Las 5 emisiones reguladas del motor diesel: PM, NOx, HC, CO y opacidad

Cuando hablamos de “emisiones diesel” no estamos hablando de un solo contaminante: son cinco tipos distintos, cada uno con su propia química, su propio proceso de formación dentro del cilindro y su propio impacto ambiental. Las normas EPA en Estados Unidos, Euro en la Unión Europea, y las reglamentaciones nacionales de Latinoamérica (Perú, México, Chile, Argentina, Colombia) miden y limitan estos cinco compuestos por separado.

Entender qué es cada uno no es solo curiosidad técnica — es la base para diagnosticar motores modernos, elegir tecnologías de post-tratamiento y cumplir con las certificaciones de emisiones que se exigen cada vez más en obra y en flotas.

1. Material particulado (PM)#

Es lo que se ve. El humo negro que sale del escape de un motor diesel viejo es, en su mayor parte, PM. Técnicamente el particulado es una mezcla de tres cosas:

• Hollín (carbono elemental): partículas de carbono generadas cuando el combustible no se quema completamente en el cilindro.
• Fracción orgánica soluble (SOF, Soluble Organic Fraction): compuestos del combustible y del aceite lubricante que no se queman y se adhieren al hollín.
• Sulfatos: cuando el combustible contiene azufre, este se combina con oxígeno durante la combustión y forma sulfatos que también contribuyen al particulado.

El PM se mide en gramos por kilovatio-hora (g/kWh) o gramos por caballo de fuerza-hora (g/hp-h). En 2007 la EPA bajó el límite para motores heavy-duty a 0.01 g/hp-h, un valor 10 veces menor que el de 2004 (0.10 g/hp-h). Ese salto fue el que forzó la adopción masiva del DPF en la industria.

Impacto sanitario: el PM más fino (PM2.5, partículas menores a 2.5 micras) penetra profundo en los pulmones y se asocia con enfermedades cardiovasculares, cáncer de pulmón y muerte prematura. La OMS lo clasifica como carcinógeno del grupo 1.

2. Óxidos de nitrógeno (NOx)#

Bajo el nombre NOx se agrupan dos gases: monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO₂). En un motor diesel se producen principalmente por un fenómeno térmico: cuando la temperatura pico dentro del cilindro supera los 1.500 °C, el nitrógeno molecular (N₂) del aire —que normalmente es inerte— reacciona con el oxígeno y forma NO. Luego, ya en el escape o en la atmósfera, el NO se oxida y se transforma en NO₂.

Cuanto más caliente y eficiente sea la combustión, más NOx se produce. Esto crea una contradicción de ingeniería: los motores más limpios en particulado (combustión completa, alta temperatura) tienden a ser peores en NOx. Y viceversa.

La forma más común de reducir NOx dentro del cilindro es enfriar la combustión — algo que hacen los sistemas EGR (Exhaust Gas Recirculation) o el CGI de Caterpillar. Fuera del cilindro, la solución dominante es SCR (Selective Catalytic Reduction) con urea/AdBlue.

Impacto ambiental: NOx es el principal precursor del smog fotoquímico. Con la luz solar, reacciona con hidrocarburos volátiles y forma ozono troposférico, que causa problemas respiratorios. También es responsable de una fracción importante de la lluvia ácida.

3. Hidrocarburos (HC)#

Son moléculas de combustible que no se quemaron en el cilindro y salen por el escape. Aparecen cuando la combustión es incompleta: mezcla pobre, timing mal ajustado, temperatura baja, mala atomización del combustible.

Se regulan de dos formas según la norma:

• THC (Total Hydrocarbons): mide todos los hidrocarburos, incluyendo el metano (CH₄), que es el más simple de todos.
• NMHC (Non-Methane Hydrocarbons): excluye al metano porque este es menos reactivo fotoquímicamente. La mayoría de normas modernas usan NMHC como indicador principal.

En motores diesel bien mantenidos, los HC suelen estar bajos porque el diesel se quema más completo que la nafta. Pero pueden dispararse en tres situaciones típicas: arranque en frío (motor sin temperatura), ralentí prolongado (cámaras con poca temperatura por baja demanda), e inyectores en mal estado (atomización pobre).

4. Monóxido de carbono (CO)#

Se forma cuando el carbono del combustible no encuentra suficiente oxígeno para convertirse en CO₂ (que sería la combustión completa). Es un gas incoloro, inodoro y altamente tóxico: se une a la hemoglobina de la sangre con más afinidad que el oxígeno, causando asfixia interna.

En motores diesel el CO es proporcionalmente menor que en nafta, porque el diesel siempre trabaja con exceso de aire (relación aire/combustible pobre). Ese exceso de oxígeno oxida el CO a CO₂ dentro del cilindro y en el escape.

Aún así, se mide y se regula. Un diesel con problemas serios (inyector goteando, turbo dañado, filtro de aire tapado que restringe oxígeno) puede emitir CO significativo. Los DOC (Diesel Oxidation Catalysts) que forman parte del sistema de post-tratamiento moderno oxidan hasta el 90% del CO restante antes de que salga al ambiente.

5. Humo y opacidad#

Estrictamente, el humo no es un contaminante separado — es la manifestación visual del particulado y de los hidrocarburos no quemados. Pero se regula como métrica independiente porque es fácil de medir en campo.

Se mide con un opacímetro: un dispositivo que hace pasar el humo por una cámara con un haz de luz. La opacidad se expresa en porcentaje o en unidades K (m⁻¹, coeficiente de absorción de luz de Bouguer-Lambert).

Los límites de opacidad varían por país y tipo de vehículo. En Perú, el Decreto Supremo N° 047-2001-MTC establece:

• Diesel de más de 3 años (matriculado antes del 2003): máximo 3.0 m⁻¹
• Diesel Euro III o superior: máximo 2.5 m⁻¹
• Diesel Euro IV o superior: máximo 1.5 m⁻¹

En obra y en revisiones técnicas vehiculares (RTV), la opacidad es lo que más falla en motores viejos. Un DPF que trabaja bien reduce la opacidad a casi cero.

Cómo se relacionan los cinco entre sí#

Estas cinco emisiones no son independientes — hay relaciones inversas entre algunas de ellas que hacen que los motoristas hablen de un “triángulo imposible”:

• Si atacás el NOx enfriando la combustión → sube el PM y el HC.
• Si atacás el PM aumentando temperatura y presión → sube el NOx.
• Si atacás el CO con más aire → puede bajar la eficiencia y afectar el consumo.

Es por esta interacción que las tecnologías modernas de emisiones no son una sola cosa sino un sistema completo: EGR/CGI para NOx, DPF para PM, DOC para CO y HC, inyección precisa para todos ellos, y (en post-2011) SCR con urea para un segundo golpe al NOx.

En resumen#

Las cinco emisiones diesel reguladas —PM, NOx, HC, CO y opacidad— son la razón de casi todos los cambios tecnológicos que ha visto el motor diesel en los últimos 20 años. Cualquier técnico que quiera diagnosticar motores modernos (Cat ACERT, Cummins ISX, Detroit DD15, Volvo D13) necesita entender qué mide cada norma, qué contaminante origina cada síntoma, y por qué el sistema entero está diseñado como está.

En próximos artículos vamos a abrir cada tecnología de reducción específica —CGI, DPF, SCR, DOC— y cómo se ensamblan en el sistema ACERT de Caterpillar.