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José Luis Mullo Casillas
Lorena Maribel Camacho
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica.
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
jlmullo@espe.edu.ec
mcamacho@espe.edu.ec
SISTEMA DE LIMPIEZA POR VAPOR DE AGUA SATURADA PARA EL
MANTENIMIENTO DE CATALIZADORES EN LOS VEHÍCULOS A GASOLINA
RESUMEN.
La necesidad de combatir la contaminación se
implementa a partir del año 2000 en los vehículos
con sistemas de control y reducción de emisiones
como los convertidores catalíticos de tres vías.
Una alternativa a investigar es la utilización del
vapor de agua saturado en vista que el mantenimiento
es la opción acertada desde el punto de vista
económico, considerando que no existen sistemas
limpios de regeneración de convertidores catalíticos,
siendo imprescindible la importación de los cataliza-
dores, por valores aproximados desde los 200 USD
en genérico y aproximadamente los 1800 USD, para
el caso de un remplazo original.
I. INTRODUCCIÓN
Aproximadamente el 81% de la contaminación total
en el aire proviene del parque automotor convirtién-
dose en la principal fuente de contaminación, los
gases que se emanan son: el monóxido de carbono
(CO), el dióxido de carbono (CO2), el óxido de
nitrógeno (NOX); mismos que son producto de una
combustión incompleta en el motor.
Quito es la ciudad pionera en el Ecuador en desarrollar
alternativas de solución a este problema, implementado
la adopción de un sistema universal y obligatorio de
revisión del estado mecánico, de seguridad y de
emisiones formando a partir de febrero de 2004 la
Corporación para el mejoramiento de la calidad del aire
de Quito CORPAIRE, cuyos objetivos son:
• Dirigir el proceso de revisión vehicular y
fiscalizar la operación de los Centros de
Revisión y Control.
• Dirigir el control, monitoreo, simulación y
mejora de la calidad del aire en el Distrito
Metropolitano de Quito
Para el desarrollo de estos objetivos se creó la
Revisión Técnica Vehicular (R.T.V.) que tiene la
función de realizar la inspección y mantenimiento
de los automotores, en la necesidad de conseguir
un funcionamiento correcto de los vehículos.
Además otras alternativas de solución que
pueden ser adoptadas son:
• Mejoramiento de la calidad del combustible
• Optimización de la combustión en el motor
con un factor lambda = 1, que es 14.7 partes de
aire por 1 kg de gasolina.
• Verificación del buen funcionamiento de todos
los dispositivos anticontaminantes del vehículo.
Uno de los dispositivos anticontaminantes es el
catalizador que tiende a deteriorarse en su
totalidad, y como el costo de remplazarlo es
alto, las personas optan por retirarlos del
vehículo, ya que la mayoría desconoce de su
utilidad y necesidad frente a la calidad de aire
que respiramos.
Por esta razón se ha realizado una búsqueda de un
método de regeneración de catalizadores mediante la
utilización de vapor de agua saturada, que se puede
obtener con la ayuda de un generador de vapor o
caldero industrial.
II. REGENERACIÓN DE CATALIZADORES.
El catalizador tiene como misión disminuir los
elementos polucionantes contenidos en los gases de
escape de un vehículo mediante la técnica de la
catálisis. Se trata de un dispositivo instalado en el
tubo de escape, cerca del motor, ya que ahí los gases
mantienen una temperatura elevada.
Esta energía calorífica pasa al catalizador y eleva su
propia temperatura, circunstancia indispensable para
Figura 1. Ambiente contaminado
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propia temperatura, circunstancia indispensable para
que este dispositivo tenga un óptimo rendimiento, que
se alcanza entre los 400 y 700 grados centígrados.
En la Figura 2 se observa un catalizador que es un
recipiente de acero inoxidable, provisto de una
carcasa-pantalla metálica antitérmica, inoxidable, que
protege los bajos del vehículo de las altas temperaturas
alcanzadas. En su interior contiene un soporte
cerámico o monolito, deforma oval o cilíndrica, con
una estructura de múltiples celdillas en forma de panal,
con una densidad de éstas de aproximadamente 450
celdillas por cada pulgada cuadrada (unas 70 por
centímetro cuadrado).
Su superficie se encuentra impregnada con una
resina que contiene elementos nobles metálicos,
tales como Platino (Pt) y Paladio (Pd), que permiten
la función de oxidación y Rodio (Rh), que interviene
en la reducción. Estos metales preciosos actúan
como elementos activos catalizadores; es decir,
inician y aceleran las reacciones químicas entre otras
sustancias con las cuales entran en contacto, sin
participar ellos mismos en estas reacciones. Los
gases de escape contaminantes generados por el
motor, al entrar en contacto con la superficie activa
del catalizador son transformados parcialmente en
elementos inocuos no polucionantes.
Existen unos enlaces de carácter químico que unen las
moléculas de los gases contaminantes con los grupos
activos de las superficies internas del catalizador, la
energía de estos enlaces representa la energía química
de los grupos orgánicos sobre la superficie de cordierita,
que es un silicato de aluminio y magnesio que se
caracteriza por la alta polaridad de las superficies,
propiedad que se manifiesta en la energía de
absorción, en este caso las moléculas orgánicas entre
las que se distinguen hidrocarburos tanto parafínicos
como aromáticos, la energía varía entre 500
[Ergios/cm2] y 1000 [Ergios/cm2] que son típicas de
la absorción química, por lo tanto es un elemento que
puede absorber vapor de agua para limpiarse.
La regeneración o limpieza del catalizador consiste
fundamentalmente en la ruptura de los enlaces lo cual
se logra mediante la introducción en el sistema de un
adsórbalo (sustancia capaz de efectuar succión), que
con el absorbente (sustancia capaz de efectuar absor-
ción) forman enlaces de mayor energía, y de esta
manera se consigue el desplazamiento del adsórbalo
original.
Para limpiar el catalizador se debe eliminar las
impurezas que bloquean los lugares activos del catalizador,
las gasolinas extra y súper no contienen plomo,
en consecuencia, la desactivación se debe a la
contaminación causada por el carbón generado
por la combustión deficiente de la gasolina.
Entre los agentes naturales, el agua por ser un líquido
altamente polar se absorbe sobre las superficies de
sólidos polares formando enlaces químicos de mayor
energía que la de todos los hidrocarburos que son
apolares (tienen bajísima polaridad). La energía de
absorción del agua (vapor) sobre la superficie de los
silicatos oscila alrededor de 1000 [Ergios/cm2], típico
de la absorción química, en cambio la energía de
absorción de hidrocarburos sobre las superficies de
los silicatos oscila alrededor de 350 [Ergios/cm2].
Entonces por ser la magnitud de la entalpía de absor-
ción del agua (vapor) sobre la superficie del silicato
mayor que la absorción de hidrocarburos sobre las
superficies de los silicatos, se determina que el agua
vapor desplaza de las superficies del silicato a las
moléculas de los hidrocarburos dejando a los grupos
activos del catalizador libres para catalizar la destruc-
ción de los residuos de hidrocarburos que no han sido
combustionados.
Razones por las que el procedimiento adoptado para
limpiar el catalizador del convertidor catalítico
consiste en hacer pasar a través del mismo vapor de
agua saturado a presión y temperatura, que por las
propiedades físicas que quedan explicadas desplazan
el material carbonoso de la superficie del catalizador
sin alterar las características fisicoquímicas del
mismo.
Figura 2. Catalizador
III. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y PRUEBAS
Para la ejecución de las pruebas se utilizó un
vehículo Chevrolet Vitara 3P T/M, en el que se
instaló los catalizadores de seis vehículos con la
finalidad de realizar la toma de los niveles de
contaminación antes y después de la regeneración
con la ayuda del analizador de gases infrarrojo de la
marca RAG GAS CHECK aplicando la norma INEN
NTE 2203:99. La Figura 4 muestra el catalizador del
vehículo de pruebas
Figura 3. Catalizador de vehículo Chevrolet
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combustionados (HC) en los catalizadores de
automotores a gasolina.
• Con la investigación del método de limpieza
de catalizadores por medio de vapor de agua
saturado, se genera un beneficio ecológico con
su utilización ya que se tiene una alternativa de
bajo costo, permitiendo que los propietarios de
autos puedan limpiar los catalizadores en vez de
retirarlos, aportando notoriamente al mejorami-
ento de la calidad del aire que respiramos.
IV. CONCLUSIONES
• La regeneración de catalizadores por vapor
de agua saturado es factible para realizar man-
tenimientos en vehículos a gasolina.
• Se logra una eficiencia promedio del 88.5%
de regeneración de monóxido de carbono (CO)
en los catalizadores de autos a gasolina.
• Se logra obtener un promedio de 87% de
eficiencia de regeneración de hidrocarburos no
Los datos recopilados permitieron observar el
porcentaje de regeneración que se logró después de
la limpieza de los catalizadores. A continuación
tenemos los valores que se obtuvieron en las prue-
bas realizadas a los 6 catalizadores
Tabla 1. Concentración de CO
La figura 4 y figura 5 muestran de manera gráfica la
comparación del CO, y de las PPM para los seis
catalizadores usados en las pruebas, lo cual demues-
tra una alta eficiencia del proceso de limpieza.
Tabla 2. Concentración PPM de HC
Figura 5. Comparación de CO
Figura 6. Comparación PPM de HC
V. RECOMENDACIONES
• Utilizar el equipo de protección personal
para realizar el proceso de limpieza, debido que
se trabaja con sistemas de vapor a alta presión y
temperatura
• Realizar un mantenimiento periódico del
motor con la finalidad de reducir los agentes
contaminantes, preservar la vida del catalizador
y cuidar el aire que respiramos.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alonso P, Técnicas del Automóvil: Inyección
de gasolina y dispositivos anticontaminantes,
1996, 1era Edición Editorial CEAC
Jovaj, M, Tecnología del Automóvil, 2000, 2da
Edición, Editorial CEAC
Martín P, Inyección electrónica en motores a
gasolina, 2002, 5ta Edicion, Editorial
MCGraw-Hill
Molina S, Influencia de los parámetros de
inyección y la recirculación de gases de escape
sobre el proceso de combustión, Tesis, 2003.
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