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Nadie puede negar que la sociedad en la que vivimos hoy día tenga una gran conciencia medioambiental, lo que ha impulsado una legislación más garantista con nuestro planeta y entorno. Sin embargo, la falta de información y/o de excesos de las llamadas fakenews ha incurrido en el tópico de la demonización del diésel, sin olvidar el flaco favor que le hizo el famoso dieselgate de VW.
Este contexto ha propiciado pues una creciente demanda de los coches con motores gasolina, en la que la mayoría de sus compradores (ojo, no todos), los adquieren movidos por ese pensamiento verde, de una menor contaminación, sin parar a pensar en sus necesidades. Y es ahora cuando te digo, querido lector, que un propulsor diésel moderno puede llegar a ser menos contaminante que un gasolina.
Proceso de combustión
La combustión es el proceso químico por el cual el combustible (diésel o gasolina) se oxida (reacciona con el oxígeno) gracias al salto de la chispa de la bujía o de la inyección de diésel a alta presión, dando como resultado la energía mecánica que mueve el motor así como ciertos productos que son expulsados al exterior en lo que conforma los gases de escape.
En el caso de una combustión ideal o estequiométrica, es decir, cuando las cantidades de aire y de combustible (hidrocarburo) son tales que reaccionan en su totalidad, sin darse exceso o defecto de uno u otro, los productos de esa combustión son vapor de agua (H2O), nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2).
Ahora bien, de esos tres gases el nitrógeno es el único que no causa problema alguno. Es un gas que no interviene en el proceso de combustión, y que su presencia se debe únicamente a que es componente principal del aire que respiramos, y que por tanto, es absorbido por el motor. En cuanto al vapor de agua, puede verse en forma de humo blanco o incluso como un pequeño chorrito de agua en el tubo de escape los días más fríos, siendo además un gas de efecto invernadero (en contra de la creencia popular). Sin embargo, su presencia es bastante menos dañina y preocupante que la del dióxido de carbono, puesto que la cantidad total de vapor de agua en nuestro planeta siempre ha permanecido más o menos constante, además de que un exceso del mismo puede verse rápidamente eliminado por unas copiosas lluvias o nevadas.
Así, como ya se ha adelantado, de los tres gases productos de la combustión estequiométrica es el dióxido de carbono es el dañino para el medioambiente, puesto que es uno de los llamados gases de efecto invernadero. A diferencia del vapor de agua, el CO2 es bastante más complicado de eliminar de la atmósfera, y su presencia ha ido aumentando (cada vez más rápido) desde la Revolución Industrial. En cuanto al objetivo principal de este artículo concierne, decir que en los gases de escape de un motor gasolina el CO2 representa sobre un 14 %, mientras que en un motor diésel ese porcentaje desciende al 12 %. Esta variación se debe a la composición química del propio combustible, ya que el diésel (C12H26) tiene una presencia mayor de átomos de carbono que la gasolina (C7H16). Así pues, si a la mayor emisión de CO2 de un gasolina le unimos que su consumo por kilómetro recorrido también es mayor, tenemos que el motor gasolina es más contaminante en cuanto a emisiones de CO2 se refiere.
Sin embargo, la combustión estequiométrica o ideal no existe, tan solo se aproxima en motores gasolina con unos años (de inyección indirecta o carburador). Podemos distinguir entre una combustión rica (exceso de combustible) o una combustión pobre (exceso de oxígeno), siendo esta última la que habitualmente se da. Como consecuencia de ese exceso de O2 se originan unos nuevos productos: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas de hollín o carbonilla (PM), hidrocarburos (HC), dióxido de azufre (SO2), etc. Estos desechos son en su mayoría tóxicos y nocivos, siendo alguno de ellos incluso cancerígenos, como las partículas sólidas o los NOx.
Dicho lo cual, posiblemente te estarás preguntando en qué motores o cuando se da esa combustión pobre. Pues bien, esa combustión es típica de los motores diésel, pero antes de que te lleves las manos a la cabeza, te diré que en los nuevos y ultratecnológicos motores gasolina también se da ese tipo de combustión, ya que utilizan una mezcla estratificada. A grandes rasgos, y sin entrar en detalles, los motores de Inyección Estratificada de Combustible (FSI) son motores de inyección directa que introducen la gasolina directamente en la cámara de combustión (es decir, no entra una mezcla aire-gasolina por la válvula de admisión del cilindro, por ella tan solo entra aire). De esta forma, cuando el motor trabaja a carga parcial se consigue une mezcla rica o incluso estequiométrica en la zona de la cámara de combustión y una mezcla pobre en el espacio restante. Como esa mezcla en la zona donde salta la chispa de la bujía tiene suficiente combustible no hay problema para que tenga lugar la explosión y posteriormente se extienda al volumen restante. Esta técnica consigue un ahorro considerable en el consumo del propulsor, además de un aumento del par y potencia.
Entonces, si los NOx y partículas sólidas son muchas más perjudiciales que el CO2, ¿por qué en los propulsores de gasolina se ha introducido esa mezcla estratificada que da lugar a una combustión pobre? ¿No sería más lógico seguir apostando por una combustión más o menos estequiométrica? Al fin y al cabo es un tema legislativo a nivel europeo. Hasta el año 2008 no había un límite obligatorio de emisiones de CO2, tan solo una voluntad de alcanzar la cifra de 120 g de CO2/km para nuevos vehículos en el año 2012. El problema vino cuando, desde el año 1995 hasta el 2005 hasta solo se logró pasar de 186 g/km a 160 g/km. Entonces la UE decidió legislar sobre el tema, de forma que para el presente año 2020 la media de emisiones de CO2 por vehículo nuevo fuera de solo 95 g/km, estableciendo cuantiosas penalizaciones para los fabricantes que incumplan estas medidas. Así pues, como la única forma de reducir las emisiones de dióxido de carbono es reduciendo el consumo de combustible, además de avances en otros campos como la aerodinámica, reducción de peso, sistemas de parada automática… también se ha apostado por la combustión estratificada en el caso de motores de gasolina.
No obstante, actualmente y como consecuencia de las distintas normativas anticontaminación se han ido incorporando diversos elementos para paliar la problemática de este tipo de combustión no estequiométrica, los cuales explicamos más adelante.
Dióxido de carbono (CO2)
El dióxido de carbono (CO2), como bien hemos dicho, es un gas fruto de la combustión propia tanto del diésel como de la gasolina, el cual es imposible de evitar. La única medida que se puede aplicar es una reducción del consumo de combustible, para así poder disminuir las emisiones de CO2.
El problema que plantea este gas es que es uno de los llamados de efecto invernadero, el cual es responsable del calentamiento global que estamos viviendo. A diferencia del vapor de agua, este gas no es fácil de eliminar ni transformar en la atmósfera, además de que desde la Revolución Industrial del siglo XIII solo ha hecho que aumentar. De hecho, la concentración actual de CO2 en la atmósfera es de 410 ppm, alrededor de un 45 % superior a la existente antes de la era industrial (unas 280 ppm).
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Sin embargo, son los óxidos de nitrógeno uno de los productos más tóxicos y nocivos en la combustión de nuestros motores. Estos compuestos están formados por el exceso de oxígeno de una combustión pobre que se combina el nitrógeno del aire debido a las altas presiones y temperaturas que se alcanzan en dicho proceso. Estos compuestos son típicos de los motores diésel, en cuyo ciclo de trabajo se alcanzan mayores presiones que en el ciclo Otto (de gasolina), o en los nuevos propulsores que utilizan tecnología FSI.
Los NOx presentan varios efectos negativos, desde ser una sustancia con muy alta probabilidad de provocar cáncer (con muy altas exposiciones a ellas), causar la destrucción de la capa de ozono (el NO y NO2 se oxida con el ozono – O3 – presente en la capa de ozono formando NO3 y disminuyendo la concentración de O3) hasta provocar el llamado smog fotoquímico (conocido como niebla tipo Los Ángeles) presente en grandes urbes.
Con el objetivo de reducir estos contaminantes, la UE ha ido reduciendo cada vez más el límite, pasando de 0,25 g/km de la Euro IV a los 0,08 g/km de la Euro VI para motores diésel, y de 0,08 g/km a los 0,06 g/km para motores gasolina. Para cumplir estos objetivos los fabricantes han incorporado dispositivos como los catalizadores de tres vías o los catalizadores-acumuladores de NOx.
Dispositivos para reducir la contaminación
Una vez expuestos los diferentes y principales agentes contaminantes, así como de dar una pincelada de cómo es el proceso de combustión, cabe remarcar los más importantes dispositivos y elementos que se han incorporado con el objetivo de disminuir la contaminación emitida y cumplir con la normativa.
• Recirculación de gases EGR: la válvula EGR es un dispositivo que, en función de una serie de parámetros y según la ECU, reenvía parte de los gases de escape al colector de admisión cuando el motor trabaja a temperatura de funcionamiento y a carga parcial. Con ello se consigue reducir las emisiones de NOx en torno a un 50 % ya que la cantidad de oxígeno que entra para la combustión es menor, reduciendo también la temperatura de la misma. Además, para motores gasolina se disminuya las emisiones de CO2, y en los diésel las emisiones de partículas sólidas como el hollín se reduce sobre un 10 %.
• Catalizador: es un dispositivo que tiene por objetivo reducir la emisión de agentes perjudiciales de los gases de escape mediante reacciones catalíticas (de oxidación – reducción) para las cuales es indispensable una alta temperatura, y por ello que se localizan justo después del colector de escape, donde la temperatura está alrededor de los 500 – 700 °C. El catalizador está formado por una carcasa de acero inoxidable que aloja un monolito cerámico, con unas 70 celdas por centímetro cuadrado, que incluye sustancias como el platino o el paladio. Los catalizadores más sofisticados y complejos, los cuales son a su vez los más usados, son los de tres vías, recibiendo este nombre porque actúan sobre tres agentes: el monóxido de carbono, los hidrocarburos y los NOx.
• Catalizador-acumulador de NOx: en los nuevos motores gasolina que funcionan con mezcla estratificada el uso del catalizador de tres vías era insuficiente para cumplir con la legislación anticontaminación. Es por ello que han surgido los catalizadores-acumuladores de NOx, que como su propio nombre indica, acumulan NOx hasta que entran en modo regeneración, que es cuando los elimina. Este dispositivo es complementario al catalizador de tres vías, en ningún momento pretende sustituirlo, y va colocado después de él.
• Filtro antipartículas: es un dispositivo cuyo objetivo es retener las partículas de hollín producidas en la combustión del diésel (cuando la carga del motor es alta y se da una mezcla rica) y eliminarlas posteriormente mediante la oxidación (quemarlas) de las mismas. El funcionamiento del filtro antipartículas es muy simple, en un modo normal va atrapando todo el hollín. Posteriormente puede entrar modo de regeneración pasiva, cuando el vehículo circula por autopista y los gases de escape entran a una temperatura de 400 – 500 °C, o de regeneración activa, cuando circula por ciudad y la ECU eleva la temperatura de los gases unos 10 minutos al ser esta insuficiente. Así, gracias a ese calor se logra oxidar (o quemar) esas partículas de hollín.
• AdBlue: este aditivo presente en los diésel de última factura y formado principalmente a base de urea se inyecta a los gases de escape antes de su llegada al catalizador. Así, gracias al amoniaco presente en la urea, y a las altas temperaturas en el catalizar, los NOx reaccionan dando lugar a CO2, N2 y vapor de agua.
Conclusiones
Llegados al final del artículo, habiendo descrito tanto los procesos de combustión, así como los principales agentes contaminantes y dispositivos para paliar su efecto, podemos decir que un motor diésel no es más contaminante que uno de gasolina.
Como ejemplo partamos de la nueva Serie 1 de BMW, para el 125i aut. de 218cv (gasolina) tenemos un consumo medio de 6,3 l/100 km, con unas emisiones de 157 g de CO2/km, 0,0278 g de NOx/km y 0,00033 g/km de partículas sólidas. Estos valores para la versión diésel equivalente, el 125d aut. de 218 cv, son de 4,7 l/100 km, 127 g de CO2/km, 0,1354 g de NOx/km y de 0,00011 g/km de partículas sólidas. Para este caso, los números del diésel son mejores que los del gasolina salvo para los NOx, donde muestran que es mucho más contamínate. ¿Podemos decir que los diésel contaminan más? Pues categóricamente no. ¿Qué los gasolina son más limpios? No tanto como se piensa.
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