de choque .

Otros tipos

A partir de la quema de carbón

Los gases de combustión son los que se emiten desde hornos, calderas y hornos de combustión.

Máquinas de vapor

En la terminología de las máquinas de vapor, el vapor de escape es vapor que ahora tiene una presión tan baja que ya no puede realizar trabajo útil.

Emisiones de los principales vehículos de motor

Los vehículos de carretera generan una cantidad significativa de la contaminación atmosférica total. Los vehículos con motores de gasolina y diésel producen aproximadamente la mitad de sus emisiones a través de los gases de escape , y la otra mitad a partir de emisiones no procedentes del escape (desgaste de neumáticos y frenos, y erosión o alteración de la superficie de la carretera).

NO x

El humo y la niebla tóxica en la ciudad de Nueva York , vistos desde el World Trade Center en 1988.

Los óxidos mononitrosos NO y NO₂ ( NOx ) (ya sean producidos de esta manera o de forma natural por rayos ) reaccionan con amoníaco , humedad y otros compuestos para formar vapor de ácido nítrico y partículas relacionadas. Las partículas pequeñas pueden penetrar profundamente en el tejido pulmonar sensible y dañarlo, causando la muerte prematura en casos extremos. La inhalación de especies de NO aumenta el riesgo de cáncer de pulmón [ 13 ] y cáncer colorrectal [ 14 ] , y la inhalación de dichas partículas puede causar o empeorar enfermedades respiratorias como enfisema y bronquitis , así como enfermedades cardíacas [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] .

En un estudio de la EPA de EE. UU. de 2005 , las mayores emisiones de NO x provenían de vehículos motorizados en carretera, siendo el segundo mayor contribuyente el equipo no vial, principalmente estaciones de servicio de gasolina y diésel. [ 17 ]

El ácido nítrico resultante puede ser lavado e incorporado al suelo, donde se convierte en nitrato , que es útil para el crecimiento de las plantas.

Compuestos orgánicos volátiles

El equipamiento no vial se compone principalmente de estaciones de gasolina y diésel. [ 18 ]

Cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV) reaccionan en presencia de la luz solar, se forma ozono a nivel del suelo, un componente principal del esmog . Un informe de la EPA de EE. UU. de 2005 señala a los vehículos de carretera como la segunda mayor fuente de COV en EE. UU. con un 26 %, mientras que el 19 % proviene de equipos no viales, principalmente estaciones de servicio de gasolina y diésel. [ 18 ] El 27 % de las emisiones de COV provienen de disolventes utilizados en la fabricación de pinturas y diluyentes de pintura, entre otros usos. [ 19 ]

Ozono

El ozono es beneficioso en la atmósfera superior, [ 20 ] pero a nivel del suelo irrita el sistema respiratorio , provocando tos, asfixia y reducción de la capacidad pulmonar. [ 21 ] También tiene muchos efectos negativos en todo el ecosistema. [ 22 ]

monóxido de carbono (CO)

Imagen computarizada del monóxido de carbono tomada por el satélite MOPITT en marzo de 2010.

La intoxicación por monóxido de carbono es el tipo más común de intoxicación aérea mortal en muchos países. [ 23 ] El monóxido de carbono es incoloro, inodoro e insípido, pero altamente tóxico. Se combina con la hemoglobina para producir carboxihemoglobina , que bloquea el transporte de oxígeno. A concentraciones superiores a 1000 ppm se considera inmediatamente peligroso y es el riesgo para la salud más inmediato derivado del funcionamiento de motores en un espacio mal ventilado. En 2011, el 52 % de las emisiones de monóxido de carbono fueron generadas por vehículos móviles en los EE. UU. [ 24 ]

Contaminantes atmosféricos peligrosos (sustancias tóxicas)

La exposición crónica (a largo plazo) al benceno ( C₆H₆ ) daña la médula ósea . También puede causar hemorragias excesivas y deprimir el sistema inmunitario , aumentando el riesgo de infección . El benceno causa leucemia y se asocia con otros cánceres de la sangre y lesiones precancerosas de la sangre. [ 25 ] [ 26 ]

Material particulado (PM 10 y PM 2.5 )

Los efectos en la salud de la inhalación de material particulado en el aire han sido ampliamente estudiados en humanos y animales e incluyen asma , cáncer de pulmón , problemas cardiovasculares, muerte prematura . [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Debido al tamaño de las partículas, pueden penetrar la parte más profunda de los pulmones. [ 30 ] Un estudio del Reino Unido de 2011 estima 90 muertes por año debido al PM de vehículos de pasajeros. [ 31 ] En una publicación de 2006, la Administración Federal de Carreteras de EE. UU. (FHWA) afirma que en 2002 alrededor del 1% de todas las emisiones de PM 10 y el 2% de todas las emisiones de PM 2.5 provenían del escape de vehículos motorizados en carretera (principalmente de motores diésel ). [ 32 ] En los mercados chino, europeo e indio, tanto los vehículos diésel como los de gasolina deben tener instalado un filtro de escape , mientras que Estados Unidos lo ha exigido solo para diésel. En 2022, el especialista británico en pruebas Emissions Analytics estimó que los aproximadamente 300 millones de vehículos de gasolina en los EE. UU. durante la década siguiente emitirían alrededor de 1,6 septillones de partículas nocivas. [ 33 ]

dióxido de carbono ( CO₂ )

El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero . Las emisiones de CO₂ de los vehículos de motor forman parte de la contribución antropogénica al aumento de las concentraciones de CO₂ en la atmósfera, lo que, según la gran mayoría de la comunidad científica, está provocando el cambio climático . [ 34 ] Se calcula que los vehículos de motor generan alrededor del 20 % de las emisiones de CO₂ de origen humano en la Unión Europea , y los turismos contribuyen con aproximadamente el 12 %. [ 35 ] Las normas europeas de emisiones limitan las emisiones de CO₂ de los turismos y vehículos ligeros nuevos. La cifra media de emisiones de CO₂ de los coches nuevos en la Unión Europea se redujo un 5,4 % en el año que finalizó el primer trimestre de 2010, hasta los 145,6 g/km . [ 36 ]

vapor de agua

Los gases de escape de los vehículos contienen mucho vapor de agua .

Recuperación de agua

Se han realizado investigaciones sobre cómo las tropas en los desiertos pueden recuperar agua potable de los gases de escape de sus vehículos. [ 37 ]

Reducción de la contaminación

Las normas de emisiones se centran en reducir los contaminantes contenidos en los gases de escape de los vehículos, así como en las chimeneas industriales y otras fuentes de contaminación atmosférica en diversas instalaciones industriales a gran escala, como refinerías de petróleo , plantas de procesamiento de gas natural , plantas petroquímicas y plantas de producción química . [ 38 ] [ 39 ] Sin embargo, a menudo se les denomina gases de combustión . Los convertidores catalíticos en los automóviles buscan descomponer la contaminación de los gases de escape mediante un catalizador. Los depuradores en los barcos buscan eliminar el dióxido de azufre (SO 2 ) de los gases de escape marinos. Las regulaciones sobre las emisiones de dióxido de azufre marino se están volviendo más estrictas; sin embargo, solo un pequeño número de áreas especiales en todo el mundo han sido designadas para el uso exclusivo de combustible diésel con bajo contenido de azufre.

Enfermedades y muertes prematuras

Se estima que la contaminación del aire derivada del uso de combustibles fósiles por parte de la industria, la generación de energía y el transporte causa la muerte de más de 5 millones de personas cada año. [ 40 ] Un estudio de 2013 del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) indica que 53 000 muertes prematuras ocurren cada año solo en Estados Unidos debido a las emisiones de vehículos. [ 41 ] Según otro estudio de la misma universidad, los gases de escape del tráfico por sí solos causan la muerte de 5 000 personas cada año solo en el Reino Unido. [ 42 ] Un estudio de 2024 publicado en la revista Environmental Research Letters sugirió que 41 800 muertes prematuras en Estados Unidos podrían atribuirse a la contaminación del aire causada por las carreteras y el transporte impulsado por combustibles fósiles. [ 43 ] [ 44 ]

Investigadores de la Facultad de Salud Pública de la Universidad de California en Los Ángeles afirman que los resultados preliminares de su estudio estadístico de niños inscritos en el Registro de Cáncer de California nacidos entre 1998 y 2007 revelaron que la contaminación del tráfico podría estar asociada con un aumento del 5% al ​​15% en la probabilidad de padecer algunos tipos de cáncer. [ 45 ] Un estudio de la Organización Mundial de la Salud halló que los gases de escape del diésel provocan un aumento del cáncer de pulmón. [ 46 ]

La Junta de Recursos del Aire de California descubrió en estudios que el 50 % o más de la contaminación atmosférica ( smog ) en el sur de California se debe a las emisiones de los automóviles. Las concentraciones de contaminantes emitidos por los motores de combustión pueden ser particularmente altas cerca de las intersecciones con semáforos debido al ralentí y las aceleraciones. Los modelos informáticos a menudo no tienen en cuenta este tipo de detalles. [ 47 ]

Véase también

Referencias

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    • Partículas de escape diésel: razonablemente probable que sean un carcinógeno para los seres humanos.
    • Estudio científico sobre los efectos nocivos de los gases de escape del diésel: respuestas inflamatorias agudas en las vías respiratorias y la sangre periférica tras una exposición a corto plazo a los gases de escape del diésel en voluntarios humanos sanos.
    • Gases de escape diésel: lo que necesitas saber