Category Archives: 02.01. Motores Volumétricos de Combustión Interna (motores).

1. Pues vamos a verlo, y comparémoslo con la gasolina.

A efectos de cálculo, para simplificar, se puede considerar que el diésel es dodecano, $C_{12} H_{26}$, y que la gasolina es octano, $C_{8} H_{18}$.

Si en el motor se consigue la combustión completa y estequiométrica con aire seco ($79 \% N_2+21 \% O_2$, en base molar o, lo que es lo mismo, $3,76 N_2+O_2$), las reacciones ajustadas correspondientes son:

Para el dodecano:

$C_{12} H_{26}+18,5\left(3,76 N_2+O_2\right)\rightarrow 12 C O_2+13 H_2 O+69,56 N_2$

Para el octano:

$C_{8} H_{18}+12,5\left(3,76 N_2+O_2\right)\rightarrow 8 C O_2+9 H_2 O+47 N_2$

De aquí, la relación aire-combustible en base molar, $\overline{AC}$, es

Para el dodecano:

$\overline{AC}=\frac{18,5 \times 4,76 kmol_{aire}}{1 kmol_{C_{12} H_{26}}}=88,06 \frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}$

Para el octano:

$\overline{AC}=\frac{12,5 \times 4,76 kmol_{aire}}{1 kmol_{C_{8} H_{18}}}=59,5 \frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}$

La masa molecular ficticia del aire es $M_{aire}$, es $28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}$. Por su parte, la masa molecular del dodecano, $M_{C_{12} H_{26}}$, es $170,0 \frac{kg_{C_{12} H_{26}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}$ y la del octano, $M_{C_{8} H_{18}}$, es $114,0 \frac{kg_{C_{8} H_{16}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}$, y  por lo que resulta, para la relación aire-combustible en base másica, $AC$,

Para el dodecano:

$AC=88,06\frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}\times \frac{28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}}{170,0 \frac{kg_{C_{12} H_{26}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}}=15,01 \frac{kg_{aire}}{kg_{C_{12} H_{26}}}$

Para el octano:

$AC=59,5\frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}\times \frac{28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}}{114,0 \frac{kg_{C_{8} H_{18}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}}=15,12 \frac{kg_{aire}}{kg_{C_{8} H_{18}}}$

Veamos ahora qué ocurre en cuanto a la producción de $CO_2$. Para ello, calculemos la relación $CO_2$-combustible, $\overline{{CO_2}C}$ para cada combustible.

Para el dodecano:

$\overline{{CO_2}C}=12\frac{kmol_{{CO_2}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}$

Para el octano:

$\overline{{CO_2}C}=8\frac{kmol_{{CO_2}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}$

La masa molecular del ${CO_2}$ es $44,0 \frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}}$ por lo que operando de la misma forma que se hizo para la relación aire-combustible, resulta

Para el dodecano:

${CO_2}C=12\frac{kmol_{CO_2}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}\times \frac{44,0\frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}}}{170,0\frac{kg_{C_{12} H_{26}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}}=3,11 \frac{kg_{CO_2}}{kg_{C_{12} H_{26}}}$

Para el octano:

${CO_2}C=8\frac{kmol_{CO_2}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}\times \frac{44,0\frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}}}{114,0\frac{kg_{C_{8} H_{18}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}}=3,09 \frac{kg_{CO_2}}{kg_{C_{8} H_{18}}}$

CONCLUSIÓN 1: Contaminación asociada al consumo de aire.

En cuanto al consumo de aire, los resultados son similares, aunque son ligeramente ventajosos para el diésel.

Si se tiene en cuenta que los vehículos diésel consumen menos combustible que los vehículos de gasolina (su rendimiento es superior), se puede decir que, en cuanto al consumo de aire en vehículos es más ventajoso el diésel que la gasolina.

En cuanto al consumo de aire el diésel es menos contaminante que la gasolina.

CONCLUSIÓN 2: Contaminación asociada al $CO_2$ emitido.

En cuanto al $CO_2$ emitido, los resultados obtenidos son también similares, aunque ahora ligeramente ventajosos para la gasolina.

Nuevamente, si se tiene en cuenta que los vehículos diésel consumen menos combustible que los vehículos de gasolina, se puede decir que, en cuanto a las emisiones de $CO_2$ en vehículos, es más ventajoso también el diésel que la gasolina.

En cuanto a emisiones de $CO_2$ el diésel es, también, menos contaminante que la gasolina.

El lector debe tener en cuenta que estos cálculos se han hecho con la hipótesis de que los hidrocarburos son sustancias puras y la combustión es completa y estequiométrica.

Los hidrocarburos que conocemos como diésel o gasolina no son sustancias puras, sino mezclas en las que el hidrocarburo predominante es el dodecano, para el diésel, y el octano, para la gasolina. Esto es debido al proceso de separación o "craqueo" del petróleo. La consideración del combustible con todos sus componentes complica los cálculos y no varía apreciablemente los resultados.

Por otro lado, en motores térmicos la combustión nunca es completa y estequiométrica. Siempre se hace con exceso de aire para poder acelerar, es decir, para poder variar el régimen del motor de acuerdo con sus necesidades, y el hecho de que se realice con gran rapidez da lugar a que sea, además, incompleta. Esto da lugar a que los cálculos realizados tengan un carácter meramente aproximado. En la combustión real, incompleta y con exceso de aire, es imprevisible conocer exactamente a priori la composición cuantitativa de los humos, lo que hace necesario recurrir a su medición, apareciendo, en ambos casos, óxidos de nitrógeno, $NO_x=NO+NO_2$. Tanto más completa y estequiométrica se la combustión, más alta es la temperatura de los humos, mejor es el rendimiento (según el Segundo Principio de la Termodinámica) y menos combustible se consume, pero mayor es la cantidad de $NO_x$ producidos. Para disminuir la temperatura de la combustión los motores emplean dispositivos como la válvula EGR (acrónimo de Exhaust Gas Recirculation o Recirculación de Gases de Escape) que consiguen bajar la temperatura de la combustión (desviando un pequeño flujo de humos hacia la admisión), disminuyendo el rendimiento y aumentando el consumo, por tanto, pero reduciendo las emisiones de $NO_x$.

Bien es cierto que en la combustión del diésel aparecen mayores cantidades de lo que se llaman "inquemados", en forma de partículas, que dan una mayor sensación de suciedad, y verdaderamente ensucian el entorno (siendo, además, cancerígenas si se inhalan en grandes cantidades). Esto es debido, básicamente, a la configuración de la molécula de dodecano, más compleja (larga) que la de octano, lo que dificulta su reacción con las moléculas de oxígeno. Pero también se producen inquemados con la gasolina. La ventaja, no obstante, es que las partículas se ven, caen y acaban depositándose, mientras que los inquemados de la gasolina no se ven y permanecen en el ambiente, normalmente en forma gaseosa, pudiendo ser inhalados sin darnos cuenta.

CONCLUSIÓN FINAL.

La palabra "altamente" en la frase "...el diésel es altamente contaminante..." aporta una apreciación subjetiva que no se corresponde con la realidad, como se ha demostrado, además de ser imprudente en un gobernante.

El diésel no es más contaminante que la gasolina.

Así:

Y así: