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lo que hay que saber sobre verificentros, emisiones y CO2

Hola

 

Esta es una pequeña guia sobre las emisiones, las tecnologías de BMW para su control, algunas recomendaciones para verificentros y lo que podemos esperar en el futuro.

En este artículo hablaremos de motores a gasolina

1. ¿Que es lo que sale por el tubo de escape?

En el momento en el que se enciende la bujía, se consume una mezcla de aire y gasolina. El aire esta compuesto de por:

- 78.08% de nitrógeno (N2)

- 20.94% de oxígeno (O2)

- 0.035% de dióxido de carbono (CO2)

- 0.93% de gases inertes como el argón y el neón.

La gasolina por otra parte esta compuesta por una mezcla compleja de hidrocarburos, que son moleculas formadas por cadenas de átomos de hidrógeno rodeados de átomos de carbón. (para más detalles ver: http://es.wikipedia.org/wiki/Gasolina)

Al quemarse la gasolina y el aire ocurre un proceso de oxidación (en las reaciones químicas de oxidación se agrega oxígeno a los componentes de la reacción), idealmente de esta reacción se debería obtener solamente: vapor de agua, nitrógeno y dióxido de carbono, sin embargo la combustión nunca es perfecta y siempre quedan pequeños porcentajes de gases contaminantes.

Lo que se obtiene en la mezcla de gases de escape es:

- Vapor de agua

- nitrógeno

- dióxido de carbono

- hidrocarburos (componentes no quemados de la gasolina)

- monóxido de carbono

- oxidos de nitrógeno

- otros gases en cantidades menores, por ejemplo dióxido de azufre

- partículas suspendidas (carbón solido u hollín)

De los anteriores componentes, solamente el vapor de agua y el nitrógeno no son toxicos ni tienen impacto ambiental a nivel global o local. El dióxido de carbono, si bien no es tóxico directamente, es un gas de efecto invernadero y en grandes concentraciones es un factor importante en el calentamiento global por lo que su impacto ambiental es global más que local.

El monóxido de carbono es un gas venenoso, en grandes concentraciones desplaza al oxigeno en la hemoglobina de la sangre y resulta mortal. (Un detalle macabramente curioso es que cada ves es más díficil suicidarse con un coche ya que los sistemas de control de emisiones han mejorado tanto que no es fácil lograr que las concentración de monóxido de carbono llegue a niveles mortales en un garage cerrado.) En menores concetraciones el mónóxido de carbono no es venenoso pero si es tóxico. En general es importante evitar encender un motor en espacios cerrados y también tener cuidado con los recorridos largos en tráfico ya que con el aire acondicionado activo y las ventanas cerradas las concentraciones de monóxido de carbono suelen ser mayores en la cabina de un coche que en la calle, una buena idea es abrir las ventanas de vez en cuando o el quemacocos (techo corredizo).

Los hidrocarburos y los óxidos de nitrogeno no son venenosos pero si son tóxicos, provocan irritación de las vias repiratorias y son cancerigenos (carcinogenos).

 

2. ¿Como se le da tratamiento a los gases de escape?

Es importante en primer lugar tener una mezcla adeuada de aire combustible (14.7 partes de aire por una de gaslina) lo que se conoce como mezcla estequeométrica y se representa por medio de la letra griga lambda λ, cuando λ = 1 la mezcla es estequeometrica. La mezcla es pobre λ>1 cuando hay más aire que gasolina y el límite para el encendido es de λ = 1.6 que son 23.7 partes de aire por una de gasolina (en motores hechos para mezcla pobre) y λ=1.6 en motores normales. A medida que la mezcla se vuelve más pobre pasa lo siguiente:

- disminuye el consumo de gasolina

- disminuye la potencia y el par motor

- aumenta la temperatura de la cámara de combustión (el motor también se calienta por lo tanto)

- aumenta la tendencia a la detonación o cascabeleo

- aumenta la emisión de óxidos de nitrógeno

- disminuye la emisión de hidrocarburos y monóxido de carbono.

 

En cambio, con una mezcla rica λ<1 se obtiene la máxima potencia del motor en λ=0.9 (que son 13.3 partes de aire por una de gasolina) y el límite para el encendido es de λ=0.5 que son 7.4 partes de aire por una de gasolina. a medida que se enriquece la mezcla ocurre lo siguiente:

- aumenta el consumo

- aumenta la potencia y el par motor (solo hasta λ=0.9 y después baja de nuevo)

- aumenta la emisión de monóxido de carbono e hidrocarburos

- disminuye la temperatura de la cámara de combustión

- disimuye la emisión de óxidos de nitrógeno

- cuando la mezcla es muy rica el humo de escape se torna negro y hay presencia de carbón u hollín.

Por lo anterior, incluso en un coche sin convertidor catalítico es conveniente operar cerca de la mezcla estequeométrica. No obstante la mezcla se enriquece de forma intencional durante los arranques en frío (para facilitar el arranque, esto se hacía antes manualmente con el choke o estrangulador) o en aceleración a fondo para obtener máxima potencia y para que el convertidor catalítico no exceda su temperatura de operación.

De todas formas, es necesario dar un tratamiento posterior a los gases de escape y esto se hace por medio de un convertidor catalítico de 3 vías. La definición química de un catalizador es que con la presencia del mismo se desencadena una reacción química, sin embargo el elemento catalizador no participa directamente en la reacción.

En la imagen que sigue se ve el interior de un convertidor catalítico:

El convertidor catalítico parece un filtro, sin embaro, la razón por la cual tiene esta forma parecida a un panal es para maximizar el área de contacto entre los gases de escape y el catalizador. Los elementos químicos que actúan como catalizadores son:

- platino y paladio para las reacciones de reducción que implican quitarle átomos de oxígeno a los oxídos de nitrógeno obteniendo como resultado nitrógeno y oxígeno

- rodio para las reacciones de oxidación que implica agregarle átomos de oxígeno a los hidrocarburos y al monóxido de carbono.

Ahora, para que el convertidor catalítico funcione correctamente, la mezcla de aire combustible debe estar lo más cerca posible de la mezcla estequeométrica y además el convertidor catalítico debe haber alcanzado su temperatura de operación (poco más de 900º C).

La computadora que controla el motor se encarga de regular la mezcla de aire combustible inyectando más o menos gasolina en la corriente de aire de admisión y al mismo tiempo mide la cantidad de oxigeno presente en los gases de escape por medio de los sensores de oxigeno o sondas lambda. Cuando la mezcla de los gases de escape es pobre (según lo que miden los sensores de oxigeno) la computadora del motor incrementa el tiempo que los inyectores permanecen abiertos y deja pasar más gasolina -enriqueciendo la mezcla- lo que a su vez causa que los sensores de oxigeno detecten ahora menos oxigeno en los gases de escape. La mezcla oscila constantemente entre ligeramente rica y ligeramente pobre.

Hay ciertas condiciones de operación en las que la mezcla es rica por definición; durante los arranques en frío, cuando aceleramos a fondo o cuando se activa el compresor de aire acondicionado y el motor opera a bajas RPM.

Los BMW y MINI modernos (y todos los coches de otras marcas) incluyen sistemas electrónicos de diagnóstico a bordo, la función de estos sistemas es lograr que cualquier falla relacionada con las emisiones genere un código que ayude a su diagnóstico.

 

3. ¿Porque el coche puede fallar una prueba de emisiones en un Verificentro (centro de pruebas de emisiones)?

Las razones más comunes por las que un coche puede fallar una prueba de emisiones son:

- El convertidor catalítico esta frío; esto pasa si el coche recorrió muy poca distancia antes de llegar al verificentro antes de la prueba o si durante el tiempo de espera para hacer la prueba se apaga por periodos largos el motor, la recomendación para evitarlo es que poco antes de que el coche llegue al equipo analizador de gases hay que mantener acelerado el motor a unas 3000 RPM durante unos 2 minutos, esto también ayuda a limpiar depositos de carbón en inyectores, bujías y válvulas.

- Hay alguna entrada de aire no medida en el sistema de admisión o de escape, esto puede provocar una mezcla pobre o fallas.

- Hay fallos de encendido en uno o más cilindros, pueden ser ocasionados por muchas causas, entre ellas: problemas en las bujías o bobinas, inyectores sucios o con fugas, termostato dañado que hace que el motor trabaje por encima de su temperatura normal, poca presión de combustible o bajo nivel de combustible (por citar solo algunas), es buena idea diagnósticar el coche con un scanner uan vez cada año o cada 2 años para evitar la sorpresa de darnos cuenta en el verificentro, también es importante atender inmediatamente un testigo encendido de falla del motor.

- hay una fuga en el escape, después del convertidor catalítico; en este caso entra aire adicional al escape que diluye la mezcla de gases de escape y el coche es rechazado por diluciòn.

- una sonda lambda esta dañada; en este caso el motor opera siempre en mezcla rica

- el convertidor ya no sirve; los convertidores catalíticos se van degradando con el uso y eventualmente pierden sus propiedades, en los coches actuales se genera un código de fallo ya que hay una segunda sonda lambda detrás del catalizador que se encarga de vigilar el efecto que tiene el catalizador sobre los gases de escape. Normalmente un catalizador debería durar sin problemas más de 160,000 kilómetros sin embargo puede ser dañado antes si se opera el motor por periodos largos con una falla que provoque mezcla pobre. Con mezcla pobre la temperatura del convertidor puede llegar a exceder los 1100º C y eventualmente se puede incluso derretir el material cerámico en forma de panal que es la base sobre la que se aplica el recubrimiento de catalizadores. También puede dañ*** el catalizador por golpes.

Hay otros muchos motivos que pudieran llegar a causar una falla pero los anteriores se encuentran entre los más frecuentes.

Una nota importantes: siempre hay que pagar el control de estabilidad o de tracción (mantener oprimido el botón (DSC, DTC o ASC) por más de 3 segundos antes de una prueba en rodillos y además asegúrense de que el aire acondicionado, radio, luces, etc estén apagados durante laprueba.

 

4. ¿Y entonces porque tanta atención al bióxido de carbono o CO2?

Después de que los gases de escape pasan por el convertidor catalítico, la gran mayoría de los gases tóxicos han sido convertidos en vapor de agua, nitrógeno y bióxido de carbono que son todos gases que puede absorber la atmósfera. 

El gran problema del bióxido de carbono es que si bien no es un gas tóxico y normalmente lo absorben las plantas, es también un gas de efecto invernadero que participa en el calentamiento global, o dicho de mejor forma, contribuye a regular la temperatura en el planeta. Sin bióxido de carbono la tierra viviría en una constante glaciación y con demasiado bióxido de carbono se derretirían los polos.

La cantidad de bióxido de carbono que emite el escape de un coche depende directamente del consumo de combustible y por lo tanto no puede controlarse por medio del convertidor catalítico. El bióxido de carbono es un gas que tiene un impacto global, los gobiernos del mundo han expresado su preocupación al respecto de muchas maneras y estos mensajes los vemos repetidos en los medios con mucha frecuencia.

Es importante tomar en cuenta que casi todas las actividades humanas (agricultura, ganadería, generación de energía, uso de calefacción o aire acondicionado por citar algunas) generan emisiones de bióxido de carbono, no obstante, el uso del automóvil recibe una gran cantidad de la atención gubernamental y mediática. En realidad solo alrededor del 0.3% (solo automóviles) de la emisión de CO2 global proviene del escape de los coches (en breve agregare una diapositiva al respecto).

Pueden leer bastante más al respecto de la legislación internacional sobre CO2 aquí: http://es.wikipedia.org/wiki/Normativa_europea_sobre_emisiones

Esencialmente lo que los gobiernos han buscado activamente es imponer límites al consumo o rendimiento de combustible, ya sea con la norma europea, con el CAFE de Estados Unidos http://en.wikipedia.org/wiki/CAFE , o con otras normatividades en distintos paises.

5. ¿y que va pasar en México?

En México los fabricantes están obligados a informar los rendimientos de combustible en laboratorio de sus vehículos, reportando la prueba europea o la estadounidense, sin embargo el gobierno aún no ha establecido límites al consumo de los automóviles.

Hay algunas propuestas que plantean la adopción de un esquema muy estricto para llegar a los 130 gr/km de CO2 a los que se planea llegar en Europa, entre ellos destaca el del Centro Mario Molina (presidido por el Dr. Mario Molina, mexicano que gano el premio Nobel por su trabajo sobre la destruccón de la capa de Ozono). La propuesta del CMM se llama 20 en 15 y plantea que el promedio de rendimiento de la flota de automóviles nacional alcance los 20 kilómetros por litro para el 2015.

Pueden consultar la propuesta del CMM aquí: http://www.centromariomolina.org/programas.php?idp=11

La propuesta del CMM equivale básicamente a la adopción del límite de 130 gr/km de CO2 de la comunidad europea (que no se ha cumplido). Desde un punto de vista puramente ambiental la propuesta es excelente, sin embargo es importante tomar en cuenta que:

- el país no cuenta aún con gasolinas ni diesel de ultra bajo azufre que de acuerdo a la NOM 086 SEMARNAT-SENER -SCFI sobre combustibles fósiles para protección ambiental ya deberíamos tener.

- más del 70% del parque vehicular mexicano opera por encima de los 1500 metros sobre el nivel del mar, lo que provoca que se pierda una buena parte de la potencia, torque y rendimiento de combustible respecto al nivel del mar. Esto puede sonar poco importante pero en la unión europea no hay ciudades grandes por encima de los 500 metros sobre el nivel del mar. Por eso tenemos motores más grandes (y claro porque nos gustan)  que por ejemplo Europa o Sudamérica (bueno a los Ecuatorianos, Colombianos y Bolivianos les toca una situación muy parecida).

- La geografía del país implica que nuestras carreteras y autopistas sean muy sinuosas y con muchas pendientes, lo que también requiere más potencia.

Es probable que en los próximos 5 años este se vuelva un tema de debate intenso entre políticos, académicos y la industria automotriz, seguramente se establecerá alguna versión menos ambiciosa de la propuesta del CMM ya que la propuesta es técnica (y económicamente) imposible de cumplir.

Una de las ventajas importantes de tener un BMW o MINI es que dentro del segmento premium tienen un excelente rendimiento de combustible.

6. ¿Y los híbridos Apá?

Bueno, les prometo completar este artículo con algo de información sobre híbridos y eléctricos próximamente

 

 


Enviado 02-16-2010 6:55 por klk
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