Catalizador de 3 Vías

Eficiencia Catalítica
Por ser un iten de precio elevado, el diagnóstico de defectos del catalizador debe ser bastante
preciso para evitar cambios desnecesarios. Es en ese aspecto, que la verificación de la eficiencia
de conversión resulta un factor importante.
Concepto
La eficiencia de conversión indica la
capacidad que el catalizador tiene de
componentes
contaminantes Catalizador de 3 Vías
disminuir las emisiones de los gases
contaminantes del escape (CO, HC, NOx); es
NOx
HC
componentes
decir, la capacidad de transformar el HC
CO
no contaminantes
(hidrocarburos) y CO (monóxido de carbono)
residuales, en CO2 (dióxido de carbono) y
H2O (vapor de agua), y de reduzir el NOx en
N2
H2O
sus componentes básicos: N2 (nitrógeno) y O2
CO2
(oxígeno).
Fig. 1
El oxígeno que resulta de la disociación del
NOx, reacciona con parte del CO para formar CO2.
En buenas condiciones de funcionamiento, un catalizador debe tener una eficiencia superior a
85%.
Para un catalizador de 3 vías esto significa que los valores de CO, HC y NOx, en la salida del
escape (después de haber pasado por el catalizador), son 85 % menores que los valores en la
entrada del conversor catalítico.
Generalmente, y dependiendo del pais, la eficiencia del conversor, considerada como mínima
aceptable, está alrededor de 70 a 80 %.
Quizás, el valor de 80% sea la mejor opción, pues cuando la eficiencia alcanza valores inferiores a
éste, la degradación del catalizador es bastante acelerada, pudiendo disminuir a niveles no
aceptables en corto espacio de tiempo.
Asi, la eficiencia de conversión es definida de la siguiente manera:
Como muestra la figura 2, la máxima reducción para los 3
gases se obtiene cuando el catalizador de 3 vias procesa
gases de escape producidos por la quema de mezcla
estequiométrica, o sea, cuando el motor funciona
admitiendo mezcla con Lambda = 1,0 +/- 2 %. Observar
que cuando el motor admite mezcla rica, la eficiencia para
NOx es máxima, pero para CO y HC resulta inferior a la
recomendada. Lo opuesto sucede cuando admite mezcla
pobre: eficiencia máxima para HC y CO y baja para NOx.
En el ejemplo mostrado en la figura 2, la eficiencia de
conversión de CO para Lambda = 0,94 (puntos A y B) es
sensiblemente menor que para Lambda = 1,0 (puntos C y
D).
Por lo tanto, la verificación de la eficiencia, en la condición de Lambda = 0,94, llevaria a considerar
defeituoso un catalizador que, de otra forma, puede estar en buenas condiciones.
1
De esto resulta la importancia de verificar el Lambda de la mezcla antes de realizar la medición.
Los analizadores de "4 gases" comercializados actualmente, presentan los valores de
concentración de CO, HC, CO2, O2 y el valor de Lambda calculado a partir de la fórmula de
Brettschnider.
Opcionalmente, pueden presentar el valor de NOx. Éste es el caso de los analizadores de "5
gases". Por lo tanto, para que la verificación de la eficiencia sea válida, el Lambda mostrado en el
analizador deberá estar entre 0,98 y 1.02 (ventana de máxima eficiencia de conversión).
Procedimiento
Existen varios métodos para medir la eficiencia catalítica, siendo que, el más preciso (y el único
comclusivo actualmente) es aquel que considera los valores de los referidos gases antes y
después del catralizador , y aplica la fórmula presentada arriba.
Las mediciones deben ser hechas con rotación constante (ralenti, por ejemplo), certificándose que
el factor lambda, presentado por el analizador, se encuentre dentro de la ventana de eficiencia
máxima.
Como ya fue mencionado, es de fundamental importancia que en el momento de la medición, sea
esta antes o después de catalizador, el lambda indicado sea igual a 1 +/- 2%; esto asegurará que
el catalizador se encuentre trabajando dentro de la ventana de eficiencia máxima.
En los casos en que no hay posibilidad de realizar la medición antes del catalizador (como fue el
caso de los vehículos fabricados por la Autolatina, en los cuales existía una toma para introducir la
sonda) la medición pre-catalizador será facilitada utilizándose una herramienta que permita
instalar un remache con rosca. En éste podrá ser instalada la sonda del analizador, lo que
asegurará mediciones de concentración sin dilución. Cuando terminada la medición, el orificio se
cierra con un tornillo. No es reconmendable utilizar el orificio donde está instalado el sensor de O2
para instalar la manguera (sonda) del analizador, debido a que el Lambda de la mezcla admitida
podrá estar fuera de la ventana de máxima eficiencia de conversión. Así, la eficiencia calculada no
será conclusiva.
Recordar que al retirar el sensor de O2, para instalar la manguera (sonda) del analizador, el
control de la mezcla no será más en lazo cerrado. Otra ventaja de instalar el remache, es la
posibilidaqd de conectar un manómetro para verificar el valor de la contra presión en el escape, en
marcha lenta y durante las aceleraciones y con esto, la posible existencia de una obstrucción en el
catalizador. Una desventaja es el hecho que la perforación del escape puede resultar en la
pérdida de la garantía en el caso de vehículos que todavía cuenten con ella. Sin embargo, en
todos los otros casos (y con el cliente debidamente informado), la aplicación de este método podrá
evitar el cambio desnecesario de un elemento de precio elevado, como es el caso del catalizador.
Necesidad de la Evaluación de Eficiencia
En general las normas utilizadas actualmente, en los programas de Inspección y Mantenimiento
(I/M) no establecen nigún requisito sobre la eficiencia mínima aceptable. Solamente, son
considerados los niveles máximos de emisiones en la salida del escape.
Por lo tanto, la evaluación de la eficiencia de conversión se hace necesaria solamente, en los
casos en que haya sospecha de que el catalizador sea la causa de :
- No atendimiento de los niveles máximos citados arriba.
- Problemas de conducción (dirigibilidad) del vehículo.
Otros métodos
Existen otros métodos indirectos para la evaluación de la eficiencia, relativamente más simples,
mas, imprecisos. Entre ellos:
- Elevación de temperatura entrada/salida: en este método se utiliza un termómetro infrarrojo y
sirve solamente, para verificar si el catalizador alcanzó la temperatura de "light-off"
(temperatura de encendido; esta es la temperatura para la cual el catalizador supera 50% de
eficiencia); en otras palabras, este método solamente indica si el catalizador está funcionando
o no.
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- Prueba de CO2 durante el arranque: con el catalizador ya caliente, verificar el aumento de CO2
(superior a 12%) en el escape, con el sistema de encendido inhabilitado y dando arranque
durante 10 segundos. Este método solamente evalúa la capacidad de convertir HC, sin dar
valores sobre la eficiencia real de conversión para los 3 gases contaminantes.
- Prueba con inyección de propano: desarrollado por la GM, exige disponer de una fuente de
propano y un medidor de flujo, para dosificar la cantidad adecuada. Solamente evalúa la
capacidad de conversión de HC, tomando como referencia propano (y no el combustible del
vehículo). Este método también, no ofrece valores de eficiencia.
Eficiencia de Conversión en Sistemas OBII
Como muestra la figura 3, los sistemas de
control del motor que adhieren a la norma OBD
II, poseen por lo menos, 2 sensores de
oxígeno. Aquel instalado antes del catalizador
es utilizado para el control de la mezcla y
presenta oscilaciones alrededor de Lambda =1,
cuando el motor trabaja con rotación
estabilizada, en ralenti o en cargas parciales.
El sensor posterior es utilizado para evaluar la
eficiencia de conversión. Normalmente no
presenta oscilaciones acentuadas. Esto se
debe al hecho que un catalizador (en buen
estado de funcionamiento) almacena oxígeno,
cuando los gases de escape contienen exceso
de O2 (quema de mezcla pobre), y libera
oxígeno, cuando los gases de escape no
contienen O2 (quema de mezcla rica).
La figura 4 muesrtra las señales de ambos
sensores para los casos de eficiencias, arriba y
abajo del límite.
Por lo tanto, en los sistemas OBD II sería posible, en principio, dejar de lado el analizador de
gases para el diagnóstico de pérdida de eficiencia de conversión ya que, en ese caso, es la
unidad de comando del motor que detecta tal situación y graba el código correspondiente.
Los códigos OBD II genéricos, que identifican un catalizador con eficiencia por debajo del límite
son:
- P0420/0430 (banco #1/banco #2): para el sistema catalítico como un todo; o para el caso
de un único catalizador convencional para cada banco de cilindros.
- P0421/P0431 (banco #1/banco #2): para el
catalizador de calentamiento o arranque;
normalmente instalado antes del catalizador
principal.
- P0422/P0432 (banco #1/banco #2): para el
catalizador principal.
- P0423/P0433 (banco #1/banco #2): para
catalizador calentado.
Humberto José Manavella
[email protected]
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