ESCAPES

Funciones del sistema de escape

  

Hay tres principales funciones  para un sistema de escape:

1. - Reducir el ruido del motor,

2. - Controlar la presión positiva,

3. - Desalojar  seguramente los gases del escape por todo su recorrido del vehículo para que sus ocupantes viajen seguros.

En la actualidad los sistemas de escape o mofles son una parte importante para el buen funcionamiento del motor de cualquier vehículo.

1. - Reducción Del Ruido Del Motor

Los motores de combustión interna producen en sus ciclos y en especial el de escape numerosas ondas sonoras que al repetirse producen ruido que al pasar por el mofle o silenciador se reduce mucho.

  

El poder o fuerza de una maquina de combustión interna viene de la mezcla quemada durante la compresión en los cilindros del motor. Misma fuerza que mueve los pistones en los cilindros. Cuando él

El pistón se acerca al final de su carrera, las válvulas de escape abren para descargar el gas de escape quemado saliendo rápidamente y con mucho ruido. La función primaria del mofle es

Detener el ruido causado por  la explosión causada por el motor sin sacrificar potencia del motor.

2.- Controlar La Presión Positiva,

          (Back-Pressure)

La medida y volumen del mofle es vital para el buen desempeño del auto y eficiente operación

3. - Conducir Los Gases Quemados Hasta El Final Del Auto

Muchos dueños de autos no se dan cuenta de lo peligroso que son las fugas en su sistema de escape como el monóxido de carbón

  

Causas Y Fallas Del Sistema De Escape

   

Las principales causas de falla son la corrosión, la lluvia y otros elementos, como la condensación y vibraciones 

El propósito de este manual es que sepamos distinguir fácil mente, las necesidades que requiere el vehículo que se va a reparar o presupuestar. Para ello debemos estar capacitados para poder desempeñar nuestra labor con calidad.

CATALIZADOR

Convertidor Catalítico.

INFORME  TÉCNICO:

El desarrollo de motores a inyección electrónica de combustible en el presente tiene doble finalidad:

A) Obtener mejores prestaciones de potencia, economía, arranque en frío, etc.

B) Disminuir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera, tanto en los motores de gasolina como diesel.

    El catalizador es el soporte fundamental de estos sistemas es un elemento mecánico pasivo (sin piezas en movimiento) que entra en régimen al alcanzar temperaturas ideales para convertir los gases de escape.

    Podemos decir que fue desarrollado para cuidar el medio ambiente y la ecología.

Los que trabajamos en mecánica automotriz conocemos generalidades sobre este tema como ser que su función es reducir la contaminación ambiental, y que es un soporte fundamental de los sistemas de motores de inyección electrónica de combustible.

Definición

Elemento que altera la velocidad de una reacción, sin modificar las condiciones de equilibrio.

          Frecuentemente son sustancias inestables que pierden actividad de modo espontáneo o por reacciones.

CATÁLISIS: Acción de un catalizador sobre la velocidad de reacción.

 1) Catálisis heterogénea: aquella en que los cuerpos son absorbidos en la superficie del catalizador.

2) Catálisis homogénea: aquella en que la reacción tiene lugar en una sola fase entre gases o sustancias disueltas.

Primeras Aplicaciones

          En la década del 40 en las grandes fabricas y almacenes de EEUU, se movían repuestos y mercaderías por medio de montacargas o elevadores con motores de combustión interna. Se encarga a un equipo de ingenieros y químicos que desarrollen un dispositivo para disminuir las emisiones de monóxido de carbono (CO) dentro de las plantas.

 

MONOXIDO DE CARBONO (CO):

 Gas inodoro, algo soluble en agua, muy tóxico y venenoso para la vida por inhalación y muy inflamable.

          Los primeros catalizadores eran una especie de tubo metálico con aletas en su interior que ofrecían un laberinto a los gases de escape y en su recorrido se le agregaba un átomo de oxígeno lo que convertía él (CO) en (CO2) dióxido de carbono o comúnmente llamado gas carbónico.

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2):

 Gas incoloro e inodoro soluble en agua, presente en el aire en un 0,03 % en volumen, se produce de la combustión de materias orgánicas (por ejemplo madera) se usa en refrigeración, hielo seco, bebidas, gaseosas, extintores, etc.

FUNCIONAMIENTO:

 Para comprender el funcionamiento del catalizador debemos ubicarlo dentro de la físico-química.

CATALIZADOR DE DOS VIAS:

1ra. Vía -  Corrige la emisión de monóxido de carbono (CO) y lo convierte en dióxido de carbono (CO2.

2da. Vía -  Debido a su temperatura y a los materiales que lo componen termina de quemar los restos de hidrocarburos crudos y reduce la  emisión de los mismos a la atmósfera.

CATALIZADOR DE TRES VIAS:

 A altas temperaturas, como las que se dan dentro de la cámara de combustión de los motores a explosión, los gases de nitrógeno y oxigeno reaccionan para dar monóxido de nitrógeno, según la reacción:

N2 (g) + O2 (g) --> 2NO (g)

Cuando se libera a la atmósfera el NO reacciona con el O2 de la misma y forma un gas muy venenoso de color pardo muy sofocante:

2NO (g) + O2 (g) --> 2NO2 (g)

Este dióxido de nitrógeno conjuntamente con las emisiones de CO (g) hace que las emisiones de los motores de los vehículos sean considerados como una fuente importante de contaminación del aire que respiramos todos los seres vivos de nuestra atmósfera circundante.

NITRÓGENO: Gas inerte, es le más abundante en el aire.

COMPOSICIÓN DEL AIRE:

                                  78 % NITRÓGENO.

                                               21 % OXÍGENO.

                             1 % HIDRÓGENO, ARGON, HELIO, ETC.

Este gas es inocuo lo respiramos y lo exhalamos y no se produce ninguna variación, la mayoría de los motores de combustión interna anteriormente no superaban en la explosión los 2000 grados centígrados, entonces aspiraban el nitrógeno contenido en el aire y lo eliminaban en los gases de escape sin variación.

La evolución tecnológica desarrolla motores más comprimidos, multiválvula res, turboalimentados, para obtener más potencia con iguales cilindradas. Aquí surge el problema, la explosión, ahora supera los 2000 grados centígrados entonces produce la alteración del nitrógeno como lo explicamos anteriormente y lo convierte en un gas muy venenoso y perjudicial para la vida.

LEGISLACIÓN: A principios de la década de los ochenta las autoridades ambientales de los Estados Unidos observan el aumento de la polución atmosférica en las grandes ciudades y el aumento de enfermedades respiratorias relacionadas.

        Junto con la evolución electrónica se crea una legislación para reducir este mal que culmina con la eliminación de motores de carburador y de dos tiempos y un control más severo a las emisiones de azufre de los motores diesel.

          Así se crean los sistemas  EEC  I, II, III, IV, ETC. que van evolucionando hasta los de última generación que se utilizan actualmente.

          Esta legislación es tan severa que marcas famosas en el mundo han tenido que adaptar sistemas a sus motores  para que sus vehículos puedan ser comercializado y circulen dentro del territorio de los Estados Unidos.

          Brasil y Argentina ya tienen legislación al respecto que eliminan la utilización de motores a carburador en pocos años y es sorprendente que aquí todavía no se habla sobre este tema.

          El aumento del parque automotor en nuestro país ha sido grande, todos los que tenemos que ver con la mecánica y el medio ambiente debe tomar conciencia para que se aplique esta legislación.

 

Construcción del catalizador

Corte seccional de un convertidor catalítico usado en automóviles.     El escape del motor, que entra por la derecha, es llevado a la parte superior del convertidor y forzado a través de conjuntos dobles de partículas catalizadores antes de salir por el fondo a la izquierda.  El aire es inducido dentro de la cámara entre los conjuntos catalizadores.  Las partículas contienen Pt, Pd y Rh, y están destinadas a catalizar la oxidación del CO y los hidrocarburos al CO2, y la transformación de los óxidos de nitrógeno en N2 y O2.

Físicamente se trata de una especie de silenciador, en la mayoría de los casos su cuerpo es de acero inoxidable.

          En su interior tiene una especie de panal cerámico-refractario de orificios muy finos, dentro de éste cerámico hay

Partículas diminutas de metales raros distribuidas uniformemente.

Debido a que se encuentra a la salida del múltiple de escape, su temperatura de funcionamiento oscila entre 600 y 800 grados centígrados, no debiendo superar el máximo porque se fundiría.

CLAVE DEL CATALIZADOR:

: Los materiales fundidos dentro del material cerámico son tres, son raros y muy valiosos y son los artífices de su funcionamiento.

          Estos metales son extraídos mayoritariamente de yacimientos mineros ubicados en el continente africano y han sido la causa de disputas y guerras tribales por el valor económico y estratégico de los mismos

PALADIO  (PALADIUM), SÍMBOLO Pd: Elemento químico situado en el grupo VIII del sistema periódico, formando conjuntamente con el rutenio y el rodio lo que se denomina la segunda TRIADA.

          Es un metal blanco, muy maleable, muy dúctil y muy parecido al platino.

          Temperatura de fusión: 1555 grados centígrados.

          Temperatura de ebullición: 2200 grados centígrados.

          Es capaz de absorber grandes cantidades de hidrógeno, se usa como catalizador y en revestimientos protectores

RODIO (RODIUM), SÍMBOLO Rh: Metal sólido, blanco, duro y quebradizo.

          Elemento situado en el grupo VIII del sistema periódico, en estado nativo se halla asociado con el platino.

          Temperatura de fusión: 1960 grados centígrados.

PLATINO, SÍMBOLO PI: Se encuentra en estado nativo como componente menor de algunos minerales, se usa como catalizador.

          Temperatura de fusión: 1769 grados centígrados.

          Temperatura de ebullición: 4520 grados centígrados.

Estos metales molidos muy fino se encuentran distribuidos uniformemente dentro del panal cerámico-refractario en cantidades dosificadas de acuerdo a cada fabricante.

El convertidor catalítico instalado en los escapes de los autos es una aplicación reciente de la catálisis de superficie.  El monóxido de carbono y los hidrocarburos del combustible sin quemar se encuentran en el sistema de expulsión del motor del vehículo y se convierten en contaminantes peligrosos.  En el convertidor, los gases del escape y aire adicional pasan sobre un catalizador que consiste en óxidos metálicos.  El CO y los hidrocarburos se convierten en CO2 y H2O, que son relativamente inofensivos y son liberados en la atmósfera.  Puesto que el catalizador es envenenado por el plomo, debe utilizarse gasolina sin plomo en los vehículos equipados con convertidores catalíticos. 

Conclusión:

Los gases de escape atraviesan el panal cerámico-refractario que se encuentra en condiciones de temperaturas ideales para convertir parte de los mismos.

          Como ya dijimos el monóxido de carbono lo convierte en dióxido de carbono, al óxido nitroso lo convierte en nitrógeno simple y en agua, si usted observa la salida de los escapes de vehículos con motor a inyección electrónica de gasolina, se puede ver salir vapor y gotas de agua.

          También termina por quemar restos de hidrocarburos crudos que pasen por el mismo.

                Por sus componentes y su equilibrio el catalizador es un accesorio muy costoso. La situación económica del país no es buena pero es un hecho de gran ignorancia pretender ahorrar dinero si utilizamos nafta común en un sistema diseñado para funcionar con gasolina  eco supra.

          El antidetonante de tetraetilo de plomo no se debe usar en estos motores porque va tapando los finos orificios del panal cerámico-refractario produciendo un aumento de su temperatura y su destrucción.

          El daño es irreversible tanto en el catalizador como en la zonda lambda que también se contamina, lejos de representar un ahorro sucede lo  contrario.

          En los países desarrollados las empresa  alquiladores de vehículos, cuando reciben los mismos analizan el contenido del tanque de combustible y si hallan restos de naftas comunes, multan  al usuario con un recargo grande al costo de servicios.

          Todos los que de alguna manera estamos dedicados a la mecánica automotriz, docentes, alumnos y usuarios con un poco de

información podemos colaborar en el mejoramiento del medio ambiente y la atmósfera que respiramos.

·        CONVERTIDOR CATALÍTICO.-

o       Este equipo junto con el Sensor de oxígeno, forma parte integral del moderno sistema de escape, pero también del sistema de control de emisiones del vehículo. Tiene la apariencia de un pequeño silenciador pero en su interior contiene un sustrato de cerámica con pequeñas celdas (400 por pulgada) tipo panal y viene recubierto de metales preciosos (Rodio, Paladio y Platino.

FUNCIONAMIENTO:

o       El convertidor trabaja con los gases calientes de la combustión (se activa arriba de los 250°), haciendo a su paso por las celdillas una reacción catalítica con los metales que está recubierto, proporcionando una oxidación de los gases contaminantes para aumentar la emisión de gases no dañinos (oxígeno O2, bióxido de carbono CO2 y vapor de agua H2O) y reducir los dañinos (monóxido de carbono CO, hidrocarburos H y óxidos de nitrógeno NOx. También en el sistema de escape de flujo, el convertidor catalítico que se usa, está calculado y construido con un diseño donde las conchas o cubiertas son troqueladas con cinturas, para colocar el acojinamiento protector de la cerámica

      fuera del área de flujo y los conos de entrada y salida de los gases están dirigidos para ocupar toda

      La superficie de las celdillas sin obstrucciones que pudieran provocar turbulencia o contra-presión.

·        PRESILENCIADORES, RESONADORES O BALAS.-

Estos accesorios son equipos construidos con tubería interna perforada, forrada con material altamente absorbente de temperatura y sonido y tienen la apariencia de un convertidor catalítico o de un tubo más grueso que el normal. FUNCIONAMIENTO: Se utilizan en un sistema de escape de alto flujo para apoyar al silenciador a atenuar el sonido del motor en funcionamiento y para mejorar el enfriamiento de los gases de salida, logrando también mejorar la eficiencia y duración del escape, se instalan generalmente antes del silenciador.

·        EL SILENCIADOR O MOFLE.-

Este equipo, en el sistema de alto flujo es totalmente distinto al silenciador descrito en los dos sistemas anteriores, pues en lugar de estar construido con tubos (tripas perforadas con alerones para obstruir el flujo) y cámaras (sin salida que provocan contra-presión y regreso del calor y de los gases hacia el motor), es de lámina de acero aluminado o de acero inoxidable, recubiertos por una gruesa malla o fibra de acero inoxidable y con otra capa de material altamente absorbente de temperatura y de ruido, sus boquillas están traslapadas ½ pulgada con el tubo perforado y soldados por el exterior para no dejar rebaba de soldadura en el interior.

 FUNCIONAMIENTO:

 La construcción descrita, permite a este silenciador garantizar que en ninguna de sus partes ofrezca la más mínima resistencia al flujo, por tanto no tiene la posibilidad de provocar turbulencia ni contra-presión con regreso de calor, en cambio gracias a su ingeniería y a sus componentes, otorga una gran eficiencia acústica, amortiguando el sonido del motor al mismo nivel que lo hacen los silenciadores descritos en los dos sistemas anteriores.

MANTENIMIENTO.

Los convertidores catalíticos requieren de muy poco mantenimiento. Las recomendaciones que pueden hacerse para que funcionen correctamente son:

-Utilice únicamente gasolina sin plomo. El plomo recubre los materiales catalizadores inutilizándolos, y llega a tapar el catalizador completamente, interrumpiendo además el funcionamiento del motor debido a que los gases no tendrán salida.

-Evite la marcha mínima prolongada. Si el motor funciona así durante más de 20 minutos, o 10 minutos con motor acelerado pero sin carga, el material catalizador (perdigones o panal) se recubrirán de hidrocarburos sin quemar.

-Mientras el motor este encendido, no desconecte más de un cable de bujía y solo hágalo por tiempo muy corto, para fines de pruebas. Esto evita que mezcla carburante pase al escape sin ser quemada.

-Revise periódicamente que la carcaza externa del catalizador no tenga abolladuras graves.

-Mantenga en funcionamiento el sistema de inyección de aire (bomba, banda de la bomba y manguera del catalizador), y el sensor de oxígeno.

Los golpes violentos que incluyen abolladuras pueden provocar un desmoronamiento gradual de las celdas tipo panal recubiertas de metal noble, y gradualmente inutilizar completamente el catalizador. Por otro lado el sensor de oxígeno no permite que la computadora produzca una mezcla rica en oxígeno, lo que daña poco a poco la primera sección de canalización de los NOx, o que produzca mezcla rica en gasolina, lo que poco a poco dañaría la tercera sección de canalización de hidrocarburos y monóxido de carbono. Por otra parte si el catalizador no recibe aire desde el thermactor (es decir desde el sistema AIR) la tercera sección no funcionará y se tendrán emanaciones tóxicas excesivas.

Los convertidores catalíticos funcionan a muy altas temperaturas. Dentro de los mismos los gases arden más debido a la acción del oxígeno añadido por el thermactor, y por consiguiente la temperatura interna será más alta que digamos, la boca de salida del múltiple de escape. Sí usted a tocado un Silenciador caliente, considere que el catalizador estará considerablemente más caliente en ese mismo momento.

 Por ello los catalizadores tienen placas de acero adicionales para aislarlo. Al revisar cualquier abolladura, asegúrese de que la misma esté efectivamente en el cuerpo del catalizador y no en su concha de aislamiento térmico, lo que podría ahorrarle mucho dinero a su cliente. Como información le dirá que un catalizador puede costar en el mercado mexicano desde alrededor de 450 pesos por un catalizador monolítico, hasta alrededor de 1000 pesos por un catalizador de tres vías de tipo original, en vehículos nacionales.

En ciertos modelos de vehículos se puede encontrar un tipo de catalizador que en lugar de tener una estructura interna de forma de panal de abejas, tiene una cesta o canastilla llena de perdigones de un material de cerámica recubierto del metal noble (rodio, paladio o platino) a través de los cuales pasan los gases calientes y son reducidos el monóxido de carbono y los hidrocarburos.

De este tipo de catalizadores con canastillas de perdigones se encuentran dos variantes, una de ellas no tiene tubo de entrada de oxígeno adicional, por lo que no reducirá los niveles de óxido de nitrógeno. Este es el modelo de catalizador universal.

El segundo tipo de catalizador con canastillas de perdigones si incluye un tubo para la entrada de aire del thermactor, este catalizador será de tres vías. Reducirá el monóxido de carbono, los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno. En estos sistemas si se incluye sensor de oxígeno.

Cualquiera de estos dos modelos de catalizador incluye en ocasiones unos tapones para cambiar los perdigones catalizadores cada cierto periodo de tiempo.

Consulte el carnet de mantenimiento del vehículo para verificar si a un determinado catalizador se le debe cambiar este material. Es de notar que estos catalizadores no están siendo instalados ya en modelos modernos, pues son más libres de mantenimiento los catalizadores tipo panal.

Debido a que los materiales nobles usados como catalizadores son de poca producción a nivel mundial, es decir, se trata de metales raros de producción no masiva. Los catalizadores desechados por talleres de escape son recuperados para ser reciclados.

 A los mismos se les trata en fundiciones en donde se recuperan los metales nobles para ser usados de nuevo en convertidores catalíticos nuevos. Estos metales no sufren ningún deterioro o desintegración por su actividad con los gases del escape, por lo que se dice que son nobles o inertes. Cualquier catalizador usado puede ser reciclado.

 El principal productor de metales nobles para catalizadores es la Unión Soviética, aunque sabiamente los países industrializados como Japón, Alemania, Inglaterra, y los E. U., tienen reservas suficientes para varias décadas más.

CATALIZADORES OBSTRUIDOS. 

Un catalizador obstruido ocasiona fallas severas en motores, sobre todo en los muy gastados en donde además y por razón natural es mucho más fácil encontrar tubos o catalizadores obstruidos. Entre las fallas se puede nombrar:

-Falta grave de potencia al acelerar.

-Dificultad notoria para encender el motor, sobre todo frío.

-Cascabeleo persistente al mínimo acelerón.

-Convertidor que se calienta al rojo vivo en motor caliente.

Debido a que no hay casi ninguna manera de garantizar si un catalizador funciona o no, enumeraremos las pocas maneras de revisar el funcionamiento del sistema catalizador, aparte de verificarlo visualmente junto con el sistema de inyección de aire AIR.

1. -En motores que incluyen sensor de oxígeno, se quita el mismo y en el agujero que queda se instala una zonda sensora de presión de los gases del escape. La lectura no debe ser mayor a las 3 PSI (ibs/pulg2.

Esta herramienta es especializada y debe especificarse para tal fin.

2. -Si el catalizador está sujeto con abrazaderas, puede desmontarlo, o desmontar la tubería completa y checa si se eliminan los síntomas del motor, en caso afirmativo el catalizador o el silenciador están obstruidos, aunque es más probable que lo esté el catalizador.

En vehículos con catalizador, las emisiones que salen por el escape y que son medidas con un analizador infrarrojo de gases, no corresponden a las emisiones reales que salen por las lumbreras de escape, es decir, las emisiones que son producidas por el sistema de control de mezcla del motor,

ya que precisamente el catalizador- si está en buenas condiciones- baja gradualmente su nivel. Por ello las regulaciones OBD II (on borrad diagnostic II) introducidas en la primavera de 1992 en California, E. U. requiere del uso al menos de dos censores de oxígeno, uno antes del catalizador y otro después de el.

Un código de falla se produce cuando existe una diferencia grande entre ambos censores, indicando que el catalizador está funcionando mal o que un sensor de oxígeno está fallando.

Los centros de inspección y mantenimiento oficiales y algunos talleres en E. U. cuando desean evaluar la eficiencia del sistema de control de mezcla de un motor, toman la lectura de los gases con el analizador infrarrojo, no al final del escape, sino haciendo un orificio al tubo de escape antes del catalizador, sin quitar el sensor de oxígeno.

 Las lecturas obtenidas serán más altas que en el extremo final del escape, aún cuando estas lecturas estarán dentro del margen de ley si es que el sistema de control de mezcla del motor está funcionando bien.

La misión de este método es que el técnico tenga deseos de ampliar sus conocimientos dentro de la rama automotriz, y tenga las bases fundamentales de lo que son los diferentes sistemas de escape, para obtener mejor desarrollo y eficiencia en el trabajo que realizamos

·        EQUIPO ADECUADO

Se deberá contar con el equipo adecuado para la tarea a realizar, que esté en un sitio accesible, y contar con un medio para transportar el equipo de soldadura.

·        CALIBRACIÓN DE EQUIPOS

El equipo de autógena se puede calibrar fácilmente siguiendo los siguientes pasos:

-Para prender el soplete, se abre la llave del acetileno al máximo, y no debe de apagarse, si se apaga es por que tiene demasiada presión el manómetro de salida al soplete.

Al calibrarse no debe de separarse la flama del soplete más de 4 mm.

-Una vez calibrada la presión de acetileno, se calibra el oxígeno de la misma manera. Al encender el soplete, este debe tener un poco más de presión de salida al soplete para poder dar un mejor corte.