Sin embargo, el catalizador no puede funcionar correctamente por sí solo. Necesita alcanzar una temperatura determinada y recibir unos gases con una proporción muy precisa de aire y combustible. Una pequeña pieza situada en el escape, la sonda lambda, resulta fundamental para conservar ese equilibrio.
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¿Qué es el catalizador de tres vías y para qué sirve?
El catalizador de tres vías es un dispositivo de tratamiento de gases instalado en el sistema de escape, principalmente en vehículos con motor de gasolina que trabajan alrededor de una mezcla estequiométrica. Su objetivo es reducir la cantidad de sustancias contaminantes que el motor expulsa a la atmósfera. Conocer cómo funciona el catalizador del coche ayuda a entender por qué la temperatura y la mezcla de aire y combustible son esenciales para su eficacia.
La denominación “de tres vías” no hace referencia a tres conductos diferentes. Describe las tres funciones principales que realiza:
- Oxida el monóxido de carbono para convertirlo en dióxido de carbono.
- Oxida los hidrocarburos que no se han quemado completamente para producir principalmente dióxido de carbono y agua.
- Reduce los óxidos de nitrógeno para transformarlos fundamentalmente en nitrógeno.
Exteriormente, el catalizador presenta una carcasa metálica integrada en la línea de escape. En su interior contiene una estructura con numerosos canales pequeños, normalmente denominada monolito o estructura de panal de abeja. Esta forma ofrece una gran superficie de contacto sin bloquear excesivamente el paso de los gases.
Sobre ese soporte se aplica una capa porosa que contiene los materiales catalíticos. En los convertidores pueden utilizarse metales como platino, paladio y rodio. Estos facilitan las reacciones químicas sin consumirse en cada una de ellas, aunque el catalizador sí puede perder eficacia con el envejecimiento, el sobrecalentamiento o la contaminación.
Funcionamiento del catalizador de tres vías paso a paso
Para entender el catalizador de tres vías y su funcionamiento, conviene seguir el recorrido de los gases desde que abandonan los cilindros hasta que salen por el escape.
1. El motor genera los gases de combustión
En una combustión ideal, el combustible se transformaría por completo en dióxido de carbono y agua. En la práctica, el proceso no es perfecto y genera sustancias como monóxido de carbono, hidrocarburos sin quemar y óxidos de nitrógeno.
La cantidad de cada contaminante cambia según la temperatura del motor, la carga, la aceleración y la relación entre el aire y el combustible. Por ello, la unidad de control debe corregir continuamente la inyección.
2. La sonda lambda mide el oxígeno
Antes del catalizador suele instalarse una sonda lambda que analiza la cantidad de oxígeno residual presente en los gases. Con esa información, la unidad de control modifica la inyección para mantener la mezcla próxima al punto estequiométrico.
En un motor de gasolina, esto significa aportar aproximadamente el aire necesario para quemar el combustible disponible, sin un exceso ni una falta importante de oxígeno. El valor exacto depende de la composición del combustible, por lo que la gestión electrónica trabaja con el valor lambda y no únicamente con una proporción fija.
El catalizador de tres vías alcanza su mejor rendimiento cuando la mezcla permanece muy cerca de ese equilibrio. El control en circuito cerrado de la relación aire-combustible permite mantener las condiciones necesarias para convertir simultáneamente los tres contaminantes.
3. Los gases atraviesan el catalizador
Los gases calientes entran en la carcasa y circulan por los pequeños canales de su estructura interior. Al entrar en contacto con los metales catalíticos se producen diferentes reacciones.
En las reacciones de oxidación, el monóxido de carbono y los hidrocarburos se combinan con oxígeno. De forma simplificada, el monóxido de carbono se convierte en dióxido de carbono, mientras que los hidrocarburos originan dióxido de carbono y vapor de agua.
Al mismo tiempo tiene lugar una reacción de reducción. Los óxidos de nitrógeno se reducen y se transforman principalmente en nitrógeno, uno de los gases presentes de manera natural en la atmósfera.
4. El catalizador compensa pequeñas variaciones
Durante la conducción, la mezcla no permanece completamente estable. Puede alternar rápidamente entre una condición con un ligero exceso de oxígeno y otra con una pequeña falta de este.
Para soportar estas oscilaciones, los catalizadores incorporan materiales capaces de almacenar y liberar oxígeno. La utilización de óxido de cerio, por ejemplo, mejora esa capacidad de almacenamiento y amplía el margen en el que pueden mantenerse las reacciones.
Cuando existe demasiado oxígeno, las reacciones de oxidación funcionan bien, pero la reducción de los óxidos de nitrógeno pierde eficacia. Si falta demasiado oxígeno, se favorece la reducción de los NOx, aunque resulta más difícil oxidar el monóxido de carbono y los hidrocarburos. Por tanto, el control electrónico mantiene la mezcla muy próxima al punto estequiométrico.
5. El sistema comprueba su eficacia
Muchos vehículos incorporan una segunda sonda lambda después del catalizador. Su función principal es permitir que la unidad de control supervise la eficacia del catalizador a partir de la señal obtenida después de este.
Cuando la unidad electrónica detecta una anomalía en el sistema de emisiones, puede encender el testigo de control de gases de escape y registrar un código de diagnóstico. Este aviso puede estar relacionado con el catalizador, las sondas lambda, la combustión o algún otro componente del sistema de emisiones. No obstante, ese aviso no confirma por sí solo que el catalizador esté roto: también puede deberse a una sonda defectuosa, problemas de combustión, fallos de encendido o entradas de aire en el escape.
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Diferencia entre catalizador de 2 y 3 vías
La diferencia entre un catalizador de dos y tres vías está en el número y el tipo de contaminantes sobre los que puede actuar.
Reacciones principales
Realiza reacciones de oxidación.
Combina oxidación y reducción.
Óxidos de nitrógeno
No los reduce de forma eficaz.
Los transforma principalmente en nitrógeno.
Control de la mezcla
Puede trabajar con gases que contienen exceso de oxígeno.
Necesita una mezcla próxima al punto estequiométrico.
Aplicaciones
Se utiliza como catalizador de oxidación en determinados motores y sistemas de escape.
Es habitual en motores de gasolina con control electrónico de la mezcla.
Por tanto, la denominación ‘de tres vías’ hace referencia al tratamiento conjunto del monóxido de carbono, los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno. Un catalizador de dos vías puede disminuir el monóxido de carbono y los hidrocarburos, pero necesita otros sistemas si también se quieren tratar los NOx.
Esta es una de las razones por las que los motores diésel suelen emplear una arquitectura de tratamiento diferente. Al trabajar normalmente con exceso de aire, un catalizador de tres vías convencional no puede reducir los óxidos de nitrógeno con la misma eficacia. En estos vehículos se combinan elementos como el catalizador de oxidación, el filtro de partículas y, según el modelo, un sistema SCR.
