CO2 en motores de gasolina y diésel

El dióxido de nitrógeno o anhídrido carbónico es un gas generado por los motores térmicos al funcionar. Se debe a la reacción química entre el carbono del combustible y el oxígeno del aire. El CO2 no es un gas directamente contaminante, pero tiene efectos nocivos para el equilibrio del planeta.

Actualmente tiene valoración adicional al ser un factor determinante para los impuestos de los automóviles.

Para tener la información más completa sobre el CO2, vamos a exponer en este artículo los gases emitidos por el escape de los motores térmicos de gasolina y diésel controlados por las directivas anticontaminación.

Contaminación de los motores de gasolina y diésel

Se representa un motor de cuatro cilindros en línea con distribución OHC.

    • El aire se compone de oxígeno OX (21%), nitrógeno NT (78%) y argón (1%), este último no se contempla al ser inerte en la combustión o explosión.
    • El combustible, gasolina o gasóleo, se compone principalmente de carbono CR e hidrógeno HG y está en el depósito.
    • Con el motor en marcha se aspira aire del exterior a través del filtro y entra en los cilindros.
    • El sistema de alimentación aporta el combustible, inyecta, para generar la explosión (gasolina) o combustión (diésel).
    • Se genera la energía que produce el par motor mediante reacciones químicas en el proceso, emitiendo estos gases por el escape;
      • CO; monóxido de carbono.
      • HC; hidrocarburos no quemados.
      • NOX; óxidos de nitrógeno.
      • CO2; dióxido de carbono
      • MPC; micropartículas de hollín.
    • El motor de gasolina funciona con mezcla de 15 gramos de aire por 1 gramo de gasolina (dosado), y estas son las reacciones químicas y los gases contaminantes;
      • Carbono + oxígeno producen monóxido de carbono CO y dióxido de carbono CO2.
      • Carbono + hidrógeno generan hidrocarburos no quemados HC.
      • Nitrógeno y oxigeno producen óxidos de nitrógeno NOX por las elevadas temperaturas de las explosiones.
      • Los gases contaminantes emitidos por el motor de gasolina son; CO monóxido de carbono, HC hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno NOX y dióxido de carbono CO2.
      • Se representan en la imagen del mismo tamaño estos cuatro contaminantes como referencia para su comparación con el motor diésel.
    • En el motor diésel la proporción de aire y gasóleo es muy variable, de 40 a 15 gramos de aire por 1 gramo de gasóleo (dosado), siendo estas las reacciones químicas y los gases contaminantes;
      • Carbono + oxígeno producen monóxido de carbono CO y dióxido de carbono CO2.
      • Carbono + hidrógeno generan hidrocarburos no quemados HC.
      • Nitrógeno y oxigeno producen óxidos de nitrógeno NOX por las elevadas temperaturas de las combustiones.
      • Carbono y otros sólidos residuales (azufre del gasóleo, …) producen micropartículas de hollín MPC.
      • Los gases contaminantes que emite el motor diésel comparados con el de gasolina son;
        • CO monóxido de carbono, bastante menos.
        • HC hidrocarburos no quemados, bastante menos.
        • NOX óxidos de nitrógeno, bastantes más.
        • CO2 dióxido de carbono CO2, algo menos.
        • MPC, el de gasolina no emite (en principio).
      • Se representan en la imagen los tamaños estimados de los gases contaminantes del motor diésel para compararlos con los del motor de gasolina.

 

La combustión diésel, con bastante más aire que la explosión en el motor de gasolina, y el hecho de que la aceleración se regule con el caudal de gasóleo, en el gasolina al acelerar varia simultáneamente el aire y el combustible, supone unas importantes modificaciones en los volúmenes de los gases de escape emitidos según las RPM y actuaciones sobre el acelerador.

El motor de gasolina con inyección directa y mezcla pobre, con dosados de más de 15 gramos de aire por 1 gramo de gasolina, puede emitir más óxidos de nitrógeno NOX y también micropartículas MPC.

Al final se incluyen enlaces a otros artículos del blog para tener más información.

Efectos nocivos de los gases de escape

Los gases que salen por el escape tienen diferentes efectos sobre el ser humano, estos son los más importantes;

    • CO monóxido de carbono; potencia enfermedades cardíacas.
    • HC hidrocarburos no quemados; afecta a la respiración y propicia el cáncer.
    • NOX óxidos de nitrógeno; irrita los ojos, afecta a la respiración y riesgos de cáncer.
    • MPC micropartículas de hollín; potencian las alergias y el cáncer.
    • CO2 dióxido de carbono; es un gas respirable, pero potencia el calentamiento global del planeta.

 

El hongo de color amarillo de muchas ciudades cuando la contaminación es elevada suele ser a causa de gran cantidad de óxidos de nitrógeno en el ambiente.

Además de estas afectaciones concretas de los gases contaminantes, en general se producen dolores de cabeza y malestar variable según la sensibilidad de las personas.

Anticontaminación del motor de gasolina

El motor que ya conocemos se adapta para funcionar con gasolina; inyectores y bujías.

    • La inyección es indirecta (en el colector de admisión), multipunto (un inyector por cilindro) y secuencial (cada inyector aporta la gasolina independientemente).
    • Encendido directo (cada bujía tiene su propia bobina de alta tensión).
    • La anticontaminación en el motor de gasolina se logra con el catalizador de tres vías o funciones y dos sondas lambda o de oxígeno. (La sonda lambda de entrada informa al control electrónico para mantener el dosado 15 y la de salida detecta contaminación hacia el exterior).
    • En el catalizador se neutralizan los tres gases contaminantes, HC, CO y NOX (mediante reacciones con metales preciosos).
    • El dióxido de carbono CO2 es respirable y se emite por el escape.
    • La cantidad de emisión de CO2 depende del consumo de combustible, cuanto más carbono del combustible se queme más CO2.

 

Como el motor de gasolina funciona con dosado 15 constante, es la función de la sonda lambda de entrada, la contaminación no varía con RPM mantenidas, en las aceleraciones transitorias se altera el equilibrio generando más CO, HC y CO2 y menos NOX.

Anticontaminación del motor diésel

Se modifica el motor para funcionar con gasóleo, sin representar el sistema de precalentamiento para el arranque en frío.

    • La inyección es directa (inyectores sobre los pistones), con sistema “common rail” (control electrónico independiente de los inyectores).
    • Los gases contaminantes del motor diésel son; CO monóxido de carbono, HC hidrocarburos no quemados, NOX óxidos de nitrógeno, MPC micropartículas de hollín y CO2 dióxido de carbono.
    • Los CO y HC se neutralizan con un catalizador de dos vías o funciones.
    • Se reduce la generación de los NOX recirculando parte de los gases de escape con la EGR.
    • Las MPC se acumulan el filtro antipartículas FAP para quemarlas en determinadas secuencias de funcionamiento del motor.
    • Si se producen demasiados NOX, se complementa la EGR con una trampa de NOX y/o el catalizador SCR que eliminan periódicamente estos gases contaminantes, mediante un aditivo que se ha de reponer en el caso del catalizador SCR.
    • La emisión de CO2 es proporcional al consumo de gasóleo.

 

Ya se ha comentado que la contaminación del motor diésel es muy compleja y variable, en enlaces a otros artículos del blog al final se ofrecen explicaciones más completas de los sistemas de limpieza de los gases de escape del motor diésel.

Particularidades del CO2

    • La cantidad de CO2 en el escape depende del consumo de combustible, más con mayor consumo.
    • El CO2 potencia el efecto invernadero, calentamiento global del planeta.
    • El CO2 es proporcional al consumo de combustible, por lo que para un automóvil dado es el conductor el factor más influyente en su emisión.
    • La emisión de CO2 por kilómetro recorrido equivale a +/– 23 a 24 gramos por litro de gasolina
    • La emisión de CO2 por kilómetro recorrido equivale a +/– 26 a 27 gramos por litro de gasóleo
    • Qué el CO2 se puede ingerir sin riesgos lo determina que es el gas de las bebidas carbónicas, de hecho llevan su nombre como identificación complementaria.

Reducción de la emisión de CO2

Las formas de disminuir la emisión de CO2 y el consumo suponen unas de las mayores inversiones en I + D + i en todos los aspectos, y pueden aportar resultados, estos son algunos ejemplos.

    • Propulsión eléctrica; se prescinde de motores térmicos y se mueve el automóvil con motor eléctrico y baterías de propulsión. La reducción de CO2 es más o menos de 30 a 35 gr/km, considerando la contaminación media de la red eléctrica de recarga.
    • Motor “down size”; con motores de menor cilindrada baja el consumo, compensando las prestaciones con sobrealimentación y/o motor eléctrico complementario, propulsión híbrida. Se estima la disminución en unos 20 gr/km de CO2.
    • Menos peso; se consigue mediante materiales más ligeros principalmente. Se pueden emitir más o menos de 20 a 30 gr/km menos de CO2.
    • Aerodinámica; el tamaño del automóvil y su forma determinan la energía necesaria para que avance contra el aire. Su influencia a baja velocidad es reducida, pero se incrementa exponencialmente al circular más rápido. En uso normal del automóvil se estima que se puede lograr una disminución de CO2 por aerodinámica en el entorno de 4 a 5 gr/km.
    • Resistencia a la rodadura; al circular los neumáticos se deforman lo que exige energía, si se reduce la que se necesita se logra disminuir la emisión de CO2 unos 3 a 4 gr/km.
    • Recuperación de energía; una forma de lograrlo con motor térmico es que el alternador no cargue a la batería durante las aceleraciones, reduciendo su resistencia al giro, será en las retenciones y frenadas con retención del motor cuando cargue el alternador la batería, así se puede reducir unos 7 gr/km de emisión de CO2.
    • Cogeneración térmica; el calor es energía y el automóvil produce bastante al funcionar, si se aprovechase para reconvertirlo en energía antes de que se disipe se podría reducir en unos 3 gr/km la emisión de CO2.

 

Hay más tecnologías relacionadas con el consumo y emisión de CO2, en esta sección de “Tecnologías limpias” del blog se pueden consultar, entre estas el sistema “stop & start” que no se ha comentado en este artículo al ser lógico que con el motor parado no haya emisión de contaminantes por el escape.

Comparación de pesos de diferentes materiales

Como complemento de información sobre las investigaciones para disminuir la emisión de CO2 y el consumo, se presentan estos datos relacionados con el peso del automóvil, materiales utilizados y su coste.

    • Principales materiales de construcción de los automóviles; lo que más pesa es la carrocería, también el motor y caja de cambios influyen bastante.
    • Los materiales más habituales son el acero, aluminio y menos el carbono, aunque está empezando a utilizarse en coches de producción.
    • Los aspectos relacionados con el peso y su influencia media en porcentaje son; calidad 8%, interior 15%, confort 22%, legislación 25% y seguridad 30%.
    • El aluminio pesa un 30% menos que el acero y el carbono 20% menos que el aluminio.
    • 1 kg de acero cuesta 1€, de aluminio 3 € y de carbono 21 €.

 

Los datos de costes son muy variables, pues dependen de diversos factores entre estos la cantidad de producción.

 

Enlaces de interés relacionados

Estos artículos en el blog tratan de temas complementarios

En esta sección de “Tecnologías limpias”

    • “Contaminación de los motores de gasolina y diésel” (5.11.2012)
    • “Motor ´down size´” (27.02.2013), “Stop & start” (2.05.2013)
    • “La carrocería, consumo y contaminación” (18.06.2014)
    • “El FAP en el motor diésel” (10.06.2015)
    • “El catalizador SCR en el motor diésel” (16.09.2015)
    • “La EGR en el motor diésel” (25.11.2015)

En la sección “Nuevas tecnologías”

    • “El alternador inteligente” (7.11.2012)
    • “Consumo del motor térmico” (26.06.2013)
    • “Common rail en el motor diésel” (4.02.2015)

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

    • “Evolución de alimentación de gasolina y diésel” (31.10.2012)

En la sección “Actualidad”

    • “Indicador de relación óptima de cambio” (10.02.2014)
    • “Para subir cuestas; acelerar más o reducir de relación” (7.04.2014)
    • “En caja automática ¿D en paradas?” (5.05.2014)
    • ”La caja de cambios pilotada” (10.12.2014)
    • “Mantenimiento de la caja de cambios automática” (5.04.2016)
    • “Qué motor elegir, gasolina o diésel” (27.01.2014)
    • “Neumáticos de bajo rozamiento” (28.01.2015)
    • “Cogeneración térmica” (26.02.2015)
    • “Porqué consume menos el motor diésel que el de gasolina” (23.03.2016)
    • “Stop & start y engrase del motor” (31.05,2017)

Otros enlaces relacionados

 

Marcar como favorito enlace permanente.

2 comentarios

  1. Dices que «La emisión de CO2 por kilómetro recorrido equivale a +/– 23 a 24 gramos por litro de gasolina».A ver, ¿es por kilómetro o por litro?

  2. La emisión de CO2 se mide en gramos por kilómetro recorrido, y es proporcional más o menos a 23/24 gramos por litro de gasolina consumida. Espero que con un par de ejemplos quede claro;
    – Un coche consume 4,6 litros cada 100 km. La emisión de CO2 se hace durante la homologación sobre los gases de escape emitidos, y su valor resultante es proporcional a multiplicar 23 o 24 por 4,6 dando un margen de 105,8 a 110,4 gramos de CO2 por kilómetro recorrido.
    – Otro coche consume 7,5 l/100 km. La emisión de CO2 medida para la homologan estará comprendida entre 172,5 y 180 gramos por kilómetro recorrido.
    Estas explicaciones en el blog son para asociar la emisión de CO2 al consumo de combustible.
    Gracias por tu pregunta, pues permite aclarar este importante detalle.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

cinco × dos =

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.