Medición de la composición de humos en motores de combustión interna

Entre las muchas técnicas de diagnóstico que pueden llevarse a cabo en motores de combustión interna tanto de Ciclo Otto como de Ciclo Diesel, está la medición de humos de escape. En esta medición fundamentalmente se trata de diagnosticar el exceso de oxígeno, la concentración de NOx, la proporción de CO, y la presencia de otros gases contaminantes como el SO₂. Con estos valores puede comprobar la eficiencia de la combustión y utilizarse como base para algún tipo de acción correctiva relacionada con la cámara de combustión.

Las técnicas de diagnóstico (muchas veces denominadas erróneamente como mantenimiento predictivo) que pueden llevarse a cabo en motores de combustión interna son muchas y variadas, y permiten determinar con total precisión si es necesario llevar a cabo un mantenimiento mayor o si dicha intervención puede esperar.

Entre las técnicas de diagnóstico de motores de combustión interna más frecuentes están las siguientes:

• Análisis de aceites.
• Inspección boroscópica.
• Análisis por ultrasonidos del turbo.
• Análisis de vibraciones, de acuerdo con lo descrito en la norma ISO 10816-6.
• Análisis de los humos de combustión.

El análisis de los humos de combustión consiste en introducir una sonda en los humos que salen a la atmosfera y comprobar su composición. Son varios los gases que deben medirse para comprobar si la combustión se está llevando a cabo correctamente o no.

El primero de ellos es el exceso de oxígeno. Los motores de combustión para asegurar que el combustible se quema de forma completa, requieren de cierta cantidad de aire en exceso. Este aire en exceso no puede ser ni mayor ni menor que un determinado valor, así que se hace necesario verificar cual es dicho exceso para comprobar si la combustión se está realizando de acuerdo a lo que se espera del motor o no.

El segundo de los gases que es necesario medir es el monóxido de carbono (CO). El CO nos indica si la combustión es completa o incompleta, teniendo en cuenta que si hay una carencia de oxígeno este preferirá convertir el combustible fósil en CO antes que llevar a cabo una combustión completa convirtiéndolo en CO₂, ya que la reacción es más rápida. La presencia de CO por encima de determinados valores, indicados normalmente en el manual del fabricante, nos indicará si la combustión se está realizando de acuerdo con lo esperado.

Los siguientes gases que nos interesan son el monóxido y el dióxido de nitrógeno, o más bien, la suma de ambos, conocida como NOx, que permite conocer si las condiciones de combustión son las adecuadas o no. Hay que tener en cuenta que el NOx se forma por la reacción entre el nitrógeno y el oxígeno contenidos en el aire; no tiene nada que ver con el combustible, sino con las temperaturas que se alcanzan en la cámara de combustión. El NOx es un gas curioso, pues cuanto mayores sean los valores de NOx quiere decir que la combustión se lleva a cabo a temperaturas más altas y, por tanto, con mejores potencia y rendimiento, pero, desgraciadamente, se trata de un gas de fuertes características contaminantes. Por ello, la legislación ambiental y la declaración de impacto ambiental que aplica a cada planta limitan las emisiones de dichos gases. Es curioso que la medición de NOx se entiende en las plantas como una medición de carácter legal, cuando habitualmente solo se mide cuando “toca”, es decir dentro del programa de inspecciones legales a las que están sometidas la plantas de combustión.

Pero la determinación de la proporción de NOx en los gases de combustión, nos permite no solo saber si estamos cumpliendo o no con las obligaciones legales, sino también si la combustión se está realizando como se ha diseñado. Si la composición de NOx es más alta de lo esperado, habrá que entender que las temperaturas en la cámara de combustión son más altas de lo esperado, con las consecuencias que ello tiene en la potencia y rendimiento (consecuencias favorables) pero también en la degradación de en degradación de camisas, pistones.

El último de los gases que nos interesa es el propio combustible, ya que la presencia de combustible sin quemar en los gases de escape indica combustión incompleta o inadecuada.

Por tanto, la medición de los humos de combustión se convierte así en una técnica imprescindible para el mantenimiento de motores de combustión interna, ya sean aquellos que utilizan un ciclo Otto (gas natural, propano, gas de vertedero) como aquellos que utilizan in ciclo Diesel (que utilizan como combustible gasoil o fueloil).