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Jul 30, 2023

¿Qué es un filtro de partículas diésel? PH explica

Uno de los subproductos prominentes de la combustión diesel es el material particulado,

Uno de los subproductos destacados de la combustión del diésel son las partículas, que consisten principalmente en hollín formado por combustible sin quemar. Este hollín, junto con otras partículas y subproductos de la combustión, se emite como un denso humo negro, generalmente cuando el motor está bajo carga pesada.

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

Los sistemas, que luego se conocieron como 'filtros de partículas diésel' (DPF), se basaban en atrapar el hollín del 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 se quemarían y oxidarían, y luego se liberarían como dióxido de carbono menos dañino.

A medida que el diesel se volvió más popular y la congestión en las ciudades provocó problemas de calidad del aire cada vez más desagradables, el uso de DPF se generalizó. En 2009, a medida que las normas sobre emisiones seguían endureciéndose, se hizo necesario que todos los automóviles diésel nuevos tuvieran un filtro de partículas diésel.

¿Cómo funciona un filtro de partículas? En el interior de un filtro de partículas diésel se encuentra una estructura denominada 'sustrato filtrante', que es el elemento encargado de capturar las partículas de hollín. Por lo general, está hecho de materiales cerámicos y sus paredes suelen ser porosas. Se utilizan dos formas comunes de diseño: el flujo de pared y el filtro de flujo parcial. El primero involucra todo el gas de escape que fluye a través de las paredes porosas del filtro, lo que elimina las partículas de manera efectiva pero puede provocar que el conjunto se obstruya fácilmente. Los filtros de flujo parcial, alternativamente, contienen canales que fluyen y tejen, 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. Los gases de escape del motor se introducen en el filtro de partículas diésel y los gases fluyen a través del material poroso o los canales del interior. Las partículas en el flujo de escape no pueden atravesar las paredes o los canales del filtro, por lo que luego se depositan dentro del DPF, mientras que el resto del gas de escape sale por el tubo de escape.

Los depósitos en el DPF, si no se controlan, eventualmente bloquearán el conjunto del filtro y causarán problemas de rendimiento significativos. Para limpiar el filtro, sin sacarlo del coche, se lleva a cabo un proceso llamado 'regeneración'. Esto implica aumentar la temperatura dentro del filtro de partículas hasta el punto de que los desechos almacenados en su interior se queman y se oxidan en forma gaseosa, normalmente 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 ocurre cuando la temperatura de los gases de escape es lo suficientemente alta como para quemar el material dentro del filtro; tales condiciones se pueden experimentar 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 aumentar la temperatura dentro del filtro artificialmente. Un enfoque es alterar el comportamiento del motor, retrasando el proceso de inyección, por ejemplo, para que la combustión continúe en el escape y caliente el filtro. Alternativamente, se puede inyectar un sistema de calefacción o combustible directamente en el escape, quemándose en el sistema para elevar su temperatura.

En algunos casos, como cuando el conductor solo hace viajes cortos continuamente, es posible que el filtro no tenga la oportunidad de regenerarse. Esto conduce a que finalmente se bloquee, reduzca el rendimiento del motor y cause problemas; como resultado, muchos técnicos pueden obligar a un DPF a regenerarse para limpiarlos. Aunque los filtros de partículas pueden ser problemáticos, al menos son eficientes: un fabricante afirma que sus filtros de flujo de pared capturan el 90 por ciento o más de las partículas de hollín emitidas por el motor.

¿Los coches de gasolina utilizan filtros de partículas? Una leve ironía de la reciente reacción contra los diésel es que muchas 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 de diez a 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 las mezclas experimentadas por los motores de inyección directa. Más problemático, 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, más fácilmente.

En consecuencia, los resultados han llevado a algunos fabricantes a equipar sus vehículos de gasolina con filtros de partículas. Una vez más, Mercedes-Benz fue una de las fuerzas líderes en la adopción de GPF de 'filtros de partículas de gasolina'. En 2017, algunas versiones de gasolina de la Clase S W222-gen se equiparon con filtros de partículas.

A diferencia de los filtros diésel de la empresa, las versiones de gasolina utilizan cordierita, un material de silicio que contiene magnesio, hierro y aluminio, en el conjunto del filtro. Los filtros de cordierita son menos costosos que los basados ​​en carburo de silicio que se usan en los motores 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. Sin embargo, su rendimiento de filtración 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 Up GTI y Tiguan.

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