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September 13, 2017 | Author: Italo Roberto Pesce Muñoz | Category: Catalysis, Chemistry, Physical Sciences, Science, Chemical Process Engineering
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Índice

Bibliografía……….……………………………………………..……………………………Pág.1 Introducción………………………………………………………………………………….Pág.2 Convertidor Catalítico………….…………………………………………………….Pág.3 - 12 Conclusión………………………………...………………………………………………..Pág.13

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Bibliografía

1.- http://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_catal%C3%ADtico 2.- http://html.rincondelvago.com/convertidor-catalitico.html 3.- http://www.as-sl.com/pdf/info_catalizador.pdf 4.- http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1133/4/CAPITULO%20III.pdf

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Introducción

Una de las principales fuentes de contaminación y deterioro de la calidad de aire en las ciudades de todo el mundo es el uso de vehículos cuyo motor corresponde a uno de combustión interna, debido a la emisión de gases contaminantes que estos emiten a la atmosfera. Es por eso que durante los últimos 20 años, el avance de la tecnología y la creación de nuevos protocolos contra emisiones han permitido una reducción en las emisiones de gases contaminantes de los vehículos motorizados del orden del 95% de monóxido de carbono e hidrocarburos además de un 75% del óxido de nitrógeno emitidos por los gases de escape, sin duda alguno esta reducción en los gases contaminantes representa un claro ejemplo de la evolución conjunta de la industria automotriz y las normas para proteger al medio ambiente, también cabe destacar la eliminación del plomo en la gasolina lo que genero la posibilidad de equipar a los vehículos nuevos convertidores catalíticos para el tratamiento de los gases de escape, para lograr el objetivo de la reducción de la contaminación de los vehículos con motor de combustión interna se suma al trabajo de los catalizadores, los distintos sensores dispuestos en el motor, lo que permite una mejor combustión y por ende, la disminución de gases contaminantes.

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Convertidor Catalítico Un convertidor catalítico es un dispositivo que forma parte del sistema de control de gases de escape del vehículo, ayuda a disminuir casi a cero los elementos nocivos de los gases de escape de un vehículo. El convertidor catalítico consta de un panal, cerámico generalmente, con incrustaciones de partículas de metales preciosos los cuales pueden ser platino, paladio y rodio, las emisiones contaminantes reaccionan con los metales preciosos y el calor, transformándose a sí mismos en agua, dióxido de carbono y otros compuestos inofensivos. El catalizador requiere de calor de combustión del motor para activarse o "desactivarse" y a través de las reacciones químicas que se producen en su interior añade calor al sistema de escape.

Esquema con los componentes constitutivos del convertidor catalítico.

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Esquema del material cerámico, composición y distribución de los metales preciosos.

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Este elemento de control de los gases de escape realiza su trabajo mediante dos reacciones químicas como son la oxidación y la reducción, en donde se puede decir que las reacciones de oxidación se catalizan por medio del platino-paladio y la acción de reducción se realiza mediante el rodio, antes de que los gases de la combustión salgan a la atmosfera atraviesan un catalizador en donde son depurados los contaminantes mediante un proceso de reacción química y se convierten en sustancias poco dañinas que ya se encuentran presentes en la atmosfera tales como el nitrógeno, agua y dióxido de carbono. Los gases de la combustión son forzados a pasar por el interior del catalizador por un flujo turbulento, ya que de esta manera se consigue un mejor contacto entre el gas y el convertidor catalítico, mejorando así las condiciones para una transferencia y elevar la eficiencia de la conversión. El convertidor catalítico se monta en el tubo de escape, inmediatamente después del múltiple de escape, ya que es aquí donde los gases mantienen una elevada temperatura. Esta energía calorífica pasa al convertidor y eleva su propia temperatura lo que es fundamental para que este dispositivo de control de gases tenga un óptimo rendimiento el cual se alcanza entre los 400 y 700 grados Celsius.

Esquema de entrada y salida de los gases de escape en el convertidor catalítico.

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Existen dos tipos de catalizadores uno de dos vías y otro de tres vías. Catalizador de dos vías: En un catalizador de dos vías, usado mayormente en el motor diesel, ocurren dos reacciones simultáneas: 1. Oxidación de monóxido de carbono a dióxido de carbono. 2. Oxidación de hidrocarburos no quemados o parcialmente quemados a dióxido de carbono y agua. Este tipo de catalizadores se usan en motores diesel ya que trabajan con exceso de oxígeno, generando grandes cantidades de óxidos de nitrógeno. En estos motores el NOx se elimina con la recirculación de gases de escape (Válvula EGR) Catalizador de tres vías: En un catalizador de tres vías, usado en motores a gasolina, ocurren tres reacciones simultáneas: 1. Reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno y oxígeno. 2. Oxidación de monóxido de carbono a dióxido de carbono. 3. Oxidación de hidrocarburos no o parcialmente quemados a dióxido de carbono y agua. Estos catalizadores pertenecen a los motores de ciclo Otto ya que la proporción de NOx es mucho menor que en los diesel, al no trabajar con exceso de-oxígeno. En el convertidor catalítico de tres vías, se requiere añadir oxígeno para oxidar los hidrocarburos y monóxido de carbono, convirtiéndolos así en agua y dióxido de carbono, y sacar oxígeno para reducir el NOx, separándolo en nitrógeno y oxígeno. Dicho de manera simple, sacar el oxígeno del NOx y dárselo al monóxido de carbono.

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Los vehículos modernos controlan cuidadosamente la cantidad de combustible que queman para reducir los contaminantes. Las unidades de control de los vehículos mantienen una relación de aire-gasolina muy cercana a la relación estequiometrica 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 quemaron dentro-del-motor-durante-la-combustión. 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.

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Esquema de la combustión teórica y real de un motor de combustión interna a gasolina.

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Existen una serie de elementos, incorporados en forma de aditivos, tanto en la gasolina como en los aceites lubricantes, que actúan como agente dañino para el catalizador y por lo tanto reducen la vida útil del mismo, entre los cuales podemos destacar: Plomo: empleado como aditivo antidetonante de la gasolina, es considerado el elemento dañino más importante del convertidor catalítico. Todo vehículo equipado con catalizador deberá operar exclusivamente con combustibles libres de plomo. Una sola carga de combustible con plomo es suficiente para generar la desactivación total del convertidor, inhibiendo la capacidad del mismo para completar las reacciones de combustión, estimada en aproximadamente 80.000 kilómetros de uso, anulando su eficiencia en la preservación del medio ambiente. Azufre: es un compuesto natural de los combustibles y tiene un efecto doble desde la óptica de las emisiones. Según los niveles de concentración actúa como un inhibidor temporario del convertidor catalítico. Reduciendo su eficiencia. Por otro lado y con algunos diseños de convertidores catalíticos de tres vías, se genera formación de ácido sulfúrico, responsable del mal olor de las emisiones y fácilmente perceptible por el conductor. Se forma mediante la remoción del azufre depositado sobre el catalizador, bajo condiciones especiales de regulación del motor: mezcla rica y temperaturas superiores a los 500 º C, este problema se denomina “contaminación secundaria”. El nivel de emisión de ácido sulfhídrico puede ser acotado a través de los siguientes factores: -

Control de la relación aire-combustible, lo que permite eliminar las operaciones del motor en condición de mezcla rica.

-

Formulación de los metales empleados en el diseño del convertidor, incorporando retardadores de la reacción de formación del ácido sulfhídrico.

Como se ha detallado precedentemente la mayor eficiencia del convertidor catalítico se obtiene luego de los 250 ºC de temperatura y con una relación airecombustible cercana a la relación estequiometrica real (Coeficiente Lambda=1).

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En este cuadro se puede observar el cálculo del coeficiente lambda y las características de la mezcla en sus tres formas.

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Pruebas de estado de funcionamiento del convertidor catalítico

Es de suma importancia conocer el estado del convertidor catalítico para que un vehículo no emita demasiados gases contaminantes a la atmosfera, es por eso que a continuación se describirá una serie de pasos a seguir para la comprobación de este. Primero se necesitan tener ciertas comprobación del convertidor catalítico: -

condiciones

previas

para

la

El tubo de escape no debe estar obturado. El motor debe estar a temperatura de trabajo. El motor debe trabajar en forma pareja y no oscilante. No deben existir códigos de falla. No deben presentarse goteos en la inyección. La presión de inyección debe estar dentro de las especificaciones del fabricante. El sistema de encendido debe trabajar correctamente. El sensor de oxigeno debe estar en buenas condiciones y funcionar con normalidad.

Las herramientas que se utilizaran para la comprobación de funcionamiento del convertidor son: -

Medidor de temperatura laser. Sonda termistora conectada a un multímetro.

Procedimiento de prueba

Con el motor en marcha en ralentí, se debe acercar el termistor conectado al multímetro al convertidor catalítico y ponerlo en contacto con el convertidor catalítico hasta que los valores de temperatura entregados se estabilicen.

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En esta imagen se puede apreciar de forma efectiva como deben llevarse a cabo los procedimientos antes descritos para la toma de los valores de temperatura del convertidor catalítico.

Si la temperatura externa del convertidor es inferior a los 150 ªC, el interior del convertidor se encuentra saturado, con lo que no se producen las suficientes reacciones químicas. Si la temperatura del convertidor es inferior a 120 ªC, lo más probable es que en el interior de la carcasa se haya eliminado parte de los panales o en palabras simples el convertidor fue eliminado. Si la temperatura es superior a 300 ªC el convertidor en su interior esta tan caliente que los paneles se están derritiendo, por lo que el daño es inminente o ya se ha producido.

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Conclusión

Durante el desarrollo del presente trabajo se analizó la composición y el funcionamiento de un convertidor catalítico, elemento que en la actualidad se hace indispensable para que los vehículos de combustión interna, ya sea a gasolina o diesel, puedan circular por las distintas ciudades del mundo sin emitir gases contaminantes que no solo dañan al medio ambiente sino que también son nocivos para el ser humano. El convertidor catalítico, como se mencionó anteriormente, es el encargado de procesar los gases nocivos de escape generados por una combustión incompleta, sin duda el papel que cumple este elemento es muy importante para el correcto funcionamiento del vehículo como un todo, ya que para que un vehículo pueda circular cumpliendo con todas las normas de anticontaminación existentes en la actualidad. Si bien mecánicamente hablando su funcionamiento no es de gran complejidad y es bastante fácil de comprender, se hace absolutamente necesario para un mecánico integral tener nociones básicas del funcionamiento y distintos elementos que componen al catalizador, también es fundamental ser responsable y respetar los tiempos de mantención del convertidor catalítico, generalmente indicados por el fabricante, para así evitar un deterioro prematuro de este. Sin duda alguna con el avance de la tecnología automotriz se desarrollaran nuevos sistemas de anticontaminación o también el actual sistema puede ser mejorado, para cumplir finalmente con la protección al medio ambiente y todo lo que lo rodea.

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