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Técnica del convertidor catalítico

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Técnica del convertidor catalítico

  1. 1. CONTROL TÉCNICO Técnica del Convertidor Catalitico
  2. 2. Introducción Desde el día 1 de enero de 1997, los vehículos equipa- dos con un convertidor catalítico deberán pasar el control técnico en las condiciones definidas por la directiva europea 92/55. El procedimiento de control incluye un examen visual seguido de la comprobación del funcionamiento del dispositivo de descontaminación o catalizador, en las condiciones que se indican más adelante en este folleto. Sin duda, los controles técnicos tendrán un efecto bene- ficioso sobre nuestro entorno. No obstante, cuando el resultado del control es negativo, la prueba realizada no permite identificar con seguridad la causa o causas del fallo. Este folleto ha sido elaborado por ARVIN con el fin de ayudarle a identificar las posibles causas de los fallos y responder a ciertas preguntas que se plantea acerca de los convertidores catalíticos de recambio.
  3. 3. Índice Los controles técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Qué es un convertidor catalítico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Identificación de las causas de los fallos . . . . . . . . . . . . . . Recomendaciones para la sustitución de un convertidor . . . Respuesta a algunas preguntas sobre los convertidores catalíticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Cómo se desarrollará el mercado? . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las ventajas de los convertidores catalíticos ARVIN . . . . . 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 1 Convertidor Catalitico 11 13
  4. 4. Los controles técnicos a partir del 1deenero de1997 1) Se lleva a cabo una inspección visual del sistema de escape para comprobar la ausencia de fugas y asegurarse de que están todas las piezas. 2) Una inspección visual del sistema de regulación de las emi- siones para comprobar que el vehículo tiene instalado el equipo necesario. 3) La eficacia del dispositivo de descontaminación está deter- minada por una medida del valor lambda (el recíproco de la riqueza de la mezcla expresada por la relación aire/gasolina) y la medida de la tasa de CO en los gases de escape de acuerdo a las modalidades indicadas a continuación. 4) El vehículo debe prepararse para la prueba siguiendo las recomendaciones del constructor. Las mediciones se realizarán con el motor al ralentí y al ralentí acelerado. Al ralentí : El valor máximo admisible de CO es aquel que indica el constructor. Si no se dispone de dicho valor, la tasa máxima de CO no debe superar el 0,5% del volumen. Al ralentí acelerado : En vacío (régimen comprendido entre 2500 y 3000 revoluciones/minuto) : La tasa de CO no debe superar el 0,3% del volumen. El valor de lambda debe ser igual al 1±0,03 (o ajustarse a las especificaciones del constructor) Se medirán las emisiones con aparatos de control conformes a la normativa vigente y que hayan sido objeto de una aprobación de modelo por el Ministerio de Industria. También deberán ser conformes a las especificaciones técnicas de la norma R 10-019. 2 Los vehículos de gasolina cuyas emisiones están controladas por un sistema de regulación perfeccionado del tipo converti- dor catalítico de 3 vías y sonda lambda (es decir todos los matriculados después del día 1 de enero de 1993 y algunos más que ya estaban equipados con este dispositivo) deberán ser sometidos a una prueba según las especificaciones de la directiva europea 92/55. El objetivo es comprobar el buen fun- cionamiento de los componentes de la cadena de desconta- minación y, si es necesario, ajustar o sustituir los componentes defectuosos. ¿De qué se trata? ¿En qué consiste la prueba?
  5. 5. Los coches de gasolina contribuyen a la contamina- ción del aire dado que el motor no realiza una com- bustión perfecta de la mezcla aire-gasolina. El motor produce agua y dióxido de carbono, así como gases nocivos como los siguientes: CO - monóxido de carbono que es un elemento tóx- ico. HC - hidrocarburos, que contribuyen a la polución y a la formación de ozono. Se piensa que algunos son cancerígenos. NOx - óxidos de nitrógeno, que intervienen en la formación de las lluvias ácidas, así como en la for- mación del ozono, junto con los HC. Los convertidores catalíticos reducen las emisiones de estos tres contaminantes, transformándolos en gases no tóxicos - de ahí el nombre de convertidor catalítico de 3 vías. El convertidor catalítico de 3 vías elimina simultáneamente los tres componentes contaminantes en un grado elevado. Una condición previa es que la mezcla que alimenta el motor esté estrechamente controlada mediante el uso de una sonda lambda, permitiendo mantener la dosificación óptima aire- gasolina (es decir 14,7 gramos de aire por gramo de gasolina). Este sistema es en la actualidad el más eficaz para desconta- minar los gases de escape y permite una reducción en más del 90% de los contaminantes. Por definición, el catalizador es un elemento que acelera una reacción química. En el presente caso, el catalizador es la mezcla de metales preciosos (platino, paladio, rodio). Pero muy a menudo el término “catalizador” se utiliza también para referir- se al soporte con los metales preciosos, y a veces incluso al ¿Qué es un convertidor catalítico? Convertidor Catalitico 3 Este gráfico muestra la influencia de la riqueza de mezcla en el rendimiento del catalizador
  6. 6. Funcionamiento CALCULADORA ELECTRÓNICA SONDA LAMB- DA 4 ENVOLTURA En un convertidor catal tico, los gases de escape del motor pasan a travØs de un monolito con una estructura en forma de panales de abeja, hecho de cerÆmica o metal, y contenido en una envoltura de acero inoxidable. Este monolito de cerÆmica o metal ofrece una superficie adaptada para el contacto de los gases con los elementos activos, y tiene un revestimiento o washcoat que puede aumentar la superficie efec- tiva hasta 7000 veces (equivalente a la superficie de un campo de fœtbol). La impregnaci n del washcoat con metales preciosos (platino, paladio, rodio para los convertidores catal ticos de 3 v as) permite obtener la actividad catal tica necesaria para la transformaci n de las emisiones nocivas de mon xido de carbono (CO) en di xido de carbono (CO2), xidos de nitr geno (NOx) en nitr geno (N2) e hidrocar- buros (HC) en vapor de agua (H2O) y di xido de carbono (CO2). Una mala combusti n en el motor provoca la llegada de un exceso de gasolina sin quemar que va directamente al cataliza- dor y puede daæarlo. ,u u La sonda Lambda Se regula la relación aire-carburante a partir de la señal de la sonda lambda que mide la cantidad de oxígeno en los gases de escape. La sonda lambda transmite la señal a la calculadora electrónica que actúa sobre el sistema de inyección para ajus- tar la dosificación aire/gasolina y mantener permanentemente las proporciones ideales. DOSIFICACIÓN AIRE/GASOLINA
  7. 7. El convertidor catalítico de 3 vías transforma los tres gases contaminantes en materias inocuas. Convertidor Catalitico 5 Sustrato metÆlico (espesor 40-50 micras) W ashcoat (espesor 20-30 micras) Metales preciosos (platino - paladio - rodio) Iniciación del catalizador (light-off) C B A Los metales preciosos utilizados suelen ser una mezcla de dos o tres de los siguientes elementos: platino, paladio, rodio. El platino favorece la oxidación de los hidro- carburos y el monóxido de carbono, mien- tras que el rodio favorece más bien la reducción de los óxidos de nitrógeno. El rodio también se utiliza para mejorar las pro- piedades de iniciación. Por regla general, hay aproximadamente 1 a 2 gramos de metales preciosos en cada convertidor catalítico. El catalizador comienza a funcionar de forma eficaz cuando la temperatura de los gases alcanza los 250-270ºC, lo cual sucede en un plazo máximo de 200 segundos tras el arranque (dependiendo del tipo de conducción y también de la posición del convertidor catalítico Envoltura de acero inoxidable Dada la temperatura elevada y las condiciones a veces extremas en servicio, es necesario utilizar acero inoxidable para asegurar una durabilidad a largo plazo. En la mayor parte de los casos, se elige el acero inoxidable ferrítico por sus propiedades, como su coeficiente de dilatación a alta temperatura, que permite minimizar la dilatación relativa entre el monolito de cerámica y la envoltura. Es importante que el monolito de cerámica, que es altamente sensible a las condiciones térmicas y mecánicas, esté protegi- do con seguridad dentro de la envoltura metálica. Los mate- riales que se utilizan habitualmente para dicha protección van desde la malla metálica hasta las fibras cerámicas con compo- siciones variables de alúmina, a veces reforzadas con mica lo cual permite favorecer la expansión de la envoltura cuando la temperatura aumenta y absorber las diferencias de dilatación térmica. Aunque cada método tiene sus ventajas e inconvenientes, el material termoexpansible es el más generalmente utilizado en Europa, pero también se pueden encontrar diseños que utilizan una combinación de estas diferentes técnicas. Esta envoltura de fibras no es necesaria en el caso de los monolitos metálicos, pues los materiales utilizados tienen coe- ficientes de dilatación similares. Convertidores catalíticos A B C
  8. 8. Identificación de las causas de En mucho casos, el monolito puede sufrir daños internos a consecuencia de choques importantes en la envoltura de acero inoxidable del convertidor catalítico. También pueden aparecer fisuras en el monolito a consecuencia de vibraciones importantes o choques, pudiendo incluso ocasionar su des- trucción. Los soportes metálicos utilizados en los productos ARVIN son una garantía de adecuada resistencia a los choques a los cuales la línea de escape puede estar sometida. ➨ Comprobación Buscar las abolladuras y señales de choques en la envoltura del convertidor catalítico. 6 ES MUY IMPORTANTE IDENTIFICAR BIEN LA CAUSA DEL FALLO DE UN CONVERTIDOR CATALITICO ANTES DE SUSTITUIRLO. Las causas posibles de fallo son muchas, por ejemplo: rotura mecánica debida a un choque, fallo debido a un mal mantenimiento del vehículo, problemas de encendido o de sonda lambda, mala dosificación aire/gaso- lina, arranques forzados... Será importante para lograr o conservar la confianza de un automovilista- cliente, establecer la razón de un fallo durante el control técnico antes de sustituir automáticamente el convertidor catalítico. Es perfectamente posible que no sea este el causante del problema sino un funcionamiento defectuoso del motor. Los catalizadores de cerámica son frágiles. Pueden romperse y salir en pedazos por el escape. Fallo mecánico
  9. 9. los fallos(1) Convertidor Catalitico 7 Envejecimiento En teoría, un catalizador está diseñado para la duración de la vida de un vehículo. No obstante, en la práctica, las condiciones de servicio y el entorno causan un envejecimiento que reper- cute en una reducción del rendimiento que se podrá detectar durante el control técnico. ➨ Comprobación El cuidado regular y el mantenimiento del vehículo, incluso mediante examen visual, asegurarán una larga vida y un buen rendimiento del convertidor catalítico. La medición de las emi- siones de CO en las condiciones anteriormente descritas permiten determinar el estado del convertidor. Ensuciamiento por el plomo Para evitar el ensuciamiento del convertidor catalítico, es preciso usar gasolina sin plomo. El plomo puede combinarse con los metales preciosos desactivándolos y formar una fina película que impida el contacto entre la capa de washcoat que contie- ne dichos metales preciosos y los gases, incapacitando de esta forma el convertidor para eliminar las materias nocivas. Con uno o dos depósitos de gasolina con plomo quedará desactivado el convertidor catalítico. La vuelta a la gasolina sin plomo sólo permite recuperar en parte la actividad inicial del convertidor. Todos los nuevos coches equipados con converti- dores catalíticos tienen depósitos de gasolina con un cuello de entrada cuyo diámetro sólo acepta las pistolas de los surtidores de gasolina sin plomo. ➨ Comprobación El nivel de ensuciamiento, y por tanto la eficacia del converti- dor, es directamente proporcional a la cantidad de plomo que se deposita en el catalizador. Este nivel solamente se puede determinar midiendo las concentraciones de contaminantes que salen del convertidor. Existen kits de prueba disponibles en ARVIN para determinar si el vehículo ha funcionado con gasolina con plomo.
  10. 10. Para poder funcionar correctamente, un convertidor catalítico necesita una relación aire/gasolina óptima. Una mala combustión del motor o fallos de encendido pue- den provocar la fusión del monolito debido a la llegada de una cantidad excesiva de gasolina sin quemar que va directamente al convertidor. Los problemas térmicos también pueden provocar la sinterización del washcoat y los metales preciosos, reduciendo así el rendimiento del convertidor. En estas condiciones, es imprescindible arreglar el vehículo antes de cambiar el convertidor. ➨ Comprobación Buscar en la envoltura señales de fuertes sobrecalentamientos. Un mal funcionamiento del dispositivo de encendido puede ser la causa. Nota: Los monolitos metálicos utilizados por ARVIN, gracias a las propiedades térmicas del acero (buena conductibilidad), son menos sensibles a los problemas de sobrecalentamiento local. Identificación de las causas de los fallos(2- Continuaión) 8 Cualquier entrada de aire antes de la sonda lambda o del convertidor puede pertur- bar la relación aire/gasolina, modificar la respuesta de la sonda lambda y alterar la eficacia del convertidor, permitiendo así la expulsión de gas no tratado a la atmósfera. Las fugas pueden proceder de soldaduras deterioradas o de conexiones deficientes. ➨ Comprobación Llevar a cabo una inspección visual de las fugas de aire antes de la llegada al convertidor. Examinar las soldaduras y las conexiones entre componentes. Estanqueidad Arranque forzado del coche Se desaconseja el arranque forzado del coche, puesto que la gasolina sin quemar en el sistema puede afectar al catalizador si el coche no arranca rápidamente (véase Fallos de encendidos del motor). No obstante, el uso de una batería auxiliar es posible. Mal funcionamiento motor/encendido defectuoso
  11. 11. El convertidor catalítico es siempre el componente más próximo al motor. Convertidor Catalitico 9 Recomendaciones para la sustitución de un convertidorEl punto más importante es no considerar al convertidor como un elemento de escape clásico, pues forma parte integrante de la cadena de descontaminación de un vehículo y su sustitución sólo debe hacerse observando ciertas precauciones. De forma general, ARVIN recomienda no proceder a la sustitu- ción de un convertidor sin disponer del material que permite controlar la cadena de descontaminación. s Si el fallo del convertidor está relacionada con un mal funcionamiento del motor, reparar el vehículo antes de sustituir el convertidor. s Identificar si el vehículo está equipado con un convertidor catalítico. Este es siempre el componente más próximo al motor. s Determinar siempre la causa del fallo del conver- tidor antes de sustituirlo. s Nunca sustituir un convertidor catalítico por un elemento no catalítico. s No desmontar el convertidor catalítico si sólo tiene que sustituir los otros elementos de la línea de escape. s Asegúrese de la disponibilidad de la pieza antes de desmontar el convertidor defectuoso. s Haga siempre una medida de contaminación después de sustituir el catalizador. s Utilice siempre las juntas y los componentes de caucho suministrados con el convertidor.
  12. 12. Respuestas a algunas preguntas habituales sobre 10 ¿Cuál es la frecuencia de sustitución de un convertidor catalítico? En teoría, un convertidor catalítico está diseñado para la duración de la vida del vehículo.No obstante, dada su exposición a condiciones térmicas y mecánicas a veces extre- mas, es probable que como media, el convertidor tenga que ser sustituido una vez durante la vida del vehículo. ¿Funciona un convertidor catalítico en trayectos cortos? El convertidor catalítico comienza a funcionar correctamente cuando alcanza una temperatura de 250-270O C. Esta temperatura se alcanza normalmente 200 segundos como máximo después del arranque. Evidentemente, este tiempo depende de las condiciones de conducción y del tipo de circu- lación ¿Pueden los convertidores catalíticos hacer arder la hierba seca? Puesto que los sistemas de escape de todos los coches funcionan a temperaturas muy altas, se aconseja no aparcar el coche en la hierba alta, ya esté equipado con un convertidor catalítico o no.La temperatura de los gases de escape puede alcanzar hasta 800-900ºC a la salida del colector. Debido a estas temperaturas elevadas, la mayoría de los convertidores catalíticos incluyen pantallas térmicas. Respuesta: Respuesta: Respuesta: Ejemplo de pantalla térmica ARVIN
  13. 13. los convertidores catalíticos Convertidor Catalitico 11 ¿Por qué los gases de escape de los vehículos que llevan convertidor catalítico huelen a veces a huevo podrido? Sucede a veces que indicios de azufre presentes en la gasolina se transformen en sulfuro de hidrógeno en el convertidor. Eso, generalmente, sólo sucede cuando se produ- ce un cambio rápido de velocidad del motor y de carga (acele- ración), o tras un arranque motor con el convertidor caliente. Este fenómeno puede observarse cuando el convertidor es nuevo y suele desaparecer con el tiempo. ¿Qué mantenimiento requiere un convertidor catalítico? Un convertidor catalítico en sí no requiere ningún mantenimiento ni cuidado. Los coches equipados con conver- tidor catalítico que han sido cuidados y mantenidos adecuada- mente y que circulan con gasolina sin plomo no deberían tener problemas a la hora de cumplir las exigencias del control técnico. ¿Afecta un convertidor catalítico al rendimiento del coche? La contrapresión que supone el uso de convertidores catalíticos puede, en algunos casos, reducir muy ligeramente el rendimiento del vehículo, pero suele repre- sentar una reducción de menos de 5 km/h respecto de la velocidad máxima. Cabe observar que los monolitos metálicos fabricados por ARVIN permiten reducir la contrapresión gracias a paredes de sustrato más delgadas. ¿También es equipado el motor diesel con converti- dores catalíticos? La nueva normativa vigente desde 1996 ha llevado a generalizar el uso de convertidores catalíticos de oxidación en los vehículos diesel Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Sonda Lambda
  14. 14. ¿Cómo se desarrollará el mercado? Desde el 1 de enero de 1993, todos los nuevos vehículos vie- nen equipados con convertidores catalíticos, y el parque con convertidores en Europa aumenta cada año en unos 12 millones de unidades. Las necesidades en convertidores catalíticos de recambio van a crecer paulatinamente, pero estarán estrechamente relaciona- das con la introducción de los controles técnicos y sus modali- dades de aplicación. La experiencia de los convertidores catalíticos en Europa es todavía demasiado escasa para poder establecer previsiones fiables. Sin embargo, la situación en Estados Unidos, donde se vienen utilizando los convertidores catalíticos desde hace mucho tiempo, muestra que existe un mercado de recambio (aproximadamente un 2 a 3 por ciento de sustitución en los vehí- culos controlados). Algunas indicaciones pueden deducirse para Europa, donde las condiciones de servicio son dife- rentes. Por ejemplo, el trayecto medio en Europa es mucho más corto y la utilización es más exigente que en los Estados Unidos. Somos más exigentes con nuestros motores de pequeña cilindrada. En conse- cuencia, las condiciones térmicas y mecánicas a las que están sometidos el escape y el converti- dor catalítico son más duras en Europa que en los Estados Unidos, donde los motores de 4 litros de cilindrada, la velocidad limitada a 90 km/h y los trayectos largos tienden a ser la norma. De todo ello se derivará una tasa de sustitución más elevada. 12
  15. 15. Las ventajas de los convertidores catalíticos ARVIN Convertidor Catalitico 13 Como principal proveedor europeo de sistemas de escape de recambio, ARVIN ha investigado los diferentes tipos de monoli- tos disponibles para su uso en convertidores catalíticos. El monolito de cerámica utilizado como soporte para el catali- zador es muy frágil. A pesar de ir montado en el interior de una envoltura de acero inoxidable, el monolito de cerámica puede fallar por las numerosas razones anteriormente indicadas. Los choques mecánicos o los sobrecalentamientos locales debidos a una llegada masiva de gasolina o hidrocarburos sin quemar, pueden provocar la aparición de fisuras en el monolito y, con el tiempo, su des- trucción. ARVIN da la preferencia a un monolito metálico como soporte para el catalizador, puesto que es más resistente tanto física como térmicamente. Esta circunstancia es especialmente favorable para los vehículos que ya se encuentran en circulación, puesto que las condiciones en servicio para la línea de escape son más duras que en los vehículos nuevos. La contrapresión creada por el monolito metálico es inferior a la del monolito de cerámica. Por último, los monolitos metáli- cos respetan el medio ambiente, pues su construcción permite reciclarlos con mayor facilidad e íntegramente. Una gama europea de catalizadores de recambio está ahora disponible para responder a la demanda creciente del mercado. Las piezas de recambio y los sistemas ARVIN están diseñados para responder a las exigencias de la normativa comunitaria y están fabricados en pequeñas unidades de producción según criterios de calidad total con el fin de poder ofrecerle produc- tos de alto rendimiento en las mejores condiciones.
  16. 16. http://www.arvin-rp.com Esta guía le ha sido facilitada por su distribuidor:

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