Filtro de partículas (motores Diesel)

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.

En lo que respecta a los efectos nocivos para el medio ambiente y la salud de las personas, los gases de escape del motor diésel contienen diversos componentes contaminantes. Ademas de los componentes contaminantes que emiten los motores Otto, el motor Diesel suma a estos, el dióxido de azufre y las partículas de hollín.

• El dióxido de azufre: tiene su origen al quemarse un combustible con contenido de azufre. Es un gas incoloro, de olor penetrante. Los contenidos de azufre en los combustibles vienen siendo cada vez menores.

• Partículas de hollín: estas partículas se producen por falta de oxigeno a causa de una combustión incompleta.

En el proceso de la combustión en un motor diesel se producen partículas de hollín. Son esferas microscópicas de carbono, con un diámetro aproximado de 0,05 µm. En su núcleo constan de carbono puro. En este núcleo se asocian diversas combinaciones de hidrocarburos, óxidos metálicas y azufre. Ciertas combinaciones de hidrocarburos se catalogan como sustancias criticas para la salud. La composición exacta de las partículas de hollín depende de la tecnología aplicada en el motor, las condiciones de aplicación y el combustible empleado.

Originación de las partículas de hollín El origen de las partículas de hollín en el motor diésel está supeditado a las diferentes operaciones que caracterizan a la combustión en el motor diésel, como son la alimentación de aire, la inyección o la propagación de la flama. La calidad de la combustión depende del modo en que se genere la mezcla de combustible y aire. Puede suceder que la mezcla sea demasiado rica en determinadas áreas de la cámara de combustión, por no haber suficiente oxígeno disponible. En ese caso la combustión se mantiene incompleta y se produce la generación de partículas de hollín.

La masa de las partículas y su cantidad dependen básicamente, por tanto, de la calidad de la combustión en el motor. El sistema de inyección por inyector-bomba trabaja con alta presión y tiene un desarrollo de la inyección que corresponde con las necesidades del motor para contar con una combustión eficiente, con lo cual viene a reducir la generación de partículas de hollín en el proceso de la combustión. Una alta presión de la inyección y la correspondiente fina pulverización del combustible, sin embargo, no conducen necesariamente a que las partículas sean más pequeñas. En mediciones se ha manifestado, que el reparto de los tamaños de las partículas en los gases de escape es independiente del principio de combustión aplicado en el motor, es decir, que son muy parecidos los resultados, indistintamente de que se trate de motores de cámara de turbulencia, common rail o inyector-bomba.

Medidas para la reducción de las emisiones de partículas Existe una serie de soluciones técnicas para la reducción de las emisiones de escape. A este respecto se diferencia entre las medidas endomotrices y las ectomotrices.

Medidas endomotrices Consisten en una optimizacion eficaz de la combustión para que no se genere desde un principio sustancias contaminantes. A las medidas endomotrices pertenecen:

• La geometría especifica de los conductos de admisión y escape, para establecer condiciones de flujo optimas.

• Altas presiones de inyección por medio de la tecnología de inyectores-bomba. • La geometría especifica de la cámara de combustión, por ejemplo, la reducción del espacio

nocivo y el diseño especifico de la cámara en la cabeza del pintón.

Medidas ectomotrices Consisten en la reducción de las partículas de hollín por medio de un sistema de filtración en los gases de escape. Se distinguen dos diferentes sistemas:

• Filtro de partículas Diesel con aditivo. • Filtro de partículas Diesel sin aditivo.

Sistema con aditivo Este sistema se implanta en vehículos con el filtro de partículas alejado del motor. Debido al largo recorrido de los gases escape entre el motor y el filtro de partículas, la temperatura de encendido necesaria para la combustión de las partículas sólo se puede alcanzar agregando un aditivo.

Sistema sin aditivo Este sistema esta implantado, en vehículos con el filtro de partículas instalado cerca del motor. El corto recorrido de los gases de escape entre el motor y el filtro de partículas permite que la temperatura de los gases de escape todavía sea suficientemente alta para la combustión de las partículas.