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terça-feira, 4 de setembro de 2012

Gases poluentes


Emissões de gases, este é o assunto mais falado dentro das industrias automobilísticas do mundo todo, as leis vem impondo limites cada vez menores desde a década de 70, e o Brasil não esta ficando de fora disto, um pouco atrasado com relação a Europa e Estados Unidos, mas a frente dos países do latinos americanos.

Nesta postagem vou expor quais são os principais gases monitorados pelos governos, como eles se formam dentro do motor, quais os malefícios à saúde e quais são as modificações necessárias no motor para reduzi-los.

Os principais gases monitorados pela PROCONVE são:
  • NOx - Óxido de Nitrogênio.
  • CO - Monóxido de Carbono.
  • HC - Hidrocarbonetos.
  • Aldeídos.
  • SO2 , H2S - Compostos de Enxofre.
  • Particulados.

Apresentação dos gases

NOx

NO - Óxido Nítrico (Incolor) - Não afeta a saúde

NO2 - Dióxido de Nitrogênio (Vermelho e marrom) responsável pelo tom de alaranjado do céu de toda cidade metropolitana (SMOG).
  • Problemas nas vias respiratórias e nos olhos, contribui para efeito estufa e chuva ácida.
  • OH + NO2 -> HNO3 - chuva ácida
 O NOx é formado no motor quando a combustão atinge altas temperaturas, geralmente em misturas pouco pobre (FR ~ 0,95) e em motores onde a taxa de compressão é elevada (acima de 12:1), os motores Diesel são os principais formadores destes gases.

CO

Incolor
  • Compete com o oxigênio pela hemoglobina, sua inalação com níveis elevados pode levar a morte.
  • A inalação em níveis baixos podem causar, dores de cabeça, náuseas, tonturas e altera a percepção visual.
O CO é formado pela combustão incompleta e pela dissociação do CO2, em acelerações onde a mistura é rica a formação acentua-se pela a não queima de todo combustível na câmara de combustão.

HC

Parafinas, Naftalenos, Aromáticos, Olefinas, Metano e Octano.
  • Alguns deles são cancerígenos.
  • Na atmosfera combina-se com o NOx para formar o SMOG e Ozônio
Os HC são formados de diversas formas nos motores:
  1. Combustão Incompleta, mistura rica, extinção da chama nas paredes dos cilindros
  2. Depósitos de carbono em fendas e cantos vivos dos cilindros (Borras)
  3. Vazamento da válvula de escape durante a compressão e explosão.
  4. Overlap
  5. Óleo lubrificante nas paredes do cilindros
  6. Blow-By
  7. Emissões evaporativas do tanque de combustível
Aldeídos

Grupamento H-C=O (Formila) ligado a um radical alifático ou aromático.
  • Irritam os olhos e mucosa.
  • Alguns tem odor desagradável.
Os Aldeídos formam-se em motores Diesel quando a temperatura da chama é baixa e quando no aquecimento dos motores Otto a álcool.

Compostos de enxofre

SO2 - Dióxido de enxofre
  • Na inalação pode interferir na eliminação de bactérias e partículas inertes dos pulmões. Aumenta a produção de catarro e causa maior resistência das vias aéreas.
H2S -Ácido Sulfídrico
  • Formação de chuva ácida
Esses compostos são formados pela oxidação do enxofre presente nos combustíveis, principalmente no óleo Diesel.

Particulado

Fumaça preta formada principalmente por motores Diesel.

  • Partículas com diâmetro entre 5 e 30 micro metros depositam-se no nariz, boca, faringe e traquéia
  • Partículas entre 1 e 5 micro metro depositam-se na traquéia, brônquios e bronquíolos
  • Partículas menores que 1 micro metro depositam-se nos bronquíolos e alvéolos
  • Aumento de doenças respiratórias em crianças e mortalidade em pacientes com doenças cardiovascularese ou pulmonares, aumento dos ataques de asma em asmáticos, aumento de casos de câncer devido a efeitos de partículas cuja composição química contém componentes carcinogênicos.
São formados pela queima incompleta do combustível, pequenas gotas de combustível que não vaporizaram completamente e se transformaram em pequenas esferas de carbono com medidas de micro metros, formados principalmente por motores Diesel.

Limites de emissões estabelecidos

Dados retirados do site do Ibama: http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/programa-proconve
Onde pode-se ver todos os termos e detalhes dos programas PROCONVE.

Veículos Leve de Passageiros
POLUENTES LIMITES
Fase L-5 Fase L-6(1)
Desde A partir de
1º/1/2009 1º/1/2014
monóxido de carbono (CO em g/km) 2 1,3
hidrocarbonetos (HC em g/km) 0,30(2) 0,30(2)
hidrocarbonetos não metano (NMHC em g/km) 0,05 0,05
óxidos de nitrogênio (NOx em g/km) 0,12(3) ou 0,25(4) 0,08
material particulado(4) (MP em g/km) 0,05 0,025
aldeídos(3) (CHO g/km) 0,02 0,02
emissão evaporativa (g/ensaio) 2 1,5(6) ou 2,0(5)(6)
emissão de gás no cárter nula nula
(1) Em 2014 -> para todos os novos lançamentos
A partir de 2015 -> para todos os veículos comercializados
(2) Aplicável somente a veículos movidos a GNV;
(3) Aplicável somente a veículos movidos a gasolina ou etanol;
(4) Aplicável somente a veículos movidos a óleo diesel;
(5) Aplicável aos ensaios realizados em câmera selada de volume variável
(6) Aplicado a todos os veículos a partir de 1º/1/2012

Veículos Pesados – Ciclo Diesel – Convencional e com Pós-tratamento
(Ciclo de testes ESC/ELR)
POLUENTES LIMITES
Fase P-5(1) Fase P-6 Fase P-7
desde a partir de a partir de
1º/1/2004 1º/1/2009 1º/1/2012
monóxido de carbono (CO em g/kW.h) 2,1 1,5 1,5
hidrocarbonetos (HC em g/kW.h) 0,66 0,46 0,46
óxidos de nitrogênio (NOx em g/kw.h) 5 3,5 2
material particulado (MP em g/kW.h) 0,10 ou 0,13(2) 0,02 0,02
opacidade ELR (m-1) 0,8 0,5 0,5
(1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 2011 por força de Termo de Ajustamento homologado
pelo Juízo Federal no estado de São Paulo
(2) Aplicável somente a motores de cilindrada unitária inferior a 0,75 dm³ e rotação à potência nominal
superior a 3000 m-1; 
Veículos Pesados - Ciclo Diesel – Convencional e com Pós-tratamento
(Ciclo de testes ETC)
POLUENTES LIMITES
Fase P-5(1) Fase P-6 Fase P-7
desde a partir de a partir de
1º/1º/2004(2) 1º/1º/2009 1º/1º/2012
monóxido de carbono (CO em g/kW.h) 5,45 4 4
hidrocarbonetos não metano (NMHC - g/kW.h) 0,78 0,55 0,55
metano (CH4 em g/kW.h) NE NE NE
óxidos de nitrogênio (NOx em g/kw.h) 5 3,5 2
material particulado (MP em g/kW.h) 0,16 ou 0,21(3) 0,03 0,03
(1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 2011 por força de Termo de Ajustamento homologado
pelo Juízo Federal no estado de São Paulo
(2) Aplicável somente para veículos com pós-tratamento
(3) Aplicável somente a motores de cilindrada unitária inferior a 0,75 dm³ e rotação à potência nominal
superior a 3000 m-1; 
(NE) não exigível. 
Veículos Pesados - Ciclo Diesel – Com Pós-tratamento
(Ciclo de testes ESC/ELR)
POLUENTES LIMITES
Fase P-5(1) Fase P-6 Fase P-7
Desde Desde A partir de
1º/1/2004 1º/1/2009 1º/1/2012
monóxido de carbono (CO em g/kW.h) 2,1 1,5 1,5
hidrocarbonetos (HC em g/kW.h) 0,66 0,46 0,46
óxidos de nitrogênio (NOx em g/kw.h) 5 3,5 2
material particulado (MP em g/kW.h) 0,10 ou 0,13(2) 0,02 0,02
opacidade ELR (m-1) 0,8 0,5 0,5
(1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 2011 por força de Termo de Ajustamento homologado
pelo Juízo Federal no estado de São Paulo
(2) Aplicável somente a motores de cilindrada unitária inferior a 0,75 dm³ e rotação à potência nominal
superior a 3000 m-1; 

Mudanças e novas tecnologias

Em 2012 grandes mudanças ocorreram no Brasil nos motores ciclo Diesel, com o inicio da fase P7 no dia 01/01/2012 equivalente ao Euro 5.

Enquanto que nos motores ciclo Otto as mudanças chegaram em 2014, mas algumas montadoras já adiantaram em seu modelos novos as novas tecnologia que poderão ser a solução para se atender os novos limites de emissões.

Nos motores Otto a mudança do sistema de injeção indireto para o direto será uma solução para a redução do monóxido de carbono (CO), aliada à redução de tamanho do motor (Downsize) que irá reduzir de 2 g/km para 1,3 g/km a emissão deste poluente. Esse é o principal poluente expelido por este tipo de motor. Algumas montadores vem com projetos de motores de 3 cilindros 1.0 litros, mas com adição de potência se comparado com os convencionais 4 cilindros 1.0, isso se deve à adoção dos turbo compressores que podem ser de geometria variável, esse turbos não vem somente para adicionar potência ao motor, mas sim aumentar a turbulência do ar na câmara de combustão homogenizando a mistura para que a combustão seja mais completa, diminuindo assim a formação de CO e HC.

Outra configuração que vem já consolidada na Europa e EU são os motores híbridos (combustão e elétrico), no Brasil já existe carros sendo vendido com este tipo de powertrain (Ford Hybrid Fusion e o Volt da GM), mas ainda o custo desta tecnologia é caro e principalmente a questão que envolve as bateria. Discute-se o tempo de vida, o tempo de recarga e a autonomia que ainda não passa 150 km de distância, varias instituições de pesquisa vem propondo novos tipos de baterias em substituição às convecionais de Ion-lítio, mas ainda não passaram pela parte de projetos. Mas com certeza esta é uma tendência que irá acontecer.

Ainda não se ouve falar do futuro dos motores Flex (álcool e gasolina) no Brasil, o álcool seria uma boa solução para a redução de emissão dos motores a combustão, eles são muito mais ecológicos  e por não serem combustíveis fosseis não emitem gases prejudiciais a atmosfera, somente os chamados Aldeídos, mas algumas questões envolvem o futuro do álcool, são elas a demanda de combustível, os preços que flutuam muito e o rendimento do álcool que é 30% inferior ao da gasolina. Os motores Flex sofrem por não serem afinados nem para o álcool e nem para a gasolina, ficam num meio termo para os dois, penalizando assim o consumo de combustível, outra questão importante é o sistema de injeção direta, que hoje não se pode aplicar esta tecnologia com o álcool, pois existe um impedimento técnico envolvido, os injetores são totalmente diferentes dos encontrados hoje nos sistemas de injeção indireta, eles precisam injetar o combustível nos cilindros com uma pressão maior que a pressão que esta dentro dos cilindros, podendo passar de 200 bar. Portando estes injetores precisam ter um design com partes moveis dentro dele, que criam atritos entre elas, necessitando assim de lubrificação, um papel que a gasolina consegue prover pela sua composição molecular e o enxofre presente na gasolina que tem a propriedade de lubrificar. Ao contrario do álcool, que por ter uma caracteristica de solvente não lubrificaria as partes moveis do injetor impedindo o seu funcionamento.

Outro ponto importante é que geralmente os projetos de motores são feitos fora do Brasil, e como lá fora não existe motores Flex de álcool e gasolina, os estudos e pesquisas em cima deste tipo de motor é muito pouco, podendo até dentro de alguns anos serem extintos e substituídos por outros como combustíveis alternativos e motores elétricos.

Outros estudos estão caminhando com toda intensidade, como o hidrogênio, materiais com menos atritos e com isso com menos resistência, pneus com menos resistência de rolagem, aerodinâmica mais fluida dos veículos, etc. investimentos em tecnologias que a dez anos atras não eram nem cogitados a serem estudados, hoje estão a todo vapor, e assim a industria de energia continua a evoluir. 
  

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