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¿Qué es un convertidor?



Hay millones de automóviles en las calles de los Estados Unidos, y cada uno de ellos es una fuente potencial de contaminación ambiental. En especial en las grandes ciudades, la contaminación que producen todos los automóviles juntos puede generar grandes problemas.
Para solucionarlos, las ciudades, los estados y el gobierno federal crean las leyes de aire limpio, y se han puesto en vigencia muchas normas que restringen la cantidad de contaminación que pueden producir los vehículos. Para cumplir con estas leyes, los fabricantes han hecho diversos ajustes a los motores de los automóviles y a los sistemas de combustible. Para reducir aún más las emisiones, han desarrollado un interesante dispositivo denominado "convertidor catalítico", que trata los gases del escape antes de que salgan del vehículo y reduce mucho la contaminación.


Ubicación del convertidor catalítico en el vehículo.

En este artículo aprenderá cuáles son los contaminantes producidos por el motor y por qué, y qué hace el convertidor catalítico con cada uno de ellos. Los convertidores catalíticos son dispositivos sorprendentemente sencillos, de modo que resulta increíble ver el enorme impacto que tienen.

Contaminantes producidos por un motor de automóvil

A fin de reducir las emisiones, los motores de los automóviles modernos controlan la cantidad de combustible que queman. Tratan de mantener la relación aire-combustible muy cerca del punto estequiométrico, que es la relación ideal calculada de aire con respecto al combustible. En teoría, con esta relación todo el combustible se quemará utilizando todo el oxígeno del aire. Para la gasolina, la relación estequiométrica es de alrededor de 14,7:1, es decir que por cada libra de gasolina se queman 14,7 libras de aire. En realidad, durante la conducción, la mezcla de combustible varía bastante con respecto a la relación ideal. A veces, la mezcla puede ser ligera (una relación aire a combustible superior a 14,7), y otras veces puede ser rica (una relación aire a combustible inferior a 14,7).
Las principales emisiones de un motor de automóvil son:


Estas emisiones son en su mayor parte benignas (si bien se cree que las emisiones de dióxido de carbono contribuyen al calentamiento global). Pero como el proceso de combustión nunca es perfecto, en los motores de los automóviles también se producen algunas cantidades menores de emisiones más nocivas:

Éstas son las tres principales emisiones reguladas, y también son aquéllas para cuya reducción se han diseñado los convertidores catalíticos.

Cómo reducen la polución los convertidores catalíticos

La mayoría de los automóviles modernos están equipados con convertidores catalíticos de tres vías. Las "tres vías" se refieren a las tres emisiones reguladas que ayudan a reducir moléculas de NOx, monóxido de carbono y COV. El convertidor utiliza dos tipos diferentes de catalizadores, uno de reducción y otro de oxidación. Ambos tipos constan de una estructura de cerámica revestida con un catalizador metálico, generalmente de platino, rodio y paladio. La idea es generar una estructura que exponga la máxima área de superficie de catalizador a la corriente del escape, al tiempo que minimice la cantidad requerida de catalizador (que es muy costoso).

Convertidor catalítico de tres vías. Observe los dos catalizadores separados.



Hay dos tipos principales de estructuras que se utilizan en los convertidores catalíticos: alveolar y de cuentas cerámicas. En la actualidad la mayoría de los automóviles utiliza una estructura alveolar (como las celdillas de los panales de abeja).

Estructura del catalizador alveolar

Catalizador de reducción

El catalizador de reducción es la primera etapa del convertidor catalítico. Utiliza platino y rodio para ayudar a reducir las emisiones de NOx. Cuando una molécula de NO o NO2 entra en contacto con el catalizador, éste arranca el átomo de nitrógeno de la molécula y lo retiene, liberando el oxígeno en forma de O2. El átomo de nitrógeno se une a otros átomos de nitrógeno adheridos al catalizador, y forman N2.

Por ejemplo:

2NO —› N2 + O2 or 2NO2 —› N2 + 2O2


Catalizador de oxidación

El catalizador de oxidación es la segunda etapa del convertidor catalítico. Reduce los hidrocarburos y el monóxido de carbono no quemados, quemándolos (oxidándolos) sobre un catalizador de platino y paladio. Este catalizador colabora con la reacción del CO y los hidrocarburos con el oxígeno restante en el gas del escape.

Por ejemplo:

2CO + O2 —› 2O2

¿Pero de dónde viene este oxígeno?


El sistema de control

La tercera etapa es un sistema de control que monitoriza la corriente del escape, y utiliza esta información para controlar el sistema de inyección de combustible. Hay un sensor de oxígeno montado corriente arriba del convertidor catalítico, lo que significa que está más cerca del motor que el convertidor. Este sensor le indica a la computadora del motor cuánto oxígeno hay en el escape. La computadora del motor puede aumentar o disminuir la cantidad de oxígeno en el escape ajustando la relación aire-combustible. Este esquema de control permite que la computadora del motor verifique que el motor funciona cerca del punto estequiométrico, y también que se asegure que haya suficiente oxígeno en el escape para permitir al catalizador de oxidación quemar los hidrocros y CO no quemados.

Otros modos de reducir la contaminación

TEl convertidor catalítico es muy eficaz para reducir la contaminación, pero puede mejorarse considerablemente. Una de sus mayores desventajas es que sólo funciona a una temperatura bastante alta. Cuando arranca el automóvil en frío, el convertidor catalítico prácticamente no hace nada para reducir la contaminación de su escape.

Una solución simple para este problema es desplazar el convertidor catalítico hasta una posición más cercana al motor. Esto significa que los gases más calientes del escape llegan al convertidor y se calienta más rápido, pero también puede reducir la vida útil del convertidor al exponerlo a temperaturas extremadamente altas. La mayoría de los fabricantes de automóviles colocan el convertidor debajo del asiento del acompañante, lo suficientemente lejos del motor como para mantener la temperatura a niveles que no lo dañen.

Precalentar el convertidor catalítico es una buena manera de reducir las emisiones. La forma más fácil de precalentarlo es usar calentadores por resistencia eléctrica. Lamentablemente, los sistemas eléctricos de 12 voltios en la mayoría de los vehículos no proporcionan suficiente energía para calentar el convertidor catalítico lo suficientemente rápido. La mayoría de las personas no esperan varios minutos hasta que el convertidor catalítico se haya calentado antes de encender su automóvil. Los híbridos que cuentan con grandes baterías de alto voltaje pueden proporcionar suficiente energía para calentar el convertidor catalítico muy rápido.