El Catalizador
En el mundo de la química se conoce como catalizador a aquellas
sustancias que, al estar presentes en una reacción química, la aceleran sin
intervenir en ella. Es decir, los catalizadores provocan que las reacciones se
desarrollen con mayor velocidad, pero al finalizar las mismas, no se han
combinado con los reaccionantes y pueden ser utilizados de nuevo.
En el automóvil el catalizador (también denominado convertidor catalítico) es un dispositivo que se encuentra situado en el sistema de escape del vehiculo muy próximo al colector de escape del motor para mantener una elevada temperatura. Su misión es eliminar los gases contaminantes que produce la combustión incompleta de la gasolina, transformándolos en sustancias inocuas.
En realidad el
nombre de catalizador es poco acertado y seria mas adecuado denominarlo
convertidor catalítico, ya que el catalizador es realmente el conjunto de
metales preciosos que se encuentran en el interior del convertidor y cuya función
es acelerar las reacciones químicas que permiten la eliminación de los
contaminantes.
Para que las
reacciones químicas necesarias para la eliminación de los contaminantes tengan
lugar con la suficiente efectividad y rapidez, es imprescindible que el gas de
escape entre en contacto con los metales preciosos encargados de acelerar las
reacciones químicas y permanezca el tiempo suficiente para que la reacción se
complete. Con el fin de lograr este objetivo, el gas debe ser canalizado a través
de conductos muy finos de forma que, prácticamente todas las moléculas de los
gases, entren en contacto con los metales preciosos. Esta laminación del flujo
se consigue gracias a un elemento denominado sustrato o soporte que puede ser
de dos tipos: cerámico o metálico.
Sustrato cerámico: Es conocido
habitualmente por el nombre de “monolito cerámico”. Se obtiene mediante la extrusión
de cordienta (silicato de aluminio-magnesio) cuando se encuentra en estado plástico,
formando una estructura de panal de abeja con 400 celdas por pulgada cuadrada y
un espesor de pared de 15 centésimas de milímetro. Dado el pequeño espesor de
las paredes, la superficie frontal que permanece libre para el paso de gas de
escape es superior al 70%, generando por tanto una contrapresión muy baja. Este
es el sustrato utilizado en la mayoría de los catalizadores.
Sustrato metálico: Está formado por una
hoja de acero inoxidable de 1 centésima de mililitro de espesor enrollada en
espiral formando, al igual que en el monolito cerámico, una estructura de panal
de abeja de 400 celdas por pulgada cuadrada. Las ventajas de este tipo de
sustrato son principalmente dos: la menor contrapresión que genera al motor, ya
que el espesor de pared es inferior y la superficie frontal libre para el paso
del gas de escape es mayor del 80% y su
mayor resistencia a la alta temperatura. Por el contrario, tiene el
inconveniente de su elevado precio. Normalmente este tipo de sustrato se
utiliza en catalizadores de pequeñas dimensiones o en precatalizadores que, por
encontrarse muy cerca del colector de escape, se encuentran sometidos a
temperaturas extremadamente altas.
El sustrato (tanto cerámico
como metálico) por si solo, no posee suficiente superficie libre útil como para
permitir un contacto adecuado del gas con los metales preciosos. Por otro lado,
es necesario algún tipo de medio que permita adherir dichos metales al
sustrato. Esta es la doble finalidad que cumple la capa intermedia denominada
“washcoat” (su componente principal es la alumina), llegando a incrementar la
superficie útil del sustrato en mas de 100 veces.
Existe una gran
variedad de washcoat en función del tipo y proporción de metales preciosos que
se pretenden adherir al mismo y del proceso de fabricación utilizado para
realizar dicho washcoat. Su composición química influye de manera muy notable
en la efectividad del catalizador, su resistencia a la alta temperatura y la
durabilidad final del conjunto.
En el caso de los
catalizadores cerámicos, existe un elemento intermedio entre el monolito y el
cuerpo metálico exterior cuya función es fijar la ceramica a la carcasa, absorbiendo
las diferencias de dilatación entre ambos elementos ya que, al elevarse la
temperatura, el acero el cuerpo del catalizador se dilata mientras que la
ceramica prácticamente no sufre ninguna variación dimensional, incrementandose
progresivamente el espacio existente entre el cuerpo metalico y el monolito
ceramico paralelamente al aumento de temperatura. Básicamente existen dos
soluciones a este problema: utilizar una malla metalica de acero inoxidable o
una fibra ceramica denominada “manta expandible”. Ambos procedimientos tienen
sus ventajas e inconvenientes.
Malla metalica: la contruccion del catalizador con este
elemento intermedio resulta muy sencilla y de bajo coste. El inconveniente
principal radica en la baja capacidad de dilatación de la malla de acero cuando
ha sufrido muchos ciclos calentamiento-enfriamiento, debido a la fatiga termica
del material. Este problema se agrava cuadno las secciones de los monolitos no
son circulares, ya que las dilataciones en este caso son asimetricas.
Adicionalmente
existe otro inconveniente que puede reducir la efectividad de un catalizador
diseñado con este tipo de sistema de fijación: la falta de estanqueidad de la
malla metalica que puede permitir la existencia de un bypass de gas sin
catalizar entre el monolito cerámico y la carcasa metálica exterior.
Manta expandible: este tipo de montaje
requiere unos diseños dimensionales muy precisos del cuerpo metálico exterior.
La capacidad de este elemento intermedio de aumentar su espesor con la
temperatura es mucho mayor que en la malla metálica, absorbiendo con menos
dificultad las diferencias de dilatación entre el acero y
El principal
inconveniente de la manta expandible es la gran facilidad con que se disgregan
sus fibras cuando la densidad de la misma disminuye, pudiendo llegar a
erosionarse con facilidad si los gases de escape inciden directamente sobre su
superficie.
Cuerpo metálico exterior: esta
realizado en acero inoxidable para asegurar unas buenas características
mecánicas a alta temperatura y una elevada resistencia a
Además de estos
componentes principales, el catalizador puede utilizar otros elementos
secundarios como son: anillos de protección para la manta expandible, dobles
carcasas, fibras cerámicas aislantes, protectores para impactos, etc. Estos
componentes son parte del propio diseño del convertidor catalítico y su
existencia o no depende de consideraciones específicas de cada fabricante.
