+ All Categories
Home > Documents > 7Evaluare.catalizatori

7Evaluare.catalizatori

Date post: 02-Mar-2018
Category:
Upload: buzila-andrei-bogdan
View: 223 times
Download: 0 times
Share this document with a friend

of 61

Transcript
  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    1/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    1

    Tehnici de Evaluare, conversiii

    Corelare a unitilor de msur

    utilizaten evaluarea poluriiprodusde automobile

    Curs 6

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    2/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    2

    Preambul Deoarece n urma zilelor libere acordate s-a pierdut o edinde

    4 ore, vom da o a doua verificare finaldin toata materia

    (rmaspt cei care au promovat prima verificare), n ultimasptmnde curs. Nota finalse va acorda dupurmtoarea formul: Nf= (P1+P2+Vl)/3 Unde: P1 nota parial 1 P2 nota parial 2 Vl nota obinutla colocviul de laboratorPentru cei care nu au P1 va exista un subiect din toatmateria.Susinerea colocviului final se va face n urmtoarea ordine:

    Seria 8 9 studenii care au promovat P1Seria 9 10: Gr1, Gr2 i Gr3;Seria 10,30 11,30 Gr4 si Gr5

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    3/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    3

    Tehnici de Evaluare a Polurii Chimice

    Evaluarea bazatpe principii teoretice pornind de lacaracteristicile fundamentale ale m.a.i;

    Evaluarea experimentaldetaliatn urmtoarelecomponente:

    Evaluarea pe baza ciclurilor de testare n condiii desimulator;

    Evaluarea directprin msurarea emisiilor poluante ndiferite condiii de funcionare (sunt n general ncercricare decurg simultan cu trasarea unor caracteristicifundamentale (caracteristica de turaie, caracteristica desarcin, etc.)

    Evaluarea estimativprin extrapolarea efectului simultan aldiferitelor categorii de autovehicule din punct de vedere alcreterii emisiilor globale (se practicndeosebi pentrumonitorizarea efectului transporturilor n mediul urban).

    Evaluarea polurii chimice produsde motoarele automobilelor esteorientatn urmtoarele direcii:

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    4/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    4

    Evaluarea bazatpe principii teoretice

    Evaluarea teoretica emisiilor poluante este fundamentati explicitdetaliatn literatura de specialitate, pornind de la reacia chimicfundamentalcare guverneazreacia de ardere a gruprii CH4 cecaracterizeazcombustibilul fosil:

    OHCOOCH 2224 22 ++

    Pornind de la aceastreacie ideal, care presupune exista n camerade ardere a oxigenului necesar arderii complete a combustibiluluiaspirat (sau injectat) ntr-un ciclu motor, se evideniazca i constanteale descrierii procesului de ardere, urmtoarele:

    c h o

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    5/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    5

    Participaia celor trei componente chimice de bazale arderii, funcie de

    tipul combustibilului reprezint n ecuaiile de evaluare a emisiilorpoluante constante ce sunt nsoite de variabilele date de cantitatea deoxigen disponibilla un moment dat pentru ntreinerea arderii.

    Lmin[kg/kg];

    [kmol/kg]

    Omin[kg/kg];

    [kmol/kg]

    Compoziia[kg/kg]

    Combustibilul

    14,5

    0,49663,332

    0,10430,0100,1330,857Motorin

    14,80,5733,3910,10650,0040,1420,854Benzin

    ohc

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    6/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    6

    Funcie de condiiile de ardere, relaiile de calcul ale componentelor de bazdin

    gazele arse eapate se determincu relaiile teoretice:

    Total gazearse

    N2

    --O2

    9hh/29hh/2H2O

    --CO

    c/12CO2

    [kg / kg comb.][kmol /kgcomb.]

    [kg / kg comb.][kmol /kg comb.]

    Ardere incompletArdere completComponenta

    ( ) min121,0 L

    min79,0 L

    ( )212

    21,0minhc

    L ++

    c3

    11

    ( ) min123,0 L

    min77,0 L

    ( )[ ]min105,5121

    Lc ( )[ ]min1173,0311

    Lc

    ( )[ ]min104,5121 L ( )[ ]min1173,03

    7 L

    min79,0 L min77,0 L

    21279,0 min

    hcL ++

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    7/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    7

    Din punct de vedere al principalilor evoluiei poluani n gazele de evacuare, joacun rol esenial, astfel:

    0,8 1,21,11,00,9 1,3

    Concentraia

    1

    1

    1

    1CO [%]

    500

    1000

    1500

    2000HC [ppm]

    1000

    2000

    3000

    4000NO [ppm]

    ce

    CONOx

    HC

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    8/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 8

    Evaluarea polurii produsprin trafic rutier

    Automobilul, prin: Motorizare;

    Clasa de apartenen;

    Condiiile de trafic, prin:Regimul de deplasare;

    nr. accelerri - decelerri,viteze medii

    Fluxul de autovehicule

    La evaluarea polurii produsprin trafic rutier se iau n considerare o serie de

    factori de influencare caracterizeazdougrupe de variabile:

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    9/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 9

    D. A. 02 - 1

    -4

    -3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 244 253 262 271 280

    time [s]

    de

    celeration[m/s^2]

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    10/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 10

    - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 40

    2 0

    4 0

    6 0

    8 0

    1 0 0S t a t is t ic s o n D a t a 1 _ B :

    M e a n S D S iz e- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -0 .0 1 0 4 4 0 . 8 9 7 2 8 9 2 6

    Freque

    ncy

    d e c e le r a t io n v a l u e [m /s ^ 2 ]

    acceleration

    deceleration

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    11/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 11

    EVALUAREA POLURII N TRAFICULRUTIER

    Evaluarea polurii produs de automobile n

    traficul rutier prezint cteva particularitilegate de: Viteza medie de deplasare a cmpului de

    vehicule; Componena fluxurilor de vehicule ce sunt n

    trafic la un moment dat, din punct de vedereal categoriilor de autovehicule;

    Valorile debitelor de vehicule ce sedeplaseazpe arterele monitorizate.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    12/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 12

    De ce se realizeazpredicia de poluareurbanprodusprin trafic rutier?

    Monitorizarea nivelului de poluare urbancu efecte

    directe asupra:Identificrii zonelor cu risc ridicat de mediu;

    Asigurarea unor condiii ambientale corespunztoarezonelor rezideniale;

    ntocmirea PUG-ului (Planul de Urbanism General);

    ntocmirea i aplicarea PUZ-ului (Plan de UrbanismZonal) n contextul deschiderii unor noi societi

    comerciale sau cu caracter socio economic).

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    13/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 13

    Tehnici de predicie i calcul a emisiilorpoluante produse prin trafic rutier

    Evaluarea individual tip Euro, specific

    fiecrei categorii de autovehicule n corelarecu norma Euro creia i corespunde n [g/km];

    Evaluarea individualanual[mc/an];

    Evaluarea globaldirectpentru ntreg fluxulde autovehicule ce circul n arealulmonitorizat [gr/mc];

    Evaluarea global anual, detaliat pecomponente poluante [gr (mc)/an]

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    14/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 14

    Evaluarea individualtip Euro Este specificfiecrui stat, avnd ca i factor

    caracteristic, particularitile de exploatare aautovehiculelor generalizate; Utilizeazatt date de referince decurg din

    normele Euro, ct i valori obinute prinmediere statisticn urma derulrii unor testede parcurs ce acoperregimuri caracteristicede parcurs n exploatarea automobilelor;

    Emisiile de referindin fia tehnicadiferitelor modele de automobile sunt date decontrol a eficienei metodei de calcul.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    15/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 15

    Relaia de calcul generalizatn acest caz, ia n considerare

    ca variabildeterminantpentru emisiile prognozate, vitezade exploatare medie a automobilului.

    Factorul de emisie (EF) este indicatorul de cuantificare a

    efectului poluant al automobilelor i se determinn bazaregresiei polinomiale funcie de viteza autovehiculului curelaia:

    3232

    vg

    vf

    vevdvcvbaEF ++++++=

    Relaia permite evaluarea tuturor emisiilor poluante prinparticularizarea coeficienilor a .. g, funcie de cilindreeaautovehiculului i particularitile constructive alemotorului.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    16/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 16

    Valori orientative ale coeficienilor se prezintn tabelul urmtor:

    3,44198---0,017715Motori

    n

    ----9,1 10-5+0,011790,66597Benzi

    n>2

    12,3712----0,017875Motori

    n

    61-0,00150,3825Benzi

    n1,4 - 2

    12,3712----0,017875Motori

    n

    2 10-73,2 10-5-0,0050,514Benzi

    n

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    17/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 17

    --2440,17-0,004758-111,8025Motori

    n

    -52374,14990,9080,005265-92,84363Benzi

    n>2

    -25712,72597,757-0,004945-75,91956Motori

    n

    2526,2162,14

    10-5

    --113,2998Benzi

    n

    1,4 - 2

    1614,6782,14

    10-5--105,9261Benzi

    n

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    18/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 18

    39.9619

    -----0,0003

    5

    0,048779

    Motori

    n

    ---3,73

    10-8--

    0,0006

    5

    0,04315

    Benzi

    n>2

    --0,543096

    ---0,003382

    Motori

    n

    2,85---2,5 10-6-0,00040,0023Benzi

    n1,4 - 2

    ----6,5 10-6-0,0010,055Benzi

    n

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    19/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 19

    --14,1216

    -3,754310-5

    -0,151694

    Motori

    n

    --1,7510-7-1,1

    10-5-0,0222Benzi

    n>2

    --12,52,75 10-7

    --0,15Motori

    n

    --37,5 10-8-

    -5 10-40,0228Benzi

    n1,4 - 2

    --0,751,25 10-7

    -1,5

    10-5-0,0518Benzi

    n

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    20/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 20

    Funcie de norma Euro n care se ncadreazautomobilul ca

    specificaie de fabricaie, factorul de scalare pentru corelareavalorilor ce rezultdin polinomialeste:

    Factor de scalare (x)

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    21/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 21

    Variaia valorilor factorului de emisie cu viteza

    Factordeemisie[g

    /km]

    Viteza [km/h]

    EURO IIEURO IIIEURO III/2Ref. calcul

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    22/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 22

    Evaluarea individualanualConstn determinarea valorii emisiilor evaporative provenite

    de la autovehicule, pe baza unor estimri i coeficieni cecaracterizeazparticulariti caracteristice.

    Pentru aceasta s-au dezvoltat o serie de programeelementare de calcul, care pe lng efectul direct alvalorilor calculate au un impact social pe termen mediu,ducnd n final la reconsiderarea atitudinii utilizatorilor deautomobile fade normele de poluare.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    23/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR 23

    Evaluarea globaldirectpentru ntreg fluxul de

    autovehicule ce circuln arealul monitorizat

    n general se apeleazn prealabil la o analizdetaliata regimurilor de deplasarea automobilului din punct de vedere al frecvenei statistice a vitezelor i/sau

    acceleraiilor:

    Frecvenarelativ

    [%]

    Viteza [km/h]

    Ruta 1

    Ruta II

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    24/61

    23.11.2015Controlul

    i Reducerea Polu

    rii - curs

    specializarea AR24

    Influena factorilor de mediu i urbanism privind relaia de calcul a emisiilorurbane este cuantificatprin relaia:

    STTvFTPm CCCMINMvFCE m =

    Unde:- FCE factor compus de emisie n [g/km /veh];Vm viteza medie statisticdeterminatpentru arealul observat;- MFTPemisiile unitare specifice vehiculului conform categoriei din care face

    parte;MIN rata de utilizare anuala vehiculului;Cv factor de corecie a vitezei funcie de durata anualde utilizare;CT factor de corecie a temperaturii funcie de condiiile atmosferice aleanotimpului din timpul anului;

    CST factor de pondere a pornirii la rece i al pornirilor la cald

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    25/61

    23.11.2015Controlul

    i Reducerea Polu

    rii - curs

    specializarea AR25

    Volumul emisiilor globale urbane se determincu relaia:

    hmmgkFDFCEQ mmjj3

    /=

    Unde:j reprezintpoluantul monitorizat;Dm distana medie de deplasare;Fm fluxul mediu de vehicule;k coeficient de corecie funcie de ponderea autovehiculelor grele

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    26/61

    23.11.2015 Controluli Reducerea Polu

    rii - curs

    specializarea AR26

    Monitorizarea emisilor poluante: Legea 137 indica explicit necesitatea monitorizaii

    activitatilor din transport prin prisma impactuluiasupra poluarii mediului si al starii de sanatateumana.

    Cartarea (predictia) de zgomot si poluare a aeruluieste o actiune explicit nominalizata in legislatia U.E.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    27/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    27

    Programe de predictie a poluarii LIIMA

    SoundPlan CadnA

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    28/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    28

    TEHNICI DE REDUCERE A

    EMISIILOR POLUANTE

    CURS 8

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    29/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    29

    Principalele ci de reducere a poluanilor chimici la

    automobile sunt:

    Reducerea n proces (prin modelarea procesului de ardere iasigurarea cantitii suficiente de oxigen n camera de ardere,

    etc.); Reducerea post-proces prin tratarea gazelor de evacuare cu

    coninut bogat de CO, HC i NOx;

    Reducerea continu prin crearea condiiilor de mobilitate

    urban n traficul rutier; Reducerea conjugatprin aplicarea simultana tehnicilor

    menionate anterior;

    Reducerea globalprin aplicarea biotehnologiilorn

    alimentarea m.a.i.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    30/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    30

    Reducerea post-proces prin tratarea gazelor de

    evacuare

    Tratarea gazelor de evacuare constn promovarea reaciilor de cataliz.

    Cataliza este procesul prin care se crete sau se reduce rata de formarea unor compui n cadrul reaciilor chimice derulate.

    Catalizatorul este substana care permite derularea reaciilor de

    catalizn sensul dorit.

    Funcie de natura catalizatorului, reaciile catalitice pot fi:Cataliza heterogen substanele care intrn reacie nu sunt naceeai faz(solidsau lichid);Cataliza omogen(esterificarea);Bio-cataliza prin aciunea enzimelor;Electro cataliza- este favorizatde creterea valorii energetice aatomilor i sau nucleelor

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    31/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    31

    Reacii de cataliztipice

    CXCX +

    ZCCYX XYCYCX +

    Dacse considercdousubstane X i Y pot sdezvolte o reaciechimicducnd la obinerea unui nou compus Z i catalizatorul C carepoate duce la modificarea echilibrului cantitativ i calitativ al reaciei,uzual au loc urmtoarele reacii:

    ZCZC +

    Reacia primarprin care catalizatorul se consum

    Reacia de progres n care se obine mixtura dereacie

    Reacia de transfer spre faza final

    Reacia de regenerare a catalizatorului

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    32/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    32

    Variaia energiei de reacie n prezena catalizatorilor

    Energiadereacie

    Derularea (progresul) reaciei

    Ero energia de reacie frcatalizator

    Erc energia de reacie cu

    catalizator

    X, Y

    GZ

    Catalizatorii nu modificechilibrul reaciilor avnd rol nponderarea energiei de reacie cu efect asupra ratei deobinere a produilor rezultai

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    33/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    33

    Katal[kat]: unitatea de msura ratei de cataliz

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    34/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - cursspecializarea AR

    34

    Prile componente ale sondei de oxigen

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    35/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    35

    Cum lucreazsonda de oxigen?

    n prezena amestecurilor bogate peste 14,7:1, tensiunea transmisde senzor va fi n

    limitele: 600 900 mV;

    La amestec srac, sub 14,7 : 1, tensiunea transmisde senzor va fi sub 300mV;

    Funcie de prezena oxigenului n gazele de evacuare, sonda de oxigenlucreazca un generator voltaic variabil (de tensiune).

    La limita raportului de amestec stochiometric, semnalul generat de sond

    va fi njurul valorii de 450 mV

    450 mV

    1000mV

    100mV

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    36/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    36

    Modul decontrol

    Injector

    Senzor O2

    Senzor O2

    n aval

    Semnal de reglaj

    Semnal de control

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    37/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    37

    Implementarea celui de-al doilea senzor s-a facut datorita normelor OBD 2 carecer ca fiecare componenta care este implicata direct in reducerea emisiilorpoluante sa fie diagnosticata. in cazul in care catalizatorul functioneaza corecttensiunea sondei lambda de dupa catalizator (aval) are amplitudinea mai mica,aceeasi frecventa si faza cu tensiunea sondei dinainte de catalizator (amonte).

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    38/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    38

    Catalizator cu sistem de incalzire Emicat

    1 - invelis metalic exterior; 2 - conector electric, 3 - disc de incalzire (rezistentaelectrica), 4 - pini de fixare, 5 - carcasa metalica, 6 - pini de retinere, 7 - invelismetalic interior, 8 - catalizator (monolit metalic)

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    39/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    39

    Convertorul catalitic

    Catalizatorul sau convertizorul catalitic este un dispozitiv folosit pentru areduce toxicitatea emisiilor unui motor cu ardere intern.Prima data fost introdus n producia de serie pe automobilele de pe piaaamerican, ncepnd din anul 1975.

    n interiorul catalizatoarelor au loc reacii chimice, prin care produii toxicirezultai n urma arderii sunt convertii n produi mai putini toxici.

    Eficiena unui catalizator poate ajunge pnla 90%.

    Istoria catalizatorilor a cunoscut un trend ascendent privind eficiena,

    funcionalitatea i durabilitatea lor.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    40/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    40

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    41/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    41

    Catalizatoarele cu doutrepte

    22 22 COOCO +

    Catalizatoarele cu doutrepte au dousarcini simultane :

    1. Oxidarea monoxidului de carbon (CO) n bioxid de carbon (CO2):

    2. Oxidarea hidrocarburilor nearse (sau parial arse) n bioxid de

    carbon (CO2) i ap(H2O):

    OyHxCOOy

    xCxHy 222 2222 +

    ++

    Acest tip de catalizatoare sunt n deosebi rspndite la motoarele cuaprindere prin compresie, avnd rolul de a neutraliza emisiile de hidrocarburii monoxid de carbon.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    42/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    42

    Au fost folosite n SUA i la motoarele cu aprindere prin scnteie pnnanul 1981, cnd datoritnoilor regulamente privitor la emisiile de oxizilor

    de azot (NOx), au fost introduse catalizatoarele cu trei trepte.

    Utilizarea convertoarelor catalitice duce la reducere drastica emisiilorpoluante ale unui motor cu ardere intern, dar crete astfel semnificativcantitatea de bioxid de carbon eliminat n atmosfer, care nu este o

    problempentru calitatea aerului urban, insa poate contribui la nclzireaglobal.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    43/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    43

    Catalizatoarele cu trei trepte

    222 NOxNOx +

    22 22 COOCO +

    Catalizatorul cu trei trepte are trei sarcini simultane:

    1. Reducerea oxizilor de azot(NOx) n azot (N) i oxigen (O2):

    2. Oxidarea monoxidul de carbon (CO), care este toxic, n bioxid de

    carbon (CO2):

    3. Oxidarea hidrocarburilor nearse (HC) n bioxid de carbon (CO2) iap(H2O):

    OyHxCOOy

    xCxHy 222 2222 +

    ++

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    44/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    44

    Aceste trei reacii chimice se produc cel mai eficient atunci cnd motorulfuncioneazpuin peste raportul stoichiometric, mai exact ntre:14,8 14,9 kilograme aer la 1 kilogram combustibil.

    Cnd existmai mult oxigen dect necesar, amestecul este srac isistemul se afla n condiii de oxidare. n aceste caz, cele doureacii

    catalitice, oxidarea CO i a hidrocarburilor, sunt favorizate, iar reacia dereducere nu se mai produce.

    n cazul existenei combustibilului n exces, amestecul este bogat, reacia

    de reducere a NOx este favorizat, iar reaciile de oxidare a CO i ahidrocarburilor nu mai au loc.

    Dac

    un motor ar putea fiinut n limitele raportului

    stoichiometric, teoretic, ar exista o eficiende 100% areaciilor catalitice.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    45/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    45

    Catalizatoarele cu trei trepte au fost introduse pentru prima datn anul1981 n nordul Statelor Unite ale Americii, la motoarele cu aprindere prinscnteie, fiind implementate pe vehiculele care circulau pe osele, maitrziu au fost folosite i la motoarele cu ardere internde mare cilindreepentru vehicule folosite n construcii i alte utilaje, urmnd ca n anul 2008

    sfie implementate i pe motoarele cu ardere internstaionare.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    46/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    46

    Construcia convertorilor catalitici

    Monolitul (miezul)

    Strat de protecie (mat)

    Carcasa metalic

    M li l i l l i l li l

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    47/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    47

    Monolitul sau miezul, este un metal preios: n cazul catalizatoarelormoderne acesta este de obicei un fagure ceramic, dar sunt folosii, de

    asemenea, i faguri din oel inoxidabil. Miezul este deseori denumit suportcatalitic.

    Platina (Pt) este cel mai activ metal i este cel mai des utilizat lacatalizatoare. Nu este folosit n toate cazurile datoritunor reacii

    adiionale nedorite sau/i datoritcosturilor mai ridicate. Paladiul (Pd) irodiul (Rd) sunt alte doumetale preioase folosite.Platina i rodiul sunt folosite pe post de catalizator reductor.Platina i paladiul sunt folosite pe post de catalizator oxidant.

    A - catalizator de reducere, B - catalizator de oxidare, C faguri.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    48/61

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    49/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    49

    Strat de protecie numit i mat: este un amestec de silicon i aluminiu.Acest strat are rol de a separa, izola i proteja monolitul de carcasa metalic.

    Carcasa metalic: este de obicei din oel inoxidabil

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    50/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    50

    Filtrul de particule

    Filtrul de particule diesel este un dispozitiv menit snlture particulelediesel sau fumul (funinginea) din gazele de evacuare ale unui motor diesel.Majoritatea filtrelor prezinto eficiende 85%, dar deseori eficiena lordepete 90%. Un autovehicul cu motor diesel (cu aprindere princompresie) dotat cu filtru de particule nu va emite fum vizibil la evacuare.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    51/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    51

    Cerine impuse la fabricarea filtrelor de particule

    - filtrare fin- rezistena hidraulicminima- fezabilitate n producia de serie

    - diferende presiune minim- durabilitate ridicata- pre redus

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    52/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    52

    Filtre de particule de cordierit

    Majoritatea filtrelor de particulesunt fcute din cordierit (unmaterial ceramic ce este folosit ica material de baza pentru

    convertizoarele catalitice).Filtrele din cordieritprezintoeficiende filtrare excelenta, suntrelativ ieftine i au proprietitermice ce le fac uor de folosit laautovehicule.Principala trstura a cordieriteieste care punctul de topirerelativ sczut (1200 C) i

    substraturile cordieritei se topescn timpul fazei de regenerare afiltrului de particule.

    Filtre de particule de carbid de siliciu (SiC)

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    53/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    53

    p ( )

    Are punct de topire mai ridicat dect cordierit (2700 C), dar un este lafel de stabil din punct de vedere termic, aadar modelarea lui este maidificila.Miezii de carbid de siliciu sunt n general mai scumpi dect cei decordierit, dar sunt fabricai n mrimi mai mici i sunt interschimbabili.

    Filtre de particule din fibre metalice

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    54/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    54

    Filtre de particule din fibre metalicen unele situaii miezul filtrelor de particule este fabricat din fibre metalice,mpletite, sub forma unui monolit.Un astfel de miez are avantajul posibilitii trecerii unui curent electric prinmonolit n scopul nclzirii miezului pentru procesul de regenerare.Miezii din fibre metalice sunt mai scumpi dect cei din cordierit sau carbid

    de siliciu, i n general nu sunt interschimbabili.Filtre de particule de hrtie:

    n anumite aplicaii este folosithrtia, frposibilitatea regenerrii.Filtrele de particule cu miezi din hrtie sunt folosii n special la

    motoarele diesel care opereazn ncperi nchise, cum ar fi stivuitoarelecare manipuleazmarfa n interiorul supermarket-urilor.

    Filtre de particule pariale:existo gamde filtre de particule care filtreazparticulele n proporie

    mai mare de 50%, dar mai micde 85%.Aceste filtre se fabricntr-o varietate de materiale, avnd o rezistenahidraulicmai mare dect a unui catalizator, dar mai micdect a unuifiltru de particule normal.

    Regenerarea filtrului de particule

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    55/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    55

    Regenerarea filtrului de particule

    Filtre de particule:- De unicfolosin

    - Regenerabile

    Filtre regenerabile:- pasive cu catalizator;- active - prenclzitor care mrete temperatura gazelor de

    evacuare ce intrn filtru pnla arderea particulelor

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    56/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    56

    Tehnici de armonizare a catalizatoarelor:

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    57/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    57

    Tehnici de armonizare a catalizatoarelor:

    Prima ipotez presupuneamplasarea unui convertizor dedimensiuni considerabil maimari, sub caroserie.

    n cazul al doilea convertizorul

    este mprit n douconvertizoaremai mici, primul fiind plasat naintede intrarea n tunel, iar cel de-aldoilea sub caroserie.

    Ipoteza III - cazul unui corpcomun, format de cele douaconvertizoare,primul convertizorfiind la intrarea n tunel, cel de-aldoilea fiind sub caroserie.

    Ipoteza IV, este cea n care esteprevzut un singur convertizor,amplasat n vecintateacolectorului de evacuare.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    58/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    58

    H3, catalizatorul a fost plasat chiar n aval de turbo-suflant, iar filtrul departicule, detaat de convertizor, sub caroserie.

    H2b - filtrul de particule i catalizatorul sunt unite, formnd corp comun.Amplasarea convertizorului este fcutsub caroserie, iar a filtrului departicule la intrare n tunel.

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    59/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    59

    H1b - implementarea catalizatorului i a filtrului de particule tot sub formaunui corp comun, acestea fiind amplasate n aval de turbo-suflant.

    H3 cu filtru NOx, se folosete un filtru de particule i a unui filtru NOx, filtrulde particule fiind poziionat sub caroserie, iar cel pentru emisiile NOx n avalde turbo-suflant.

    Deficiente catalizator

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    60/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    60

    Catalizatorul se poate deteriora si datorita contaminarii cu substante

    chimice. Cele mai comune substante care pot contamina catalizatorul sunt :plumbul (Pb) : chiar si in cantitati mici poate cauza deteriorari semnificativeale catalizatoruluifosforul (P) : prezent in combustibil sau in aditivi reduce eficientacatalizatorului

    sulful (S) : prezent in combustibil reduce eficienta catalizatoruluizincul (Zn) : prezent in aditivii uleiului reduce eficienta catalizatoruluisiliconul (Si) : prezent in combustibil sau in gazele de evacuare (datoritasolutiilor de etansare pe baza de silicon) reduce eficienta catalizatorului

    Deficiente catalizator

    Catalizatorul poate fi deteriorat sau chiar distrus daca functioneaza latemperaturi excesive. Temperaturile foarte inalte pe galeria de evacuare suntcauzate de amestecul aer combustibil nears care se aprinde in catalizator

  • 7/26/2019 7Evaluare.catalizatori

    61/61

    23.11.2015 Controlul i Reducerea Polurii - curs

    specializarea AR

    61

    cauzate de amestecul aer-combustibil nears care se aprinde in catalizator.

    Arderea amestecului aer-combustibil in catalizator poate ridica temperaturaacestuia pana la valori de 1400 C.Expunerea catalizatorului la temperaturi ridicate are influenta si asupraeficientei acestuia. Daca temperatura in catalizator depaseste valoarea deaproximativ 1000 C acesta se deterioreaza ireversibil si in timp, dupa

    expuneri multiple, nu mai realizeaza conversia emisiilor poluante.Sursa principala a deteriorarii catalizatorului, datorita temperaturilor, inalte o reprezintaasa numitele rateuri la aprindere . Rateurile la aprindere se produc din urmatoarelecauze:bujii deterioarate: scanteia nu mai este produsa sau este produsa dar cu intensitate

    scazutaamestecul aer-combustibil este pre bogat (lipsa acuta de oxigen) sau prea sarac (lipsaacuta de combustibil)cilindrul pierde compresieUn motor care functioneaza cu rateuri la aprindere se va simti la turatia de ralanti cu

    socuri si vibratii puternice, iar la turatii mari cu putere scazuta.Datorita efectului distructiv pe care-l au rateurilor la aprindere asupra catalizatorului,standardul OBD impune diagnosticarea acestui fenomen. in cazul in care motorulfunctioneaza cu rateuri la aprindere martorul MIL din bordul automobilului se vaaprinde si posibil ca motorul sa intre in regim de avarie (performante limitate) pentru a

    limita efectul distructiv asupra catalizatorului.