Workshop: Melhoria da Qualidade do Ar

Novas Tecnologias Veiculares e Novos Combustíveis(Perspectivas dos Fabricantes de Veículos)

ANFAVEAAssociação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores

Henry Joseph JuniorPresidente da Comissão de Energia e Meio Ambiente

Poluição Veicular

• Monóxido de Carbono (CO)

• Hidrocarbonetos (HC)

• Óxidos de Nitrogênio (NOx)

• Aldeídos (CHO)

• Vapores de Combustível (EVAP)

• Material Particulado (MP)

(Gás Carbônico – CO2)

Poluição Veicular

1,0 %

HC0,05%

NOx0,25%

N271,70%

CO218,10%

H2O9,20%

CO0,70%

M O T O R

Poluição Veicular

Poluição = Queima Incompleta do Combustível

Queima Teórica (Completa) :

Combustível + Ar CO2 + H2O

Queima Real (Imcompleta) :

CH1,85 + C2H5OH + O2 + N2 CO2 + H2O + N2 + CO + NOx + CHO + HC

POLUENTES

Principais Poluentes Veiculares

Monóxido de Carbono (CO): asfixiante e intoxicante

Hidrocarbonetos (HC): cancerígeno precursor de oxidantes fotoquímicos

Aldeídos (CHO): cancerígeno precursor de oxidantes fotoquímicos

Óxidos de Nitrogênio (NOx): intoxicante precursor de oxidantes fotoquímicos

Material Particulado (MP): intoxicante cancerígeno

Dióxido de Carbono (CO2): indutor de aquecimento atmosférico (efeito estufa)

PROCONVE - Veículos Leves

(Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores)

Res. CONAMA nº 18 de 1986 (Lei Fed. 8723/96): 1ª Fase => 1988 ( USA EPA - 1974)

2ª Fase => 1992

3ª Fase => 1997 ( USA Tier 0 - 1983)

Em Discussão: 4ª Fase => 2005 ~ 2007 ( USA Tier 1 - 1994)

5ª Fase => 2008 ~ 2010 ( USA LEV - 2004)

PROCONVE – Limites Para Veículos Leves

0

5

10

15

20

25

g /

km

1988 1992 1997 2004 2008

Monóxido de Carbono (CO)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

g /

km

1988 1992 1997 2004 2008

Hidrocarbonetos (HC)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

g /

km

1988 1992 1997 2004 2008

Óxidos de Nitrogênio (NOx)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

g /

km

1988 1992 1997 2004 2008

Aldeídos (CHO)

Comparação do Brasil com EUA e Europa19

88

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

BRASILBRASIL

EUROPAEUROPA

EUA - 49 Est.EUA - 49 Est.

EUA - Calif.EUA - Calif.

Limites de Emissões Veiculares[(CO/10)+HC+NOx+MP+(Evap/10)]

Procedimento de Medição das Emissões

CO2

CO

HC

NOx

Ciclo FTP-75

0

20

40

60

80

100

120

1

94

18

7

28

0

37

3

46

6

55

9

65

2

74

5

83

8

93

1

10

24

11

17

12

10

13

03

13

96

14

89

15

82

16

75

17

68

18

61

19

54

20

47

21

40

22

33

23

26

24

19

Tempo (s)

Ve

loci

da

de

(K

m/h

)

Atendimento aos Limites

Monóxido de Carbono (CO)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

ano/modelo

g/k

m média

limite

Hidrocarbonetos (HC)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

ano/modelo

g/k

m

média

limite

Atendimento aos Limites

Óxidos de Nitrogênio (NOx)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

ano/modelo

g/k

m média

limite

Aldeídos (CHO)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

ano/modelo

g/k

m

média

limite

Medição das Emissões Evaporativas

Deterioração das Emissões Veiculares

0 km

5.00

0 km

10.0

00 k

m

15.0

00 k

m

20.0

00 k

m

25.0

00 k

m

30.0

00 k

m

35.0

00 k

m

40.0

00 k

m

45.0

00 k

m

50.0

00 k

m

55.0

00 k

m

60.0

00 k

m

65.0

00 k

m

70.0

00 k

m

75.0

00 k

m

80.0

00 k

m

Pré-PROCONVE 1ª Fase 2ª Fase 3ª Fase

Homologação

FabricanteLaboratórioEmissões

Ciclo Durabilidade

Protótipo

Documentos(Anexos)

IBAMA

INMETRO

CETESBParecerTécnico

CAC

LCVM

DENATRAN

Pedido doNúmero de

Código

RENAVAN

PRODUÇÃO

Resultadodos

Ensaios

VENDAAO

PÚBLICO

Tecnologias Para Redução das Emissões

Antes da Combustão:

•Qualidade do Combustível

•Injeção Eletrônica com:

»Sensor de Oxigênio

»Sensor de Detonação

»Avaliação de Desempenho Requerido

»Avaliação de Condições Atmosféricas

•Controle da Emissão Evaporativa (Cânister)

Após a Combustão:

•Conversor Catalítico

•Recirculação de Gases de Escape

•Injeção Secundária de Ar

Durante a Combustão:

•Taxa de Compressão

•Perfil da Câmara de Combustão

•Mapeamento da Ignição

•Perfil de Válvulas e Anéis

Sistema de Injeção Eletrônica de Combustível

C.P.U.

Filtro de ArBorboleta

Injetor Combust.

Câmara Combustão

Sensor de Oxigênio

• Sensor de Aceleração• Sensor de Carga• Sensor de Temp. Água• Sensor de Temp. Óleo• Sensor de Temp. Ar Amb.• Sensor de Press. Ar Amb.• Sensor de Marcha• Sensor de Rotação• Sensor de Ignição• Sensor de Detonação• Sensor de Vácuo do Coletor

Tecnologias Aplicadas ao Motor

• Redução de peso dos pistões

• Novo perfil da saia dos pistões

• Redução da altura de fogo

• Redução da espessura dos anéis

• Aumento da taxa de compressão

• Redução do Diâmetro dos Dutos de Admissão

• Mudança do Perfil da Cabeça do Pistão

• Fluxos Cruzados de Admissão e Exaustão

• Inclinação das Válvulas de Admissão

• Novas velas de ignição

Conversor Catalítico

Reações Químicas do Catalisador de 3 Vias

Oxidação do CO e HC:

CO + 1/2 O2 => CO2

CmHn + (m+n/4) O2 => m CO2 + n/2 H2O

2 C2H6 + 7 O2 => 4 CO2 + 6 H2O

H2 + 1/2 O2 => H2O -------------------------------------------------------------Aldeídos + O2 => CO2 + H2O

Redução do NOx:

CO + NO => 1/2 N2 + CO2

Cm Hn + 2 (m+n/4) NO => (m+n/4) N2 + n/2 H2O + m CO2

H2 + NO => 1/2 N2 + H2O

Sistema de Controle das Emissões Evaporativas

Carvão Ativado

C A N I S T E REntrada do Ar de Admissão

Entrada dos Vapores de Combustível

provenientes do tanque (carburador?)

Saída Para

Coletor de Admissão

Válvula de Purga

ECU

Influências do Combustível nas Emissões

Queima Teórica (Completa) :

Combustível + Ar CO2 + H2O

Queima Real (Imcompleta) :

CH1,85 + C2H5OH + O2 + N2 CO2 + H2O + N2 + CO + NOx + CHO + HC

POLUENTESCombustível Ar

Relação Estequiométrica

Gasolina Pura: 14,506 partes de Ar para 1 parte de Combustível

Etanol Puro (hidratado): 8,479 partes de Ar para 1 parte de Combustível

Gasolina com 10% de Etanol (anidro): 13,581 partes de Ar para 1 parte de Combustível

Gasolina com 22% de Etanol (anidro): 12,634 partes de Ar para 1 parte de Combustível

Gasolina com 24% de Etanol (anidro): 12,490 partes de Ar para 1 parte de Combustível

Gasolina com 26% de Etanol (anidro): 12,351 partes de Ar para 1 parte de Combustível

Relação Estequiométrica

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Teor Alcoólico (% v/v)

Rel

ação

Ar-

Co

mb

ust

ível Calibração

de Fábrica

Faixa de

Tolerância

Influências da Relação Ar / Combustível

Dirigibilidade

Consumo

Emissões HC

Emissões NOx

Emissões CO

RICA POBRE

E S

T E

Q U

I O

M É

T R

I C

O

Rica:

Muito Combustível e Pouco Ar

Pobre:

Pouco Combustível e Muito Ar

EMISSÕES VEICULARES

NOVAS TECNOLOGIAS

Célula de Combustível

An

od

e

Fuel Tank

Tail GasCombustion

Reformer Shift

PROX

Air

CatalyticCombustion

O2

H2O

H+

Gas Distribution Layer (GDL)

Cathode (Pt Catalyst)

Anode (Pt or Pt/Ru Catalyst)

Polymer Elektrolyte Membrane

H+

H2

Cat

ho

de

Stack

MembraneElectrodeAssembly

Esquema da Célula de Combustível

COMBUSTÍVEL

CONVENCIONAL

(LÍQUIDO OU GÁS)

(HxCyOz)

REFORMADOR

CATALÍTICO

ACUMULADOR

ABSORVEDOR

DE

CARBONO

MOTOR

ELÉTRICO

GÁS HIDROGÊNIO (H2)

CARBONO

ENERGIA

ELÉTRICA

ENERGIA

ELÉTRICA

CÉLULA

DE

COMBUSTÍVEL

EMISSÕES VEICULARES

NOVOS COMBUSTÍVEIS

Novas Especificações

Teor de Oxigenados

Composição dos Hidrocarbonetos Benzeno Aromáticos Olefínicos

Teor de Enxofre

Curva de Destilação

Teor de Goma

Presença de Aditivos Detergente / Dispersantes

Contaminação por Silício

Novos Combustíveis

Combustíveis Renováveis Álcool Etílico Óleos Vegetais (Biodiesel) Hidrogênio

Energéticos Alternativos Eletricidade Solar Eólica

Novos Derivados do Petróleo Gás Natural Metanol Reformulados