Conversor catalítico

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Em engenharia mecânica, um conversor catalítico é um dispositivo catalisador usado para reduzir a toxicidade das emissões dos gases de escape de um motor de combustão interna. Foi introduzido nos Estados Unidos da América a partir de 1975, de forma que fosse cumprida a legislação exigida pela EPA sobre emissões de gases nocivos.^[1]

O catalisador foi introduzido no Brasil em 1992 para atender a fase L2 do Proconve. Tornou-se obrigatório em todos os veículos vendidos no Brasil (sejam nacionais ou importados) em 1997.

O conversor catalítico é utilizado por causa dos gases dos escapes que são constituídos por três componentes:

• Monóxido de carbono (CO), da combustão parcial dos hidrocarbonetos;
• Compostos orgânicos voláteis (VOC), da reação parcial dos hidrocarbonetos;
• Monóxido de nitrogênio, (NO), provenientes das reações entre azoto atmosférico e o oxigênio.

Os conversores catalíticos são a opção mais comum para o controle das emissões dos motores a gasolina, uma vez que são muito eficazes na redução das emissões de hidrocarbonetos (HC) e monóxido de carbono (CO), que poderão ser convertidas em mais de 80 e 90% respectivamente. Reduzem ainda a emissão de partículas em 10-50% devido à eliminação dos componentes orgânicos das partículas da gasolina. Também convertem grande parte dos NO_x em N₂.

Contrariamente aos sistemas de ventilação, os catalisadores utilizados no controle de emissões reduzem os seus efeitos diretamente na fonte, minimizando a exposição do usuário à inalação dos gases tóxicos. Problemas ambientais relacionados com este assunto envolvem uma série de tópicos, como a chuva ácida e o aquecimento global do planeta (emissão de SO_x, NO_x, CO, e O₃).

Um catalisador de três vias opera num circuito fechado que inclui uma catálise redutora, uma catálise oxidante e um sensor de oxigénio para regular a entrada de ar/combustível no motor: o catalisador pode, simultaneamente, oxidar o monóxido de carbono (CO) e os hidrocarbonetos (HC) a dióxido de carbono e água, enquanto reduz os óxidos de azoto, a azoto (N₂).

• A catálise redutora é o primeiro estágio do conversor catalítico constituído por 2 rolimãs: usa a platina e o ródio para reduzir as emissões de (NO).

Quando moléculas de NO ou de NO₂ entram em contacto com o catalisador, este quebra as ligações dos átomos de azoto nas moléculas, absorvendo-os na sua superfície e deixando livre os átomos de oxigénio para formarem O₂. Por exemplo:

2·NO_(g.) → N_2(g.) + O_2(g.), ou

2·NO_2(g.) → N_2(g.) + 2·O_2(g.)

• A catálise oxidante é o segundo estágio do conversor catalítico: oxida os hidrocarbonetos que não sofreram combustão e o monóxido de carbono através da passagem num leito catalisador de platina e paládio.

Por exemplo: 2·CO_(g.) + O_2(g.) → 2·CO_2(g.)

• O terceiro estágio é um sistema de controlo que monitoriza os gases de saída e usa a informação para controlar o sistema de injecção de combustível: um sensor de oxigénio montado na corrente gasosa entre o motor e o conversor indica ao motor qual a quantidade de oxigénio, através da relação ar/combustível, que vai permitir trabalhar numa relação próxima da relação estequiométrica.

A Contaminação de um Conversor Catalítico acontece quando este é exposto a emissões com substâncias contaminantes que cobrem as superfícies de trabalho, não permitindo o contacto e tratamento dos gases de escape. Um dos contaminantes mais comuns é o chumbo, devido a isso os veículos equipados com conversores catalíticos apenas usam gasolina livre de chumbo.

O combustível contém pequenas quantidades de enxofre, que limita a capacidade de armazenamento de oxigénio do conversor de três vias, logo diminui a capacidade de reduzir a toxicidade dos gases de escape, embora novos parâmetros de qualidade exigidos pela Agência Europeia do Ambiente com a Directiva 98/70/EC^[2] vai permitir diminuir o seu efeito.

Outros contaminantes comuns incluem manganês (principalmente devido ao aditivo MMT^[3]), silício (devido a fugas do líquido de arrefecimento para a câmara de combustão,^[4] fósforo, zinco e cálcio).

Estes três últimos contaminantes são devidos a impurezas nos lubrificantes dos motores, embora actualmente a contaminação por fósforo esteja a diminuir devido à diminuição da percentagem permitida de ZDDP nos lubrificantes.^[5][6]