Il catalizzatore ceramico vs catalizzatore sportivo o metallico
Il catalizzatore è un elemento essenziale nei nostri motori stradali e, negli ultimi anni, perfino nei motori usati nelle competizioni deve essere presente, anche se diverso e più avanti vi dirò in che cosa.
I collettori di scarico vengono calcolati attentamente in base al motore e al suo utilizzo, qui sotto potete leggere l’articolo su come dimensionare i collettori di scarico del vostro motore:
COME CALCOLARE COLLETTORI DI SCARICO
L’avvento delle normative anti inquinamento e quindi dei catalizzatori ha reso molto più complicata la questione e fra poco capirete il perché…
Il catalizzatore in pratica è un dispositivo che serve ad aumentare la superficie di contatto dei gas provenienti dal motore con la parete metallica dello scarico. Questo aumento di superficie di contatto avviene grazie ad un fascio di tubazioni chiamate celle.
I catalizzatori in uso sui motori stradali sono chiamati comunemente ceramici per via del materiale della loro copertura isolante interna, ed il colore che hanno il gran numero di celle al loro interno da nuove. Queste celle sono molto piccole nei catalizzatori ceramici, mentre quelli sportivi, chiamati metallici, hanno un numero di celle minori a parità di diametro totale del catalizzatore, e quindi più grandi per aiutare ai gas di scarico a uscire più liberi.
Il catalizzatore per fare il suo dovere, ed abbattere gli inquinanti fino al 90%, deve arrivare ad una temperatura molto alta anche oltre i 400°c, ecco perché lo si troverà sempre appena dopo i collettori principali, il più possibile vicino al motore ed ha delle paratie termoisolanti che lo separano dal resto della macchina.
In parole semplici; come fa ad abbattere gli inquinanti?
Semplice, ossida i gas che provengono dal motore.
Mi scuseranno i patiti della chimica per la terminologia non proprio adatta.
I vari gas di scarico, come il CO (Monossido di carbonio), gli NOx (vari ossidi di azoto) e molti altri inquinanti, stando a contatto con i metalli preziosi contenuti nel catalizzatore (Platino, Oro, Argento, Palladio, ecc) si ossidano e una volta oltrepassate le celle con le quali hanno reagito si “tramutano” per esempio in CO2 (Biossido di carbonio o Anidride carbonica), N2 (azoto), O2 (ossigeno).
NOx → N2 + O2
2 CO + O2 → 2 CO2
2 SO2 + O2 → 2 SO3
Tengo a precisare che avvengono anche altre reazioni atte ad emettere composti meno inquinanti e nocivi in atmosfera, ma le ometto per semplicità e per non dilungarmi troppo.
In pratica avviene una semplice ossidazione.
Questa ossidazione avviene a contatto con i tubi dello scarico anche senza il catalizzatore, ma la superficie di contatto metallo-gas sarebbe molto più bassa, a prescindere dal materiale differente, e quindi la reazione non sarebbe efficiente, bisognerebbe fare per assurdo una linea di scarico lunga decine di metri.
Fare un tubo composto da un fascio di tanti piccoli tubicini crea un ostacolo all’uscita dei gas e questo per il motore non è assolutamente una cosa buona.
Provate a respirare attraverso un tubo e poi mettere alla fine del tubo un panno, lo sforzo per respirare sarà maggiore quanto più sarà spesso il tessuto e quanto più sarà fitta la trama del tessuto. II catalizzatore crea lo stesso effetto.
Per diminuire questo effetto negativo si cerca di mantenere inalterata l’area di passaggio a disposizione dei gas ampliando le dimensioni del catalizzatore, dando la forma rigonfia caratteristica, che serve a far passare lo stesso volume di gas, cercando di creare una resistenza più bassa possibile e quindi rendendo le perdite di carico minori e lasciando la linea di scarico quasi ugualmente performante.
Qui sotto potete vedere una rappresentazione molto schematica e semplificata delle dimensione di due condotti con quasi la stessa area di passaggio, in pratica il collettore libero a sinistra ed il catalizzatore a destra.
Un catalizzatore ceramico crea una perdita di carico maggiore del 25% (rallentano molto i gas), ma è più efficiente come performance anti inquinanti, anche lo spessore delle paratie è importante ( circa 1 mm) con i passaggi molto, molto piccoli.
Diventa chiaro il perché della sua bassa efficienza a livello fluidodinamico.
Un catalizzatore metallico, invece, crea una perdita di carico del 5-15% a seconda del numero di celle. Lo spessore delle paratie è di circa 0.3 mm e può contenere anche solo 100 celle. Quindi tutto questo si tramuta in ottime performance fluidodinamiche a confronto a quello ceramico, ma anche in una bassa efficienza anti inquinante. Per aggirare il problema, i produttori li realizzano con diverso numero di celle, da 100 – 200 – 400 fino ad arrivare in rarissimi casi anche a 1200.
Chiaramente le differenti scelte sono disponibili per ottimizzare la risposta del motore a seconda delle esigenze.