Los gases de escape o gases de combustión se emiten como resultado de la combustión de combustibles como gas natural , gasolina , combustible diésel , fueloil , mezclas de biodiésel [1] o carbón . Según el tipo de motor, se descargan a la atmósfera a través de un tubo de escape , una chimenea de gases de combustión o una tobera de propulsión . A menudo se dispersan a sotavento en un patrón llamado penacho de escape .
Es un componente importante de las emisiones de los vehículos motorizados (y de los motores de combustión interna estacionarios ), que también pueden incluir el escape del cárter y la 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, los gases de los vehículos por sí solos causan la muerte de 5.000 personas cada año solo 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 los combustibles con carbono puro) y dióxido de carbono (CO 2 ) (excepto en el caso de los 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 de los gases de combustión son sustancias indeseables, nocivas o tóxicas, como el monóxido de carbono (CO) de la combustión incompleta, los hidrocarburos (indicados correctamente como C x H y , pero que normalmente se muestran simplemente como "HC" en los comprobantes de las pruebas de emisiones) del combustible no quemado, los óxidos de nitrógeno (NO x ) de las temperaturas de combustión excesivas y las partículas (principalmente hollín ) de la combustión incompleta.
La temperatura de los gases de escape (EGT) es importante para el funcionamiento del convertidor catalítico de un motor de combustión interna . Se puede medir con un medidor de temperatura de los gases de escape . La EGT también es una medida del estado del motor en los motores de turbina de gas (ver a continuación).
Durante los dos primeros minutos después de poner en marcha el motor de un coche que no ha circulado durante varias horas, la cantidad de emisiones puede ser muy elevada. Esto ocurre por dos motivos principales:
Comparable con las normas de emisiones europeas EURO III tal como se aplicaron en octubre de 2000
En el año 2000, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos comenzó a implementar normas de emisiones más estrictas para los vehículos livianos. Los requisitos se implementaron gradualmente a partir de los vehículos del año 2004 y todos los automóviles y camionetas nuevos debían cumplir con las normas actualizadas 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 un motor de gasolina a un motor diésel, pero se encuentra en niveles similares a los siguientes:
El 10% de oxígeno para el "diésel" es probable si el motor estaba en ralentí, por ejemplo, en un banco de pruebas. Es mucho menor si el motor está funcionando bajo carga, aunque los motores diésel siempre funcionan con un exceso de aire sobre el combustible. [ cita requerida ] El contenido de CO para los motores de gasolina varía de ≈15 ppm para un motor bien ajustado con inyección de combustible y un convertidor catalítico hasta 100.000 ppm (10%) para un motor de carburador muy bien ajustado, como el que se encuentra típicamente en pequeños generadores y equipos de jardinería. [8]
Los gases de escape de un motor de combustión interna cuyo combustible incluye nitrometano contienen vapor de ácido nítrico , que es corrosivo y, al inhalarse, provoca una reacción muscular que imposibilita la respiración. Las personas que puedan estar expuestas a él deben usar una máscara de gas . [9]
El escape diésel es el gas de escape producido por un motor diésel , más las partículas que contenga . Su composición puede variar según el tipo de combustible o la tasa de consumo, o la velocidad de funcionamiento del motor (por ejemplo, al ralentí, a toda velocidad o bajo carga), y si el motor está en un vehículo de carretera, un vehículo agrícola, una locomotora, una embarcación marina o un generador estacionario u otra aplicación. [10]
Los gases de escape de los motores diésel son un carcinógeno del grupo 1 , que causa cáncer de pulmón y tiene una asociación positiva con el cáncer de vejiga . [11] [12] [13] [14] [15] Contiene varias sustancias que también están incluidas individualmente como carcinógenos humanos por el IARC . [16]
Existen métodos para reducir los óxidos de nitrógeno (NOx ) y las partículas en suspensión (PM) en los gases de escape. Así, aunque el combustible diésel contiene algo más de carbono (2,68 kg de CO2 / litro) que la gasolina (2,31 kg de CO2 / litro), las emisiones totales de CO2 de un coche diésel tienden a ser menores debido a su mayor eficiencia. En uso, en promedio, esto equivale a unos 200 g de CO2 / km para la gasolina y 120 g de CO2 / km para el diésel.
En los motores a reacción y los motores de cohetes , los gases de escape de las toberas de propulsión que en algunas aplicaciones muestran diamantes de choque . [ cita requerida ]
En la terminología de la máquina de vapor, el escape es vapor que ahora tiene tan baja presión que ya no puede realizar trabajo útil.
Los óxidos de nitrógeno mononucleares NO y NO 2 ( NOx ) (ya sea producidos de esta manera o de forma natural 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, causando muerte prematura en casos extremos. La inhalación de especies de NO aumenta el riesgo de cáncer de pulmón [17] y cáncer colorrectal [18] y la inhalación de dichas partículas puede causar o empeorar enfermedades respiratorias como enfisema y bronquitis y enfermedades cardíacas [19] [20] [21]
En un estudio de la EPA de Estados Unidos de 2005 , las mayores emisiones de NOx provinieron de vehículos de motor en carretera, y el segundo mayor contribuyente fue el equipo no vial , que en su mayoría son estaciones de servicio de gasolina y diésel. [21]
El ácido nítrico resultante puede ser arrastrado al suelo, donde se convierte en nitrato , que es útil para el crecimiento de las plantas.
Cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (VOC) 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 señala a los vehículos de carretera como la segunda fuente más importante de VOC en los EE. UU. con un 26% y el 19% proviene de equipos no destinados a la carretera, que son principalmente estaciones de servicio de gasolina y diésel. [22] El 27% de las emisiones de VOC provienen de disolventes que se utilizan en la fabricación de pinturas y diluyentes de pintura y otros usos. [23]
El ozono es beneficioso en la atmósfera superior, [24] pero a nivel del suelo el ozono irrita el sistema respiratorio , causando tos, asfixia y reducción de la capacidad pulmonar. [25] También tiene muchos efectos negativos en todo el ecosistema. [26]
La intoxicación por monóxido de carbono es el tipo más común de intoxicación atmosférica mortal en muchos países. [27] 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 riesgo para la salud más inmediato de hacer funcionar los motores en un espacio mal ventilado. En 2011, el 52% de las emisiones de monóxido de carbono fueron creadas por vehículos móviles en los EE. UU. [28]
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 , lo que aumenta la posibilidad de infección . El benceno causa leucemia y está asociado con otros cánceres de la sangre y precánceres de la sangre. [29] [30]
Los efectos sobre la salud de la inhalación de partículas suspendidas en el aire se han estudiado ampliamente en humanos y animales e incluyen asma , cáncer de pulmón , problemas cardiovasculares y muerte prematura . [31] [32] [33] Debido al tamaño de las partículas, pueden penetrar la parte más profunda de los pulmones. [34] Un estudio de 2011 del Reino Unido estima 90 muertes al año debido a PM de vehículos de pasajeros. [35] En una publicación de 2006, la Administración Federal de Carreteras de EE. UU. (FHWA) afirma que en 2002 aproximadamente el 1 por ciento de todas las emisiones de PM 10 y el 2 por ciento de todas las emisiones de PM 2,5 provenían del escape de los vehículos de motor en carretera (principalmente de motores diésel ). [36] En los mercados chino, europeo e indio, se requiere que los vehículos diésel y de gasolina tengan instalado un filtro de tubo de escape , mientras que Estados Unidos lo ha exigido solo para diésel. En 2022, el especialista británico en pruebas Emissions Analytics estimó que los aproximadamente 300 millones de vehículos de gasolina que circularán por Estados Unidos durante la próxima década emitirían alrededor de 1,6 septillones de partículas nocivas. [37]
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero . Las emisiones de CO2 de los vehículos de motor forman parte de la contribución antropogénica al aumento de las concentraciones de CO2 en la atmósfera, que según la gran mayoría de la comunidad científica está causando el cambio climático . [38] Se calcula que los vehículos de motor generan alrededor del 20% de las emisiones de CO2 de origen humano de la Unión Europea , y los turismos contribuyen con alrededor del 12%. [39] Las normas europeas sobre emisiones limitan las emisiones de CO2 de los turismos y vehículos ligeros nuevos. La cifra media de emisiones de CO2 de los turismos nuevos de la Unión Europea descendió un 5,4% en el año hasta el primer trimestre de 2010, hasta los 145,6 g/km . [40]
Los gases de escape de los vehículos contienen mucho vapor de agua .
Se han realizado investigaciones sobre las formas en que las tropas en los desiertos pueden recuperar agua potable de los gases de escape de sus vehículos. [41]
Las normas de emisión se centran en reducir los contaminantes contenidos en los gases de escape de los vehículos, así como de las chimeneas de gases de combustión industriales y otras fuentes de contaminación del aire en varias instalaciones industriales a gran escala, como refinerías de petróleo , plantas de procesamiento de gas natural , plantas petroquímicas y plantas de producción química . [42] [43] Sin embargo, a menudo se los denomina gases de combustión . Los convertidores catalíticos de los automóviles tienen como objetivo descomponer la contaminación de los gases de escape utilizando 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 de dióxido de azufre marino se están endureciendo, sin embargo, solo un pequeño número de áreas especiales en todo el mundo han sido designadas solo para el uso de combustible diésel con bajo contenido de azufre.
Una de las ventajas que se atribuyen a los motores de tecnología avanzada de vapor 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 requerida ] 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 la Universidad de California en Los Ángeles afirman 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. [44] Un estudio de la Organización Mundial de la Salud encontró que los humos diésel causan un aumento en el cáncer de pulmón. [45]
La Junta de Recursos del Aire de California ha descubierto 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 requerida ] Las concentraciones de contaminantes emitidos por los motores de combustión pueden ser especialmente altas alrededor de las intersecciones señalizadas debido al ralentí y las aceleraciones. Los modelos informáticos a menudo pasan por alto este tipo de detalles. [ 46 ]
la composición puede variar notablemente con la composición del combustible, el tipo de motor, las condiciones de funcionamiento... la combustión del combustible de petróleo produce principalmente dióxido de carbono, agua y nitrógeno... Los riesgos para la salud residen en las partículas pequeñas, invisibles o poco visibles... el núcleo de carbono (EC) del hollín diésel... sirve como núcleo para la condensación de compuestos orgánicos del combustible no quemado o quemado de forma incompleta... todavía parece que los HAP nitrados son los mutágenos bacterianos más predominantes
El Grupo de Trabajo revisó a fondo la evidencia científica y, en general, concluyó que existía evidencia suficiente en humanos sobre la carcinogenicidad de los escapes de diésel. El Grupo de Trabajo encontró que los escapes de diésel son una causa de cáncer de pulmón (evidencia suficiente) y también observó una asociación positiva (evidencia limitada) con un mayor riesgo de cáncer de vejiga.
Se prevé razonablemente que la exposición a partículas de escape de diésel sea un carcinógeno humano, basándose en evidencia limitada de carcinogenicidad de estudios en humanos y evidencia de respaldo de estudios en animales experimentales y estudios mecanísticos.
Según el borrador revisado de 1999 de las Directrices para la evaluación del riesgo de carcinógenos de la EPA de Estados Unidos (US EPA, 1999), es probable que el escape de motores diésel (DE) sea carcinógeno para los seres humanos por inhalación debido a exposiciones ambientales.
Después de una reunión de una semana de duración de expertos internacionales, la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC), que forma parte de la Organización Mundial de la Salud (OMS), clasificó hoy los gases de escape de los motores diésel como probablemente cancerígenos para los seres humanos (Grupo 1), basándose en pruebas suficientes de que la exposición está asociada a un mayor riesgo de cáncer de pulmón.
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