Análise de Gás Bomba de Combustível Novas Tecnologias

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1 Análise de Gás Bomba de Combustível Novas Tecnologias Rodrigo Domingues Adelmo Leite

2 Análise de Gás

3 Análise de Gás Introdução Por que analisar? Os veículos automotores de combustíveis fósseis são responsáveis por grande parte da poluição depositada na atmosfera. São, deste modo, exigidas ações para prevenir ou reduzir os efeitos da degradação da qualidade do ar o que já foi demonstrado ser compatível com o desenvolvimento industrial e social. A gestão da qualidade do ar envolve a definição de limites de concentração dos poluentes na atmosfera, a limitação de emissão dos mesmos, bem como a intervenção no processo de licenciamento, na criação de estruturas de controle da poluição em áreas especiais e apoios na implementação de tecnologias menos poluentes.

4 Introdução Poluição do ar e efeitos sobre a saúde humana Sobre a saúde humana a poluição atmosférica afeta o sistema respiratório podendo agravar ou mesmo provocar diversas doenças crônicas tais como a asma, bronquite crônica, infecções nos pulmões, enfisema pulmonar, doenças do coração e cancro do pulmão. O clima também é afetado pela poluição do ar. O fenômeno do efeito estufa está aumentando a temperatura em nosso planeta. Ele ocorre da seguinte forma: os gases poluentes formam uma camada de poluição na atmosfera, bloqueando a dissipação do calor. Desta forma, o calor fica concentrado na atmosfera, provocando mudanças climáticas Futuramente, pesquisadores afirmam que poderemos ter a elevação do nível de água dos oceanos, provocando o alagamento de ilhas e cidades litorâneas. Muitas espécies animais poderão ser extintas e tufões e maremotos poderão ocorrer com mais freqüência.

5 Análise de Gases Constatada a gravidade da poluição gerada pelos veículos, a CETESB, durante a década de 80, desenvolveu as bases técnicas que culminaram com a Resolução nº 18/86 do CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente, que estabeleceu o PROCONVE posteriormente complementada por outras Resoluções CONAMA. A Lei Federal nº 8723 de 28 de outubro de 93 definiu os limites de emissão para veículos leves e pesados e após esta data os índices estão baixando cada vez mais, obrigando as montadoras se adaptarem. Limites de emissões para veículos leves [g/km] ANO CO HC NOx Fonte: PROCONVE - Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos Automotores CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental

6 Análise de Gases Princípios da Combustão Para compreender e interpretar as informações fornecidas pelo analisador de gases, é necessário o conhecimento relativo aos produtos decorrentes da combustão, bem como são formados no motor a gasolina e a inter relação entre eles quando varia a relação ar/combustível fornecida ao motor. Num motor de combustão interna movido a gasolina, o início da combustão é gerado por uma centelha de ignição na mistura ar/combustível já comprimida dentro da câmara de combustão. Esta queima provoca um aumento da pressão em função da expansão dos gases, forçando o pistão a se deslocar para baixo, gerando assim energia mecânica.

7 Análise de Gases Devido ao fato de que os motores de combustão interna não serem 100% eficientes, mesmo quando a mistura fornecida a eles é ideal, outras substâncias são formadas na câmara de combustão durante o processo de queima e que são lançadas na atmosfera. A maior quantidade de subprodutos expelidos incluem: Dióxido de Carbono (CO2); Monóxido de Carbono (CO); Óxidos de Nitrogênio (NOx); Hidrocarbonetos (HC); Oxigênio (O2).

8 Análise de Gases Condições ideais de emissões em motores a gasolina:

9 Análise de Gases Condições ideais de emissões em motores a álcool:

10 RELAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA Análise de Gases

11 Análise de Gases Óxidos de Nitrogênio O nitrogênio está presente em cerca de 78% do ar atmosférico e o oxigênios em torno de 21%. Desta maneira, cerca de 78% do ar na câmara de combustão é nitrogênio, que é um gás inerte, não contribuindo positiva ou negativamente no processo de combustão. O nitrogênio e o oxigênio se combinam formando óxidos nocivos, entre os quais, o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2), quando são aquecidos a temperaturas acima de 1400 C. Sob algumas condições de carga do motor, a temperatura da câmara de combustão excede facilmente os 1400 C, combinando o oxigênio e o nitrogênio de modo a formar os óxidos de nitrogênio (NOx). O x subscrito em local dos números, indica que todos os compostos oxigênio.nitrogênio estão incluídos. A figura a seguir mostra as concentrações de NOx em relação a mistura ar/combustível, onde se percebe a maior formação de NOx com misturas mais pobres, que aumentam a temperatura na câmara de combustão.

12 Análise de Gases

13 Análise de Gases Hidrocarbonetos (HC) Hidrocarbonetos são compostos orgânicos resultantes da combinação de átomos de carbono e hidrogênio. O HC presente na descarga dos motores a gasolina é resultante dos vapores de gasolina não queimados, e é medido em ppm (partes por milhão). Os níveis de HC da descarga variam com a relação ar/combustível. A figura a seguir mostra a relação existente entre as concentrações de HC e a relação ar/combustível, sendo que as concentrações mais baixas de HC ocorrem próximo a relação de 16,2:1.

14 Análise de Gases

15 Análise de Gases Monóxido de Carbono (CO) O monóxido de carbono é um subproduto resultante da combustão com falta de ar (O2), ou seja, mistura rica, e é formado pela combinação de 1 átomo de carbono com 1 átomo de oxigênio. O carbono é proveniente do combustível (HC) e o oxigênio do ar admitido. Quanto mais rica a mistura, maior a concentração de CO na descarga. Desta maneira, qualquer causa que provoque uma relação ar/combustível rica, resultará num alto teor de CO nos gases de descarga. A figura a seguir mostra a relação entre o Co produzido e a relação ar/combustível.

16 Análise de Gases

17 Análise de Gases O gráfico mostra que o nível de CO diminui quando a mistura aproxima-se da relação 15:1, e se mantém constante daí para diante, mesmo que a mistura continue a ser empobrecida. Devido a isto, o CO é um bom indicador de mistura rica, mas porém, é mau indicador de mistura pobre. Este fato faz com que o HC e o CO sejam bons indicadores da eficiência do motor, além de servirem como parâmetros de controle na legislação ambiental. Quando estes são usados na comparação com os gases O2 e CO2, também podem indicar a eficiência do catalisador.

18 Análise de Gases Dióxido de Carbono (CO2) O dióxido de carbono é um subproduto da combustão formado quando1 átomo de carbono se combina com 2 átomos de oxigênio, e também pela oxidação de CO no catalisador. Ao contrário do CO, o CO2 é inofensivo (comparativamente), sendo que os animais o eliminam na respiração. O pico de CO2 ocorre quando a mistura aproxima-se de 14,1:1 e diminui quer a mistura enriqueça ou empobreça. Esta característica faz com que o CO2 na descarga seja um bom indicador de eficiência de combustão, bem como um indicador da boa integridade do sistema de escapamento.

19 Análise de Gases

20 Análise de Gases Oxigênio (O2) A concentração de oxigênio na descarga é um indicador do empobrecimento da mistura. O O2 origina-se do ar que o motor admite e se combina com o HC para realizar a combustão. Sabendo-se que o ar ambiente contém cerca de 21% de oxigênio, a porcentagem de O2 nos gases de descarga servirá como indicador de uma relação ar/combustível empobrecida. A figura mostra que a presença de oxigênio se estabiliza em níveis baixos,quando as misturas estão mais ricas do que 15:1, devido ao fato de que todo o oxigênio disponível é consumido na combustão. Conforme a mistura vai empobrecendo, a presença de O2 aumenta (sobra oxigênios na combustão). Altas concentrações de O2 de descarga são diretamente proporcionais a misturas mais pobres.

21 Análise de Gases

22 Análise de Gases CONCLUSÃO A figura mostrada a seguir, a correlação existente entre a relação ar/combustível e os 4 gases monitorados pelo analisador: O nível de HC é menor quando a mistura é ideal, devido ao fato de que quase todo o combustível é queimado. Misturas mais pobres ou mais ricas ou ainda falhas de ignição, causam aumento do teor de HC, devido à combustão incompleta. Os níveis de CO são mais baixos quando a relação ar/combustível está próxima da ideal devido à menor sobra de carbono e oxigênio resultantes de uma combustão mais completa. Misturas ricas causam o aumento do nível de CO, sendo que partindo da mistura ideal para misturas mais pobres, o efeito é mínimo.

23 Análise de Gases Os níveis de CO2 são mais elevados quando a relação ar/combustível estiver próxima da ideal e diminuem quando a mistura se torna rica ou pobre. Os níveis de O2 são próximos de zero quando a relação ar/combustível for ideal, devido ao fato de que a maioria do oxigênio é consumido durante a combustão. O teor de O2 nos gases de descarga se mantém baixo quando a mistura enriquece, e aumenta quando a mistura é pobre.

24 Análise de Gases

25 Equipamento de Análise de Gases

26 Equipamento de Análise de Gases Tela principal Indicadores: CO, CO2, HC, O2 Lambda, CO corrigido Diluição, RPM do motor Temperatura do óleo Características: Banco de dados com os indicadores de cada veículo Cadastro de clientes Homologado pelo INMETRO

27 Manutenção

28 Manutenção Condições e resultados para o motor dependendo da mistura:

29 Bomba de Combustível

30 Bomba de Combustível Função: Enviar o combustível do tanque para o sistema de alimentação do motor, mantendo as mínimas condições de pressão e vazão suficiente para a demanda. Existem dois tipos de bombas: Bomba de acionamento Mecânico Bomba de acionamento Elétrico

31 Bomba de Combustível Cuidados: O funcionamento ideal da peça depende das condições dos itens que compõe o sistema de alimentação, ou seja, filtros, pré-filtros, mangueiras e combustíveis de qualidade. Na bomba propriamente não há manutenção, assim é necessário cuidar da substituição do filtro de combustível e pré-filtro nos intervalos indicados pela montadora. Desta forma a bomba de combustível trabalhará em condições adequadas tendo maior durabilidade.

32 Bomba de Combustível Conceitos de Construção Gerotor Roolervane Turbina

33 Bomba de Combustível Válvula de Alívio de Pressão (Segurança) Saída Motor com 5 pares de polos 26mm Turbina de 37mm Escovas Válvula de Recalque Carcaça em Aço Inox Entrada Secçãode Bombeamento em Plástico Saída Vapor

34 Injeção Eletrônica Como testar Esquema de montagem para verificação da vazão de combustível da bomba elétrica: Linha retorno Linha pressão/ Manômetro Becker graduado Linha pressão/ Manômetro + Rotâmetro Tanque combustível Sistema de alimentação de combustível com retorno Sistema de alimentação de combustível sem retorno

35 Injeção Eletrônica Como testar Instale o medidor de pressão e vazão na linha de alimentação de combustível. De a partida no veículo, verifique a tensão elétrica no chicote de alimentação da bomba, o valor deve ser de 13,5 v a 14,7v. Verifique o valor encontrado no medidor de pressão e vazão com o valor especificado pelo fabricante da bomba ou indicado no manual de serviço do veículo.

36 Novas Tecnologias

37 Sistema de Partida a Frio Sistema de Partida a Frio Delphi O sistema de partida a frio Delphi para eliminação do tanquinho de gasolina baseia-se no aquecimento do etanol no injetor de combustível, através do aquecimento do próprio injetor. Não é necessário injetores adicionais ou aquecedores. A solução Delphi permite rápido aquecimento do etanol em temperaturas baixas. Em conjunto com estratégias do sistema de Multi-Fuel Delphi, o aquecimento ocorre já nos primeiros pulsos de injeção garantindo maior eficiência, podendo se reduzir ou até eliminar o tempo de pré-aquecimento, dependendo da temperatura em que o motor se encontra.

38 Sistema de Partida a Frio Do ponto de vista do usuário, o desconforto é reduzido, pois não existe necessidade de acionamento da embreagem, além de maiores impactos de montagem e componentes do sistema do veículo, pois a solução Delphi traz mínimas alterações nos componentes do motor. Além do beneficio da partida a frio, este conceito permite a redução de emissões nas fases frias do ciclo medição de emissões veiculares. A Delphi tem o conceito disponível, sendo demonstrado para diversos clientes com os seguintes resultados médios obtidos: Não há necessidade de pré-aquecimento para temperaturas acima de 5ºC (maioria do território nacional): Pré-aquecimento Partida -5ºC: 6s 1,8s 0 ºC: 5s 1,5s +5ºC: 0s 1,9s 10 ºC: 0s 1,4s 14ºC 0s 1.1s

39 Mapec Mapec (Central Eletrônica Integrada) Com o pensamento em atingir a necessidade dos países emergentes em alcançar segurança e conforto, com redução de custo, a Delphi inova trazendo uma tecnológica revolucionária. A Mapec é uma nova central eletrônica que substitui fusíveis, relês e módulos eletrônicos e pretende ser um marco na adoção de soluções eletroeletrônico para veículos de baixo custo.

40 Mapec Essa tecnologia impacta as arquiteturas eletroeletrônicas e trás os seguintes benefícios: redução de custo, aumento da confiabilidade, redução média de cerca de 40 circuitos de veículo, função no chaveamento de potência e proteção elétrica e grandes possibilidades de alteração de funções, com mínimo impacto na arquitetura veicular. Esta tecnologia está sendo desenvolvida no Brasil, por engenheiros brasileiros, para o mercado nacional, mas com aplicação em mercados similares (emergentes), onde as preocupações são semelhantes.

41 Injeção eletrônica para Motos Injeção eletrônica para Motos A Tecnologia de Injeção Eletrônica Multifuel da Delphi, desenvolvida e patenteada no Brasil e nos Estados Unidos pelo Centro de Tecnologia da Delphi em Piracicaba (SP), foi fornecida para a AME Amazonas Motocicletas Especiais para a produção da primeira motocicleta bicombustível.

42 Injeção eletrônica para Motos A nova moto, além de permitir que as motocicletas de passeio operem com qualquer proporção de álcool e gasolina, e tenham uma menor geração de gases do efeito estufa, trará economia ao bolso do motociclista. O produto deve impulsionar o mercado de bicombustíveis em duas rodas, assim como aconteceu com a venda de automóveis flexíveis - que atingiu em 2008 a marca de cinco milhões de veículos fabricados com essa tecnologia.

43 Fim

44

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