FECHAR
FECHAR
26 de maio de 2018
Voltar
Manutenção

Um passo à frente no controle de emissões

Avanço da tecnologia permite uma queima muito mais uniforme dos combustíveis, viabilizando a produção de motores mais limpos; Conheça os principais conceitos

Embora haja quase um consenso de que os motores de ciclo diesel são mais poluentes que os de ciclo Otto, essa é uma visão tendenciosa. Nos motores a gasolina, há a predominância da emissão de hidrocarbonetos (HC) de cadeia aromática e monóxido de carbono (CO). No ciclo diesel, predominam os óxidos de nitrogênio (NOx) e o material particulado (MP).

Outra questão grave no caso dos motores diesel é a emissão de óxidos de enxofre, decorrente da proporção desse elemento no diesel – de até 2.000 partes por milhão (ppm) – que foi amplamente comercializado no mercado internacional durante muitos anos. O fato é que o enxofre causa a geração de ácido sulfúrico no sistema de escapamento, que acaba por corroer todas as tubulações e componentes.

Atualmente, contudo, a tecnologia dos combustíveis e dos sistemas de injeção permite uma queima muito mais uniforme, viabilizando a produção de motores diesel tão limpos quanto os de ciclo Otto e uma formulação praticamente livre de enxofre no diesel. Mesmo assim, em alguns setores houve uma campanha massiva contra esse tipo de motor, considerando-se que o NOx traz consequências ainda piores que o HC.

PROCESSOS

Para o controle das emissões de NOx, dois processos foram mais difundidos na indústria: a recirculação dos gases de escapamento e a redução catalítica seletiva, que acabou por ser adotada pela maioria dos fabricantes. Esses dispositivos são instalados após os filtros de partículas e os catalisadores. A redução catalítica seletiva (SCR) foi a solução adotada por fabricantes como Mercedes-Benz, Volvo e Scania, por exemplo.

Montado antes do filtro de partículas (separadamente ou como parte integrante do mesmo), o catalisador é responsável pela oxidação dos gases e do material particulado. Trata-se de um tratamento primário, seguido pelo filtro de partículas, que atua num sistema de labirinto. Quando o filtro torna-se saturado, a eletrônica do motor executa a limpeza, chamada de “rege


Embora haja quase um consenso de que os motores de ciclo diesel são mais poluentes que os de ciclo Otto, essa é uma visão tendenciosa. Nos motores a gasolina, há a predominância da emissão de hidrocarbonetos (HC) de cadeia aromática e monóxido de carbono (CO). No ciclo diesel, predominam os óxidos de nitrogênio (NOx) e o material particulado (MP).

Outra questão grave no caso dos motores diesel é a emissão de óxidos de enxofre, decorrente da proporção desse elemento no diesel – de até 2.000 partes por milhão (ppm) – que foi amplamente comercializado no mercado internacional durante muitos anos. O fato é que o enxofre causa a geração de ácido sulfúrico no sistema de escapamento, que acaba por corroer todas as tubulações e componentes.

Atualmente, contudo, a tecnologia dos combustíveis e dos sistemas de injeção permite uma queima muito mais uniforme, viabilizando a produção de motores diesel tão limpos quanto os de ciclo Otto e uma formulação praticamente livre de enxofre no diesel. Mesmo assim, em alguns setores houve uma campanha massiva contra esse tipo de motor, considerando-se que o NOx traz consequências ainda piores que o HC.

Tecnologias SCR e EGR são os processos mais difundidos na indústria de motores

 

 

 

PROCESSOS

Para o controle das emissões de NOx, dois processos foram mais difundidos na indústria: a recirculação dos gases de escapamento e a redução catalítica seletiva, que acabou por ser adotada pela maioria dos fabricantes. Esses dispositivos são instalados após os filtros de partículas e os catalisadores. A redução catalítica seletiva (SCR) foi a solução adotada por fabricantes como Mercedes-Benz, Volvo e Scania, por exemplo.

Montado antes do filtro de partículas (separadamente ou como parte integrante do mesmo), o catalisador é responsável pela oxidação dos gases e do material particulado. Trata-se de um tratamento primário, seguido pelo filtro de partículas, que atua num sistema de labirinto. Quando o filtro torna-se saturado, a eletrônica do motor executa a limpeza, chamada de “regeneração”. Nessa situação, a temperatura dos gases de escape fica mais alta, de modo a “queimar” as partículas retidas no filtro.

A ação controladora ocorre no sistema de exaustão, ou seja, após a combustão, por meio de um conjunto de reações químicas no catalisador, que resulta em uma considerável redução de poluentes. Com efeito, foram obtidas reduções de até 60% em NOx e 80% nas emissões de material particulado.

De modo geral, a conversão dos óxidos de nitrogênio é feita por meio da injeção de uma substância chamada Arla 32 (Agente Redutor Líquido de Óxido de Nitrogênio Automotivo), que tem água e ureia como base, atuando no sistema de escapamento do veículo. O produto obtido nesse pós-tratamento inclui nitrogênio puro e vapor d’água, que não causam poluição.

Além de um reservatório para o Arla 32 e da bomba de sucção, a implantação desse sistema exigiu a inclusão de uma válvula de controle, um injetor no sistema de escapamento e uma unidade de controle, que coordena a ação do conjunto motor/catalisador.

O uso do Arla 32 requer um combustível de maior qualidade, atualmente o diesel S-10. Todavia, com exceção desse produto, não há mudança significativa na estrutura do motor nem em seu funcionamento. O consumo médio do Arla corresponde de 4% a 6% do consumo de diesel do veículo. Caso o tanque de Arla fique vazio, o motor entra em modo de segurança, com redução de potência, até que o reservatório seja reabastecido.

O mapa global de emissões mostra o atual estágio da regulamentação em cada região

A recirculação dos gases de escapamento (EGR) reduz a temperatura da câmara de combustão, minimizando dessa forma a geração de óxidos de nitrogênio. O sistema compreende um radiador EGR com válvula de by-pass (elétrica ou pneumática), que permite a refrigeração controlada dos gases de escapamento.

Os gases de escapamento são captados, resfriados e adicionados novamente ao ar de admissão, num fluxo regulado pela válvula EGR, reduzindo o percentual de oxigênio na mistura ar-combustível (nos motores de ciclo Otto) ou no ar de admissão (nos motores diesel). Consequentemente, os picos da temperatura de combustão também são reduzidos.

Como os óxidos de nitrogênio se formam principalmente em temperaturas elevadas, é possível reduzir sua geração em até 50%. A temperatura mais baixa na câmara de combustão, contudo, aumenta a geração de material particulado. Com a recirculação, parte desse material particulado é reenviada à câmara de combustão, piorando ainda mais a situação.

Por essa razão, é importante utilizar óleo lubrificante de boa qualidade para remover esse material. Mesmo assim, o filtro ficará saturado em menos tempo e o consumo de combustível será maior.

Ação controladora ocorre no sistema de exaustão por meio de um conjunto de reações químicas no catalisador

COMBUSTÍVEL

Cada vez mais, os motores e dispositivos de controle de emissões dependem da qualidade do combustível, um problema de escala mundial. Afinal, nem todos os países têm condições de produzir o diesel exigido para a operação de motores que atendam às especificações atuais (e futuras) de controle de emissões.

Essa situação levou à criação do conceito de “de-tiering”, ou seja, a possibilidade de alteração dos motores de modo que possam trabalhar com combustível de qualidade inferior sem afetar sua vida útil, mas com níveis de emissões acima dos originalmente previstos, de modo a permitir seu uso em países com menores exigências de controle (pelo menos Tier 4 Interim).

Nesse sentido, a empresa suíça Equippo produziu o mapa Resale Value Risk, no qual estão projetados os países que poderão utilizar equipamentos Tier 4 Final ou Euro Stage IV até 2019. Esse mapa, que mostra os países onde será possível comprar ou vender esses equipamentos, está baseado na situação dos kits de de-tiering (Deutz, Volvo e Caterpillar) e em dados do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente referentes à situação atual e futura da qualidade de combustíveis no mundo.

Na América do Sul, até 2019 o único país com condições de utilização de motores Tier 4 Final/Stage IV será o Chile. No Brasil, atualmente existem dois tipos de diesel sendo comercializados: o diesel comum S-500 (número de cetano 42 e até 500 ppm de enxofre) e o S-10 (número de cetano 48). O diesel anterior, com 1800 ppm de enxofre, já deixou de ser comercializado.

A partir de 2012, com a entrada da lei de emissões veiculares, criou-se a necessidade de adequação dos motores produzidos no país aos parâmetros citados na legislação, dentro dos prazos correspondentes. No que diz respeito a caminhões, a regulamentação ficou a cargo do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), que estabeleceu metas para redução das emissões desses veículos. A partir de 2012, os veículos tiveram seus motores adaptados às exigências do Proconve 7, que equivale à norma europeia Euro 5.

Tabela 1 – Níveis de emissões definidos pelo Proconve MAR-I

Destaque-se que isso não representou qualquer desafio tecnológico para os fabricantes, uma vez que já estavam acostumados aos rigores das leis de controle de emissões aplicadas na Europa e Estados Unidos.

NÍVEIS PARA MÁQUINAS AGRÍCOLAS E DE CONSTRUÇÃO

Em 13 de julho de 2011, o CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) expediu sua Resolução no 433, que definiu os níveis de emissões para equipamentos fora de estrada, basicamente os mesmos níveis da norma norte-americana Tier III, para implantação entre janeiro de 2015 e janeiro de 2017. Esses níveis estão indicados no quadro abaixo.