DESENVOLVIMENTO LOCAL DE SOLUÇÕES EM PÓS- TRATAMENTO PARA HEAVY DUTY DIESEL (HDD)

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1 DESENVOLVIMENTO LOCAL DE SOLUÇÕES EM PÓS- TRATAMENTO PARA HEAVY DUTY DIESEL (HDD) Alan van Arnhem, Claudio Agostinho Furlan, Edson Paixão Umicore Brasil Ltda. RESUMO Por entender que o mercado da América do Sul tem particularidades em relação aos mercados da Europa e Estados Unidos, tais como especificação do combustível, clima, aplicação dos motores, matriz energética, transporte público e o elevado peso das emissões diesel no inventário total, a empresa investiu fortemente no desenvolvimento de recursos locais equipamentos e pessoal, de forma a suprir a necessidade de controle destas emissões. A empresa, conhecedora dessas características e das condições sócio-econômicas locais, tais como o custo destes equipamentos ao consumidor, buscou atualizar seu Centro de Tecnologia com recursos de última geração de forma a suportar estes desenvolvimentos. Foi a única empresa de componentes para controle de emissões veiculares a acreditar na necessidade de trazer para o Brasil os mais avançados equipamentos desenvolvidos na Europa e Estados Unidos. APLICABILIDADE Aplica-se a veículos e motores leves e pesados movidos a Diesel, on road e off road, para legislações PL5, P6 e P7. OBJETIVO Desenvolver sistemas de pós-tratamento para as diversas aplicações, por meio das novas tecnologias SCR (catalisador de redução seletiva), DOC (Diesel Oxidation Catalyst ou Catalisador de Oxidação para Diesel) e CDPF (Catalytic Diesel Particulate Filter ou Filtro catalítico para particulados de Diesel), enfatizando a redução de NOx (óxidos de nitrogênio) e particulados, cujos equipamentos de controle exigem alto investimento local e especificidades às condições sul-americanas. 1

2 1. DESENVOLVIMENTO DO TEMA 1.1 INTRODUÇÃO A empresa, fornecedora de sistemas de pós-tratamento de emissões, acreditou na introdução de legislações mais severas para o segmento HDD e investiu no desenvolvimento de novas tecnologias, visando atendimento específico do mercado, abrangendo todas as particularidades inerentes à definição de um sistema robusto. Além das inovações nos sistemas de pós-tratamento de emissões, buscou-se aprimoramento no seu parque tecnológico e investiu em um novo laboratório com novos recursos projetados para atender a todos os ensaios de emissões necessários para desenvolvimento de propostas P7 e futuramente propostas Euro VI. 1.2 HISTÓRICO Já reconhecida pelo seu pioneirismo no desenvolvimento de soluções para o mercado local, a empresa iniciou os trabalhos de pesquisa e desenvolvimento de soluções para pós-tratamento Diesel no Brasil em Sempre presente nos debates e seminários a respeito do tema, a empresa sempre apresentou produtos que podem ser aplicados em combustíveis com alto teor de enxofre em algumas regiões, condição que deve perdurar por mais alguns anos no Brasil. Vale destacar os catalisadores de oxidação sem metal precioso, aplicados aos Ônibus que rodam na Colômbia, além dos catalisadores desenvolvidos para o programa Diesel-Gás. Em paralelo com estes produtos, foram lançadas as bases para o desenvolvimento da aplicação SCR, onde desde 2005 são testadas amostras em nossas condições de utilização. Em 2006, foi finalizado um trabalho de investigação e durabilidade em veículo, por meio do qual foi comprovada a durabilidade dos sistemas SCR para as aplicações locais. Desde 2005, a empresa já conta com uma célula Diesel para testes estáticos com todos os equipamentos necessários para a medição de gases poluentes. Os bons resultados atingidos, além da já reconhecida necessidade de desenvolvimento local, contribuíram para a aprovação de um grande investimento no laboratório de emissões, com a aquisição de uma nova célula para ciclos transientes e um novo analisador para verificação de até 32 gases, entre eles a Amônia (reagente do sistema SCR). Assim, inicia-se um novo capítulo no desenvolvimento local, sendo este equipamento transiente, destinado ao ciclo Euro 5, o maior do gênero já instalado no País. 1.3 REQUISITOS A definição de soluções de pós-tratamento robusta para aplicações Diesel, podem ser classificadas em soluções de oxidação e soluções de redução de NOx. As soluções de oxidação de hidrocarbonetos (HC) e monóxidos de carbono (CO) são normalmente concebidas com catalisadores contendo ou não metal precioso, dependendo da conversão requerida. Para a eliminação dos materiais particulados, adota-se filtro catalisado ou não dependendo do sistema de regeneração e aplicação a qual será destinada. Para aplicações de redução de NOX, normalmente utilizam-se catalisadores de redução seletiva (SCR) em 2

3 conjunto com injeção controlada de solução de uréia para a geração de amônia consumida na conversão de NOx. Os dados de entrada para definição dos sistemas de pós-tratamento são gerados a partir de um mapeamento completo do motor instalado em uma célula de ensaio, pelo qual as soluções propostas são avaliadas em toda a sua faixa de utilização e quando eventuais otimizações na calibração podem ser necessárias para melhoria de desempenho do sistema. Após os trabalhos de desenvolvimento são necessários ensaios de validação segundo os ciclos estáticos (ESC - ELR) e ciclo dinâmico (ETC). A medição da conversão dos gases poluentes é aferida pelos analisadores de gases antes e após o sistema de pós-tratamento. 1.4 DEMANDA DO MERCADO ON ROAD e OFF ROAD Previsão de produção de caminhões 3,5 ton. e acima Brasil Fonte: Umicore O início de fornecimento de peças para atendimento à nova legislação que entrará em vigor em 2012 será, provavelmente, ao final de Com isso, a demanda inicia-se neste período. Nosso mercado caracteriza-se pelos seguintes aspectos: ônibus urbanos com motores dianteiros; caminhões urbanos de entrega (VUC); caminhões médios com alta densidade de potência (alto índice de carga/potência); caminhões extrapesados com capacidades superiores aos seus similares europeus e americanos; caminhões pesados circulando nas metrópoles, devido à ausência de anéis viários. 3

4 Demanda para mercado de grupos geradores Brasil Market Share - OEM's Total: Unidades/ano 10% 21% 26% 8% 11% 24% Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D Empresa E Empresa F Fonte: Umicore O mercado de grupos geradores caracteriza-se por existir necessidade da utilização de sistemas de pós-tratamento por parte das empresas, mesmo ainda não existindo uma legislação específica para estas aplicações. 1.5 ESCOPO DO PROJETO Desenvolver Laboratório de Ensaios no melhor estado da arte visando a atender toda a gama de motores existentes e futuros. O investimento neste novo laboratório foi subdividido em infra-estrutura e equipamentos, sendo implementado em tempo recorde de oito meses. O programa de emissões brasileiro é dividido em dois subprogramas: veículos leves e pesados. O que o torna específico é o fato destes serem baseados em legislações distintas: Norte-Americana e Européia. Enquanto o nosso programa de emissões de veículos leves nasceu nos anos 80 e baseou-se na legislação norte-americana, o programa de veículos pesados nasceu nos anos 90 e baseou-se na legislação européia. Isto provocou uma mudança de procedimentos básicos dos ensaios de emissões, tais como equipamentos, poluentes e métodos de ensaio. Apesar de adotarmos a legislação Européia para HDD, fatores locais influenciam de maneira importante o desenvolvimento de soluções em emissões, a saber: diversidade de combustíveis na América do Sul; condições climáticas; Extensão de território; Capacidade de carga; Comportamento dos motoristas e forma de condução dos veículos. Pensando nestes fatos, a empresa decidiu investir em um laboratório de emissões de última geração no Brasil, visando desenvolver localmente soluções para o mercado. O laboratório foi projetado para atender limites Euro V e VI, contando com recursos inéditos, tais como: 4

5 dinamômetro ativo (High Dynaminc) de 620 kw de potência e torque de 4200Nm, que atende a toda gama de motores atuais e previstos; célula refrigerada a 22 C, visando a garantir a es tabilidade dos resultados; ar de combustão independente e controlado em temperatura e umidade; sala de analisadores independente, visando a agilizar acesso durante os ensaios e facilitar a manutenção; capacidade de refrigerar motores de 12 litros em duas horas, por meio de circulação de água gelada dentro das galerias, a fim de agilizar o desenvolvimento Euro V (ensaios de certificação com partida a frio); sistema de troca rápida de motores. Dinamômetro High Dynamic Euro V e VI 5

6 1.5.2 Equipamentos auxiliares FTIR, LECO, Câmara para medição de particulados para atendimento já à legislação Euro VI e Smart Sampler. FTIR LECO Smart Sampler Câmara para medição de particulados 1.6 RESULTADOS OBTIDOS O desenvolvimento de soluções locais é imprescindível devido às características de combustível, a se destacar o alto teor de enxofre e o baixo número de cetanas, clima e condução encontrados no Brasil. Também é levado em consideração o consumo de óleo lubrificante, além da faixa de temperatura de trabalho do produto a ser aplicado. São aplicados motores com alta densidade de potência e baixo deslocamento volumétrico. Esta característica, muitas vezes, gera temperaturas de escape acima das encontradas em aplicações no hemisfério norte. Um produto desenvolvido para esta região pode não ser o ideal para nossas aplicações, sendo que, embora certificado dentro dos ciclos de emissões previsto na legislação possa, nas ruas, emitir mais poluentes, pois estariam sendo operados em faixas de trabalho não previstas. 6

7 Com os recursos existentes no Centro de Tecnologia de Emissões Veiculares da empresa, foram efetuadas mudanças significativas na formulação de catalisadores, adequando-os a nossa realidade. Os ensaios demonstram resultados de emissão de material particulado menores com a adoção de catalisadores de oxidação que minimizam a conversão do enxofre presente no diesel. Esta fração de enxofre, se convertida, é agregada ao material particulado, aumentando o seu peso e conseqüentemente sua emissão. Na figura abaixo, demonstramos a redução de material particulado devido à adoção de catalisador de oxidação adequado ao nosso mercado (Cat B): Fonte: Umicore As condições brasileiras também podem influenciar a performance dos catalisadores SCR, devido à máxima temperatura de trabalho durante a operação do veículo, que diversas vezes alcança valores superiores a 600 C. Hoje, algumas tecnologias em uso na Europa possuem resistência térmica inferior a este valor, sendo recomendado não ultrapassar os 550 C. Por este motivo, a empresa disponibiliza uma tecnologia com resistência térmica de até 700 C, mantendo materiais semelhantes aos utilizado s na Europa, ou seja, sem onerar o custo das matérias-primas. Além da adequação à faixa de temperatura, é importante que as tecnologias SCR tenham um alto rendimento no que se refere a absorção de amônia, material não desejável ao meio ambiente, que é consumido durante a reação química de conversão de NOx, atuando como agente redutor. Se não totalmente utilizado na conversão, a emissão de amônia acima de 20 ppm não é aceitável. 7

8 Por medida de precaução, é adotada uma margem de segurança de 50% nos ensaios, sendo tolerado apenas 10ppm de NH3. Baseado nesta premissa buscase o desenvolvimento de tecnologias para o combustível local, com performance superior na absorção de amônia. Podemos observar na figura abaixo, a melhoria de rendimento entre a tecnologia original e a tecnologia modificada no Brasil, onde a eficiência relativa, com a mesma emissão de amônia, é muito maior na nova proposta: Fonte: Umicore As soluções locais contribuem para o meio ambiente, na medida em que seu desempenho é superior às soluções importadas avaliadas nas condições brasileiras. 1.7 Investigação das aplicações de Off Road tais como Geradores, Usinas de geração de energia O mercado de Grupos Geradores no Brasil foi impulsionado com o racionamento de energia em Muitos segmentos (indústrias, bancos, hospitais, supermercados, hotéis, etc) passaram a gerar sua própria energia por meio de unidades autônomas equipadas com motores do ciclo diesel. Mesmo não existindo uma legislação específica para controlar as emissões provenientes destes motores, existem ações de órgãos ambientais que por meio de notificações para as indústrias exigem a redução dos níveis de emissões. Outro ponto que gera a necessidade de algum sistema de pós-tratamento é o material particulado percebido por meio da fumaça escura que é lançada através dos escapamentos na atmosfera, causando danos à saúde da população. 8

9 A empresa tem investido na aplicação e medição de soluções locais de póstratamento para motores do ciclo Diesel. CONCLUSÃO A empresa, mesmo no cenário de indefinições provenientes da crise financeira mundial, manteve a decisão de investir localmente em um novo laboratório Diesel, capaz de realizar ensaios específicos para as novas fases do PROCONVE P6 e P7, nas mesmas condições de ensaios realizados na Europa, Ásia e Estado Unidos. Com isso, o seu objetivo é tornar-se uma das referências no mercado. Desta forma, a empresa acredita que estará contribuindo ativamente com o desenvolvimento de soluções locais para nosso programa de Emissões P6 e P7, adequados às condições particulares de cada mercado, tornando-se uma ferramenta importante para a comunidade técnico-ambiental. REFERÊNCIAS Nenhuma. 9