1 Curso de Teoría y Diagnóstico de Emisiones

2 Introducción

3 Introducción Temas Introducción ¿Qué son emisiones?¿Que es contaminación al aire? Componentes en los gases de escape Emisiones de Hidrocarburos ¿Qué son hidrocarburos? Fundamentos de gasolina Pre-ignición Aditivos Nuevas Fórmulas Hidrocarburos y el proceso de combustión Paso de admisión Ignición Escape Hidrocarburos y razón aire/combustible Hidrocarburos y Oxidos de Nitrógeno Otras fuentes de hidrocarburos Templado (“Quenching”) Causas de emisiones anormales de hidrocarburos Emisiones de Monóxido de Carbón ¿Qué son monóxidos de carbón? Monóxido de carbón y proceso de combustión Combustión completa Combustión incompleta Emisiones de CO CO y razón de A/F Causas para la emisión anormal de CO Emisiones de Oxidos de Nitrógeno ¿Qué son óxidos de nitrógeno (NOx) NOx y el proceso de combustión Nitrógeno Formación de NOx Emisiones de NOx NOx y razón de A/F Causas de emisiones anormales de NOx CO2, O2 y Razón Estequiométrica Emisiones de CO2 y O2 CO2 O2 y razón de A/F ¿Qué es razón estequiométrica? ¿Qué es Lambda? Operación del Sistema: Ciclo Abierto vs. Ciclo Cerrado

4 Introducción ObjetivosDefinir qué son emisiones y cómo afectan el medio ambiente. Describir la composición de los gases de escape de un vehículo.

5 Introducción ¿Qué son emisiones? ¿Que son Emisiones?Todo motor de combusiton interna funciona transformando energia quimica (combustible) a energia de calor (potencia) a energia mecanica (movimiento) utilizada para proveer potencia a una maquina o equipo. Esta energia nos provee de un beneficio al poner en mivimento el automobil, tambien genera productos dañinos al medio ambiente. Una combustiuon perfecta sus resultados serian agua y dioxido de carbono. El agua es parte de nuestra naturales y el diosxido de carbono es utlizado por los arboels para el proceso de fotsintensis. Debido a los cambios que ocurren durante el proceseo de combustion, es dificil el lograr obtener una combusiton perfecta, por esto se generan otros componenstes (Monoxido de Carbono, Hidrocarburos, Oxidfos de Nitrogeno), los cuales reaccionan daninamente con nuestra atmosfera. ENERGIA QUIMICA ENERGIA DE CALOR ENERGIA MECANICA

6 Introducción ¿Qué es contaminación del aire?¿Que es contaminacion del aire? Contaminacion se define como hacer impuro. La contaminacion del aire es el hacer impuro la atmosfera, la cual resulta en sucio y dañino al aire. Hay dos tipos de contaminacion: natural, como la de un volcan y provocadas por el hombre, como las emisiones de un vehiculo. Hay muchos productos creados por el hombre los cuales contribyuen a la contaminacion de la atmosfera, el vehiculos es uno de los mayores contribuyentes. En 1950 es cuando se descubre que los componentes secundarios generados por la combustion generan compuestos nuevos y dañinos al aire. La formacion de alta contaminacion en la ciudad de Los Angeles en los 1950 lleva al descubrimiento de “smog” fotoquimico. “Smog” es creado cuando los componentes de los gases de escape reaccionan con la luz solar para formar una neblina quimica irritante. En los gases de escape de un automobil, no solo tenemos compuestos generados por la combutions si no tambien pequenos materiales conocidos como particulas. Las particuals son tambien productos secudanrios de la combstion y pueden consistir de calsio, amonia, hierro, carbon y azufre. Estas som pequenas, en cantidades visibles de solidos y liquidos suspendidas en la atmosfera. Estas particulas son una de las razones por la reduccion de visibilidad en el “smog” fotoquimico. Contaminación del aire (“SMOG”) Emisiones de un auto: compuestos y partículas

7 H C N O O C C O O Introducción Componentes de Gases de EscapeInvestigaciones han llevado a indetificar cinco compuestos de mayor cantidad en los gases de escape: Hidrocarburos Monoxido de Carbono Oxidos de Nitrogeno Dioxido de Carbono Oxigeno Por muchos años, solamente hidrocarburos y monóxidos de carbon eran de gran preocupación en las pruebas de emisiones. En los ‘70s fue descubierto que óxidos de nitrogeno son los contribuidores de la formación de “smog”. Niveles de bióxido de carbón y oxigeno en el escape son excelentes indicadores de como el motor esta operando. Estos cinco gases son la base para el sistema de prueba y diagnostico de emisiones. Cada gas tiene una relación con cada uno y responden al cambio de eficiencia del proceso de combustión. Hidrocarburos Monóxido de Carbono Oxidos de Nitrógeno Dióxido de Carbono Oxígeno

8 Emisiones de Hidrocarburos

9 Emisiones de HidrocarburosMeta Este módulo define y describe las emisiones de hidrocarburos de los vehículos, demuestra la relación entre una combustión eficiente y emisiones de hidrocarburos e identifica la causas de emisiones de hidrocarburos fuera de lo normal. Objetivos Definir emisiones de hidrocarburos e identificar cómo se generan. Demostrar la relación entre las emisiones de hidrocarburos y el proceso de combustión. Identificar los componentes y sistemas que pueden llevar a lecturas altas de emisiones de hidrocarburos.

10 Emisiones de Hidrocarburos¿Qué son hidrocarburos? H C ¿Que son hidrocarburos? Las emisiones de hidrocarburos en los automobiles son los derivados del proceso de combustión interna de un motor. Pero, los hidrocarburos no son creados por la combustión. Es un hecho que los hidrocarburos de cualquier tipo son destruidos al ser quemados. Las emisiones de hidrocarburos son el resultado de una combustión incompleta. Varios factores contribuyen a las emisiones de hidrocarburos de los vehículos. Primero, debemos entender el origen de hidrocarburos, lo cual nos ayudara en el diagnóstico de los problemas de emisiones.

11 Emisiones de Hidrocarburos¿Qué son hidrocarburos? ¿Que son hidrocarburos? Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que contienen átomos de hidrogeno y carbón. Carbón es el elemento mas versatil de todos los conocidos. Todas las plantas y animales contienen approximadamente 20% de carbón en varios compuestos. Los hidrocarburos son formados cuando los materiales de plantas y animales son sujetos a presiones y temperaturas extremas en el rango de 210F a 250F. Agua y otros compuestos son esprimidos y el material remanente se vuelve deficiente en oxigeno y rico en carbón. Durante este proceso, los átomos de hidrogeno en el agua dejan de combinarse con los átomos de oxigeno, por lo que se combinan con los átomos de carbón para formar hidrocarburos. Este proceso usualemte requiere millones de años y eventualmente se forman productos de petrolio como aceite y carbón.

12 Emisiones de Hidrocarburos¿Qué son hidrocarburos? ¿Que son hidrocarburos? La gasolina es producida del aceite creado por este proceso. Esto significa que la gasolina es un producto basado en el hidrocarburo. El quemar la gasolina destruye la mayoria de los hidrocarbuos que esta contiene. Cuando se hace una prueba de emisiones en un vehículo, la medida de emisiones de hidrocarburos representa la cantidad de gasolina que no se ha quemado. Hidrocarburos solos no son peligrosos, estos son la fuente de energía primaria que se utiliza para mover un automobil. La preocupación es por los hidrocarbuos que pasan por el proceso de combustión sin ser consumidos. Por cada 1,000 galones de gasolina utilizada en un vehículo sin control de emisiones, 200 libras de emisiones de hidrocarburos son liberadas.

13 Emisiones de HidrocarburosFundamentos de Combustible C H C H C H Conceptos de Gasolina La gasolina se compone de cadenas de hidrocarburos. El hidrocarburo mas simple es el metano, el cual es el primero en una serie de compuestos llamados alcalinos. Los átomos de Carbón pueden formar enlaces dobles, como en etileno, o enlaces triples como en acetileno. El aceite crudo es purificado, o refinado en gasolina. Se utilizan diferentes tipos de procesos de refinamiento para obtener la cantidad máxima de gasolina. Pre-ignición Antes de que la mezcla de aire/gasolina sea encendida en la camara de combustión por la bujía, los hidrocarburos en la gasolina podrian encenderce inesperadamente debido a las altas temperaturas y presiones en la camara. Esto se conoce como pre-ignición. El índice de octanaje de la gasolina es la medida de la habilidad de la gasolina a resistir la pre-ignición. El octanaje puede ser aumentado por técnicas de refinamiento adicionales. Aditivos La gasolina contiene diferentes aditivos químicos. Algunos de estos son para inhibir la oxidación y prevenir la creación de resina durante el almacenamiento. Se añaden tintes para identificar los diferentes tipos de gasolina. Los aditivos detergentes remueven depositos del sistema de llevado de gasolina y camara de combustión. Nuevas Formulas La gasolina reformulada (RFG) es un nuevo tipo de gasolina el cual ha sido esxigido para las areas con niveles de contaminación execivos. La RFG utiliza pasos de refiniamiento adicionales para remover o modificar los compuestos de la gasolina que significativamente contribuyen a las emisiones de vehículos. Aditivos conocidos como oxigenados son utilizados en RFG para mejorar la combustión, aumentar el octanaje, y reducir las emisiones de escape.

14 Emisiones de HidrocarburosHidrocarburos y el Proceso de Combustión: Paso de Admisión O N H C Hidrocarburos y el Proceso de Combustión Paso de Admisión Durante el proceso de combustión, los hidrocarburos en la gasolina son combinados con una cantidades suficientes de oxigeno del aire admitido.

15 Emisiones de HidrocarburosHidrocarburos y el Proceso de Combustión: Ignición O O Hidrocarburos y el Proceso de Combustión Ignición Cuando se queman los hidrocarburos, el átomo de hidrogeno es separado del átomo de carbón. N N H C

16 Emisiones de HidrocarburosHidrocarburos y el Proceso de Combustión: Escape Nitrógeno (N2) Bióxido de Carbono (CO2) Agua (H2O) N Hidrocarburos y el Proceso de Combustión Escape Los átomos de hidrogeno se combinan con los átomos de oxigeno para formar agua. El átomo de carbón se combina con los átomos de oxigeno para formar dióxido de carbono. Los cambios químicos que ocurren durante la combustión pueden ser expresados de la siguiente manera: HC + O2 = H2O + CO2. El H2O y el CO2 salen de la camara de combustión atraves del tubo de escape. H O C O

17 Emisiones de HidrocarburosHidrocarburos y el Proceso de Combustión: Hidrocarburos y Razón de Aire/Combustible Rico Pobre HC y Razón de Aire/Combustible (A/F) La gráfica demuestra la relación entre las emisiones de hidrocarburos y la razón de aire/combustible. A una razón de A/F de 8:1, la cual es una mezcla rica en gasolina, resulta en una lectura de partes por millón (ppm) mas alta. Esto significa que no todos los hidrocarburos estan siendos quemados y son llevados al escape del vehículo. A razones mas altas, como 15:1 tienen lecuras de hidrocarburos mas bajas. Esto muestra que todos los hidrocarburos estan siendo quemados durante el proceso de combustión. A mezclas extremadamentes pobres, como 17:1, el motor tendra un fallo de ignición (“misfire”) y los niveles de hidrocarburos aumentaran. Esto es porque no hay suficiente gasolina para completar el proceso de combustión y gasolina si quenar se escapa de la camara de combustión. Esta condición se le conoce como un fallo de ignición pobre (“lean misfire”). En el mundo perfecto, el 100% de los hidrocarburos en la gasolina seran consumidos en el proceso de combustión. Como nada es perfecto, la eliminación de todos los hidrocarburos no ocurre. Las emisiones de hidrocarburos son medidas en números de partes de hidrocarburos por millones de partes de aire. Esto normalemte se refiere como a partes por millon, ejemplo 100 ppm. Los hidrocarburos tambien pueden ser medidos por el número de gramos de hidrocarburos por milla de manejo, como en gramos/milla.

18 Emisiones de HidrocarburosHidrocarburos y el Proceso de Combustión: Hidrocarburos y Oxidos de Nitrógeno H C O N HC y NOx Cuando los hidrocarburos se escapan, se combinan con otras emisiones del vehículo, como Oxidos de Nitrogeno (NOx). Estos dos componentes juntos en la atmosfera reaccionan con luz ultravioleta del sol para formar neblina fotoquímica (“somg”). La palabra “smog” es una combinación de “smoke” (humo) y “fog” (neblina), pero no es una combinación de los dos componentes. “Smog” es el producto de una reacción química entre dos emisiones del vehículo, HC y NOx. Esto es una razón bien importante para la creación de los sistemas de emisiones de vehículos y los procediminetos de prueba/repareación que son presentados en este curso. Otras Fuentes de HC Las emisiones de hidrocarburos no estan limitadas al proceso de combustión. Los hidrocarburos son las únicas emisiones de vehículos que se generan de otras fuentes ademas del escape del vehículo. Hay tres fuentes mayores de emisiones de hidrocarburos: 1. Sistema de evaporación de gasolina = 15% 2. Vapores de carter = 25% 3. Escape de motor = 60% Sabia usted… Componentes como las gomas, pinturas y plásticos que son producidos a base de petroleo, tambien liberan pequeñas cantidades de hidrocarburos.

19 Emisiones de HidrocarburosHidrocarburos y el Proceso de Combustión: Templado (“Quenching”) Superficie fría H C H C Templado (“Quenching”) En cualquier motor, la gasolina nunca podra ser completamente quemada. Esto es debido a un efecto llamado “quenching”. Mientras ocurre la combustión dentro de la camara, la flama se acerca a la superficie metal de la culata. El metal abosrbe el calor del proceso de combustión lo que hace esta area mas fría que el resto de la camara. Esta area fría detiene o enfria subditamente (“quenches”) la flama. La gasolina en esta area no es quemada y sale de la camara resultando en emisiones de hidrocarburos. La propiedades de “quenching” de un motor son el resultado de diseño de la camara de combustión, y usualmente no pueden ser cambiados. H C H C

20 Emisiones de HidrocarburosCausas de Emisiones Anormales de Hidrocarburos Resultado de una combustión no completa. Cualquier condición que resulte en mezclas de aire/combustible ricas o pobres. Problemas como: Inyector con fuga Calidad de combustible Presión de combustible excesiva Ancho de onda de inyector extendida Sistema de enfriamiento con problemas Sistema de control con problemas Cualquier condición que produzca una falla de combustión (“missfire”) o una falla de combustión parcial (“partial missfire”) Falla de combustión pobre Fuga de vacío Fuga en el sistema de aire de admisión EGR defectuosa Causas de Emisiones no Normales de Hidrocarburos Altas emisiones de hidrocarburos son el resultado de la no quema de gasolina en la camara de combustión. Hay muchas razones mecánicas para el aumento de emisiones de hidrocarburos, pero cualquier condición que resulte en mezclas mas ricas o pobres de lo normal causara lecturas de hidrocarburos altas. Problemas que podrian causar mezclas ricas, un injector de gasolina liqueando, presión de gasolina excesiva, ancho de honda de injector extendida, malfuncionamiento del sistema de enfriamiento o malfuncionamiento del sistema de control del motor. Cualquier condición que cause un “misfire” o un “misfire” parcial, como liqueo de vacio, liqueo en el sistema de admisión de aire, o un sistema de recirculación de gases malfuncionando podrian causar un “misfire” pobre, lo cual es visible como altas lecturas de hidrocarburos. Problemas del sistema de ignición, como bujía tapada, cable de bujía dañado, o un embobninado que no funcione en un sistema de ignición sin distribuidor, podrían causar una chispa pobre o ninguna chispa alguna. Esto resultaría en una combustión incompleta o un “misfire” total. En cualquier caso, habria un aumento en las emisiones de hidrocarburos de la gasolina sin quemar en el cilindro afectado. Motores en condiciones mecánicas pobres tambien liberaran hidrocarburos excesivos. Cilindors con baja compresión debido a válvulas o aros dañados no seran capaces de sostener la combustión. Esto tambien producira grandes cantidades de hidrocarburos sin quemar. Las emisiones de hidrocarnuros son un indicador de lo que sucede en la camara de combustión. Pueden ser utilizados para determinar si los componentes del llevado de gasolina y del sistema de ignición estan funcionando apropiadamente.

21 Emisiones de HidrocarburosResumen HC compuestos orgánicos que forman la gasolina Se combinan con otros componentes para generar “smog” En una combustión completa se eliminan todos los HC Debido a que la combustión no es 100%, siempre hay residuos. Emisiones de HC vienen de los gases de carter y de vapores en las líneas de combustible Altas lectura de HC son resultado de combustible sin quemar. Altas emisiones de HC pueden ser causa de mezclas ricas o extremadamente pobres, que puedan resultar en una falla de combustión (“missfire”) Resumen Hidrocarburos son compuestos orgánicos que componen la gasolina. Los hidrocarburos se combinan con otros componentes de las emisiones para formar el “smog”. Por esta razón son controladas en las emisiones de vehículos. En una combustión completa todos los hidrocarburos son eliminados, pero en un motor de combustión interna una eficiencia de combustión de 100% no es posible. Las emisiones de hidrocarburos son tambien el resultado de vapores del sistema de vapores de gasolina y del carter. Altas lecturas de hidrocarburos son el resultado de gasolina sin quemar en los gases de escape. Aumentos en las emisiones de hidrocarburos pueden ser causadas por mezclas de gasolina ricas o pobres como el resultado de un condición de “misfire”. Algunos componentes de los sistemas en los vehículos pueden causar emisiones de hidrocarburos excesivas.

22 Emisiones de Monóxido de Carbón

23 Emisiones de Monóxido de CarbónMeta Este módulo describe y define las emisiones de monóxido de carbón, demuestra la relación entre el monóxido de carbón y la eficiencia de la combustión, e identifica las causas anormales de las emisiones de monóxido de carbón. Objetivos Definir emisiones de monóxido de carbón e identificar su formación. Describir la relación entre monóxido de carbón y el proceso de combustión. Identificar los componentes y los sistemas que causan lecturas altas en las emisiones de monóxido de carbón.

24 Emisiones de Monóxido de Carbón¿Qué es monóxido de carbón? C O ¿Que es monóxido de carbón? Monóxido de carbón es un compuesto formado por un átomo de carbón y un átomo de oxigeno. Aviso Monóxido de carbón es un gas venenoso el cual no tiene olor ni color. En pequeñas cantidades puede causar dolor de cabeza, mareos, y problemas de visión. En grandes cantidades puede reemplazar el oxigeno en el cuerpo y causar la muerte. Cualquier procedimiento de pruebas de emisiones debe ser realizado en un área al aire libre o el vehículo debe ser conectado a un sistema de ventilación.

25 Emisiones de Monóxido de CarbónMonóxido de Carbón y el Proceso de Combustión Combustión completa Nitrógeno (N2) Dióxido de Carbono (CO2) Agua (H2O) N Combustión Completa En una combustión perfecta, la molécula de hidrocarburos es dividida en átomos de hidrogeno y de carbón. Los átomos de hidrogeno se combinan con los átomos de oxigeno para formar agua, y los átomos de carbón se combinan con los átomos oxigeno para formar bióxido de carbón. H O C O

26 Emisiones de Monóxido de CarbónMonóxido de Carbón y el Proceso de Combustión Combustión incompleta Nitrógeno (N2) Monóxido de Carbón (CO) Agua (H2O) N Combustión Incompleta Monóxido de carbón es el producto de una combustión incompleta. Cuando la mezcla de aire/combustible es rica, no hay suficiente oxigeno presente en la cámara de combustión. Ya que no hay suficiente oxigeno para unirse, la formación de bióxido de carbón es cohibida. Un átomo de carbón solamente puede ser combinado por un átomo de oxigeno y se forma el monóxido de carbón. La reacción química normal ocurre durante la combustión y es expresada como: HC + O2 = H2O + CO2. Cuando existe una falta de oxigeno, la reacción química cambia a: HC + O2 = H2O + CO. H O C O

27 Emisiones de Monóxido de CarbónPor cada 1,000 galones quemados de gasolina en un vehículo sin control de emisiones, 2,300 libras de monóxido de carbón son producidos. Esto significa que el monóxido de carbón es el 40% de la contaminación de aire. El monóxido de carbón acelera la formación del “photochemical smog”. Este aumenta la razon de formación de óxidos de nitrogeno (NOX). Esto es otra razón de porque hay que limitar las emisiones de monóxido de carbón

28 Emisiones de Monóxido de CarbónCO y Razón de A/F Causas de Emisiones de CO Anormales Altas mezclas ricas Falta de oxígeno en la mezcla Rico Pobre CO y razones de aire/combustible Debido a que el monoxido de carbon es producido por un combustion incompleta, la cantidad producida depende de la razon de aire/combustible. Los porcentajes de monóxido de carbón son un reflejo directo de las razones de aire/combustible. Mezclas ricas producen grandes cantidades de monóxido de carbón. Utilizando la gráfica de emisiones, cuando la mezcla llega a razones de 14.7:1, la cantidad de emisiones de monóxido de carbón disminuyen drásticamente. Mezclas mas pobres dan el resultado de casi no producir emisiones de monóxido de carbón. El monóxido de carbón es medido en porcentaje del total de la mezcla de los gases de escape(como el 3%) o en gramos por milla (7 gramos/milla). Causas abnormales de emisiones de monóxido de carbón Niveles de CO altos son el resultado de mezclas ricas de aire/combustible. También, cualquier condición que inhibe las cantidades de aire llegar a la cámara de combustión interrumpirá la conversión de hidrocarburos y oxigeno en bióxidos de carbón. Esto conversion incompleta resulta en monóxido de carbón. Resumen El monóxido de carbón es un gas venenoso causado por una combustión incompleta. Cuando el gas es quemado completamente, bióxidos de carbón y agua son producidos. Si el proceso de conversión es incompleto, monóxido de carbón es formado. Mezclas ricas producen grandes cantidades de monóxido de carbón al igual que hidrocarburos. La producción de monóxido de carbón esta relacionado a cuan cerca esta la mezcla de aire/gasolina a la razon ideal. Cualquier condición que causa mezclas ricas tendrá altas emisiones de monóxido de carbón. Mal funcionamiento de los sistema de combustible y del sistema de admision de aire pueden causar la formacion de altos niveles de monóxido de carbón.

29 Emisiones de Oxidos de Nitrógeno

30 Emisiones de Oxidos de NitrógenoMeta Este módulo define y describe las emisiones de óxidos de nitrógenos de los vehículos, demuestra la relación entre óxidos de nitrógeno y su eficiencia en la combustión, e identifica las causas anormales de las emisiones de óxidos de nitrógeno. Objetivos Definir emisiones de óxidos de nitrógeno e identificar su formación. Demostrar la relación entre óxidos de nitrógeno y el proceso de combustión. Identificar los componentes y los sistemas que causan lecturas altas en las emisiones de óxidos de nitrógeno.

31 Emisiones de Oxidos de Nitrógeno¿Qué son Oxidos de Nitrógeno? O N N O ¿Que son Oxidos de Nitrogeno? Oxidos de nitrogeno son compuestos de átomos de nitrogeno y cualquier cantidad de átomos de oxigeno. El símbolo NOx representa cualquier combinación de átomos de nitrogeno y oxigeno los cuales forman la molécula. Oxido nítrico (NO) es un compuesto de un átomo de nitrogeno y un átomo de oxigeno. Bióxido de nitrogeno (NO2) consiste de un átomo de nitrogeno y dos átomos de oxigeno.

32 Emisiones de Oxidos de NitrógenoOxidos de Nitrógeno y el proceso de combustión O N H C O O 2,500° F (1,371 °C) N N H C Nitrogeno El aire que respiramos es aproximadamente 78% de nitrogeno, 21% de oxigeno, y 1% de otros gases. Idealmente, el proceso de combustión utiliza todo el oxigeno en el aire, el nitrogeno pasa por el proceso de combustion sin ser cambiado. Formación de NOX Cuando las temperaturas de la cámara de combustión exceden 2,500°F (1,371°C), los átomos de nitrogeno y oxigeno en la mezcla de aire/combustible se combinan para formar NOX. Óxidos de nitrogeno son formados cuando las temperaturas de la combustión ascienden sobre 2,500°F (1,371°C). Los oxidos de ntrigeno son producidos en diferentes cantidades en cualquier condición de operación del motor, pero las grandes cantidades de NOx son producidas por una carga pesada al motor y velocidades crucero moderadas. La formula del proceso de combustión cuando el Nox se produce es HC + O2 N2 = H2O + CO + NOX. Explosión Admision

33 Emisiones de Oxidos de NitrógenoH C Emisiones NOX Óxidos de nitrogeno están compuestos de aproximadamente 97% de oxido nítrico (NO) y 3% de bióxido de nitrogeno (NO2). Oxido nítrico es un gas sin color, pero cuando se escapa a la atmósfera se combina con oxigeno para formar bióxido de nitrogeno (NO2), con un color crema-marrón. NO2 y hidrocarburos en la atmósfera reaccionan con rayos ultravioletas del sol para formar “smog”. N O

34 Emisiones de Oxidos de NitrógenoOxidos de Nitrógeno y Razón de Aire Combustible Rico Pobre Razones de aire/combustible y NOX NOX es medido en partés por millón o en gramos por millas. Según la grafica, óxidos de nitrogeno son los mas bajos en mezclas ricas, y moderadamente altos a 14.7:1, altos en mezclas levemente pobres, bajos en mezclas altamente pobres. Estas curvas son casi exactamente opuestas a los niveles de hidrocarburos y monóxido de carbón. En vez de variar de la razón ideal de combustible, los vehículos utilizan sistemas de control de emisiones para disminuir los NOX. Estos sistemas pueden controlar la temperatura de la cámara de combustión o romper el enlace entre nitrogeno y oxígeno. El diseño de la cámara de combustión es utilizada también para reducir emisiones de NOX. Eliminando cualquier área en que la temperatura exceda 2,500°F (1,372°C), el NOX no se forma. Cualquier tipo de esquina afilada o una pared fina en la cámara de combustión puede sobre calentarse, al igual que en áreas donde se forma depósitos de carbón.

35 Emisiones de Oxidos de NitrógenoCausas de Emisiones Anormales de Oxidos de Nitrógeno Altas temperaturas de cámara de combustión Altas cargas de motor Razones de compresión altas Tiempo de ignición avanzado Mezclas de aire/combustible pobres Falla en el sistema de enfriamiento del motor Malfuncionamiento de EGR Mezclas de aire/combustible Pobres Relativamente pobres Fugas de vacío Fugas en sistema de admisión de aire Tiempo de ignición incorrecto Presión de combustible baja Causas abnormales de las emisiones de óxidos de nitrogeno Las grandes cantidades de óxidos de nitrogeno son formados por temperaturas altas en la cámara de combustión y mezclas ligeramente pobres. Temperaturas altas en la cámara de combustión pueden resultar a causa de un aumento en esfuerzo del motor, razones de compresión alta, tiempo de ignición avanzado, y mezclas pobres de aire/combustible. Cualquier factor que eleve la temperatura de combustión aumenta las emisiones de NOX. El sistema de recirculación de gases (EGR) añade gases de escape al cilindro, lo que causa que bajen las temperaturas durante la combustión. Un mal funcionamiento en el sistema de EGR causa lecturas altas de NOX. La mezcla de aire/combustible tiene un efecto drástico en las emisiones de NOX. Una mezcla ligeramente pobre resulta en la produccion de grandes cantidades de NOX. Factores como fugas de vacio, fugas en el sistema de admision de aire, tiempo de ignición incorrecto, o baja presión de combustible podrian ser la causa de mezclas pobres. Resumen Temperaturas de combustión sobre 2,500°F (1,372°C) causan que el nitrogeno y el oxigeno se combinen y crean óxidos de nitrogeno. Mezclas ligeramente pobres aumentan las emisiones de NOX. El bajar la temperatura cámara de combustión disminuirá NOX. Temperaturas bajas en la cámara de combustión aumentan otros tipos de emisiones. Emisiones de NOX son controladas por el uso del sistema de recirculación del gases de escape, mezclas de aire/combustible coregidas, y el sistema de control de emisiones.

36 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible Estequiométrica

37 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaMeta Este módulo demostrará la importancia de los niveles de dióxido de carbón y oxígeno en el flujo de escape para interpretar la eficiencia de la combustión. También se definen razones estequiométricas, se demuestra la relación entre la razón estequiométrica, eficiencia de combustión y operación del convertidor catalítico. Objetivos Explicar el significado de los niveles de dióxido de carbón y oxígeno en las emisiones de un vehículo. Definir la razón estequiométrica e interpretar lecturas de Lambda. Explicar la importancia de las razones estequiométricas para la operación adecuada del convertidor catalítico.

38 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaEmisiones de Dióxido de Carbón y Oxígeno Nitrógeno (N2) Dióxido de Carbono (CO2) Agua (H2O) N Emisiones de bióxido de carbón y oxigeno Existen dos tipos de gases de escapes los cuales son valiosos para el diagnostico de condición de un motor. Bióxido de carbón y oxigeno pueden servir de medidas para determinar la eficiencia del proceso de combustión. Bióxido de carbón La formación de bióxido de carbón es un indicador de cuan completa hasido la combustion de la mezcla de aire/combustible. Este se produce cuando un átomo de carbón del combustible se combina con dos átomos de oxigeno durante el proceso de combustión. La formula de formación de bióxido de carbón es: HC + O2 = H2O +CO2. Si este proceso es interrumpido por una combustión incompleta, solamente un átomo de oxigeno esta disponible para el enlace con el átomo de carbón. Esto causa la formación de monóxido de carbón. H O C O

39 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaRico Pobre Dióxido de Carbón y Razón de A/F Cuando la mezcla de aire/combustible esta en 14.7:1, el nivel de CO2 en el escape es el mas alto. La cantidad de CO2 disminuye a la vez que la mezcla se convierte rica o pobre. Utilizando la grafica, podemos ver que el medir el CO2 es una forma efectiva para determinar cuan cerca se encuentra la mezcla de aire/combustible a la razón ideal. Minetras mas alto sea el nivel de CO2, mas completo sera el proceso de combustion. Niveles de CO2 de 14-15% es normal para un vehículo que se encuentra en mezcla correcta de aire/combustible.

40 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaOxígeno y Razón de A/F Rico Pobre Oxigeno y razones de aire/combustible Niveles de oxigeno en los gases de escape son un excelente indicador de la eficiencia de combustión. Debido a que el oxigeno es necesario para el proceso de combustión, cuando mas bajo la cantidad de oxigeno en el escape, mas completa es la combustión. Mezclas pobres resultan en lecturas altas de oxigeno. Porque las mezclas pobres tiene menos gasolina, no todo el oxigeno es utilizado en el proceso de combustion. Mezclas bien pobres pdrian causar un “misfire” y niguna de lsa moleculas de oxigeno sera utilizada. Cualquier oxigeno que no ha sido consumido por el proceso de combustión sale de la cámara de combustión. Cuando la mezcla de aire/combustible esta cerca de la razón ideal, los niveles de oxigeno y monóxido de carbón se acercan a cero. En mezclas ricas o pobres, el oxigeno y el monóxido de carbón son directamente opuestos a cada uno.

41 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible Estequiométrica¿Qué es Razón Estequiométrica? Rico Pobre Aire 14.7 a 1 Combustible El termino “razón estequiometrica” es la razón ideal teórica para una combustión completa en el cilindro de un motor. A una razón de 14.7 partes de aire a una parte de combustible, idealmente todos los hidrocarburos serán completamente quemados en la cámara de combustión. El proceso de combustión perfecto también resulta en H2O y CO2 saliendo de la cámara de combustión. Todos los sistemas de control de motor utilizan esta razón como punto de referencia para la mezcla de aire/combustible. La mayoría de los motores operan con mezclas en el rango de 8:1 (mezcla rica) a 19:1 (mezcla pobre). Las mezclas ricas son requeridas para encedidos en frio, carga pesada, y condiciones de altas velocidades. Las mezclas pobres son necesarias para velocidades cruceros bajas y condiciones con cargas livianas. La razón ideal para aire/combustible resulta ser una que permite la myor potencia, una mayor economía de combustible, y menos cantidad en emisiones. Factores como velocidad, carga, temperatura y presión atmosférica afectan los requisitos de aire/combustible. Estudios han encontrado que el mejor compromiso entre poder y economía es la razón estequiometrica. Esto es también la mezcla ideal para las emisiones mas bajas de un vehículo. Utilizando la grafica, podemos fijarnos que los hidrocarburos y monóxido de carbón son los menos en la razón estequiometrica. Al mantener la mezcla lo mas cerca a 14.7:1 podemos limitar la cantidad de estas emisiones.

42 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible Estequiométrica¿Qué es Lambda? Lambda es otra manera de expresar la razón ideal de aire/combustible. Esta indica la cantidad de aire en la mezcla. Un valor de lambda de 1.0 significa que la razón de aire se en la mezcla es de Valores por debajo de uno (1) significa deficiencia en el aire, o una mezcla rica y aumento en poder. Valores de lambda por encima de uno (1) significa que hay exceso de aire, o una mezcla pobre, con un consumo de combustible menor, y menos poder. Algunos analizadores de gases de escape indican valores de lambda para las emisiones de vehículos. El valor de lambda debe estar lo mas cerca posible de 1.0 lo cual corresponde a la razón estequiometrica de 14.7:1.

43 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaOperación del Sistema Ciclo Abierto Ciclo Abierto MAF IAT 20°C 20°C ECT Regulador de Combustible MAP Int. Ralenti TPS Int. Ignición Hacia tanque CKP De bomba de combustible Injecion = 10ms Inyección = 10ms CMP Todos los sistemas de control del motor operan en ciclos abiertos y ciclos cerrados. Cuando un vehículo opera en ciclo cerrado, el sistema de control del motor controla la mezcla de aire/combustible a lo mas cerca posible de la razón estequiometrica. El sistema utiliza un sensor de oxigeno para detectar el nivel de oxigeno en los gases de escape. Como se les demostró previamente , niveles de oxigeno son un excelente indicador de la eficiencia de combustión. De la cantidad producida del sensor de oxigeno, el sistema de control del motor controlará la mezcla de aire/combustible para mantener la razón correcta. En ciclo abierto el sistema no utiliza las lecturas del sensor de oxigeno para controlar la mezcla. Durante el ciclo abierto, el sistema utiliza un patrón de estandar para mantener las razones de aire/combustible. Ciclos abiertos se utilizan antes de que el sensor de oxigeno se caliente, en mariposa completamente abierta (WOT), durante desaceleración, o cuando el ECM esta operando en modo de falla segura. Sumario Niveles de bióxido de carbón y oxigeno en el tubo de escape son excelentes indicadores de la eficiencia de combustión. La razón estequiometrica es el punto de mezcla ideal de aire/combustible para una combustión completa. Esta razón produce las menos emisiones de hidrocarburos y monóxido de carbón. Valores de lambda son otra manera de expresar la mezcla de aire/combustible. Un valor de lambda de 1 es equivalente a la razón estequiometrica de 14.7:1. Inyector λ = 0.8 Sensor de Oxígeno

44 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaOperación del Sistema Ciclo Cerrado Ciclo Cerrado MAF IAT 84°C ECT Regulador de Combustible MAP Int. Ralenti TPS Int. Ignición Hacia tanque CKP De bomba de combustible Inyección = 3ms Injecion = 7ms CMP Inyector λ = 1.2 Sensor de Oxígeno

45 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaEfecto de excesso de aire en potencia y consumo especifico de combustible en aceleracion rapida Mejor zona de Potencia Mejor Zona de Emisiones Mejor Zona Economica Relacion de Aire/Gasolina Mejor zona de Potencia: 13:1 Mejor Zona de Emisiones: 14.7:1 Potencia Mejor Zona Economica 16:1 11.7:1 Potencia Consumo especifico de combustible 14.7:1 Posicion de Mariposa Consumo de Combustible Mezcla Rica Mezcla pobre Factor de Exesso de Aire λ 0.8 1.0 1.2 Relacion de Aire/Gasolina 11.7:1 14.7:1 17.6:1

46 Dióxido de Carbón, Oxígeno y Razón de Combustible EstequiométricaEfecto de excesso de aire en potencia y consumo especifico de combustible manteniendo aceleracion total Mejor zona de Potencia Mejor Zona de Emisiones Mejor Zona Economica Relacion de Aire/Gasolina Mejor zona de Potencia: 13:1 Mejor Zona de Emisiones: 14.7:1 Potencia Mejor Zona Economica 16:1 13:1 Potencia Consumo especifico de combustible 14.7:1 Posicion de Mariposa Consumo de Combustible Mezcla Rica Mezcla pobre Factor de Exesso de Aire λ 0.8 1.0 1.2 Relacion de Aire/Gasolina 11.7:1 14.7:1 17.6:1

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