Medición y comparación de los índices de deterioro de dos catalizadores operados con mezclas de Etanol-Gasolina (E10 y E20)

Transcripción

1 Medición y comparación de los índices de deterioro de dos catalizadores operados con mezclas de Etanol-Gasolina (E10 y E20) Presentado por: William David Valencia Lopez Director: Juan Esteban Tibaquirá Giraldo, Ph.D Asesores: Luis Felipe Quirama Londoño, M.Sc Sebastián Ospina Castro, M.Sc

2 Contenido 1. Objetivos 2. Introducción 3. Caracterización de los parámetros de los sensores 4. Montaje experimental 5. Resultados y análisis de las pruebas experimentales 6. Conclusiones y recomendaciones 7. Agradecimientos 2

3 1. Objetivos General: Medir y comparar los índices de deterioro de dos catalizadores operados con mezclas de etanol-gasolina (E10 y E20). 3

4 1. Objetivos Específicos: Caracterizar los sensores de oxígeno y temperatura que se instalarán en la prueba. Elaborar el montaje experimental, usando los sensores de oxígeno y temperatura en el convertidor catalítico. Registrar y analizar las mediciones ejecutadas por los sensores de oxígeno y temperatura. Comparar los resultados del diagnóstico de los convertidores catalíticos usados con respecto al catalizador nuevo. Implementar en el Laboratorio de Pruebas Dinámicas Automotrices la metodología para determinar los índices de deterioro y temperatura de un convertidor catalítico. 4

5 2. Introducción Proyecto Protocolo E20 5

6 2. Introducción Catalizador 6

7 2. Introducción Emisiones de gases de escape Nocivas: NO X, CO y HC No nocivas: H 2 O, O 2 y CO 2 7

8 2. Introducción Sistema de adquisición de datos 8

9 2. Introducción Método de diagnostico 9

10 3. Caracterización de los parámetros de los sensores Sensor de oxigeno o sonda lambda 10

11 3. Caracterización de los parámetros de los sensores Sensor de temperatura o termopar 11

12 4. Montaje experimental Vehículo de pruebas 12

13 4. Montaje experimental Dinamómetro de Cubos Dynapack 2000 Nm 13

14 4. Montaje experimental Módulo de consumo de combustible 14

15 4. Montaje experimental Sistema de adquisición de datos 15

16 4. Montaje experimental Acoples para conexión de sensores 16

17 4. Montaje experimental Controlador de banda ancha (Wideband) 17

18 4. Montaje experimental Módulo de medición de AFR 18

19 4. Montaje experimental Módulo de medición de temperatura 19

20 4. Montaje experimental Chasis de la unidad de adquisición de datos 20

21 4. Montaje experimental Condiciones de la prueba experimental Catalizadores: Nuevo, Mezcla E10, Mezcla E20 Estados estables de operación: 1000, 2000, 3000, 4000 RPM Condición de carga del vehículo: Plena carga (100%) Combustible utilizado: Mezcla de etanol-gasolina E10 Tiempo de estabilización: 30 segundos Tiempo de prueba: 20 segundos Número de repeticiones: 6 21

22 5. Resultados y análisis de las pruebas experimentales Instrumento virtual 22

23 5. Resultados y análisis de las pruebas experimentales Resultados de las pruebas experimentales 23

24 5. Resultados y análisis de las pruebas experimentales Índices de temperatura y deterioro 24

25 5. Resultados y análisis de las pruebas experimentales Comparación de los Índices de Temperatura 1,00 0,92 0,84 ID T 0,76 Nuevo E20 E10 0,68 0, Régimen de Motor [RPM] 25

26 5. Resultados y análisis de las pruebas experimentales Comparación de los Índices de Deterioro 1,05 0,99 0,93 ID Máx 0,87 Nuevo E20 E10 0,81 0, Régimen de Motor [RPM] 26

27 6. Conclusiones y recomendaciones La metodología propuesta en este estudio surge como una herramienta útil para determinar el desgaste de los catalizadores de los vehículos con respecto a su estado inicial, con el objetivo identificar un dispositivo que se encuentra deteriorado. El ID T con respecto a la velocidad del motor es directamente proporcional en los tres catalizadores, debido al aumento del flujo de los gases de escape que son productos de la combustión, esto genera que la disminución de la temperatura de la salida del catalizador con respecto a la entrada sea menor, produciendo una mayor similitud entre las temperaturas de los dos puntos que son objeto de estudio. Esta condición de aumento del ID T con respecto al régimen, representa una menor transferencia de calor al ambiente, lo cual conlleva a que el calor de los productos de la combustión permanece al interior del catalizador. 27

28 6. Conclusiones y recomendaciones A bajas revoluciones de motor (1000 RPM), el comportamiento del ID T en el catalizador que operó con mezcla E20 es menor con respecto a los otros dos, diferente a los demás regímenes de giro donde este catalizador presenta el mayor ID T. En este estado de operación se presenta un rango de confianza más amplio debido a la presencia de un valor que difiere bastante con respecto a las demás pruebas, lo cual pudo ocurrir como consecuencia de la baja temperatura del motor al momento de iniciar la toma de datos. Esta situación pudo generarse debido a las condiciones ambientales, dado que las pruebas de cada catalizador se realizaron en días diferentes. 28

29 6. Conclusiones y recomendaciones Con respecto a la hipótesis planteada al inicio de la investigación, se comprobó que en tres de los cuatro regímenes de motor estudiados, se observa un ID Máx mayor en el catalizador que operó durante km con la mezcla E10. También se observa que en todos los regímenes estudiados el mínimo valor de ID Máx se da en el catalizador nuevo, debido a que este último era el punto de referencia para el análisis. Los valores encontrados en los catalizadores usados durante km, presentan ID Máx muy similar en todos los regímenes de giro del motor que fueron probados. Debido al extenso tiempo en el que operaron, la diferencia entre ellos es pequeña en términos de deterioro, por lo cual no se puede concluir cuál de ellos es mejor con respecto a las emisiones de gases, debido a que faltaría la medición de estas en los regímenes probados y con cada uno de los catalizadores. 29

30 6. Conclusiones y recomendaciones Desarrollar futuros estudios, en los cuales se realicen pruebas midiendo las emisiones de gases que son producto de la combustión antes y después del catalizador con la ayuda de analizadores de gases, con el objetivo de determinar la efectividad del catalizador en relación a la concentración de los gases de escape. Ejecutar pruebas de emisiones de gases para múltiples estados estables de operación con los tres catalizadores que fueron usados en esta investigación y un tubo conector, para determinar la diferencia de las emisiones de gases expulsadas por el escape con cada uno de los dispositivos. Realizar pruebas en diferentes automóviles de un mismo tipo, pero diferente modelo, para determinar los índices de temperatura y deterioro de los catalizadores con respecto al tiempo de operación. 30

31 7. Agradecimientos 31

32 Gracias por su atención 32