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A continuación se explicará la problemática ambiental actual generada a partir de las emisiones de gases nocivos para la salud, producidos por la quema de hidrocarburos, a fin de crear conciencia en las personas conductoras para que aporten su granito de arena en la recuperación del ambiente y su sostenibilidad.
Veamos a continuación tres elementos importantes en este tema.
Es un modelo que describe los tres elementos que se requieren para que exista una combustión, como la que ocurre dentro del motor del vehículo, para liberar la energía contenida en el combustible y aprovecharla, lo cual también genera sustancias o gases contaminantes.
La atmósfera abarca desde el nivel del mar hasta los 11 kilómetros de altura. Está constituida básicamente por un 21% de oxígeno, un 78% de nitrógeno y un 1% de otros gases, cuyos porcentajes varían según la altura. Uno de estos gases es el ozono, que forma una capa en la estratosfera, la cual absorbe gran parte de la radiación solar ultravioleta. Es importante tomar en cuenta que el alto porcentaje de oxígeno en la atmósfera se da gracias a las plantas que transforman el dióxido de carbono en oxígeno, a través de la fotosíntesis.
Los combustibles más utilizados por su alto valor calórico en la industria, transportes y los hogares son los hidrocarburos, cuyas fuentes más importantes son el petróleo y el gas natural. Para uso automotriz en motores de explosión se utiliza la gasolina, que es una mezcla de hidrocarburos destilados del petróleo, y para motores de combustión se usa el diésel o gasóleo, compuesto principalmente por parafinas e hidrocarburos de petróleo.
Como se indicó anteriormente, la explosión en los motores a gasolina se realiza por efecto de una chispa generada en la bujía, esto con el fin de aprovechar la energía contenida en el combustible para empujar los pistones del motor. Esta explosión debe darse en el momento preciso, porque si la gasolina detona antes, la energía liberada se opone al movimiento de los pistones. Con el fin de evitar este efecto, en la preparación de la gasolina se agrega octano como antidetonante. De igual forma, en los motores a diésel la combustión debe iniciar en el momento previsto. Si se desfasa, se pierde gran parte de la fuerza para el empuje de los pistones. En este combustible se determina el inicio de la combustión mediante el índice de cetano.
Es importante recalcar que en el manual de la persona conductora del vehículo se encuentra la especificación del octanaje más recomendable a las características del motor. Según el 'Informe de resultados de la evaluación de la calidad de los combustibles diésel y gasolinas en planteles de RECOPE' (del primer semestre del 2014), elaborado por la Intendencia de Energía de la Autoridad Reguladora de los Servicios Públicos (ARESEP), se evidenciaron los valores que se muestran en la imagen:
A estos combustibles también se les denomina fósiles y al quemarlos producen los siguientes gases contaminantes: monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, hidrocarburos no quemados, plomo, partículas suspendidas, esmog fotoquímico, ruido, dióxido de carbono, entre otros.
Con respecto a la problemática ambiental debida a las emisiones de gases nocivos para la salud, Amador Berrocal (2003) indica:
El conocimiento bastante reciente de variaciones en la composición química y las proporciones de los componentes atmosféricos inducidos por la humanidad, constituye una de las grandes preocupaciones del mundo actual, pues coloca a todas las personas habitantes de la Tierra en situaciones peligrosas, muchas de ellas aún desconocidas (pág. 211).
Es un gas altamente tóxico, sin olor, sabor o color. Se genera principalmente cuando el combustible utilizado no se quema completamente. Puede producir la muerte si se respira en cantidades elevadas.
El monóxido de nitrógeno (NO) y el bióxido de nitrógeno (NO2) favorecen la formación de esmog o niebla contaminante y lluvia ácida, contribuyendo con el calentamiento global. Generalmente son incoloros e inodoros, aunque el dióxido de nitrógeno en conjunto con las partículas en suspensión forman en el aire una capa rojiza o marrón que cubre algunas zonas urbanas.
El petróleo y el carbón contienen un pequeño porcentaje de azufre. Al quemarlos, el azufre se combina con el oxígeno del aire generando óxidos de azufre, que son gases incoloros, de olor asfixiante, perjudiciales para los pulmones y que dificultan la respiración. Al mezclarse con gotas de agua forman ácido sulfúrico y contribuyen a la lluvia ácida, que es nociva para la flora y fauna.
El proceso de combustión de hidrocarburos en la industria, transportes y en los hogares, genera la emisión de gases que contienen hidrocarburos livianos, tales como el metano, etano y propano, generadores importantes del efecto invernadero, esmog fotoquímico y toxicidad del aire. Estas emisiones se producen cuando parte del combustible no se logra quemar y sale al aire libre, esto debido al diseño de las máquinas donde se realiza la combustión o falta de mantenimiento de las mismas.
El plomo y otros aditivos metálicos como el MMT (Metilciclopentadienilo Tricarbonilo Manganeso) son utilizados como antidetonantes en la gasolina, los cuales tienen grandes impactos en la salud. En Costa Rica está prohibido el uso del plomo en el combustible desde 1996.
Las partículas suspendidas se generan por reacciones químicas y condensación. Una fuente importante es la combustión incompleta de combustibles a base de carbono, como la gasolina y el diésel, generándose partículas de hollín. Las partículas suspendidas afectan el balance de la radiación terrestre y tienen efectos nocivos como deterioro de los sistemas respiratorio, cardiovascular y de defensa, daños al tejido pulmonar y carcinogénesis.
Se origina de ozono troposférico producido en áreas urbanas por reacciones fotoquímicas en combinación con emisiones de monóxido de nitrógeno (NO) y compuestos orgánicos volátiles (COV's), los cuales son liberados por la quema de gasolina, madera, carbón o gas natural, y también de emisiones por el uso de disolventes y pinturas, entre otros. Genera un color plomo o negro en la atmósfera. Es un compuesto tóxico y oxidante que puede provocar problemas respiratorios.
Se refiere a la contaminación acústica o sonora. Es la alteración de las condiciones del ambiente, que si no se controla llega a deteriorar la calidad de vida y la salud auditiva, física y mental de las personas. Básicamente, es el ruido excesivo producido en la industria, transportes, construcción, actividades de ocio, entre muchos otros posibles orígenes.
Este gas es esencial para la vida en el planeta y tiene múltiples usos en la industria, por ejemplo: en soldadura, extintores, como hielo seco, presurizador, solvente, secador, en bebidas, entre otros. Pero el incremento del quemado de combustibles de carbono ha aumentado su concentración en la atmósfera y siendo este un gas de efecto invernadero, ha contribuido grandemente al calentamiento global, y al disolverse en agua genera ácido carbónico, que es la principal causa de la acidificación del océano.
La expresión “Funciona como un reloj suizo” hace referencia a una máquina que posee un elevado nivel de precisión en el ajuste de sus componentes, por lo cual da su mejor rendimiento, entendiéndose este último en el caso de un vehículo como la proporción que existe entre la inversión en combustible, llantas, lubricantes, repuestos, mantenimiento y otros gastos, con relación a los beneficios obtenidos, tales como: bajo consumo de combustible, máxima potencia, largos períodos de disponibilidad, mayor vida útil y, sobre todo, emisión de gases contaminantes dentro de los parámetros permitidos. De ahí la importancia del mantenimiento del vehículo, pero también se debe tomar en consideración el estilo de manejo de la persona conductora y algunos elementos físicos que afectan el consumo de combustible y, por tanto, la emisión de gases contaminantes.
Existen una serie de variables internas y externas al vehículo que afectan su estado mecánico, tales como tiempo de uso, tipo de mantenimiento, forma de conducción, procedimientos de reparación, calidad de repuestos, uso en actividades y condiciones para lo que fue diseñado, entre otras. El deterioro de los componentes del vehículo afecta directamente los valores de emisión de gases contaminantes, ya que todo aumento en el esfuerzo que deba hacer el motor para superar las resistencias al movimiento del vehículo, por efecto de componentes dañados o desajuste en sus sistemas, implica una mayor aceleración, utilización de más combustible y, por ende, mayor emisión de gases. Algunos de estos daños o desajustes son:
-Llantas con presión baja o lisas
-Dirección desalineada
-Componentes de frenos que se traban
-Falta de lubricación en el sistema de transmisión
-Resbalamiento del embrague
-Suspensión defectuosa
-Roles o bujes en general en mal estado, que generan fricción
-Otros.
Como hemos analizado anteriormente, todo incremento en el consumo de combustible genera un aumento en los gases contaminantes producto de la combustión. Las siguientes variables tienen relación directa con estos aumentos, porque inciden en las resistencias físicas que dificultan el desplazamiento del vehículo y deben ser tomadas en cuenta por la persona conductora en la planificación de la ruta.
-Estado de la carretera, por ejemplo: anegada, barro, lastre, con baches
-Nivel de congestionamiento
-Vía urbana, autopista o rural
-Ruta de montaña o llanura
-A nivel del mar o elevada, donde va disminuyendo el oxígeno del aire
-Condiciones del clima como lluvia o altas temperaturas
El estilo de manejo tiene una relación directa con el deterioro del vehículo, el consumo de combustible, la seguridad en la carretera y el aumento de emisión de gases contaminantes. La persona conductora además de estar alerta, descansada, con actitud de manejo defensivo y respetar las normas de tránsito, debe estar atenta a evitar costumbres como acelerar el motor repetidamente al hacer salidas o cambios de marcha, acelerar a fondo innecesariamente, sostener el vehículo con aceleración y embrague en pendientes, cambios de carril y rebasamientos innecesarios, entre otras actitudes y costumbres.
Como vimos anteriormente, el estado de los sistemas del vehículo tiene injerencia directa en el consumo de combustible y la emisión de gases contaminantes. De igual forma, el estado de funcionamiento del motor es de gran relevancia para estos aspectos. A continuación se presenta una imagen con las acciones que se deben desarrollar en el motor, para minimizar la producción de gases contaminantes y promover el ahorro de combustible.
La contaminación ambiental genera la necesidad de encontrar combustibles alternativos que reduzcan la emisión de gases contaminantes a la atmósfera y la dependencia de los combustibles fósiles. A continuación se presentan algunos ejemplos de los logros en este campo.
El etanol o bioetanol se obtiene, entre otros, del maíz o la caña de azúcar. La metodología de producción de este combustible consume una importante cantidad de energía en relación a la que se obtiene del producto, y requiere de grandes extensiones de terreno para cultivo.
Cuando se mezcla con la gasolina se le conoce como Gasohol. Esta mezcla se realiza en diferentes porcentajes para motores de explosión. Por ser corrosiva, se utiliza generalmente en la proporción de 10% de etanol y un 90% de gasolina, mezcla conocida como E10. Para utilizarla en porcentajes mayores se deben hacer modificaciones al motor, para así evitar que dañe componentes o empaques. El etanol emite menos dióxido de carbono (CO2) y no genera monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), ozono (O3) e hidrocarburos (HC). Tiene mayor octanaje que la gasolina y aunque posee menos energía, al mezclarla en bajas proporciones, las pérdidas de potencia y rendimiento no son significativas.
Este combustible se produce a base de aceites vegetales nuevos o usados como soja, girasol, palma, higuerilla, jatropha y otros, o a base de grasas animales. Se puede utilizar como sustituto o agregado del diésel o gasóleo en diferentes cantidades. Si el porcentaje de biodiesel como agregado es muy alto, se deben sustituir los componentes de caucho natural del vehículo por otros materiales sintéticos. El prefijo “bio” en su nombre no se refiere a ecología sino a que se extrae de sustancias orgánicas, por lo cual también es llamado 'agrocombustible', cuya producción para comercialización requiere de grandes extensiones para cultivo de la materia prima. En relación a la emisión de gases presenta una reducción de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono, partículas en suspensión, óxidos y sulfatos, al no contener azufre. Y al igual que con el etanol, se considera que el dióxido de carbono emitido por la combustión de los motores es compensada por la fijación en fotosíntesis en el crecimiento del cultivo.
Se extrae a partir del gas natural o el petróleo. Básicamente, es una mezcla de propano y butano. Posee un poder calorífico relativamente alto en relación con otros combustibles. Puede generar, en zonas urbanas, una reducción de un 68% en las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y del 15% de dióxido de carbono (CO2), en comparación con la gasolina. Su precio es hasta un 75% menor que el de la gasolina, lo cual representa un elevado ahorro económico, el cual se mantiene aunque el rendimiento del motor sea menor con este combustible, y pueda sufrir una pérdida de potencia de hasta un 5%. El motor puede funcionar indistintamente con gas o gasolina mediante un interruptor que puede ser accionado en marcha o detenido. Para quemar GLP se requiere realizar la conversión o adaptación del motor, mediante un set de componentes y la instalación del tanque para gas.
Los vehículos eléctricos representan para el transporte urbano una opción para la disminución del consumo energético y de la contaminación del ambiente por emisión de gases y ruido. La limitación más relevante de este motor es su menor autonomía en relación a los motores de combustible fósil, por el costo de las baterías y su limitada capacidad de almacenamiento para grandes distancias y altas velocidades. Algunas soluciones que se han puesto en práctica para mejorar dicha autonomía son:
- Mayor cantidad de puntos de recarga
- Alquiler de baterías
- Nuevas generaciones de baterías para recorridos de hasta 400 kilómetros
- La ayuda de un motor de combustión (vehículo híbrido). Para determinar el grado de limpieza de esta tecnología, se debe tomar en cuenta el procedimiento utilizado en la generación de la energía eléctrica para cargar la batería y el nivel de contaminación que este produzca.
Los vehículos híbridos están equipados con un motor eléctrico que es alimentado por un motor a gasolina, que además carga las baterías. La instalación de estos motores en el vehículo puede ser en serie, donde el motor a gasolina acciona un generador que alimenta las baterías y al motor eléctrico, siendo este último el encargado de mover el vehículo. O pueden estar instalados en paralelo, donde ambos motores se conectan a las ruedas para cuando se requieren altas prestaciones de velocidad y carga, pero en ciudad el vehículo funciona solo con el motor eléctrico y las baterías, reduciéndose el consumo de combustible y la emisión de gases. Estos vehículos hasta el momento tienen un elevado costo de adquisición.
El hidrógeno es el elemento más abundante en la naturaleza, pero no se encuentra almacenado en yacimientos; siempre está ligado a otras sustancias como el agua o los hidrocarburos. En la actualidad, el hidrógeno como combustible en vehículos está a nivel experimental en dos líneas: una como combustible en motores de explosión, donde se quema igual que la gasolina, y otra por conversión en una pila de combustible, donde se convierte en electricidad mediante la transformación de energía química en energía eléctrica, con el fin de alimentar motores eléctricos, obteniéndose como residuo final agua y en este caso emisión de gases cero. Uno de los mayores problemas por resolver es la obtención del hidrógeno dentro del mismo vehículo, por las dificultades que presenta para su almacenamiento. Este se puede obtener a partir de otro combustible como la gasolina o el metano, mediante una transformación química que también libera dióxido de carbono (CO2), proceso llamado 'isomerización', o mediante la electrolisis del agua, lo cual consume mucha energía.