Neste artigo, você aprenderá quais poluentes são produzidos por um motor e por que e como um conversor catalítico lida com cada um desses poluentes. Os conversores catalíticos são equipamentos surpreendentemente simples, e é incrível ver o enorme impacto que eles causam!
Para reduzir as emissões, os motores dos carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que eles queimam. Eles tentam manter a taxa ar/combustível muito próxima do ponto estequiométrico, que é a taxa ideal calculada de ar/combustível. Teoricamente, nessa taxa, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, o ponto estequiométrico é de cerca de 14,.7:1, significando que para cada quilograma de gasolina, serão queimados 14,7 quilogramas de ar. Na verdade, a mistura de combustível varia bastante em relação à taxa ideal durante o deslocamento. Às vezes, a mistura pode ser pobre (taxa ar/combustível maior que 14,7), e outras vezes a mistura pode ser rica (taxa ar/combustível menor que 14,7). As principais emissões do motor de um carro são:
- Gás nitrogênio (N2) – 78 por cento do ar é composto de gás nitrogênio, e a maior parte dele passa direto pelo motor do carro.
- Dióxido de carbono (CO2) – Este é um produto da combustão. O carbono no combustível liga-se ao oxigênio no ar.
- Vapor d'água (H2O) – Este é outro produto da combustão. O hidrogênio no combustível liga-se ao oxigênio no ar.
Em geral, essas emissões são benignas (embora se acredite que as emissões de dióxido de carbono contribuam para o aquecimento global). Mas como o processo de combustão nunca é perfeito, são produzidas algumas quantidades menores de emissões mais nocivas nos motores dos carros:
- Monóxido de carbono (CO) – um gás venenoso, incolor e inodoro
- Hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) – produzidos, na maior parte, a partir do combustível não queimado que se evapora. A luz solar os decompõem para formar oxidantes, que reagem com óxidos de nitrogênio para ocasionar o ozônio no nível do solo (O3), um importante componente da poluição.
- Óxidos de nitrogênio (NO e NO2, chamados em conjunto de NOx) – contribuem para a poluição e a chuva ácida, e também causam irritação nas membranas mucosas dos seres humanos
Há três emissões regulamentadas principais, sendo também aquelas que os conversores catalíticos foram projetados para reduzir.
A maioria dos carros modernos está equipada com conversores catalíticos de três vias. “De três vias” refere-se às três emissões regulamentadas que ele ajuda a reduzir – monóxido de carbono, VOCs e moléculas de NOx. O conversor utiliza dois tipos diferentes de catalisadores, um catalisador de redução e um catalisador de oxidação. Ambos os tipos consistem de uma estrutura cerâmica revestida com um catalisador metálico, normalmente platina, ródio e/ou paládio. A idéia é criar uma estrutura que exponha a maior área possível da superfície do catalisador ao fluxo dos gases do escapamento, ao mesmo tempo em que também minimize a quantidade de catalisador necessária (ele é muito caro).
Um conversor catalítico de três vias: Observe os dois catalisadores separados
Há dois tipos principais de estruturas usadas em conversores catalíticos – favo de mel e contas de cerâmica. A maioria dos carros hoje em dia utiliza uma estrutura em favo de mel.
Estrutura de catalisador cerâmico em favo de mel
O catalisador de redução é o primeiro estágio do conversor catalítico. Ele utiliza platina e ródio para ajudar a reduzir as emissões de NOx. Quando uma molécula de NO ou NO2 entra em contato com o catalisador, o catalisador retira o átomo de nitrogênio da molécula e o retém, liberando oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio ligam-se a outros átomos de nitrogênio que também estão presos no catalisador, formando N2.
O catalisador de oxidação é o segundo estágio do conversor catalítico. Ele reduz os hidrocarbonetos não queimados e o monóxido de carbono, queimando (oxidando) ambos sobre um catalisador de platina e paládio. Esse catalisador auxilia na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante de oxigênio nos gases do escapamento.
Por exemplo:
2CO + O2 => 2CO2
Mas de onde veio o oxigênio?
O terceiro estágio é um sistema de controle, que monitora o fluxo dos gases do escapamento e utiliza essas informações para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio montado a vasante do conversor catalítico, o que significa que ele está mais próximo do motor do que o conversor. Esse sensor informa ao computador do motor quanto oxigênio existe nos gases do escapamento. O computador do motor pode aumentar ou diminuir a quantidade de oxigênio nos gases do escapamento, ajustando a taxa ar/combustível. Esse esquema de controle permite que o computador do motor assegure-se de que o motor esteja funcionando próximo ao ponto estequiométrico, e também assegure-se de que haja oxigênio suficiente nos gases do escapamento, para permitir que o catalisador de oxidação queime os hidrocarbonetos e CO não queimados.
O conversor catalítico realiza um excelente trabalho na redução da poluição, mas ele ainda pode melhorar substancialmente. Um de seus principais pontos fracos é que ele só trabalha em temperaturas bastante elevadas. Ao se dar a partida em um carro que estava frio, o conversor catalítico não faz quase nada para reduzir a poluição dos gases de seu escapamento.
Uma solução simples para esse problema é mover o conversor catalítico para mais próximo do motor. Isso significa que gases do escapamento mais quentes chegarão ao conversor e ele se aquecerá mais rapidamente, mas isso também pode reduzir a vida útil do conversor, já que ele passará a ficar exposto a temperaturas extremamente elevadas. A maioria das montadoras de automóveis posiciona o conversor sob o assento do passageiro dianteiro, longe o bastante do motor para manter a temperatura em níveis que não o prejudicarão.
Preaquecer o conversor catalítico é uma boa forma de reduzir as emissões. A forma mais fácil de preaquecer o conversor é utilizar aquecedores com resistência elétrica. Infelizmente, os sistemas elétricos de 12 V que existem na maioria dos carros não fornecem energia ou potência suficiente para aquecer o conversor catalítico rápido o bastante. A maioria das pessoas não esperaria por vários minutos pelo aquecimento do conversor catalítico antes de dar partida em seu carro. Carros híbridos que possuem grandes pacotes de baterias de alta tensão podem fornecer potência suficiente para aquecer o conversor catalítico muito rapidamente.
