catalizatori auto

Upload: deerdance

Post on 22-Jul-2015

846 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Reducerea poluarii prin utilizarea Convertizorilor Catalitici

Cucu Andrei STA anul II 20121

Cuprins1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8.

Introducere............................................................................pag.3 Poluani produi de motorul unei maini...pag.4 Convertizorul catalitic (catalizatorul)...pag.5 Tipuri de convertizori catalitici...........................................pag.7 Cum reduc convertizorii catalitici poluarea..pag.8 5.1 Catalizatorul de oxidare.............................................pag.9 5.2 Catalizatorul de reducere...........................................pag.9 5.3 Sistemu de control.....................................................pag.11 Localizarea convertizorului catalitic................................pag.11 Alte metode de reducere a poluarii...................................pag.12 Bibliografie..........................................................................pag.13

2

Convertizorul catalitic (catalizatorul) reprezinta acea componenta a sistemului de evacuare a gazelor, rezultate ca urmare a arderii combustibilului care trateaza gazele de esapament inainte ca acestea sa fie evacuate. Functionarea in conditii normale a unui convertor catalitic conduce la o transformare a gazelor de ardere in gaze cvasiinofensive eliminand in acest fel o parte importanta a poluantilor. Catalizatorul are forma unui amortizor de sunet clasic, eliptic sau rotund, in interiorul caruia sa afla un monolit ceramic sau metalic pe care sunt depuse metale nobile care favorizeaza conversia gazelor poluante in gaze nepoluante. In catalizator (convertorul catalitic) au loc procese de transformare a hidrocarburilor in dioxid de carbon (CO2 ) si vapori de apa, a monoxidului de carbon (CO) in dioxid de carbon (CO2) si a oxidului de azot (NO in azot (N2) si oxigen (O2).

Primul convertor catalitic oxidant a fost creat de VOLVO in anul 1974.

3

Poluani produi de motorul unei maini Pentru a reduce emisiile de poluani, motoarele moderne controleaz cu precizie cantitatea de carburant pe care o consum. Acestea ncearc s menin raportul aer-carburant foarte aproape de punctul stoichiometric, care reprezint raportul ideal calculat pentru aer i carburant. Teoretic, la acest raport, tot carburantul ar fi ars utiliznd tot oxigenul din aer. Pentru benzin, raportul stoichiometric este de aproximativ 14,7:1, adic pentru fiecare o parte de benzin vor fi arse 14,7 parti de aer. Amestecul carburant variaz n realitate de la raportul ideal destul de mult n timpul funcionrii motorului. n unele cazuri amestecul poate fi srac (un raport aer-carburant mai mare de 14,7) iar n alte cazuri amestecul poate fi bogat (un raport aer-carburant mai mic de 14,7). Principalele emisii ale unui motor de main sunt:

Azot (N2) - Aerul este format din 78 la sut azot i cea mai mare parte din acesta trece neschimbat prin motorul mainii. Dioxid de carbon (CO2) - Acesta este unul dintre produsele combustiei. Carbonul din carburant se leag cu oxigenul din aer. Vapori de ap (H2O) - Acetia sunt un alt produs al combustiei. Hidrogenul din carburant se leag cu oxigenul din aer.

Aceste emisii sunt n general neduntoare (dei se crede c emisiile de dioxid de carbon contribuie la nclzirea global). Dar, deoarece procesul de combustie nu este niciodat perfect, n motoarele mainilor sunt produse de asemenea cantiti mai mici de emisii mai duntoare.

Monoxid de carbon (CO) - un gaz toxic incolor i inodor. Hidrocarburi sau compui organici volatili (COV) - produi n principal datorit carburantului nears care se evapor. Lumina soarelui desface aceti compui formnd oxidani, care reacioneaz cu oxizii azotului i creaz ozon (O3) la nivelul solului, unul dintre componentele principale ale smogului. Oxizi de azot (NO i NO2, denumii mpreun NOx) - contribuie la formarea smogului i a ploii acide, i produc de asemenea iritaii ale membranelor mucoase umane.

4

Acestea sunt principalele trei emisii reglementate i de asemenea cele pe care convertizorii catalitici sunt proiectai s le reduc.

Catalizatorul (convertizorul catalitic) Structura catalizatorului: 1 - suportul; 2 - stratul intermediar ; 3 - stratul catalitic activ. Suportul formeaza in ansamblu cu carcasa corpul propriu-zis al convertorului. Suportul ceramic este o constructie de tip fagure cu sectiunea rotunda sau ovala, cu canale patrate, dispuse perpendicular pe directia de curgere. Materialul ceramic, denumit cordierit, este refractar. Materialul are conductibilitate termica mica, rezistenta mecanica, rezistenta gazodinamica redusa si sectiune transversala mare. Stratul intermediar este compus din alumina si este depus printr-un procedeu special pe suport, in vederea intensificarii activitatii catalitice a stratului nobil. Acest strat intermediar are o suprafata specifica mare si contine promotori care maresc capacitatea de acumulare a oxigenului la catalizatorul trivalent si care ajuta reactiile de reformare a vaporilor de apa si a vaporilor de hidrocarburi.

Stratul catalitic activ consta din metale nobile cum sunt platina, paladiul si rodiul. In timp ce platina promoveaza reactiile de oxidare, rodiul contribuie la reducerea NOx. Catalizatorii ceramici monoliti au depus oxid de aluminiu peste5

care se aplica pentra reactori oxidanti platina si paladiu iar pentru cei cu trei componente, platina, pentru hidrocarburi, platina si rodiu pentru NOx. Continutul de metale nobile poate fi redus la 2-3g pe un reactor. Domeniul optim de functionare este 400...950C, peste 800C existand pericol de compromitere termica, pana la aceasta valoare putandu-se folosi si 100 000 km fara probleme. La defectiuni, mai ales in sistemul de aprindere, reactorul poate ajunge la 1400 C, cand se compromite rapid mai ales exfolierea substantei active. Este interzisa folosirea benzinelor cu Pb. Daca se face totusi o astfel de alimentare, este permis eventual un singur rezervor, se va decupla sonda lambda, se va alimenta apoi cu 2-3 rezervoare cu benzina verde, tot fara sonda si apoi se va reintroduce sonda in functiune.

Pentru aceasta situatie, gradul de murdarire al reactorului este suportabil. Este indicata totusi o verificare la o statie service autorizata. Sonda lambda functionand in conditiile utilizarii benzinei cu Pb, respectiv la reactor partial murdar, da informatii eronate despre calitatea amestecului, ceea ce face ca motorul sa functioneze cu amestec bogat, cu penalizari atat la consum cat si la noxe. Daca sonda lambda este scoasa din functiune, eficacitatea de reducere a noxelor scade la 30%. Sonda lambda instalata in sistemul de evacuare masoara continutul de oxigen al gazelor arse. In cazul amestecurilor sarace tensiunea in senzor este de lOOmV, iar la amestecuri bogate tensiunea creste la 800mV. Pentru amestecul stoechiometric tensiunea senzorului scade brusc de la o valoare la cealalta. Se observa ca in domeniul amestecurilor sarace catalizatorul nu mai are efecte benefice in ceea ce priveste diminuarea oxizilor de azot si datorita disponibilitatilor excesive de oxigen.

6

Tipuri de catalizatori

Catalizator cu filtru ceramic

Catalizator cu filtru metalic

Diferite forme de catalizatori

7

Cum reduc convertizorii catalitici poluarea

Majoritatea mainilor moderne sunt echipate cu convertizori catalitici cu trei aciuni. "Trei aciuni" se refer la cele trei emisii reglementate la a cror reducere ajut catalizatorul - moleculele de monoxid de carbon, COV i NOx. Convertizorul utilizeaz dou tipuri diferite de catalizatori, un catalizator de reducere i un catalizator de oxidare. Ambele tipuri constau dintr-o structur ceramic acoperit cu un catalizator metalic, n general platin, rodiu i/sau paladiu. Idee este de a crea o structur care expune o suprafa maxim de catalizator la fluxul de eapament, minimiznd n acelai timp cantitatea de catalizator necesar (catalizatorii sunt foarte scumpi).

Principalii parametri care influenteaza gradul de conversie sunt: -coeficientul de exces de aer si variatia acestuia; -temperatura gazelor arse; -viteza spatiala (debitul gazelor arse raportat la volumul catalizatorului). In prezent, in Europa se foloseste aproape in exclusivitate catalizatorul trivalent sau cu tripla actiune (sau cu trei cai) cu suport ceramic. Exist dou tipuri principale de structuri utilizate n convertizorii catalitici fagure i bile ceramice. Majoritatea mainilor din prezent utilizeaz structurafagure.8

Structur fagure-ceramic catalizator

Structura fagure metalic catalizator

Eficienta unui catalizator este apreciata prin gradul de conversie definit cu formula: E = (ci ~ce)/ci in care:9

-ci este concentratia poluantului inaintea catalizatorului; -ce este concentratia poluantului dupa catalizator. Catalizatorul de reducere

Catalizatorul de reducere este prima treapt a convertizorului catalitic. Aceasta utilizeaz platin i rodiu pentru a ajuta la reducerea emisiilor de NOx. Cnd o molecul de NO sau NO2 ia contact cu catalizatorul, catalizatorul desface atomul de azot din molecul i l reine, elibernd oxigenul sub form de O2. Atomii de azot se leag cu ali atomi de azot fixai pe catalizator formnd N2. De exemplu: 2NO N2 + O2 or 2NO2 N2 + 2O2

Catalizatorul de oxidare

Catalizatorul de oxidare este a doua treapt a convertizorului catalitic. Acesta reduce hidrocarburile nearse i monoxidul de carbon prin arderea (oxidarea) acestora asupra unui catalizator din platin i paladiu. Catalizatorul ajut reacia dintre CO i hidrocarburi i oxigenul rmas n gazul de eapament. De exemplu: 2CO + O2 2CO2

10

Sistemul de control

A treia treapt este un sistem de control care monitorizeaz fluxul de eapament i utilizeaz aceste informaii pentru controlul sistemului de injecie a carburantului. Exist un senzor de oxigen montat naintea convertizorului catalitic, adic mai aproape de motor dect convertizorul. Acest senzor comunic computerului motorului ct oxigen exist n gazul de eapament. Computerul motorului poate mri sau micora cantitatea de oxigen din gazul de eapament modificnd raportul aer-carburant. Acest sistem de control permite computerului motorului s asigure funcionarea motorului n apropierea punctului stoichiometric i de asemenea permite s se asigure existena a suficient oxigent n gazul de eapament pentru ca, convertizorul catalitic s poat arde hidrocarburile nearse i CO.

11

Localizarea convertizorului catalitic in cadrul ansamblului sistemului de evacuare al unui autovehicol.

Alte metode de reducere a polurii Convertizorul catalitic reduce mult poluarea, dar aceast reducere poate fi mbuntit substanial. Unul dintre cele mai mari neajunsuri este faptul c acesta funcioneaz doar la temperaturi destul de mari. Cnd pornii maina de la rece, convertizorul catalitic nu acioneaz aproape deloc pentru reducerea poluanilor din gazul de eapament. O soluie simpl const n deplasarea convertizorului catalitic mai aproape de motor. Astfel, gazele de eapament mai fierbini ating convertizorul i acesta se nclzete mai rapid, dar aceast soluie poate reduce de asemenea viaa convertizorului prin expunerea acestuia la temperaturi extrem de mari. Majoritatea productorilor de maini poziioneaz convertizorul sub scaunele din fa ale pasagerilor, destul de departe de motor pentru a menine temperatura la un nivel care s nu i duneze acestuia. Prenclzirea convertizorului catalitic este o metod bun pentru reducerea emisiilor. Cea mai simpl metod de prenclzire a convertizorului este de a utiliza nclzitoare cu rezisten electric. Din pcate, sistemele electrice la 12 voli existente pe majoritatea mainilor nu ofer destul energie sau putere pentru a nclzi destul de rapid convertizorul. Majoritatea oamenilor nu ar atepta cteva minute pentru ca, convertizorul catalitic s se nclzeasc nainte de a porni maina. Mainile hibrid care dispun de pachete mari de baterii de voltaj mare ofer destul putere pentru a nclzi convertizorul catalitic foarte rapid.

12

Bibliografie

http://ro.techemet.com/converter.html http://www.enciclopedie-auto.ro/termen/default.asp?

Termen=catalizator+SSID22+TTID60 http://www.kwik-fit.com/catalytic-convertors.asp http://www.catalyticconverter.org http://en.wikipedia.org/wiki/Catalytic_converter#Environmental_impact

13