Análisis de los gases de escape de los motores de combustión interna

Análisis de los gases de escape de los motores de combustión interna

por Fernando Augeri

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El presente articulo explica los fundamentos basicos del analisis de gases de escape de un motor de combustion interna.

Del resultado del proceso de combustion del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los mas importantes son el CO ( monoxido de carbono ), el CO2 ( dioxido de carbono ), el O2 ( Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC ), Nitrogeno , Agua y bajo ciertas condiciones Nox ( oxidos de Nitrogeno)...

Un correcto analisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a diagnosticos muy importantes del funcionamiento del motor.

El analizador de gases de escape analiza la quimica de estos gases y nos dice en que proprorciones se encuentran los mismos.

Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al motor, el aire tiene un 80 % de Nitrogeno y un 20 % de Oxigeno ( aproximadamente ).

Podemos entonces escribir lo siguiente:

AIRE + COMBUSTIBLE ====== > CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + Nox ( bajo carga)

Una combustion completa , donde el combustible y el oxigeno se queman por completo solo produce CO2 ( dioxido de carbono ) y H2O ( agua).

Este proceso de una combustion completa y a fondo muy pocas veces se lleva a cabo y entonces surge el CO ( monoxido de carbono ) y consiguientemente aparece O2 ( Oxigeno) y HC ( Hidrocarburos) , tengamos en cuenta que la aparicion de los mismos es porque al no completarse la combustion "siempre queda algo sin quemar."

Los valores normales que se obtienen a partir de la lectura de un analizador de gases conectado a un motor de un vehiculo de Inyeccion Electronica son los siguientes:

CO < 2 % O2 < 2%

CO2 > 12% HC < 400 ppm.

El nitrogeno normalmente asi como entra en el motor , sale del mismo y en la medida que el motor no este bajo una carga importante no forma Oxidos de Nitrogeno.

Vamos a estudiar cada uno de estos gases:

CO ( monoxido de carbono):

El Monoxido es resultado del proceso de combustion y se forma siempre que la combustion es incompleta , es un gas toxico, inoloro e incoloro.Valores altos del CO, indican una mezcla rica o una combustion incompleta.Normalmente el valor correcto esta comprendido entre 0,5 y 2 % , siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen.

CO2 ( Dioxido de Carbono) :

El dioxido de Carbono es tambien resultado del proceso de combustion , no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anidrido carbonico.

El motor funciona correctamente cuando el CO2 esta a su nivel mas alto, este valor porcentual se ubica entre el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustion.

Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un proceso de combustion malo, que representa una mala mezcla o un encendido defectuoso.

HC ( Hidrarburos no quemados):

Este compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar.

La unidad de medida es el ppm , partes por millon de partes, recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el ppm , partes por millon de partes.

La conversion seria 1%=10000 ppm.

Se utiliza el ppm, porque la concentracion de HC en el gas de escape es muy pequeña.

Una indicacion alta de HC indica :

Mezcla rica , el CO tambien da un valor alto.

Mala combustion de mezcla pobre.

Escape o aceite contaminado.

El valor normal esta comprendido entre 100 y 400 ppm.

O2 ( Oxigeno):

Este compuesto es el oxigeno del aire que sobro del proceso de combustion.

Un valor alto de Oxigeno puede deberse a mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto.

Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %.

Nox (Oxidos de Nitrógeno):

Los óxidos de Nitrógeno se simbolizan genéricamente como Nox , siendo la "x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de átomos de Nitrógeno, puede se 1, 2,3 etc.

Estos óxidos son perjudiciales para los seres vivos y su emisión en muchos lugares del mundo se encuentra reglamentada. Los óxidos de Nitrógeno surgen de la combinación entre sí del oxigeno y el nitrógeno del aire, y se forman a altas temperaturas y bajo presión. Este fenómeno se lleva a cabo cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de disminuir dicha emisión de gases, los motores incorporan el sistema EGR ( recirculación de gas de escape).

El EGR esta constituido por una válvula, de accionamiento neumático o eléctrico , que permite que partes de los gases de escape pasen a la admisión del motor, y de esta forma se encarezca la mezcla. Si bien el motor pierde potencia , la temperatura de combustión baja y ello lleva aparejado una disminución en la emisión de Nox.

Tenemos que destacar que la válvula EGR, se abre en motores nafteros sólo bajo condiciones de carga y su apertura es proporcional a la misma.

El sistema EGR disminuye las emisiones de óxidos de nitrógenos, por una baja significativa en la temperatura de la cámara de combustión, como consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma.

Relación Lambda:

Se define a la relacion Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14.7

Siendo R.Real la relacion en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento.

La relacion ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta.

Supongamos que el motor esta funcionando con una mezcla un poco rica , por ejemplo con una relacion 13.8:1 , entonces la relacion lambda sera R. Lambda= 13.8/14.7

Vemos que este valor sera 0.9.

En resumen una relacion lambda menor que 1 , significa que la mezcla aire combustible se esta produciendo en una condicion de riqueza.

Una relacion lambda mayor que 1, significa que la relacion aire combustible se esta efectuando en una condicion de pobreza.

Tengamos presente algo muy importante:

"Una relacion lambda=1 , significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporcion exacta, lo que no implica que el motor después queme bien esos productos"

Esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa mezcla.

Este concepto es importante

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