2do Informe Motores De Combustion Internna.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA, INFORMATICA Y MECANICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

TEMA:

ASIGNATURA:

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

DOCENTE:

ING. HUAMAN VALENCIA ALFONSO.

INTEGRANTES:

MERCADO HUANCACHOQUE ALEM

131524

HACHA PUCHO EFRAIN

121351

CUSCO-PERU-2018 P á g i n a 1 | 20

PRESENTACION

Distinguido ING. HUAMAN VALENCIA ALFONSO docente principal de la escuela profesional de ingeniería mecánica de la universidad nacional de san Antonio abad del cusco, me dirijo a usted con el más grato saludo dándole a conocer el siguiente trabajo sobre “EMISIONES CONTAMINANTES – NORMAS EURO Y LAS CAUSAS QUE ORIGINAN LOS CONTAMINANTES EN LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA” cuyo trabajo académica se desarrolló previa investigación con el único objetivo de complementar nuestro estudio teórico, puesto que es necesario para enfrentar con éxito las múltiples dificultades que la sociedad moderna me plantea.

Respaldo también el magnífico trabajo que realiza usted como docente, quien hace posible el afianzamiento de conocimientos del cual estoy seguro que será de mucha utilidad para mi desempeño profesional.

ATENTAMENTE:

LOS ESTUDIANTES

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Contenido EMISIONES CONTAMINANTES – NORMAS EURO Y LAS CAUSAS QUE ORIGINAN LOS CONTAMINANTES EN LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ............................................. 4 1.INTRODUCCIÓN ...........................................................................Error! Bookmark not defined. 2.COMPONENTES DE LOS GASES DE ESCAPE ............................................................................... 5 3.DESCRIPCIÓN DE LAS SUSTANCIAS QUE INTEGRAN LOS GASES DE ESCAPE ........................... 5 4.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES ............................... 9 5.RECOMENDACIONES PARA REDUCIR LA CONTAMINACION DE UN VEHICULO .................... 10 6.NORMATIVA EUROPEA SOBRE EMISIONES CO2 .................................................................... 12 6.1Normativa Euro 1: implantación del catalizador .................................................................. 13 6.2Euro II, Euro III, Euro IV Mejoras mecánicas para cumplir las normativas .......................... 15 6.3Normativa Euro V: Filtro antipartículas ................................................................................ 16 6.4Normativa Euro VI: AdBlue ................................................................................................... 17

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EMISIONES CONTAMINANTES – NORMAS EURO Y LAS CAUSAS QUE ORIGINAN LOS CONTAMINANTES EN LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

1. INTRODUCCIÓN La energía mecánica, indispensable para poner en acción diferentes máquinas se puede obtener utilizando energía térmica, hidráulica, solar y eólica. La que más se utiliza es la energía térmica obtenida de los combustibles de naturaleza orgánica. Los equipos energéticos que más aceptación han tenido son los motores de combustión interna, a ellos corresponde más de un 80 % de la totalidad de la energía producida en el mundo. En la Unión Europea aunque los medios de locomoción son responsables únicamente de un 5 % de las emisiones de dióxido de azufre (SO2), son responsables del 25 % de las emisiones de dióxido de carbono (CO2), del 87 % de las de monóxido de carbono (CO) y del 66 % de las de óxidos de nitrógeno (NOx). Por todas estas razones se está intentado por todos los medios posibles la reducción de los gases de escape y sus emisiones contaminantes. P á g i n a 4 | 20

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2. COMPONENTES DE LOS GASES DE ESCAPE EN MOTORES DE COMBUSTION INTERNA El aire está compuesto básicamente por dos gases: nitrógeno (N2) y oxígeno (02). En un volumen determinado de aire se encuentra una proporción de nitrógeno (N2) del 79 % mientras que el contenido de oxígeno es aproximadamente de un 21 %.. El nitrógeno durante la combustión, en principio, no se combina con nada y tal como entra en el cilindro es expulsado al exterior sin modificación alguna, excepto en pequeñas cantidades, para formar óxidos de nitrógeno (NOx). El oxígeno es el elemento indispensable para producir la combustión de la mezcla.

Cuando se habla de la composición de los gases de escape de un vehículo se utilizan siempre los mismos términos: monóxido de carbono, óxido nítrico, partículas de hollín o hidrocarburos. Decir que estas sustancias representan una fracción muy pequeña del total de los gases de escape. Debido a ello, antes de describir las diferentes sustancias que integran los gases de escape, le mostramos a continuación la composición aproximada de los gases que despiden los motores diesel y de gasolina.

3. DESCRIPCIÓN DE LAS SUSTANCIAS QUE INTEGRAN LOS GASES DE ESCAPE El motor de combustión interna, por su forma de funcionar, no es capaz de quemar de forma total el combustible en los cilindros. Pero si esta combustión incompleta no es regulada, mayor será la cantidad de sustancias nocivas expulsadas en los gases de escape P á g i n a 5 | 20

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hacia la atmósfera. Dentro de los gases generados en la combustión, hay unos que son nocivos para la salud y otros no.

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Nitrógeno (N2) El nitrógeno es un un gas no combustible, incoloro e inodoro, se trata de un componente esencial del aire que respiramos (78 % nitrógeno, 21 % oxígeno, 1 % otros gases) y alimenta el proceso de la combustión conjuntamente con el aire de 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 O2 (óxidos nítricos NOx).



Oxígeno (O2) Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el componente más importante del aire que respiramos (21 %). Es imprescindible para el proceso de combustión, con una mezcla ideal el consumo de combustible debería ser total, pero en el caso de la combustión incompleta, el oxigeno restante es expulsado por el sistema de escape.

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Agua (H2O) Es aspirada en parte por el motor (humedad del aire) o se produce con motivo de la combustión “fría“ (fase de calentamiento del motor). Es un subproducto de la combustión y es expulsado por el sistema de escape del vehículo, se lo puede P á g i n a 6 | 20

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visualizar sobre todo en los días mas fríos, como un humo blanco que sale por el escape, o en el caso de condensarse a lo largo del tubo, se produce un goteo. Es un componente inofensivo de los gases de escape. 

Dióxido de carbono (CO2) Se produce al ser quemados los combustibles que contienen carbono (p. ej. gasolina, gasoil). El carbono se combina durante esa operación con el oxígeno aspirado. 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 (la tierra se calienta). Las discusiones generales en torno a las alteraciones climatológicas (efecto “invernadero“), el tema de las emisiones de CO2 se ha hecho consciente en la opinión pública.

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Monóxido de carbono (CO) Se produce con motivo de la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Bloquea el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración en el aire que respiramos. En una concentración normal en el aire ambiental se oxida al corto tiempo, formando dióxido de carbono CO2.

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Óxidos nítricos (NOx) Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2 (p. ej. NO, NO2, N2O, ...). 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 oxigeno del aire, es transformado en dióxido de nitrógeno (NO2), de color pardo rojizo y de olor muy penetrante, 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 generan a su vez una mayor emisión de óxidos nítricos. P á g i n a 7 | 20

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Dióxido de azufre (SO2) El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso propicia 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.

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Plomo (Pb) Ha desaparecido por completo en los gases de escape de los vehículos. En 1985 se emitían todavía a la atmósfera 3.000 t, debidas a la combustión de combustibles con plomo. El plomo en el combustible impedía la combustión detonante debida a la autoignición 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.

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HC – Hidrocarburos Son restos no quemados del combustible, que surgen en los gases de escape después de una combustión incompleta. La mala combustión puede ser debido a la falta de oxigeno durante la combustión (mezcla rica) o también por una baja velocidad de inflamación (mezcla pobre), por lo que es conveniente ajustar la riqueza de la mezcla. Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones (p. ej. C6H6, C8H18) y actúan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los órganos sensoriales, mientras que otros son cancerígenos (p. ej. el benceno).

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Las partículas de hollín MP (masa de partículas; inglés: paticulate matter) Son generadas en su mayor parte por los motores diesel, se presentan en forma de hollín o cenizas. Los efectos que ejercen sobre el organismo humano todavía no están aclarados por completo.

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4. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES  Temperatura de la combustión 

Homogeneidad de la mezcla

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Presión

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Turbulencia

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Forma de la cámara de combustión

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Tiempo de distribución de válvulas

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Anomalías de funcionamiento en sistema de arranque en frío (carburador).

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Anomalías en bomba de aceleración (carburador).

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Exceso de combustible en cuba (carburador).

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Filtro de aire sucio o dañado.

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Fallas en el colector de admisión.

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Empaque de culata dañado.

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Chispa eléctrica pobre.

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Bujías en mal estado.

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Exceso de avance en encendido.

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Mal ajuste en sistema de alimentación de combustible.

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Excesivo desgaste de los anillos y falta de compresión en los cilindros.

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Holgura excesiva de las válvulas en su guía, o sus retenes en mal estado.

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Fuga de aceite hacia los cilindros por la junta de culata.

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Depósitos de carbón en culata, en electrodos de bujías, en válvulas y cabezas de pistones.

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5. RECOMENDACIONES PARA REDUCIR LA CONTAMINACION DE UN VEHICULO 5.1Revisar el tubo de escape y el catalizador El sistema de escape de los automóviles es el lugar donde se procura atrapar el máximo posible de sustancias nocivas derivadas de la combustión antes de ser emitidas a la atmósfera, por ello es imprescindible asegurarnos de que no hay fugas. Por otra parte, una mala combustión del motor puede producir mayor cantidad de humo. Puedes distinguir los problemas del coche según el color del humo que sale del tubo de escape.

5.2Usar las marchas de manera adecuada

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Salir siempre en primera y cambiar progresivamente a segunda y tercera antes de revolucionar el motor más de la cuenta. Después es preferible circular con marchas largas y con las revoluciones bajas, manteniendo siempre una velocidad constante. De esta manera el motor irá más desahogado y producirá menor combustión. En los motores de gasolina es mejor cambiar de marcha alrededor de las 2.000 revoluciones por minuto; sin embargo, en los diésel entre las 1.500 y las 2.000. 5.3Comprobar la batería y los sistemas de encendido Tanto las bujías en vehículos de gasolina como calentadores en los diésel deben estar en buenas condiciones, ya que son los que proporcionan al motor una combustión mucho más eficaz. Precisamente los combustibles mal quemados son los principales causantes de la contaminación.

5.4Revisar las ruedas Tanto la presión de los neumáticos, como el estado de la banda de rodadura y la profundidad del dibujo de la misma (nunca inferior a 1,6 mm) influyen directamente en el consumo total de un vehículo. Por ello conviene que se revisen una vez al mes y en frío. 5.5Mantener limpio el sistema de inyección Es una de las mejores formas de evitar un mayor consumo de combustible. 5.6Limitar el uso de aire acondicionado El aire acondicionado gasta un 20% más de combustible, por lo que conviene tenerlo apagado en momentos en los que no es tan necesario. Como, por ejemplo, cuando vamos despacio y podemos bajar las ventanillas. Por el contrario, si aumentamos la velocidad y llevamos las ventanillas abiertas, además de ser un tormento para los oídos, el coche tiene P á g i n a 11 | 20

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menos aerodinámica y precisa de más combustible para circular, por lo que contamina más. 5.7Revisar el filtro de aceite. Un motor bien lubricado expulsa menos humo y además mantener el filtro de aceite limpio para que entre aire correctamente influye directamente en el consumo.

5.8Mantener el coche a punto. Realizar las revisiones periódicas necesarias para evitar que el vehículo sufra mayores deterioros con el tiempo o el uso. Es importante vigilar el nivel de aceite ya que el correcto engrase de las piezas móviles del motor es lo que hace que un motor dure más y no haya que sustituir piezas debido al efecto de la fricción. Por otra parte, es preciso mantener bien alineada la dirección y un correcto estado de los amortiguadores para desgastar menos las ruedas y los frenos. 6. NORMATIVA EUROPEA SOBRE EMISIONES CO2 Una norma europea sobre emisiones co2 es un conjunto de requisitos que regulan los límites aceptables para las emisiones de gases de combustión de los vehículos nuevos vendidos en los Estados Miembros de la UE. Las normas de emisión se definen en una serie de directivas de la UE con implantación progresiva que son cada vez más restrictivas Desde 1988 con la Euro 0 se aplica en la Unión Europea la normativa referente a los límites máximos de emisiones contaminantes que salen por el tubo de escape de los vehículos (coches de gasolina, coches diesel, camiones, autobuses, etc.). La norma evoluciona en cada segmento de manera diferente, siendo más exigente. Las etapas son normalmente denominadas Euro 1, Euro 2, Euro 3, Euro 4 y Euro 5 para vehículos ligeros. Las series correspondientes de las normas para vehículos pesados utilizan números romanos en vez de números arábigos (Euro I, Euro II, etc.)

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6.1Normativa Euro 1: implantación del catalizador En el año 1992 se impone a todos los fabricantes de vehículos europeos, someterse a la normativa Euro 1 que obligaba a reducir las emisiones tanto a vehículos diesel como gasolina. Para ello se implementó un componente (un catalizador) en el tramo intermedio del tubo de escape, cuya función era reducir y transformar los gases de combustión del coche. El mecanismo utilizado es reacciones REDOX (reducción-oxidación) donde en una primera parte, los dióxidos de nitrógeno se convierten en nitrógeno molecular (reducción), y en la segunda parte los hidrocarburos no quemados y el monóxido de carbono, se convierten en dióxido de carbono y agua (oxidación). El catalizador esta formado por cerámicas y metales preciosos que favorecen junto a las altas temperaturas que alcanza el catalizador (300ºC), las reacciones REDOX.

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Medidas sobre los combustibles Esta medida tenía muy buena pinta pero no era suficiente para la eliminación de todos los compuestos que se emitían a la atmósfera. Había que abordar más aspectos aparte de la mecánica del vehículo. Era el momento de modificar los combustibles. La gasolina como componente volátil tenía mucha facilidad de detonación en la cámara de combustión, provocando muchas vibraciones y fallos en el motor. Para controlar estas detonaciones se empleó plomo en las gasolinas, que aparte de su función antidetonante, mejoraba el índice de octano (poder calorífico de la gasolina). El plomo utilizado no se quemaba, saliendo por el tubo de escape en tamaños de partícula diminutos, y como metal pesado que es, al respirarlo quedaba retenido en los pulmones sin posibilidad de degradarlo. A principios de los 90 se elimina el plomo de las gasolinas y se sustituye por metil-tercbutil-éter (MTBE). Este compuesto cumplirá las mismas funciones que el plomo y supuestamente, no sería dañino para la salud de las personas. Años más tarde se comprobó que el MTBE era polar al agua (tenía gran afinidad), lo que implicaba que podía introducirse en los organismos a través del agua, quedándose retenido en el tejido adiposo siendo igual peligroso o más que el plomo. A principios del año 2000, se solucionó ese problema utilizando etil-terc-butil-éter (ETBE), que según estudios no produce ningún efecto adverso sobre la salud y se podía P á g i n a 14 | 20

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obtener a través de bioetanol producido en industrias azucareras. Se sigue utilizando a día de hoy este compuesto. En los combustibles diesel, se centran hasta el día de hoy en aumentar el índice de cetano (igual que el índice de octano en gasolinas) para utilizar menos combustible y en retirar las altas cantidades azufre que contiene, que tras la combustión generan óxidos de azufre que provocan la lluvia ácida. El proceso para retirar este azufre se llama desulfuración del gasóleo, donde se retira el 60% aproximadamente del azufre contenido en el diesel. 6.2Euro II, Euro III, Euro IV Mejoras mecánicas para cumplir las normativas Volviendo al concepto del vehículo, entre los años 1992 y 2005, se imponen sucesivas normativas Euro que son más restrictivas a medida que pasan los años. Se centran básicamente en modificar o mejorar el catalizador de la normativa Euro 1, aunque otros fabricantes optan por disminuir el tamaño de los motores de los vehículos para que consuman menos combustible. Para ello usan sistemas de sobrealimentación (turbos, compresores) para obtener los mismos rendimientos en menores cilindradas, conllevando a menores consumos y menores emisiones. Otra forma de mejorar la mecánica es añadir más marchas a las cajas de transmisión, con el fin de circular a menores regímenes de motor, consumiendo menos combustible. Al circular a menores revoluciones se genera menos monóxido de carbono (por la mayor calidad de la mezcla al darle tiempo a reaccionar mejor al combustible con el comburente), menos hidrocarburos sin quemar (se aprovecha mejor el combustible) y menos óxidos de nitrógeno (se alcanza menores temperaturas

en

el

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motor).

6.3Normativa Euro V: Filtro antipartículas En el año 2009 se implementa la normativa Euro V, en la que aborda sobre todo para los vehículos diesel la eliminación de la materia particulada que producen. Esta materia particulada es originaria de las impurezas del diesel y tiene diferentes tamaños, siendo los más peligrosos los de menor tamaño pues tienen mayor poder de penetración en los organismos vivos. Para eliminar estas partículas se obliga a todos los fabricantes a implementar un filtro antipartículas (FAP ó DPF), que consiste en una trampa para las partículas sólidas en suspensión, quedando retenidas en una especie de panal de cerámica con poros muy finos. Cuando este filtro se satura se regenera automáticamente mandando una orden a la centralita para que aumente la temperatura de los gases de combustión para eliminar estas partículas. Es necesario un periodo de 10-20 minutos donde el motor no ha de pararse y el consumo de diesel aumenta entorno un 20%. Existen dos tipos, los que tienen aditivo y los que no lo tienen. Los que tienen aditivo son más eficaces pero dependen de un líquido que se va consumiendo en función de los kilómetros que se realice. Tiene una duración de entorno a 120,000km y un coste de 120€ el litro (se usan 3 litros).

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6.4Normativa Euro VI: AdBlue Mientras que en los gasolina se centran en disminuir el tamaño de los motores, reducción de peso y uso de turbocompresores, la normativa Euro VI sale en el año 2014 con el objetivo de reducir de forma drástica las emisiones de los vehículos diésel. Para ello se recurre a un compuesto líquido llamado AdBlue que se va administrando en pequeñas dosis en los gases de combustión generando una reacción química a alta temperatura que produce amoniaco que descompone las moléculas de óxidos de nitrógeno en nitrógeno molecular y agua, que no son nocivos para el medio ambiente. No hay que confundir el AdBlue, con el líquido usado en los filtros antipartículas con aditivos. Esta tecnología deberán llevarla todos aquellos vehículos que no superen los límites estipulados por la normativa. Es necesario conocer que está orientado a vehículos diesel de gran cilindrada que tienen mayores consumos y emisiones, aunque hay ejemplos como berlinas de Mazda que cumplen los límites aun siendo un vehículo de gran tamaño gracias a mejoras del motor y reducciones de peso de la carrocería.

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CONCLUSIONES  Los motores con funcionamiento a gasóleo son los que están experimentando una mayor evolución en sus sistemas anticontaminación  se emplea un catalizador con sonda lambda y más recientemente se está añadiendo la recirculación de gases de escape  El Diésel es más dañino que la gasolina  un litro de Gasolina quemado, es capaz de liberar 2,37 kg de CO2, por los 2,65 kg generados por el mismo litro de Diésel.  Cada vez queda más latente la necesidad de un ciclo de homologación mucho más real y creible  En los análisis de los gases de escape podemos encontrar hasta 107 sustancias diferentes  esta norma se presta para que aparezcan nuevas formulas de lubricantes a costos muy elevados lo que hace muy difícil mantener los vehículos, P á g i n a 19 | 20

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