martes, 3 de noviembre de 2015

Cómo comprobar la eficiencia del catalizador

Como sabemos la combustión en un motor de gasolina emana gases nocivos contaminantes para los seres vivos y para nuestro planeta. También es cierto que los fabricantes de automóviles aplican soluciones para subsanar este problema. Una de las principales soluciones implantadas en el motor de gasolina, desde hace años, es el catalizador de 3 vías.

Como comprobar la eficiencia del catalizador


Su mismo nombre lo indica “tres vías”, este monolito cerámico ubicado en el escape ataca a los  tres principales contaminantes que emana dicho motor.

CO (Monóxido de carbono) HC (Hidrocarburo) NOx (Óxidos de nitrógeno)

Para comprobar la eficiencia del catalizador, el mecánico se debe ayudar de un analizador de gases para evaluar así si los gases emanados en el escape y detectar la disfunción del catalizador. 

Como comprobar la eficiencia del catalizador

Un analizador de gases de escape convencional normalmente mide cinco magnitudes, veamos una síntesis de que representa cada una de ellas.

CO: El monóxido de carbono es resultado del proceso de combustión y se forma siempre que esta es incompleta. Es un gas toxico, inodoro e incoloro. 


Valor alto de CO:
-          Mezcla rica.
-          Combustión incompleta.
-          Si el valor de CO es muy alto, normalmente, existe una deficiencia de O₂.

CO₂: El dióxido de Carbono es también resultado del proceso de combustión, no es toxico a bajos niveles.
Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustión.

Como regla general, lecturas bajas reflejan de un proceso de combustión malo.

Valor de CO:
-          Excelente indicador de la eficiencia de la combustión.
-          Si la combustión es mala siempre baja el CO₂.
-          Si la combustión es buena el CO₂ siempre es alto.

HC: Todo combustible es un hidrocarburo; esta magnitud representa la gasolina, aceite u otros elementos combustibles que salen del motor sin quemar.
La unidad de medida es el ppm, partes por millón.

Valor alto de HC:
-          Generalmente indica mezcla rica.
-          Combustión contaminada por aceite, gases u otras sustancias.
-          Mala combustión por mezcla pobre.
-          El CO también se presenta alto.
-          El CO₂ se presenta bajo.

O₂: Se trata del oxígeno que sobro en el proceso de combustión.
Un valor alto de oxigeno puede deberse a mezcla pobre, a una combustión que no quemó todo el aire o a una toma de aire en la línea de escape. 

Valor alto de O:
-          Presencia de oxígeno sin quemar.
-          Indica mezcla pobre.
-          Puede ocurrir que el producto de una combustión sea O₂ alto + HC alto (fallo encendido).
-          El CO₂ se presenta bajo.
-          Fallo eficiencia del catalizador (valor de O₂ ligeramente alto).

Es la relación en peso aire-combustible real que tiene el motor en ese momento.
La relación ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire por 1 gr. de combustible.
Si se da esa relación (la óptima) la relación lambda es 1.

Relación lambda:
 Lambda = 1: mezcla estequiometria (relación 14,7 a 1).
 Lambda < 1: indica mezcla rica (exceso de combustible o falta de aire).
       Lambda > 1: indica mezcla pobre (exceso de aire o falta de combustible).

Como se observa, cada una de magnitudes puede ser alterada en función de la avería que presente el motor.
Partiendo de la base de un motor que funciona correctamente, fíjese en esta tabla orientativa, donde se muestran los valores de un vehículo catalizado y con sonda lambda cuyos gases no están alterados.

LECTURA DE GASES ANTES DE CATALIZADOR
LECTURA DE GASES DESPUÉS DE CATALIZADOR
CO
Entre 0,4 y 0,8 %

Menor de 0,2 %
CO
Mayor de 13, %
Mayor de 13,5 %
HC
Menor de 250 ppm

Menor de 100 ppm
O
Menor de 1,5 %

Menor de 0,2 %
LAMBDA
Entre 0.99 i 1.02
Entre 0.99 i 1.01
RPM
2000 rpm
2000 rpm


Como se observa los gases que trata el catalizador CO, HC (no se incluye el NOx porque la mayoría de los analizadores no miden esta magnitud) salen del mismo “corregidos”. También cabe mencionar la variación significativa que sufre el O a la salida del catalizador.
Veamos el por qué:
Como comprobar la eficiencia del catalizador
Entrada de gases - catalizador - salida de gases

Gracias a los metales nobles que contiene el monolito del catalizador ocurren dos reacciones químicas:

Oxidación: adición de oxígeno a los componentes de los gases de escape.

CO + O = CO

El CO compuesto de1 átomo de Carbono + 1 de Oxígeno se oxida, es decir, gana un átomo de oxígeno. Por tanto se transforma en CO.

HC + O = HO y CO

El HC compuesto de 1 átomo de Hidrógeno + 1 de Carbono se oxida. Por una parte se juntan 2 H (H) + 1 O el resultado es HO. Por otro lado la C se junta con 2 O y el producto es de nuevo CO.

Reducción: extracción de oxígeno de los componentes de los gases de escape.

NOx + CO = N y CO

Se extrae el oxígeno del NOx (1 átomo de Nitrógeno + x átomos de oxígeno Ox = NOx) y se libera el nitrógeno N en solitario, el oxígeno sobrante se añade al CO y se consigue CO.
En conclusión, ni aparecen ni desaparecen átomos, sino que se combinan de modo diferente generando un compuesto distinto al inicial.

OSi se fija en el proceso, se dará cuenta que hay un ingrediente fundamental e imprescindible para que estas reacciones se lleven a cabo; es el oxígeno, sin él no se efectuaría dicha reacción.

Además, hay que considerar la condición que un catalizador necesita temperatura para funcionar, unos 300ºC, sin temperatura tampoco se realizan las reacciones.

Con estas claves ya podemos comprobar la eficiencia de nuestro catalizador:

1ª prueba
Diagnóstico con analizador de gases, nos fijamos en tres magnitudes:
CO: el valor debe de ser bajo, menor de 0,2 %.
HC: también debe de ser bajo, menor de 100 ppm.
O: como se ha visto si el catalizador funciona bien utiliza el oxígeno y lo reconvierte. De modo que el valor de O a la salida del catalizador debe de ser muy bajo, menor de 0.2%. Si hay una presencia destacable de oxígeno a la salida indica que el catalizador no funciona correctamente.

LECTURA DE GASES ANTES DE CATALIZADOR
LECTURA DE GASES DESPUÉS DE CATALIZADOR
CO
Entre 0,4 y 0,8 %
Menor de 0,2 %
CO
Mayor de 13, %
Mayor de 13,5 %
HC
Menor de 250 ppm
Menor de 100 ppm
O
Menor de 1,5 %
Menor de 0,2 %
LAMBDA
Entre 0.99 i 1.02
Entre 0.99 i 1.01

















También es útil medir los valores antes y después del catalizador, si hay una disfunción, veremos que no se corrigen los valores.
Insertar la sonda antes del catalizador para tomar la lectura puede ser difícil. En estos casos aprovechamos que el catalizador no trabaja hasta que consigue 300ºC. De modo que insertamos la sonda a la salida, arrancamos el motor y durante unos minutos leeremos los gases sin tratar. Progresivamente se incrementa la temperatura y los gases se van corrigiendo.

2ª prueba
Diagnóstico por temperatura, las reacciones químicas generadas en el catalizador incrementan la temperatura del mismo. De modo que si las reacciones son llevadas a cabo con éxito, la temperatura a la salida del catalizador es mayor que en la entrada. Aproximadamente una diferencia de temperatura de entre 20 y 50ºC.

Como comprobar la eficiencia del catalizador


Si entendemos cómo trabaja, con un analizador de gases y un termómetro podemos comprobar la eficiencia de un catalizador.



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