Control de emisiones vehiculares

El termino control de emisiones en automóviles se refiere a las tecnologías que se utilizan para reducir las causas de la contaminación del aire producida por los automóviles. Los sistemas de control de las emisiones fueron requeridos en todos los modelos producidos para la venta en el estado de California (Estados Unidos) a partir de 1966, continuando con esta implementación en los demás estados, para los modelos fabricados de 1968 en adelante. Su uso se intensificó en las siguientes décadas y ahora son estandares de uso común en las naciones industrializadas y muchas otras.

Los controles sobre las emisiones han reducido exitosamente las emisiones producidas por los automóviles en términos de cantidad por distancia recorrida. Sin embargo, aumentos sustanciales en las distancias recorridas por cada vehículo, así como el aumento del número de vehículos en circulación, ha generado que la disminución total de las emisiones sea cada vez menor.

Las emisiones producidas por un vehículo se distribuyen entre tres categorías distintas:

1. Emisiones de la tubería de escape: los desechos de la quema de combustibles fósiles en el motor del vehículo son emitidos a través del sistema de escape. Entre los mayores elementos contaminantes están:
   1. Hidrocarburos: son partículas que no reaccionaron en la combustión o lo hicieron parcialmente, y es el mayor contribuyente a lo que se conoce como el smog de las ciudades, así como es reconocido que es altamente toxico para la salud humana. Pueden cause daños y problemas en el hígado así como cáncer si se está continuamente expuesto a este.
   2. Óxido de nitrógeno (NOx): Estos son generados cuando el nitrógeno reacciona con el oxígeno del aire bajo la alta temperatura y las condiciones de presión que se presentan dentro del motor. Las emisiones de estos óxidos de nitrógeno contribuyen también para la creación del smog así como para la formación de la lluvia ácida.
   3. Monóxido de carbono(CO): un producto de la combustión incompleta debido a la ineficiencia de estas tecnologías. Algunos de los efectos nocivos son que disminuye la capacidad natural de la sangre para cargar oxígeno en las células llevando consigo peligrosos riesgos así como enfermedad cardiaca.
   4. Dióxido de carbono(CO₂): las emisiones del dióxido de carbono son un tema de mayor preocupación dentro de todo el tema del calentamiento global puesto que es un gas que produce efecto invernadero, cada vez más común.
2. Emisiones evaporadas. Estos son producidas por la evaporación del combustible, y son también otro gran factor para la creación del smog urbano puesto que sus moléculas son de un peso molecular alto y tienen a estar más cerca del nivel del suelo. La gasolina tiene a evaporarse en algunas de estas formas.
   1. Ventilación del tanque de gasolina: el proceso de calentamiento del vehículo y aumento de temperatura desde las bajas temperaturas de la noche hacia las más altas durante el día hacen que la gasolina en el tanque se evapore, aumentando la presión dentro del tanque para igualar la presión atmosférica. Esta presión debe ser liberada y antes de los controles de emisión de gases, estos gases eran simplemente liberados a la atmósfera.
   2. Pérdidas y fugas: El escape de los vapores de la gasolina desde el motor caliente.
   3. Pérdidas de recargas: Este causa especialmente una gran cantidad de emisiones de vapores de hidrocarbono. El espacio desocupado dentro del tanque del vehículo es ocupado por los gases de hidrocarbono, por lo tanto, a medida que el tanque se va llenando de gasolina, estos gases son desplazados y forzados a salir a la atmósfera. En adición a esto, hay pérdidas por evaporaciones posteriores y riegos de gasolina.
3. Emisiones del ciclo de vida: Estos son producidos por todas las actividades asociadas con la manufactura, el mantenimiento y el desecho de un vehículo e incluye objetos como:
   1. Los recursos energéticos requeridos usados para la manufactura del vehículo.
   2. Solventes volátiles utilizados en el proceso de la manufactura. (acabados de la pintura del automóvil, etc)
   3. Descomposición de materiales sintéticos utilizados para reducir el peso y simplificar la manufactura.
   4. Requerimientos de mantenimiento tales como cambio de aceite o filtros, remplazo de batería, etc.
   5. Requerimientos de desecho que incluyen lubricantes contaminantes, llantas, metales pesados (plomo, cromo) y basureros.

Control de las emisiones del sistema de escape

El control de las emisiones del sistema de escape pueden caber en tres partes:

1. Incremento de la eficiencia del motor
2. Incremento en la eficiencia del vehículo
3. Limpieza de las emisiones

Incremento en la eficiencia del motor

La eficiencia del motor ha mejorado a medida que han aumentado los progresos en las siguientes tecnologías

• Ignición electrónica
• Sistemas de inyección de gasolina
• Unidad electrónica de control

Incremento en la eficiencia del vehículo

Contribuciones al objetivo común de la reducción de consumo y uso de gasolina y emisiones del mismo tipo han venido de

• Menor peso en los diseños vehiculares
• Menor resistencia al aire
• Reducción en la fricción de los rodamientos
• Mejora de la transmisión
• Incremento del spark to spark plug (este tema cabe dentro del sistema de ignición)
• Frenos regenerativos

Cada uno de estos objetos se divide en un número de factores

Incremento en la eficiencia de manejo

Disminuciones significativas de las emisiones han venido de

• Técnicas de conducción (reducción entre 10%-30%)
• Condiciones de trafico sin obstrucciones
• Viajando a una velocidad continua que contribuye a la eficiencia del vehículo
• Reducción del número de inicios en condiciones frías

Limpieza de las emisiones producidas

Avances en las tecnologías del vehículo y el motor continuamente reducen la cantidad de poluciones generadas pero esto es considerado como insuficiente para cumplir en lo más mínimo con las emisiones establecidas. Por lo tanto las tecnologías de limpieza todavía tienen gran importancia y has sido esenciales por bastante tiempo como parte del control de emisiones.

Inyección de aire

Un sistema temprano en el control de las emisiones, el reactor de inyección de aire, reduce los productos incompletos de la combustión (hidrocarburos y monóxido de carbono) por medio de la inyección de aire fresco dentro de los exhaust manifold del motor. Con esto se pretende que la combustión ocurra también en la tubería de escape. Generalmente el aire es llevado a través un "smog pump" manejado por el motor y aire dirigido hacia los manifolds. Esta tecnología fue introducida en 1966 en el estado norteamericano de California y se practico por varias de las siguientes décadas.

Generalmente su uso ha sido retirado del mercado siendo reemplazado por motores de combustión más limpias y mejores convertidores catalíticos.

Reciclaje y recirculación de los gases de escape

Muchos motores producidos después de los modelos usados en 1973 tienen una válvula de recirculación de los gases en medio del escape y los multiple de admisión; su propósito es la reducción de las emisiones del Óxido de Nitrógeno introduciendo los gases del escape dentro de la mezcla de gasolina y gas, disminuyendo los picos de temperatura de combustión.

Alrededor de 1990, la división de plantas de energía de Jeep (2.5 y 4.0) elimino el EGR (Exhaust Gas Recirculation).

Algunos otros motores también han abandonado el uso de sistemas de recirculación de gases de escape, como por ejemplo el motor Ecotec desarrollado por General Motors, el cual alcanza los estándares de emisión de gases sin la necesidad del uso de EGR. En algunos casos, los tiempos de la válvula han sido configurados para retener algunos gases de escape en la cámara de combustión luego del descubrimiento que el exosto puede hacer una función similar que el EGR.

Convertidores Catalíticos

Los convertidores catalíticos son dispositivos que se colocan en la tubería de escape con lo que se pretende convertir varias emisiones tóxicas en menos perjudiciales. Entre los elementos usados como catalizadores se incluyen platino, paladio y rodio. Los convertidores catalizadores han sido mejorados constantemente con los años. Estos hacen una mejora significativa, además de práctica, en el método de la reducción de las emisiones de los gases de escape.

Su otro efecto significativo en la polución es que son incompatibles con el uso de tetra-etil de plomo te como un octano que le da más energía a la combustión de la gasolina, haciendo así que estos sean más comunes en los carros. Las emisiones de plomo son altamente dañinas para la salud humana y su eliminación virtual ha sido uno de los éxitos más grandes en la reducción en el control de las emisiones de polución en el aire.

Control de las emisiones de vapores tóxicos

Esfuerzos en la reducción de emisiones de vapores nocivos incluyen la captura de vapores ventilados dentro del vehículo y la reducción de estos al momento de recargar combustible.

Captura de los vapores expulsados

Dentro del vehículo, los vapores que se encuentran en el tanque son canalizados hacia recipientes que contienen carbón activo en vez de ser liberados a la atmósfera. Estos conocidos como compartimentos de carbón activo. Los vapores son absorbidos dentro del recipiente, el cual alimenta el inlet manifold del motor. Cuando el vehículo se encuentra en movimiento los vapores se desprenden del carbón, son dirigidos hacia la máquina y se vuelven parte de la combustión.

Las emisiones de vapores nocivos en los vehículos están limitadas por leyes y son parte de las pruebas de las revisiones que estos requieren. El límite actual en los estados unidos es de 2 gramos de HC por hora el cual puede alcanzar la evaporación de un litro (1/4 de galón) en un mes.

Reducción de las pérdidas en el momento del reabastecimiento de combustible

Todos los vehículos modernos poseen cuellos de filtración que en vez de solo ser un tubo dentro del tanque, como lo eran en vehículos de generaciones anteriores, ahora tienen un diámetro menos y una abertura de carga lo suficientemente grande para dejar para la punta del filler nozzle. Esto previene la filtración de vapores cuando la tapa del filtro es removida así como también evita que los catalizadores sean recargados como gasolina con plomo Esto es acompañado por modificaciones en las bombas de las estaciones de gasolina. Ahora están equipadas para absorber los vapores dentro de la bomba a medida que son remplazados por la gasolina. Algunos tienen aberturas de absorción en la cabeza del tubo mientras que otros tienen un caucho que hace presión sobre la boca del tanque del vehículo para evitar que los gases se escapen.

Los vehículos vendidos en Norteamérica empezaron a ser equipados con un "sistema integrado de recuperación de gases durante la recarga" (onboard refuiling vvapor recovery ORVR) alrededor de 1997. Estos sistemas son diseñados para capturar los vapores que son desplazados por la gasolina entrante y evaporados por las altas temperaturas medioambientales presentadas dentro del recipiente de vapor del vehículo en vez de ser liberadas a la atmósfera. Este sistema hace que los sistemas de recuperación de los vapores en las estaciones de gasolina sean innecesarios.

Pruebas de emisión de gases

En 1966, el primer ciclo de revisión sobre emisiones fue legislado en el estado de California en Estados Unidos, dando como parámetros para la medida las emisiones del tubo de escape de gases en PPM (partes por millón). La prueba más común usada hasta la década de 1980 fue la prueba de movimiento ausente (usualmente en dos velocidades) para luego ser reemplazada por el dinamómetro. (La última variante conocida es la del modo de simulación acelerada, ASM Accelerated Simulated Mode)

Las pruebas de ASM son para tres gases y no solo para dos como eran anteriormente; si una emisión de gases es más alta que las demás, el vehículo no aprueba. Usualmente vehículos de 10.000 GVW impulsados por gasolina están sujetos a las pruebas de ASM con la excepción de los vehículos de tracción múltiple (4WD). El GRUPO DE TRABAJO MEDIAMBIENTAL usa en California información recogida de las pruebas de ASM para crear un Auto Asthma Index que cataloga los modelos de vehículos basados en emisiones de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno, los químicos que crean el smog.

Algunas ciudades también están usando una tecnología desarrollada por Donald H. Stedman, Ph.D (Profesor de Química en la Universidad de Denver) el cual usa tecnología láser para detectar emisiones mientras los vehículos transitan por las vías publicas, eliminando así la necesidad de los propietarios de ir a los centros de prueba. El sistema de detección por láser desarrollado por Stedman de los gases de escape es el progenitor de dispositivos sensoriales remotos - comúnmente usados en áreas metropolitanas.

En el principio de la década de 1990 acorde el párrafo del Acta de Cielos Limpios de 1990, criterios mucho más estrictos se pusieron en practica; la EPA introdujo la prueba IM240. Alrededor de 35 de los 50 estados han implementado este criterio en la inspección y el mantenimiento vehicular modelado siguiendo el ejemplo de los Recursos de Aire de California.

Las leyes sobre las pruebas de emisión de gases contaminantes fueron reformadas en 1998 cuando SB - 42 fue aprobada - un nuevo criterio implementado fue la excepción de rodamiento de chasis en el cual dicta que los vehículos fabricados entre 1973 y 1998 están sujetos a la prueba de emisión. Esta ley fue revocada el año pasado por el gobernador de California Arnold Schwarznegger poniendo la fecha desde 1976 hasta los últimos vehículos fabricados sujetos a pruebas.

En Irlanda las pruebas de emisión están a cargo de la NCT. Una prueba bi-anual para vehículos probados y la anual DOE (Dep. of Environment o Departamento Ambiental) para vehículos comerciales.

• ' en inglés
• ' (2006) Auto Asthma Index
• Schwartz, Joel (2003) No Way Back: Why Air Pollution Will Continue to Decline AEI Press, Washington, D.C.
• en español
• http://autoconsultorio.com/tecnologia-coches/valvula-egr-como-funciona/

Véase también

• [http://www.cedive.com.pe/ - CEDIVE SAC - Centro de Inspección Técnica Vehicular en Perú.
• Instituto de Transporte & Vialidad UNSA Arequipa Centro de Inspección Técnica Vehicular en Perú.