¿Qué es el convertidor catalítico? ¿Cómo funciona?

Durante los últimos 20 años. Los avances tecnológicos, han permitido una reducción de las emisiones de los automotores del orden del 95 % de Monóxido de Carbono e Hidrocarburos libres y 75 % de Óxidos de Nitrógeno. Esto representa un claro ejemplo de la evolución conjunta de las industrias automotrices y refinadoras, el primero y quizás el más significativo: la eliminación de plomo de las naftas y por lo tanto la posibilidad de equipar a los vehículos nuevos con Convertidores Catalíticos para el tratamiento de los gases de emisión con la consecuente reducción en la toxicidad de los mismos. Este diseño se completa con el agregado de la Sonda Lambda, que permite controlar y regular permanentemente la cantidad ideal de aire para la combustión.



En este informe se detallo claramente como contamina un motor. Entre las soluciones estudiadas a nivel mundial para minimizar la toxicidad de las emisiones generadas en la combustión de los motores gasolina, se han desarrollado: mejoras en los diseños de cámara de combustión y difundido el empleo del sistema de Convertidor catalítico de las fases de escape y Sonda Lambda. El término “Convertidor Catalítico” designa genéricamente a un reactor instalado luego del múltiple de escape. Tiene una carcaza de acero inoxidable que contiene en su interior al “catalizador”. Sustancias químicamente activas, soportadas por una colmena cerámica recubierta por una capa amortiguadora que la protege de golpes.

Esta colmena está formada por millares de minúsculos canales (celdas) por donde pasan los gases de escape. Las paredes de estos canales generan una superficie de contacto equivalente a tres canchas de fútbol. La formulación incluye una serie de sustancias activas como óxidos de aluminio, metales nobles (catalíticamente activos): Platino, Rodio, Paladio, y promotores o retardadores específicos, que aumentan o retardan la acción catalítica de los anteriores, sobre determinadas reacciones. Recordemos que en los gases de escape tenemos como productos contaminantes, principalmente a tres clases de compuestos: Monóxido de Carbono, Óxidos de Nitrógeno e Hidrocarburos sin quemar. El mecanismo de acción del Convertidor Catalítico de tres vías, llamado así porque actúa eliminando principalmente estos tres tipos de contaminantes en el mismo compartimiento, mediante reacciones de oxidación y reducción, transforma a los mismos en compuestos no tóxicos: Nitrógeno y Agua y Dióxido de Carbono.



¿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 como 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 el motor antes de dejarlos libres en la atmósfera.

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.

Catalizador de reducción

El catalizador de reducción es la primera etapa del convertidor catalítico. Utiliza platino y rodio para disminuir las emisiones de NOx. 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 censor de oxígeno en los gases de escape del motor antes de llegar al convertidor catalítico. Este censor 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.

Esto es un aporte de http://www.lubrimax.com.mx/recipes.ihtml?s=2&menvar=26



Pablo Ramírez Torrejón (PD)