gases

Contaminantes.Derivados de la combustin se crean 3 gases nocivos principales, el monxido de carbono (Co) los hidrocarburos (Hc) y el oxido de nitrgeno (NOx) los tres tienen estrecha relacin con el oxigeno para su creacin ya sea por su presencia o ausencia adems el siguiente grafico determina la relacin con la mezcla.

Produccin de Co Monxido de Carbono.Sin duda uno de los gases ms peligrosos y txicos no tiene color sabor olor la sangre lo asimila con mayor facilidad que el oxigeno siendo transportado al cerebro provocando graves daos en corto tiempo de exposicin. Incluso provoca la muerte en lugares cerrados o con poca ventilacin.

En Chile la norma mxima para vehculos con convertidor cataltico es de 0,5% siendo un porcentaje muy menor capaz de anular severamente funciones como reflejos, concentracin y pensamiento.

Al producirse la combustin el carbono y el hidrgeno elementos que componen el combustible se mezclan con el oxigeno produciendo agua y dixido de carbono. estos ltimos para poder formarse deben buscar 2 molculas de oxigeno para una de carbono creando CO2. en ocasiones se produce una unin incompleta faltando una molcula de oxigeno creando solo CO. (Monxido de carbono).

Las dos condicionantes mayoritarias para que se produzca dicha relacin es que no exista el suficiente aire (oxigeno) para la cantidad de combustible dosificado o bien lo contrario es decir, demasiado combustible para el aire existente.Ambas situaciones pueden darse por ejemplo por un filtro de aire obstruido, una alta presin de combustible etc.

Produccin de Hidrocarburos (HC).Bsicamente el Hc es el combustible crudo que no se fusiono con el oxigeno y salio a la atmsfera. la principal causa de la emisin de hidrocarburos es la falta de temperatura en la cmara, necesaria para crear la fusin del oxigeno con el carbono y el hidrogeno.

Las razones principales de falta de temperatura son: un encendido defectuoso mala comprensin. deficiente relacin de combustible / Aire.

el Hc disminuye a medida que se empobrece la mezcla pero solo hasta un punto en que esta es inflamable ya que al ser demasiado pobre la llama del encendido se extinguir provocando una combustin incompleta y por ende combustible crudo en el escape

otra fuente de hidrocarburo presentes en el automvil es la evaporacin de la bencina en el estanque la que es lanzada a la atmsfera en forma de hidrocarburos contaminantes.Par suplir dicha falencia se creo el sistema evaporativo canister, que, bsicamente consiste en un deposito de carbn conectado al estanque mediante tuberas, por las cuales recibe y almacena los vapores los que sern ingresados a la admisin a travs de un solenoide activado debidamente por la computadora en el momento en que el sistema este preparado para el combustible extra de esta manera los hidrocarburo del vapor de bencina tienen su oportunidad de contribuir a la combustin.

Produccin de NOx (xidos de Nitrgeno).Como hemos visto, el nitrgeno y el oxigeno son gases que permanecen en el aire de nuestra atmsfera que en condiciones normales no daan. Pero si la temperatura que los rodea sobrepasa los 1800 C o 3300 F se produce una lamentable fusin que da como resultado el NOx un gas muy peligroso que daa las paredes de los pulmones, provoca el color tpico del smog y calienta el aire.En cuanto a la relacin aire combustible, el NOx es producido en su mayor proporcin con una mezcla de 16:1 y tendera a la baja al enriquecer desde ese punto.

Que el NOx disminuya al enriquecer la mezcla se aplica por la poca presencia de oxigeno en el ambiente para poder fusionar con el nitrgeno. Por el contrario al empobrecer la mezcla lo que tambin provoca es enfriarla y con ello enfriar la cmara evitando la funcin del nitrgeno y oxigeno bajando el nivel de NOx.

Convertidor Cataltico.Este elemento es ideado par reducir las partculas contaminantes o convertirlos en gases inofensivos como el CO2, H2O o N2 su temperatura de trabajo es de un mnimo de 600 F con un ideal de 1200 F a 1400 F y peligrosa sobre los 1800 F puesto que a esta T se derriten los materiales.

El convertidor para realizar su trabajo se dividir en 2 secciones la primera de ellas reducir los HC y el Co y la 2 el NOx.

La primera seccin del catalizador esta construida en: sustratos de oxido de aluminio revestimientos de platino y paladio los que reaccionan con el oxigeno, el Hc y el Co provocando el aumento de la temperatura y por consiguiente la catlisis convirtiendo al Co y HC en H2O y CO2.

Para que esto ocurra debe existir una relacin de aire combustible de 14.7:1 o ms pobre, es decir que contenga altos ndices de oxigeno para crear la oxidacin.La segunda parte del convertidor esta construida de revestimientos de Rodio en sustratos de oxido de aluminio y se encuentra delante de la etapa anterior (oxidante).

En la etapa reductora, el Rodio reacciona con el NOx provocando que separen el N con el oxigeno quedando estos en su estado natural, al separarse el oxigeno entrara en la etapa oxidante y se fusionaran con el Co y el HC.La etapa reductora funciona mejor cuando la combustin es el resultado de una mezcla de 14.7:1 o ms rica, puesto el exceso de oxigeno afecta a la reaccin del NOx con el rodio.

En conclusin para el perfecto funcionamiento del convertidor cataltico se obtendr con una relacin de 14.7:1 y de aqu la necesidad de tener que monitorearla y mantenerla en toda condicin o por el mayor tiempo posible.

Como hemos visto hasta el momento la produccin de gases contaminantes depende de factores claves tales como. NOx Alta temperatura de cmara y concentracin de oxigeno. HC Baja temperatura de la cmara y concentracin de oxigeno. CO Relacin aire combustible (concentracin de oxigeno).

Calentamiento.En esta fase del motor la mezcla se encuentra bastante enriquecida (5:1) y permanecer as hasta alcanzar su temperatura normal desde 70 a 90 C, durante este periodo debido a la baja relacin aire combustible la produccin de Co y HC es bastante alta, y por lo contrario el NOX es prcticamente nulo por la poca concentracin de oxigeno.

Ralenti.A una temperatura normal de motor, la de la cmara aun permanece baja debido a las pocas revoluciones del motor esto har que la mezcla sea poco vaporizada y por ende en los puntos de extincin de la cmara quede combustible crudo sin quemar. Debido a esto se produce Co y HC, pero al igual que en el caso anterior el enfriamiento de la cmara ayuda a una poca o nula produccin de NOx.

Viaje.Ambos ejemplos anteriores plantean una situacin estacionaria de funcionamiento, por el vehculo por lo general permanece en movimiento y es en este momento donde se producirn la mayor variedad en los gases. Por otro lado la velocidad a la que se conduzca influir tambin en las emisiones.

Velocidad Baja y Media (Menos de 100 Km. /hr). A estas velocidades la relacin aire combustible se hace ms pobre (16 o 18:1) debido al vencimiento de la inercia por parte del vehculo, la poca potencia exigida al motor y a la estabilidad de las revoluciones del motor. estas condiciones hacen que el Co y HC sean prcticamente nulos o muy bajos, pero una relacin tan pobre aumenta la T de la cmara debido a la concentracin de oxigeno, estas situaciones generan una produccin de NOx.

Velocidades Altas (Ms de 100 Km. /hr).A estas velocidades el motor gira con gran potencia y la relacin aire combustible se enriquece a favor de dicha potencia a razn de 13:1.Este enriquecimiento de la mezcla dar como resultado un aumento en la produccin de Co y HC, pero disminuir el oxigeno lo que ayudara a bajar la T de la cmara y por ende la produccin de NOx.

En aceleracin Esta condicin es la ms perjudicial en cuanto a emisiones se trata, puesto que abrir la mariposa, aumenta bruscamente el caudal de aire. pero al mismo tiempo el suministro de combustible, para una mayor potencia a razn de 8:1 +/- elevando abruptamente la produccin de Co y HC. a esto se suma el aumento de la velocidad del motor lo que har aumentar la velocidad de combustin y por consiguiente la T de la cmara, producindose un alto ndice de NOx.

Desaceleracin.Al momento de frenar, la mariposa permanece cerrada completamente, pero la velocidad del motor es alta lo que provoca una gran depresin o vaco (falta de oxigeno), que disminuir la rapidez de expansin de la chispa. lo que dar como resultado un aumento del HC y el Co, adems el vaco arrastrara el combustible alojado en las paredes de la admisin.

Sumada esta condicin de combustible extra, ms la falta de oxigeno producto de la mariposa cerrada enriquecern la relacin aire combustible a razn de 10:1.Al disminuir la velocidad de propagacin de la chispa disminuye la T de la Cmara y con ello el NOx tambin.

Carga PesadaCuando el vehculo se enfrenta a una subida pronunciada la mariposa se abrir prcticamente en su totalidad esto aumentara el aire aspirado y adems el suministro de combustible, debido a la exigencia de potencia, esto disminuir la relacin en 11:1 +/- enriqueciendo la mezcla pero esta baja concentracin de oxigeno enfriara la cmara disminuyendo gradualmente la produccin de NOx, siempre y cuando el motor no gire extremamente revolucionando, lo que en dicho caso aumentara la velocidad de combustin y tambin la T de la cmara, al igual que la produccin de NOx.

El sensor de oxigeno o tambin llamado sonda lambda debido a su relacin, con el factor que determina la mezcla ideal. esta instalado directamente en el mltiple de escape antes del catalizador y su funcin es indicarle a la ECU la cantidad de oxigeno que fluye en los gases de escapes. esto para mantener siempre la mezcla lo ms cercano a la razn estequiometrica

Existen 2 tipos de sensores de oxigeno, pero bsicamente trabajan de la misma manera, en cuanto a su seal, de salida puesto que esta ser de un alto voltaje (1v+/-) si la presencia de oxigeno en los gases de escape es poca (mezcla rica) y un bajo voltaje (100 mv+/-) si es alta la presencia de oxigeno en el escape (mezcla pobre).

Control de la Relacin Aire/Combustible.Tal como muestra el esquema anterior el sensor de oxigeno cierra el circuito de trabajo del sistema de injeccion en cuanto al control de emisiones.Si tomamos la lnea de seal rica, razonaremos con la ECU que el sensor detecta una baja concentracin de oxigeno en la mezcla con lo que se proceder a disminuir el volumen de la injeccion

, esto traer como consecuencia un empobrecimiento de la mezcla con lo que el sensor de oxigeno disminuir su seal de voltaje indicando alta concentracin de oxigeno. en esta ocasin la ECU aumentara el volumen de injeccion gradualmente enriqueciendo la mezcla. Este proceso de empobrecimiento y enriquecimiento la ECU o el sistema lo realiza en un margen muy estrecho alrededor de la relacin aire combustible ideal, esto para un ptimo funcionamiento de ambas secciones del catalizador, lo que permitir un muy bajo nivel de emisiones contaminantes.

Tipos de Sensor de OxigenoEn cuanto a su construccin existen 2 tipos de sensores el de Circonio Zr02 y el de Titanio Tr02, a hora bien en cuanto a sus conexiones tenemos desde una hasta 4 conexiones.

Sensor de Circonio Zr02.

Este sensor esta compuesto de dixido de circonio tipo cermica, el que se encuentra cubierto por una pelcula delgada de platino en su exterior e interior.

El circonio al estar sobre 400 C es capaz de reaccionar elctricamente a la diferencia de concentracin de iones de oxigeno. esto quiere decir si se encuentra una concentracin ms alta de oxigeno en su interior (conectando con la atmsfera) que en el interior (en presencia de gases de escape) se crea una diferencia de potencial ms conocido como voltaje, el cual es amplificado por la pelcula de platino llegando a un mximo de 1v cuando exista una gran diferencia de oxigeno entre las caras de este.

Si por lo contrario no existe diferencia de oxigeno, es decir, en el escape se encuentra una gran cantidad de este elemento. no se produce una diferencia de potencial, y por ende la seal de voltaje es nula o baja. (100 mv+/-).

De esta caracterstica elctrica se desprende su funcionamiento y aporte el sistema, pues si existe mezcla pobre en el escape no existir voltaje o uno muy bajo, y por el contrario si es rica existir uno alto cercano a 1v.

Recordaremos que en el grafico de emisiones se plantea que el HC y el Co disminuyen con una mezcla estequiometrica o ms pobre. es decir con ms oxigeno y que por otra parte el NOx nuestro 3er contaminante disminuye todo lo contrario, es decir con una mezcla ideal o ms rica,