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Los sistemas de pos-tratamiento de gases de escape más extendidos son los catalizadores y los filtros. Los catalizadores son componentes instalados en la línea de escape que tienen por objeto restituir el equilibrio quími- co —incluso a baja temperatura— que ha quedado congelado durante la expansión y que provoca la aparición de algunas especies (como se acaba de estudiar); o de finalizar una reacción que ha quedado asimismo con- gelada por cinética química. Los agentes catalizadores contienen metales nobles, como el paladio (Pd), el platino (Pt) o el rodio (Rh). El otro tipo de sistemas los constituyen los filtros, que también se ubican en la línea de escape. Pueden ser físicos o químicos, y tienen la misión de acumular las especies no deseadas para luego deshacerse de ellas sin emitirlas al ambien- te en la misma forma que en la que fueron atrapadas.

Tanto catalizadores como filtros se incorporan además de las medidas activas mencionadas anteriormente. Del mismo modo, los motores pueden incorporar uno o más tipos de filtros y catalizadores, en función del tipo de motor que se trate y de la normativa vigente de la aplicación a la que da servicio el motor.

A continuación se describen brevemente los sistemas más importantes y sus aplicaciones.

Catalizadores de oxidación: los catalizadores de oxidación tienen por

objeto finalizar la oxidación del CO y de los HC sin quemar (especies contaminantes) para producir CO₂ (que es la especie deseada). Como efecto colateral, también terminan de oxidar el NO para dar NO₂, pero hay que destacar que no reduce la emisión de NO_x, sino que cambia el tipo de óxido de nitrógeno. Solamente funcionan en atmósferas con contenido en oxígeno. Los agentes catalizadores son el platino y el paladio.

Hoy en día se utilizan en MEC de automoción y en MEP de carga estra- tificada para disminuir las emisiones de CO y HC, en ambos casos junto con el EGR, que es el sistema al que se le encomienda la reducción de las emisiones de NO_x. Asimismo, se instalan en algunos pequeños MEP de dos tiempos, para oxidar la gran emisión de hidrocarburos no que- mados originados por el cortocircuito (ver renovación de la carga en motores de dos tiempos), así como para oxidar el CO. En estos MEP, los

óxidos de nitrógeno no alcanzan mucha concentración, de nuevo, por la alta proporción de masa de cortocircuito.

Catalizadores de reducción: los catalizadores de reducción tienen por

objeto reducir los óxidos de nitrógeno a nitrógeno molecular. El agente catalizador más efectivo es el rodio. No son capaces de funcionar en presencia de oxígeno, por lo que solo sería posible su empleo en motores trabajando con mezcla rica, que no es común. Por esa razón, su uso no está extendido.

Cuando se instalan para reducir los NO_x, es necesario disponer en primer lugar el catalizador de reducción e incorporar después el de oxidación, tras una incorporación de aire fresco para que éste pueda funcionar y oxidar así el CO y los HC no quemados.

Catalizador de tres vías: es el catalizador empleado en los MEP conven-

cionales de automoción. Actúa conjuntamente sobre la oxidación del CO y de los HC así como sobre la reducción de NO_x (de ahí su denomi- nación, al actuar sobre las tres especies simultáneamente). Como agen- tes catalizadores emplean platino, paladio y rodio.

Requiere exactamente de un dosado estequiométrico para su correcto funcionamiento; si la mezcla es pobre, hay presencia de oxígeno y la catalización para la reducción no se puede efectuar. Si la mezcla es rica, no se libera el suficiente oxígeno de la reducción de NO_x para oxidar el monóxido de carbono y los hidrocarburos no quemados. Es decir, en ellos todo el oxígeno obtenido de la reducción de NO_x se usa para oxidar, puesto que la relación de oxígeno originariamente es la estequiométrica.

Al requerir de una mezcla estequiométrica (con poco margen de error), es necesario un control en bucle cerrado del dosado. Esto se consigue con un sensor de presencia de oxígeno, denominado sonda lambda (o sonda l), que indica la presencia o no de oxígeno en el escape (señal de todo o nada) a la centralita. La centralita, por su parte, varía constante y convenientemente la inyección de combustible de forma que instante a instante el sensor detecte presencia y falta de oxígeno ciclo a ciclo secuencialmente, asegurando la estequiometría en media. Hoy en día existen sondas lineales que detectan la concentración de oxígeno en lugar de simplemente la presencia, facilitando el control de la centralita.

Reactores de reducción catalítica selectiva (SCR): se trata de un reactor

químico, generalmente voluminoso, que tiene por objeto la reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno molecular en atmósferas ricas en oxígeno. Como agentes catalizadores utilizan titanio (Ti) y vanadio (V). Para su funcionamiento requieren del consumo de amoniaco. Por su alta toxicidad y peligrosidad, se añade una fase previa de generación de amo- niaco a partir de urea, que es el componente que se debe suministrar. Como ventaja tiene la reducción de óxidos de nitrógeno en atmósfera oxidante, por lo que sería viable para el uso con mezclas pobres. Sin embargo, su gran volumen y el consumo de urea (con su correspon- diente depósito y recarga) lo desaconsejan para el uso en automoción. Se han empleado en motores diesel estacionarios y marinos, incluso de maquinaria agrícola, donde la legislación anticontaminante es exigente con los NO_x pero no tanto con el CO y las partículas.

Sistemas de almacenamiento químico de NO_x o trampas de NO_x: estos sistemas son filtros químicos que, por adsorción química, atrapan las moléculas de NO₂. Constructivamente son como un catalizador de tres vías (y contienen Pt, Pd y Rh), pero incluyen el agente que consigue la captura de NO₂, que es comúnmente el óxido de bario (BaO). En atmósfera rica en oxígeno el sistema oxida el CO y los HC, y también el NO para producir NO₂. Simultáneamente, el sistema adsorbe el NO₂ producido para retener nitratos de bario en su seno. Se utilizan en auto- moción, en MEC y en MEP de mezcla pobre y carga estratificada. Cuando el sistema se satura de nitratos, es necesario devolverlo al esta- do original. Esta restitución no es posible trabajando con las mezclas pobres típicas de los motores MEC y los MEP de carga estratificada, por la alta concentración de oxígeno en el escape. Por ello, es necesario efectuar una inyección de combustible durante la carrera expansión o inyectar algún hidrocarburo en el escape durante las etapas de regene- ración, para que se consuma el oxígeno sobrante. En este momento, el sistema trabaja de forma similar a un catalizador de tres vías: al restituir el nitrato de bario a óxido de bario y NO₂ y no haber falta ni exceso de oxígeno (gracias al aporte extra de combustible), el sistema oxida el CO y los HC con el oxígeno procedente del NO₂. Estas etapas de restitución empeoran el consumo medio del motor, pues es combustible gastado en consumir el exceso de oxígeno que no genera potencia mecánica.

Filtros de partículas: Son filtros físicos cuyo objetivo es obstruir o impe- dir el paso de las partículas líquidas y sólidas, características de los motores diesel y, en menor medida, de los MEP de carga estratificada. Actualmente se emplean en esos dos tipos de motores de automoción. Conforme trabaja, el filtro se satura y la pérdida de carga va en aumento, lo que reduce el rendimiento del motor. Antes de que se colmate, el filtro se debe cambiar o regenerar (para evitar su cambio). La regeneración, especialmente útil en automoción, consiste en oxidar las partículas de carbono retenidas, para que se emitan en forma de CO₂. Esto se puede conseguir de dos formas. La primera, consiste en aumentar la tempera- tura de trabajo del filtro, bien con resistencias eléctricas (que consumen energía) o bien con inyecciones en la carrera de expansión o escape o en el propio conducto de escape que se queman y elevan la tempratura. En ambos casos el rendimiento térmico del motor se ve mermado. La segunda forma de regenerar consiste en inyectar, durante la etapa de regeneración, una sustancia que cataliza en el filtro la combustión de las partículas de carbono. La combustión de las partículas sólidas pre- sentes en el filtro queda favorecida por la presencia del NO₂ formado en el catalizador previo de oxidación (se recuerda que se oxida el NO de forma colateral), ya que la molécula aporta oxígeno a las partículas depositadas. Los motores pueden adoptar ambas estrategias indistinta o conjuntamente: incremento de temperatura y regeneración catalítica.