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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITOEXTENSIN LATACUNGADISEO E IMPLEMENTACIN DE UN BANCO DE PRUEBAS AUTOMATIZADO PARA CONVERTIDORES CATALTICOS.

Tesis presentada como requisito previo a la obtencin del grado deINGENIERO AUTOMOTRIZ

LUIS JAVIER CHANATASI BASANTES

JUAN CARLOS PULLUPAXI CHUQUIRIMA

Latacunga, Julio 2013

CAPTULO 1EL PROBLEMAPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

OBJETIVO GENERALDisear e implementar un banco de pruebas automatizado de convertidores catalticos automotrices, para desarrollar diagnsticos automticos del estado de los mismosOBJETIVOS ESPECFICOS DEL PROYECTODisear e implementar los componentes electrnicos para el banco de pruebas computarizado para la ejecucin de pruebas. Disear, seleccionar e instalar los sensores y elementos electrnicos para la medicin de los parmetros de los convertidores catalticos.Cablear y conectar los sensores a la tarjeta de adquisicin de datos, que permita envi de datos al computador.Desarrollar la interface grfica y el algoritmo de clculo para la visualizacin de parmetros elctricos y formas de onda de convertidor cataltico en un computador. Determinar los diferentes cdigos de falla del sistema convertidor cataltico.JUSTIFICACIN E IMPORTANCIAEs una ventaja contar con un equipo de diagnstico y monitoreo de convertidor catalticos de forma automatizada, ya que en nuestro medio no existe uno, de esta forma asegurar que los vehculos que circulan cumplan con normativas en materia de emisiones partiendo de procedimientos, criterios de certificaciones y seguimiento similares de los centros de verificacin autorizados.

CAPTULO 2MARCO TERICOFUNDAMENTACIN TERICASegn, Secretaria del medio Ambiente. (2007), Programa para el mejoramiento de la Calidad del Aire de la Zona Metropolitana del Valle de Mxico (PROAIRE).

En los ltimos aos la poltica de gestin de la calidad del aire se ha orientado al mejoramiento ambiental de vehculos automotores, a travs de acciones como: mejorar el transporte pblico, reforzar el programa de verificacin vehicular e iniciar el programa de reduccin a contaminantes.El catalizador tiene como funcin el transformar los gases contaminantes del motor (CO, HC y NOx) en N2, CO2 y H2O. Esta conversin se realiza por oxireduccin (reaccin qumica de las molculas). Existen bsicamente tres tipos de convertidores catalticos: Dos-Vas, Tres-Vas y Tres-Vas + Aire.

Cada tipo usa mtodos y qumicos ligeramente diferentes para reducir los elementos dainos de la emisin de escape. Los modelos inciales usaban una piedra cataltica granulada, pero los convertidores modernos estn diseados ahora con una cermica de panel con flujo libre. El tipo de convertidor requerido en cada vehculo usa ms de un tipo de convertidor para cumplir con los estndares de reduccin de emisiones.

PROCESO DE COMBUSTINUn motor de combustin interna basa su funcionamiento, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cmara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presin y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistn.En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en los sistemas con control electrnicoVENTAJAS Y DESVENTAJAS SISTEMA CATALTICOVENTAJAS

Mayor rendimiento y eficacia, menor consumo de combustible.

Mide las relaciones de aire/combustible de aproximadamente 12: 1 a 19: 1.0

Reduce emisiones al mantener la mezcla de aire/combustible en una relacin ptima.

Menor consumo de combustible y mayor vida til del convertidor cataltico.

DESVENTAJAS

Las desactivaciones de los convertidores catalticos puede ser el resultado de varias causas, las ms importantes y frecuentes son las que provienen de la exposicin a altas temperaturas, por sobre los 1000C.

Se puede ocasionar envenenamiento por causa de las impurezas presentes en la gasolina y aditivos tales como plomo, azufre, zinc y fsforo, provocando un bloqueo de los sitios en que estn contenidos los metales activos.

NIVELES DE EMISIONES PERMITIDASLas denominadas normas Euro (categoras de contaminantes) fijan los valores lmite de las emisiones mximas contaminantes de los vehculos nuevos al llegar al mercado.En la revisin de un vehculo, las emisiones de gases contaminantes tienen un papel muy importante porque el tipo impositivo depende tambin de la clasificacin que establecen las diferentes normas

Motores a GasolinaLMITES PERMITIDOS DE EMISIONES PRODUCIDAS POR FUENTES MVILES TERRESTRES DE GASOLINANTEINEN 2204: 2002 Primera revisin 2002-09

La norma se aplica a las fuentes mviles terrestres de ms de tres ruedas o a sus motores, y no se aplica a las fuentes mviles que utilicen combustible diferente a gasolina.

EVOLUCIN DEL CONVERTIDOR CATALTICO195019601970

CATALIZADORConvierte los hidrocarburos y el monxido de carbono en vapor de agua y dixido de carbono, en su interior contiene celdas son sumamente delgadas y dispuestas de tal forma que conforman una superficie de contacto con el gas equivalente a tres canchas de ftbol que est presente en una reaccin qumica en contacto fsico con los reactivos, y acelera, induce o propicia dicha reaccin sin actuar en la misma, metales nobles que catalizan reacciones. La formulacin incluye una serie de sustancias activas como xido de aluminio, metales nobles (que hacen las veces de catalizadores slidos): Platino, Rodio, Paladio y promotores y retardadores especficos que regulan la accin cataltica de los mismos.CONFORMACIN ESTRUCTURALCarcasa externa.- Parte visual y exterior del convertidor incluyendo los ductos de entrada y salida.

Aislante de vaco.- Es una carcasa intermedia, en cuyo interior sellado se ha creado desde la fbrica un vaco, es aislante trmico.

Carcasa interior de mltiples capas.- Es la carcasa interior, compuesta de una combinacin de polmeros, cermicas y metal, que recubre los panales interiores.

Panel de Oxidacin.- En donde se desarrollan los procesos qumicos, que generan la mayor temperatura de operacin.

FUNCIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR CATALTICOTiene un substrato que est recubierto con una combinacin de platino, paladio y a veces rodio.Los gases de escape calientes que contienen el monxido de carbono, xidos de nitrgeno e hidrocarburos de contaminantes recorren el tubo de escape y finalmente entran en contacto con los metales preciosos que estn cargados en el substrato del convertidor. Cuando el gas de escape entra en contacto con los metales preciosos, o catalizador, se produce una reaccin qumica que debilita los enlaces de los contaminantes qumicos y permite que stos se conviertan fcilmente en subproductos de la combustin ms deseables.

TIPOS DE CONVERTIDORES CATALTICOSConvertidores de oxidacinConvertidores de tres vasConvertidores de tres vas ms oxidacin

Cada uno de estos convertidores distintos surgi principalmente porque la EPA endureci los reglamentos que controlan la cantidad de contaminantes que emiten los automviles nuevos.

CAPTULO 3PLANTEAMIENTO DE LA HIPOTESISHIPTESIS GENERALMediante la implementacin del convertidor cataltico en el vehculo ayuda a disminuir en su totalidad los elementos nocivos de los gases de escape hacia el medio ambiente producto de la combustin del motor.

HIPTESIS ESPECFICASVARIABLES DE LA INVESTIGACININDEPENDIENTE

Banco de comprobacin de convertidores catalticos.

DEPENDIENTE

Diagnstico de convertidores catalticos.

CAPTULO 4Metodologa de la investigacinTipo de la investigacin El diseo de investigacin constituye el plan general del investigador para obtener respuestas a sus interrogantes.

El tipo de investigacin a utilizar es la experimental, la cual nos permite manejar una variable a condiciones establecidas por el investigador, con el propsito de describir algn acontecimiento.

Etapas de la investigacin experimentalEl tipo de investigacin a utilizar es la experimental, la cual nos permite manejar una variable a condiciones establecidas por el investigadorEstablecer la hiptesis, tener la idea clara para que los resultados sean lo ms a lo que se requiere.Elaboracin del diseo experimental, en el cual se realice ya un experimento y se puede tener un resultado claro y si es necesario realizar ajustes en el proyecto o en los pasos realizados.Realizacin del experimento final, con el propsito de corregir algunas anomalas que pueda producir durante dicho proceso.Analizar los resultados obtenidos, para responder al problema del proyecto.Determinar conclusiones y recomendaciones para aceptar la hiptesis planteada.Realizar un informe escrito.

Etapas de la investigacin experimentalEl tipo de investigacin a utilizar es la experimental, la cual nos permite manejar una variable a condiciones establecidas por el investigadorEstablecer la hiptesis, tener la idea clara para que los resultados sean lo ms a lo que se requiere.Elaboracin del diseo experimental, en el cual se realice ya un experimento y se puede tener un resultado claro y si es necesario realizar ajustes en el proyecto o en los pasos realizados.Realizacin del experimento final, con el propsito de corregir algunas anomalas que pueda producir durante dicho proceso.Analizar los resultados obtenidos, para responder al problema del proyecto.Determinar conclusiones y recomendaciones para aceptar la hiptesis planteada.Realizar un informe escrito.

POBLACIN Y MUESTRA.Partiendo de la informacin obtenida por medio de las encuestas realizadas a 40 Tcnicos Automotrices de los talleres: Mecnica Nez, Romero Hermanos, Talleres Mina, Electromecnica Muquinche, Automotores de la Sierra S.A, Ambacar, Motor Asia AutoMaquisa. Para nuestro estudio

POBLACIN Y MUESTRA.El enfoque cuantitativo establece con claridad las caractersticas de la poblacin, la cual se determina en base a la siguiente ecuacin.

TRATAMIENTO Y ANLISIS ESTADSTICOS DE LOS DATOS.Las encuestas planteadas realizar sern sometidas a la tabulacin de datos, codificacin, clculos, etc. con el fin de determinar las cuestiones ms relevantes de nuestra investigacin.

INFORME GERENCIALDe las encuestas realizadas se procede a la de tabulacin datos, con el propsito de determinar los hallazgos ms importantes de nuestra investigacin.

CONCLUSIONESEn relacin a las encuestas podemos concluir que es muy importante mantener en buen estado el convertidor catalticoConsiderando los criterios de los tcnicos encuestados, es ms habitual vincular un cdigo de fallas con el convertidor cataltico para diagnosticar una falla y su anlisis.El Scanner y el Multmetro automotriz son muy conocidas y aplicadas para el diagnstico de fallaLos tcnicos encuestados sugieren la aplicacin, de un software y hardware mediante una secuencia sencilla y mnimos pasos para la solucin de fallas que se presenten.

RECOMENDACIONESSe considera de gran importancia el conocimiento para interpretacin de diagramas electrnicos y seales senoidales que ser una herramienta muy importante para la solucin de problemas.Consolidar el conocimiento de cdigos de fallas y la utilizacin de manejo de software.Se sugiere que en la utilizacin del banco de pruebas de convertidores catalticos.Es necesario indicar al propietario de los vehculos que se debe realizar un chequeo del convertidor cataltico peridicamente.

ESTRUCTURA DEL BANCO DE PRUEBAS AUTOMATIZADOCon la ayuda de programas de diseo asistido por computadora para modelado mecnico como SolidWorks y Autocad se elaboran los planos de la estructura y secuencia de montaje.

SELECCIN DE MATERIALESPara la elaboracin de la estructura se utiliz los siguientes componentes:

CantidadDetalleDescripcin1Plancha de acero laminado en frioASTM A 366 Tipo BJIS G 3141 SPCC - SDSAE 10101Tubo estructural redondoJISG3132SPHT-1ASTM A 5694Garruchas1 40 KgCAPTULO 5DISEO Y IMPLEMENTACIN DEL SOFTWARE Y TARJETA DE ADQUISICIN DE DATOSINTERFACES DE COMUNICACIN AUTOMOTRIZ.Los sensores y actuadores forman el interface en el vehculo con sus complejas funciones de impulsin, frenado, tren de rodaje y carrocera, y las unidades electrnicas de control como unidades de procesamiento.

INTERFACES DE COMUNICACIN AUTOMOTRIZ.

ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LA SONDA LAMBDA.La sonda lambda de este tipo se utilizan en motores de gasolina dotados de una regulacin lambda de dos puntos. Las sondas estn entradas en el tubo de escape y detectan simultneamente el flujo de gases de escape de todos los cilindros.

El modo de funcionar se basa en el principio de la clula galvnica de concentracin de oxgeno en combinacin con un electrolito slido.

Sonda digitiformeEl electrolito solido est constituido por un cuerpo cermico cerrado por un lado, estanco a los gases de dixido de circonio estabilizado con xido de itrio. Las superficies de la cermica estn provistas en ambos lados de electrodos realizados partiendo de una delgada capa porosa de platino.

POSICIONAMIENTO DE LAS SONDAS LAMBDAEl posicionamiento de las sondas lambda en el sistema de escape posee una gran importancia para la regulacin de los gases de escape.

ADQUISICIN DE DATOS.El proyecto desea visualizar, comparar y realizar clculos de valores inmersos en el estudio de los gases de escape, de manera que se pueda evaluar el comportamiento de un convertidor cataltico y sensores en forma didctica mediante el siguiente esquema grfico.

ADQUISICIN DE DATOS.El proyecto desea visualizar, comparar y realizar clculos de valores inmersos en el estudio de los gases de escape, de manera que se pueda evaluar el comportamiento de un convertidor cataltico y sensores en forma didctica mediante el siguiente esquema grfico.

Comunicacin Serial.La comunicacin serial consiste en el envo de un bit de informacin de manera secuencial, esto es, un bit a la vez y a un ritmo acordado entre el emisor y el receptor.

Desarrollo del software en LabVIEW.LabVIEW es una herramienta grfica para pruebas, control y diseo mediante la programacin. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Grfico.

Desarrollo del software en LabVIEW.El instrumento virtual es definido como una capa de software y hardware que se le agrega a un PC en tal forma que permite a los usuarios interactuar con la computadora como si estuviesen utilizando su propio instrumento electrnico

Anlisis de Datos. Luego de obtener un conjunto de datos es necesario mostrarlos de una forma ordenada de tal manera que guarde relacin con la secuencia de la prctica. Adicionalmente para una comprensin mejor del proceso se incorporar indicadores grficos que reaccionen de igual forma que las variables censadas, sin olvidar las grficas comparativas de voltaje versus tiempo.

Anlisis de Datos. Una vez descrita la forma en que se va a operar, es necesario determinar las etapas que el programa va a tener dando como resultado la siguiente estructura.

Para lograr una secuencia de ejecucin ordenada del proceso se dispondr de una serie de pantallas con el fin ir recolectando y mostrando la informacin gradualmente para tener una mejor asimilacin de la prctica por parte del usuario.

Si el usuario desea guardar los datos tanto de las graficas como los valores de las seales se ha dispuesto una seccin que genera un archivo que incluye una hoja de clculo con valores de los valores medidos y graficas de las seales de los sensores.

TARJETA DE ADQUISICIN DE DATOS.Para la adquisicin de los datos de los sensores se dispondr de elementos electrnicos capaces de interpretar las seales y transformarlas en datos que posteriormente se enviaran al computador, todos estos interconectados en una baquelita.

TARJETA DE ADQUISICIN DE DATOS.Para la adquisicin de los datos de los sensores se dispondr de elementos electrnicos capaces de interpretar las seales y transformarlas en datos que posteriormente se enviaran al computador, todos estos interconectados en una baquelita.

HARDWARE.Para la elaboracin del circuito se ha hecho uso de una herramienta de simulacin denominada PROTEUS el cual permite realizar la interconexin de los elementos necesarios y simular su funcionamiento en conjunto sin la necesidad de tener el circuito fsicamente armado, esto con el fin de detectar posibles fallas en el diseo.

HARDWARE.

SOFTWARE.Como parte fundamental del procesamiento est el algoritmo implementado en el microcontrolador el cual constara de partes esenciales.Para esta aplicacin usada para contar los pulsos sin importar el ciclo del lazo principal.Para realizar este algoritmo se har uso de una herramienta computacional en base a lenguaje C llamada Bascon propia para la elaboracin de programas en microcontroladores AVR tal como el ATmega 48 usado en la presente aplicacin.

Resumen obtenido por medio del software

CAPTULO 6MARCO ADMINISTRATIVORECURSOSCon el fin de realizar este proyecto de forma planificada, se propone el presente captulo con el cual se analizar el aspecto tcnico-operativo del mismo para facilitar la comprensin de todo aquello que tenga relacin con el funcionamiento y la operatividad del proyecto, de ello los recursos humanos, tecnolgicos y materiales son fundamentales para la puesta en marcha.

CONCLUSIONES Se dise e implement los componentes electrnicos para el banco de pruebas computarizado para la ejecucin de pruebas.

Se dise, seleccion e instal los sensores y elementos electrnicos para la medicin de los parmetros de los convertidores catalticos.

Se desarroll la interface grfica y el algoritmo de clculo para la visualizacin de parmetros electrnicos y formas de onda de convertidor cataltico en un computador.

Se determin los diferentes cdigos de falla del sistema convertidor cataltico.

RECOMENDACIONESTener conocimiento sobre sensores de oxigeno ya sea en material, nmero, color de cables y su desempeo.Verificar las curvas de funcionamiento de cada sensor, previamente a su ejecucin con el fin de hacer una comparacin, al momento del trabajo del mismo y as poder interpretar un diagnstico.Realizar el control peridico del convertidor cataltico y sus componentes, con la finalidad de alargar la vida til, y as el buen funcionamiento del motor de combustin interna.Archivar los informes obtenidos en cada mantenimiento y de esta forma llevar un control y facilitar el trabajo del tcnico.

CONTAMINACIN AMBIENTAL POR EMANACIONES DE GASES POR CONVERTIDORES CATALITICOS DEFECTUOSOS

Guas de prueba de convertidores catalticos

Generar un equipo de diagnstico

Falta de guas para determinar el estado del convertidor cataltico

Acorde al avance tecnolgico

Dispositivo alternativos de verificacin de convertidores catalticos

Sistemas de diagnostico y monitoreo reducido para convertidores catalticos

Avance tecnolgico en el desarrollo del convertidor cataltico

Implementacin de sistemas de reduccin de emisiones