Tratamiento emisiones DIESEL

Tema en 'BMW Serie 5 E-34 (1987 - 1996)' iniciado por RANDALF44, 15 May 2007.

  1. RANDALF44

    RANDALF44 Forista Legendario

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    Todos oimos a menudo cosas sobre el NOX, los filtros de particulas, etc, aqui os pongo información para que entendamos mas del tema:

    En 1970 la entonces Comunidad Económica Europea decidió unificar todas las normativas de emisiones de los países miembros. Esta normativa, que se refleja en las directivas 70/156/CEE y 70/220/CEE de la Comisión Europea, ha sido objeto de un gran número de modificaciones y actualizaciones, con el objetivo de incrementar sus exigencias y de ir adaptándose al continuo progreso de la técnica y del mercado.
    Así, se fueron teniendo en cuenta la popularización del motor Diesel entre los turismos de uso particular y más recientemente de la inyección directa. Sus cada vez más restrictivas exigencias han marcado en gran medida la evolución del motor de combustión interna durante los últimos años, y han obligado a los constructores a adoptar soluciones como la inyección de combustible, los convertidores catalíticos o los sistemas de recirculación de gases (EGR), entre otros.

    La norma vigente en la actualidad es la llamada Euro 4 (o Fase 4), de obligado cumplimiento para todos los coches que se fabrican después del 1 de enero de 2006, Esta norma está causando serios problemas a los fabricantes de automóviles a la hora de adaptar los actuales propulsores Diesel a sus exigencias, obligando al desarrollo de nuevos sistemas de inyección y de limpieza de gases de escape.

    La lucha contra las emisiones contaminantes de los motores Diesel se centra principalmente en la reducción de óxidos de nitrógeno (NOx) y de partículas sólidas.
    Los primeros son generados durante la combustión tanto en los motores de gasolina como en los Diesel. Para su formación es necesaria, entre otras cosas, una cierta concentración de oxígeno libre tras la combustión. Por eso representa un problema especialmente grave en motores que funcionan con exceso de este gas, como el Diesel o el gasolina de mezcla pobre.

    Las partículas (hollín) generadas por un motor Diesel son perceptibles por el denso humo negro que deja tras de sí un vehículo propulsado por este tipo de motor en plena aceleración. El gasóleo está formado por cadenas de hidrocarburos mucho mayores y pesadas que la gasolina. Cuando el motor trabaja a cargas medias y bajas se inyecta muy poco combustible en comparación con el aire introducido en los cilindros, de modo que en todo el volumen de la cámara hay una gran cantidad de oxígeno para completar la combustión. Sin embargo, cuando se hace trabajar el motor a plena carga (por ejemplo, en una aceleración), puede ocurrir que una parte de la gran cantidad de combustible inyectada no encuentre en sus inmediaciones un volumen suficiente de oxígeno como para terminar la oxidación, haciendo que queden tras la combustión largas cadenas de hidrocarburos parcialmente oxidadas, que tienden a reagruparse y formar el hollín.

    El principal peligro de estas partículas es que tienden a depositarse sobre el tejido pulmonar cuando son inhaladas, bien por si solas (partículas secas), o bien con cadenas de hidrocarburos en estado líquido (partículas húmedas). En la actualidad hay un agrio debate sobre si la aparición de los modernos sistemas de inyección de alta presión (conducto común y bomba-inyector) supone un alivio o un agravamiento de este problema, pues hay estudios que parecen indicar que el menor diámetro de las partículas formadas en este tipo de motores hace que se depositen con mayor facilidad en los pulmones y acrecienten sus efectos nocivos.

    Las restrictivas normas anticontaminantes vigentes en la actualidad, y de próxima entrada en vigor, fuerzan a buscar nuevos métodos de reducir estas emisiones. Hay formas de mitigarlas en su origen, durante la combustión en el interior del cilindro, pero esto no es suficiente e implica importantes sacrificios en cuanto a potencia y prestaciones se refiere. Por ello, se hace necesario el recurso a procesos de tratamiento de los gases de escape una vez generados, más allá aún de lo que permiten los actuales convertidores catalíticos. Entre los nuevos métodos destacan las trampas o filtros de partículas y de NOx (óxidos de nitrógeno).


    El desarrollo de sistemas que permitan una combustión más efectiva y limpia resulta por el momento insuficiente para solucionar el problema de las emisiones de partículas de los motores Diesel. Para reducir el volumen de éstas al nivel que exigen las próximas normas anticontaminantes se hace necesario el uso de las llamadas «filtros» o «trampas» de partículas.
    Estas trampas retienen en su interior las partículas originadas en el proceso de combustión, evitando que sean expulsadas a la atmósfera. Pero, como evidentemente la capacidad de estos filtros no es ilimitada, es necesario proceder a su limpieza. Esto se hace de forma periódica y automática durante el funcionamiento normal del coche, sin que el conductor pueda notar nada.

    Esto se consigue provocando la oxidación espontánea de las partículas retenidas aumentando la temperatura de los gases de escape, generalmente mediante una pequeña postinyección de combustible durante la carrera de expansión. Sin embargo, las temperaturas mínimas necesarias para provocarlo rondan los 650ºC, excesivas para asegurar la integridad del sistema de escape, por lo que es necesario buscar formas de provocar esta reacción a menores temperaturas.

    Para conseguirlo se recubren las caras internas del filtro con ciertos catalizadores químicos que facilitan la oxidación de las partículas retenidas a unos 500 ó 550ºC. Un paso más consiste en el uso en el propio combustible de aditivos que provoquen el mismo efecto, como es el caso del denominado Eolys. Estas medidas permiten, por ejemplo, que la regeneración del filtro de partículas del recientemente aparecido Peugeot 607 HDI se produzca a unos 450ºC, temperatura que se alcanza mezclando pequeñas cantidades de gasóleo con los gases de escape, que será oxidado en su camino hacia la trampa. Dependiendo del estilo de conducción que se practique, para su regeneración completa es suficiente mantener esta temperatura durante dos o tres minutos a intervalos de 400 ó 500 kilómetros.

    Volkswagen, por su parte, ha presentado un filtro denominado CRT, acrónimo de Continuous Regeneration Trap. A diferencia de otros filtros de partículas, en lugar de esperar a que su capacidad esté prácticamente agotada para proceder a su limpieza, entra en un proceso de regeneración continua tan pronto como el volumen de partículas retenido supera el 20 ó 30% del total admisible. Para ello, además, hace uso del NO2 generado en un catalizador de oxidación previo en lugar del O2. Con todo ello, el filtro CRT precisa unas temperaturas de funcionamiento en torno a los 300ºC, que pueden ser alcanzados bien mediante la postinyección de carburante, bien mediante sistemas externos, como resistencias eléctricas. Tan pronto como la capacidad del filtro ha sido restituida a valores por debajo del 20%, el proceso de regeneración es detenido.

    Uno de los principales inconvenientes de estos sistemas radica en la alta concentración de azufre que presentan la mayor parte de los combustibles actuales, que tiende a depositarse en los convertidores catalíticos y puede afectar el funcionamiento de estos filtros. En espera de que los niveles de azufre sean rebajados, el CRT trata de mitigar este efecto aumentando puntualmente la temperatura de los gases de escape por encima de los 500ºC, lo que provoca, no obstante, que el nivel de emisiones aumente durante cortos períodos de tiempo, reduciendo su efectividad global.

    Eliminar los óxidos de nitrógeno de los gases de escape implica separar los átomos de nitrógeno y oxígeno, obteniendo como productos de la reacción N2 y O2. Esto, que es una de las reacciones que tienen lugar en los catalizadores que equipan actualmente los vehículos de gasolina, resulta muy difícil de realizar en los vehículos Diesel y gasolina de mezcla pobre, debido a la concentración de O2 que ya hay en los gases de escape.
    Para afrontar este problema, fabricantes como Daimler-Chrysler, Volkswagen o el grupo PSA se encuentran en pleno desarrollo de un filtro o trampa de NOx, cuyo funcionamiento es similar a los filtros de partículas.

    La transformación de los NOx en N2 y O2 se realiza en dos fases. En la primera de ellas el NO es oxidado con la ayuda de ciertos catalizadores químicos a NO2. Este gas será captado y retenido por el filtro, en cuyo interior se encuentra depositado un óxido de un metal alcalinotérreo, como pueda ser el bario.

    En una segunda fase, y al igual que ocurre en las trampas de partículas, este proceso se mantiene hasta que la capacidad del filtro se va agotando, momento en que debe procederse a una regeneración del mismo. Esto se consigue creando durante unos segundos una atmósfera con baja concentración de oxígeno; hay una pequeña postinyección de combustible, cuya oxidación agotará el O2 todavía existente en los gases de escape. De este modo, los NOx, almacenados en el filtro en forma de nitratos, son liberados y reducidos a N2, reacción que puede tener lugar como en un catalizador de reducción tradicional gracias a la ausencia de oxígeno. El uso del combustible para eliminar el O2 implica un aumento del consumo que se cifra por debajo del 1%.

    Los resultados obtenidos con estas trampas de NOx son esperanzadores, alcanzan reducciones del volumen de emisiones en torno al 90%. Por desgracia, son extremadamente sensibles a la existencia de azufre en el gasóleo. Esto se debe a las similares propiedades reactivas de los óxidos de nitrógeno y de azufre, que hace que sea el azufre lo que queda fijado en el filtro en lugar de los NOx. Por si fuera poco, la eliminación de los sulfatos así formados exige temperaturas por encima de los 600ºC, por lo que se requiere un proceso de regeneración específico, paralelo al destinado a eliminar los NOx almacenados, que somete al sistema de escape a un severo castigo. Por ello los fabricantes claman por un gasóleo con una menor concentración de azufre, que aumentaría el periodo en que se deben limpiar de los sulfatos depositados.

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    saludos a todos
  2. Manol

    Manol ▒▒▒▒▒▒ Staff BMW FAQ Coordinador Miembro del Club

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    Estamos aburridillo eh. :LOL: :LOL: :LOL:

    Muy interesante, Arturo. Lo tendré que leer otra vez, por que he terminado :Cabreo: .

    Europa preocupada por reducir (gracias a nuestros bolsillos, pués al final todo rebunda en nosostros) y los americanos pasando de todo (dicho en la radio esta mañana). :ar: :bash:
  3. RANDALF44

    RANDALF44 Forista Legendario

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    Ya sabes, "cuando el diablo no tiene nada que hacer, con el rabo...." :LOL:
  4. Manol

    Manol ▒▒▒▒▒▒ Staff BMW FAQ Coordinador Miembro del Club

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    Y ahora encima, pones una foto más, valeeeeee.
  5. Chinako

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    Muy interesante.

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