Fundamentos y Control de Emisiones en Motores Térmicos de Combustión
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Conceptos Fundamentales del Motor Térmico
Definición de Motor Térmico
Los motores térmicos son dispositivos que transforman la energía calorífica (calor) en energía mecánica, funcionando de forma cíclica.
Orígenes de la Energía Utilizada
La energía utilizada por el motor térmico puede proceder de diversas fuentes. Las principales son:
- Energía Química: Contenida en los combustibles y liberada durante la combustión.
- Energía Solar.
- Energía Nuclear.
Clasificación de Motores de Combustión
La denominación que reciben los motores de combustión se establece en función de dónde se realice el proceso de combustión:
1. Motores de Combustión Externa
La combustión se realiza fuera del cuerpo principal del motor. Ejemplos:
- Máquina de vapor.
- Turbina de vapor.
- Motor Stirling.
2. Motores de Combustión Interna
La combustión se realiza dentro de la cámara de trabajo del motor. Se clasifican según su método de encendido:
- Encendido por Compresión (MEC): Motores diésel, de 2 y 4 tiempos.
- Encendido Provocado (MEP): Motores de gasolina, de 2 y 4 tiempos.
Emisiones y Agentes Contaminantes
La principal fuente de emisión de agentes contaminantes por parte de los motores térmicos se encuentra en los gases de escape.
Emisiones en la Combustión Perfecta
En caso de que se produzca una combustión perfecta, las principales emisiones de un motor deberían ser compuestos no tóxicos:
- Nitrógeno (N₂).
- Dióxido de Carbono (CO₂).
- Vapor de Agua (H₂O).
Emisiones en la Combustión Imperfecta
En caso de que se produzca una combustión imperfecta, se generan pequeñas cantidades de gases peligrosos, entre los cuales se encuentran:
- Monóxido de Carbono (CO): Es un gas venenoso resultante de una combustión en una atmósfera pobre en oxígeno.
- Hidrocarburos (HC): Procedentes de fracciones del combustible que no han ardido completamente.
- Óxidos de Nitrógeno (NO y NO₂): Estos compuestos contribuyen a formar la conocida lluvia ácida.
Reducción de Emisiones: El Catalizador
La emisión de compuestos tóxicos en los gases de escape de los motores térmicos se reduce significativamente mediante el uso del catalizador. El objetivo del catalizador es, precisamente, actuar contra los tres tipos de emisión que se producen en una combustión imperfecta, con el fin de reducir su nivel en los gases de escape.
Procesos Fundamentales en el Catalizador
En un catalizador se producen dos procesos fundamentales:
Reducción Catalítica
En este proceso, la superficie catalítica rompe las moléculas de óxidos de nitrógeno, dando lugar a moléculas de nitrógeno y moléculas de oxígeno.
2 NO → N₂ + O₂
Oxidación Catalítica
El catalizador sirve de soporte para completar la combustión del CO y de los hidrocarburos residuales, transformándolos en compuestos menos nocivos (CO₂ y H₂O).