Conversor catalítico - Catalytic converter

Um conversor catalítico de três vias em um Dodge Ram 1996 movido a gasolina

Simulação de fluxo dentro de um conversor catalítico

Um conversor catalítico é um dispositivo de controle de emissão de escapamento que converte gases tóxicos e poluentes em gases de escapamento de um motor de combustão interna em poluentes menos tóxicos, catalisando uma reação redox . Os conversores catalíticos são geralmente usados com motores de combustão interna movidos a gasolina ou diesel , incluindo motores de queima pobre e , às vezes, em aquecedores a querosene e fogões.

A primeira introdução generalizada de conversores catalíticos foi no mercado automotivo dos Estados Unidos . A indústria automobilística foi acusada de conspiração pelo Departamento de Justiça dos Estados Unidos por conspirar para reter a tecnologia entre 1953 e 1969, enquanto a poluição atmosférica devastava a qualidade do ar dos centros urbanos. Para cumprir com as regulamentações mais rígidas da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos sobre emissões de escapamento, a maioria dos veículos movidos a gasolina a partir do modelo de 1975 são equipados com conversores catalíticos. Esses conversores "bidirecionais" combinam oxigênio com monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não queimados (C _n H _n ) para produzir dióxido de carbono (CO ₂ ) e água (H ₂ O). Em 1981, os conversores catalíticos bidirecionais tornaram-se obsoletos por conversores "de três vias" que também reduzem os óxidos de nitrogênio ( NO
x ); no entanto, os conversores bidirecionais ainda são usados para motores lean-burn. Isso ocorre porque os conversores de três vias requerem combustão rica ou estequiométrica para reduzir com sucesso o NO
x .

Embora os conversores catalíticos sejam mais comumente aplicados a sistemas de exaustão de automóveis, eles também são usados em geradores elétricos , empilhadeiras , equipamentos de mineração, caminhões , ônibus , locomotivas , motocicletas e navios. Eles são até usados em alguns fogões a lenha para controlar as emissões. Isso geralmente ocorre em resposta à regulamentação governamental , seja por meio de regulamentação ambiental direta ou por meio de regulamentações de saúde e segurança.

História

Os protótipos do conversor catalítico foram projetados pela primeira vez na França no final do século 19, quando apenas alguns milhares de "carros a óleo" circulavam; esses protótipos tinham um material inerte revestido com platina, irídio e paládio, selado em um cilindro metálico duplo.

Algumas décadas depois, um conversor catalítico foi patenteado por Eugene Houdry , um engenheiro mecânico francês e especialista em refino de óleo catalítico, que se mudou para os Estados Unidos em 1930. Quando os resultados dos primeiros estudos sobre poluição em Los Angeles foram publicados, Houdry tornou-se preocupado com o papel do escapamento da chaminé e do escapamento de automóveis na poluição do ar e fundou uma empresa chamada Oxy-Catalyst. Houdry desenvolveu primeiro conversores catalíticos para chaminés chamados de "gatos", e mais tarde desenvolveu conversores catalíticos para empilhadeiras de armazém que usavam gasolina sem chumbo de baixa qualidade. Em meados da década de 1950, ele começou a pesquisar para desenvolver conversores catalíticos para motores a gasolina usados em automóveis. Ele foi premiado com a patente dos Estados Unidos 2.742.437 por seu trabalho.

Os conversores catalíticos foram desenvolvidos por uma série de engenheiros, incluindo Carl D. Keith , John J. Mooney , Antonio Eleazar e Phillip Messina na Engelhard Corporation, criando o primeiro conversor catalítico de produção em 1973.

A primeira introdução generalizada de conversores catalíticos foi no mercado automotivo dos Estados Unidos. Para cumprir com a nova regulamentação da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos sobre emissões de escapamento, a maioria dos veículos movidos a gasolina a partir do modelo de 1975 são equipados com conversores catalíticos. Esses conversores "bidirecionais" combinavam oxigênio com monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não queimados (C _n H _n ) para produzir dióxido de carbono (CO ₂ ) e água (H ₂ O). Esses rigorosos regulamentos de controle de emissões forçaram a remoção do chumbo tetraetila do agente antidetonante da gasolina automotiva, para reduzir o chumbo no ar. O chumbo é um veneno de catalisador e destruiria efetivamente um conversor catalítico revestindo a superfície do catalisador. A exigência de remoção do chumbo permitiu o uso de conversores catalíticos para atender aos demais padrões de emissão previstos na regulamentação.

William C. Pfefferle desenvolveu um combustor catalítico para turbinas a gás no início dos anos 1970, permitindo a combustão sem a formação significativa de óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono.

Construção

Corte de um conversor de núcleo de metal

Conversor de núcleo cerâmico

A construção do conversor catalítico é a seguinte:

O suporte ou substrato do catalisador . Para conversores catalíticos automotivos, o núcleo é geralmente um monólito de cerâmica que tem uma estrutura em colmeia (geralmente quadrada, não hexagonal). (Antes de meados da década de 1980, o material do catalisador foi depositado em um leito compactado de pellets de alumina nas primeiras aplicações de GM). Monólitos de folha metálica feitos de Kanthal (FeCrAl) são usados em aplicações onde é necessária uma resistência ao calor particularmente alta. O substrato é estruturado para produzir uma grande área de superfície . O substrato de cerâmica cordierita usado na maioria dos conversores catalíticos foi inventado por Rodney Bagley , Irwin Lachman e Ronald Lewis na Corning Glass , pelo qual foram incluídos no National Inventors Hall of Fame em 2002.
O washcoat. Um washcoat é um transportador para os materiais catalíticos e é usado para dispersar os materiais em uma grande área de superfície. O óxido de alumínio , dióxido de titânio , dióxido de silício , ou uma mistura de sílica e alumina podem ser utilizados. Os materiais catalíticos são suspensos no washcoat antes de serem aplicados ao núcleo. Os materiais Washcoat são selecionados para formar uma superfície áspera e irregular, o que aumenta a área da superfície em comparação com a superfície lisa do substrato descoberto.
Ceria ou céria-zircônia . Esses óxidos são adicionados principalmente como promotores de armazenamento de oxigênio.
O catalisador em si é geralmente uma mistura de metais preciosos , principalmente do grupo da platina . A platina é o catalisador mais ativo e é amplamente utilizado, mas não é adequado para todas as aplicações por causa de reações adicionais indesejadas e alto custo. Paládio e ródio são dois outros metais preciosos usados. O ródio é usado como um catalisador de redução , o paládio é usado como um catalisador de oxidação e a platina é usada tanto para redução quanto para oxidação. Cério , ferro , manganês e níquel também são usados, embora cada um tenha limitações. O níquel não é legal para uso na União Europeia por causa de sua reação com o monóxido de carbono em tetracarbonil de níquel tóxico . O cobre pode ser usado em qualquer lugar, exceto no Japão .

Em caso de falha, um conversor catalítico pode ser reciclado em sucata . Os metais preciosos dentro do conversor, incluindo platina, paládio e ródio, são extraídos.

Colocação de conversores catalíticos

Os conversores catalíticos requerem uma temperatura de 400 ° C (752 ° F) para operar com eficácia. Portanto, eles são colocados o mais próximo possível do motor, ou um ou mais conversores catalíticos menores (conhecidos como "pré-gatos") são colocados imediatamente após o coletor de escape.

Tipos

Mão dupla

Um conversor catalítico de 2 vias (ou "oxidação", às vezes chamado de "oxi-cat") tem duas tarefas simultâneas:

Oxidação de monóxido de carbono em dióxido de carbono : 2 CO + O ₂ → 2 CO ₂
Oxidação de hidrocarbonetos ( combustível não queimado e parcialmente queimado) em dióxido de carbono e água : C _x H _{2x + 2} + [(3x + 1) / 2] O ₂ → x CO ₂ + (x + 1) H ₂ O (uma combustão reação)

Este tipo de conversor catalítico é amplamente utilizado em motores a diesel para reduzir as emissões de hidrocarbonetos e monóxido de carbono. Eles também foram usados em motores a gasolina em automóveis nos mercados americano e canadense até 1981. Por causa de sua incapacidade de controlar óxidos de nitrogênio , foram substituídos por conversores de três vias.

Três formas

Os conversores catalíticos de três vias têm a vantagem adicional de controlar a emissão de óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO ₂ ) (ambos juntos abreviados com NO
x e não deve ser confundido com óxido nitroso (N ₂ O) ), que são precursores da chuva ácida e da poluição atmosférica .

Desde 1981, conversores catalíticos de "três vias" (oxidação-redução) têm sido usados em sistemas de controle de emissão de veículos nos Estados Unidos e Canadá; muitos outros países também adotaram regulamentos rigorosos de emissão de veículos que, na verdade, exigem conversores de três vias em veículos movidos a gasolina. Os catalisadores de redução e oxidação estão normalmente contidos em um alojamento comum; no entanto, em alguns casos, eles podem ser alojados separadamente. Um conversor catalítico de três vias tem três tarefas simultâneas:

Redução de óxidos de nitrogênio em nitrogênio (N ₂ )

${\ displaystyle {\ text {C}} + 2 {\ text {NO}} _ {2} \, \ rightarrow \, {\ text {CO}} _ {2} +2 {\ text {NO}}}$
${\ displaystyle {\ text {CO}} + {\ text {NO}} \, \ rightarrow \, {\ text {CO}} _ {2} + {\ frac {1} {2}} {\ text { N}} _ {2}}$
${\ displaystyle 2 {\ text {CO}} + {\ text {NO}} _ {2} \, \ rightarrow \, 2 {\ text {CO}} _ {2} + {\ frac {1} {2 }} {\ text {N}} _ {2}}$
${\ displaystyle {\ text {H}} _ {2} + {\ text {NO}} \, \ rightarrow \, {\ text {H}} _ {2} {\ text {O}} + {\ frac {1} {2}} {\ text {N}} _ {2}}$

Oxidação de carbono, hidrocarbonetos e monóxido de carbono em dióxido de carbono

${\ displaystyle {\ text {C}} + {\ text {O}} _ {2} \, \ rightarrow \, {\ text {CO}} _ {2}}$
${\ displaystyle {\ text {CO}} + {\ frac {1} {2}} {\ text {O}} _ {2} \, \ rightarrow \, {\ text {CO}} _ {2}}$
${\ displaystyle a \, {\ text {C}} _ {x} {\ text {H}} _ {y} + b \, {\ text {O}} _ {2} \, \ rightarrow \, c \, {\ text {CO}} _ {2} + d \, {\ text {H}} _ {2} {\ text {O}} \ qquad a, \, b, \, c, \, d , \, x, \, y \ in \ mathbb {Z}}$

Essas três reações ocorrem de forma mais eficiente quando o conversor catalítico recebe gases de escape de um motor funcionando ligeiramente acima do ponto estequiométrico . Para a combustão da gasolina, essa proporção está entre 14,6 e 14,8 partes de ar para uma parte de combustível, por peso. A proporção para autogás (ou gás liquefeito de petróleo GLP), gás natural e combustíveis de etanol pode variar significativamente para cada um, notavelmente com combustíveis oxigenados ou à base de álcool, com e85 exigindo aproximadamente 34% mais combustível, exigindo ajuste do sistema de combustível modificado e componentes quando usando esses combustíveis. Em geral, os motores equipados com conversores catalíticos de 3 vias são equipados com um sistema de injeção de combustível de feedback de circuito fechado computadorizado usando um ou mais sensores de oxigênio , embora no início da implantação de conversores de três vias tenham sido usados carburadores equipados com controle de mistura de feedback.

Os conversores de três vias são eficazes quando o motor é operado dentro de uma faixa estreita de relações ar-combustível perto do ponto estequiométrico, de modo que a composição do gás de escape oscila entre rico (excesso de combustível) e pobre (excesso de oxigênio). A eficiência da conversão cai muito rapidamente quando o motor é operado fora dessa faixa. Em operação pobre do motor, o escapamento contém excesso de oxigênio e a redução de NO
x não é favorecido. Em condições ricas, o excesso de combustível consome todo o oxigênio disponível antes do catalisador, deixando apenas o oxigênio armazenado no catalisador disponível para a função de oxidação.

Os sistemas de controle do motor de circuito fechado são necessários para a operação eficaz dos conversores catalíticos de três vias devido ao equilíbrio contínuo necessário para o NO eficaz
x redução e oxidação de HC. O sistema de controle tem como objetivo evitar o NÃO
x o catalisador de redução de se tornar totalmente oxidado, mas reabastece o material de armazenamento de oxigênio para que sua função como um catalisador de oxidação seja mantida.

Os conversores catalíticos de três vias podem armazenar oxigênio do fluxo de gases de escape, geralmente quando a proporção ar-combustível diminui. Quando não há oxigênio suficiente disponível no fluxo de exaustão, o oxigênio armazenado é liberado e consumido (ver óxido de cério (IV) ) . A falta de oxigênio suficiente ocorre quando o oxigênio é derivado de NO
x a redução não está disponível ou quando certas manobras, como a forte aceleração, enriquecem a mistura além da capacidade do conversor de fornecer oxigênio.

Reações indesejadas

As reações indesejadas resultam na formação de sulfeto de hidrogênio e amônia , que envenenam os catalisadores. Às vezes, adiciona-se níquel ou manganês ao washcoat para limitar as emissões de sulfeto de hidrogênio. Os combustíveis sem enxofre ou com baixo teor de enxofre eliminam ou minimizam os problemas com o sulfeto de hidrogênio.

Motores a diesel

Para motores de ignição por compressão (isto é, diesel ), o conversor catalítico mais comumente usado é o catalisador de oxidação de diesel (DOC). Os DOCs contêm paládio e / ou platina suportada em alumina . Este catalisador converte matéria particulada (PM), hidrocarbonetos e monóxido de carbono em dióxido de carbono e água. Esses conversores geralmente operam com 90% de eficiência, eliminando virtualmente o odor de diesel e ajudando a reduzir as partículas visíveis. Esses catalisadores são ineficazes para NO
x então NÃO
x as emissões dos motores a diesel são controladas pela recirculação dos gases de escape (EGR).

Em 2010, a maioria dos fabricantes de diesel para serviços leves nos Estados Unidos adicionou sistemas catalíticos a seus veículos para atender aos requisitos federais de emissões. Duas técnicas foram desenvolvidas para a redução catalítica de NO
x emissões sob condições de exaustão pobre, redução catalítica seletiva (SCR) e o NO
x adsorvedor .

Em vez de metais preciosos contendo NO
x absorvedores, a maioria dos fabricantes selecionou sistemas SCR de metal básico que usam um reagente como a amônia para reduzir o NO
x em nitrogênio e água. A amônia é fornecida ao sistema de catalisador pela injeção de ureia no escapamento, que então sofre decomposição térmica e hidrólise em amônia. A solução de ureia também é conhecida como fluido de exaustão de diesel (DEF).

O escapamento de diesel contém níveis relativamente altos de partículas. Os conversores catalíticos removem apenas 20–40% das partículas, portanto, as partículas são limpas por uma armadilha de fuligem ou filtro de partículas diesel (DPF). Nos EUA, todos os veículos rodoviários leves, médios e pesados movidos a diesel construídos após 1º de janeiro de 2007 estão sujeitos a limites de emissão de partículas diesel e, portanto, estão equipados com um conversor catalítico de 2 vias e um filtro de partículas diesel . Desde que o motor tenha sido fabricado antes de 1º de janeiro de 2007, o veículo não precisa ter o sistema DPF. Isso levou a um aumento de estoque por parte dos fabricantes de motores no final de 2006 para que eles pudessem continuar vendendo veículos pré-DPF até 2007.

Motores de ignição por centelha de queima enxuta

Para motores de ignição por centelha de queima pobre , um catalisador de oxidação é usado da mesma maneira que em um motor a diesel. As emissões dos motores de ignição por centelha de queima pobre são muito semelhantes às emissões de um motor de ignição por compressão a diesel.

Instalação

Muitos veículos têm um conversor catalítico de acoplamento próximo localizado próximo ao coletor de escape do motor . O conversor aquece rapidamente, devido à sua exposição aos gases de escape muito quentes, o que permite reduzir emissões indesejáveis durante o período de aquecimento do motor. Isso é conseguido queimando o excesso de hidrocarbonetos que resultam da mistura extra-rica necessária para uma partida a frio.

Quando os conversores catalíticos foram introduzidos pela primeira vez, a maioria dos veículos usava carburadores que forneciam uma relação ar-combustível relativamente rica . Os níveis de oxigênio (O ₂ ) na corrente de exaustão foram, portanto, geralmente insuficientes para que a reação catalítica ocorresse de forma eficiente. A maioria dos projetos da época, portanto, incluía injeção de ar secundária , que injetava ar no fluxo de exaustão. Isso aumentou o oxigênio disponível, permitindo que o catalisador funcionasse como pretendido.

Alguns sistemas de conversores catalíticos de três vias têm sistemas de injeção de ar com o ar injetado entre os primeiros ( NO
x redução) e segundo (oxidação de HC e CO) do conversor. Como nos conversores bidirecionais, esse ar injetado fornece oxigênio para as reações de oxidação. Um ponto de injeção de ar a montante, à frente do conversor catalítico, às vezes também está presente para fornecer oxigênio adicional apenas durante o período de aquecimento do motor. Isso faz com que o combustível não queimado entre no tubo de exaustão, impedindo-o de chegar ao conversor catalítico. Essa técnica reduz o tempo de funcionamento do motor necessário para que o conversor catalítico alcance sua temperatura de "desligamento" ou de operação .

A maioria dos veículos mais novos possui sistemas de injeção eletrônica de combustível e não requerem sistemas de injeção de ar em seus escapamentos. Em vez disso, eles fornecem uma mistura de ar-combustível precisamente controlada que alterna rápida e continuamente entre a combustão pobre e rica. Os sensores de oxigênio monitoram o conteúdo de oxigênio do escapamento antes e depois do conversor catalítico, e a unidade de controle do motor usa essas informações para ajustar a injeção de combustível de modo a evitar o primeiro ( NO
x de redução) de se tornar carregado de oxigênio, ao mesmo tempo em que garante que o segundo catalisador (oxidação de HC e CO) esteja suficientemente saturado de oxigênio.

Dano

O envenenamento por catalisador ocorre quando o conversor catalítico é exposto ao escapamento contendo substâncias que revestem as superfícies de trabalho, de modo que não podem entrar em contato e reagir com o escapamento. O contaminante mais notável é o chumbo , portanto, os veículos equipados com conversores catalíticos podem funcionar apenas com combustível sem chumbo . Outros venenos catalisadores comuns incluem enxofre , manganês (originado principalmente do aditivo de gasolina MMT ) e silício , que pode entrar na corrente de escapamento se o motor apresentar um vazamento que permita a entrada do refrigerante na câmara de combustão. O fósforo é outro contaminante do catalisador. Embora o fósforo não seja mais usado na gasolina, ele (e o zinco , outro contaminante do catalisador de baixo nível) foi amplamente usado em aditivos antidesgaste de óleo de motor , como o ditiofosfato de zinco (ZDDP). A partir de 2004, um limite de concentração de fósforo em óleos de motor foi adotado nas especificações API SM e ILSAC GF-4.

Dependendo do contaminante, o envenenamento do catalisador às vezes pode ser revertido fazendo o motor funcionar sob uma carga muito pesada por um longo período de tempo. O aumento da temperatura de exaustão pode às vezes vaporizar ou sublimar o contaminante, removendo-o da superfície catalítica. No entanto, a remoção de depósitos de chumbo dessa maneira geralmente não é possível devido ao alto ponto de ebulição do chumbo.

Qualquer condição que faça com que níveis anormalmente elevados de hidrocarbonetos não queimados (combustível bruto ou parcialmente queimado ou óleos) cheguem ao conversor tenderá a elevar significativamente sua temperatura, trazendo o risco de derretimento do substrato e resultante desativação catalítica e severa restrição de exaustão. Essas condições incluem falha dos componentes a montante do sistema de escapamento (conjunto coletor / coletor e braçadeiras associadas suscetíveis a ferrugem / corrosão e / ou fadiga, por exemplo, a fragmentação do coletor de escapamento após ciclos de aquecimento repetidos), sistema de ignição, por exemplo, pacotes de bobinas e / ou ignição primária componentes (por exemplo, tampa do distribuidor, fios, bobina de ignição e velas de ignição) e / ou componentes do sistema de combustível danificados (injetores de combustível, regulador de pressão de combustível e sensores associados). Vazamentos de óleo e / ou refrigerante, talvez causados por um vazamento na junta do cabeçote, também podem causar hidrocarbonetos não queimados.

Regulamentos

Os regulamentos de emissões variam consideravelmente de jurisdição para jurisdição. A maioria dos motores de ignição por centelha para automóveis na América do Norte são equipados com conversores catalíticos desde 1975, e a tecnologia usada em aplicações não automotivas é geralmente baseada na tecnologia automotiva. Em muitas jurisdições, é ilegal remover ou desativar um conversor catalítico por qualquer motivo que não seja sua substituição direta e imediata. No entanto, alguns proprietários de veículos removem ou "destroem" o conversor catalítico de seus veículos. Em tais casos, o conversor pode ser substituído por uma seção soldada de tubo comum ou um "tubo de teste" flangeado, aparentemente destinado a verificar se o conversor está entupido, comparando como o motor funciona com e sem o conversor. Isso facilita a reinstalação temporária do conversor para passar no teste de emissão.

Nos Estados Unidos, é uma violação da Seção 203 (a) (3) (A) da Lei do Ar Limpo emendada de 1990 para uma oficina de reparo de veículos remover um conversor de um veículo ou fazer com que um conversor seja removido de um veículo, exceto para substituí-lo por outro conversor, e a Seção 203 (a) (3) (B) torna ilegal para qualquer pessoa vender ou instalar qualquer peça que contorne, anule ou torne inoperante qualquer sistema de controle de emissão , dispositivo ou elemento de design. Veículos sem conversores catalíticos funcionando geralmente falham nas inspeções de emissão. O mercado de reposição automotivo fornece conversores de alto fluxo para veículos com motores atualizados ou cujos proprietários preferem um sistema de escapamento com capacidade maior do que o estoque.

Efeito no fluxo de exaustão

Os conversores catalíticos defeituosos, bem como os primeiros tipos de conversores não danificados, podem restringir o fluxo do escapamento, o que afeta negativamente o desempenho do veículo e a economia de combustível. Os conversores catalíticos modernos não restringem significativamente o fluxo de exaustão. Um teste de 2006 em um Honda Civic 1999, por exemplo, mostrou que a remoção do conversor catalítico padrão gerou apenas um aumento de 3% na potência máxima; um novo conversor de núcleo metálico custava ao carro apenas 1% de potência, em comparação com nenhum conversor.

Perigos

Carburadores em veículos pré-1981 sem controle de mistura ar-combustível de feedback poderiam facilmente fornecer muito combustível para o motor, o que poderia causar superaquecimento do conversor catalítico e potencialmente inflamar materiais inflamáveis sob o carro.

Período de aquecimento

Os veículos equipados com conversores catalíticos emitem a maior parte da poluição total durante os primeiros cinco minutos de funcionamento do motor; por exemplo, antes que o conversor catalítico tenha aquecido o suficiente para ser totalmente eficaz.

No início dos anos 2000, tornou-se comum colocar o catalisador bem próximo ao coletor de escapamento, próximo ao motor, para um aquecimento muito mais rápido. Em 1995, a Alpina lançou um catalisador aquecido eletricamente. Chamado de "E-KAT", foi usado no B12 5,7 E-KAT da Alpina baseado no BMW 750i . As bobinas de aquecimento dentro dos conjuntos do conversor catalítico são eletrificadas logo após a partida do motor, elevando o catalisador à temperatura de operação muito rapidamente para qualificar o veículo para a designação de veículo de baixa emissão (LEV). Mais tarde, a BMW introduziu o mesmo catalisador aquecido, desenvolvido em conjunto pela Emitec, Alpina e BMW, em seu 750i em 1999.

Alguns veículos contêm um pré-gato, um pequeno conversor catalítico a montante do conversor catalítico principal que aquece mais rápido na partida do veículo, reduzindo as emissões associadas às partidas a frio. Um pré-gato é mais comumente usado por um fabricante de automóveis ao tentar atingir a classificação do Veículo de Emissões Ultra Baixas (ULEV), como no Toyota MR2 Roadster.

Impacto ambiental

Os conversores catalíticos provaram ser confiáveis e eficazes na redução de emissões nocivas pelo tubo de escape. No entanto, eles também têm algumas deficiências no uso e também impactos ambientais adversos na produção:

Um motor equipado com um catalisador de três vias deve funcionar no ponto estequiométrico , o que significa que mais combustível é consumido do que em um motor de queima pobre . Isso significa aproximadamente 10% a mais _de emissões de CO ₂ do veículo.
A produção do conversor catalítico requer paládio ou platina ; parte do suprimento mundial desses metais preciosos é produzida perto de Norilsk , na Rússia , onde a indústria (entre outras) fez com que Norilsk fosse adicionado à lista dos lugares mais poluídos da revista Time .
O calor extremo dos próprios conversores pode causar incêndios florestais , especialmente em áreas secas.

Roubo

Devido à localização externa e ao uso de metais preciosos valiosos, incluindo platina , paládio e ródio , os conversores catalíticos são um alvo para ladrões. O problema é especialmente comum entre os modelos mais recentes de caminhões e SUVs, por causa de sua grande distância ao solo e conversores catalíticos aparafusados de fácil remoção. Os conversores soldados também correm o risco de roubo, pois podem ser facilmente cortados. Os cortadores de tubos são freqüentemente usados para remover silenciosamente o conversor, mas outras ferramentas, como uma serra recíproca portátil , podem danificar outros componentes do carro, como o alternador, a fiação ou as tubulações de combustível, com consequências potencialmente perigosas. O aumento dos preços dos metais nos EUA durante o boom de commodities dos anos 2000 levou a um aumento significativo no roubo de conversores. Um conversor catalítico pode custar mais de US $ 1.000 para substituir, mais se o veículo for danificado durante o roubo.

De 2019-2020, os ladrões no Reino Unido visavam carros híbridos de modelos mais antigos que têm mais metais preciosos do que veículos mais novos - às vezes valendo mais do que o valor do carro - levando à escassez e longos atrasos na sua substituição.

Em 2021, surgiu uma tendência na República Democrática do Congo, onde conversores catalíticos foram roubados para uso na produção de drogas.

Diagnóstico

Várias jurisdições agora exigem diagnósticos integrados para monitorar a função e a condição do sistema de controle de emissões, incluindo o conversor catalítico. Os veículos equipados com sistemas de diagnóstico OBD-II são projetados para alertar o motorista sobre uma condição de falha de ignição por meio da iluminação da luz "verificar motor" no painel ou piscando se as condições atuais de falha de ignição forem severas o suficiente para potencialmente danificar o conversor catalítico.

Os sistemas de diagnóstico a bordo assumem várias formas.

Os sensores de temperatura são usados para duas finalidades. O primeiro é como um sistema de alerta, normalmente em conversores catalíticos bidirecionais, como às vezes ainda são usados em empilhadeiras de GLP. A função do sensor é alertar sobre a temperatura do conversor catalítico acima do limite seguro de 750 ° C (1.380 ° F). Os projetos de conversores catalíticos modernos não são tão suscetíveis a danos causados pela temperatura e podem suportar temperaturas sustentadas de 900 ° C (1.650 ° F). Os sensores de temperatura também são usados para monitorar o funcionamento do catalisador: geralmente dois sensores serão instalados, um antes do catalisador e um depois para monitorar o aumento da temperatura sobre o núcleo do conversor catalítico.

O sensor de oxigênio é a base do sistema de controle de circuito fechado em um motor de combustão rica com ignição por centelha; no entanto, também é usado para diagnósticos. Em veículos com OBD II , um segundo sensor de oxigênio é instalado após o conversor catalítico para monitorar os níveis de O ₂ . Os níveis de O ₂ são monitorados para verificar a eficiência do processo de queima. O computador de bordo faz comparações entre as leituras dos dois sensores. As leituras são feitas por medições de tensão. Se ambos os sensores mostrarem a mesma saída ou o O ₂ traseiro estiver "comutando", o computador reconhecerá que o conversor catalítico não está funcionando ou foi removido e operará uma lâmpada indicadora de mau funcionamento e afetará o desempenho do motor. Simples "simuladores de sensor de oxigênio" foram desenvolvidos para contornar esse problema, simulando a mudança no conversor catalítico com planos e dispositivos pré-montados disponíveis na Internet. Embora não sejam legais para uso na estrada, eles têm sido usados com resultados mistos. Dispositivos semelhantes aplicam um deslocamento aos sinais do sensor, permitindo que o motor execute uma queima pobre mais econômica em combustível que pode, no entanto, danificar o motor ou o conversor catalítico.

NÃO
x sensores são extremamente caros e, em geral, usados apenas quando um motor de ignição por compressão está equipado com um conversor de redução catalítica seletiva (SCR), ou um NO
x absorvedor em um sistema de feedback. Quando instalado em um sistema SCR, pode haver um ou dois sensores. Quando um sensor é instalado, ele será pré-catalisador; quando dois são encaixados, o segundo será pós-catalisador. Eles são usados pelas mesmas razões e da mesma maneira que um sensor de oxigênio; a única diferença é a substância que está sendo monitorada.

Veja também

Referências

Leitura adicional

Keith, CD, et al. Patente US 3.441.381 : "Aparelho para purificar gases de escape de um motor de combustão interna". 29 de abril de 1969
Lachman, IM et al. Patente US 3.885.977 : "Anisotropic Cordierite Monolith" (substrato de cerâmica). 5 de novembro de 1973
Charles H. Bailey. Patente US 4.094.645 : " Silenciador de combinação e conversor catalítico com baixa contrapressão". 13 de junho de 1978
Charles H. Bailey. Patente US 4.250.146 : '"Conversor catalítico monolítico sem caixa". 10 de fevereiro de 1981
Srinivasan Gopalakrishnan. GB 2397782 : "Process And Synthesizer For Molecular Engineering of Materials". 13 de março de 2002 .

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