CONTAMINACIÓN - Definición - Significado

Con este término se denomina la alteración, directa o indirectamente perjudicial para la salud humana, que el hombre produce en la Naturaleza en sus 3 componentes fundamentales: el aire, el agua y el suelo. La industrialización ejerce una influencia directa en los 3 tipos de contaminación, mientras que la motorización va ligada casi exclusivamente a la contaminación del aire, produciendo efectos limitados en el suelo y en el agua mediante la emisión de:

- partículas sólidas (por ejemplo: desgaste de los neumáticos, desgaste de los frenos, residuos industriales, etc.);

- líquidos (por ejemplo: pérdidas de aceite, vertidos de aceite en las redes de alcantarillado, etc.).

La contaminación atmosférica consiste en una alteración de las características fisicoquímicas del aire y es la que ejerce una relación más directa con la motorización.

HUMOS DE LOS MOTORES DIESEL

En los motores Diesel, las regulaciones de carga se efectúan variando únicamente la cantidad de combustible inyectado, sin actuar sobre la cantidad de aire. El gráfico muestra cómo la cantidad de humos depende directamente de la dosificación del combustible, es decir, de la carga.

Pueden considerarse como contaminantes del aire todos los gases distintos del oxígeno y del nitrógeno, con exclusión del vapor de agua y del C02, que se consideran no perjudiciales, aunque un aumento de la proporción de este último podría crear alteraciones debidas a su distinta permeabilidad a los rayos infrarrojos. Los principales compuestos contaminantes son:

- compuestos oxigenados del carbono (CO),

- óxidos de nitrógeno (NOx),

- anhídrido sulfuroso (S02),

- partículas sólidas,

- hidrocarburos (HC),

- productos de la industria química.

El problema principal de este sector está constituido por la instalación de industrias gigantescas en las inmediaciones de las aglomeraciones urbanas; sin embargo, la mayor aportación a la contaminación del aire se debe a las industrias vitales para la economia, tales como las metalúrgicas, químicas y petrolíferas. También los procesos de combustión empleados para la producción de energía, para calefacción, para la incineración de basuras, etc., pueden considerarse entre las fuentes más numerosas de la contaminación atmosférica.

A fin de encuadrar las dimensiones del problema derivado de la combustión de los diferentes productos, baste considerar que, en 1974, se quemaron en el mundo, aproximadamente:

- 2.500 x 1061 de carbón,

- 1.500 x 109 m3 de gas natural,

-2.500 x 1061 de petróleo.

Las substancias más nocivas que se emiten en los procesos de combustión de estos productos son los compuestos oxigenados de nitrógeno, los derivados de azufre y las partículas sólidas en suspensión.

Perjuicios del automóvil - Los automóviles emiten substancias contaminantes de diversos tipos según que el ciclo del motor sea de Otto o de Diesel. Los principales contaminantes emitidos por los motores de encendido por chispa son:

- monóxido de carbono,

- hidrocarburos sin quemar,

- óxidos de nitrógeno,

- plomo.

Los producidos por los motores Diesel son:

- partículas carbonosas,

- óxidos de nitrógeno,

- compuestos de azufre.

Se ha estimado que la cantidad de contaminantes emitidos diariamente por el parque de automóviles de una ciudad europea típica asciende a unos 106 m3. Teniendo en cuenta los tipos de gases emitidos por un automóvil medio durante la marcha por ciudad, puede considerarse que los valores de las emisiones diarias debidas al tráfico de vehículos en una gran ciudad son:

- 450.000 m3 de CO,

- 50.000 kg de HC,

- 20.000 kg de óxidos de nitrógeno.

En condiciones atmosféricas especiales, algunos contaminantes dan lugar al denominado «smog» fotoquímico.

Asimismo, pueden producirse reacciones entre los hidrocarburos no quemados y los óxidos de nitrógeno, hasta provocar irritaciones en los ojos y en las vías respiratorias. Además, se presta una atención especial a los compuestos de azufre: en el caso de las gasolinas, al ser el contenido de azufre muy bajo, tan sólo pueden producirse fenómenos secundarios, tales como olores desagradables; en cambio, en el caso de los motores Diesel, ya que el gas-oil contiene hasta un 1% de azufre, puede llegarse a un contenido de anhídrido sulfuroso (0,08) que puede considerarse bastante alto. Aparte de los procesos de combustión propiamente dichos, los automóviles también contaminan el aire mediante la emisión de hidrocarburos, debida a pérdidas por evaporación en el carburador y el depósito, así como a través de los productos no quemados emitidos por el motor.

Motores de ciclo de Otto - Las principales emisiones están constituidas, como ya se ha indicado, por el monóxido de carbono (CO); sus concentraciones máximas en los gases de escape se alcanzan durante el funcionamiento al ralentí, con un valor comprendido entre el 3,5 y el 10%. Su formación demuestra que la combustión en el motor es incompleta y que la carburación no sigue una relación estequiométrica.

También la concentración de monóxido de nitrógeno (NO) en los gases de escape de los motores de gasolina es bastante considerable y está condicionada esencialmente por la relación de aire y combustible de la mezcla, la relación de compresión, la temperatura en la cámara de combustión y otras características de los motores. El monóxido de nitrógeno se combina rápidamente con el oxígeno del aire, transformándose en N02, que, en presencia de humedad, puede dar lugar a ácido nítrico y ácido nitroso. La reducción de las concentraciones de NO se obtiene con retrasos en la combustión y con el empleo de mezclas ricas.

Los hidrocarburos no quemados (HC) están constituidos por la parte de hidrocarburos que no ha participado en la combustión o bien tan sólo se ha oxidado parcialmente. En efecto, en determinadas condiciones dinámicas, el frente de llama puede resultar refrigerado en el interior del cilindro, con la consiguiente interrupción del proceso de oxidación. El funcionamiento con mezclas ricas o las sobrecargas son normalmente los fenómenos que condicionan más directamente el porcentaje de HC en los gases de escape. Además, en algunos casos, se obtiene la formación de pequeñas cantidades de hidrocarburos policíclicos aromáticos, cuyo efecto cancerígeno es conocido.

El plomo que se añade a las gasolinas para aumentar su número de octano se vierte a los gases de escape en forma de cloruros, bromuros, óxidos y otros compuestos de plomo, finamente pulverizados y, por tanto, peligrosos, aunque las diferentes opiniones no con-cuerdan acerca de la intensidad del daño que producen.

Motores Diesel - Durante su funcionamiento, según la carga, los motores Diesel pueden emitir diversas substancias contaminantes:

- Partículas carbonosas. Una porción del carbono de los hidrocarburos presentes en la cámara de combustión no toma parte completamente en la combustión y se expulsa en forma de carbono libre, junto con otras muchas substancias contaminantes, tales como aldehidos, cotonas, etc. Estas partículas carbonosas crean los humos típicos de esta clase de motores, que, esencialmente, son función de la carga a que se hallan sometidos, de su estado de mantenimiento y del calibrado y eficiencia del aparato de inyección. Es conveniente recordar que la relación de aire y combustible en los motores Diesel varía en función de la carga, que tan sólo es regulada mediante el caudal de los inyectores, contrariamente a lo que sucede en los motores de encendido por chispa, en los que dicha relación viene regulada por las complicadas leyes de la carburación (sin embargo, en algunos motores Diesel existe una mariposa para el aire).

- Óxidos de nitrógeno. A causa de las elevadas temperaturas en el interior de la cámara de combustión, la formación de óxidos de nitrógeno en los motores Diesel es mucho más importante que en los motores de encendido por chispa.

- Compuestos de azufre. Debido a que el porcentaje de azufre presente en el gas-oil puede alcanzar valores muy elevados, existe una considerable formación de anhídrido sulfuroso.

El problema de la contaminación producida por los automóviles ha conducido al estudio de dispositivos destinados a limitar o eliminar la emisión de las substancias contaminantes.

Métodos de análisis de los contaminantes atmosféricos - Se exponen brevemente a continuación los métodos más extendidos para el análisis de las emisiones de los automóviles; se han dejado al margen de manera voluntaria los métodos estrictamente químicos, raramente empleados para los motores.

Espectrofotometría - Algunas substancias, al ser excitadas por métodos térmicos o eléctricos, emiten radiaciones electromagnéticas. El parámetro que caracteriza a estas radiaciones es su longitud de onda. Cuando una radiación electromagnética atraviesa una capa de una substancia cualquiera, se transmite parcialmente, se refleja o es absorbida. La espectrofotometría de absorción se basa en el principio según el cual todos los cuerpos absorben las radiaciones con una longitud de onda característica de la substancia.

Espectrofotometría de rayos infrarrojos. Se emplea para la detección de CO, C02, S02, NO, hidrocarburos de bajo peso molecular, disolventes volátiles, etc.

Espectrofotometría de rayos ultravioletas. Se emplea para la detección de N02, 03 y algunos tipos de hidrocarburos aromáticos. Los gases de escape de un automóvil contienen numerosas substancias contaminantes. Existen aparatos portátiles que permiten medir la cantidad de CO, C02 y HC emitidos. Dos sondas (arriba) captan los gases del tubo de escape y los envían a los aparatos de rayos infrarrojos (al lado), que los examinan comparándolos con un gas de composición conocida. La diferencia de transparencia de los gases a los rayos infrarrojos se indica en las escalas, en las que pueden leerse directamente los porcentajes.

Espectrofluorimetría - Método empleado para el análisis de hidrocarburos aromáticos y, eventualmente, para el anhídrido sulfuroso. La muestra de gas se somete a irradiación; los hidrocarburos aromáticos policondensados que pueden hallarse presentes emiten radiaciones fluorescentes. Un detector emite una señal proporcional a la radiación recibida.

Absorción atómica - Se emplea para la determinación de los metales presentes en los aerosoles y en los polvos y, principalmente, para la detección del plomo. Los polvos se recogen previamente en unos filtros adecuados y se analizan, empleando las propiedades de absorción que los átomos no excitados poseen con relación a las radiaciones de determinada longitud de onda. Las radiaciones características de cada metal se generan mediante lámparas de cátodo hueco adecuadas.

Cromatografía de fase gaseosa - Este método de análisis se emplea para la determinación de NO, N02, NOj (mezcla de NO y N02), CO, C02, S02, hidrocarburos, etc. Es una técnica que emplea el principio de la destilación fraccionada. La muestra es transportada por un gas inerte a través de una columna de fraccionamiento llena de un sólido poroso finamente fragmentado, que tiene la misión de retener selectivamente el gas que se ha de analizar. Cada componente se separa de una forma característica.

Quimioluminiscencia - Este método se basa en la medición de la luz que se forma tras la reacción química de algunos gases con el ozono.

Culombimetria - Se emplea para la determinación de ozono, dióxido de nitrógeno, anhídrido sulfuroso y cloro. Se basa en la reacción química de los gases con bromuro y yoduro de sodio o de potasio.

Colorimetría - Se usa principalmente para la determinación de los óxidos de nitrógeno, anhídrido sulfuroso y ozono, basándose en la medición de la intensidad del color que se forma por reacción de los gases en cuestión, con reactivos químicos adecuados.

Polarografía - Se emplea para la determinación de NO y N02. Aprovecha el principio según el cual al aplicar a una disolución una diferencia de potencial variable, los distintos iones presentes se dirigen hacia los electrodos a un voltaje determinado.

Procedimientos de detección - Los análisis de los gases emitidos por los automóviles se efectúan en laboratorios adecuados convenientemente equipados, colocando los vehículos sobre bancos de rodillos especíales y haciéndolos funcionar de manera que representen un trazado determinado. Evidentemente, es preciso establecer procedimientos de medición que puedan repetirse y reproducirse.

Sobre el banco de rodillos deben simularse las resistencias al avance mediante frenos dinamométricos adecuados y el efecto de la masa del vehículo durante las aceleraciones y deceleraciones mediante volantes. El vehículo permanece quieto durante 12 h, como mínimo, en un ambiente a unos 15 °C y luego es conducido siguiendo cierto diagrama de velocidades en función del tiempo, denominado ciclo. Con respecto a estos ciclos, puede decirse que se ha ido produciendo una sucesión de modificaciones a partir del original (ciclo de California), para ir adaptándose mejor a la representación de diferentes condiciones de marcha; a veces, en lugar de modificar la forma del ciclo, se consideran válidos únicamente ciertos períodos del mismo o se habla de ciclos calientes y ciclos fríos (examen de los gases con el motor caliente o frío). La tabla resume las principales características de los diversos ciclos existentes.

Leyes y reglamentos - La primera legislación relativa a las emisiones de los automóviles apareció en 1963, en California, con la adopción de la recirculación de los gases emitidos por el respiradero del motor. (*Blow-by.)

La primera norma limitadora de las emisiones por el escape apareció, también en California, en 1966. Los límites de concentración impuestos para todos los automóviles eran iguales a un 1,5 % de CO y un 0,275 %c de HC.

En lo referente a Europa, existe, para los automóviles en fase de homologación y para los que se hallan en producción, una directriz del Mercado Común que establece la masa de monóxido de carbono y de hidrocarburos que debe emitirse durante el cumplimiento de un ciclo determinado. Además, se encuentran limitados los gases del respiradero y el CO a un mínimo (4,5 %).