Como funciona un convertedor catalítico para automoción?

Durante o funcionamento dun motor de combustión interna, os gases de escape libéranse á atmosfera, que non só son unha das principais causas de contaminación atmosférica, senón tamén unha das causas de moitas enfermidades.

Estes gases, que saen dos sistemas de escape dos vehículos, consisten en elementos extremadamente nocivos, razón pola que os coches modernos están equipados cun sistema de escape especial, no que sempre hai un catalizador.

O convertedor catalítico destrúe moléculas nocivas nos gases de escape e faino o máis seguro posible para as persoas e o medio ambiente.

Que é un catalizador?

Un convertedor catalítico é un tipo de dispositivo cuxa tarefa principal é reducir as emisións nocivas dos gases de escape dos motores do automóbil. A estrutura do catalizador é sinxela. Trátase dun recipiente metálico que se instala no sistema de escape dun coche.

O tanque ten dúas tubaxes. A "entrada" do conversor está conectada ao motor e os gases de escape entran por el e a "saída" está conectada ao resonador do sistema de escape do vehículo.

Cando os gases de escape do motor entran no catalizador, nel prodúcense reaccións químicas. Destrúen gases nocivos e convértenos en gases inofensivos que se poden liberar ao medio ambiente.

Cales son os compoñentes do convertedor catalítico?

Para que quede un pouco máis claro como funciona un convertedor catalítico para automóbiles, consideremos cales son os seus principais elementos. Sen entrar en detalles, só listaremos os elementos principais a partir dos cales está construído.

Substrato

O substrato é a estrutura interna do catalizador sobre a que se recubren o catalizador e os metais preciosos. Hai varios tipos de substratos. A súa principal diferenza é o material do que está feito. Na maioría das veces é unha substancia inerte que estabiliza as partículas activas na súa superficie.

Cuberta

O material catalizador activo normalmente consiste en alúmina e compostos como cerio, circonio, níquel, bario, lantano e outros. O obxectivo do revestimento é expandir a superficie física do substrato e servir de base sobre a que se depositan os metais preciosos.

Metais preciosos

Os metais preciosos presentes no convertidor catalítico serven para levar a cabo unha reacción catalítica extremadamente importante. Os metais preciosos de uso común son o platino, o paladio e o rodio, pero nos últimos anos un gran número de fabricantes comezaron a utilizar ouro.

Vivenda

A carcasa é a capa exterior do dispositivo e contén o substrato e outros elementos do catalizador. O material do que adoita facerse a caixa é o aceiro inoxidable.

Tubos

Os tubos conectan o convertedor catalítico do vehículo ao sistema de escape e ao motor do vehículo. Están feitos de aceiro inoxidable.

Como funciona un convertedor catalítico para automoción?

Para o funcionamento dun motor de combustión interna, é importante que se produza un proceso estable de combustión da mestura aire-combustible nos seus cilindros. Durante este proceso xéranse gases nocivos como monóxido de carbono, óxidos de nitróxeno, hidrocarburos e outros.

Se o coche non ten un convertedor catalítico, todos estes gases extremadamente nocivos, despois de ser descargados no colector de escape do motor, pasarán polo sistema de escape e irán directamente ao aire que respiramos.

Se o vehículo ten un convertedor catalítico, os gases de escape fluirán dende o motor ata o silenciador polo panal do substrato e reaccionarán cos metais preciosos. Como resultado dunha reacción química, as substancias nocivas neutralízanse e só o escape inofensivo, que é principalmente dióxido de carbono, entra no medio ambiente desde o sistema de escape.

Sabemos polas leccións de química que un catalizador é unha substancia que provoca ou acelera unha reacción química sen afectala. Os catalizadores participan nas reaccións pero non son nin reactivos nin produtos dunha reacción catalítica.

Hai dúas etapas polas que pasan os gases nocivos nun catalizador: a redución e a oxidación. Cómo funciona?

Cando a temperatura de funcionamento do catalizador alcanza os 500 a 1200 graos Fahrenheit ou 250-300 graos centígrados, ocorren dúas cousas: a redución e inmediatamente despois a reacción de oxidación. Isto parece un pouco complicado, pero en realidade significa que as moléculas da substancia están perdendo e gañando electróns simultaneamente, o que modifica a súa estrutura.

A redución (absorción de osíxeno) que se produce no catalizador está dirixida a converter o óxido nítrico nun gas ecolóxico.

Como funciona un catalizador automotriz na fase de recuperación?

Cando o óxido nitroso dos gases de escape dun coche entra no catalizador, o platino e o rodio nel comezan a actuar sobre a descomposición das moléculas de óxido de nitróxeno, convertendo o gas nocivo nun completamente inofensivo.

Que ocorre durante a etapa de oxidación?

O segundo paso que se produce no catalizador chámase reacción de oxidación, na que os hidrocarburos non queimados convértense en dióxido de carbono e auga mesturándose con osíxeno (oxidación).

As reaccións que teñen lugar no catalizador cambian a composición química dos gases de escape, alterando a estrutura do átomo do que están feitos. Cando as moléculas de gases nocivos pasan do motor ao catalizador, descomponse en átomos. Os átomos, á súa vez, recombínanse en moléculas para formar substancias relativamente inofensivas como dióxido de carbono, nitróxeno e auga, e libéranse ao medio ambiente a través do sistema de escape.

Os principais tipos de convertidores catalíticos utilizados nos motores de gasolina son dous: de dúas vías e de tres vías.

Bilateral

O catalizador de parede dobre (de dobre cara) realiza simultaneamente dúas tarefas: oxida o monóxido de carbono en dióxido de carbono e oxida os hidrocarburos (combustible non queimado ou parcialmente queimado) en dióxido de carbono e auga.

Este tipo de catalizador automotriz empregouse en motores diésel e gasolina para reducir as emisións nocivas de hidrocarburos e monóxido de carbono ata 1981, pero dado que non puido converter óxidos de nitróxeno, despois do 81 foi substituído por catalizadores de tres vías.

Convertidor catalítico redox de tres vías

Este tipo de catalizador automotriz, como se descubriu, introduciuse en 1981 e hoxe está instalado en todos os coches modernos. O catalizador de tres vías realiza tres tarefas simultaneamente:

• reduce o óxido nítrico a nitróxeno e osíxeno;
• oxida o monóxido de carbono en dióxido de carbono;
• oxida os hidrocarburos non queimados en dióxido de carbono e auga.

Dado que este tipo de convertidor catalítico realiza tanto as etapas de redución como de oxidación da catálise, realiza a súa tarefa cunha eficiencia de ata o 98%. Isto significa que, se o teu coche está equipado con tal conversor catalítico, non contaminará o medio ambiente con emisións nocivas.

Tipos de catalizadores nos motores diésel

Para os vehículos diésel, ata hai pouco, un dos convertidores catalíticos máis utilizados era o catalizador de oxidación diésel (DOC). Este catalizador usa osíxeno no fluxo de escape para converter o monóxido de carbono en dióxido de carbono e os hidrocarburos en auga e dióxido de carbono. Desafortunadamente, este tipo de catalizador é só un 90% eficiente e consegue eliminar o cheiro a diésel e reducir as partículas visibles, pero non é eficaz para reducir as emisións de NO x.

Os motores diésel emiten gases que conteñen un nivel relativamente alto de partículas (hollín), que consiste principalmente en carbono elemental, ao que os catalizadores DOC non poden facer fronte, polo que as partículas deben eliminarse empregando os chamados filtros de partículas (DPF).

Como se manteñen os catalizadores?

Para evitar problemas co catalizador, é importante saber que:

• A vida media do catalizador é duns 160000 km. Despois de percorrer esta distancia, cómpre substituír o transdutor.
• Se o vehículo está equipado cun catalizador, non debe usar combustible con chumbo, xa que reduce a eficacia do catalizador. O único combustible axeitado neste caso é o sen chumbo.

Sen dúbida, os beneficios destes dispositivos para o medio ambiente e a nosa saúde son enormes, pero ademais dos seus beneficios, tamén teñen os seus inconvenientes.

Unha das súas maiores desvantaxes é que só traballan a altas temperaturas. Noutras palabras, cando arrinca o coche, o catalizador non fai case nada para reducir as emisións de escape.

Só comeza a funcionar de forma eficiente despois de quentar os gases de escape a 250-300 graos centígrados. É por iso que algúns fabricantes de automóbiles tomaron medidas para solucionar este problema achegando o catalizador ao motor, o que por un lado mellora o rendemento do dispositivo, pero acorta a súa vida útil, xa que a súa proximidade ao motor expóno a temperaturas moi altas.

Nos últimos anos decidiuse colocar o convertedor catalítico baixo o asento do pasaxeiro a unha distancia que lle permita operar de xeito máis eficiente sen estar exposto a altas temperaturas do motor.

Outras desvantaxes dos catalizadores son a obstrucción frecuente e a queima de tortas. O queimado xeralmente ocorre debido ao combustible non queimado que entra no sistema de escape que se acende na alimentación do convertidor catalítico. A obstrucción prodúcese na maioría das veces debido a unha gasolina deficiente ou inadecuada, o desgaste normal, o estilo de condución, etc.

Trátase de pequenas desvantaxes no contexto dos enormes beneficios que obtemos do uso de catalizadores automotivos. Grazas a estes dispositivos, as emisións nocivas dos coches son limitadas.

Algúns críticos argumentan que o dióxido de carbono tamén é unha emisión nociva. Eles cren que un catalizador non é necesario nun coche, porque tales emisións aumentan o efecto invernadoiro. De feito, se un coche non ten convertidor catalítico e emite monóxido de carbono ao aire, este óxido converterase en dióxido de carbono na atmosfera.

Quen inventou o catalizador?

Aínda que os catalizadores non apareceron en masa ata finais dos anos 1970, a súa historia comezou moito antes.

Considérase que o pai do catalizador é o enxeñeiro químico francés Eugene Goudry, quen en 1954 patentou o seu invento baixo o nome de "Convertidor catalítico de escape".

Antes desta invención, Goodry inventou o cracking catalítico, no que os produtos químicos orgánicos complexos grandes sepáranse en produtos inofensivos. Despois experimentou con diferentes tipos de combustible, o seu obxectivo era facelo máis limpo.

O uso real de catalizadores nos automóbiles tivo lugar a mediados dos anos setenta, cando se introduciron normas máis estritas de control de emisións que requirían a eliminación do chumbo do escape da gasolina de baixa calidade.

Preguntas e respostas:

Como comprobar a presenza dun catalizador nun coche? Para iso, basta con mirar debaixo do coche. Ademais do silenciador principal e do silenciador pequeno (o resonador que se atopa na parte dianteira do sistema de escape), o catalizador é outra lámpada.

Onde está o catalizador do coche? Dado que o catalizador debe funcionar en condicións de alta temperatura, sitúase o máis preto posible do colector de escape. Está diante do resonador.

Que é un catalizador nun coche? Este é un conversor catalítico - unha lámpada adicional no sistema de escape. Está cheo de material cerámico, cuxo panal de mel está cuberto de metal precioso.