|
CATALIZADORES
|
En qué consiste el catalizador |
El catalizador tiene como misión disminuir los
elementos polucionantes contenidos en los gases de escape de un
vehículo mediante la técnica de la catálisis. Se trata de un
dispositivo instalado en el tubo de escape, cerca del motor, ya
que ahí los gases mantienen una temperatura elevada. Esta
energía calorífica pasa al catalizador y eleva su propia
temperatura, circunstancia indispensable para que este
dispositivo tenga un óptimo rendimiento, que se alcanza entre
los 400 y 700 grados centígrados.
Exteriormente el catalizador es un recipiente de acero
inoxidable, frecuentemente provisto de una carcasa-pantalla metálica antitérmica, igualmente inoxidable, que protege
los bajos del vehículo de las altas temperaturas alcanzadas. En su interior contiene un soporte cerámico o monolito, de
forma oval o cilíndrica, con una estructura de múltiples celdillas
en forma de panal, con una densidad de éstas de aproximadamente 450 celdillas por cada pulgada
cuadrada (unas 70 por centímetro cuadrado). Su superficie se encuentra impregnada con una resina que contiene
elementos nobles metálicos, tales como Platino (Pt) y Paladio (Pd), que permiten la función de oxidación, y Rodio
(Rh), que interviene en la reducción. Estos metales preciosos actúan
como elementos activos catalizadores; es decir, inician y aceleran las reacciones químicas entre otras sustancias con
las cuales entran en contacto, sin participar ellos mismos en estas reacciones. Los gases de escape contaminantes generados
por el motor, al entrar en contacto con la superficie activa del catalizador son transformados parcialmente en
elementos inócuos no polucionantes.
Catalizador y
accesorios opcionales
Componentes
principales de la cámara del catalizador
Constitución del
catalizador de tipo cerámico
Combustión en
motores de explosión
Combustible =
Gasolina formada por Hidrocarburos (HC)
Comburente =
Oxígeno (O2)
El O2 procede del aire
atmosférico (en volumen 21% de O2 y 79 % de N2)
Tipos de gases
producidos en la combustión
y sus consecuencias
Los gases emitidos
por un motor de combustión interna de gasolina son,
principalmente, de dos tipos: inofensivos y contaminantes. Los
primeros están formados, fundamentalmente, por Nitrógeno,
Oxígeno, Dióxido de Carbono, vapor de agua e Hidrógeno. Los
segundos o contaminantes están formados, fundamentalmente, por
el Monóxido de Carbono, Hidrocarburos, Oxidos de Nitrógeno y
Plomo.
Inofensivos
El Nitrógeno es un
gas inerte que se encuentra presente en el aire que respiramos
en una concentración del 79%. Debido a las altas temperaturas
existentes en el motor, el Nitrógeno se oxida formando
pequeñas cantidades de Oxidos de Nitrógeno, aunque sea un gas
inerte a temperatura ambiente. El Oxígeno es uno de los
elementos indispensables para la combustión y se encuentra
presente en el aire en una concentración del 21%. Si su mezcla
es demasiado rica o demasiado pobre, el Oxígeno no podrá
oxidar todos los enlaces de Hidrocarburos y será expulsado con
el resto de los gases de escape. El vapor de agua se produce
como consecuencia de la combustión, mediante la oxidación del
Hidrógeno, y se libera junto con los gases de escape.
El Dióxido de
Carbono producido por la combustión completa del Carbono no
resulta nocivo para los seres vivos y constituye una fuente de
alimentación para las plantas verdes, gracias a la
fotosíntesis. Se produce como consecuencia lógica de la
combustión, es decir, cuanto mayor es su concentración, mejor
es la combustión. Sin embargo, un incremento desmesurado de la
concentración de Dióxido de Carbono en la atmósfera puede
producir variaciones climáticas a gran escala (el llamado
efecto invernadero).
Contaminantes
El Monóxido de Carbono, en
concentraciones altas y tiempos largos de exposición puede provocar en
la sangre la transformación irreversible de la Hemoglobina, molécula
encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células
del organismo, en Carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa función.
Por eso, concentraciones superiores de CO al 0,3 % en volumen resultan
mortales.
La falta de oxígeno en la
combustión hace que ésta no se produzca completamente y se forme
Monóxido de Carbono en lugar de Dióxido de Carbono. En un vehículo,
la aparición de mayores concentraciones en el escape de CO indican la
existencia de una mezcla inicial rica o falta de oxígeno.
Los Hidrocarburos,
dependiendo de su estructura molecular, presentan diferentes efectos
nocivos. El Benceno, por ejemplo, es venenoso por sí mismo, y la
exposición a este gas provoca irritaciones de piel, ojos y conductos
respiratorios; si el nivel es muy alto, provocará depresiones, mareos,
dolores de cabeza y náuseas. El Benceno es uno de los múltiples
causantes de cáncer. Su presencia se debe a los componentes
incombustibles de la mezcla o a las reacciones intermedias del proceso
de combustión, las cuales son también responsables de la producción
de Aldehídos y Fenoles.
La presencia simultánea de
Hidrocarburos, Oxidos de Nitrógeno, rayos ultravioleta y la
estratificación atmosférica conduce a la formación del smog
fotoquímico, de consecuencias muy graves para la salud de los seres
vivos. Los Oxidos de Nitrógeno no sólo irritan la mucosa sino que en
combinación con los Hidrocarburos contenidos en el smog y con la
humedad del aire producen Acidos Nitrosos, que posteriormente caen sobre
la tierra en forma de lluvia ácida y contaminan grandes áreas, algunas
veces situadas a cientos de kilómetros del lugar de origen de la
contaminación.
El Plomo es el metal más
peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede
provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre, de
gravísimas consecuencias patológicas. Se encuentra presente en las
gasolinas en forma de Tetra-etilo de Plomo y se utiliza en su
producción para elevar su índice de octano y, también, en
motorizaciones antiguas como lubricante de los asientos de válvulas. En
las gasolinas sin Plomo se ha sustituido este metal por otros
componentes menos contaminantes que también proporcionan un alto
índice de octano.
Coeficiente Lambda y
características de mezcla
Potencia y consumo en
función de Lambda para un motor genérico
Emisión gases en función
de Lambda para un motor genérico antes del Catalizador
Emisiones CO (Gasolina
parcialmente quemada) antes y después del catalizador
Emisiones HC (Gasolina sin
quemar) antes y después del catalizador
Emisiones de NOx (Oxido de
Nitrógeno) antes y después del catalizador
Proceso
químico interno del catalizador
|
