Catalizador del coche: para qué sirve, funcionamiento y averías

El catalizador de un vehículo con motor de combustión es el encargado de reducir los gases nocivos resultantes de quemar el combustible. En realidad, su nombre completo es convertidor catalítico y existen varios tipos principales según si son para diésel o para gasolina.

Te contamos su historia, para qué sirven, cómo funcionan y cuanto cuestan. Además de los síntomas que revelan que hay una avería en el catalizador.

Breve historia del catalizador

El primer prototipo de convertidor catalítico para estos fines se desarrolló en Francia y fue patentado por primera vez por Eugene Houdry. Este ingeniero mecánico fundó la empresa Oxy-Catalyst en Estado Unidos, que desarrolló primero catalizadores para las chimeneas y más tarde para montacargas, que utilizaban una gasolina sin plomo de bajo grado. Más tarde, desarrolló un catalizador para automóviles que patentó en 1956.

Tras las mejoras de Engelhard Corporation que culminaron en 1973, apareció el primer catalizador pensado para producirse en masa. En 1975 casi todos los automóviles de Estados Unidos tenían uno instalado para cumplir con la normativa de su Agencia de Protección Ambiental.

Desde entonces, los catalizadores han ido mejorando tanto en eficacia como en eficiencia, hasta llegar a variantes como los catalizadores de reducción selectiva (SCR) que utilizan AdBlue. Aunque estos se usan como añadido, y no excluyen el convertidor catalítico convencional.

Para qué sirve el catalizador

Un catalizador reduce los gases nocivos generados en un motor de combustión interna. Sin él nos veríamos mucho más expuestos a los siguientes gases nocivos:

• Con una mezcla rica (más combustible que aire) se produce una combustión incompleta que genera:
  • Hidrocarburos inquemados (HC): son cancerígenos e irritan las vías respiratorias y los ojos. En cuanto al medio ambiente, pueden crear lluvias ácidas y humos fotoquímicos.
  • Monóxido de carbono (CO): en bajas dosis produce dolor de cabeza, falta de aliento y coordinación, mareo, irritabilidad, confusión y lagunas de memoria. En altas dosis provoca la muerte sin que el afectado llegue a darse cuenta, de ahí que le llamen el asesino silencioso.
• Con una mezcla pobre (más aire que combustible) se producen óxidos de nitrógeno, que se representan con la fórmula NOx. Tienen variantes cancerígenas y producen irritación de las vías respiratorias y, como consecuencia, afecciones broncopulmonares y problemas respiratorios.

Cómo funciona un catalizador

Uso de materiales en el catalizador

Un catalizador funciona gracias a metales como el platino, rodio, circonio o paladio, que tienen propiedades catalíticas. Es decir, la capacidad de acelerar una reacción química. Cada uno se dedica a un tipo diferente de gas nocivo:

• El platino acelera la oxidación de los hidrocarburos inquemados para convertirlos en dióxido de carbono y agua. La fórmula química es la siguiente: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2  ->  xCO2 + (x+1) H2O.
• El rodio acelera la reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno y oxígeno: 2NOx  ->  xO2 + N2 y la oxidación de monóxido de carbono para convertirlo en dióxido de carbono: 2CO + O2  ->  2CO2. También se usan circonio o paladio, que son más baratos pero menos eficientes.

No hay que olvidar otro material del catalizador. Estos metales van dispuestos sobre un estructura cerámica de cordierita, que soporta las altas temperaturas de los gases de escape.

Forma del catalizador

Como ves, el catalizador usa ciertos metales en estado sólido para convertir gases. Lo que conlleva un obstáculo: cómo hacer que un gas entre en contacto con estos materiales todo lo posible, sin que pierda demasiada velocidad. Por ese motivo, la estructura cerámica del catalizador tiene la forma de matriz con canales longitudinales. Un sistema parecido a la pila de combustible de un coche de hidrógeno que, por cierto, también usa platino como catalizador. Aunque en su caso el reparto del gas es mucho más fino, con una estructura mucho más intrincada.

Estos canales longitudinales permiten que los gases pasen sin detenerse demasiado pero que entren en contacto con la mayor cantidad de paredes posible. De ahí que tengan más de 70 tubos por cada cm2.

Además, los coches modernos suelen utilizar dos catalizadores o incluso tres con lo que se trata de eliminar los gases nocivos todo lo posible para cumplir con las normativas anticontaminación Euro 6 (a fecha de este artículo) y Euro 7 en 2025.

Envolviendo esta matriz del catalizador hay una pantalla antitérmica y una capa de metal. De lo contrario el calor acumulado en ella podría dañar el vehículo o las superficies donde se aparque. Sin ella se podría provocar un incendio fácilmente.

La temperatura de trabajo de un catalizador

Para que los metales con propiedades catalíticas funcionen con su máxima eficacia, un catalizador convencional tiene que estar por encima de los 500ºC. Por eso, al menos uno de los catalizadores del motor suele estar cerca del colector de escape del motor, que es donde los gases todavía tienen una temperatura muy alta.

Gracias a esto, el catalizador se calienta antes y se tarda menos en empezar a eliminar gases nocivos. Si pudiésemos ver un catalizador funcionando a través de su capas protectoras, veríamos que la matriz cerámica y los metales que hay en ella están al rojo vivo.

Sabiendo esto, entenderás que un motor frío libera más gases nocivos que uno que ya lleva un rato funcionando. Como anécdota, Toyota tuvo que enfrentarse a este problema de emisiones en el desarrollo del Prius. Apagar el motor térmico en favor del eléctrico provocaba que el catalizador no llegase a la temperatura correcta de funcionamiento en muchas ocasiones. Por eso, tuvieron que idear un sistema que llevase el calor del motor de combustión hasta el convertidor catalítico por otras vías.

Catalizador de un coche gasolina

Estos catalizadores suelen ser de triple vía. Es decir, que tienen los tres sistemas de catalización antes descritos: platino para eliminar los hidrocarburos inquemados y rodio, circonio o paladio para eliminar los NOx y el CO.

Esto es así porque los motores gasolina liberan una cantidad de NOx menor que los diésel y el catalizador por sí solo puede reducirlos lo suficientemente. Aunque debido a los avances en anticontaminación, los coches más modernos pueden tener otros tipos de convertidores catalíticos.

Catalizador de un coche diésel

En los motores diésel, los catalizadores convencionales son de doble vía. Es decir, solo se encargan de la eliminación de los hidrocarburos inquemados y el CO. El NOx se dejaba en manos de sistemas de recirculación de gases como la válvula EGR, que los devolvía a la cámara de combustión para quemarse por completo.

También existe el catalizador acumulador NOx, que tiene un papel importante en la lucha de los sistemas para conseguir que el diesel sea aún más limpio y cumpla los límites de emisiones futuros, que serán aún más estrictos que los de ahora. Se coloca detrás del catalizador de oxidación y del filtro de partículas y dispone de una capa especial que recoge los óxidos de nitrógeno de los gases de escape.

En el catalizador acumulador NOx se diferencian dos tipos de servicio diferentes: en el servicio normal (Lambda > 1) se oxida primero el NO en NO2 y, a continuación, bajo formación de nitrato (NO3), se acumula en el catalizador en un óxido de metal alcalino (p. ej. óxido de bario).

Igual que en el filtro de partículas, el reto real para el catalizador acumulador NOx es la regeneración, es decir, el vaciado periódico del acumulador. Para la regeneración del acumulador se tienen que crear en los gases de escape unas condiciones grasas (Lambda < 1). Bajo estás condiciones de servicio hay tanto reductor (monóxido de carbono, hidrógeno u diferentes hidrocarburos) que se suelta de golpe la unión de nitrato y se convierte en el catalizador de metal noble en nitrógeno (N2) no tóxico. La duración de la carga es de unos 30 a 60 segundos, en dependencia del punto de servicio y la regeneración dura entre 1 y 2 segundos.

Para detectar la necesidad de realizar la regeneración se requieren muchos sensores de temperatura y de presión. El catalizador acumulador puede reducir las emisiones de NOx hasta en un 85 %.

Sin embargo, los coches diésel actuales tienen además un catalizador SCR (catalizador de reducción selectiva). Es el que se usa con el aditivo de Adblue, que no es otra cosa que urea que se pulveriza en los gases de escape, antes de que lleguen a este catalizador. Así se inicia una reacción química que descompone los NOx en N2 y H2O, de forma mucho más eficaz que los sistemas antiguos.

Averías de los catalizadores y sus síntomas

La mayoría de las averías de un catalizador se deben a algún problema previo en el motor. Por ejemplo, el exceso de combustible en el sistema de escape (mezcla demasiado rica) por unas bujías dañadas, sincronización incorrecta o sensor de oxígeno dañado. Esto lo que provoca es que el convertidor catalítico alcanza una temperatura demasiado alta, que derrite componentes metálicos y rompe la matriz cerámica.

También puede ocurrir que entre aceite o anticongelante en el sistema de escape, por tener juntas dañadas, sellos de válvulas estropeados o aros de los pistones desgastados. Lo que provoca la acumulación de hollín en el catalizador.

Los síntomas de un catalizador averiado son:

• Olor a huevos podridos provocado por el azufre de la gasolina, que durante la combustión se convierte en sulfuro de hidrógeno. Como la conversión de gases no se produce por un catalizador estropeado, el sulfuro de hidrógeno llega fuera.
• Pérdida de potencia, porque el sistema de escape está parcialmente obstruido por el catalizador. Si esta obstrucción se debe a que los materiales se están derritiendo y rompiendo tendrás que sustituir el catalizador y detectar cual es la avería en el motor que lo ha causado. Si solo es obstrucción por suciedad puede intentar limpiarse.
• Prueba de emisiones fallida. Sobra dar explicaciones al respecto, porque el catalizador no convierte los gases nocivos y la prueba indica que no funciona. En España, es la Inspección Técnica de Vehículos (ITV).

• Ruido de traqueteo bajo el coche cuando está al ralentí o en movimiento. Es provocado por partes de la matriz cerámica rota dentro del catalizador, que son movidas por los gases de escape. Cuidado porque si estos trozos llegan al silenciador puede obstruirse más el sistema de escape.
• Aumento de consumo. Esto no es un síntoma de un catalizador estropeado, pero sí de la mezcla de combustible rica que suele romper el catalizador. Por eso es un síntoma a tener en cuenta.
• Luz de fallo motor encendida. Si los sensores del coche detectan que no se produce la conversión de los gases de forma adecuada, la centralita encenderá este testigo. Aunque como también sirve para muchas otras averías, es un síntoma que por sí solo no indica el fallo del catalizador. Puedes conectar el coche a un Lector OBD para ver qué código de error ha registrado para saber cuál es el problema concreto.

Cuidado con las obstrucciones en el sistema de escape, porque elevan la temperatura del colector de escape y demás tuberías y puede provocar daños mucho más graves en el automóvil.

Aunque, las averías en el motor son las causas más comunes del fallo del catalizador, también hay modelos que presentan problemas recurrentes en el catalizador por defectos de diseño o fabricación.

El precio de un catalizador

Como has visto a lo largo del artículo, existen varios tipos de catalizadores. Así que sus precios pueden variar mucho de un modelo a otro. Sin embargo, la sustitución de un catalizador por uno nuevo suele estar entre los 600 y los 1.000 euros para los turismos. De cualquier forma, esa cifra puede ser mayor si hay implicados otros catalizadores además de el convencional.

También existen catalizadores universales a buen precio compatibles con varios modelos. Aunque también debes asegurarte de que cumpla con la normativa Euro que tenga tu coche y esté homologado. Luego te recomendamos que el montaje lo haga un profesional, ya que es un elemento delicado.

Imágenes – frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida