Resumen
Históricamente, ha predominado una fuerte dependencia de las fuentes no renovables, especialmente los combustibles fósiles, esenciales para el desarrollo de todos los sectores debido a su versatilidad como fuente de energía para máquinas y procesos industriales. Sin embargo, su uso intensivo y prolongado ha generado graves impactos ambientales y riesgos significativos para la salud pública, impulsados por el crecimiento poblacional, el aumento de la demanda energética y las emisiones contaminantes derivadas de su combustión.
Estos problemas han llevado a la implementación de regulaciones que limitan las emisiones contaminantes de los sectores industriales. En particular, se han establecido normativas para regular las emisiones del sector transporte, como CO, CO2, UHC, CH4, NOX, NH3, N2O y PM, ya que numerosas investigaciones científicas han relacionado estas emisiones con problemas de salud y el deterioro ambiental.
En respuesta, el sector transporte ha implementado estrategias para cumplir con los límites establecidos, adoptando motores eléctricos, pilas de combustible y sistemas híbridos, sin descartar los motores de combustión interna, los cuales continúan siendo objeto de numerosas investigaciones para optimizar su eficiencia y utilizar combustibles alternativos con bajo o nulo contenido de carbono. En este contexto, los combustibles gaseosos, como el NG y el LPG, han ganado protagonismo en los últimos años, especialmente en aplicaciones de servicio mediano y pesado donde otros sistemas y combustibles no pueden satisfacer la demanda a corto y mediano plazo.
Estas alternativas ofrecen ventajas significativas frente a los combustibles tradicionales como la gasolina y el diésel, destacándose por su menor impacto ambiental. No obstante, debido a que las normativas sobre emisiones contaminantes son y seguirán siendo sumamente estrictas, el uso de ATS es y seguirá siendo imprescindible para mitigar las sustancias contaminantes antes de que sean liberadas al medio ambiente. Por esta razón, resulta fundamental llevar a cabo investigaciones que permitan comprender el comportamiento reactivo de los ATS en motores de combustión interna alimentados con combustibles gaseosos para suplir la demanda energética de manera más sostenible.
Con base en lo anterior, el objetivo de esta tesis fue estudiar el comportamiento reactivo de los ATS utilizados en motores alimentados por combustibles gaseosos, específicamente LPG. Para ello, se evaluaron dos motores operando con LPG en un banco de pruebas, lo que permitió analizar tanto las emisiones crudas como el desempeño de diversos dispositivos ATS (PCAT, TWC, PF, AOC y CPF) en condiciones de operación estable y transitoria, a partir de los estándares establecidos por la normativa Euro VI. Además, se emplearon dos bancos de gases sintéticos para caracterizar el comportamiento reactivo de un TWC a través de pruebas de light-off, OSC y condiciones transitorias. Estos experimentos facilitaron la calibración y validación de un modelo computacional del TWC, proporcionando una comprensión detallada de los fenómenos fisicoquímicos que ocurren en este catalizador.
Entre los hallazgos más relevantes del trabajo destaca la alta efectividad del TWC en condiciones ligeramente ricas para la conversión simultánea de CO, UHC y NOX. Sin embargo, estas condiciones presentan el inconveniente de favorecer la formación de NH3 en el TWC, un fenómeno que puede mitigarse mediante la aplicación de pulsos que alternan la composición del escape entre fases ricas y pobres. La formación de N2O y NH3 estuvo fuertemente influenciada por la temperatura, así como por la presencia de H2O y H2 en el gas de escape, lo que sugiere que durante el arranque en frío del motor ambas especies pueden generar problemas significativos. Esto hace indispensable el uso de dispositivos como el PCAT y el CPF, los cuales mejoran el desempeño ambiental del motor al reducir estas especies contaminantes.
Palabras clave
Aftertreatment systems, Internal combustion engines, Gaseous fuels, Pollutant emissions, Three-way catalyst, Particulate filter, Liquefied petroleum gas
