Modelo del transporte y reacción de gases de combustión en convertidores catalíticos de tres vías de Paladio y Rodio

Los catalizadores de tres vías (TWC) se ubican en el escape de los vehículos para capturar especies nocivas (CO, NOx e hidrocarburos inquemados), y transformarlas en productos menos perjudiciales. El dispositivo cuenta con una serie de canales, generalmente de sección transversal cuadrada o hexagonal, cuyas paredes están recubiertas por un material poroso que tiene en su interior catalizadores de paladio y rodio. El gas que entra en el canal, se difunde en las porosidades del recubrimiento catalítico y reacciona con los pequeños cúmulos de los catalizadores. En la actualidad se ha reportado que el espesor del recubrimiento en las esquinas de los canales puede llegar a ser entre 10 a 15 veces mayor que en la pared lateral y existen dispositivos comerciales con espesores entre 60 μm (en los lados) y 360 μm (en las esquinas), con lo cual se evidencia la necesidad de generar un modelo que permita evaluar el desempeño del convertidor con diferentes espesores de recubrimiento. En este trabajo se presenta un modelo matemático bidimensional para el transporte y reacción de gases de combustión en canales de TWC, considerando los efectos difusivos en el recubrimiento catalítico, con el fin de obtener un nuevo conjunto de parámetros cinéticos independientes del espesor del recubrimiento catalítico y así cuantificar el efecto de la difusión efectiva en el recubrimiento. Para el desarrollo del modelo se consideraron 11 especies fluyendo por el canal y dentro del recubrimiento catalítico. Se realizaron los balances de masa para cada especie en las dos zonas y se calculó la generación (o consumo) de cada una mediante un mecanismo de 16 reacciones dentro de los recubrimientos de TWC comerciales de Pd/Rh. Se encontró que un conjunto de parámetros cinéticos desarrollados en un modelo agrupado, no reproducen los resultados experimentales, cuando se usan en un modelo distribuido del canal y el recubrimiento. Se obtuvo un nuevo conjunto de parámetros cinéticos que reproduce la conversión de las especies en un canal de un convertidor TWC con una desviación de solo 2.18%. El modelo obtenido muestra que el aumento en el espesor del recubrimiento incrementa la resistencia al flujo de las especies a lo largo del canal y demuestra que la resistencia a la difusión y los gradientes de concentración deben ser tenidos en cuenta a la hora de evaluar el desempeño del convertidor.

• Autores: Rosero Chicaíza, David Camilo
• Fecha de publicación: 2016
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/58322
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/58322; http://bdigital.unal.edu.co/55065/
• Palabra clave: 54 Química y ciencias afines / Chemistry; 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Catalizadores de tres vías; Modelo matemático; Difusión; Parámetros cinéticos; Three-way catalysts; Mathematical model; Diffusion; Kinetic parameters
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional