funcionamiento de los catalizadores y el sistema pcv (ventilación positiva del carter

5/10/2018 funcionamiento de los catalizadores y el sistema pcv (ventilaci n positiva de...

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Trabajo colaborativo primer corte

DAVID FELIPE MORA ARIZA

Escuela colombiana de carreas industrialesFacultad de ingeniería mecánica

Área de motores dieselSanta fe de Bogotá D.C



Trabajo colaborativo primer corte

DAVID FELIPE MORA ARIZA

Monografía para diseñada para trabajos en aulas virtuales

ProfesorPedro Soriano Méndez

Ingeniero Mecánico Docente

Escuela colombiana de carreas industrialesFacultad de ingeniería mecánica

Área de motores dieselSanta fe de Bogotá D.C



CATALIZADORES Y VÁLVULAS PCVSistemas de control de emisiones

Los sistemas de control de emisiones son instalados para controlar loscontaminantes contenidos en los gases de escape.

Convertidores Catalíticos.

- Principio

Un catalizador es una sustancia que produce una reacción química sin que éstasufra algún tipo de cambio en forma o masa.

Por ejemplo, cuando el

HC

CONOx

Son calentados en oxígeno a 500 º C (932 ºF), no hay prácticamente ningunareacción química entre estos gases. Sin embargo, cuando ellos pasan por uncatalizador, ocurre una reacción química y estos gases son convertidos encompuestos inofensivos de CO2, H2O y N2.



Los catalizadores usados en convertidores catalíticos de automóviles sediferencian dependiendo del tipo de gas, pero generalmente se usa el platino,paladio, iridio, radio, etc. El catalizador es aplicado a la superficie de muchos“portadores” para aumentar la superficie del área que es expuesta al gas de

escape.IMPORTANTE

Si se utiliza gasolina con plomo, la superficie del catalizador se revestirá conplomo y perderá su efectividad. Por esta razón, los vehículos equipados conconvertidores catalíticos siempre deben usar gasolina sin plomo.

Sistema Catalizador de Tres Vías

El convertidor catalítico de tres vias (CCRO. Convertidor Catalitico para laReducción y Oxidación) es el tipo de convertidor catalítico ideal, debido a que estepuede convertir no solamente el CO y HC, sino también el NOx en sustancias nocontaminantes. Sin embargo, el problema con este tipo de convertidor es que,para que se produzca esta reacción, la relación aire- combustible debe demantenerse muy cerca de la relación teórica. Si esto se cumple, se obtiene unaproporción de purificación muy alta para los tres contaminantes, como se muestraen el gráfico de la derecha.

Sensor de O2

El sensor de O2 se encuentra instalado en el múltiple de escape. Detecta laconcentración de oxigeno en los gases de escape, calcula la relación aire-combustible basándose en esto y envía los resultados a la ECU.

Ejemplos:

Alto contenido de 02 en los Gases de Escape.



Cuando hay un porcentaje alto de oxigeno en los gases de escape, la ECU juzgapor medio de esto que la relación aire-combustible es alta. Esto es, la mezcla espobre.

Bajo Contenido de 02 en los Gases de EscapeCuando hay un porcentaje bajo de oxigeno en los gases de escape, la ECU juzgapor medio de esto que la relación aire-combustible es baja. Esto es, la mezcla esmás rica.

Sistema de Recirculación de los Gases de Escape (EGR)

El sistema ERG es usado para reducir la cantidad de NOx en el escape.

La producción de NOx aumenta a medida que la temperatura dentro de la cámarade combustión aumenta debido a la aceleración o cargas pesadas en el motor, ya

que las altas temperaturas propician la combinación del oxigeno y nitrógeno en elaire.

Por lo tanto, la mejor manera de disminuir la producción de NOx es manteniendobaja la temperatura en la cámara de combustión.

Los gases de escape consisten principalmente en dióxido de carbono (CO2) yvapor de agua (H2O), que son gases inertes y no reaccionan con el oxígeno; elsistema EGR los recircula a través del múltiple de admisión para reducir latemperatura a la que ocurre la combustión.

Cuando la mezcla aire-combustible y los gases de escape se mezclan, laproporción de combustible en la mezcla aire-combustible disminuye (la mezcla sevuelve pobre) y además parte del calor producido por la combustión de éstamezcla es desalojado por los gases de escape. La máxima temperatura obtenidaen la cámara de combustión, por lo tanto, cae, reduciendo la cantidad de NOxproducido.



Sistema (PCV) de Ventilación Positiva del Carter)

El sistema PCV causa la recombustión de los gases que escapan del cilindrogenerados por el motor, evitando así que escape el HC a la atmósfera. También,manteniendo la presión interior del carter a un nivel constante, este sistema ayudaa estabilizar la combustión y evitar las fugas de aceite.

Sistema (EVAP) de Control de Emisiones del Combustible Evaporado

El sistema EVAP conduce la gasolina evaporada (gas de HC) desde el tanque decombustible a través del depósito de carbón, luego lo envía al motor donde es



quemada. Esto evita que los gases de HC escapen a la atmósfera.

Catalizador

El catalizador, junto a la gasolina sin plomo, es una de las principales

modificaciones introducidas en el funcionamiento de los nuevos automóviles,destinadas a reducir el impacto ambiental de las emisiones contaminantes nocivasde los vehículos.

El catalizador produce modificaciones químicas en los gases de escape de losautomóviles antes de liberarlos a la atmósfera. Estas modificaciones tienen comofin reducir la proporción de algunos gases nocivos que se forman en el proceso decombustión.

Con el fin de optimizar el redimiendo del motor y reducir las emisionescontaminantes, los motores modernos controlan con gran precisión la proporción

de combustible y aire empleados en cada instante. En cada momento, lossistemas de inyección electrónica ajustan la proporción de combustible y aire, conel fin de que el combustible inyectado en el motor arda en su totalidad. Para lagasolina esta proporción es de 14,7:1, es decir, para garantizar la perfectacombustión de un gramo de gasolina harían falta 14,7 g de aire.



En caso de que se produzca una combustión perfecta, las principales emisionesde un motor deberían ser:

Nitrógeno (N 2 ). Forma parte del aire y su emisión no supone riesgo alguno.Dióxido de carbono (CO 2 ). Este gas no es tóxico, y su presencia no supone un

riesgo directo.

No obstante, el incremento de su concentración en la atmósfera es uno de losresponsables del conocido "efecto invernadero".

Vapor de agua (H 2 O). Es inocuo y está presente de manera natural en laatmósfera.

Sin embargo, puesto que la combustión de la gasolina o el gasoil nunca estotalmente perfecta. Para conseguir una buena combustión no basta con introducirsuficiente aire, sino que es necesario mezclar muy bien dicho aire con combustiblepulverizado en gotas muy finas, cosa que no es siempre fácil de conseguir. Comoresultado de una combustión imperfecta se producen pequeñas cantidades degases peligrosos entre los cuales están:

Monóxido de carbono (CO). Es un gas venenoso resultante de unacombustión en una atmósfera pobre en oxígeno.

Hidrocarburos. Procedentes de fracciones del combustible que no hanardido. Son peligrosos porque, bajo la acción de los rayos solares y lapresencia de óxidos de nitrógeno, reaccionan para producir ozono. Dichogas es fuertemente oxidante y es responsable de procesos de irritación,principalmente en ojos y mucosas.

Óxidos de nitrógeno (NO y NO 2 ). Estos compuestos contribuyen a formarla conocida "lluvia ácida". Además, provocan irritación en los ojos y en lasfosas nasales.

El objetivo del catalizador es, precisamente, actuar contra estos tres tipos deemisión (monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno), con el



fin de reducir su nivel en los gases de escape. Los catalizadores modernosconsisten en una estructura de material cerámico, cubierta de una fina capa deplatino y rodio. Dicha estructura adopta la forma de panal de abeja (tuboshexagonales), ya que de este modo se consigue que los gases de escapeencuentren una superficie lo más grande posible de material catalizador.

En un catalizador se producen dos procesos o transformaciones fundamentales:

Reducción catalítica. En él la superficie catalítica rompe las moléculas deóxidos de nitrógeno, dando lugar a moléculas de nitrógeno y moléculas deoxígeno. 2 N0 = > N 2 + O 2

Oxidación catalítica. En este caso, el catalizador sirve de soporte paracompletar la combustión del CO y de los hidrocarburos residuales. Noobstante, este proceso requiere de oxígeno. Para conseguir que los gasesde escape dispongan de suficiente oxígeno como para realizar la oxidacióncatalítica es necesario un sensor, denominado "sonda lambda". Esta sonda

se encuentra a la entrada del catalizador. Su función es medir el nivel deoxígeno en los gases de escape. Gracias a este sensor, el sistemaelectrónico de inyección calcula la proporción necesaria entre combustible yaire para permitir que en los gases de escape exista suficiente oxígeno parapermitir al catalizador la combustión de los hidrocarburos residuales.

Un catalizador permite reducir la emisión de gases contaminantes a la atmósfera,como son los óxidos de nitrógeno y el monóxido de carbono. Los catalizadores,por tanto, son una medida eficaz para luchar contra los efectos de la lluvia ácidaprovocados por una combustión insuficiente o mala combustión de la gasolina ogasoil



Convertidor Catalítico

El convertidor catalítico está montado en la mitad del camino entre elmúltiple de escape y el silenciador. EI convertidor catalítico tiene interiormentealúmina granular activada, llamada píldoras catalíticas, con una estructura internacubierta con un cubrimiento delgado de platino la cual tiene un efecto catalítico.Cuando los gases de escape fluyen entre las píldoras catalíticas, el efectocatalítico purifica los gases de escape.

Sistema PCV (Ventilación Positiva de la Caja de Cigüeñal)

El equipo PCV fuerza al gas soplado, que incluye gases de combustión sinquemar y los fugados de los cilindros entre los anillos de pistón y las paredes delcilindro, hacia el múltiple de admisión para que ellos puedan ser quemados en loscilindros. Este previene que los gases se escapen al aire exterior. La cantidad delgas soplado generado por el motor es baja cuando la carga del motor es baja,como cuando el motor está en marcha de ralenti. La cantidad de gas soplado es

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:DodgeCatCon.jpg



alta cuando la carga del motor es grande, como cuando la aceleración en larga.

¿Por qué algunos recomiendan alterar el sistema de la PCV?

En otro sitios se recomendia cancelar la función del sistema PCV argumentandoque deja pasar aceite al múltiple de admisión de aire y al turbocargador y que lacombustión de este desecho de aceite empobrece la mezcla aire/combustiblecausando cascabeleo. Si bien esto es cierto y en algunos motores sucede, tapar ocancelar la PCV o desconectar las mangueras que se interconectan con ella o engeneral alterar el funcionamiento original de esta ventilación, puede generarproblemas mucho más serios al motor de los que inicialmente se buscabaprevenir.

Si notan un exceso de aceite en las mangueras asociadas a la PCV investiguen lacausa, hagan un chequeo de compresión de cilindros. Cambien la válvulaPCV...no está demás decirlo, se debe cambiar en cada afinación. En algunosmodelos de autos -sobre todo turbo- es hasta cierto punto normal encontrar algode aceite acumulado en esta respiración.

Si determinaron que su motor está bien y aun asi existe blow-by (desechos deaceite) entonces pueden poner depósitos de recuperación (catch-cans) de lasiguiente manera como lo muestra el diagrama. Esta es la única modificación queyo personalmente recomendaría en relación al sistema PCV. Este diagrama aplicapara motores 2.4 de Neon SRT4 pero es fácil deducir como se instalaría en otrasaplicaciones.



¿Por qué el fabricante no usa catch cans?

Todos los fabricantes tienen que cumplir rigurosamente con lineamientos en prodelmedio ambiente. Si pusieran catch-cans, estarían obligando a los dueños de los

autos a desalojar con mucha frecuencia pequeñas cantidades de aceite al medioambiente (no todo mundo sabe a donde llevar el aceite usado y no todo mundoestaría dispuesto a hacerlo en cantidades tan pequeñas) o bien se tendría quecontemplar un servicio del auto más frecuente. Las normas ambientales señalanque todo desecho de vapor de aceite del motor debe ingresar a la admisión y serobjetode combustión asi que no tienen mucho rango para dar solución a esta situación.

Prácticas comunes entorno al sistema PCV

Es común que mucha gente deje desconectadas las dos respiraciones comunesdel sistema PCV. Otros, dejan conectada correctamente la válvula PCV pero alinstalar un filtro de inducción cónico o similar dejan desconectado el otro lado de larespiración ocasionando el escape de los gases de aceite hacia la atmósfera. O aveces, algunos sólo desconectan esta segunda parte del sistema PCV para evitarque el turbo y el intercooler tengan residuos de aceite. Los menos informadostapan esta manguera! Nunca lo hagan! En ocasiones sólo ponen un pequeño filtro



paraque no ingrese el polvo pero esto no quita que esta sección del sistema PCV se hadesconectado de la caja del filtro de aire principal. En realidad esta parte -aunqueparece secundaria- es una de las mangueras más importantes del sistema PCV enmotores turbocargados. En motores turbocargados. Esta segunda sección del

sistema PCV es vital!

En condiciones de manejo tranquilo, donde el motor está generando vacío, laválvula PCV está haciendo su función perfectamente permitiendo que los vaporesde aceite circulen hacia la admisión de aire. PERO cuando se conduce más fuerte,

generando presión (boost) del turbocargador, la válvula PCV se autobloquea(después de todo es una válvula check, es decir de un sólo sentido). La PCVqueda bloqueada en condiciones de boost justo para que la presión generada porel turbo no se introduzca al sistema de respiración de aceite...si lo hiciera, lejos deayudar al motor, lo estaría sobre presurizando en el área de la tapa de punterías loque implicaría graves problemas.

Entonces tenemos que en condiciones de aceleración fuerte, de generación deboost a cargo del turbo, la respiración positiva del motor ya no se lleva a cabo porla PCV, ésta queda TOTALMENTE a cargo de la segunda sección del sistema derespiración. En algunos motores esta segunda sección viene integrada en otro

punto de la tapa de punterías. Si esta manguera la desconectamos y la dejamosventilando los gases hacia la atmósfera, estaremos perjudicando al motor ya quela respiración disponible será muy poca pues no existirá ningún medio deasistencia de vacío.

Valga la paradoja... Esta segunda manguera o segunda parte del sistema PCV,originalmente está encargada de proveer asistencia de vacío justo cuando el turbogenera presión. El turbo siempre está generando succión (vacío) en el lado del



compresor, por ende siempre está asistiendo en la respiración del motor a travésde esta segunda manguera y genera mucho más vacío cuando se le exige mayoraceleración al auto. Bajo estas condiciones y siendo el turbo la única asistencia derespiración restante al sistema en condiciones de boost (recordemos que la PCVestá autobloqueada cuando hay presion-boost) vemos que esta segunda sección

del sistema PCV es trascendental.

Si quitamos esa segunda manguera, justo cuando le exijamos mayor aceleraciónal motor, en mayor riesgo estaremos de romperlo.

El sistema PCV y el drenaje de aceite del turbocargador

El sistema PCV está ligado a la circulación de aceite en el turbocargador. Elsistema PCV ayuda a que el aceite se drene adecuadamente del turbocargador.

En motores turocargados es muy importante que el aceite no se estanque en elturbo. La lubricación del mismo debe ser rápida y constante más no estacionaria.De hacerlo, las fallas en los sellos de la turbina o compresor del turbo seráninminentes.

Una condición pobre de respiración de gases de aceite del motor por andar



experimentando con la PCV o sus mangueras puede provocar esto. Porqué creenque el dren de aceite de los turbos Mitsubishi de los motores 2.5 Chrysler traeincorporado una manguera de vacío que va directamente a la caja del filtro de aire!Esto lo tuvieron que hacer los ingenieros por que el diámetro del dren era algopequeño y necesitaban la mayor cantidad de asistencia de vacío para

evitar problemas con la lubricación del turbo, al parecer ni siquiera la asistencianormal del sistema PCV fue suficiente y tuvieron que idear esto. Esta podría seruna razón del porqué los turbos Mitsubishi en Chrysler dan menos problemas quelos primeros Garrett empleados por los 2.2 :).

Conclusiones

NO

-No quitar válvula PCV y dejar manguera respirando al aire libre de la atmósfera.-Mucho menos cancelar la manguera donde se encontraba la PCV con tapones,etc.-No usar filtritos de respiración en sistema PCV que anulen la asistencia de vacíosecundaria (cuando hay boost).-Si no entendieron nada mejor NO toquen el sistema PCV. Es mejor vivir con algode aceite en el intercooler y lavarlo de vez en cuando que volar un motor.

SI-Se pueden usar catch-cans (depósitos de recuperación de aceite) pero quetengan una conección que no irrumpa la ruta original del sistema. El catch-cansólo será un intermediario que recuperará las gotas de aceite líquidas mientras elsistema original seguirá haciendo su función de succionar los gases del aceite.-Si existe poco blow-by (desecho de aceite) en las mangueras asociadas alsistema PCV mejor ni lo toquen. Tan sólo bastará con una limpieza periódica delos elementos ensuciados por el aceite.

Los catalizadores usados en convertidores catalíticos de automóviles

se diferencian dependiendo del tipo de gas, pero generalmente se usael platino, paladio, iridio, radio, Si se utiliza gasolina con plomo, la superficie del catalizador se

revestirá con plomo y perderá su efectividad. Por esta razón, losvehículos equipados con convertidores catalíticos siempre deben usargasolina sin plomo

funcionamiento de los catalizadores y el sistema pcv (ventilación positiva del carter

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