Info Catalizador
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En qu consiste el catalizadorEl catalizador tiene como misin disminuir los elementos polucionantes contenidos en los gases de escape de un vehculo mediante la tcnica de la catlisis. Se trata de un dispositivo instalado en el tubo de escape, cerca del motor, ya que ah los gases mantienen una temperatura elevada. Esta energa calorfica pasa al catalizador y eleva su propia temperatura, circunstancia indispensable para que este dispositivo tenga un ptimo rendimiento, que se alcanza entre los 400 y 700 grados centgrados.Pantalla trmica Proteccin elstica
Caja inoxidable
Estructura de cermica
Exteriormente el catalizador es un recipiente de acero inoxidable, frecuentemente provisto de una carcasa-pantalla metlica antitrmica, igualmente inoxidable, que protege los bajos del vehculo de las altas temperaturas alcanzadas. En su interior contiene un soporte cermico o monolito, de forma oval o cilndrica, con una estructura de mltiples celdillas en forma de panal, con una densidad de stas de aproximadamente 450 celdillas por cada pulgada cuadrada (unas 70 por centmetro cuadrado). Su superficie se encuentra impregnada con una resina que contiene elementos nobles metlicos, tales como Platino (Pt) y Paladio (Pd), que permiten la funcin de oxidacin, y Rodio (Rh), que interviene en la reduccin. Estos metales preciosos actan como elementos activos catalizadores; es decir, inician y aceleran las reacciones qumicas 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 incuos no polucionantes.
Catalizador y accesorios opcionales
Pantalla Trmica superior
Catalizador
Pantalla Trmica inferior
Componentes principales de la cmara del catalizador
Concha superior (Chapa acero inoxidable) Monolitos de Cermica
Banda de proteccin flexible
Concha inferior (Chapa acero inoxidable)
Constitucin del catalizador de tipo cermico
~70 celdas/cm2
~ 0,1 mm
~1 mm
Soporte cermico refractario de silicato de Aluminio y Magnesio Lecho rugoso para aumentar la superficie de exposicin a los gases de xido de Aluminio (Corindn) Metales activos (Platino, Rodio, Paladio) Seccin til de paso de gases 70 % seccin total Temperatura de reblandecimiento ~1000oC
Combustin en motores de explosinCombustible = Gasolina formada por Hidrocarburos (HC) Comburente = Oxgeno (O2) El O2 procede del aire atmosfrico (en volumen 21% de O2 y 79 % de N2)
* Combustin ideal con mezcla estequiomtrica Gasolina (1 Kg) Aire (14,7 Kg)
Compresin/Encendido/Quemado
Nitrgeno (N2) * Combustin real
Anhdrido Carbnico (CO2)
Agua (H2O)
Gasolina
Aire
Compresin/Encendido/Quemado
Nitrgeno (N2) Oxgeno (O2)
Anhdrido Carbnico (CO2)
Agua (H2O)
Monxido de Carbono (CO) Hidrocarburos (HC) Oxidos de Nitrgeno (NOx) Carbonilla Anhdrido Sulfuroso (SO2) Sales de Plomo Oxidantes
}
Eliminados con catalizador
}
Eliminados de la gasolina
Tipos de gases producidos en la combustin y sus consecuenciasLos gases emitidos por un motor de combustin interna de gasolina son, principalmente, de dos tipos: inofensivos y contaminantes. Los primeros estn formados, fundamentalmente, por Nitrgeno, Oxgeno, Dixido de Carbono, vapor de agua e Hidrgeno. Los segundos o contaminantes estn formados, fundamentalmente, por el Monxido de Carbono, Hidrocarburos, Oxidos de Nitrgeno y Plomo.
Inofensivos
El Nitrgeno es un gas inerte que se encuentra presente en el aire que respiramos en una concentracin del 79%. Debido a las altas temperaturas existentes en el motor, el Nitrgeno se oxida formando pequeas cantidades de Oxidos de Nitrgeno, aunque sea un gas inerte a temperatura ambiente. El Oxgeno es uno de los elementos indispensables para la combustin y se encuentra presente en el aire en una concentracin del 21%. Si su mezcla es demasiado rica o demasiado pobre, el Oxgeno no podr oxidar todos los enlaces de Hidrocarburos y ser expulsado con el resto de los gases de escape. El vapor de agua se produce como consecuencia de la combustin, mediante la oxidacin del Hidrgeno, y se libera junto con los gases de escape. El Dixido de Carbono producido por la combustin completa del Carbono no resulta nocivo para los seres vivos y constituye una fuente de alimentacin para las plantas verdes, gracias a la fotosntesis. Se produce como consecuencia lgica de la combustin, es decir, cuanto mayor es su concentracin, mejor es la combustin. Sin embargo, un incremento desmesurado de la concentracin de Dixido de Carbono en la atmsfera puede producir variaciones climticas a gran escala (el llamado efecto invernadero). El Monxido de Carbono, en concentraciones altas y tiempos largos de exposicin puede provocar en la sangre la transformacin irreversible de la Hemoglobina, molcula encargada de transportar el oxgeno desde los pulmones a las clulas del organismo, en Carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa funcin. Por eso, concentraciones superiores de CO al 0,3 % en volumen resultan mortales. La falta de oxgeno en la combustin hace que sta no se produzca completamente y se forme Monxido de Carbono en lugar de Dixido de Carbono. En un vehculo, la aparicin de mayores concentraciones en el escape de CO indican la existencia de una mezcla inicial rica o falta de oxgeno.
Contaminantes
Los Hidrocarburos, dependiendo de su estructura molecular, presentan diferentes efectos nocivos. El Benceno, por ejemplo, es venenoso por s mismo, y la exposicin a este gas provoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios; si el nivel es muy alto, provocar depresiones, mareos, dolores de cabeza y nuseas. El Benceno es uno de los mltiples causantes de cncer. Su presencia se debe a los componentes incombustibles de la mezcla o a las reacciones intermedias del proceso de combustin, las cuales son tambin responsables de la produccin de Aldehdos y Fenoles. La presencia simultnea de Hidrocarburos, Oxidos de Nitrgeno, rayos ultravioleta y la estratificacin atmosfrica conduce a la formacin del smog fotoqumico, de consecuencias muy graves para la salud de los seres vivos. Los Oxidos de Nitrgeno no slo irritan la mucosa sino que en combinacin 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 cida y contaminan grandes reas, algunas veces situadas a cientos de kilmetros del lugar de origen de la contaminacin. El Plomo es el metal ms peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede provocar la formacin de cogulos o trombos en la sangre, de gravsimas consecuencias patolgicas. Se encuentra presente en las gasolinas en forma de Tetra-etilo de Plomo y se utiliza en su produccin para elevar su ndice de octano y, tambin, en motorizaciones antiguas como lubricante de los asientos de vlvulas. En las gasolinas sin Plomo se ha sustituido este metal por otros componentes menos contaminantes que tambin proporcionan un alto ndice de octano.
Coeficiente Lambda y caractersticas de mezclaX
Peso real de aire consumido por Kg de gasolina
= =14,7
Peso terico de aire que se debera consumir por Kg. de gasolina
Casos segn mezcla real (x) Aire MezclaRica Estequiomtrica Pobre 1
X
14,7
Defecto Equilibrio Exceso
Mezcla
%
Consecuencias
Rica
1,30
Mnimo consumo con ligera prdida de potencia Disminucin considerable de potencia con aumento de consumo por prdida de rendimiento El motor no funciona, no se propaga la llama
Potencia y consumo en funcin de Lambda para un motor genrico
CVPOTENCIA
gr/CVh
100
90CONSUMO
90
80
80
7070
0,6
0,8Mezcla rica
1LAMBDA
1,2Mezcla pobre
1,4
Emisin gases en funcin de Lambda para un motor genrico antes del Catalizador
PPM V(%) 3000 15
NOx
2000
10CO2
CO
1000
5
HC
O2 0 0,6
0,8Mezcla rica
1LAMBDA
1,2Mezcla pobre
1,4
Emisiones CO (Gasolina parcialmente quemada) antes y despus del catalizador
Volumen %
8ANTES
6
4
2
DESPUES
0
0,6
0,8Mezcla rica
1 LAMBDA
1,2Mezcla pobre
1,4
Emisiones HC (Gasolina sin quemar) antes y despus del catalizador
PPM 4000
3000
2000
ANTES
1000DESPUES
00,6
0,8Mezcla rica
1 LAMBDA
1,2Mezcla pobre
1,4
Emisiones de NOx (Oxido de Nitrgeno) antes y despus del catalizador
PPM 4000
3000ANTES
2000
1000DESPUES
00,6
0,8Mezcla rica
1 LAMBDA
1,2Mezcla pobre
1,4
Proceso qumico interno del catalizador
CO CO NOx HC HC NOx
2CO + O2 C9H20+14O2 2NOx+2XCOENTRADA CO Gasolina NOx COMBINACION O2 O2 CO
CO C9H20 NOx
2CO2 9CO2+10H2O N2+2XCO2
PROCESO Oxidacin Oxidacin Reduccin
RESULTADO CO2 CO2 + Agua CO2 + Nitrgeno