¿Qué es un filtro de partículas diésel?

¿Alguna vez se ha preguntado cómo la industria mantuvo a los vehículos diesel que producen hollín en la carretera? Así es cómo…

Uno de los subproductos destacados de la combustión de diésel es la materia particulada, que consiste principalmente en hollín formado por combustible no quemado. Este hollín, junto con otras partículas y productos derivados de la combustión, se emite como un humo negro denso, generalmente cuando el motor está bajo una carga pesada.

El hollín, y las otras partículas finas emitidas por los motores diésel, son dañinas si se ingieren y pueden causar problemas como el daño pulmonar y el cáncer. En áreas urbanas, en particular, la gran cantidad de tráfico impulsado por diésel contribuye significativamente a las enfermedades relacionadas con la contaminación del aire. Las formas de filtrar este material particulado fuera del flujo de escape comenzaron a ser investigadas a fines de la década de 1960, lo que resultó en el desarrollo de filtros de partículas. El primer sistema automotriz de producción fue ofrecido por Mercedes-Benz, en su mercado californiano 1985 300D, por ejemplo.

Los sistemas, que luego se conocieron como ‘filtros de partículas diésel’ (DPF), se basaron en atrapar el hollín de escape en un conjunto de filtro. Cuando el filtro se llenara, se llevaría a cabo un ciclo de ‘regeneración’. Este proceso elevaría la temperatura en el filtro de partículas a niveles tan altos que los subproductos almacenados no deseados serían quemados y oxidados, y luego liberados como dióxido de carbono menos dañino.

A medida que el diesel se hizo más popular, y la congestión en las ciudades llevó a problemas de calidad del aire cada vez más desagradables, el uso de DPF se hizo más generalizado. Para el año 2009, a medida que las regulaciones de emisiones seguían siendo más estrictas, se hizo necesario que todos los nuevos autos diésel tuvieran un filtro de partículas diésel.

¿Cómo funciona un filtro de partículas?

Dentro de un filtro de partículas diesel hay una estructura llamada ‘sustrato de filtro’, que es el elemento responsable de capturar las partículas de hollín. Normalmente está hecho de materiales cerámicos y sus paredes son a menudo porosas. Se utilizan dos formas comunes de diseño: el flujo de pared y el filtro de flujo parcial. El primero involucra a todos los gases de escape que fluyen a través de las paredes porosas del filtro, que elimina las partículas de manera efectiva pero puede hacer que el ensamble se obstruya fácilmente. Los filtros de flujo parcial, alternativamente, contienen canales que fluyen y se entrelazan, de modo que cuando el gas de escape cambia de dirección rápidamente, deposita hollín en la pared del sustrato. Estos filtros no se obstruyen fácilmente pero son mucho menos efectivos.

En cualquier caso, el principio básico es el mismo. El escape del motor se alimenta al filtro de partículas diésel y los gases fluyen a través del material poroso o los canales internos. Las partículas en la corriente de escape no pueden pasar a través de las paredes o los canales en el filtro, por lo que luego se depositan dentro del DPF, mientras que el resto del gas de escape sale del tubo de escape.

Los depósitos en el DPF, si no se controlan, eventualmente bloquearán el conjunto del filtro y causarán importantes problemas de rendimiento. Para limpiar el filtro, sin quitarlo del automóvil, se lleva a cabo un proceso llamado ‘regeneración’. Esto implica aumentar la temperatura en el interior del filtro de partículas hasta el punto en que los residuos almacenados en el interior se quemen y se oxiden en una forma gaseosa, típicamente dióxido de carbono. El proceso, que genera emisiones menos dañinas que simplemente liberar el hollín a la atmósfera, puede ocurrir de forma pasiva o activa.

La regeneración pasiva se produce cuando la temperatura de los gases de escape es lo suficientemente alta como para quemar el material dentro del filtro; tales condiciones pueden experimentarse cuando el automóvil se conduce a velocidades de autopista y, como resultado, el proceso permanece invisible para el conductor. La regeneración activa, por otro lado, implica el aumento artificial de la temperatura dentro del filtro. Un enfoque es alterar el comportamiento del motor, retrasando el proceso de inyección, por ejemplo, para que la combustión continúe en el escape y calienta el filtro. Alternativamente, se puede inyectar un sistema de calefacción o combustible directamente en el escape, quemando en el sistema para elevar su temperatura.

En algunos casos, como el conductor que solo realiza viajes cortos continuamente, es posible que el filtro no tenga la oportunidad de regenerarse. Esto lo lleva a bloquear, reducir el rendimiento del motor y causar problemas; como resultado, muchos técnicos pueden obligar a un DPF a regenerarse para limpiarlos. Si bien los filtros de partículas pueden ser molestos, al menos son eficientes: un fabricante afirma que sus filtros de flujo de pared capturan el 90% o más de las partículas de hollín emitidas por el motor.

¿Los carros de gasolina usan filtros de partículas?

Una ligera ironía de la reciente reacción contra los motores diésel es que muchas de las gasolinas modernas, específicamente aquellas que dependen de la inyección directa, no están libres de problemas relacionados con las emisiones. En particular, un estudio suizo de tres años reveló que varios automóviles de inyección directa emitían entre diez y 100 veces más partículas «ultrafinas» que un diésel moderno equipado con un filtro de partículas.

Estas partículas más finas son producidas por los procesos de combustión y mezclas experimentadas por los motores de inyección directa. Más problemáticamente, son potencialmente incluso más dañinos que las partículas convencionales, ya que su tamaño más fino significa que pueden penetrar en los tejidos blandos, como los de los pulmones, con mayor facilidad.

En consecuencia, los resultados han llevado a algunos fabricantes a equipar sus vehículos de gasolina con filtros de partículas. Nuevamente, Mercedes-Benz fue una de las principales fuerzas en la adopción de los GPF de «filtros de partículas de gasolina». En 2017, algunas versiones de gasolina de la Clase S W222-gen estaban equipadas con filtros de partículas.

A diferencia de los filtros diésel de la compañía, las versiones de gasolina utilizan cordierita, un material de silicona que contiene magnesio, hierro y aluminio, en su conjunto de filtro. Los filtros de cordierita son menos costosos que los basados ​​en carburo de silicio utilizados en los diesel, y no pueden soportar temperaturas tan altas, pero el material no se expande tanto cuando se calienta. En consecuencia, los filtros de partículas a base de cordierita son más fáciles de empaquetar. Su rendimiento de filtración, sin embargo, sigue siendo excelente.

Otras marcas que usan GPF incluyen Ford, en el Ecoboost Mustang 2018 y el Fiesta ST, y Volkswagen, que los usa en el Up GTI y Tiguan.

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Fuente: www.pistonheads.com
Autor: Lewis Kingston

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