Lecturas de la combustion

 

TOMANDO LAS LECTURAS EN UN
ANALIZADOR DE CUATRO GASES

Últimamente ha existido mucha especulación en cuales  pueden  ser las  posibles  regulaciones que los diferentes gobiernos pueden o van a crear en relación a el control de la contaminación vehicular.

Todos  conocemos  lo  estricto  que  han  sido las condiciones de prueba para muchos de los Estados Americanos, y  las  condiciones de una ley de aplicación para el control de la contaminación.

El  Instrumento  más popular  y de escogencia principal de muchos gobiernos, ha sido el ANALIZADOR  DE  CUATRO  GASES.  

Aunque  es cierto  que el analizador de cuatro gases puede ayudar a mantener nuestro planeta más limpio; también es cierto que  un  analizador de  4  gases  podrá  hacer  mucho  más  que  sencillas pruebas de análisis de gases de escape.

El Análisis  de  cuatro  gases,  también  puede  ser  usado  para trabajos   de   afinamiento   de  motores;  y  para  diagnósticos específicos.

Aun que usted no esté interesado en que  sí  nuestro planeta va a sobrevivir; un analizador de 4 gases le puede ayudar a usted, a resolver  los  problemas  de  sus  clientes  así  como también,  le  puede  ayudar a enriquecer su bolsillo.  Después de todo, dicen que al final lo único importante es el dinero.

Cuando un analizador de gases, se usa en  combinación  con  otros equipos   de  diagnóstico,  el  analizador  de  cuatro  gases  se convierte en una de las mas importantes herramientas que nosotros podemos   tener   para   diagnosticar   adecuadamente   problemas relacionados a con el funcionamiento del motor en general.

Le pedimos que siga con nosotros mientras analizamos  que  es  lo que   estamos   probando;   como  realizar  las  pruebas  y  como interpretar los resultados.

COMO FUNCIONA:

Un analizador de cuatro gases, está equipado  con  una  bomba  de vacío,  que  arrastra los gases de escape a través de una manguera de muestra insertada en el tubo de escape del automóvil y de  ahí al  analizador  de gases, donde una muestra de gas de escape pasa al interior del analizador; una emisión  de  luz  infrarroja  es proyectada a través de la muestra de gas de escape.

Diferentes partículas en el gas, evitan que ciertas porciones  de la  luz  emitida, pueda alcanzar el receptor opuesto al emisor.

Los sensores determinan la cantidad de luz remanente  y  producen una  alimentación  para el procesador; el procesador determina la cantidad de los tres gases en el escape y el cuarto gas  (O2) es  medido por un sensor independiente.

Aunque la mayoría de bancos de gases tienen un sistema para evitar que una cantidad excesiva de agua, condensación o vapor de agua del tubo de escape entre en el equipo por medio de la sonda de muestra, hay  que  tener cuidado de no permitir que agua, anticongelante u otros líquidos, sean tomados por la manguera de prueba. Cualquier cantidad excesiva de líquido destruirá el banco del analizador de gases.

NUNCA  utilice  limpiador  de  carburadores;  o  limpiadores  del sistema  de combustible, mientras el analizador esté conectado; o cerca  del  sistema  de  escape.   Los  químicos  limpiadores  le garantizarán a Usted una COSTOSA reparación de su banco de gases pues sus delicados lentes pueden verse dañados por este tipo de solventes.

 

LOS CUATRO GASES.

Vamos a aclarar una cosa antes de empezar;  aunque  raras  veces  se piensa  en  los  motores de combustión interna de esta manera, el motor de combustión es una bomba de aire. Arrastra aire  adentro de  él y expulsa aire fuera de él.

Cuando agregamos la ignición y el combustible se crea la combustión; la cual produce  potencia, y a  su  vez  transforma  la mezcla de aire/combustible en gases de escape. 

Una combustión perfecta  daría  como  resultado  agua  y dióxido  de  carbono  como  elementos restantes de la combustión (Ciclo Teórico, Combustión Teórica),  pero  en  el  ciclo  real  y combustión real obtenemos una residuo muy diferente.

Los cuatro gases que nosotros estamos midiendo son:

• HIDORCARBUROS (HC)
• MONOXIDO DE CARBONO (CO)
• BIOXIDO DE CARBONO (CO2)
• OXIGENO ( O2)
• NOX ( Oxido de Nitrogeno)

 

Los hidrocarburos(HC) son unos gases venenosos sin quemar; son combustible en su estado puro y se miden en partículas por millón (ppm).

CO es un gas venenoso parcialmente quemado; una combustión parcial  ha  sucedido  pero la molécula de combustible no ha sido quemada completamente; el CO es medido como un porcentaje del gas en medición.

El CO2 es combustible completamente quemado; y es un resultante inofensivo de la combustión completa; este  es  medido como  un  porcentaje  del volumen de gas. 

Oxígeno es simplemente Oxígeno, pero es importante porque el Oxígeno es consumido por la  combustión, y la combustión no puede ocurrir sin el, el contenido de O2 después de una combustión es lo  importante  (  si  es  que sobra  algo).  El  Oxígeno  también es medido como porcentaje del volumen del gas en medición; pero éste no es medido  por  la  luz infrarroja,  sino que, es medido por un Sensor de Oxígeno similar al que se encuentra en los automóviles.

EL NOX el también muy importante, es un residuo el cual destruye la capa de Ozono de nuestro planeta, y aunque también puede indicarnos problemas de funcionamiento es muy difícil tener un buen parámetro, pues para poder medir el NOX se necesita del uso de un Dinamometro para simular las condiciones de carga y peso, así que para esta discusión dejaremos de lado el NOX.

La Atmósfera tiene un 21 % de Oxígeno a nivel del mar; y es menor a  mayor  altitud.  Y el restante del aire es una  mezcla  de gases misceláneos.

El Nitrógeno ocupa mucho espacio en el cilindro y es sumado al volumen total de los gases de escape; pero no cambia la mezcla de gas o las lecturas del valor de la mezcla o las lecturas del  gas del escape.

Debido  a  su formación, el CO y el CO2 requieren de Oxígeno, los porcentajes  combinados  de  CO,  CO2  y  Oxígeno  nunca  serán superiores del 21 %, preferiblemente mucho menos.

HACIENDO LA CONECCION:

Las  lecturas  deberán  ser  lo más exactas posibles, y deberemos tomar en cuenta los siguientes aspectos antes de preocuparnos por interpretar  las  lecturas  de  los cuatro gases. Usted puede ser fácilmente engañado si Ud. no es cuidadoso.

Primero debe comprobar que  no  existan  fugas  de  escape;  una  fuga de escape no solo permitirá que los gases de escape se  fuguen,  sino  que  también, permitirá que el aire entre en el sistema de escape.

El  escape  fluye en pulsos; y un vacío es creado después de cada pulso.  Cuando la Válvula de escape se  cierra, el movimiento  de ésta  masa  crea  un  vacío  detrás  de  ella misma.  Una masa en movimiento tiende a continuar la acción; y aunque el escape es un gas también es una masa.

Piense  en  una  bola  amarrada  a  una  paleta  por  medio de un elástico. Nosotros empujamos la bola con la paleta (gas de escape expulsado por la Válvula de escape)  es como la bola que se aleja de la paleta hasta el momento en que el elástico de la paleta  se tensa  (momentum  del flujo de escape) en un momento el elástico se tensa ( la válvula de escape se cierra) y finalmente la  bola es retrocedida.

Otro  posible  detalle  de  tomar  en  cuenta  será  la  cantidad adicional de aire falso entrando en  el  sistema;  una  bomba  de inducción  de aire, o cualquier otro sistema de inducción también suplirá  una cantidad falsa de aire en el escape; y  ésta  deberá de ser desconectada o bloqueada.

Tampoco  se  puede  olvidar  el  analizador de gases mismo; si la manguera de muestreo tiene fugas, ella misma recogerá una lectura falsa del sistema.

Esté seguro que la sonda de prueba se encuentre bien insertada, y lo más introducida posible dentro del tubo de escape.

La mayoría de los analizadores tienen Sistemas para detectar  las fugas como parte de sus características.

A la mitad de los años 90 los Automóviles en Latino América comenzaron a ser  equipados  con  convertidores  catalíticos.  

El catalizador dentro del convertidor hace una buena función limpiando los gases del escape, pero disminuye el volumen promedio de las lecturas de los cuatro gases.

El  gas"  convertido" de escape no ofrecerá una lectura de prueba verdadera.

Usted deberá tratar de conectar la sonda de escape a un punto  de prueba  (  suplido  por muchos fabricantes). Este punto de prueba está conectado al  sistema  de  escape  antes  del  convertidor catalítico.   Sí  el  auto no tuviera un punto de entrada para la sonda de prueba;  instale  una  conexión  especial  o  accesorio disponible  para  éste efecto; O apague el vehículo y permita que el convertidor se enfríe. Vuelva a encender el motor  pero  solo opérelo en marcha ralentí.

Para  que  un convertidor catalítico opere debidamente, éste debe de " encender " primero antes de comenzar a convertir  los  gases de escape.

El convertidor debe de tener aire y combustible antes de alcanzar una temperatura de 600F para que el mismo " encienda".

Un vehículo operando en marcha ralentí generalmente  no  activará el  convertidor  catalítico.  Cuando  la  velocidad  del motor es elevada el convertidor  encenderá  y  ordinariamente  permanecerá encendido durante la marcha ralentí.

La  operación  y  el  comportamiento  de  los convertidores pueden variar fuertemente entre marca a marca de vehículo.

Una vez que el convertidor enciende  las  lecturas  de  HC  y  CO disminuirán  drásticamente, o desaparecerán completamente; el CO2 y el Oxígeno se elevarán.

No se debe confundir esto con una condición de mezcla  pobre;  la cual estaremos discutiendo más adelante.

Con la incorporación de los sistemas de inyección electrónica o EFI se hizo mas fácil el poder detectar un problema del motor, pues tomando las lecturas del sensor de O2 con un multimetro automotriz y sumado a los diagnostico del banco de gases podemos detectar si el problema de emisiones esta relacionado al convertidor catalítico o al sensor de O2 y en su caso el problema esta antes del sensor.

En cualquier momento que Ud. esté planeando usar un analizador  de gas;  esté  seguro  de  conectarlo antes de tiempo; el banco del analizador de gases requiere aproximadamente 15 minutos de tiempo de  calentamiento;  Dependiendo  del  diseño  del  banco  y de la temperatura ambiental.

Si Ud. desconecta  el  analizador  o  si  el  flujo  eléctrico  es interrumpido usted deberá empezar de nuevo.

Ultimo  pero  no  final; calibre el analizador. Use el sistema de calibración eléctrica que es parte de la doctrina de operación, a menos   que   el  analizador  lo  haga  automáticamente (autocero),  algunos analizadores sé recalibran cada 20 minutos durante la operación, este tipo de auto-calibracion se conoce como "AUTOCERO".

También existe una manera de calibración con gas; una botella de " contaminación embotellada " es requerida para la calibración, de hecho esta calibración se le conoce como "Calibración de Fabrica" y solo personal autorizado puede realizarla, y la misma en la mayoría de los casos es entre un periodo de 4 a 6 meses, todo dependerá del uso del banco.

La  botella de gas de calibración tiene impresas en la etiqueta los valores de gases que contienen y éstas deben  de  ser  programadas  en  el  analizador;  luego  el contenido   de  esta  botella  debe  de  ser  introducido  en  el analizador. El analizador mide el gas de calibración y se calibra él  mismo, de acuerdo a la mezcla presente.

Sólo se debe realizar una calibración de gas cuando el analizador  lo  requiera  en  la pantalla;   o   cuando  la  calibración  eléctrica  no  lleve  el analizador a una condición de operación normal.

RELACIONES TIPICAS DE UN ANALIZADOR DE 4 GASES
RELACION SICOTROMETRICA:

Sicotrométrico es un término elegante el cual significa que una proporción cualquiera que fuese es igual a 1 (X.X=1),  para la  definición  de  la combustión  perfecta es  el  punto entre la mezcla rica y la mezcla pobre; o un contenido de 14.7 libras de aire  por  una  libra  de gasolina  (14.7  a  1)

Favor tomar en cuenta que decimos mezcla ideal no perfecta. Pero la combustión ideal puede variar para  un motor   específico.   Diferentes  modelos  y  diferentes  motores resultarán en diferentes  combustiones  idéales.  

La  combustión ideal para muchos motores antiguos no es Sicotrométrico ¿confuso? 

La mayoría de motores antiguos no funcionan  nada  bien  con  una mezcla  de  14.7  a  1; los motores recientes pero sin computador puede que funcionen mejor en una mezcla de 14 a 1 y la mayoría de motores de los 50s y 60s necesitaban operar tan ricos como 12.0 a 1 o menor.

 

En la tabla que aparece a continuación podemos ver los valores de las  lecturas  de  gas para los vehículos de diferentes años; los vehículos antiguos no necesitan ser tan ricos como nuestra  tabla lo  índica;  Estas  son las lecturas máximas permitidas para cada año para los Estados Unidos de Norteamérica.

 

LIMITES SUGERIDOS MAXIMOS PARA CUATRO GASES

AÑO VEHICULO	HC MENOS QUE	CO2 MÁS QUE	CO MENOS QUE	OXIGENO RANGO ENTRE
PRE-75	600 ppm	8 %	6 %	1-7 %
	400 ppm	8 %	3 %	1-7 %
	350 ppm	8 %	2 %	1-7 %
	250 ppm	8 %	1.5 %	1-7 %
EFI con Catalizador
	100 ppm	12%	0.50%	0.50 a 2.5%

Los motores controlados por computadora usan la  información  del Sensor  de  Oxígeno  para  mantener  la mezcla Sicotrométrico. HC deberá de ser lo más bajo posible; menos de 100 ppm.  CO2  deberá de  ser  lo más alto posible; 12 % o más. CO deberá de ser igual o menor a 0.5 % y el Oxígeno entre 0.50% a 2.5%.

Una mezcla rica no tiene suficiente Oxígeno para quemar  todo  el combustible  disponible.  Como  resultado  el HC (combustible sin quemar) y el CO ( combustible quemado parcialmente ) incrementa. Todo  el Oxígeno disponible es consumido; y el Oxígeno disminuye completamente.

Una mezcla pobre no tiene suficiente combustible para consumir la mayoría  del Oxígeno. Debido a el exceso de Oxígeno, las lecturas de Oxígeno suben mientras que las lecturas de HC y CO  caen  pero solo  a  un  punto. Una vez que la mezcla llega a ser demasiado pobre, el motor no puede hacer combustionar la mezcla; resultando en una falta de combustión por mezcla pobre.

Si no se da la combustión, lo que entró en el cilindro va a salir de éste intacto; las lecturas de HC y Oxígeno suben fuertemente y el CO continúa descendiendo o se convierte en inexistente.

La tabla Sicotrométrica, muestra la  relación  entre  los  cuatro gases  a  través  del rango de mezcla rica a mezcla pobre; con el valor Sicotrométrico en el centro.

Hasta ahora no hemos mencionado como reacciona el CO2 ; éste  gas puede  ser  considerado  como el medidor de eficiencia del motor.

Cuando mejor sea la combustión, mayor será el valor del CO2.   En cualquier momento que el CO2 desciende el motor estará operando o con mezcla pobre o rica.

En contraste cuando el motor está rico o pobre; el HC se eleva o desciende con la combustión adecuada.

Una  vez  que  Ud.  sabe  que  el  CO2  es  bajo y el HC es alto, comprobando el CO y el Oxígeno Ud. sabrá sí la mezcla está rica  o pobre.   Sí  esto  no  pareciera tener sentido por favor vuelva a observar la tabla Sicotrométrica.

PRUEBA DEL CONVERTIDOR CATALITICO

No olvide  el  comprobar  el  convertidor  catalítico;  tome  una lectura  de  gases  al  final  del  tubo  de  escape; eleve la velocidad del motor a 2500 RPM por uno o dos minutos hasta  hacer funcionar el convertidor; las lecturas del convertidor de HC y CO deberán de caer drásticamente después de que  el  convertidor  se active;  sí  no sucediera, el convertidor esta inactivo, entonces nuestro siguiente paso es comprobar si el catalizador funciona correctamente, para esto deberá usted poner el auto a temperatura normal de funcionamiento, tomar las lecturas de HC en ralentí, desconectar un cable de bujía, y observar las lecturas de HC, esta ultima se debe de mantener igual por durante 5 segundos como MINIMO en las mismas lecturas de HC que usted tomo anteriormente, si los HC suben inmediatamente que usted desconecto el cable de bujía es indicio de que el catalizador no funciona y debe de ser reemplazado.

GIRANDO EL TORNILLO:

Motores  viejos no computarizados que operan más ricos que 14.7 a 1, pueden ser ajustados observando  el  HC  y  el  CO;  gire  los tornillos  de  mezcla  del  carburador  para  alcanzar  la máxima lectura de CO; sin elevar la lectura de HC. Así su motor viejo de carburador  está  ajustado  para  la  mejor  mezcla  y  la  mejor eficiencia del motor.

Algunos automóviles de los 70s requerirán de que  Ud.  gire  ambos tornillos  de  mezcla hacia adentro, hasta que el motor disminuya unas 50 RPM de la mas alta velocidad alcanzada, el ajuste de esto es llamado sistema de disminución por empobrecimiento.

Ud.  generalmente  se  encontrará  con  que  los resultados son los mismos.  El analizador de 4 gases tiene la  ventaja  de  ser  más exacto; a la vez que ayuda a ubicar problemas potenciales.

Los motores computarizados son un poco diferentes. El computador interno del automóvil automáticamente se moverá, para  lograr  la mezcla  adecuada controlando la cantidad de Oxígeno que exista en los gases de escape.

Esto es correcto cuando el sistema está operando  bien,  pero  el factor  importante  es  que  usando un analizador de cuatro gases usted podrá saber cuando todo está operando  correctamente  y  la lectura  del  analizador  mostrará el valor Sicotrométrico o algo muy cerca de esto.

PROBLEMAS; PROBLEMAS:

Hasta  ahora hemos hablado de lo que debería de ser; Ahora vamos a discutir lo que puede ser y lo que no puede ser y porqué.

Un problema  común  tanto  con  los  autos  computarizados  y  no computarizado  es  el  aceite  de  motor.  Tal como el aceite de motor se contamina; él  produce  gases  que  son  llevados  al combustible  a  través  de  los gases pasando por la válvula PVC. Causando un enriquecimiento artificial.

En casos severos las lecturas de CO pueden subir tanto como en un 10  %  o más, y el HC puede exceder las lecturas de 2.000 PPM que es el máximo de muchos analizadores.

Para determinar la contaminación de aceite,  remueva  la  válvula PVC con la válvula de vacío aún conectada a ella.

Permita que la válvula PVC opere con aire fresco; esté seguro de no permitir que los gases  del  cárter  sean  absorbidos  por  la válvula PVC.

Observe  la  lectura  de  los  cuatro  gases;  si  el aceite está contaminado; las lecturas de CO y HC descenderán; el CO2  subirá; Oxígeno  puede ser que suba; pero si la mezcla final sigue siendo rica puede que no. La cura obvia a éste problema será el realizar un cambio de aceite.

Algunos  problemas  de  manejo  en  los  vehículos computarizados pueden ser corregidos con únicamente realizar un cambio de aceite y  filtro. ( El mismo síntoma puede existir cuando un motor tiene anillos de pistón defectuosos y  fuga  de  mucha  compresión,  la diferencia  es  que  en  éste  caso  la  única  solución será una reparación mayor del motor.

No se olvide del sistema de purga del cárter. Un sistema de purga contaminado  o  que  no  esté  funcionando correctamente, también producirá lecturas ricas de gases. Una  prueba  rápida  involucra desconectar  y  cerrar las líneas de vacío o el sistema de purga; si sus lecturas de gases empiezan a descender repare el sistema de purga del cárter.

Otra manera de reducir los HC no muy elevados cuando los demás valores están dentro del rango, es el de limpiar el múltiple de admisión, recuerde que la PCV aunque ayuda a reducir los gases quemados de aceite de motor por medio de introducirlos al múltiple, es también un causante de una capa que se forma dentro del múltiple que se le conoce como barniz, estos residuos en el múltiple hacen que el HC se eleve. Limpiando el múltiple con limpiador de carburadores o similar ayudan a reducir esta capa.

NOTA: tenga mucho cuidado la limpiar el múltiple de admisión, pues algunos sistemas EFI tienen un sensor de Flujo de aire tipo Hilo Caliente y puede ser dañado con facilidad. Una manera segura de limpiar el múltiple de admisión es desconectando la manguera del freno de Booster, e insertando la manguera de limpiador al múltiple a este orificio, tenga en cuenta que la manguera debe de quedar bien apretada para evitar una entrada de aire. Seguidamente ponga en marcha el motor, apretar en CORTOS pulsos el botón del limpiador de carburadores para evitar que el motor se apague, acelere de vez en cuando el motor repitiendo la secuencia de pulsos cortos.

MAS CHEQUEOS RAPIDOS.

Usando  un  analizador  de  motores  u  otro  método  seguro para eliminar la chispa de cilindro en cilindro; observe las  lecturas de  vacío  del  múltiple, y la lectura de hidrocarburos. Recuerde que los HC es combustible sin quemar.

Todos los cilindros deben elevar las lecturas de HC por un  valor igual; si un cilindro no incrementa las lecturas de HC tanto como los otros y las lecturas de vacío  no  disminuyen  con  la  misma intensidad;  revise  por  una  entrada  de aire en el múltiple de admisión. Si el HC no se eleva pero el  vacío  no  desciende  del todo revise por un posible inyector defectuoso.

Muchos motores V6 y V8 usan dos inyectores  centrales  en  centro del   Múltiple   de  Admisión,  o  dos  bocas  independientes  de carburador, para  suministrar  combustible  para  cada  banco  de cilindros;  se  debe  comprobar  el  balance  del  sistema  de combustible. Elimine todos los cilindros alimentados por el mismo inyector  o por el mismo venturi del carburador, tome nota de las lecturas y luego elimine el grupo alimentado por el otro venturi; Observe las lecturas y ambas dos deben de coincidir.

Sí  el  motor está con una marcha ralentí estable, y las lecturas de CO y CO2 son de buenas y aceptables; pero el Oxígeno y  el  HC son  ambas  altas ; revise la posibilidad de falla de ignición en un cilindro.

Sí existen lecturas altas de Oxigeno y HC, son  el  resultado  de una  ausencia de combustión  en  el  cilindro.  La falla de ignición no producirá ningún CO o CO2. Los cilindros  que  estén  funcionando correctamente,  crearán lecturas de CO y CO2, pero éstas lecturas serán apenas correctas debido a la  dilución  provocada  por  los cilindros  con  fallo  de  ignición  con  una entrega excesiva de Oxígeno.

Sí TODAS las cuatro lecturas son bajas; Inspeccione  la  válvula EGR por fugas o entradas de aire. El descenso en las lecturas son el resultado de menos aire y menos combustible en el Múltiple  de Admisión.  Una  mezcla  ralentí  irregular,  puede  ser una pista adicional; pero no siempre va a estar presente.

Cada vez que Ud. tenga la oportunidad de usar un analizador  de  4 gases;  hágalo;  sí el auto no tiene ningún tipo de problema; Ud. se acostumbrará a las lecturas normales para diferentes vehículos y para año de fabricación. Si existe algún tipo de problema Ud. se acostumbrará a asociar las lecturas con los  síntomas.  Inclusive es  posible  que  Ud.  encuentre  problemas  que Ud. no  sabia que estaban presentes.

Ayudemos a conservar la atmósfera, somos nosotros los técnicos de servicio automotriz en los cuales recae esta obligación.

Atte.
Pablo Clare
AUTOTEK Equipo Automotriz S.A
San Jose, Costa Rica