Los gases de escape o gases de combustión se emiten como resultado de la combustión de combustibles como el gas natural , la gasolina (gasolina) , el gasóleo , el fueloil , las mezclas de biodiésel, [1] o el carbón . Según el tipo de motor, se descarga a la atmósfera a través de un tubo de escape , chimenea de gases de combustión o boquilla propulsora . A menudo se dispersa a favor del viento siguiendo un patrón llamado columna de escape .
Es un componente importante de las emisiones de los vehículos de motor (y de los motores de combustión interna estacionarios ), que también pueden incluir fugas del cárter y evaporación de la gasolina no utilizada.
Las emisiones de los vehículos de motor son una fuente común de contaminación del aire y un ingrediente importante en la creación de smog en algunas grandes ciudades. Un estudio de 2013 del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) indica que solo en Estados Unidos se producen 53.000 muertes prematuras al año debido a las emisiones de los vehículos. [2] Según otro estudio de la misma universidad, sólo los gases del tráfico causan la muerte de 5.000 personas cada año sólo en el Reino Unido. [3]
La mayor parte de la mayoría de los gases de combustión es nitrógeno (N 2 ), vapor de agua (H 2 O) (excepto en el caso de combustibles de carbono puro) y dióxido de carbono (CO 2 ) (excepto en el caso de combustibles sin carbono); estos no son tóxicos ni nocivos (aunque el vapor de agua y el dióxido de carbono son gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático ). Una parte relativamente pequeña del gas de combustión son sustancias indeseables, nocivas o tóxicas, como el monóxido de carbono (CO) procedente de una combustión incompleta, hidrocarburos (indicados correctamente como C x H y , pero normalmente se muestran simplemente como "HC" en las hojas de prueba de emisiones). ) del combustible no quemado, óxidos de nitrógeno (NO x ) provenientes de temperaturas de combustión excesivas y partículas (principalmente hollín ).
La temperatura de los gases de escape (EGT) es importante para el funcionamiento del convertidor catalítico de un motor de combustión interna . Puede medirse mediante un medidor de temperatura de los gases de escape . EGT también es una medida del estado del motor en motores de turbina de gas (ver más abajo).
Durante los primeros dos minutos después de arrancar el motor de un coche que lleva varias horas sin funcionar, la cantidad de emisiones puede ser muy elevada. Esto ocurre por dos razones principales:
Comparable con las normas europeas de emisiones EURO III tal como se aplicaban en octubre de 2000.
En 2000, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos comenzó a implementar estándares de emisiones más estrictos para vehículos livianos. Los requisitos se implementaron gradualmente a partir de los vehículos de 2004 y todos los automóviles y camionetas ligeras nuevos debían cumplir con los estándares actualizados para fines de 2007.
En los motores de encendido por chispa, los gases resultantes de la combustión de la mezcla de combustible y aire se denominan gases de escape. La composición varía de los motores de gasolina a los diésel, pero ronda estos niveles:
El 10% de oxígeno para el "diesel" es probable si el motor estaba en ralentí, por ejemplo en un banco de pruebas. Es mucho menor si el motor funciona bajo carga, aunque los motores diésel siempre funcionan con un exceso de aire sobre el combustible. [ cita necesaria ] El contenido de CO para los motores de gasolina varía desde ~ 15 ppm para un motor bien afinado con inyección de combustible y un convertidor catalítico hasta 100.000 ppm (10%) para un motor de carburador bien afinado, como el que normalmente se encuentra en generadores pequeños y de jardín. equipo. [8]
Los gases de escape de un motor de combustión interna cuyo combustible incluye nitrometano contendrán vapor de ácido nítrico , que es corrosivo y, cuando se inhala, provoca una reacción muscular que imposibilita la respiración. Las personas que probablemente estén expuestas a él deben usar una máscara antigás . [9]
En motores a reacción y motores de cohetes , escape de las toberas propulsoras que en algunas aplicaciones muestra diamantes de choque . [ cita necesaria ]
En la terminología de las máquinas de vapor, el escape es vapor que ahora tiene una presión tan baja que ya no puede realizar un trabajo útil.
Los monoóxidos de nitrógeno NO y NO 2 ( NOx ) (producidos de esta manera o naturalmente por un rayo ) reaccionan con el amoníaco , la humedad y otros compuestos para formar vapor de ácido nítrico y partículas relacionadas. Las partículas pequeñas pueden penetrar profundamente en el tejido pulmonar sensible y dañarlo, provocando la muerte prematura en casos extremos. La inhalación de especies de NO aumenta el riesgo de cáncer de pulmón [10] y cáncer colorrectal. [11] y la inhalación de tales partículas puede causar o empeorar enfermedades respiratorias como enfisema y bronquitis y enfermedades cardíacas. [12] [13] [14]
En un estudio de la EPA de EE.UU. de 2005 , las mayores emisiones de NO x provinieron de los vehículos motorizados de carretera, siendo el segundo mayor contribuyente los equipos no viales , que son principalmente estaciones de gasolina y diésel. [14]
El ácido nítrico resultante se puede lavar al suelo, donde se convierte en nitrato , que es útil para el cultivo de plantas.
Cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV) reaccionan en presencia de la luz solar, se forma ozono a nivel del suelo, un ingrediente principal del smog . Un informe de la EPA de EE.UU. de 2005 sitúa a los vehículos de carretera como la segunda fuente más importante de COV en EE.UU. con un 26% y un 19% de equipos no de carretera, que son principalmente estaciones de gasolina y diésel. [15] El 27% de las emisiones de COV provienen de disolventes que se utilizan en la fabricación de pinturas y diluyentes de pinturas y otros usos. [dieciséis]
El ozono es beneficioso en la atmósfera superior, [17] pero a nivel del suelo irrita el sistema respiratorio , provocando tos, asfixia y reducción de la capacidad pulmonar. [18] También tiene muchos efectos negativos en todo el ecosistema. [19]
La intoxicación por monóxido de carbono es el tipo más común de intoxicación por aire mortal en muchos países. [20] El monóxido de carbono es incoloro, inodoro e insípido, pero altamente tóxico. Se combina con la hemoglobina para producir carboxihemoglobina , que bloquea el transporte de oxígeno. En concentraciones superiores a 1000 ppm, se considera inmediatamente peligroso y es el peligro para la salud más inmediato al hacer funcionar motores en un espacio mal ventilado. En 2011, el 52 % de las emisiones de monóxido de carbono fueron generadas por vehículos móviles en EE. UU. [21]
La exposición crónica (a largo plazo) al benceno ( C 6 H 6 ) daña la médula ósea . También puede causar sangrado excesivo y deprimir el sistema inmunológico , aumentando las posibilidades de infección . El benceno causa leucemia y está asociado con otros cánceres y precánceres de la sangre. [22] [23]
Los efectos sobre la salud de la inhalación de partículas en el aire se han estudiado ampliamente en humanos y animales e incluyen asma , cáncer de pulmón , problemas cardiovasculares y muerte prematura . [24] [25] [26] Debido al tamaño de las partículas, pueden penetrar la parte más profunda de los pulmones. [27] Un estudio del Reino Unido de 2011 estima 90 muertes por año debido a las partículas en vehículos de pasajeros. [28] En una publicación de 2006, la Administración Federal de Carreteras de EE.UU. (FHWA) afirma que en 2002 alrededor del 1 por ciento de todas las emisiones de PM 10 y el 2 por ciento de todas las emisiones de PM 2,5 provinieron de los gases de escape de los vehículos motorizados de carretera ( principalmente de motores diésel ). [29] En los mercados chino, europeo e indio, tanto los vehículos diésel como los de gasolina deben tener instalado un filtro en el tubo de escape , mientras que Estados Unidos lo ha exigido sólo para el diésel. En 2022, el especialista británico en pruebas Emissions Analytics estimó que los aproximadamente 300 millones de vehículos de gasolina en los EE. UU. durante la próxima década emitirían alrededor de 1,6 septillones de partículas nocivas. [30]
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero . Las emisiones de CO 2 de los vehículos a motor forman parte de la contribución antropogénica al crecimiento de las concentraciones de CO 2 en la atmósfera que, según la gran mayoría de la comunidad científica, está provocando el cambio climático . [31] Se calcula que los vehículos de motor generan alrededor del 20% de las emisiones de CO 2 producidas por el hombre en la Unión Europea , y los turismos contribuyen alrededor del 12%. [32] Las normas europeas sobre emisiones limitan las emisiones de CO 2 de los turismos y vehículos ligeros nuevos. La cifra media de emisiones de CO 2 de los vehículos nuevos en la Unión Europea cayó un 5,4% en el año transcurrido hasta el primer trimestre de 2010, hasta 145,6 g/km . [33]
Los gases de escape de los vehículos contienen mucho vapor de agua .
Se han investigado formas en que las tropas en los desiertos pueden recuperar agua potable de los gases de escape de sus vehículos. [34]
Las normas de emisión se centran en reducir los contaminantes contenidos en los gases de escape de los vehículos, así como en las chimeneas de gases de combustión industriales y otras fuentes de escape de contaminación del aire en diversas instalaciones industriales a gran escala, como refinerías de petróleo , plantas de procesamiento de gas natural , plantas petroquímicas y plantas de producción química . . [35] [36] Sin embargo, estos a menudo se denominan gases de combustión . Los convertidores catalíticos de los automóviles tienen como objetivo eliminar la contaminación de los gases de escape mediante un catalizador. Los depuradores de los barcos tienen como objetivo eliminar el dióxido de azufre (SO 2 ) de los gases de escape marinos. Las regulaciones sobre las emisiones marinas de dióxido de azufre se están endureciendo; sin embargo, sólo un pequeño número de áreas especiales en todo el mundo han sido designadas para el uso exclusivo de combustible diesel con bajo contenido de azufre.
Una de las ventajas que se atribuyen a los motores de vapor con tecnología avanzada es que producen menores cantidades de contaminantes tóxicos (por ejemplo, óxidos de nitrógeno) que los motores de gasolina y diésel de la misma potencia. [ cita necesaria ] Producen mayores cantidades de dióxido de carbono pero menos monóxido de carbono debido a una combustión más eficiente.
Investigadores de la Escuela de Salud Pública de Los Ángeles de la Universidad de California dicen que los resultados preliminares de su estudio estadístico de niños incluidos en el Registro de Cáncer de California nacidos entre 1998 y 2007 encontraron que la contaminación del tráfico puede estar asociada con un aumento del 5% al 15% en la Probabilidad de algunos tipos de cáncer. [37] Un estudio de la Organización Mundial de la Salud encontró que los vapores de diesel causan un aumento en el cáncer de pulmón. [38]
La Junta de Recursos del Aire de California encontró en estudios que el 50% o más de la contaminación del aire ( smog ) en el sur de California se debe a las emisiones de los automóviles. [ cita necesaria ] Las concentraciones de contaminantes emitidos por los motores de combustión pueden ser particularmente altas alrededor de las intersecciones señalizadas debido al ralentí y las aceleraciones. Los modelos informáticos suelen pasar por alto este tipo de detalles. [39]
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