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13 de outubro de 2021
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Manutenção

Controle estrito das emissões

Novas tecnologias combinam injeção eletrônica a diferentes sistemas de tratamento dos gases de escapamento, MAS exigem atenção com emperramentos e adulterações

Embora seja normalmente um gás inerte, em determinadas condições de temperatura o nitrogênio combina-se ao oxigênio do ar, formando uma família de óxidos designada genericamente como óxidos de nitrogênio (NOx).

Mas a temperatura no interior das câmaras de combustão nos motores pode atingir facilmente 1.100oC, o suficiente para formar NOx, que depois é eliminado pelo escapamento, com efeitos nocivos ao meio ambiente devido aos impactos na camada de ozônio e à formação do chamado ‘nevoeiro fotoquímico’, efeito presente em diversas metrópoles do mundo.

Juntamente com o monóxido de carbono (CO) e os materiais particulados (MP) resultantes da combustão, esses gases formam o conjunto de poluentes originados de motores a diesel. As emissões de gases pelo escapamento dos motores são controladas pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), por meio do Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores (Proconve). Esse programa estabelece diretrizes, prazos e padrões legais de emissão para as diferentes categorias de veículos automotores através de resoluções.

As atividades do Proconve se iniciaram em 1989, com a Fase 1 de veículos leves e pesados. Regulamentada pela Resolução 433/2011, a fase MAR-1 (Máquinas Agrícolas e Rodoviárias – Fase 1) se aplica às máquinas agrícolas e de construção novas, nacionais ou importadas. Pelos níveis adotados, é similar à norte-americana Tier 3 e à europeia Stage IIIA, sendo a primeira regulamentação desse tipo na América Latina.

Nessa primeira fase, somente as máquinas de construção rodoviária deviam atender aos limites de emissões e ruído especificados. Essa resolução está fundamentada pela Norma Técnica NBR ISO 8178 da ABNT, que define os procedimentos para medição das emissões nos gases de exaustão de motores de equipamentos fora de estrada.


Embora seja normalmente um gás inerte, em determinadas condições de temperatura o nitrogênio combina-se ao oxigênio do ar, formando uma família de óxidos designada genericamente como óxidos de nitrogênio (NOx).

Mas a temperatura no interior das câmaras de combustão nos motores pode atingir facilmente 1.100oC, o suficiente para formar NOx, que depois é eliminado pelo escapamento, com efeitos nocivos ao meio ambiente devido aos impactos na camada de ozônio e à formação do chamado ‘nevoeiro fotoquímico’, efeito presente em diversas metrópoles do mundo.

Juntamente com o monóxido de carbono (CO) e os materiais particulados (MP) resultantes da combustão, esses gases formam o conjunto de poluentes originados de motores a diesel. As emissões de gases pelo escapamento dos motores são controladas pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), por meio do Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores (Proconve). Esse programa estabelece diretrizes, prazos e padrões legais de emissão para as diferentes categorias de veículos automotores através de resoluções.

As atividades do Proconve se iniciaram em 1989, com a Fase 1 de veículos leves e pesados. Regulamentada pela Resolução 433/2011, a fase MAR-1 (Máquinas Agrícolas e Rodoviárias – Fase 1) se aplica às máquinas agrícolas e de construção novas, nacionais ou importadas. Pelos níveis adotados, é similar à norte-americana Tier 3 e à europeia Stage IIIA, sendo a primeira regulamentação desse tipo na América Latina.

Nessa primeira fase, somente as máquinas de construção rodoviária deviam atender aos limites de emissões e ruído especificados. Essa resolução está fundamentada pela Norma Técnica NBR ISO 8178 da ABNT, que define os procedimentos para medição das emissões nos gases de exaustão de motores de equipamentos fora de estrada.

Regulamentação exige tecnologias mais avançadas de contenção

A partir de 2015, a regulamentação foi aplicada às máquinas de construção com potência entre 37 e 560 kW (50 e 761 cv). A partir de 2017, foi estendida aos modelos com potência entre 19 e 560 kW (25 e 761 cv) e às máquinas agrícolas com potência entre 75 e 560 kW (101 e 761 cv). Em 2019, foram também incluídas as máquinas agrícolas entre 19 e 75 kW (25 e 101 cv).

A resolução define limites de emissão de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado (MP) para os equipamentos. Os limites previstos estão listados na Tabela 1.

Mas, para serem atendidos, os limites estabelecidos pela MAR-1 exigem modificações nos motores e utilização de diesel com teor reduzido de enxofre (S10, conforme Resolução ANP no 50). Esse diesel tem ainda as vantagens de reduzir as emissões de material particulado, além de minimizar o desgaste de anéis e cilindros e a deterioração do óleo lubrificante.

TECNOLOGIAS

No Brasil, muitos fabricantes têm motores preparados para atender às especificações de emissão de poluentes, até acima dos limites estabelecidos pela legislação local, alinhadas a padrões internacionais mais rígidos.

Resumidamente, as novas tecnologias incluem controle eletrônico de injeção, que assegura maior pressão e precisão ao fluxo de combustível, além de sistemas de recirculação (EGR) ou de redução catalítica seletiva (SCR) dos gases de escapamento. Na EGR, o gás de escapamento retorna para a câmara de combustão, reduzindo a temperatura de combustão e a formação de NOx.

Ilustração esquemática mostra o funcionamento de um sistema de pós-tratamento configurado para atender às normas Euro VI

Para isso, é necessário contar com um sistema de turboalimentação mais complexo. A liberação, restrição ou bloqueio do fluxo de gases é feita por uma válvula, conhecida como válvula EGR, que pode ser pneumática ou eletrônica. As válvulas pneumáticas utilizam a diferença de pressão entre câmaras internas separadas por um diafragma e, geralmente, são controladas pelo PCM (Power Control Module).

Esses componentes podem ser de diafragma simples ou duplo, sendo que o segundo pode trabalhar com contrapressão positiva ou negativa. Basicamente, a válvula irá se abrir num percentual “solicitado” pelo PCM em função dos parâmetros de aceleração, rotação, admissão de ar, avanço da injeção e outros.

As válvulas eletrônicas são do tipo solenoide, permitindo um controle mais preciso e rápido, baseado na pressão absoluta no coletor de admissão, posição do virabrequim, sensor de posição da borboleta de aceleração e temperatura do motor. Também podem ser lineares ou digitais.

Já na SCR, pulveriza-se um Agente de Redução Líquido Automotivo (Arla 32) no gás de escapamento, gerando uma reação química no catalisador que praticamente neutraliza a formação de NOx. E o material particulado é reduzido no próprio motor, ainda durante a combustão.

Nesse sistema, pode ser instalado um mecanismo conhecido como On-board Diagnose (OBD), que identifica a presença do Arla 32 e registra as falhas decorrentes da falta do reagente, além de alertar o operador por meio de luzes indicadoras e, eventualmente, reduzir a potência do motor.

Estruturalmente, o sistema SCR possui os seguintes componentes básicos: dois sensores de temperatura (localizados antes e depois do SCR), sensor de NOx, CPU (responsável pela análise dos dados e acionamento dos atuadores), unidade de bombeamento e injetor do Arla 32. O sistema só entra em funcionamento quando o motor atinge determinada temperatura e o sensor de NOx envia constantemente as informações para a ECU (unidade eletrônica de controle), que confirma se os resíduos foram efetivamente transformados em substâncias atóxicas.

PROCEDIMENTOS

O principal problema da válvula EGR pneumática é o emperramento. Se emperrar aberta, grande parte do gás de escapamento irá para dentro da câmara de combustão, baixando o rendimento do motor. Se emperrar fechada, o motor irá emitir mais NOx.

Obstrução do injetor e adulterações do Arla 32 são problemas de manutenção comuns no sistema SCR

O emperramento pode ter diversas causas, como trabalho em baixa rotação por período prolongado (causando excesso de carbonização no sistema de escapamento, cujos detritos podem dificultar o fechamento da válvula), combustível de má qualidade (cujos resíduos, ao se acumularem na válvula, podem fazê-la emperrar) é problemas na refrigeração dos gases de escape (impedindo que se atinja a temperatura ideal de funcionamento).

Existem no mercado diversos limpadores em spray, específicos para as partes metálicas dessas válvulas, que são bastante eficientes.

Os demais problemas são relacionados principalmente com itens como mola de retorno, furos calibrados, conector, fiação e PCM. Os PCM (módulos de controle de potência) atuais monitoram continuamente o funcionamento da válvula. Todavia, devido ao contato com os gases de escape, é comum que os furos da válvula fiquem obstruídos.

Esse é um problema crítico nas válvulas pneumáticas. O diafragma inferior não reage à contrapressão e a válvula simplesmente deixa de funcionar. No caso de válvulas eletrônicas, os gases de escape não podem recircular para o coletor de admissão.

Por sua vez, a perda de força das molas de retorno irá causar diferentes tipos de problemas, dependendo da válvula. Em válvulas de contrapressão positiva, o enfraquecimento da mola provoca a abertura muito rápida, enquanto válvulas de contrapressão negativa não abrem, ou abrem e fecham rapidamente.

Os limites máximos de emissão para motores de máquinas agrícolas e rodoviárias, conforme o Proconve Mar-1

Já a obstrução ou rompimento de mangueiras reduz a recirculação de gases, gerando um código de alerta na PCM. A origem desse problema pode não estar na válvula, mas no controle elétrico. Os sintomas mais comuns são luz indicadora de mau funcionamento acesa, oscilações na marcha lenta, detonações, perda de desempenho e até mesmo desligamento do motor, além de fumaça preta excessiva.

ARLA

Em veículos equipados com SCR, é fundamental o uso correto do Arla 32, que reduz as emissões de NOx em até 80% e as de CO na faixa de 4% a 6%. Segundo Elcio Luiz Farah, diretor da Affevas, as emissões de NOx por um caminhão Euro V adulterado (para não usar o Arla 32) equivalem às de 4,5 caminhões funcionando corretamente. Infelizmente, essas adulterações vêm sendo comuns.

A cada ano, tecnologias como os catalisadores de controle impedem a emissão de milhões de toneladas de poluentes na atmosfera

Por fim, os principais problemas de manutenção no SCR compreendem a obstrução do injetor de Arla 32, devido à cristalização. Para testar essa ocorrência, é necessário desmontar a unidade dosadora e verificar a quantidade de líquido que está sendo injetada. Em seguida, deve-se testar o funcionamento do sensor de temperatura e do módulo de dosagem do Arla.

Sem vez, máquinas poluentes fazem parte do passado no setor