Gases de escape
Los gases de escape o gases de combustión se emiten como resultado de la combustión de combustibles como el gas natural, la gasolina (petróleo), el combustible diesel, el fueloil, las mezclas de biodiesel o el carbón. Según el tipo de motor, se descarga a la atmósfera a través de un tubo de escape, chimenea o tobera de propulsión. A menudo se dispersa a favor del viento en un patrón llamado penacho de escape.
Es un componente importante de las emisiones de los vehículos de motor (y de los motores estacionarios de combustión interna), que también pueden incluir escape de gases del cárter y evaporación de la gasolina no utilizada.
Las emisiones de los vehículos motorizados contribuyen a la contaminación del aire y son un ingrediente principal en la creación de smog en algunas ciudades grandes. Un estudio de 2013 del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) indica que se producen 53.000 muertes prematuras al año solo en los Estados Unidos debido a las emisiones de los vehículos. Según otro estudio de la misma universidad, los humos del tráfico por sí solos provocan la muerte de 5.000 personas cada año solo en el Reino Unido.
Composición
La mayor parte de la mayoría de los gases de combustión es nitrógeno (N 2), vapor de agua (H 2 O) (excepto con combustibles de carbono puro) y dióxido de carbono (CO 2) (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 del gas de combustión son sustancias indeseables, nocivas o tóxicas, como el monóxido de carbono (CO) de la combustión incompleta, los hidrocarburos (indicados correctamente como C x H y, pero normalmente se muestran simplemente como "HC" en las boletas de prueba de emisiones) del combustible no quemado, óxidos de nitrógeno (NO x) de temperaturas de combustión excesivas y partículas (principalmente hollín).
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. Puede medirse con un indicador de temperatura de los gases de escape. EGT también es una medida de la salud del motor en motores de turbina de gas (ver más abajo).
Motores fríos
Durante los dos primeros minutos después de arrancar el motor de un automóvil que no se ha utilizado durante varias horas, la cantidad de emisiones puede ser muy alta. Esto ocurre por dos razones principales:
- Requisito de relación aire-combustible rica en motores fríos: cuando se arranca un motor frío, el combustible no se vaporiza por completo, lo que crea mayores emisiones de hidrocarburos y monóxido de carbono, que disminuyen solo cuando el motor alcanza la temperatura de funcionamiento. La duración de esta fase de puesta en marcha se ha reducido gracias a los avances en materiales y tecnología, incluida la inyección de combustible controlada por computadora, longitudes de admisión más cortas y precalentamiento del combustible y/o aire inducido.
- Convertidor catalítico ineficiente en condiciones de frío: Los convertidores catalíticos son muy ineficientes hasta que se calientan a su temperatura de funcionamiento. Este tiempo se ha reducido mucho acercando el convertidor al colector de escape y aún más colocando un convertidor pequeño pero de calentamiento rápido directamente en el colector de escape. El convertidor pequeño maneja las emisiones de arranque, lo que permite suficiente tiempo para que el convertidor principal más grande se caliente. Se pueden realizar mejoras adicionales de muchas maneras, incluido el calentamiento eléctrico, la batería térmica, el precalentamiento por reacción química, el calentamiento por llama y el superaislamiento.
Resumen de emisiones de turismos
| Componente | Tasa de emisión | Contaminación anual emitida |
|---|---|---|
| hidrocarburos | 2,80 gramos/milla (1,75 g/km) | 77,1 libras (35,0 kg) |
| Monóxido de carbono | 20,9 gramos/milla (13,06 g/km) | 575 libras (261 kg) |
| NO x | 1,39 gramos/milla (0,87 g/km) | 38,2 libras (17,3 kg) |
| Dióxido de carbono - gas de efecto invernadero | 415 gramos/milla (258 g/km) | 11.450 libras (5.190 kg) |
Comparable con las normas de emisión europeas EURO III tal y como se aplicaba en octubre de 2000
En el año 2000, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos comenzó a implementar estándares de emisiones más estrictos para los vehículos livianos. Los requisitos se introdujeron gradualmente a partir de los vehículos de 2004 y todos los automóviles y camiones ligeros nuevos debían cumplir con los estándares actualizados para fines de 2007.
| Componente | Tasa de emisión | Contaminación anual emitida |
|---|---|---|
| NMOG (Compuestos orgánicos volátiles) | 0,075 gramos/milla (0,046 g/km) | 2,1 libras (0,95 kg) |
| Monóxido de carbono | 3,4 gramos/milla (2,1 g/km) | 94 libras (43 kg) |
| NO X | 0,05 gramos/milla (0,0305 g/km) | 1,4 libras (0,64 kg) |
| Formaldehído | 0,015 gramos/milla (0,0092 g/km) | 0,41 libras (0,19 kg) |
Tipos
Motores de combustión interna
Motores diesel y de encendido por chispa
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. La composición varía de los motores de gasolina a los diésel, pero ronda estos niveles:
| Gases de escape del motor de combustión | % del total | |
|---|---|---|
| Compuesto | Gasolina | Diesel |
| nitrógeno | 71 | 67 |
| dióxido de carbono | 14 | 12 |
| vapor de agua | 13 | 11 |
| oxígeno | 10 | |
| Oligoelementos | <0,6 | ~ 0.3 |
| oxido de nitrógeno | <0,25 | <0,15 |
| monóxido de carbono | 1 - 2 | < 0.045 |
| materia particular | < 0.045 | |
| hidrocarburos | <0,25 | <0,03 |
| dióxido de azufre | posibles rastros | <0,03 |
El 10% de oxígeno para "diesel" es probable si el motor estaba al ralentí, por ejemplo, en un banco de pruebas. Es mucho menor si el motor funciona bajo carga, aunque los motores diésel siempre funcionan con un exceso de aire sobre el combustible. El contenido de CO para los motores de gasolina varía desde ~ 15 ppm para un motor bien afinado con inyección de combustible y un convertidor catalítico hasta 100 000 ppm (10 %) para un motor de carburador bien afinado, como el que se encuentra típicamente en pequeños generadores y equipos de jardinería.
Aditivo de nitrometano
Los gases de escape de un motor de combustión interna cuyo combustible incluye [nitrometano] contendrán vapor [de ácido nítrico], que es corrosivo y, cuando se inhala, provoca una reacción muscular que imposibilita la respiración. Las personas que puedan estar expuestas deben usar una [máscara antigás].
Motores diesel
Motores de turbina de gas
- En los motores de turbina de gas de los aviones, la "temperatura del gas de escape" (EGT) es una medida principal de la salud del motor. Por lo general, la EGT se compara con una indicación de potencia del motor principal llamada "relación de presión del motor" (EPR). Por ejemplo: a plena potencia EPR habrá un límite de EGT máximo permitido. Una vez que un motor llega a una etapa de su vida en la que alcanza este límite de EGT, el motor requerirá un mantenimiento específico para corregir el problema. La cantidad que la EGT está por debajo del límite de la EGT se llama margen de la EGT. El margen EGT de un motor será mayor cuando el motor sea nuevo o haya sido reacondicionado. Para la mayoría de las aerolíneas, esta información también es monitoreada remotamente por el departamento de mantenimiento de la aerolínea por medio de ACARS.
Motores a reacción y motores de cohetes
En motores a reacción y motores de cohetes, escape de toberas propulsoras que en algunas aplicaciones muestra diamantes de choque.
Otros tipos
De la quema de carbón
- Gas de combustion
- Emisiones de gases de combustión de la combustión de combustibles fósiles
Máquinas de vapor
En la terminología de la máquina de vapor, el escape es vapor que ahora tiene una presión tan baja que ya no puede realizar un trabajo útil.
Principales emisiones de los vehículos de motor
NO x
Los óxidos de mononitrógeno NO y NO 2 (NOx) (ya sea que se produzcan de esta manera o de forma natural por un rayo) reaccionan con el amoníaco, la humedad y otros compuestos para formar vapor de ácido nítrico y partículas relacionadas. Pequeñas partículas pueden penetrar profundamente en el tejido pulmonar sensible y dañarlo, provocando la muerte prematura en casos extremos. La inhalación de especies de NO aumenta el riesgo de cáncer de pulmón y cáncer colorrectal. y la inhalación de tales partículas puede causar o empeorar enfermedades respiratorias tales como enfisema y bronquitis y enfermedades del corazón.
En un estudio de la EPA de EE. UU. de 2005, las mayores emisiones de NO x procedían de los vehículos motorizados de carretera, siendo el segundo mayor contribuyente el equipo fuera de carretera, que en su mayoría son estaciones de gasolina y diésel.
El ácido nítrico resultante puede lavarse en el suelo, donde se convierte en nitrato, que es útil para el cultivo de plantas.
Compuestos orgánicos volátiles
Cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV) reaccionan en presencia de la luz solar, se forma ozono troposférico, un ingrediente principal del smog. Un informe de la EPA de EE. UU. de 2005 indica que los vehículos de carretera son la segunda fuente más importante de VOC en los EE. UU. con un 26 % y un 19 % de equipos que no son de carretera, en su mayoría estaciones de gasolina y diésel. El 27% de las emisiones de COV provienen de solventes que se utilizan en la fabricación de pinturas y diluyentes de pintura y otros usos.
Ozono
El ozono es beneficioso en la atmósfera superior, pero a nivel del suelo irrita el sistema respiratorio, causando tos, asfixia y reducción de la capacidad pulmonar. También tiene muchos efectos negativos en todo el ecosistema.
Monóxido de carbono (CO)
El envenenamiento por monóxido de carbono es el tipo más común de envenenamiento mortal del aire en muchos países. 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. En concentraciones superiores a 1000 ppm, se considera inmediatamente peligroso y es el peligro para la salud más inmediato al hacer funcionar los 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.
Contaminantes peligrosos del aire (tóxicos)
La exposición crónica (a largo plazo) al benceno (C 6 H 6) daña la médula ósea. También puede causar sangrado excesivo y deprimir el sistema inmunológico, lo que aumenta la posibilidad de infección. El benceno causa leucemia y está asociado con otros cánceres y precánceres de la sangre.
Material particulado (PM 10 y PM 2.5)
Los efectos sobre la salud de la inhalación de partículas en el aire se han estudiado ampliamente en humanos y animales e incluyen asma, cáncer de pulmón, problemas cardiovasculares y muerte prematura. Debido al tamaño de las partículas, estas pueden penetrar hasta la parte más profunda de los pulmones. Un estudio del Reino Unido de 2011 estima 90 muertes por año debido a PM de vehículos de pasajeros. En una publicación de 2006, la Administración Federal de Carreteras de EE. UU. (FHWA, por sus siglas en inglés) afirma que en 2002 aproximadamente el 1 por ciento de todas las emisiones de PM 10 y el 2 por ciento de todas las emisiones de PM 2,5 procedían de los gases de escape de los vehículos motorizados en carretera (principalmente de motores diésel). motores).
Dióxido de carbono (CO2)
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. Las emisiones de CO 2 de los vehículos a motor forman parte de la contribución antropogénica al aumento de las concentraciones de CO 2 en la atmósfera que, según la gran mayoría de la comunidad científica, está provocando el cambio climático. Se calcula que los vehículos de motor generan alrededor del 20 % de las emisiones de CO 2 provocadas por el hombre de la Unión Europea, y los automóviles de pasajeros contribuyen con alrededor del 12 %. Las normas europeas sobre emisiones limitan las emisiones de CO 2 de los turismos y vehículos ligeros nuevos. La cifra media de emisiones de CO 2 de los coches nuevos de la Unión Europea se redujo un 5,4 % en el año hasta el primer trimestre de 2010, hasta los 145,6 g/km.
Vapor de agua
El escape del vehículo contiene mucho vapor de agua.
Recuperación de agua
Se han realizado investigaciones sobre las formas en que las tropas en los desiertos pueden recuperar agua potable de los gases de escape de sus vehículos.
Reducción de la contaminación
Los estándares de emisión se centran en la reducción de los contaminantes contenidos en los gases de escape de los vehículos, así como en las chimeneas de gases de combustión industriales y otras fuentes de escape de contaminación del aire en varias instalaciones industriales a gran escala, como refinerías de petróleo, plantas de procesamiento de gas natural, plantas petroquímicas y plantas de producción química.. Sin embargo, estos a menudo se denominan gases de combustión. Los convertidores catalíticos en los automóviles pretenden descomponer la contaminación de los gases de escape utilizando un catalizador. Los depuradores de los barcos pretenden eliminar el dióxido de azufre (SO 2) de los gases de escape marinos. Las regulaciones sobre las emisiones marinas de dióxido de azufre son cada vez más estrictas, sin embargo, solo una pequeña cantidad de áreas especiales en todo el mundo han sido designadas para el uso exclusivo de combustible diésel con bajo contenido de azufre.
Una de las ventajas atribuidas a los motores de vapor de tecnología avanzada es que producen cantidades menores de contaminantes tóxicos (por ejemplo, óxidos de nitrógeno) que los motores de gasolina y diésel de la misma potencia. Producen mayores cantidades de dióxido de carbono pero menos monóxido de carbono debido a una combustión más eficiente.
Estudios de salud
Investigadores de la Facultad de Salud Pública de Los Ángeles de la Universidad de California dicen que los resultados preliminares de su estudio estadístico de niños incluidos en el Registro de Cáncer de California nacidos entre 1998 y 2007 encontraron que la contaminación del tráfico puede estar asociada con un aumento del 5% al 15% en el probabilidad de algunos tipos de cáncer. Un estudio de la Organización Mundial de la Salud encontró que los vapores de diesel causan un aumento en el cáncer de pulmón.
Efectos localizados
La Junta de Recursos del Aire de California encontró en estudios que el 50% o más de la contaminación del aire (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 alrededor de las intersecciones señalizadas debido al ralentí y las aceleraciones. Los modelos de computadora a menudo pierden este tipo de detalle.
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