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Los camiones diesel convencionales producen cantidades significativas de emisiones contaminantes - especialmente material particulado (MP) y óxidos de nitrógeno (NOx) - que causan un deterioro de la calidad del aire. En los típicos camiones actuales estas emisiones son controladas primeramente a través de mejoras al motor básico, en vez de por medio del uso de dispositivos de post tratamiento (otros que no sean catalizadores de oxidación diesel en aplicaciones limitadas). Estas técnicas de control están generalmente limitadas por un equilibrio de NOx y MP, donde las estrategias para reducir un contaminante van a causar un incremento del otro.
La formación de NOx depende directamente de la temperatura. El aumento de las temperaturas de combustión trae como consecuencia un aumento de NOX. Por ende, el control de NOx en un motor, se logra al reducir las temperaturas máximas de combustión y la duración de estas altas temperaturas en la cámara de combustión. El MP, por otro lado, es principalmente el resultado de la combustión incompleta de combustible diesel. Las tecnologías de control para reducir MP generalmente se enfocan en mejorar la combustión del combustible, lo que trae como resultado temperaturas de combustión y NOx mayores. Algunas estrategias usadas actualmente para controlar las emisiones diesel de NOx y MP incluyen turboalimentador, refrigeración complementaria, cambios del diseño de la cámara de combustión, retardamiento de la sincronización de inyección, e inyección de combustible a alta presión.
Los EE UU y la Unión Europea están introduciendo sucesivamente más estrictos estándares de emisiones para motores usados en vehiculos de carga pesada. La tabla siguiente muestra los estándares respecto de los contaminantes más importantes, NOx y MP, para el calendario hasta el 2010 ( w1 ). Todas las pruebas se efectúan con en uso de un dinamómetro de motor.
Debiera observarse que debido a que las condiciones bajo las cuales estos estándares deben cumplirse (procedimiento de prueba) difieren en los EE UU y la UE, los valores abajo dado sólo proveen una impresión general de las exigencias legales, no una comparación exacta y directa.
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Óxidos de nitrógeno (NOx)
g/kWh (g/bhp-hr) |
Material particulado (MP)
g/kWh (g/bhp-hr) |
| Año |
Estados Unidos |
Unión Europea |
Estados Unidos
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Unión Europea |
| 1996 (EUROII) |
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7,0 (5,3) |
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0,15 (0,11) |
| 1998 (US 98) |
5,3 (4,0) |
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0,07 (0,05)**
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| 2000 (EUROIII) |
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5,0 ^(3,8) |
^
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^0,1 (0,075)
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| 2004 (US 04)*** |
3,3 (2,5)* |
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0,07 (0,05)**
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| ^2005 (EURO IV) |
^
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^3,5 (2,9) |
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0,02 (0,015) |
| ^2007 - 10 (US 07 - 10) |
0,27 (0,20) |
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^0,013 (0,01)
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| 2008 (EURO V) |
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2,0 |
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0,02 |
| 2003 (EUROV) |
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2,0 (1,5) |
^
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^0,02 (0,015) |
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*incluyendo 0,67 (0,5) hidrocarburos no metánicos (NMHC) - Los fabricantes tienen la flexibilidad de certificar sus motores a una o dos opciones, siendo la alternativa un límite combinado de 3,2 (2,4) NOx+NMHC
** Estándar MP en uso 0,09 (0,07)·
*** Como parte de un acuerdo con el gobierno de EEUU, la mayoría de los fabricantes diesel cumplirá con estos estándares en octubre de 2002
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Brasil y Argentina han introducido estándares EURO II como estándares referenciales (con leves modificaciones) a partir de 1998 ( w2 ), y Chile está considerando introducir azufre 50-ppm en el combustible diesel y estándares Euro IIIel 2004. Como parte de un paquete general de medidas, Chile ha concluido que estas medidas costarán US$ 127 millones por año, pero tendrán beneficios de US$ 260 millones por año ( 1 ).
Actualmente, casi todos lo HDVs usados y producidos son propulsados a diesel (ver también la introducción de camiones). ( 2 )
El turboalimentador reduce tanto las emisiones NOx como las de MP en cerca de un 33%, comparado con un motor naturalmente aspirado. El turboalimentador eleva la presión (y temperatura) del aire que entra al motor. Esto permite que más combustible se agregue para incrementar la potencia de salida y, al mismo tiempo, se inhibe la formación de MP. La potencia para manejar el turboalimentador se extrae del flujo de escape del motor. En otras palabras,el turboalimentador aumenta la potencia y la eficiencia de un motor, lo que se puede traducir en menores emisiones.
La refrigeración complementaria del aire turboalimentado provoca reducciones aún mayores de NOx y MP al bajar la temperatura del aire cargado después de que éste ha sido calentado por el turboalimentador durante la compresión. El aire frío es más denso que el aire caliente y, en consecuencia, esta aproximación complementa el turboalimentador al mejorar aún más el llenado del cilindro.
El diseño de la cámara de combustión incluyemodificaciones a la forma de la cámara, ubicación del espiral de la inyección, volúmenes de fisura, y relaciones de compresión. Estos cambios pueden tener como consecuencia reducciones considerables de NOx y MP al cambiar las condiciones que ocurren durante la combustión de combustible.
El retardo en la sincronización de inyección se usa para reducir la temperatura máxima de flama y, por ende, las emisiones de NOx. Sin embargo, el retardo típicamente baja la eficiencia, causando mayor consumo de combustible y más emisiones de MP. La inyección de combustible a alta presión puede recuperar algo de la pérdida de eficiencia al mejorar la atomización del spray de combustible y utilización de aire, lo que provoca una combustión más completa.
Un detallado análisis de estas tecnologías se puede hallar en el documento (1) "Air Pollution from Motor Vehicles - Standards and Technologies for Controlling Emissions", Asif Faiz, Christopher S. Weaver, Michael P. Walsh, 1996, 266 páginas.
En la década de los 90s, los fabricantes introdujeron catalizadores de oxidación en algunos de sus motores de camión y la mayoría de los motores de buses de ciudad para reducir las emisiones de MP. Los catalizadores de oxidación de flujo a través efectivamente oxidan los hidrocarburos gaseosos, además de la fracción orgánica soluble de MP. Un programa reciente de prueba mostró que los catalizadores de oxidación reducían las emisiones FTP transitorias de MP en 23% hasta un 29% y los hidrocarburos en 52% hasta un 88%, usando un combustible típico de D2 (368 partes por millón de azufre). Probando con un diesel de azufre bajo (54 partes por millón de azufre) produjo una reducción adicional de un 13% de MP. Los 1990s fueron también el período cuando el motor diesel evolucionó a la era electrónica.
El desarrollo y mejoramiento de las tecnologías de control de emisiones que se esbozaron más arriba fueron inducidos por los estándares de emisiones más estrictos impuestos en Norteamérica, Europa y Japón. Ellos llevaron a una reducción de las emisiones contaminantes tóxicas provenientes de los vehículosen las últimas décadas. Esta tendencia continúa a través de sucesivos estándares de emisiones más estrictos en muchas partes del mundo. La DieselNet ( w3 ) menciona tales estándares para los EE UU, Europa, Japón y Latinoamérica, además de ciertos otros países (ver también bus diesel convencional). Estos estándares esencialmente reflejan el potencial de reducción de emisiones a lograrse por las tecnologías de control de emisiones en los vehículos de carga pesada y de carga liviana.
Como se observó anteriormente, los fabricantes de motores los diseñan con una variedad de factores en mente, incluyendo costos, rendimientos, economía de combustible y emisiones, entre otros. Diferentes motores, por lo tanto, mientras cumplan con los mismos estándares de emisiones (por ejemplo, Euro II) pueden utilizar combinaciones muy diferentes de las medidas arribas mencionadas para llegar al nicho de mercado de cada motor. Diferentes fabricantes pueden también emplear filosofías fundamentalmente diferentes, creyendo, por ejemplo, que ellos tienen una ventaja competitiva con un tecnología versus otra. En consecuencia, al considerar la discusión de arriba, lo importante del mensaje es que existen varias tecnologías que han surgido y han sido usadas por los fabricantes para cumplir con las normas de emisiones delmercado donde el motor se ha vendido o se venderá.
Los vehículos diesel en general se consideran muy confiables, especialmente en comparación con tecnologías más recientes que emplean trenes de potencia alternativos. Los motores diesel llevan ya una larga evolución de desarrollo continuo.
Hasta ahora, los estándares de emisiones de vehículos pesados podían cumplirse a través de modificaciones del motor, y no se ha requerido de post tratamiento de escape— y esto no ha llevado a aumentos de costos significativos. Para estimaciones de costos de tecnologías de control de emisiones de motor, ver las secciones bus convencional y bus diesel avanzado.
Vehículos que cumplan estándares pasados y actuales en EE UU y la Unión Europea están ampliamente disponibles en todo el mundo y son altamente confiables.
La tecnología diesel es confiable y durable. Es importante asegurarse que ella reciba los lubricantes y combustibles apropiados y la necesaria mantención.
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