2012UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

EMISION DE GASESDOCENTE: ing. Francisco De Len

Alumnos:

Jos Samuel castro pineda

Luis Fernando Alberto parada

PREAMBULO .............................................................................................................................. 3 INTRODUCCION ............................................................................................................................. 4 MARCO TEORICO ........................................................................................................................... 5 Estructura de la atmsfera ........................................................................................................ 5 Principales componentes del aire ............................................................................................. 5 Subproductos de la combustin: .............................................................................................. 6 Hidrocarburos (HC): .................................................................................................................. 7 Oxidos de nitrgeno (NOx)........................................................................................................ 7 Tabla estequiometria ................................................................................................................ 8 Efecto invernadero .................................................................................................................... 9 Mantenimiento preventivo para la emisin de gases............................................................. 11 EQUIPOS PARA LA MEDICION DE EMISIONES DE GASES ............................................................ 12 Medidores de humo ................................................................................................................ 13 PROCEDIMIENTO DE ACELERACIN LIBRE .............................................................................. 13 Motores a gasolina .................................................................................................................. 15 EJEMPLO DE EQUIPO PARA EL ANALISIS DE EMISION DE CASES EN AUTOMOTORES ............ 16 BEA 150 para prueba de emisiones en motores de vehculos diesel ............................... 17 BEA 250 para prueba de emisiones en motores de vehculos de gasolina ...................... 18 BEA 350 para prueba de emisiones en motores de vehculos diesel y gasolina .............. 18 BEA - Sistema de anlisis de emisiones modular ................................................................ 18 ELEMENTOS AUTOMOTRICES PARA LA DISMINUCION DE EMISION DE GASES ......................... 19 Sistema de control de evaporaciones de gases ...................................................................... 19 Porcentajes de las emisiones (vehculo sin control de emisiones) ..................................... 20 Componentes .......................................................................................................................... 20 Sistema EVAP convencional ................................................................................................ 21 Tapn sellado del tanque. ................................................................................................... 21 Tanque de combustible ....................................................................................................... 21 Sistema de recirculacin de gases de escape (EGR)............................................................ 22 Vlvulas trmicas................................................................................................................. 23 Vlvula trmica.................................................................................................................... 24 Vlvulas EGR controladas .................................................................................................... 24 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Pgina 1

Solenoide de control de vaco ............................................................................................. 25 Sensor de Oxgeno (Sensor O2; Sonda Lambda) ................................................................. 26 Mezcla Aire Combustible (A/C) ........................................................................................... 27 Relacin entre el voltaje generado y la condicin de la mezcla ............................................. 27 Diagrama del sensor de oxgeno (Nissan 1993-95) ................................................................. 29 Cdigos de falla ....................................................................................................................... 29 SONDA LAMBDA DE TITANIO .................................................................................................. 30 Convertidor cataltico o Catalizador ........................................................................................ 31 Operacin de un catalizador ................................................................................................... 32 Catalizado de reduccin ..................................................................................................... 33 Catalizador de oxidacin ..................................................................................................... 34 Sistema de inyeccin de aire (AS AI) ....................................................................................... 34 Sistema de succin de aire (AS) .............................................................................................. 35 Vlvula de lengeta ............................................................................................................. 35 Sistema de inyeccin de aire (AI) ............................................................................................ 35 BIBLIOGRAFIA. ............................................................................................................................. 36

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PREAMBULO

La contaminacin atmosfrica est aumentando hasta alcanzar lmites peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. Los vehculos automotores son la principal causa de la contaminacin del aire, principalmente en las reas urbanas. Con programas de Inspeccin y mantenimiento adecuados, se puede reducir considerablemente las emisiones vehiculares.

En este documento se dar a conocer los efectos de los subproductos de la combustin, los principios de funcionamiento de los principales sistemas de control de emisiones de gases, su diagnstico, mantenimiento y reparacin; los equipos y procedimiento de medicin, as como tambin la interpretacin de los resultados de medicin.

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INTRODUCCIONLa contaminacin atmosfrica est aumentando en las ciudades de Latinoamrica y ya ha alcanzado lmites peligrosos par la salud humana y el medio ambiente. Los vehculos automotores son la principal causa de la contaminacin del aire, principalmente en las reas urbanas. Con programas de Inspeccin y mantenimiento (I/M) adecuados, se puede reducir considerablemente las emisiones

vehiculares. El crecimiento anual del parque vehicular en la regin, la edad de las unidades de transporte, el pobre mantenimiento y la falta de programas adecuados de capacitacin en el control de emisiones vehiculares, incrementa la amenaza de la contaminacin del aire y reduce la calidad de vida de la poblacin. Los gobiernos de la regin Centroamericana han dado sus primeros pasos en el largo camino de la reduccin de la contaminacin del aire de las principales ciudades, aprobando leyes y reglamentos que limiten las emisiones de gases. Aun cuando dichas leyes y reglamentos no han sido implementados en su totalidad, ya existe control en la importacin de los vehculos nuevos y usados en algunos pases. Dentro del entorno de la disminucin de la contaminacin, adems de las normativas, es necesaria la creacin de una conciencia ecolgica de la poblacin y principalmente de los propietarios de vehculos, sean de transporte de pasajeros, de carga o del transporte colectivo. Dentro de lo anterior los programas de capacitacin, actualizados, de control de emisiones de gases para mecnicos, motoristas e instructores, reviste una importancia relevante, sobre todo los de capacitacin de instructores por ser estos los formadores iniciales en la cadena de capacitacin de las personas involucradas en la Inspeccin y Mantenimiento de vehculos automotores.

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MARCO TEORICO

Estructura de la atmsferaLa atmsfera de la tierra, que comn mente llamamos "AIRE" esta formada, principalmente, por 2 gases: Oxgeno (O2), que ocupa el 21% en volumen, y el Nitrgeno (N2), que ocupa el 78% de la atmsfera. El 1% restante est formado por otros gases incluyendo Argn (Ar), que ocupa el 0.94% del 1% restante y Dixido de Carbono (CO2). Adems de Argn y del Dixido de carbono, tambin hay muchas substancias indeseables creadas por el hombre, tales como Monxido de Carbono (CO), Hidrocarburos (HC), Oxidos de Nitrgenos (NOx), Dixido de Azufre (SO2) y muchos slidos como polvo, partculas de carbn, etc.

Principales componentes del aireExisten varias fuentes de contaminacin del aire, tales como:MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Pgina 5

a) Fuentes mviles (vehculos automotores), b) Fuentes fijas (Proceso industriales) c) Incendios forestales, (quemas)

Subproductos de la combustin:La Gasolina y el Diesel son Hidrocarburos lquidos. Si se produce una combustin ideal de los Hidrocarburos, los subproductos sern segn la siguiente ecuacin:

Tericamente la combustin seria perfecta con una relacin de aire combustible (A/F) de14. 5 -15 Kg.: 1Kg, dependiendo de la calidad del combustible. La relacin entre la calidad real de aire aspirado y la cantidad terica aspirada, se denomina Factor Lambda; se determina segn la siguiente relacin:

a) Un valor de Lambda > 1; significa exceso de aire o mezcla pobre b) Un valor de Lambda < 1; significa exceso de combustible o mezcla rica

En la realidad no es posible lograr una combustin ideal, sino se da una combustin incompleta, con sus respectivos subproductos (emisiones), esto se incrementa debido a la falta de un mantenimiento adecuado.MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Pgina 6

Monxido de Carbono (CO):

Es un gas producido por una combustin incompleta del combustible, debido a un insuficiente suministro de Oxgeno a la cmara de combustin, por ejemplo, por una mezcla sobre-enriquecida o por mala formacin de la mezcla. Tcnicamente se entiende como combustible parcialmente quemado.

La concentracin (proporcin volumtrica) de CO en los gases de escape es generalmente determinada por la relacin aire-combustible (A/C) (Mezcla) y variar con los cambios en dicha proporcin (en motores a gasolina).

Hidrocarburos (HC):Lo siguiente solo es tpico para los motores a gasolina, ya que en el motor diesel los HC no son relevantes. Este es gas Hidrocarburo crudo (HC), combustible no quemado o que se evapora del tanque de combustible, del carburador y se ha escapado a la atmsfera.

Tcnicamente se entiende como combustible no quemado.

Evaporacin de gasolina

Oxidos de nitrgeno (NOx).Hay diferentes compuestos moleculares formados por el Nitrgeno (N2) y el oxigeno (O2) como NO, NO2, O3, etc. Estos son llamados ''Oxidos de Nitrgeno'' y son expresados por conveniencia como ''NOx''.

El 95% de Nitrgeno encontrado en los gases de escape es Oxido Ntrico (NO) que se forma en la cmara de combustin. El Oxido Ntrico se combina con el Oxgeno en la atmsfera para formar Dixido de Nitrgeno (NO2).

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Ntese, sin embargo que como el nitrgeno molecular (N2), que es el 79% de la atmsfera, es estable en condiciones normales, a alta temperatura (arriba de 1500 C o 2700 F) y a alta concentracin de oxgeno hace que el nitrgeno reaccione con el oxgeno para formas NOx Tambin puede ocurrir que el NOx se forme durante una combustin incompleta como en los casos de HC CO, porque solo as la temperatura es suficientemente alta para soportar la reaccin qumica que se forma.

Si la temperatura no pasa los 1500 C el N2 y O2 sobrantes de la combustin saldrn por el sistema de escape sin combinarse para formar NOx.

Tabla estequiometriaLa tabla Estequiomtrica, representa el comportamiento de los gases de escape en base del factor Lambda, considerado ste como representativo de la mezcla ideal (=1).

Tericamente se necesita aproximadamente de 14.5 a 15 Kg. de aire para quemar 1 Kg. de combustible, por lo que se toma un promedio de 14.7:1, como mezcla ideal o relacin Estequiomtrica ( =1), es decir se considera una reaccin completa de los HC del combustible y la cantidad exacta de O2 del aire admitido, para que la mezcla se queme lo mejor posible.

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Efecto invernaderoEste fenmeno causa un calentamiento en la atmsfera de nuestro planeta, aumentado as las temperaturas ambientales (sin este efecto la tierra seria demasiado fra para los seres humanos).

Debido a las emisiones industriales, vehiculares y agrcolas (por ejemplo las quemas de rastrojos y los incendios forestales), la cantidad de CO2 se aumenta en la atmsfera por lo cual la temperatura de la tierra tiende a aumentar.

Hasta el ao 2050 la temperatura promedio de la tierra aumentar aproximadamente 2.5C y hasta el ao 2100, 5.7 C, si no reduce el crecimiento de las emisiones globales de CO2. Si embargo el CO2, es considerado tcnicamente como un ndice del rendimiento del motor, es decir es combustible total mente quemado y no existe todava ninguna regulacin que en lo referente a emisiones vehiculares lo limite.

Es decir que todo programa de I/M que pretende mejorar el funcionamiento de los motores, genera un aumento en las emisiones de CO2.

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1) La radiacin de onda corta llega parcialmente a la superficie da la tierra y calienta. 2) La tierra devuelve la radiacin de onda larga (radiacin infrarroja o de calor) que es reflejada parcialmente, hacia la tierra, por el CO2 y otros gases. Inspeccin y Mantenimiento (I/M)

Es la revisin peridica de las emisiones de gases de los vehculos, realizada en operaciones de mantenimiento. Esta se realiza para detectar si los componentes del motor funcionen o no sufrieron deterioro por falta de mantenimiento

En los vehculos con motor a gasolina, es una prueba esttica y se realiza en marcha ralent (menos de 1000 RPM), y en aceleracin entre 2300 y 2700 RPM. Los HC, se miden en ppm, el CO y el CO2, se miden en porcentaje (%) de volumen.

Los NOx no se miden en I/M, debido a que solo en pruebas dinmicas nos proporcionan informacin correcta, no as en pruebas estticas. El I/M nos asegura que el vehculo se encuentra funcionando correcto.

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En los vehculos con motor diesel, la medicin de las emisiones de humo se mide bajo el procedimiento de aceleracin libre, es decir a la velocidad de corte del gobernador de la bomba de inyeccin.

Mantenimiento preventivo para la emisin de gasesEn un mantenimiento preventivo se revisan peridicamente los sistemas de lubricacin, encendido y de preparacin de la mezcla. Adems, se controla el filtro de aire y el sistema de refrigeracin, el cual posee su importancia debido a que algunos sistemas de control de emisiones trabajan segn la temperatura del motor.

Para llevar a cabo un buen mantenimiento preventivo del vehculo, se siguen las recomendaciones del fabricante y principalmente se realizan los siguientes trabajos:

1) Cambio de aceite (segn recomendaciones del fabricante) 2) Cambio de filtros (gasolina, aire y aceite) 3) Revisin, calibracin o cambio de bujas 4) Ajuste de vlvulas 5) Puesta a tiempo del encendido, sin olvidar las RPM y temperatura de motor. 6) Sistema de carburador o de inyeccin. 7) Revisin de los sistemas de control de emisiones (mediante la medicin de emisiones)

Con todo lo anterior, se puede realizar el ajuste de la mezcla, tomando en cuenta las recomendaciones del fabricante, logrando as obtener el mximo rendimiento del motor y reducir las emisiones contaminantes.

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EQUIPOS PARA LA MEDICION DE EMISIONES DE GASESLos bancos de gases modernos miden los siguientes gases: CO, HC, CO2, O2 y NOx, aun cuando existen varios estndares para la fabricacin de bancos de gases, incluso algunas propias de pases como Mxico y Alemania, todas estn basadas en las normas BAR (Bureau of Automotive Repair) y la OIML (Organisation Internacionales de Metrologie Lgale)

BAR: Es originaria de California y rige, entre otros, la fabricacin de bancos de gases para I/M. Los bancos de gases ms importantes fabricados segn esta norma, han sido: BAR 80. BAR 84, BAR 90 y en la actualidad BAR 97.

OIML: Es una organizacin internacional que estableci una norma que rige en todos los pases de la Comunidad Europea. Algunos pases como Alemania, la utilizan con algunas variaciones en el procedimiento, pero sin alterar la calidad y exactitud del muestreo.MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Pgina 12

Medidores de humo

Figura 9: Opacmetro de flujo parcial Procedimiento de medicin Vehculos equipados con motor diesel

NOTAS:

1- El presente procedimiento asume que el equipo (Opacmetro de flujo parcial) est calibrado correctamente y que dicha calibracin se revisa cada inicio de jornada o cuando sea requerido por el equipo.

2- Basndose en el sonido de funcionamiento del motor, determine el estado mecnico del motor. Si considera que puede sufrir daos cuando se acelere a velocidad de corte del gobernador, no realice la prueba.

PROCEDIMIENTO DE ACELERACIN LIBRE(Norma SAE J1667, o Directiva 72/306/CE)MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Pgina 13

1- Revise la sonda del Opacmetro, no debe representar roturas ni dobleces.

2- Conecte el Opacmetro, el voltaje de la fuente debe ser de 110 voltios y revise que se ajuste a cerro.

3- Revise el tubo de escape del vehculo a medir, no debe presentar roturas. Si presenta roturas realice la medicin e infracciones, si procede. Recomiende al propietario que repare el escape.

4- Asegrese

que

el

motor

est

a

su

temperatura

normal

de

funcionamiento.

5- Revise el nivel de aceite de motor, si esta muy bajo o muy alto no realice la prueba. El motor puede sufrir daos.

6- Revise el nivel del refrigerante, si esta muy bajo rellnelo hasta el nivel adecuado, antes de realizar la prueba.

7- Acelere bruscamente el motor, tres veces, para limpiar el tubo de escape. Sin el motor emite demasiado humo o existe evidencia de aceite (humo Azul), no realice la medicin hasta que se corrija la causa. El equipo puede daarse.

8- Introduzca la sonda del Opacmetro en el tubo de escape, por lo menos 30 centmetros.

9- Realizar las tres mediciones, acelerando el motor a velocidad de corte de gobernador de la bomba de inyeccin. Si existe duda sobre los resultados o sobre la manera de aceleracin, repita la prueba.

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10- Compare el valor promedio de las tres mediciones realizadas, con los lmites establecidos por el RGTSV y determine si el vehculo pasa o no la prueba.

Motores a gasolina1- Conecte el banco de gases y permita que logre su temperatura de funcionamiento, el voltaje de la fuente debe ser de 110 voltios.

2- Revise el tubo de escape del vehculo a medir, no debe presentar roturas. Si presenta roturas no realice la medicin. Recomiende al propietario del vehculo que repare el escape.

3- Compruebe que el vehculo est equipado con catalizador, el cual no debe presentar roturas ni abolladuras. Si presenta algunas de las dos condiciones antes mencionadas no realcela medicin hasta que sea remplazado.

4- Si el vehculo esta equipado con sistema de inyeccin de aire, no considere, para evaluar si pasa o no pasa el valor de CO2 en marcha mnima (