Buena parte de la energía consumida actualmente en el mundo se obtiene a través de reacciones de combustión y los combustibles más ampliamente empleados son los llamados combustibles fósiles.
Combustión: Combinación de un combustible con un comburente con desprendimiento de calor. En los motores de combustión interna, esta reacción se provoca para aprovechar la energía que libera.
Combustibles fósiles: Sustancias que se han originado por la destrucción o transformación de residuos animales y vegetales de otras épocas geológicas. Petróleo, gas natural y carbón son los combustibles fósiles que se usan en mayor cantidad a escala mundial.
En los compuestos que contienen carbono e hidrógeno, si la combustión es completa, todo el carbono aparece en CO2 y todo el hidrógeno en H2O. Si la reacción es incompleta (porque el oxígeno sea insuficiente o porque el tiempo de reacción haya resultado escaso) aparecen otros productos de oxidación, como CO u otros compuestos de carbono con oxígeno (e hidrógeno).
Por necesidades técnicas, para que la combustión sea realmente completa, hay que aportar más aire del que, teóricamente, según la estequiometría (cantidad de oxígeno, o en su caso aire, que hace falta para quemar una cierta masa de combustible) es necesario; o sea, que en la práctica, con la cantidad teórica de aire no se logra una combustión completa; se requiere un exceso de oxígeno que, aunque quede sin reaccionar, tiene que estar presente. En los motores diesel en general se habla de un 40% de exceso de aire.
La contaminación por NOx
Es bien sabido que los NOx emitidos a la atmósfera pueden causar daños al ecosistema y son especialmente agresivos por su carácter ácido. La creciente contaminación de los NOx ha llevado a las naciones tecnológicas e industrialmente más avanzadas a limitar sus emisiones.
Las técnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden clasificar en dos grupos: aquellas consistentes en modificaciones en la combustión para reducir la formación de los NOx "medidas primarias" o aquellas consistentes en el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx "medidas secundarias".
El desarrollo de los diferentes sistemas que utilizan la electrónica para controlar el funcionamiento del motor las podemos involucrar dentro de las medidas primarias.
En este caso me referiré a las tecnologías de los sistemas electrónicos aplicadas por Caterpillar:
(PEEC) Programable Electronic Engine Control. Control Electrónico
Programable del Motor.
a) La electrónica reemplaza al regulador de velocidad.
b) Todavía se emplea la bomba de combustible.
c) Varillaje del acelerador sustituido por acelerador electrónico.
d) Control electrónico de la relación aire/combustible.
e) Empleo de censores para monitorización.
(MEUI) Mechanical Electronic Unit Injectors. Inyector Unitario Mecánico Electrónico.
a) Inyector unitario electrónicamente controlado y mecánicamente actuado (árbol de levas de inyección).
b) La bomba de transferencia de combustible reemplaza a la bomba en línea (Bomba de inyección).
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Funcionamiento inyector unitario MEUI
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(HEUI) Hydraulic Electronic Unit Injectors. Inyector Unitario Hidráulico Electrónico
a) Inyector unitario electrónicamente controlado e hidráulicamente actuado (Se elimina el árbol de levas de inyección).
b) La bomba de transferencia de combustible reemplaza a la bomba en línea (bomba de inyección).
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De acuerdo con las especificaciones del fabricante, el Motor CAT 3516B operando a 100% de su capacidad le corresponden las siguientes tasas de emisión, expresadas en gramos del contaminante por caballos de fuerza de potencia efectiva por hora:
NOx: 6.9 g/hp-hr
CO: 0.35 g/hp-hr
COV: 0.13 g/hp-hr
Partículas: 0.103 g/hp-hr
Los motores anteriores, de la serie A, tenían inyección de combustible mecánica y producían emisiones de NOx del orden de 12 g/hp-hr.
Este motor de la serie B es una unidad de baja emisión y de mezcla pobre, lo que significa que la proporción del carburante se minimiza respecto de la cantidad de aire en la mezcla aire-combustible.
La tecnología de combustión de mezcla pobre se valió de la inyección electrónica para acercarse al límite de 6.9 g/hp-hr, que es la tasa de emisión de NOx establecida en California para generadores de este tamaño con Motor Diesel.
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