Como funciona um conversor catalítico?

Em Mecânica e manutenção de veículos por André M. Coelho

Prédios enegrecidos e ruas sufocantes. Se essa é sua experiência quando você abre a porta da frente pela manhã, provavelmente mora em uma cidade grande. Carros, ônibus e caminhões têm sido um grande presente para o mundo, porque nos ajudam a nos mover (e as coisas que precisamos) com rapidez e eficiência. Mas a poluição de seus motores estraga os lugares onde vivemos e prejudica nossa saúde. Felizmente, a maioria dos veículos está agora equipada com unidades de redução da poluição chamadas conversores catalíticos, que transformam os produtos químicos nocivos em gases de escape em gases inofensivos, como o vapor. Vamos dar uma olhada nesses aparelhos brilhantes e como eles funcionam!

Por que os motores fazem poluição?

Os motores dos carros funcionam com gasolina ou diesel, que são feitos de petróleo. A maior parte do nosso petróleo é formada quando os restos de pequenas criaturas marinhas apodrecem, aquecem e são espremidos por camadas de rochas do fundo do mar. O petróleo é composto de hidrocarbonetos (moléculas construídas a partir de átomos de carbono e hidrogênio), porque os organismos vivos são feitos principalmente desses átomos também.

Em teoria, se você queima qualquer tipo de combustível de hidrocarboneto com oxigênio do ar, libera muita energia e não produz nada além de dióxido de carbono e água, que são limpos e relativamente inofensivos. Na prática, porém, a gasolina é uma mistura de cerca de 150 produtos químicos diferentes, não apenas hidrocarbonetos, mas também aditivos, e não queima tão limpa quanto gostaríamos. Isso significa que você geralmente recebe alguma poluição do ar como um subproduto. Os gases poluentes produzidos pelos motores dos carros incluem um gás venenoso chamado monóxido de carbono, COVs (compostos orgânicos voláteis) e óxidos de nitrogênio que causam “poluição” (o tipo de poluição turva e asfixiante que todos conhecemos e detestamos).

O que é um conversor catalítico?

Os gases poluentes são feitos de moléculas prejudiciais, mas essas moléculas são feitas de átomos relativamente inofensivos. Então, se pudéssemos encontrar uma maneira de separar as moléculas depois que elas deixassem o motor de um carro e antes que elas fossem bombeadas para o ar, poderíamos quebrar o problema da poluição. Esse é o trabalho que um catalisador faz.

Esses aparelhos são muito mais simples do que parecem. Um catalisador é simplesmente uma substância química que faz com que uma reação química seja mais rápida sem que ela mesma se altere no processo. É um pouco como um treinador de atletismo que fica ao lado da pista e grita para os corredores irem mais rápido. O treinador não corre em qualquer lugar; ele apenas fica parado, agita os braços e faz os corredores se acelerarem. Em um catalisador, o trabalho do catalisador é acelerar a remoção da poluição. O catalisador é feito de platina ou de um metal semelhante a platina, como paládio ou ródio.

Um catalisador é uma grande caixa de metal, aparafusada à parte de baixo do seu carro, que tem dois canos saindo dela. Um deles (a “entrada” do conversor) é conectado ao motor e traz fumaça quente e poluída dos cilindros do motor (onde o combustível queima e produz energia). O segundo tubo (a “saída” do conversor) é conectado ao tubo de escape (escape). À medida que os gases da fumaça do motor sopram sobre o catalisador, reações químicas ocorrem em sua superfície, quebrando os gases poluentes e convertendo-os em outros gases que são seguros o suficiente para soprar inofensivamente no ar.

Uma coisa muito importante a notar sobre conversores catalíticos é que eles exigem que você use combustível sem chumbo, porque o chumbo no combustível convencional “envenena” o catalisador e evita que ele absorva os poluentes nos gases de escape.

O que acontece em um conversor catalítico?

Dentro do conversor, os gases fluem através de uma densa estrutura de favo de mel feita de cerâmica e revestida com os catalisadores. A estrutura de favo de mel significa que os gases tocam uma área maior de catalisador de uma vez, então eles são convertidos de forma mais rápida e eficiente. Normalmente, existem dois catalisadores diferentes em um conversor catalítico.

Um deles aborda a poluição por óxido de nitrogênio usando um processo químico chamado redução (remoção de oxigênio). Isso fragmenta os óxidos de nitrogênio em gases de nitrogênio e oxigênio (que são inofensivos, porque já existem no ar ao nosso redor).

O outro catalisador funciona por um processo químico oposto chamado oxidação (adição de oxigênio) e transforma o monóxido de carbono em dióxido de carbono. Outra reação de oxidação transforma hidrocarbonetos não queimados no escapamento em dióxido de carbono e água.

Com efeito, três reações químicas diferentes estão acontecendo ao mesmo tempo. É por isso que falamos de conversores catalíticos de três vias. (Alguns conversores menos eficientes realizam apenas as duas segundas reações (de oxidação), então eles são chamados de conversores catalíticos bidirecionais.) Depois que o catalisador fez seu trabalho, o que emerge do escape é principalmente nitrogênio, oxigênio, carbono. dióxido de carbono e água (na forma de vapor).

O conversor catalítico é responsável por reduzir os poluentes que são produzidos pela queima do combustível de um veículo. (Foto: ExtremeTerrain)

Quão eficazes são os catalisadores?

Os conversores catalíticos são projetados principalmente para reduzir a poluição do ar local e imediata – ar sujo onde você está dirigindo – e esse gráfico certamente parece sugerir que eles são eficazes. Mesmo assim, as pessoas às vezes questionam se elas são realmente tão verdes quanto parecem. É importante lembrar que eles reduzem as emissões em vez de eliminá-las completamente.

Um problema é que eles só funcionam realmente em altas temperaturas (mais de 300 ° C ou mais), quando o motor teve chance de se aquecer. Os primeiros tipos de conversores catalíticos normalmente levavam cerca de 10 a 15 minutos para aquecer, então eles eram completamente ineficazes para os primeiros poucos quilômetros / milhas de uma jornada (ou qualquer parte de uma jornada muito curta). Aquecimento moderno acontece em apenas 2 a 3 minutos; Mesmo assim, ainda podem ocorrer emissões significativas durante esse período.

Outra questão é saber se aumentam as emissões de gases de efeito estufa. Pensamos no dióxido de carbono como um gás seguro, porque não é tóxico em concentrações diárias. No entanto, não é totalmente inofensivo, porque agora sabemos que é a principal causa do aquecimento global e da mudança climática. Algumas pessoas acreditam que os catalisadores pioram a mudança climática porque transformam o monóxido de carbono em dióxido de carbono. Na verdade, o monóxido de carbono produzido por seu carro acabaria se transformando em dióxido de carbono na atmosfera sozinho, então um conversor catalítico não faz diferença: ele simplesmente reduz o monóxido de carbono que um carro bombeia para a rua à medida que avança, melhorar a qualidade do ar local.

Mas quando se trata de mudança climática, engenheiros automotivos e ambientalistas há muito apontam outra questão séria. Embora os gatos convertam a maioria dos óxidos de nitrogênio em nitrogênio e oxigênio, eles também produzem pequenas quantidades de óxido nitroso (N2O) no processo, um gás de efeito estufa que é 300 vezes mais potente que o dióxido de carbono. O problema é que, com tantos veículos na estrada, até mesmo pequenas quantidades de óxido nitroso se somam a um grande problema. A introdução de conversores catalíticos como uma medida de controle da poluição na maioria dos países industrializados está resultando em um aumento substancial nas emissões de N2O dos veículos a gasolina. Felizmente, os conversores catalíticos mais recentes produzem óxido nitroso menos nitidamente do que os mais antigos. Mesmo assim, enquanto catalisadores certamente nos ajudaram a combater a poluição do ar a curto prazo, há preocupações de que, quando se trata de mudanças climáticas de longo prazo, eles possam estar piorando as coisas.

Os catalisadores funcionam para motores a diesel?

Motores a diesel podem e usam conversores catalíticos, mas existem várias diferenças importantes em relação a como eles funcionam em motores a gasolina.

Em vez de catalisadores de três vias, os motores diesel usam catalisadores de oxidação de duas vias (que lidam apenas com monóxido de carbono e hidrocarbonetos) e especificamente projetados para trabalhar com escapamentos de motores a diesel, que são significativamente mais frios que os escapamentos de gasolina.

Como eles não têm catalisadores de redução, os motores a diesel produzem emissões de escapamento de óxido de nitrogênio muito mais altas que os motores a gasolina. (Existem vários outros mecanismos que o diesel pode usar para lidar com as emissões de NOx, mas não entraremos em detalhes aqui.)

Conversores catalíticos em motores diesel ajudam a reduzir as emissões de particulados (principalmente fuligem), embora apenas ligeiramente; especificamente, eles lidam com um tipo de particulado conhecido como a fração orgânica solúvel, feita a partir de hidrocarbonetos ligados à fuligem. Filtros de partículas de diesel devem ser usados para causar um impacto significativo nas emissões de fuligem de um motor.

Carros à parte, os motores a diesel tendem a alimentar veículos muito maiores do que os motores a gasolina (enormes máquinas de construção, por exemplo), com saída de exaustão consideravelmente maior. Em vez de um único conversor catalítico instalado entre o motor e o tubo de escape, eles podem ter um número de unidades individuais montadas em paralelo para lidar com o maior volume de gases de escape.

Ficou alguma dúvida sobre os catalisadores? Deixem nos comentários suas perguntas!

Sobre o autor

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

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