¿Qué es el convertidor catalítico? ¿Cómo funciona?
En la actualidad existen millones de vehículos de gasolina circulando por el mundo y cada uno de ellos es una fuente de contaminación. En ciudades grandes, la contaminación de estos vehículos puede ocasionar problemas graves.
Para solucionar este problema los gobiernos de algunos países han establecido leyes que limitan la cantidad de contaminantes que un vehículo puede generar, lo que obligó a la industria automotriz a buscar medios para hacer más eficientes y menos contaminantes sus motores. Sin embargo, por más eficiente que sea un vehículo de gasolina siempre genera una cantidad de contaminantes, esto es precisamente lo que motivó al uso del convertidor catalítico ya que es un sistema que trata los gases de escape del motor antes de dejarlos libres en la atmósfera.
¿Qué son los Convertidores catalíticos?
Es un dispositivo que forma parte del sistema de control de emisiones del vehículo, ayuda a disminuir casi a cero los elementos nocivos de los gases de escape de un vehículo.
Consta de un panal (preferentemente de cerámica) con incrustaciones de partículas de metales preciosos (platino, paladio y rodio), las emisiones contaminantes reaccionan con los metales preciosos y el calor, transformándose a sí mismos en agua, bióxido de carbono y otros compuestos inofensivos. El catalizador requiere de calor de combustión (aprox. 260°C) para activarse o "desactivarse" y a través de las reacciones químicas que se producen en su interior añade calor al sistema de escape.
Contaminantes de los motores a gasolina
Los vehículos modernos controlan cuidadosamente la cantidad de combustible que queman para reducir los contaminantes.Las computadoras de los vehículos mantienen una relación de aire-gasolina muy cercana a la relación estequiométrica que es la relación ideal entre ambos. Teóricamente, si la relación es exacta y la gasolina es pura todo el combustible sería utilizado para generar energía, desechando únicamente dióxido de carbono y agua.
Las principales emisiones de un motor de gasolina son las siguientes:
-Nitrógeno (N2): El 78% del aire es nitrógeno y éste únicamente pasa por el interior del motor sin ser alterado.
-Dióxido de carbono (CO2): Este es un producto de la combustión. El carbono de la gasolina reacciona con el oxígeno del aire.
-Vapor de agua (H2O): El agua también es un producto de la combustión. El hidrógeno de la gasolina reacciona con el oxígeno del aire para formar agua.
Estas emisiones no son consideradas como contaminantes aunque el calentamiento global de la tierra se le atribuye en parte a las emisiones de dióxido de carbono.
Todos sabemos que el proceso de combustión dentro de nuestros motores no es ideal ya que la gasolina presenta ciertas impurezas y es imposible mantener una relación exacta de aire-gasolina todo el tiempo. Esto provoca la emisión de los siguientes contaminantes:
-Monóxido de carbono (CO): Es un gas venenoso sin color ni olor que se genera por una combustión incompleta.
-Hidrocarburos (HC): Principalmente residuos de gasolina que no se quemó dentro del motor.
-Óxidos de nitrógeno (NOX): Puede ser monóxido o dióxido de nitrógeno. Es el causante de la lluvia ácida.
Estos son los tres principales contaminantes que un convertidor catalítico tiene que reducir.
¿Cómo reduce los contaminantes un convertidor catalítico?
Los vehículos modernos están equipados con convertidores catalíticos de tres vías haciendo referencia a los tres contaminantes que debe reducir (CO, HC y NOX). El convertidor utiliza dos tipos de catalizadores, uno de reducción y otro de oxidación. Ambos consisten de una estructura cerámica cubierta con metal normalmente platino, rodio y paladio. La idea es crear una estructura que exponga al máximo la superficie del catalizador contra el flujo de gases de escape, minimizando también la cantidad de catalizador requerido ya que es muy costoso.
Los vehículos modernos controlan cuidadosamente la cantidad de combustible que queman para reducir los contaminantes.Las computadoras de los vehículos mantienen una relación de aire-gasolina muy cercana a la relación estequiométrica que es la relación ideal entre ambos. Teóricamente, si la relación es exacta y la gasolina es pura todo el combustible sería utilizado para generar energía, desechando únicamente dióxido de carbono y agua.
Las principales emisiones de un motor de gasolina son las siguientes:
-Nitrógeno (N2): El 78% del aire es nitrógeno y éste únicamente pasa por el interior del motor sin ser alterado.
-Dióxido de carbono (CO2): Este es un producto de la combustión. El carbono de la gasolina reacciona con el oxígeno del aire.
-Vapor de agua (H2O): El agua también es un producto de la combustión. El hidrógeno de la gasolina reacciona con el oxígeno del aire para formar agua.
Estas emisiones no son consideradas como contaminantes aunque el calentamiento global de la tierra se le atribuye en parte a las emisiones de dióxido de carbono.
Todos sabemos que el proceso de combustión dentro de nuestros motores no es ideal ya que la gasolina presenta ciertas impurezas y es imposible mantener una relación exacta de aire-gasolina todo el tiempo. Esto provoca la emisión de los siguientes contaminantes:
-Monóxido de carbono (CO): Es un gas venenoso sin color ni olor que se genera por una combustión incompleta.
-Hidrocarburos (HC): Principalmente residuos de gasolina que no se quemó dentro del motor.
-Óxidos de nitrógeno (NOX): Puede ser monóxido o dióxido de nitrógeno. Es el causante de la lluvia ácida.
Estos son los tres principales contaminantes que un convertidor catalítico tiene que reducir.
¿Cómo reduce los contaminantes un convertidor catalítico?
Los vehículos modernos están equipados con convertidores catalíticos de tres vías haciendo referencia a los tres contaminantes que debe reducir (CO, HC y NOX). El convertidor utiliza dos tipos de catalizadores, uno de reducción y otro de oxidación. Ambos consisten de una estructura cerámica cubierta con metal normalmente platino, rodio y paladio. La idea es crear una estructura que exponga al máximo la superficie del catalizador contra el flujo de gases de escape, minimizando también la cantidad de catalizador requerido ya que es muy costoso.
El convertidor catalítico funciona mediante dos etapas que son:
- Catalizador de reducción
El catalizador de reducción es la primera etapa del convertidor catalítico. Utiliza platino y rodio para disminuir las emisiones de NOx. (Oxido de nitrógeno) Cuando una molécula de monóxido o dióxido de nitrógeno entra en contacto con el catalizador, éste atrapa el átomo de nitrógeno y libera el oxígeno, posteriormente el átomo de nitrógeno se une con otro átomo de nitrógeno y se libera. Es decir, descompone los óxidos de nitrógeno en oxígeno y nitrógeno que son los componentes del aire y por lo tanto no son contaminantes.
El catalizador de reducción es la primera etapa del convertidor catalítico. Utiliza platino y rodio para disminuir las emisiones de NOx. (Oxido de nitrógeno) Cuando una molécula de monóxido o dióxido de nitrógeno entra en contacto con el catalizador, éste atrapa el átomo de nitrógeno y libera el oxígeno, posteriormente el átomo de nitrógeno se une con otro átomo de nitrógeno y se libera. Es decir, descompone los óxidos de nitrógeno en oxígeno y nitrógeno que son los componentes del aire y por lo tanto no son contaminantes.
Catalizador de oxidación
El catalizador de oxidación es la segunda etapa del convertidor catalítico. Este catalizador de platino y paladio toma los hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO) que salen del motor y los hace reaccionar con el oxígeno que también viene del motor generando dióxido de carbono (CO2).
Sistema de control
Existe una tercera etapa que monitorea los gases de escape del motor y utiliza esta información para controlar el sistema de inyección de combustible del motor. Se tiene un sensor de oxígeno en los gases de escape del motor antes de llegar al convertidor catalítico. Este sensor informa a la computadora sobre la cantidad de oxígeno existente en el escape, con esta información la computadora puede aumentar o disminuir la cantidad de oxígeno en el escape ajustando la relación de aire-gasolina. El sistema de control le permite a la computadora asegurarse que el motor está funcionando con una relación muy cercana a la estequiométrica y además le permite mantener suficiente oxígeno en el escape para oxidar los hidrocarburos y el monóxido de carbono.
CAUSAS DE FALLAS COMUNES DEL CONVERTIDOR
POLUCIÓN POR PLOMO (Pb)
Aunque hoy en día es un caso casi anecdótico, hay que recordar que si tenemos restos de gasolina "antigua", con plomo, este plomo se deposita en el monolito. Al cubrir los metales preciosos, estos no depuran los humos tóxicos.
DESGASTE EXTRA (Aceite, limpiadores…)
Los aceites y limpiadores de inyectores derivados de hidrocarburos, son interpretados por el catalizador como substancias nocivas que deben de ser limpiadas. Un exceso de estos productos, no daña el catalizador, pero sobrecarga su trabajo, de manera que provocará un desgaste prematuro.
SOBRECALENTAMIENTO
Ya comentado. Cualquier exceso de combustible que se inflame en el catalizador, provoca su fusión. Un vehículo que funciona a tres cilindros, un problema de encendido en un cilindro, un problema de un inyector sucio que mete mayor combustible del deseado, son causas típicas.
DAÑOS MECÁNICOS
Golpes fuertes fracturan el monolito. Además, estos fragmentos se pueden desplazar, taponando la salida del catalizador y la entrada del silencioso intermedio. El coche se ahoga, ratea, da tirones.
ENVEJECIMIENTO
Se considera estadísticamente que un catalizador tiene una vida de unos 80.000 Km, o 5-6 años. Este dato, estadístico, depende por supuesto del tipo de conducción, cuidado del vehículo, calidad del combustible, etc.
SONDA LAMBDA
Una sonda lambda en mal estado provocará que las señales que emite sean más bajas de lo normal. Esto implica una interpretación como "mezcla pobre". Por lo tanto, el vehículo mete una cantidad de combustible mayor de la cuenta y provoca la fusión del monolito.
Convertidor catalítico diésel
El convertidor catalítico reduce considerablemente las emisiones de los vehículos con motor diésel de BMW y contribuye de forma significativa a la protección del medio ambiente.
Un funcionamiento más limpio, sin renunciar a un rendimiento dinámico: el convertidor catalítico de los vehículos BMW con motor diésel contribuye a reducir las emisiones de gases y partículas nocivos para el medio ambiente.
Los motores de gasolina emplean un convertidor catalítico de tres vías, que reduce el óxido de nitrógeno (NOx) y oxida los hidrocarburos (HC) y el monóxido de carbono (CO). Los motores diésel de BMW usan un convertidor catalítico de oxidación para oxidar los hidrocarburos y el monóxido de carbono presente en el escape diésel.
La oxidación posterior sirve también para reducir la fracción orgánica soluble de las partículas. El convertidor catalítico consta de un bloque de cerámica con una estructura de panal: los canales de este panal poseen un recubrimiento de platino de alto rendimiento. En los vehículos BMW, el bloque del catalizador está situado junto al motor, y le proporciona el calor que necesita para funcionar con eficacia.
http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi99/autos-y-polucion/cataliza.htm
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