Info Catalizador
Transcript of Info Catalizador
El catalizador tiene como misión disminuir los elementospolucionantes contenidos en los gases de escape de unvehículo mediante la técnica de la catálisis. Se trata de undispositivo 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 propiatemperatura, circunstancia indispensable para que este dis-positivo tenga un óptimo rendimiento, que se alcanza entrelos 400 y 700 grados centígrados.
Exteriormente el catalizador es un recipiente de acero ino-xidable, frecuentemente provisto de una carcasa-pantallametálica antitérmica, igualmente inoxidable, que protegelos bajos del vehículo de las altas temperaturas alcanzadas.
En su interior contiene un soporte cerámico o monolito, deforma oval o cilíndrica, con una estructura de múltiples cel-dillas en forma de panal, con una densidad de éstas deaproximadamente 450 celdillas por cada pulgada cuadra-da (unas 70 por centímetro cuadrado). Su superficie seencuentra impregnada con una resina que contiene ele-mentos nobles metálicos, tales como Platino (Pt) y Paladio(Pd), que permiten la función de oxidación, y Rodio (Rh), queinterviene en la reducción. Estos metales preciosos actúancomo elementos activos catalizadores; es decir, inician yaceleran las reacciones químicas entre otras sustancias conlas cuales entran en contacto, sin participar ellos mismos enestas reacciones. Los gases de escape contaminantes gene-rados por el motor, al entrar en contacto con la superficieactiva del catalizador son transformados parcialmente enelementos inócuos no polucionantes.
Protección elástica
Pantallatérmica
Cajainoxidable
Estructura decerámica
En qué consiste el catalizador
Catalizador y accesorios opcionales
Pantalla Térmicasuperior
Catalizador
Pantalla Térmicainferior
Componentes principales de la cámaradel catalizador
Concha superior(Chapa acero inoxidable)
Banda de protección flexible
Concha inferior(Chapa acero inoxidable)
Monolitos deCerámica
Constitución del catalizador de tipocerámico
Soporte cerámico refractario de silicatode Aluminio y Magnesio
Lecho rugoso para aumentar la superficiede exposición a los gases de óxido deAluminio (Corindón)
Metales activos (Platino, Rodio, Paladio)
Sección útil de paso de gases 70 % sección totalTemperatura de reblandecimiento ~1000oC
~1 mm
~ 0
,1 m
m
~70 celdas/cm2
Combustión en motores de explosiónCombustible = Gasolina formada por Hidrocarburos (HC)Comburente = Oxígeno (O2)El O2 procede del aire atmosférico (en volumen 21% de O2 y 79 % de N2)
* Combustión ideal con mezcla estequiométrica
* Combustión real
Gasolina Aire
Anhídrido Carbónico (CO2)Nitrógeno (N2)
Oxígeno (O2)
Monóxido de Carbono (CO)
Hidrocarburos (HC)
Oxidos de Nitrógeno (NOx)
Carbonilla
Anhídrido Sulfuroso (SO2)
Sales de Plomo
Oxidantes}} Eliminados con
catalizador
Eliminados dela gasolina
Compresión/Encendido/Quemado
Agua (H2O)
Gasolina (1 Kg) Aire (14,7 Kg)
Anhídrido Carbónico (CO2)
Compresión/Encendido/Quemado
Agua (H2O)Nitrógeno (N2)
Los gases emitidos por un motor de combustión interna degasolina son, principalmente, de dos tipos: inofensivos y con-taminantes.
Los primeros están formados, fundamentalmente, porNitrógeno, Oxígeno, Dióxido de Carbono, vapor de agua eHidrógeno. Los segundos o contaminantes están formados,fundamentalmente, por el Monóxido de Carbono,Hidrocarburos, Oxidos de Nitrógeno y Plomo.
El Nitrógeno es un gas inerte que se encuentra presente enel aire que respiramos en una concentración del 79%.Debido a las altas temperaturas existentes en el motor, elNitrógeno se oxida formando pequeñas cantidades deOxidos de Nitrógeno, aunque sea un gas inerte a temperatu-ra ambiente.
El Oxígeno es uno de los elementos indispensables para lacombustión y se encuentra presente en el aire en una con-centración del 21%. Si su mezcla es demasiado rica o dema-siado pobre, el Oxígeno no podrá oxidar todos los enlaces deHidrocarburos y será expulsado con el resto de los gases deescape.
El vapor de agua se produce como consecuencia de lacombustión, mediante la oxidación del Hidrógeno, y se libe-ra junto con los gases de escape.
El Dióxido de Carbono producido por la combustión com-pleta del Carbono no resulta nocivo para los seres vivos yconstituye una fuente de alimentación para las plantas ver-des, gracias a la fotosíntesis. Se produce como consecuen-cia lógica de la combustión, es decir, cuanto mayor es suconcentración, mejor es la combustión. Sin embargo, unincremento desmesurado de la concentración de Dióxidode Carbono en la atmósfera puede producir variaciones cli-máticas a gran escala (el llamado efecto invernadero).
El Monóxido de Carbono, en concentraciones altas y tiem-pos largos de exposición puede provocar en la sangre latransformación irreversible de la Hemoglobina, moléculaencargada de transportar el oxígeno desde los pulmones alas células del organismo, en Carboxihemoglobina, incapazde cumplir esa función. Por eso, concentraciones superioresde CO al 0,3 % en volumen resultan mortales.
La falta de oxígeno en la combustión hace que ésta no seproduzca completamente y se forme Monóxido de Carbonoen lugar de Dióxido de Carbono. En un vehículo, la apariciónde mayores concentraciones en el escape de CO indican laexistencia de una mezcla inicial rica o falta de oxígeno.
Tipos de gases producidos en lacombustión y sus consecuencias
Contaminantes
Inofensivos
Los Hidrocarburos, dependiendo de su estructura molecu-lar, presentan diferentes efectos nocivos. El Benceno, porejemplo, es venenoso por sí mismo, y la exposición a este gasprovoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios; siel nivel es muy alto, provocará depresiones, mareos, doloresde cabeza y náuseas. El Benceno es uno de los múltiplescausantes de cáncer. Su presencia se debe a los compo-nentes incombustibles de la mezcla o a las reacciones inter-medias del proceso de combustión, las cuales son tambiénresponsables de la producción de Aldehídos y Fenoles.
La presencia simultánea de Hidrocarburos, Oxidos deNitrógeno, rayos ultravioleta y la estratificación atmosféricaconduce a la formación del smog fotoquímico, de conse-cuencias muy graves para la salud de los seres vivos.
Los Oxidos de Nitrógeno no sólo irritan la mucosa sino queen combinación con los Hidrocarburos contenidos en elsmog y con la humedad del aire producen Acidos Nitrosos,que posteriormente caen sobre la tierra en forma de lluviaácida y contaminan grandes áreas, algunas veces situadasa cientos de kilómetros del lugar de origen de la contamina-ción.
El Plomo es el metal más peligroso contenido en los aditi-vos del combustible. Inhalado puede provocar la formaciónde coágulos o trombos en la sangre, de gravísimas conse-cuencias patológicas. Se encuentra presente en las gasoli-nas en forma de Tetra-etilo de Plomo y se utiliza en suproducción para elevar su índice de octano y, también, enmotorizaciones antiguas como lubricante de los asientos deválvulas. En las gasolinas sin Plomo se ha sustituido este metalpor otros componentes menos contaminantes que tambiénproporcionan un alto índice de octano.
Co
efic
ient
e L
am
bd
a y
ca
rac
terís
tica
s d
e m
ezc
la
λ =
Peso
rea
l de
aire
co
nsum
ido
po
r Kg
de
ga
solin
a
Peso
teó
rico
de
aire
que
se
de
be
ría c
ons
umir
po
r Kg
. de
ga
solin
a
X
14,7
=
XA
ireM
ezc
laλ
Ca
sos
seg
ún m
ezc
la re
al (
x)
<14,
7=1
4,7
>14,
7
Defe
cto
Equi
librio
Exce
so
Rica
Este
quio
mét
rica
Pobr
e
<1 =1 >1
%M
ezc
laC
ons
ec
uenc
ias
<0,
750,
75÷
0,85
0,85
÷ 0,
95
El m
oto
r se
ah
og
a y
la m
ezc
la n
o in
flam
a p
or
lo q
ue
el m
oto
r d
eja
de
fu
nc
ion
ar
Me
zcla
de
ma
siad
o r
ica
, qu
e e
n u
so in
sta
ntá
ne
o, p
rop
orc
ion
a in
cre
me
nto
s d
e p
ote
nc
iaP
ote
nc
ia m
áxi
ma
en
ré
gim
en
co
ntín
uo
(p
en
die
nte
, ad
ela
nta
mie
nto
s, e
tc.)
Ric
a
No
rma
l
Pob
re
0,95
÷ 1,
05
1,05
÷ 1,
151,
15÷
1,30
>1,
30
Co
nd
uc
ció
n n
orm
al (
reg
íme
ne
s d
e c
ruc
ero
)
Mín
imo
co
nsu
mo
co
n li
ge
ra p
érd
ida
de
po
ten
cia
Dism
inu
ció
n c
on
side
rab
le d
e p
ote
nc
ia c
on
au
me
nto
de
co
nsu
mo
po
r p
érd
ida
de
ren
dim
ien
toEl
mo
tor
no
fu
nc
ion
a, n
o s
e p
rop
ag
a la
lla
ma
Potencia y consumo en función deLambda para un motor genérico
100
70
80
90
0,6 0,8 1 1,2 1,4
POTENCIA
CV
Mezcla rica Mezcla pobreLAMBDA
CONSUMO
90
80
70
gr/CVh
Emisión gases en función de Lambdapara un motor genérico antes delCatalizador
NOx
CO2
CO
HC
O2
PPM3000
2000
1000
15
10
5
00,6 0,8 1 1,2 1,4
Mezcla rica Mezcla pobreLAMBDA
V(%)
Emisiones CO(Gasolina parcialmente quemada) antes y después del catalizador
8
2
4
6
00,6 0,8 1 1,2 1,4
DESPUES
ANTES
Volumen %
Mezcla pobreLAMBDAMezcla rica
Emisiones HC(Gasolina sin quemar)antes y después del catalizador
4000
1000
2000
3000
00,6 0,8 1 1,2 1,4
ANTES
PPM
DESPUES
Mezcla pobreLAMBDAMezcla rica
Emisiones de NOx(Oxido de Nitrógeno)antes y después del catalizador
4000
1000
2000
3000
00,6 0,8 1 1,2 1,4
ANTES
PPM
DESPUES
Mezcla pobreLAMBDAMezcla rica
Pro
ce
so q
uím
ico
inte
rno
de
l ca
taliz
ad
or
CO
NO
x
HC
PRO
CES
OO
xid
ac
ión
Oxi
da
ció
nRe
duc
ció
n
CO
MBI
NA
CIO
NO
2O
2C
O
RESU
LTA
DO
CO
2C
O2
+ A
gua
CO
2 +
Nitr
óg
eno
ENTR
AD
AC
OG
aso
lina
NO
x
CO
NO
x
HC
C9H
20+1
4O2
2NO
x+2X
CO
2CO
29C
O2+
10H
2ON
2+2X
CO
2
CO
C9H
20N
Ox
2CO
+ O
2