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 el motor antes de dejarlos libres en la atmósfera.
Que 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
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 gasolinaLos 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 catalico funciona mediante dos funciones 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.Catalizador de oxidaciónEl 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 controlExiste 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.
CATALIZADORES
Un catalizador propiamente dicho es una sustancia que está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, y acelera, induce o propicia dicha reacción sin actuar en la misma.
De esta forma se dice que la reacción es "catalizada". Ejemplos de uso: reactores de producción de amoníaco, en donde se utilizan sustancias para acelerar y elevar el nivel de producción de NH3, sin que las mismas intervengan en las uniones atómicas pero que si estén presentes en la mezcla. En este caso el catalizador es un liquido, pero puede ser sólido o gaseoso.
Metales nobles que catalizan reacciones
Los metales nobles suelen usarse como catalizadores sólidos en numerosos procesos industriales.
La simple presencia de una porción del metal en la cuba de reacción produce resultados muy superiores y con altos rendimientos.
Metales nobles que catalizan reacciones
Los metales nobles suelen usarse como catalizadores sólidos en numerosos procesos industriales.
La simple presencia de una porción del metal en la cuba de reacción produce resultados muy superiores y con altos rendimientos.
Aplicación de los catalizadores
Los técnicos en automotores comenzamos a utilizar la tecnología de los catalizadores para disminuir la polución producida por automotores.
En nuestro caso, utilizamos catalizadores sólidos metálicos para catalizar reacciones de los gases tóxicos antes de que salgan por el caño de escape del automotor. Los gases que debemos eliminar principalmente son el monóxido de carbono (CO), el óxido de nitrógeno (N2O3) y los hidrocarburos degradados producto de la combustión incompleta o ineficiente. Otras sustancias tóxicas que en menor proporción están presentes en los gases son el benzol, los aldehidos y partículas.
El convertidor catalítico es un dispositivo instalado en la salida del múltiple de escape. Dentro de una carcaza de acero inoxidable se alojan miles de celdas catalíticas por donde circulan los gases de escape. Estas celdas son sumamente delgadas y dispuestas de tal forma que conforman una superficie de contacto con el gas equivalente a tres canchas de fútbol. Las celdas conforman una colmena cerámica recubierta por una capa amortiguadora que la protege de los golpes.
La formulación incluye una serie de sustancias activas como óxido de aluminio, metales nobles (que hacen las veces de catalizadores sólidos): Platino, Rodio, Paladio y promotores y retardadores específicos que regulan la acción catalítica de los mismos.
Los Catalizadores de tres vías, llamados así porque actúan eliminando los tres contaminantes principales en el mismo compartimento mediante acciones de oxidación y reducción, transformando a los mismos en compuestos no tóxicos: nitrógeno, agua y dióxido de carbono.
Condiciones para que funcionen correctamente
La proporción entre la cantidad de aire y combustible que se introduce en la cámara se ajustará a limites establecidos 14,5/1 (Limite Lambda:1).
Los motores con mezclas pobres de lambda mayor a 1 son más económicos pero emiten mucha mayor concentración de N2O3. Los niveles ricos (lambda menor a 1) emiten más hidrocarburos incombustos y CO (monóxido de carbono, una de las sustancias más tóxicas).
La temperatura debe ser mayor a 250º C para que se produzca la catálisis y el dispositivo sea efectivo. Se diseña al catalizador con un calefactor auxiliar para garantizar que la temperatura llegue a ese rango antes de 90 segundos.
Con mezcla rica y mas de 500º C se remueve el azufre depositado en el interior del dispositivo, produciendo ácido sulfúrico de olor fuerte y desagradable, que a niveles superiores a 10 ppm es muy dañino para la salud. El umbral del mal olor está muy por debajo de esos niveles, así el usuario puede detectar el problema sin arriesgar su salud, y al menor indicio de mal olor llevar su unidad al especialista.
El nivel de emisión de SO4H2 (ácido sulfúrico) puede ser disminuido a través de los siguientes factores:
SO4H2
Control de relación aire/combustible: elimina la operación del motor en condiciones de mezcla rica y 500ºC de temperatura o más.
Formulación de los metales usados en el diseño del convertidor. Incorporando retardadores de la reacción de formulación de ácido sulfúrico
Cambios del reactivo cada 80.000 Kilómetros
¡Cuidado con la nafta con plomo!
Basta solamente un poco de de nafta con plomo para arruinar el convertidor catalítico definitivamente y anular totalmente su funcionamiento. Luego de un error así será necesario el recambio del mismo y una limpieza profunda de motor, carburador, tanque de combustible, múltiples y todos sus conductos de aire o combustible.
¡Atención en los autos usados!
Al colocar un convertidor catalítico en un auto usado con carburador, hay que asegurar la exacta dosificación de oxigeno y controlar que la temperatura no supere los 400 grados. Si ésto no se cumple, el dispositivo no funcionará.
Se instala en los vehículos que tienen catalizador, para avisar en forma constante al ordenador la relación de mezcla, y poder regular el aporte de nafta y conseguir que el motor funciones correctamente y el catalizador realice su función.
Sonda Lambda
¿Cómo es la sonda Lambda?
Se compone de un dispositivo con dos sensores, uno en contacto con los gases de escape y el otro con el aire exterior, cuando la cantidad de oxígeno no es la misma, por intermedio de dos electrodos se produce una diferencia de potencial que es advertida por la computadora que lo usa como factor de corrección del tiempo de inyección. De modo que mantiene constante la relación aire/nafta como lo requiere el catalizador.
Los técnicos en automotores comenzamos a utilizar la tecnología de los catalizadores para disminuir la polución producida por automotores.
En nuestro caso, utilizamos catalizadores sólidos metálicos para catalizar reacciones de los gases tóxicos antes de que salgan por el caño de escape del automotor. Los gases que debemos eliminar principalmente son el monóxido de carbono (CO), el óxido de nitrógeno (N2O3) y los hidrocarburos degradados producto de la combustión incompleta o ineficiente. Otras sustancias tóxicas que en menor proporción están presentes en los gases son el benzol, los aldehidos y partículas.
El convertidor catalítico es un dispositivo instalado en la salida del múltiple de escape. Dentro de una carcaza de acero inoxidable se alojan miles de celdas catalíticas por donde circulan los gases de escape. Estas celdas son sumamente delgadas y dispuestas de tal forma que conforman una superficie de contacto con el gas equivalente a tres canchas de fútbol. Las celdas conforman una colmena cerámica recubierta por una capa amortiguadora que la protege de los golpes.
La formulación incluye una serie de sustancias activas como óxido de aluminio, metales nobles (que hacen las veces de catalizadores sólidos): Platino, Rodio, Paladio y promotores y retardadores específicos que regulan la acción catalítica de los mismos.
Los Catalizadores de tres vías, llamados así porque actúan eliminando los tres contaminantes principales en el mismo compartimento mediante acciones de oxidación y reducción, transformando a los mismos en compuestos no tóxicos: nitrógeno, agua y dióxido de carbono.
Condiciones para que funcionen correctamente
La proporción entre la cantidad de aire y combustible que se introduce en la cámara se ajustará a limites establecidos 14,5/1 (Limite Lambda:1).
Los motores con mezclas pobres de lambda mayor a 1 son más económicos pero emiten mucha mayor concentración de N2O3. Los niveles ricos (lambda menor a 1) emiten más hidrocarburos incombustos y CO (monóxido de carbono, una de las sustancias más tóxicas).
La temperatura debe ser mayor a 250º C para que se produzca la catálisis y el dispositivo sea efectivo. Se diseña al catalizador con un calefactor auxiliar para garantizar que la temperatura llegue a ese rango antes de 90 segundos.
Con mezcla rica y mas de 500º C se remueve el azufre depositado en el interior del dispositivo, produciendo ácido sulfúrico de olor fuerte y desagradable, que a niveles superiores a 10 ppm es muy dañino para la salud. El umbral del mal olor está muy por debajo de esos niveles, así el usuario puede detectar el problema sin arriesgar su salud, y al menor indicio de mal olor llevar su unidad al especialista.
El nivel de emisión de SO4H2 (ácido sulfúrico) puede ser disminuido a través de los siguientes factores:
SO4H2
Control de relación aire/combustible: elimina la operación del motor en condiciones de mezcla rica y 500ºC de temperatura o más.
Formulación de los metales usados en el diseño del convertidor. Incorporando retardadores de la reacción de formulación de ácido sulfúrico
Cambios del reactivo cada 80.000 Kilómetros
¡Cuidado con la nafta con plomo!
Basta solamente un poco de de nafta con plomo para arruinar el convertidor catalítico definitivamente y anular totalmente su funcionamiento. Luego de un error así será necesario el recambio del mismo y una limpieza profunda de motor, carburador, tanque de combustible, múltiples y todos sus conductos de aire o combustible.
¡Atención en los autos usados!
Al colocar un convertidor catalítico en un auto usado con carburador, hay que asegurar la exacta dosificación de oxigeno y controlar que la temperatura no supere los 400 grados. Si ésto no se cumple, el dispositivo no funcionará.
Se instala en los vehículos que tienen catalizador, para avisar en forma constante al ordenador la relación de mezcla, y poder regular el aporte de nafta y conseguir que el motor funciones correctamente y el catalizador realice su función.
Sonda Lambda
¿Cómo es la sonda Lambda?
Se compone de un dispositivo con dos sensores, uno en contacto con los gases de escape y el otro con el aire exterior, cuando la cantidad de oxígeno no es la misma, por intermedio de dos electrodos se produce una diferencia de potencial que es advertida por la computadora que lo usa como factor de corrección del tiempo de inyección. De modo que mantiene constante la relación aire/nafta como lo requiere el catalizador.
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 ??xidos 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, ??xidos 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.
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, ??xidos 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.
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.
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. ??xidos 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.
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