INFORME

TEMA:

CARACTERISITICAS DEL HUMEADO DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR DIESEL

I. OBJETIVOS

1) Conocer los diferentes tipos de gases emitidos por los M.C.I.2) Conocer el principio de funcionamiento de los analizadores de gases.3) Conocer las normas peruanas acerca de las emisiones de gases de los

M.C.I.

II. FUNDAMENTO TEORICO

A. Medición de la toxicidad de los gases de escape en una motor a gasolina:

Del resultado del proceso de combustión del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los más importantes son el CO (monóxido de carbono), el CO2 (dióxido de carbono), el O2 (Oxigeno), Hidrocarburos no quemados (HC), Nitrógeno, Agua y bajo ciertas condiciones NOx (óxidos de Nitrógeno).

El analizador de gases de escape analiza la química de estos gases y nos dice en que proporciones 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 Nitrógeno y un 20 % de Oxigeno (aproximadamente).

Podemos entonces escribir lo siguiente:

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

Vamos a estudiar cada uno de estos gases:

CO (monóxido de carbono):

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

CO2 (Dióxido de Carbono):

El dióxido de Carbono es también resultado del proceso de combustión, no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anhídrido carbónico.

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

HC (Hidrocarburos no quemados):

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

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

NOx (Óxidos 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 ser 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 oxígeno y el nitrógeno del aire, y se forman a altas temperaturas y bajo presión.

Relación Lambda λ:

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

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

En resumen una relación lambda menor que 1, significa que la mezcla aire combustible se está produciendo en una condición de riqueza.

Una relación lambda mayor que 1, significa que la relación aire combustible se está efectuando en una condición de pobreza.

Tengamos presente algo muy importante:

"Una relación lambda=1, significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporción 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 porque nos puede indicar problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la distribución, un encendido defectuoso, combustiones desparejas por inyectores sucios, etc.

Analizadores de Gases Infrarrojos

Funcionamiento y principios básicos:

Actualmente existen diversos tipos de sistemas para análisis de gases de escape.

Trataremos a continuación la teoría y explicación del funcionamiento de los analizadores de gases de escape infrarrojos. La energía infrarroja IR es una forma de luz. La longitud de onda de esta energía es más larga que la de la luz que nosotros podemos llegar a ver, de todas maneras el ser humano no puede ver la energía infrarroja directamente desde sus ojos. De hecho existen algunos dispositivos que pueden detectar la presencia de ondas de luz infrarroja.

La concentración de un gas que se quiere medir puede ser expresada porcentualmente de acuerdo a la absorción de IR que pasa a través de una celda que contenga ese gas en una mezcla de gases.

Luego de este filtro, la luz es sensada por un sensor óptico electrónico (fotodiodo o fototransistor).

Esquemáticamente:

Entre la celda de medición y el emisor de infrarrojo existe un disco ranurado que deja pasar la luz infrarroja en intervalos irregulares (CHOPPER), en el caso el analizador de gases sea de dos gases existe un filtro para cada uno de estos gases, la celda de medición es también sometida a una leve temperatura que es controlada por un dispositivo.

Los sensores ópticos, así constituidos envían señales eléctricas a circuitos electrónicos amplificadores, los cuales terminan marcando en un display los valores de cada uno de los gases que son sensados por estos dispositivos.

B. Equipos para el control y análisis de los gases de escape de los M.C.I.

La eficacia del control de las emisiones toxicas y de su análisis respectivo durante los ensayos de los MCI o durante la verificación de los medios de transporte depende, en gran medida, de los métodos y medios de control, así como de las instalaciones que se emplean.

Empresas especializadas producen una gama de aparatos para el análisis de gases, en los cuales se puede apreciar dispositivos de toma de muestras y de análisis de gases, de medición de humo (fumímetros) y de hollín (hollímetros) y una serie de otros mecanismos.

1. Dispositivo para captación y preparación de muestra de gases.

A fin de asegurar un buen análisis de los gases de escape y un funcionamiento normal de los equipos de medición, estos tienen que contar con dispositivos para la captación de las muestras de los gases de escape, para la preparación y depuración de las mismas, para el secado y suministro de los gases destinados al análisis.

Los sistemas de captación de muestras

Las muestras se captan de los tubos de escape, como también del cilindro del motor. Estos gases de escape tienen sustancias con elevado punto de ebullición, que pueden condensarse en las paredes interiores del sistema de captación de muestras, esto podría ocasionar que los datos que da el equipo sean incorrectos. Para evitarlo es recomendable el sistema de captación de muestras tipo “Hot FID” que cuenta con elementos de calentamiento, asegurando temperaturas de 180…. 200ºC, y previene de esta forma, la absorción de hidrocarburos de alta temperatura de ebullición, como es la solución de dióxido de nitrógeno en agua.

Sondas de toma de muestras

Permiten la captación de las muestras de gases que servirán para el análisis; varían estructuralmente de acuerdo al analizador de gases. Estas ondas sonoras se instalan en el tubo de escape del motor (banco de ensayos) o en la salida de la tubería de escape del vehículo.

2. Analizadores de gases de escape

Varían en cuanto a su estructura, dependiendo del modo de introducción de los gases a analizar y del tipo de detector que se emplea en el análisis.

El analizador Bosch ETT

Se emplea para el análisis de los gases de escape de los motores de carburador, y permite determinar el contenido de los CxHy, CO, CO2, O2, conocer la velocidad de rotación del cigüeñal, la temperatura del aceite y la composición de la mezcla si se tiene un detector de oxígeno.

Los analizadores de la serie G.I.A.M.

Determinan la concentración de monóxido de carbono (CO) y de hidrocarburos (CxHy) en los gases de escape de los motores de carburador y las revoluciones del cigüeñal. El analizador consta de una sonda para la captación de gases, del sistema de filtración, de la bomba de membrana y de la unidad óptica con el equipo electrónico.

3. Medidores de humo

Los analizadores de humo

Estos equipos tienen un solo principio de funcionamiento: la determinación de la densidad óptica de los gases de escape y, por lo tanto, pueden ser de dos tipos: los fumimetros con tubo de medición y los de flujo libre.

El analizador de humo Hartridge, fue concebido para determinar la desasidad óptica de los gases de escape, haciendo pasar una determinada onda de luz a través de la columna gaseosa; los resultados obtenidos con la ayuda de este dispositivo corresponden a las condiciones de la norma ISO 3173 y del reglamento 24 CEE de la ONU.

El analizador de humo Bosch RTT, este equipo también se basa en la determinación de la densidad óptica de los gases de escape.

El analizador de humo META, de fabricación Rusa, es un equipo portátil para medir el humeado. El captador óptico no es otra cosa que un tubo, que sirve como cámara de trabajo, en la cual se instalan el emisor y el fotorreceptor. El termopar mide la temperatura de los gases de escape. El captador se instala en la sonda de toma de muestras, fijada al tubo de escape del automóvil por medio de la conexión. Los gases de escape del motor pasan por el tubo, y en la boca ingresan al captador óptico, saliendo por los orificios radiales. En la zona de trabajo del captador sucede la absorción del flujo luminoso, el que es proporcional. A la densidad de los gases de escape, La señal

eléctrica, que viene del fotodiodo, se altera y, de acuerdo a esto, el indicador proporciona los resultados de la medición; la banda de indicador proporciona los resultados de la medición, la banda de medición del humeado es de 0 a 9.99 m-1.

El analizador de humo KID, es análogo al META en su estructura y funcionamiento. La única diferencia consiste en tener un indicador de aguja en vez de uno digital.

El analizador de humo INA-109, sirve para medir el humeado de los gases de escape de los motores diesel.

Equipos auxiliares Los filtros, son utilizados para limpiar los gases de escape del hollín, de las partículas

metálicas, del aceite o de otras impurezas, antes de que ingresen al analizador. En el sistema de captación de muestras se instala un filtro de depuración basta y uno de depuración fina. Algunos dispositivos están dotados de un filtro, combinado con un separador de condensado.

Los intercambiadores de calor, sirven para mantener a una adecuada temperatura el volumen de gases a analizar. Se emplean como agentes refrigerantes: agua, freón y ciertos equipos, secadores electrónicos de gases.

Las válvulas, aseguran el suministro de un volumen de gases de escape desde el sistema de captación de muestras hacia los detectores del analizador de gases, así mismo, permiten la limpieza del equipo y su calibración. Son válvulas electromagnéticas de dos, tres y cuatro vías que, como regla general, trabajan automáticamente.

C. Normas generales de emisiones de gases en los M.C.I.

1. Motor Diesel a) Régimen de aceleración libre:

1) Motor Diesel con aspiración natural2) Motor Diesel sobrealimentado

b) Velocidad máxima de ralentí1) Motor Diesel con aspiración natural2) Motor Diesel sobrealimentado

2. Motor Gasolinero

3. Limites permisibles máximos según Norma Peruana

III. PROCEDIMIENTO

1. Preparar los instrumentos necesarios para la realización del laboratorio; esto comprende:

El analizador de humos META. Los cables de conexión.

2. Luego de esto hay que encender el motor y esperar que funcione por un tiempo aproximado de 10 minutos; esto asegurará que el motor alcance las temperaturas y presiones óptimas de funcionamiento.

3. Al dejar transcurrir este tiempo nos aseguramos de no tener lecturas erróneas en el analizador.

4. Conectar la sonda al tubo de escape del motor, y luego conectar esta al analizador de gases.

5. Calibrar y preparar los instrumentos a través de la pantalla electrónica, esto posteriormente nos dará los valores de humeado y emisiones totales.

6. Cabe señalar que las mediciones se realizan con el acelerador a fondo.

IV. DATOS DEL LABORATORIO

N° 1 2 3 p Prueba

K(m-1) 0.84 0.82 0.85 0.84 APROBADO

V. CUESTIONARIO

1) ¿Cuál motor es más dañino para los seres humanos? El motor E.CH. o el motor E.C. ¿Por qué?

Como vemos el más dañino es el Motor a Gasolina o Encendido por chispa.

La toxicidad de los motores Diesel depende en lo principal del contenido de los óxidos de nitrógeno y el hollín.La toxicidad de los motores de encendido por chispa y carburador depende en gran medida de la concentración del monóxido de carbono y de los óxidos de nitrógeno.Convertidos en la "bestia negra de los ecologistas" (muchos de ellos con más entusiasmo que preparación técnica), los motores Diesel tienen mucha menos responsabilidad en la contaminación ambiental de la que se les imputa normalmente lo que se puede observar al remitirnos a la tabla ofrecida anteriormente; aunque su contaminación se ve más por la típica emisión de humo negro formado por partículas microscópicas que no son tóxicas pero si molestas.

2) ¿Cuál es el principio de funcionamiento del analizador de humos META?

Se basa en la medición del grado de absorción de la emisión infrarroja y de la temperatura de los gases de escape en una unidad de volumen. Los gases de escape del motor pasan por el tubo, y en la boca ingresan al captador óptico, saliendo por los orificios radiales. En la zona de trabajo del captador sucede la absorción del flujo luminoso, el que es proporcional a la densidad de los gases de escape. La señal eléctrica, que viene del fotodiodo, se altera y, de acuerdo a esto, el indicador proporciona los resultados de la medición; la banda de medición del humeado es de 0 a 9.99 m-1.

3) En Arequipa ¿Cuáles son los rangos de medición para motores E.CH. y para motores E.C.?

4) ¿Cuáles son los equipos auxiliares que se usan en los analizadores de humo? Descríbalos brevemente

Los filtros, son utilizados para limpiar los gases de escape del hollín, de las partículas metálicas, del aceite o de otras impurezas, antes de que ingresen al analizador. En el sistema de captación de muestras se instala un filtro de depuración

basta y uno de depuración fina. Algunos dispositivos están dotados de un filtro, combinado con un separador de condensado.

Los intercambiadores de calor, sirven para mantener a una adecuada temperatura el volumen de gases a analizar. Se emplean como agentes refrigerantes: agua, freón y ciertos equipos, secadores electrónicos de gases.

Las válvulas, aseguran el suministro de un volumen de gases de escape desde el sistema de captación de muestras hacia los detectores del analizador de gases, así mismo, permiten la limpieza del equipo y su calibración. Son válvulas electromagnéticas de dos, tres y cuatro vías que, como regla general, trabajan automáticamente.

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

1. Se puede concluir que los motores diésel tienen un bajo índice de contaminantes respecto a su similar el motor encendido por chispa.

2. Podemos concluir que el motor del banco de pruebas de nuestro laboratorio se encuentra en excelentes condiciones, y que si fuera un motor en movimiento, pues pasaría las exigencias de los límites permisibles máximos de la norma peruana, sin ningún problema ya que el límite máximo exigido a partir de 1996 es de 2.8 y el valor promedio de nuestras mediciones es de 0.84, por lo tanto estamos lejos de alcanzar el máximo.

3. Se concluye que los analizadores de gases es un instrumento muy práctico, y eso se debe a que la tecnología ha ido en aumento, estos analizadores nos permiten tener una lectura en tiempo real.

4. En esta imagen se puede observar cómo se realiza el acelerado del motor, de forma manual, esto modifica la alimentación de combustible en el regulador de combustible.

5. Concluimos que el porcentaje de opacidad de nuestro motor es de 21% y el porcentaje de opacidad en la norma es de 70%, este valor se obtuvo por relación directa.

6. En la siguiente imagen se puede observar los instantes en que se esta haciendo la medición de la opacidad con el opacímetro de nuestro laboratorio. Se ve claramente la cantidad de smock que está saliendo del tubo de escape y su respectiva medición.

7. Podemos concluir que a medida que se incrementa el desgaste en el motor, se acrecentara la cantidad de humo que este emita, por lo tanto se requiere de un control en mantenimiento del vehículo.

8. Si el motor humea demasiado, habrá que hacer una revisión minuciosa, una de las causas más comunes es que el motor este quemando aceite, y de ahí que se origine ese humo excesivo.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERIA MECANICA – ELECTRICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

CURSO DE: ENSAYOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

LABORATORIO N° 9

TEMA: CARACTERISITICAS DEL HUMEADO DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR DIESEL

REALIZADO POR: LOPEZ MORALES LUIS ENRIQUE

Docente: M.Sc. Ing.: Juan David Chávez Cuellar

Fecha de realización: Fecha de entrega: Nota

AREQUIPA – PERÚ

2013