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GIULLIANO HUMBERTO CAPANA

ESTUDO DO IMPACTO DO ENXOFRE PRESENTE NO DIESEL NA

EMISSÃO DE POLUENTES E EM TECNOLOGIA DE PÓS

TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE

São Paulo

2008

II

GIULLIANO HUMBERTO CAPANA

ESTUDO DO IMPACTO DO ENXOFRE PRESENTE NO DIESEL NA

EMISSÃO DE POLUENTES E EM TECNOLOGIA DE PÓS

TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre Profissional em Engenharia Automotiva

Área de Concentração:

Engenharia Automotiva

Orientador:

Prof. Dr. Mauricio Assumpção Trielli

São Paulo

2008

III

Dedico este trabalho aos meus pais, Henrique e Neusa,

por tudo que fizeram nesta vida por mim e

por todo o incentivo para a conclusão deste curso,

serei eternamente grato a vocês.

À minha esposa, Andréa Sabino,

pela paciência, compreensão e incentivo

nos momentos em que eu mais precisei.

Às minhas sobrinhas, Giovana e Luisa,

por serem sempre uma luz no meu caminho.

Às minhas irmãs, Kelly e Michelle,

por estarem sempre ao meu lado.

A todos os meus familiares e amigos que tenho certeza,

torcem muito por mim.

IV

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador Prof. Dr. Mauricio Assumpção Trielli, por ter acreditado na

realização deste trabalho, em sua contribuição para a área automotiva e por ter disponibilizado

o seu tempo para orientar-me.

Ao meu co-orientador Prof. Dr. Guenther Krieger Filho, pelo apoio e orientação e,

principalmente, por ter concordado em me co-orientar, mesmo sabendo de todas as barreiras

existentes para a conclusão do trabalho.

Ao engenheiro Antonio Galdino Leite Neto, companheiro de trabalho e uma referência

na minha vida pessoal e profissional.

Aos engenheiros Leonardo Bergantim, Leandro Glovaski, Cláudio Furlam e Bernardo

Limp, por compartilharem comigo os seus conhecimentos em pós-tratamento e motores.

À amiga e companheira de trabalho Stella Sales, pelo incentivo e pelo apoio para a

conclusão deste trabalho.

Às empresas MWM International, Bosch, Umicore e Corning, por disponibilizarem os

recursos necessários para a execução deste trabalho.

À Domingos Carapinha, por permitir a divulgação deste trabalho.

Aos meus superiores na empresa, Alberto Abdu e Arsênio Flexa, pelo apoio para a

realização deste trabalho.

Aos meus amigos do mestrado, que me ajudaram em todos os momentos nesta etapa

da minha vida e compartilharam suas experiências profissionais, enriquecendo o meu

conhecimento prático.

Aos professores da Escola Politécnica da USP, pela troca de experiências práticas e

teóricas.

À secretaria do curso, que sempre me ajudou com um atendimento preciso e atencioso.

Por último e não menos importante, agradeço a Deus, por permitir que eu realizasse

este curso e por me dar a luz e inspiração necessária para a conclusão desta dissertação e das

matérias ao longo do mesmo.

V

RESUMO

Os altos níveis de poluição ambiental nas grandes metrópoles vem sendo um fator de

crescente preocupação ao redor do mundo. A maior causa da poluição do ar é a combustão,

que é essencial para as nossas vidas. Uma das principais fontes poluidoras, além das

indústrias, é o veículo equipado com motor de combustão interna, movidos à gasolina, álcool

e óleo diesel, por exemplo. O uso e a necessidade de meios de transporte têm aumentado em

conjunto com o produto doméstico bruto ao redor do mundo, com isso aumenta-se também o

nível de emissões de componentes nocivos à saúde humana como o óxido de nitrogênio,

material particulado, hidrocarbonetos, monóxidos de carbono, entre outros.

Os EUA, a União Européia e o Japão, vêm liderando os planos para controle e redução

de emissões por meio de aplicação de legislações cada vez mais rigorosas. Tais legislações,

para serem atendidas, necessitam de melhorias na qualidade dos combustíveis e em utilização

de tecnologias de pós-tratamento dos gases de escape. Para veículos movidos a óleo diesel,

foco deste trabalho, o Brasil tem seguido os passos da Europa na aplicação das legislações de

emissões, porém de maneira defasada.

Para o cumprimento do próximo nível de emissões (equivalente à legislação EURO

IV), o Brasil precisará adotar um combustível de melhor qualidade em termos de teor de

enxofre, além de tecnologias de pós-tratamento dos gases. O enxofre tem um papel

fundamental nas emissões de poluentes e na tecnologia de pós-tratamento a ser adotada,

podendo o mesmo causar resultados adversos em determinadas tecnologias.

O intuito deste trabalho, que tem enfoque em veículos movidos a óleo diesel, é

fornecer uma base sobre conceitos relacionados ao motor de ignição por compressão, ao

combustível, ao resultado da combustão em termos de emissão de poluentes, a legislação de

emissões e testes de homologação em regimes permanentes e transientes de operação e as

tecnologias de pós-tratamento. Além disto, é demonstrado por meio de um teste padronizado,

o impacto de diferentes níveis de enxofre presentes no óleo diesel nas emissões de poluentes.

Demonstra-se também, o impacto do uso do óleo diesel com 2000ppm de teor de enxofre em

um sistema de pós-tratamento com catalisador de redução seletiva (SCR) e catalisador de

oxidação (DOC-slip), após teste de campo com 30000 km.

Os resultados dos testes mostraram a influência negativa do enxofre nas emissões de

material particulado, hidrocarbonetos e monóxido de carbono e também na degradação da

eficiência de conversão de hidrocarboneto e monóxido de carbono, provocados pelo

envenenamento do catalisador de oxidação. Nenhum efeito sob o SCR foi observado.

VI

ABSTRACT

The high air pollution levels are becoming an important issue around the world. One

of the main causes of air pollution is the combustion, which is essential to our lives. An

important pollutant source, besides the industry, is the internal combustion engine.

Transportation needs and usage have increased with gross domestic product (GDP) around the

world, causing an increase in the emissions level of components that may cause losses to

human health, such as nitrogen oxides, particulate matter, hydrocarbons and carbon

monoxide.

USA, European Union and Japan are leading the plans to control and reduce the

emissions through rigorous standards and laws. These standards, in order to be fulfilled,

require improvements in the fuel quality and the usage of gas exhaust after-treatment

technologies. For diesel vehicle, which is the focus of this project, Brazil is following Europe

emissions standards, but with some delay.

For achieving next emissions level (equivalent to EURO IV) Brazil has to develop a

higher fuel quality (in terms of sulfur content) and uses after-treatment technologies. Sulfur

content plays an important role in the particulate matter emissions and in the after-treatment

technology chosen, due to its influence in poisoning some catalytic converters.

This project covers basic concepts about compression ignition engines, diesel fuel, the

products from diesel combustion, emissions legislation, steady state and transient

homologation tests and after-treatment technologies. It shows the influence of sulfur content

in diesel emissions and durability results of an after-treatment system after running 30000 km

in a vehicle fueled with 2000ppm of sulfur content in diesel fuel. The after-treatment system

consists in one selective catalytic reduction (SCR) and an oxidation catalyst for reducing non

reacted ammonia (DOC-Slip).

Test results has shown a negative sulfur influence in the emissions of particulate

matter, hydrocarbons and carbon monoxide and, in the end of field durability test, degradation

in the conversion efficiency of the oxidation catalyst due to sulfur poisoning effect, which

have increased hydrocarbon and carbon monoxide emissions. No effect in the selective

catalytic reduction conversion efficiency was noticed showing that this kind of technology is

not influenced by high sulfur levels in the fuel.

VII

ÍNDICE LISTA DE FIGURAS ..........................................................................................................IX LISTA DE GRÁFICOS.........................................................................................................X LISTA DE GRÁFICOS.........................................................................................................X LISTA DE TABELAS .........................................................................................................XI LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ......................................................................... XII LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ......................................................................... XII LISTA DE SÍMBOLOS ....................................................................................................XIV CAPÍTULO 1 – Introdução ....................................................................................................1 1.1. Objetivo..................................................................................................................5 1.2. Delimitação do assunto tratado ...............................................................................5 1.3. Estrutura do trabalho...............................................................................................5 1.4. Método de pesquisa ................................................................................................6

CAPÍTULO 2 – O motor de ignição por compressão movido a óleo diesel.............................8 2.1. O óleo diesel e suas principais características...............................................................8 2.2. O produto da combustão nos motores movidos a óleo diesel ......................................11 2.2.1. Óxido de Nitrogênio – NOx....................................................................................15 2.2.2. Hidrocarbonetos - HC.............................................................................................16 2.2.3. Monóxido de Carbono - CO....................................................................................18 2.2.4. Dióxido de enxofre – SO2 .......................................................................................19 2.2.5. O Material Particulado – MP ..................................................................................21 2.2.6. Óxido Nitroso – N2O ..............................................................................................26 2.2.7. Hidrogênio – H2......................................................................................................27 2.3. A legislação de emissões para veículos pesados movidos a óleo diesel.......................28 2.4. Os ciclos de testes de emissões ..................................................................................31 2.4.1. O ciclo ESC............................................................................................................32 2.4.2. O ciclo ETC............................................................................................................34 2.4.3. O ciclo ELR............................................................................................................36

CAPÍTULO 3 – Tecnologias de pós-tratamento de gases de escape......................................38 3.1. Introdução .................................................................................................................38 3.2. Redução seletiva catalítica (SCR) ..............................................................................41 3.2.1 Tipos de SCR – Substrato e Washcoat .....................................................................45 3.3. Catalisador de Oxidação - DOC.................................................................................49 3.4. DOC Slip ...................................................................................................................51 3.5. Outras tecnologias de pós-tratamento do gás de escape para o controle do NOx.........52 3.5.1. Recirculação dos gases de escape - EGR.................................................................53 3.5.2. Adsorvedores de NOx.............................................................................................54 3.5.3. Catalisadores Lean NOx - LNC ..............................................................................57

CAPÍTULO 4 – O enxofre, sua presença no óleo diesel e o seu impacto nas tecnologias de pós-tratamento e na emissão de poluentes.............................................................................59 4.1 Introdução ..................................................................................................................59 4.2 Enxofre.......................................................................................................................60 4.3 A relação do enxofre no óleo diesel com a emissão de material particulado ................62 4.4 A relação do enxofre no óleo diesel com os sistemas catalíticos de pós-tratamento .....64 4.5 As tendências mundiais e a situação do Brasil em relação ao teor de enxofre no óleo diesel................................................................................................................................65 4.6 Principais preocupações em relação ao óleo diesel de baixo teor de enxofre ...............68

VIII

4.7 Processos de dessulfurização do óleo diesel ................................................................69 4.8 Principais conclusões sobre o enxofre no óleo diesel...................................................70

CAPÍTULO 5 – Ensaios realizados ......................................................................................72 5.1 Introdução ..................................................................................................................72 5.2 Configuração do sistema.............................................................................................72 5.3 Testes em dinamômetro e veículo ...............................................................................75 5.4 Equipamentos utilizados .............................................................................................80

CAPÍTULO 6 – Resultados ..................................................................................................84 6.1 Impacto do enxofre contido no óleo diesel na emissão de poluentes............................84 6.2 Eficiências de conversão de NOx, HC e CO (SCR e DOC-Slip)..................................86 6.3 Impacto do enxofre contido no óleo diesel na eficiência de conversão do SCR e do DOC-slip..........................................................................................................................87

CAPÍTULO 7 – Conclusões e Considerações Finais.............................................................90 7.1 Trabalhos Futuros.......................................................................................................91

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................92 ANEXOS.............................................................................................................................94

IX

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - Comparação de emissão de poluentes entre um motor diesel e um motor gasolina.............................................................................................................................................12 FIGURA 2 - Efeito da relação ar-combustível nos níveis de emissões (motor sem pós-tratamento fabricado nos anos 90) ........................................................................................14 FIGURA 3 - SO2 presente no gás de escape em função do nível de teor de enxofre do óleo diesel....................................................................................................................................20 FIGURA 4 - Representação esquemática do material particulado em motores diesel ............22 FIGURA 5 – Composição do MP em diferentes condições de operação do motor ................24 FIGURA 6 - Ciclo de teste ESC ...........................................................................................34 FIGURA 7 - Ciclo de teste ETC – Velocidade do veículo em diferentes trechos...................35 FIGURA 8 - Ciclo de teste ETC – Rotação do motor em função do tempo ...........................35 FIGURA 9 - Ciclo de teste ETC – Torque do motor em função do tempo.............................36 FIGURA 10 - Ciclo de teste ELR .........................................................................................37 FIGURA 11 - Pontos de congelamento para diferentes soluções de uréia .............................42 FIGURA 12 - Esquema básico de funcionamento do SCR com injeção de uréia...................43 FIGURA 13 - Conversão de NOx e escorregamento de amônia para diferentes relações NH3/NOx .............................................................................................................................44 FIGURA 14 - Catalisador em corte ......................................................................................45 FIGURA 15 - Exemplo de banho de Al2O3 e Pt no substrato ...............................................46 FIGURA 16 - Faixas de temperatura de operação.................................................................48 FIGURA 17 - Conversão de NOx por temperatura para diferentes catalisadores SCR...........48 FIGURA 18 - Benefícios proporcionados pelo DOC-slip em termos de conversão de NOx e slip de amônia ......................................................................................................................51 FIGURA 19 - Esquema representativo do envenenamento do DOC-Slip por enxofre, carbono e hidrocarbonetos .................................................................................................................52 FIGURA 20 - Esquema representativo de um motor com válvula EGR ................................54 FIGURA 21 - Perfil de armazenamento e liberação do NOx em um adsorvedor de NOx .....55 FIGURA 22 - Mecanismo de adsorção e redução de NOx ....................................................56 FIGURA 23 - Redução do teor do enxofre em função da legislação de emissões (Europa e EUA) ...................................................................................................................................66 FIGURA 24 - Configuração do sistema de pós-tratamento ...................................................73 FIGURA 25 - Mapeamento de temperaturas em dinamômetro..............................................76 FIGURA 26 - Possíveis layouts (injetor e catalisador) ..........................................................76 FIGURA 27 - Posicionamento final do injetor e catalisador..................................................77 FIGURA 28 a, b - Instalação do sistema de pós-tratamento no veículo de teste (tanque de uréia, módulo eletrônico, bomba, injetor e catalisadores)......................................................78

X

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO I - Limites de NOx e MP para diferentes legislações de emissões .........................3 GRÁFICO II - Mapeamento de temperaturas (injetor e catalisador)......................................77 GRÁFICO III - Eficiência de conversão NOx por posição....................................................77 GRÁFICO IV - Temperaturas após o catalisador em rota de durabilidade veicular ...............79 GRÁFICO V a - g- Emissões de poluentes em função do nível de enxofre contido no óleo diesel....................................................................................................................................85 GRÁFICO VI - Eficiência de conversão do sistema de pós-tratamento em função da quilometragem do veículo (avaliação em dinamômetro com S2000).....................................88 GRÁFICO VII - Eficiência de conversão do sistema de pós-tratamento em função da quilometragem do veículo (avaliação em dinamômetro com S350).......................................88 GRÁFICO VIII - Eficiência de conversão do sistema de pós-tratamento em função da quilometragem do veículo (avaliação em dinamômetro com S50) ........................................88

XI

LISTA DE TABELAS

TABELA I - Parâmetros avaliados em dinamômetro e meios de medição...............................7 TABELA II - Propriedades físicas dos gases formadores do NOx ........................................15 TABELA III - Composição de hidrocarbonetos no gás de escape de um motor de ignição por faísca....................................................................................................................................17 TABELA IV - Propriedades físicas do monóxido de carbono ...............................................19 TABELA V - Propriedades físicas do dióxido de enxofre.....................................................21 TABELA VI - Propriedades físicas do óxido nitroso ............................................................26 TABELA VII - Propriedades físicas do hidrogênio...............................................................27 TABELA VIII - Legislação de emissões no Brasil para ônibus e caminhões movidos a óleo diesel....................................................................................................................................29 TABELA IX - Legislação de emissões no Brasil para ônibus e caminhões pesados movidos a óleo diesel ............................................................................................................................30 TABELA X - Legislação de emissões na Europa para ônibus e caminhões pesados movidos a óleo diesel ............................................................................................................................30 TABELA XI - Legislação de emissões na Europa para ônibus e caminhões pesados – ciclo ETC .....................................................................................................................................31 TABELA XII - Ciclo ESC de teste de emissões ...................................................................33 TABELA XIII - Conversão de NOx em um motor diesel pesado com vários sistemas SCR (motor 10 litros) – Ciclo de emissões ESC ...........................................................................43 TABELA XIV - Redução do teor de enxofre - Highway Diesel Fuel ....................................67 TABELA XV - Características do motor e veículo ...............................................................73 TABELA XVI - Características do analisador de CO AIA-721 ............................................80 TABELA XVII - Características do analisador MPA-720.....................................................81 TABELA XVIII - Características do analisador de NO/NOX CLA-720A.............................82 TABELA XIX - Características do analisador de HC FIA-720 .............................................83 TABELA XX - Parâmetros avaliados em dinamômetro e meios de medição ........................83 TABELA XXI - Resultado de emissões com diferentes níveis de enxofre no óleo diesel ......84 TABELA XXII - Eficiência de conversão dos catalisadores em conjunto e separados ..........86 TABELA XXIII - Eficiência de conversão dos catalisadores em conjunto e separados após teste de durabilidade.............................................................................................................89

XII

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

GDP Gross Domestic Product

SCR Selective Catalytic Reduction

DOC Diesel Oxidation Catalyst

VOC Volatile Organic Components

MP Material Particulado

ANP Agência Nacional de Petróleo e Bio-Combustíveis

P6 PROCONVE 6

PROCONVE Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos

CNTP Condições Normais de Temperatura e Pressão

MPD Material Particulado do diesel

MPT Material Particulado Total

THC Hidrocarbonetos totais

NMHC Hidrocarbonetos não metanos

PAH Hidrocarboneto aromático policíclico

SOF Fração orgânica solúvel

PPM Partes Por Milhão

SOL Fração Sólida

SO4 Particulados de Sulfato

EPA Enviromental Protection Agency

EGR Exhaust Gas Recirculation

IBAMA Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Renováveis

ESC European Stationary Cycle

ETC European Transient Cycle

ELR European Load Response

FTP Federal Test Procedure

XIII

CAA Clean Air Act

SI Spark Ignition

VE Velocidade Espacial

NAC NOx Adorber Catalyst

DPF Diesel Particulate Filter

LNT Lean NOx Trap

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

ECU Electronic Control Unit

ASC Ammonia Slip Catalyst

GDI Gasoline Direct Injection

NSR NOx Storage Reduction

CRT Continuous Regeneration Trap

ASTM American Society for the Testing of Materials

WWFC World Wide Fuel Charter

MECA Manufaturers of Emissions Controls Association

ULSD Ultra Low Sulfur Diesel

LSD Low Sulfur Diesel

PWM Pulse Width Modulation

AIA Analisador de Infra-vermelho Não Dispersivo

MPA Analisador Magneto-Pneumático

CLA Analisador com Foto-diodo

FIA Analisador com Chama de Ionização

XIV

LISTA DE SÍMBOLOS

Símbolo Variável

NOx Óxidos de Nitrogênio

HC Hidrocarbonetos

SO Óxido de Enxofre

SO2 Dióxido de Enxofre

SO3 Trióxido de Enxofre

CO2 Dióxido de Carbono

H2O Água

O Oxigênio

NO2 Dióxido de Nitrogênio

Relação ar-combustível ג

K Temperatura em Kelvin

S Enxofre

Ca Cálcio

Zn Zinco

Mg Magnésio

Fe Ferro

Cu Cobre

Cr Cromo

Al Alumínio

CaSO4 Sulfato de Cálcio

H2SO4 Ácido Sulfúrico

N2O Óxido Nitroso

H2 Hidrogênio

AL2O3 Alumina

XV

Pt Platina

Pd Paládio

Rh Ródio

NH3 Amônia

V2O5/TiO2 Banho de base vanádio/titânio

WO3 Trióxido de Tungstênio

BaO Óxido de Bário

Cu/ZSM5 Banho de base cobre e zeólitos

Pt/Al2O3 Banho de base platina e alumina

α Fator alfa (relação NH3/NOx)

1

CAPÍTULO 1 – Introdução

A poluição do ar é um produto da maneira como são estruturadas nossas cidades,

produzidos e transportados nossos bens, como nos transportamos e como geramos a energia

para aquecer e iluminar os lugares onde vivemos, trabalhamos ou nos divertimos. A maior

causa de poluição do ar é a combustão, que é essencial para as nossas vidas. Considerando a

ocorrência de uma combustão completa, o hidrogênio e o carbono contidos no combustível

combinam com o oxigênio presente no ar para produzir calor, luz, dióxido de carbono e água.

Entretanto, impurezas no combustível, relações combustível-ar distantes da estequiométrica,

ou temperaturas de combustão muito altas ou muito baixas podem causar a formação de

produtos como monóxido de carbono, óxidos de enxofre e de nitrogênio, materiais

particulados e hidrocarbonetos (não queimados ou produzidos por decomposição de

hidrocarbonetos maiores), todos estes poluidores do ar.

Como existem quantidades finitas de recursos como o ar, a terra e a água e a

população está aumentando cada vez mais, a disponibilidade per capita desses recursos

diminui cada vez mais. Do início dos tempos até 1900, a população mundial alcançou 3,9

bilhões, cresceu para 5,6 bilhões em 1993 e atingiu a marca de 6,6 bilhões em 2007.

Adicionalmente, o avanço tecnológico no campo da agricultura reduziu significativamente o

número de empregos nas áreas rurais. Nos países desenvolvidos, dois terços da população

vivem em áreas urbanas. O crescimento de áreas suburbanas e a construção de rodovias

tornaram possíveis que mais pessoas viajassem maiores distâncias e chegasse mais rápido nas

cidades. O crescimento da população combinado com um aumento no padrão de vida levou a

uma intensificação da concentração de poluentes no ar em áreas bem definidas.

Para países desenvolvidos ou em desenvolvimento, existe uma correlação bem

estabelecida entre o produto doméstico bruto per capita (GDP) e a quantidade de energia

consumida (direta ou indiretamente) por aquele cidadão.

Historicamente, este aumento no consumo de energia também provocou um aumento

na emissão de poluentes no ar.

O aumento dos níveis de ozônio troposférico (O3) nas regiões metropolitanas tem sido

objeto de preocupação por parte das instituições ambientais em todo o mundo há vários anos,

tanto pelas concentrações encontradas, quanto pela dificuldade no controle de seus

precursores.

Segundo relatório publicado pela CETESB (2000, p.8):

2

“[...] Na região metropolitana de São Paulo (RMSP), o ozônio

ultrapassa frequentemente o padrão de qualidade do ar de 160µg/m3

(82 ppb), estabelecido pela lei 8468, de 1976, e por diversas vezes

supera o valor de 200µg/m3 (102 ppb), o que determina a má

qualidade do ar. O ozônio na RMSP destaca-se, atualmente, como o

poluente com maior número de ultrapassagens do padrão [...]”.

Resolver o problema do ozônio requer reduções significativas nos componentes

orgânicos voláteis (VOC’s) e nos óxidos de nitrogênio (NOx) (WALSH et al, 2005, p.1).

Além do ozônio, outro componente que preocupa as instituições e ameaça a saúde

pública nas grandes metrópoles e em especial em São Paulo é o material particulado (MP).

Para se obter ar mais limpo é necessário um controle direto das emissões de material

particulado e os precursores do ozônio e do material particulado secundário.

Segundo WALSH et al (2005, p.1):

“[...] Objetivando-se o atendimento do padrão da qualidade do ar em

São Paulo, a quantidade de enxofre no combustível precisa ser

reduzida, para que novos padrões de veículos mais limpos possam

ser lançados e programas de retrofit possam ser estabelecidos para

os veículos em uso[...]Alto índice de enxofre no combustível faz com

que seja virtualmente impossível a utilização de tecnologias

avançadas para controlar o material particulado e os precursores do

ozônio[...] ”.

A habilidade para manter um ambiente sustentável no futuro depende, claramente, do

sucesso dos esforços mundiais para reduzir o consumo de energia, para encontrar novos

métodos para reduzir, tratar ou transformar os poluentes antes que eles se acumulem na

atmosfera e da utilização de fontes alternativas de energia.

Atualmente o Brasil encontra-se em uma fase de definições quanto às especificações,

tanto do combustível, quanto da tecnologia a ser empregada nos veículos movidos a óleo

diesel para atendimento da legislação de emissões Proconve6 (P6), equivalente à norma

européia EURO IV.

De acordo com a legislação ambiental brasileira, todos os veículos movidos a óleo

diesel, produzidos a partir de Janeiro de 2009, deveriam atender ao Proconve6.

Porém, devido a um atraso na definição da especificação do combustível por parte da

Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Bio-combustíveis (ANP), que ocorreu

oficialmente somente em Dezembro de 2007, houve problemas de disponibilização do

3

combustível por parte da Petrobras dentro do prazo estipulado e, sendo assim, as montadoras

ainda não possuem a tecnologia totalmente definida, uma vez que tal definição dependia da

especificação do combustível, principalmente em relação ao máximo teor de enxofre

permitido e de sua disponibilização no território nacional.

A especificação do teor de enxofre é fundamental para a definição do sistema de pós-

tratamento a ser utilizado, uma vez que muitos destes sistemas são extremamente sensíveis,

em termos de contaminação e impacto negativo na emissão dos poluentes, à presença de tal

componente no óleo diesel (ex. catalisadores de oxidação, filtros de material particulado e

sistema de recirculação dos gases de escape).

A ANP definiu que o teor máximo de enxofre permitido para o P6 é de 50ppm.

Vale salientar que, mesmo com a especificação da ANP, além do óleo diesel com 50

ppm de teor de enxofre para atendimento ao P6, ainda estará disponível nas bombas de

combustível ao redor do país óleo diesel com 500ppm e com 1800ppm (em algumas regiões),

ficando a cargo dos motoristas a escolha do combustível a ser utilizado no abastecimento. Isto

principalmente porque a Petrobras, em um primeiro momento, não terá capacidade de

produzir toda a demanda nacional de óleo diesel atendendo a especificação de 50ppm.

Com relação à legislação de emissões de poluentes para motores diesel, para

atendimento do P6, uma maior atenção deverá ser dada à emissão de Óxido de Nitrogênio

(NOx) e Material Particulado (MP). O gráfico abaixo mostra como estes 2 parâmetros vêm

sendo cada vez mais reduzidos a cada nova legislação de emissões ao redor do mundo.

GRÁFICO I - Limites de NOx e MP para diferentes legislações de emissões

Fonte: Apresentação Rishi – Seminário propulsão veicular e a nova matriz energética-10/2007

Vale salientar que o motor de ignição por compressão também emite monóxido de

carbono (CO), hidrocarbonetos (HC), entre outros, porém em menor proporção quando

4

comparados ao NOx e ao MP. A legislação também prevê valores máximos para os primeiros

poluentes.

Para a redução do NOx e atendimento do P6, a maioria das montadoras no Brasil está

adotando o uso do catalisador de redução seletiva (Selective Catalytic Reduction) ou SCR.

Resumidamente, o SCR opera utilizando a injeção modulada de uma solução de água com

uréia no escapamento que, ao reagir com os gases de escape em temperaturas superiores a

200oC, transforma-se em amônia. Essa amônia, ao passar por um catalisador, converte o NOx

presente nos gases de escape em nitrogênio e água.

Este sistema, conforme os fabricantes e estudos já divulgados, é pouco sensível aos

efeitos do enxofre no óleo diesel (em termos de durabilidade, contaminação e emissões).

Porém, dependendo da quantidade de solução injetada e da eficiência do mesmo na conversão

de NOx (entrada do catalisador) em nitrogênio e água (saída do escapamento), poderá haver

emissão de amônia à atmosfera, o que é prejudicial à saúde da população e também não

permitida por lei.

Para evitar a emissão de amônia na atmosfera, existe a possibilidade do uso de um

catalisador de oxidação conhecido como DOC-slip. O fator negativo em relação ao uso deste

componente é que, conforme os fabricantes, o mesmo tem seu desempenho reduzido quando o

motor consome óleo diesel com teor de enxofre acima de 350ppm.

Com base neste cenário, a proposta deste trabalho foi avaliar a durabilidade destes dois

componentes (SCR + DOC-slip) quando expostos ao ambiente de 2000ppm de enxofre, bem

como verificar a eventual degradação de emissões do veículo por meio de medições em

dinamômetro de bancada com 0km, 10000km, 20000km e 30000km.

Este trabalho, fundamentado na literatura existente e lastreado por um estudo de caso,

buscou apresentar os conceitos das possíveis tecnologias de pós-tratamento dos gases de

escape, com foco na aplicação de um sistema SCR e DOC-slip, além de conceitos

relacionados ao motor de ignição por compressão, ao combustível, ao resultado da combustão

em termos de emissão de poluentes, a legislação de emissões e testes de homologação de

emissões em regimes permanente e transiente de operação.

Acredita-se que este projeto possa oferecer uma contribuição no que tange ao efeito do

alto teor de enxofre presente no óleo diesel nos sistemas de pós-tratamento e na emissão de

poluentes.

5

1.1. Objetivo

Avaliar, por meio de teste de durabilidade de 30000 km em veículo, o impacto do uso

do óleo diesel com 2000ppm de teor de enxofre na emissão de poluentes e nos sistemas de

pós-tratamento dos gases.

O veículo utilizado é um caminhão equipado com um motor MWM International da

família ACTEON de 6 cilindros com 290cv de potência à 2200 rpm. O sistema de pós-

tratamento é formado por um catalisador de redução seletiva (SCR) e um catalisador de

oxidação (DOC-slip).

A avaliação quanto à eventual degradação de emissões e da eficiência de conversão do

SCR foi feita em dinamômetro respeitando as seguintes quilometragens do veículo: 0km,

10000km, 20000km e 30000km.

1.2. Delimitação do assunto tratado

Este projeto abordará o impacto do enxofre na emissão de poluentes e nas tecnologias

de pós-tratamento dos gases de escape de motores de ignição por compressão, não havendo

nenhuma referência aos motores de ignição por faísca.

Em função da vasta gama de tecnologias de pós-tratamento e pelo fato do teste de

durabilidade estar sendo feito com um catalisador de redução seletiva e um catalisador de

oxidação, maior ênfase será dada a estas duas tecnologias.

1.3. Estrutura do trabalho

Após uma breve introdução sobre o impacto do enxofre no óleo diesel nas emissões de

poluentes e nas tecnologias de pós-tratamento, a apresentação do objetivo do estudo e a

delimitação do assunto tratado, o desenvolvimento do assunto está organizado em capítulos,

conforme segue.

No capítulo 2 são apresentados conceitos sobre o óleo diesel, sobre o produto da

combustão em termos de poluentes, legislações de emissões e testes de homologação.

No capítulo 3 são descritas as principais tecnologias de pós-tratamento dos gases de

escape, com enfoque no controle das emissões de óxidos de nitrogênio em motores diesel.

6

O capítulo 4 traz um detalhamento sobre o enxofre contido no óleo diesel, seu impacto

na emissão de poluentes e em tecnologias de pós-tratamento.

O capítulo 5 aborda os ensaios realizados em dinamômetro e em veículo, referente às

avaliações quanto ao impacto do enxofre nas emissões e em tecnologias de pós-tratamento.

O capítulo 6 traz os resultados dos ensaios realizados e o capítulo 7 as conclusões,

considerações finais e sugestões para trabalhos futuros, com base nos resultados obtidos.

Faz parte ainda deste trabalho, um anexo com planilhas contendo os resultados dos

testes realizados em dinamômetro de bancada para o óleo diesel com 2000ppm de teor de

enxofre.

1.4. Método de pesquisa

O método de pesquisa utilizado neste projeto foi o experimento, realizados por meio

de testes de emissões em dinamômetro e durabilidade em veículo.

As variáveis consideradas nas avaliações, assim como os meios de medição,

encontram-se listados na tabela I.

7

TABELA I - Parâmetros avaliados em dinamômetro e meios de medição

Variável Unidade Meio de medição Onde1 Pressão atmosférica mbar Transdutor de pressão2 Massa específica do combustível kg/l Densímetro3 Massa do combustível kg Balança4 Rotação do motor rpm Sensor de velocidade5 Carga do motor kgf Célula de carga

6 Vazão de ar na entrada do compressor do turbo m3/h PLU

7 Pressão de entrada de ar antes do compressor mmH2O Transdutor de pressão

8 Pressão de saída de ar do compressor mmHg Transdutor de pressão9 Pressão de entrada de ar no coletor de admissão (após aftercooler ) mmHg Transdutor de pressão

10 Pressão de entrada dos gases na carcaça da turbina (após coletor de escape) mmHg Transdutor de pressão11 Pressão de saída dos gases de escape (após carcaça da turbina) mmHg Transdutor de pressão12 Pressão de óleo bar Transdutor de pressão

13 Temperatura de entrada de ar antes do compressor oC Termopar tipo k

14 Temperatura de saída de ar do compressoroC Termopar tipo k

15 Temperatura de entrada de ar no coletor de admissão (após aftercooler ) oC Termopar tipo k

16 Temperatura de entrada dos gases na carcaça da turbina (após coletor de escape)oC Termopar tipo k

17 Temperatura de saída dos gases de escape (após carcaça da turbina)oC Termopar tipo k

18 Temperatura do combustíveloC Termopar tipo k

19 Temperatura do óleooC Termopar tipo k

20 Temperatura da águaoC Termopar tipo k

21 Temperatura de bulbo secooC Termômetro

22 Temperatura de bulbo úmidooC Termômetro

23 Torque do motor N.m Célula de carga x braço 24 Potência do motor kW Cálculo25 Consumo específico de combustível g/kW.h Balança + Fórmula26 Grau de enegrecimento bosch Medidor de fumaça

27 Temperatura antes do catalisadoroC Termopar tipo k

28 Temperatura depois do catalisadoroC Termopar tipo k

29 Temperatura da uréiaoC Termopar tipo k

30 Vazão de uréia injetada g/h Software INCA

31 Fator alpha (relação NH3/NOx) [-] Cálculo

32 Emissão específica de NOx g/kW.h Bancada de emissões33 Emissão específica de HC g/kW.h Bancada de emissões34 Emissão específica de CO g/kW.h Bancada de emissões35 Emissão específica de material particulado (PM) g/kW.h Smart sample

Dinamômetro MWM

International

8

CAPÍTULO 2 – O motor de ignição por compressão movido a óleo diesel

2.1. O óleo diesel e suas principais características

O óleo diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que possui ponto de ebulição entre o

querosene e os óleos lubrificantes, ou seja, entre 180 e 360 °C. Assim como a gasolina, uma

boa parte do óleo diesel produzido nas refinarias provém da quebra de moléculas maiores do

petróleo (craqueamento).

Os requisitos principais do óleo diesel para os motores de ignição por compressão,

são:

• Qualidade da Ignição – Indicado pelo número de cetano, exprime a

capacidade do combustível de iniciar sua combustão rapidamente dentro de

um ambiente com ar aquecido a alta temperatura. Quanto maior o número de

cetano do combustível, maior é o período de atraso de ignição (ignition

delay) para mesmas condições estabelecidas para a combustão (vazão

volumétrica, avanço de injeção, temperaturas do ar de admissão e de água de

arrefecimento, etc.).

• Ponto de entupimento – Devido à parafina contida no óleo diesel, em

ambientes mais frios, a solidificação desta pode causar entupimentos de

filtros e linhas de alimentação dos motores. Normalmente, para ambientes

com temperaturas abaixo de 10°C a temperatura de solidificação de parafina

não deve ser superior a 2°C, já para alguns países da Europa este requisito

passa para valores entre -9°C e -15°C.

• Ponto de fulgor (Flash Point) - É a menor temperatura em que o óleo diesel

desprende vapores suficientes para formar com o ar uma mistura que se

inflama espontaneamente com a aproximação de uma chama. Valores típicos

de ponto de fulgor para o óleo diesel estão acima de 55°C, por questões de

segurança de manipulação. No Brasil, o limite inferior é de 38°C.

• Viscosidade – Esta propriedade é de suma importância para a vida do

sistema de injeção, pois, ele é lubrificado pelo próprio óleo diesel. Porém,

uma viscosidade excessiva, além de demandar maior potência de

bombeamento, pode dificultar a formação de spray e consequentemente

9

reduzir a potência do motor e aumentar suas emissões específicas. De uma

forma geral, a viscosidade do óleo diesel varia entre 2 e 5,0 (cSt).

• Massa específica - Esta característica é importante, pois está relacionada

com o poder calorífico de derivados de petróleo, que são, basicamente,

formados por hidrocarbonetos. Massas específicas mais altas possuem maior

poder calorífico, o que reduz o consumo de combustível e aumenta a

formação de NOx. Esta também relacionada com os esforços aos quais os

sistemas de injeção ficam submetidos. Os valores típicos de massa específica

estão entre 0,82 e 0,88 kg/l (CNTP).

• Curva de destilação – Normalmente expressa em quantidade percentual de

volume evaporado a certa temperatura. A curva de destilação tem influência

significativa na determinação das características de operação do óleo diesel,

ou seja, se uma boa parte do óleo diesel evaporar em baixas temperaturas, a

partida e a dirigibilidade a frio fica facilitada. Porém, em geral, o número de

cetano e também o poder de lubrificação deste óleo são reduzidos, podendo

assim causar desgaste prematuro no sistema de injeção. Se, ao contrário, a

curva de destilação for deslocada para valores muito altos, facilita-se a

formação de fuligem e depósitos de carvão nos pistões e bicos injetores.

Valores comuns para a curva de destilação estão em: máximo de 65% de

evaporados até a temperatura de 250°C e mínimo de 85% de evaporados até

a temperatura de 350°C.

• Teor de enxofre – A presença/quantidade de enxofre no óleo diesel é função

do petróleo utilizado e do tratamento utilizado pela refinaria para a retirada

do enxofre. Uma vez presente, durante a combustão, boa parte do enxofre se

oxida formando SO2 que por sua vez irá combinar com água para formar

ácidos, entre eles o ácido sulfúrico que traz efeitos danosos para a saúde e

também equipamentos. Um outro ponto negativo é que os compostos de

enxofre formados aumentam a massa de material particulado produzido em

uma proporção direta com a quantidade de enxofre no combustível. Devido a

estes efeitos negativos da presença de enxofre no óleo diesel, os teores

máximos de enxofre permitidos pelas leis governamentais são cada vez

menores a cada ano que passa, principalmente nos grandes centros

populacionais. Somente para efeito de ilustração, na década de 80 era

permitido no Brasil até 1,3% (13000 ppm) de enxofre no óleo diesel, hoje

10

este valor está limitado a 0,05 % (500 ppm) nos grandes centros urbanos e

0,2% (2000 ppm) no restante do país. Já em alguns países da Europa e EUA

a quantidade de enxofre não pode exceder 0,0015% (15 ppm). Para a

próxima legislação brasileira, o teor de enxofre no óleo diesel será de

0,005% (50 ppm), caso a legislação adotada seja equivalente à EURO IV, ou

0,0015%, caso passe diretamente para EURO V em 2012.

• Aditivos - Assim como a gasolina, o óleo diesel também recebe alguns

aditivos que somados, normalmente não excedem a 0,1% em massa.

Algumas propriedades físicas tais como massa específica, viscosidade e

curva de evaporação não são afetadas pelos aditivos. Esses em geral atuam

em características como: diminuição da temperatura de precipitação de

parafina, aumento do número de cetano, inibição da formação de depósitos

em bicos injetores, inibição da corrosão, criação de agentes que dificultam a

formação de espuma, etc.

Principais vantagens do uso do óleo diesel:

- Tecnologia e infra-estrutura amplamente desenvolvida para obtenção, manuseio e

distribuição.

- Gama enorme de fabricantes e modelos de motores disponíveis em todo o mundo.

- Motores com elevado rendimento térmico.

- Alta densidade de energia, que permite aos veículos grandes autonomias sem

aumentar demasiadamente o peso nos veículos.

- Disponibilidade a nível mundial de veículos desenvolvidos dos mais variados tipos.

- Facilidade de manutenção dos motores, com mão de obra treinada em todo o mundo.

- Os veículos movidos a óleo diesel operaram satisfatoriamente em qualquer posição

do globo terrestre.

- A economia mundial emprega milhões de pessoas que estão direta ou indiretamente

ligadas à obtenção, acondicionamento, distribuição, uso do óleo diesel, etc.

Principais desvantagens do uso do óleo diesel:

- Fonte não renovável de energia, uma vez que ela é quase totalmente obtida do

petróleo.

- Emissões gasosas provenientes da combustão poluidoras e nocivas à saúde.

- Facilidade de deterioração quando estocados em períodos superiores a 6 meses.

- Custo e peso dos motores são substancialmente maiores quando comparados aos

similares movidos a gasolina.

11

2.2. O produto da combustão nos motores movidos a óleo diesel

Podemos dizer que os veículos automotores agridem o meio ambiente de várias formas

diferentes, tais como:

* Ruídos provenientes do motor, da transmissão, dos pneus, etc;

* Materiais sólidos que saem dos pneus, das correias, lonas e pastilhas de freio;

* Emissões evaporativas;

* E, principalmente com os gases que são expelidos pelos escapamentos.

O motor movido a óleo diesel, como qualquer outro motor de combustão interna,

converte a energia química contida no combustível em energia mecânica. O óleo diesel é uma

mistura de hidrocarbonetos que teoricamente produz somente dióxido de carbono (CO2) e

água (H2O) durante a combustão (completa). Na verdade, os gases de escape são

primariamente compostos de CO2, H2O e a porção não utilizada do ar. As concentrações

desses gases variam dependendo do motor e as condições de carga e rotação do mesmo,

tipicamente nas seguintes faixas:

* CO2 – 2 a 12%

* H2O – 2 a 12%

* O2 – 3 a 17%

* N2 – dependente da relação combustível-ar

As emissões incluem, também, poluentes que podem ser tóxicos para os seres

humanos ou causar efeitos negativos ao meio ambiente. Os poluentes emitidos pelo motor

movido a óleo diesel são resultados de combustões originadas em processos não ideais de

queima durante a combustão real. Estes processos incluem queima incompleta do

combustível, reações da mistura combustível-ar em condições de alta pressão e temperatura,

combustão de óleo lubrificante e aditivo misturado ao combustível, como também a

combustão de componentes “não-hidrocarbonetos” do óleo diesel, como o enxofre e vários

aditivos.

De uma forma genérica poderíamos então descrever a reação de combustão dentro de

um motor da seguinte forma:

Combustível + Ar → CO2 + H2O + N2 + O2 + CO + NOx + HC + MP + SOx + Fuligem +

Aldeídos + Outros + Energia.

Alguns dos componentes emitidos pelo motor diesel são regulados nos Estados

Unidos, Europa e Japão e em vários outros países. As legislações de emissões incluem

principalmente os seguintes componentes:

12

• Material Particulado (MP), também conhecido como MPD (material

particulado do diesel) ou MPT (material particulado total), legislado pela

massa de partículas emitidas. MP é uma mistura de fuligens de carbono com

outros materiais sólidos e líquidos adsorvidos.

• Óxidos de nitrogênio (NOx), uma mistura de óxido nítrico (NO) e dióxido de

nitrogênio (NO2).

• Hidrocarbonetos (HC) incluem os hidrocarbonetos totais (THC) ou somente

os hidrocarbonetos “não metanos” (NMHC).

• Monóxido de carbono (CO).

Na União Européia, o número de partículas emitidas tornou-se regulamentado na

legislação EURO V. O limite de número de partículas emitidas deve ser atendido em conjunto

com o limite de massa de MP.

Devido ao fato do motor diesel operar por meio da formação de uma mistura de ar e

combustível que entra em da ignição por compressão, com a combustão acontecendo durante

e após a injeção de combustível, a emissão de poluentes é diferente daquela observada em

motores de ignição por faísca. Tal afirmação pode ser comprovada na figura abaixo que

mostra uma comparação entre emissões de veículos leves movidos a óleo diesel e a gasolina.

Ambos os motores foram avaliados com base no ciclo de teste europeu.

FIGURA 1 - Comparação de emissão de poluentes entre um motor diesel e um motor gasolina (4 cilindros, MY1992, 1.7 litros) FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 11/08/08.

Emissões de monóxido de carbono e hidrocarbonetos nos motores diesel são

significativamente menores que nos motores a gasolina. O NOx emitido pelo motor diesel é

usualmente menor que nos motores a gasolina e maior quando comparados a motores que

13

utilizam catalisadores de três vias (three way catalyst). Uma outra característica nos motores

diesel é o fato deste emitir uma alta massa de material particulado, que é bastante reduzida

nos motores a gasolina. Redução nas emissões de material particulado e NOx em motores

diesel são os maiores objetivos nas tecnologias de controles de emissões de hoje em dia.

Existem ainda alguns poluentes que não são regulamentados e que podem ser

encontrados junto aos gases de escape, usualmente em níveis de concentração muito mais

baixos do que os regulados pela lei. Alguns deles são partes da complexa emissão do material

particulado, outros são espécies totalmente separadas na fase gasosa. Uma lista de

componentes não regulados emitidos pelo motor diesel pode ser encontrada abaixo:

• PAH – hidrocarboneto aromático policíclico, componente orgânico pesado

encontrado em sua maioria no MP, mas alguns PAH’s podem ser também

encontrados na fase gasosa.

• SOF (soluble organic fraction) ou fração orgânica solúvel, componente

semi-volátil que constitui parte do MP.

• Aldeídos (R-CHO) derivados de hidrocarbonetos (o formaldeído, HCHO, é

regulamentado em algumas aplicações).

• Dióxido de nitrogênio, NO2, constitui uma parte das emissões de NOx (ainda

mais tóxico que o NO, tipicamente não é regulamentado separadamente).

• Óxido nitroso, N2O, não está incluso no NOx.

• Dióxido de enxofre, SO2, proveniente da oxidação do enxofre presente no

óleo diesel durante a combustão.

• Óxidos metálicos, resultantes dos muitos aditivos presentes nos óleos

lubrificantes do motor, incluindo componentes organo-metálicos, resultam

em emissões de óxidos metálicos incluindo metais como o fósforo, zinco e

cálcio. Aditivos utilizados em combustíveis utilizados como meios de

controlar as emissões de poluentes podem resultar nas emissões de ferro,

cobre e cério ou outros metais.

• Dioxinas – a combustão em motores diesel é uma fonte potencial de

emissões de dioxina.

Os níveis de emissões de um motor diesel dependem de uma série de fatores. Nos

motores mais recentes, significativas reduções nas emissões de poluentes foram obtidas com a

finalidade de se atender as legislações cada vez mais rigorosas. Para um dado motor, as

emissões dependem de suas condições de operação. A figura 2 ilustra exemplos de níveis de

14

emissões em função da relação ar-combustível. Emissões de NOx e MP são maiores em

relações mais baixas de ar-combustível, já concentrações de HC, mostram tendências opostas

ao incrementar-se essa relação, enquanto o CO, inicialmente reduz sua concentração e então

passa a crescer à medida que a relação ar-combustível aumenta.

FIGURA 2 - Efeito da relação ar-combustível nos níveis de emissões (motor sem pós-tratamento fabricado nos anos 90) FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 11/08/08.

Os níveis de emissões mostrados na figura 2 (com exceção à fuligem) estão expressos

como uma concentração volumétrica nos gases de escape, em partes por milhão. Devido à

variabilidade de níveis de emissões em função das condições do motor, esta não é uma

maneira conveniente de representar e comparar motores ou de estabelecer padrões de

emissões. Uma abordagem comum nos testes de emissões é de operar o motor em uma

seqüência de rotações e cargas escolhidas para representar um ciclo de trabalho real. As

emissões medidas ao longo do teste são expressas relativamente à distância percorrida (g/km)

para veículos leves, ou levando-se em conta o trabalho mecânico realizado pelo motor

(g/kWh) para veículos pesados.

Uma redução expressiva nas emissões de poluentes foi atingida desde os anos 70. Esta

redução tornou-se possível, principalmente, devido ao avanço tecnológico do motor, das

tecnologias de pós-tratamento e da melhoria na qualidade do combustível.

A seguir, encontram-se os detalhes dos principais produtos da combustão no motor

movido a óleo diesel.

15

2.2.1. Óxido de Nitrogênio – NOx

Óxidos de nitrogênio, conforme definido pela legislação de emissões incluem óxido

nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) em sua formação. As propriedades físicas de

ambos os gases são listados na tabela abaixo.

TABELA II - Propriedades físicas dos gases formadores do NOx

Nome Óxido nítrico Dióxido de nitrogênio

Fórmula molecular NO NO2

Massa molecular (u.m.a) 30.01 46,01

Aparência Gás sem cor Gás vermelho

amarronzado

Densidade 1,0367 (relativa ao ar) ...

Temperatura de fusão -161º C -9,3º C

Temperatura de

vaporização -151º C 21,3º C

FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 11/08/08

A formação do NOx é facilitada em regimes de misturas pobres (excesso de ar) nas

situações de alta pressão e temperatura na câmara de combustão. De uma forma geral, quase

que a totalidade de NOx se forma quando a temperatura na câmara se encontra acima de 2000

K (1727°C).

Hoje em dia o NOx é o maior limitante para se obter melhor rendimento térmico do

motor. Faz-se necessário, incrementos de temperatura e pressão na câmara de combustão, que,

em contra partida, aumentam a formação de óxidos de nitrogênio.

Concentrações de NOx no gás de escape são tipicamente entre 50 e 1000ppm. Se as

concentrações são dadas em unidades de massa, o NOx é usualmente expresso como NO2.

O óxido nítrico (NO) é um gás sem cor e sem cheiro. No laboratório, ele pode ser

sintetizado diretamente do nitrogênio e oxigênio sob altas pressões e temperaturas, conforme

equação abaixo:

N2 + O2 � 2NO – 182,4 kJ/mole.

O sinal negativo representa uma reação endotérmica. A equação acima pode também

representar a reação geral da formação do NO por meio dos elementos presentes no cilindro

16

do motor, onde as temperaturas e pressões são altas. Em baixas temperaturas e pressões, o

equilíbrio químico move-se para o lado esquerdo da equação.

Em motores mais antigos, aproximadamente 95% do óxido de nitrogênio era composto

de NO e somente 5% de NO2. A proporção de NO2 no total do NOx aumentou de maneira

significante com o advento dos motores diesel turbo alimentados, passando a representar 15%

ou mais da parcela de NOx. O NO pode ser facilmente oxidado pelo oxigênio transformando-

se em dióxido de nitrogênio em condições ambiente:

2NO + O2 �� 2NO2 + 113,8 kJ/mole

A reação acima ocorre espontaneamente (porém não instantaneamente) na mistura

NO-ar depois que o gás de escape atinge a atmosfera. Pode ser também acelerada por

catalisadores, como catalisadores de oxidação diesel e filtros de material particulado

catalíticos. NO2 é um gás tóxico com um desagradável e irritante odor. O NO2 é

extremamente reativo e possui fortes propriedades de oxidação. A redução do NO2, a qual

ocorre em vários tipos de controles de emissões catalíticos podem incluir a oxidação de

hidrocarbonetos, monóxido de carbono e também particulados.

Os óxidos de nitrogênio são altamente ativadores dos precursores do ozônio,

desempenhando um papel importante na formação do smog1. O NOx, em conjunto com o

particulado, são os poluentes mais críticos emitidos pelo motor movido a óleo diesel.

2.2.2. Hidrocarbonetos - HC

Hidrocarbonetos, ou mais apropriadamente emissões orgânicas, são uma conseqüência

da combustão incompleta do combustível. O nível de hidrocarbonetos não queimados no gás

de escape é geralmente especificado em termos de concentração total de hidrocarboneto

(THC) em partes por milhão. Enquanto a emissão total de hidrocarboneto é bastante usual

para indicar a ineficiência da combustão, ela não é necessariamente um indicador significante

de emissões de poluentes, uma vez que o gás de escape possui uma vasta gama de

hidrocarbonetos. A tabela III mostra um desmembramento por classe de hidrocarboneto em

um motor de combustão por faísca, com e sem um conversor catalítico, abastecido com

gasolina.

1 Smog (smoke + fog = smog): é um tipo de poluição do ar produzido quando a luz do sol age em conjunto com o gás de escape para formar substâncias prejudiciais como o ozônio (O3), aldeídos e peroxi-acetil-nitrato (PAN).

17

TABELA III - Composição de hidrocarbonetos no gás de escape de um motor de ignição por faísca

Carbono, percentual nos hidrocarbonetos totais

Parafinas Olefinas Naftênicos Aromáticos

Sem catalisador 33 27 8 32

Com catalisador 57 15 2 26

FONTE: HEYWOOD, 1988, pg.597

Alguns destes hidrocarbonetos são praticamente fisiologicamente inertes e são

virtualmente não reativos do ponto de vista de smog. Outros são altamente reativos na

produção do smog. Alguns hidrocarbonetos, como o benzeno, por exemplo, são tóxicos e

cancerígenos.

A composição do combustível pode influenciar significativamente na composição e na

magnitude das emissões orgânicas. Combustíveis contendo altas proporções de aromáticos e

olefinas produzem relativamente maiores concentrações de hidrocarbonetos reativos.

Entretanto, muitos dos componentes orgânicos encontrados nos gases não estão presentes no

combustível, indicando a ocorrência de combustões incompletas durante o processo de

combustão.

Compostos oxigenados estão presentes nos gases de escape, e são conhecidos por

participarem na formação do smog. Alguns destes compostos são também irritantes e exalam

mau cheiro. São geralmente categorizados como carbonilas, fenóis e outros. As carbonilas

representam aproximadamente 10% das emissões de HC em carros de passeio equipados com

motores diesel, mas somente um pequeno percentual em veículos de combustão por faísca

movidos a gasolina.

Os hidrocarbonetos encontrados na fase gasosa constituem uma mistura de várias

espécies de derivados do óleo diesel e do óleo lubrificante. O combustível é caracterizado por

ser hidrocarbonetos de cadeias curtas de carbono enquanto o óleo lubrificante contém

hidrocarbonetos de cadeias mais longas. CnHm, a fórmula química genérica para

hidrocarbonetos, representa uma molécula com “n” átomos de carbono e “m” átomos de

hidrogênio.

Nas normas de emissões, os hidrocarbonetos são regulamentados como

hidrocarbonetos totais (THC) e também como hidrocarbonetos não metano (NMHC), a última

categoria exclui o hidrocarboneto metano (CH4) devido sua baixa reatividade atmosférica. A

concentração de metano dos gases de escape em motores diesel também é considerada muito

baixa. Algumas normas de emissões são expressas em NMHC para garantir compatibilidade

18

com outras e também pelo fato do metano não ser considerado um precursor do ozônio,

apesar de ser um importante gás de efeito estufa.

Os hidrocarbonetos presentes no gás de escape são divididos entre as fases gasosas e a

particulada (líquida ou adsorvida). Não existe uma distinção clara entre hidrocarbonetos

voláteis e não voláteis. Como uma referência, componentes com pressão de vapor acima de

0,1mmHg em condições padrões (20º C, 760mmHg) podem ser considerados voláteis. Com

relação a aplicações diesel, os hidrocarbonetos voláteis contêm espécies alifáticas e

aromáticas com aproximadamente 24 átomos de carbono em sua molécula. As legislações de

emissões referem-se aos gases voláteis ao determinar os limites de HC. A fase relacionada ao

particulado é descrita como SOF (soluble organic fraction) e será tratada posteriormente no

tópico referente ao material particulado.

Os hidrocarbonetos devem ser oxidados pelo oxigênio para produzir dióxido de

carbono e água, conforme equação abaixo. Esta é uma das reações fundamentais que ocorrem

em catalisadores para controle de emissões.

CnHm+ (n + m/4)O2 = nCO2 + (m/2)H2O

2.2.3. Monóxido de Carbono - CO

O monóxido de carbono é um gás inodoro, sem cor, bastante tóxico e possui quase a

mesma massa específica do ar. Em altas concentrações o CO é bastante inflamável. Quando

respirado assume o lugar do oxigênio na hemoglobina; uma concentração de 0,3% em volume

pode matar uma pessoa adulta em menos de trinta minutos.

O CO é formado em reações incompletas de combustão e a sua concentração é mais

alta nos regimes de marcha lenta e durante a fase fria de funcionamento do motor.

Hoje em dia, a emissão de CO em motores a óleo diesel é relativamente baixa. As

concentrações de carbono variam entre 10 a 500ppm.

Em temperaturas elevadas ou por meio de um catalisador de oxidação, o monóxido de

carbono pode ser oxidado pelo oxigênio, formando o dióxido de carbono, conforme descrito

na equação abaixo:

2CO + O2 = 2CO2 +565,6 kJ/mole

A reação produz um efeito significante de liberação de calor e no caso dos gases

estiverem enriquecidos em termos de CO, poderá causar um significante aumento da

19

temperatura do gás nos catalisadores desenvolvidos para oxidar o CO. A oxidação adiabática

de 1% de CO no escapamento aumenta a temperatura do gás em aproximadamente 100º C.

TABELA IV - Propriedades físicas do monóxido de carbono

Nome Monóxido de Carbono

Fórmula molecular CO

Massa molecular (u.m.a) 28,01

Aparência Gás sem cor, inodoro, sem

sabor e não corrosivo

Massa específica

1,250 kg/m3

(0 ºC, 1 atm)

0,968 (relativa ao ar)

Temperatura de fusão -205º C

Temperatura de

vaporização -191,5º C

Limites de inflamabilidade 12,5 – 74,2 vol.%


2.2.4. Dióxido de enxofre – SO2

O dióxido de enxofre origina-se do enxofre contido no óleo diesel e no óleo

lubrificante e é um componente cujo limites não são estabelecidos pelas legislações de

emissões. O SO2 é um gás sem cor com um odor irritante. Ele pode ser oxidado e formar o

trióxido de enxofre (SO3) que é o precursor do ácido sulfúrico responsável por chuva ácida. A

maioria do enxofre contido no gás de escape existe na forma de SO2, apenas 2 a 5% é emitido

como SO3.

A concentração de dióxido de enxofre no gás de escape é diretamente proporcional ao

teor de enxofre presente no óleo diesel. A concentração de SO2 pode ser calculada pelo

consumo de combustível e seu teor de enxofre com uma ótima acuracidade. Este cálculo,

baseado em uma relação ar-combustível de 20, valor típico para motores diesel operando em

condições de plena carga, pode ser observado na figura a seguir. Como evidenciado na figura,

óleo diesel contendo 500ppm de teor de enxofre, acarretará na emissão de aproximadamente

20ppm de SO2 no escapamento.

20

FIGURA 3 - SO2 presente no gás de escape em função do nível de teor de enxofre do óleo diesel FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 11/08/08.

À medida que o teor de enxofre no combustível vem sendo cada vez mais reduzido, o

óleo lubrificante deve tornar-se uma importante fonte de SO2 no gás de escape. Óleos

lubrificantes tipicamente possuem 4000 a 10000ppm de enxofre, basicamente como parte do

pacote de aditivos. Aditivos anti-desgaste tipicamente contém zinco, enxofre e fósforo. Dois

casos relacionados à contribuição do enxofre presente no óleo lubrificante na emissão de SO2

são mostrados na figura 3. A reta paralela e mais próxima do eixo das abscissas corresponde

ao óleo lubrificante consumido em uma taxa de 0,1% em relação ao consumo de combustível

e contendo 4000ppm de enxofre. O SO2 produzido pode ser comparado ao de 5ppm de

enxofre no combustível. A reta paralela acima da anterior representa o pior cenário com um

óleo lubrificante de 10000ppm, consumido a uma taxa de 0,2% em relação ao consumo de

combustível. Neste caso, o enxofre derivado do óleo lubrificante é maior que o produzido

pelo óleo diesel de aproximadamente 15ppm de teor de enxofre.

A concentração de sulfatos no particulado também depende do teor de enxofre no

combustível. Quando um óleo diesel de alto teor de enxofre é utilizado (0,25% S),

aproximadamente 0,050 g/HPh de sulfatos no particulado é gerado. A emissão de sulfato no

particulado reduz para aproximadamente 0,01 g/HPh quando um óleo diesel de 500ppm é

utilizado. Catalisadores, como os utilizados para oxidação ou como filtros de material

particulado, podem converter uma porção significante de SO2 em SO3 e aumentar

substancialmente as emissões de sulfato. A tabela V abaixo traz um resumo das propriedades

do dióxido de enxofre.

21

TABELA V - Propriedades físicas do dióxido de enxofre

Nome Dióxido de enxofre

Fórmula molecular SO2


Aparência Gás sem cor e odor

irritante

Densidade 2,264 (relativa ao ar)

Temperatura de fusão -75,5º C

Temperatura de

vaporização -10º C


2.2.5. O Material Particulado – MP

O material particulado está associado à fumaça preta tradicionalmente emitida pelos

veículos equipados com motores diesel. Os particulados do óleo diesel formam um sistema

complexo de aerossóis. Apesar de uma grande quantidade de estudos, a formação do material

particulado no cilindro, suas propriedades físicas e químicas e seus efeitos na saúde humana

ainda não são completamente entendidos. No entanto, com base no que já é conhecido, o MP

é considerado um dos poluentes mais prejudiciais produzidos pelo motor diesel. O particulado

no motor diesel está sujeito às legislações de emissões ao redor do mundo e, em conjunto com

o NOx, tornou-se o foco nas tecnologias de controle de emissões.

Ao contrário das emissões gasosas, o MP não é uma espécie química bem definida. A

definição do MP é determinada por um método de amostragem, que envolve a coleta de uma

amostra de gases do escapamento, diluição com o ar, e retenção em filtros específicos. A

concentração de particulados emitidos é determinada pela massa de MP retida neste filtro. Tal

coleta é feita seguindo procedimentos estabelecidos que garantem a padronização do método.

O MP é composto de partículas elementares de carbono que se aglomeram e adsorvem

outras espécies para formarem estruturas com propriedades físicas e químicas complexas.

Possui distribuição bi-modal, sendo uma mistura entre modos nucléicos e de acumulação

(nuclei mode e accumulation mode, respectivamente), esquematicamente mostrados na figura

4.

22

FIGURA 4 - Representação esquemática do material particulado em motores diesel FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 11/08/08.

O modo nucléico é formado por partículas bem pequenas, entre 0,007 e 0,04 µm

(microns) de acordo com a maioria dos pesquisadores ou até menores, ou até menores (0,003

a 0,03 µm) conforme estudos mais recentes. Acredita-se que estas pequenas partículas

consistam basicamente de hidrocarbonetos e ácido sulfúrico condensado. Estas partículas

constituem a maioria do número de particulas (90%), no entanto com porcentagem baixa na

massa do particulado total.

As partículas do modo de acumulação são formadas a partir da aglomeração de

partículas primárias de carbono e outros materiais sólidos, acompanhados pela adsorção de

gases e condensação de vapores. São compostos principalmente de carbono sólido misturados

com hidrocarbonetos pesados, mas podem também incluir componentes do enxofre, cinzas

metálicas, metais provenientes do desgaste dos cilindros, etc. Seu diâmetro varia entre 0,04 e

1 µm. A maioria da massa de material particulado emitido é composta de partículas

aglomeradas.

Baseado em análises desempenhadas por meio de uma combinação de métodos físicos

e químicos, o MP é tradicionalmente dividido em três frações principais e sub-categorizado

conforme abaixo:

- Fração sólida (SOL - solid fraction)

* carbono elementar

* cinzas

- Fração orgânica solúvel (SOF – soluble organic fraction)

* material orgânico derivado do óleo lubrificante

* material orgânico derivado do combustível

- Particulados de sulfato (SO4 – sulfate particulates)

23

* sulfatos

* ácido sulfúrico

* água

De acordo com esta classificação, o material particulado total (MPT) pode ser definido

como:

MPT = SOL + SOF + SO4

A fração sólida do particulado é composta primariamente de elementos do carbono.

Este carbono, não ligado quimicamente com outros elementos é a fuligem responsável pelas

emissões de fumaça preta pelo escapamento. A porção carbonácea do MP é gerada na fase de

combustão residual em motores diesel, sendo que os precursores das partículas sólidas são

formados nas fases de difusão e pré-mistura da chama.

Outro importante componente da fração sólida do MP é a cinza metálica (metallic

ash). Nos novos motores que produzem menos particulados de carbono, a importância relativa

da emissão de sólidos não-carbonáceos aumenta. Os fabricantes de filtros de material

particulado levam em conta a emissão deste componente na definição do material a ser

utilizado, o qual deve ser formulado para resistir à corrosão pelo mesmo. Em geral, as cinzas

presentes no escapamento de um motor diesel consistem em uma mistura dos seguintes

componentes:

* sulfetos, fosfatos, ou óxidos de cálcio (Ca), zinco (Zn), magnésio (Mg), e outros

metais que são formados na câmara de combustão por meio da queima de aditivos do óleo

lubrificante. Estes componentes estão presentes no óleo lubrificante como detergentes,

dispersantes, ácidos neutralizadores, anti-oxidantes, inibidores de corrosão, etc. A emissão de

cinzas do óleo lubrificante pode ser modelada baseada no teor de cinza contida no mesmo

(tipicamente 1,5% em óleos mais antigos e abaixo de 1% nos óleos mais novos) e na taxa de

consumo de óleo (tipicamente 0,1-0,2% do consumo de óleo diesel);

* impurezas de óxidos metálicos provenientes de desgastes no motor, que são

carregados para dentro da câmara de combustão pelo óleo lubrificante. Aqui inclui-se óxidos

de ferro (Fe), cobre (Cu), cromo (Cr) e alumínio (Al);

* Óxidos de ferro provenientes da corrosão do coletor de escape e outros componentes

do sistema de exaustão. Dependendo da composição dos materiais do sistema de escape, estas

partículas podem incluir cromo, níquel e alumínio.

A fração orgânica solúvel é formada por hidrocarbonetos adsorvidos nas partículas de

carbono e/ou presentes na forma de pequenas gotas. O adjetivo “solúvel” originou-se na

técnica de extração com solventes utilizada para isolar a fração orgânica do particulado.

24

Algumas vezes esta fração é também chamada de fração orgânica volátil (VOF - volatile

organic fraction). A proporção de SOF no MP total pode variar de maneira significativa entre

os motores. O particulado com baixo teor de SOF é chamado particulado “seco”. Já o MP

com alto teor de SOF é denominado particulado “úmido”. No particulado úmido a fração

orgânica corresponde a mais de 50% do particulado total. No particulado seco, o teor de SOF

deve ser menor que 10%. Para um dado motor, o SOF é fortemente dependente das condições

de operação do mesmo. Tipicamente, o teor de SOF é mais alto nas baixas cargas do motor,

em situações onde a temperatura de escape é baixa. Esta afirmação pode ser observada na

figura 5, que apresenta o total de emissões de particulados e a parcela de SOF, medidos em

várias condições estabilizadas de rotação e carga em um motor 2.8l movido a óleo diesel.

Todas as medições realizadas em condições de temperatura de escape abaixo de 200º C

mostraram teor de SOF maior que 50% no total do particulado. Já em cargas maiores que 70%

e temperaturas de escape superiores a 400º C, o teor de SOF caiu para menos de 5%.

FIGURA 5 – Composição do MP em diferentes condições de operação do motor

FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 11/08/08.

Esta tendência na temperatura foi também confirmada durante testes de emissões em

partida a frio, que mostraram valores 25% mais altos de SOF quando comparados aos obtidos

durante testes de partida a quente. A variação do SOF em função da tecnologia do motor e

condições de operação pode ser extremamente importante no desenvolvimento de estratégias

de controle do MP, uma vez que os sólidos comportam-se diferentemente do SOF nos

catalisadores de oxidação e nos filtros de particulado.

25

Carbonilas, incluindo aldeídos e cetonas, podem também estar presentes no SOF. No

entanto, de acordo com estudos experimentais, o seu teor em aplicações pesadas foi de apenas

3,3 a 3,9% do total de partículas orgânicas do material particulado.

O SOF contém também a maioria dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH -

polyciclic aromatic hydrocarbons”) e nitro-PAH. Estes componentes passaram a chamar a

atenção devido a sua ação genética e, em alguns casos, papel cancerígeno (baseado em vários

estudos divulgados nos anos 80). O PAH inclui dezenas de componentes, muitos deles

possuem estruturas bastante complexas. O mesmo encontra-se presente no óleo diesel em

concentrações que variam entre 1,5 e 2,5%. Parte dele (0,2 ou 1% do total de PAH presente

no óleo diesel) sobrevive à combustão e pode então ser encontrado no gás de escape. Apesar

de acreditar-se que a parte mais pesada dos componentes do PAH possa ser gerada por meio

de pirosínteses no cilindro do motor, o combustível parece ser a fonte dominante de PAH no

gás de escape. Outro fenômeno que ocorre no motor é a formação de nitro derivados de PAH

devido a alta concentração de NOx. As emissões de PAH representam uma baixa fração no

material particulado total (aproximadamente 0,5%).

Os particulados de sulfato são compostos primariamente de acido sulfúrico hidratado.

A sua formação requer uma interação entre moléculas de H2SO4 e H2O. O processo é

teoricamente modelado como nucleação hetero-molecular. De acordo com esta teoria o ácido

sulfúrico e o vapor de água podem ser sub-saturados e ainda produzir partículas. As partículas

de sulfato são compostas de 8000 moléculas de H2O e 3000 moléculas de H2SO4. A formação

das partículas depende do teor de enxofre do combustível, da conversão deste enxofre em SO3

(trióxido de enxofre), da relação ar-combustível, da temperatura e da umidade relativa dos

gases.

Além do ácido sulfúrico, os particulados de sulfatos podem conter também sulfatos de

sais. O mais comum é o sulfato de cálcio (CaSO4), que pode ser formado em reações entre o

ácido sulfúrico e componentes de cálcio provenientes de aditivos no óleo lubrificante.

A contribuição do sulfato de particulado no MP total deve ser cuidadosamente

analisada, pois algumas correções e procedimentos padronizados devem ser aplicados para tal

estimativa (por exemplo, na conversão do SO4 para H2SO4 por meio da relação de massa

molecular, é importante estabelecer umidade e temperatura padrão para pré-condicionamento

do filtro para que seja possível estabelecer a relação entre ácido sulfúrico e água).

Atualmente, nota-se um interesse crescente em relação ao tamanho das partículas

emitidas pelos motores diesel, uma vez que pesquisas médicas têm indicado efeitos cada vez

mais adversos à saúde humana na medida em que se diminui o tamanho das partículas. Nos

26

EUA, em 1997, tal preocupação resultou na introdução de uma nova legislação que controlava

o número de partículas menores que 2,5 µm em adição à norma já existente que controlava

partículas abaixo de 10 µm (MP10). Esta preocupação vem sendo demonstrada por outros

países ao redor do mundo, que vêm também aumentando o controle sob as menores partículas

do MP. Este controle requer uma maior preocupação dos fabricantes de motores e tecnologias

de controle de emissões quanto ao modo nucléico apresentado no início deste tópico, o qual

representa cerca de 90% do MP em termos de contagem de partículas, uma vez que uma

maior atenção sempre foi destinada ao modo de acumulação que tem um peso grande em

relação à massa do particulado.

2.2.6. Óxido Nitroso – N2O

O óxido nitroso é bastante conhecido como o “gás da risada”. É um gás incolor com

um cheiro doce e produz uma ação narcótica nos seres humanos.

O óxido nitroso não é regulamentado pelas legislações de emissões. Apesar de

quimicamente o mesmo ser um óxido de nitrogênio, o N2O foi excluído do NOx. As emissões

de N2O em motores diesel pesado geralmente são muito baixas, em torno de 3ppm. Como

comparativo, as emissões de N2O em motores de combustão por faísca abastecidos com

gasolina e equipados com catalisadores de 3 vias são em torno de 12 a 35ppm.

Alguns dispositivos utilizados para o controle de emissões, com base de platina podem

aumentar a emissão de N2O, sendo este um fator considerado pelos fabricantes no

desenvolvimento de catalisadores. A tabela VI traz um resumo das propriedades físicas do

óxido nitroso.

TABELA VI - Propriedades físicas do óxido nitroso

Nome Óxido nitroso

Fórmula molecular N2O


Aparência Gás incolor e cheiro doce

Densidade 1,530 (relativa ao ar)


Temperatura de vaporização -90,7º C


27

2.2.7. Hidrogênio – H2

O hidrogênio é um gás incolor que não têm impacto direto na saúde ou no ambiente,

mas pode desempenhar um papel importante em um número de reações em catalisadores,

incluindo nos utilizados em veículos com motor diesel. Normalmente, em condições de

excesso de ar, o hidrogênio não está presente nos gases de escape de uma aplicação movida a

óleo diesel. Já aplicações de gasolina, tipicamente contêm aproximadamente 0,3 moles de H2

por mole de CO.

Em temperaturas ambientes, o hidrogênio apresenta uma baixa atividade química. Em

altas temperaturas e/ou na presença de catalisadores ele reage facilmente com o oxigênio para

formar água, conforme equação a seguir. Esta reação, extremamente lenta em temperaturas

ambientes, atinge uma taxa notável de ocorrência depois que o gás é aquecido a temperaturas

maiores que 180º C. Um aquecimento adicional da mistura para 450º C causa uma explosão.

(5) 2H2 + O2 = 2H2O + 571,9 kJ/mole

O hidrogênio pode ser gerado em catalisadores por meio do vapor de água e outros

componentes presentes no gás.

As literaturas em relação à química do H2 em aplicações movidas a óleo diesel são

bastante limitadas. Este gás parece desempenhar um papel importante em alguns controles de

emissões que operam periodicamente sob condições de mistura com excesso de combustível,

como os adsorvedores de NOx.

A tabela abaixo traz um resumo das propriedades físicas do hidrogênio.

TABELA VII - Propriedades físicas do hidrogênio

Nome Hidrogênio

Fórmula molecular H2

Peso molecular (u.m.a) 2,016

Aparência Gás incolor e inodoro

Densidade 0,06948 (relativa ao ar, 20º

C)


Temperatura de

vaporização -252,7º C


28

2.3. A legislação de emissões para veículos pesados movidos a óleo diesel

A poluição do ar pelos automóveis tem sido motivo de estudos desde a década de 50

quando um pesquisador da Califórnia demonstrou que o smog sob o céu de Los Angeles era

proveniente dos automóveis.

A primeira lei restringindo emissões, ainda que por requisitos mínimos, entrou em

vigor na Califórnia em 1964 e atingia os veículos de passageiros produzidos a partir do início

de 1966.

Em 1970 o congresso americano criou a Agência de Proteção Ambiental (E.P.A. –

Environmental Protection Agency) que estabeleceu limites de emissões evaporativas e de

escapamento difíceis de serem obtidas naquela época. Com o desafio, importantes sistemas

redutores de poluição foram instalados nos veículos, tais como o canister em 1971 (que nada

mais é do que um depósito de carvão ativado instalado nos tubos de ventilação do tanque de

combustível e do carburador, ou seja, os vapores de gasolina ficam retidos por adsorsão nas

moléculas do carvão ativado), a válvula de recirculação dos gases de escape (E.G.R. – exhaust

gas recirculation) em 1972 (que ao desviar uma parte do gás de escapamento junto com a

mistura ar/combustível, diminui a temperatura máxima na câmara de combustão, com

conseqüente diminuição na formação dos óxidos de nitrogênio) e o conversor catalítico em

1975 (que na época tinha a função de minimizar a quantidade emitida de HC e CO).

Um outro benefício decorrente da introdução dos catalisadores foi a necessidade do

uso de gasolinas isentas de chumbo (usado para aumentar a octanagem), pois a presença deste

metal na gasolina provoca a “dopagem” dos elementos catalisadores, tornando o conversor

catalítico uma peça inútil em um curto período de uso.

No Brasil, os primeiros veículos fabricados com conversor catalítico surgiram em

1990.

Para os veículos com motor diesel, no Brasil, os padrões de emissões são definidos

pelo Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Renováveis (IBAMA). Os valores

numéricos de limite de emissões e os ciclos de testes para certificação são baseados nas

legislações européias.

Tais conjuntos de normas estabelecidas pelo IBAMA, com base nos padrões europeus,

integraram o programa de controle de emissões veiculares (PROCONVE).

O primeiro conjunto de legislações foi adotado no Brasil em 1993 e foi baseado nos

padrões EURO 0 a EURO II. O segundo conjunto de legislação foi adotado em 2002, com

29

datas de implementação entre 2006 a 2009, sendo baseadas nos padrões EURO III e EURO

IV (denominadas no Brasil como PROCONVE P-5 e PROCONVE P-6, respectivamente).

O primeiro conjunto de legislações encontra-se resumido na tabela VIII, sendo os

limites válidos para veículos leves e pesados movidos a óleo diesel. Todos os caminhões e

ônibus, incluindo os veículos leves, eram certificados em um ciclo de teste em dinamômetro

(ECE R-49).

TABELA VIII - Legislação de emissões no Brasil para ônibus e caminhões movidos a óleo diesel


Somados aos limites da tabela VIII acima, os veículos tinham que cumprir com os

seguintes limites de opacidade em aceleração livre (efetivamente à partir de março de 94):

* 0,83 m-1 para motores naturalmente aspirados

* 1,19 m-1 para motores turbo-alimentados

Limites de emissões mais rigorosos foram estabelecidos aos veículos pesados com

motor diesel a partir de 2006 e aos veículos de passeio e comerciais leves a partir de 2007, por

meio do segundo conjunto de legislações que se encontram resumidos na tabela IX a seguir,

sendo os mesmos válidos para veículos pesados movidos a óleo diesel. De acordo com esta

tabela, todos os caminhões e ônibus, dependendo do nível de emissões, devem ser certificados

em ciclos de testes em dinamômetro passivo (ESC/ELR) e dinamômetro ativo (ETC) o qual

simula condições de operação do veículo. Estes ciclos serão posteriormente detalhados neste

mesmo capítulo.

30

TABELA IX - Legislação de emissões no Brasil para ônibus e caminhões pesados movidos a óleo diesel


Vale salientar que, devido aos problemas relatados neste trabalho quanto à definição

do teor de enxofre por parte da ANP e das tecnologias de controle de emissões a serem

empregadas para o atendimento do PROCONVE P-6 por parte das montadoras, cogita-se

fortemente que o Brasil passará diretamente do PROCONVE P-5 (equivalente ao EURO III)

para o PROCONVE P-7 (equivalente ao EURO V) em 2012. Neste caso, os limites de

emissões passam a ser ainda mais rígidos e o teor de enxofre no óleo diesel não poderá

exceder 15 ppm. A tabela X mostra os limites de emissões para o atendimento da legislação

EURO V, bem como um resumo das demais legislações na Europa.

TABELA X - Legislação de emissões na Europa para ônibus e caminhões pesados movidos a óleo diesel


31

Já a tabela XI mostra os limites de emissões na Europa para homologação conforme

ciclo de teste em dinamômetro transiente, que simula condições de operação do veículo.

TABELA XI - Legislação de emissões na Europa para ônibus e caminhões pesados – ciclo ETC (valores de emissões em g/kWh)


2.4. Os ciclos de testes de emissões

Basicamente, existem hoje no mundo três procedimentos (o americano, o europeu e o

japonês) para medições de poluentes nos automóveis de passageiros e outros três também nas

mesmas origens para veículos pesados.

No Brasil, para os automóveis, o procedimento é baseado no método Americano e

para os veículos comerciais e caminhões o procedimento é derivado do método europeu.

Os testes de emissões são realizados em laboratórios de emissões que resumidamente

são compostos de:

* Um ambiente climatizado para controle de temperatura e umidade relativa do ar.

* Um dinamômetro de chassis que é um equipamento que possui um absorvedor de

potência que é transmitida do veículo para o dinamômetro através das rodas tracionadoras do

veículo.

* Um dinamômetro ativo para simular as condições transientes de operação do

veículo.

* Um dinamômetro passivo para testes do motor em situações estabilizadas.

* Um sistema para coleta e preparação dos gases de escape a serem analisados.

* Um sistema interligado ao dinamômetro que faz a simulação de um trânsito urbano.

* Analisadores de gases.

32

De uma forma geral a principal diferença entre os três métodos Americano / Europeu /

Japonês está no procedimento de simulação do uso do veículo.

Se tomarmos como exemplo o teste FTP 75 (Federal Test Procedure) requerido pela

Agência de Proteção Ambiental Americana, temos a simulação de trânsito urbano dividida em

três fases:

1ª Fase – Motor / veículo “frios”

Após um período compreendido entre 12 e 36 horas para a estabilização de todas as

temperaturas, inicia-se o funcionamento do motor e no decorrer de 505 segundos desta fase

simula-se um trânsito de cidade em ruas e avenidas, com acelerações, trocas de marchas,

freadas, paradas em sinaleiros, etc.

2ª Fase – Intermediária

É contada dos 505 aos 1372 segundos posteriores à primeira fase, onde é simulado

com mais conotação o trânsito no centro da cidade, ou seja, velocidades médias mais baixas

com maior número de paradas em marcha lenta.

Ao final desta fase, o veículo é desligado por 10 minutos.

3ª Fase – Motor e veículo aquecidos

Iniciando após os dez minutos de motor parado, esta fase dura 505 segundos e a

simulação de trânsito é idêntica à da fase fria (1ª fase).

Indicativamente, em média, mais de 80% das emissões de combustível não queimado

(HC) de todo o teste (contando as 3 fases) é formado durante os primeiros 120 segundos da

fase fria, já as emissões de NOx tem peso maior na fase quente.

Durante todo o teste o veículo percorre uma distância de 18 km, a velocidade média é

de 34 km/h e a velocidade máxima de 91 km/h.

Com relação à legislação Européia, que é a referência para aplicações ônibus e

caminhões pesados movidos a óleo diesel no Brasil, existem os seguintes ciclos: ESC

(European Stationary Cycle), ETC (European Transient Cycle) e ELR (European Load

Response).

Será dada a seguir, maior ênfase a estes três ciclos, por fazerem parte dos critérios de

homologação de emissões para as aplicações ônibus e caminhões pesados no Brasil.

2.4.1. O ciclo ESC

O ciclo de teste ESC (também conhecido como ciclo OICA/ACEA) foi introduzido no

início do ano 2000, juntamente com os ciclos de testes ETC e ELR, para a certificação de

33

emissões de veículos pesados equipados com motor diesel na Europa. O ESC é um teste em

regime permanente que possui 13 pontos de operação e substitui o teste R-49. O motor é

testado em dinamômetro em condições de carga, rotação e tempo pré-estabelecidas, conforme

ilustrado na tabela abaixo. A rotação especificada deve manter-se entre +/- 50 rpm e o torque

entre +/- 2% para cada situação avaliada. As emissões são medidas durante cada modo e ao

final uma média é extraída, levando-se em conta a contribuição (fator peso) de cada ponto,

conforme também ilustrado na tabela XII. A emissão de material particulado é obtida por

meio de um filtro que coleta a amostra ao longo dos 13 pontos de operação. Os resultados das

emissões finais são expressos em g/kWh.

TABELA XII - Ciclo ESC de teste de emissões


Durante o teste de certificação, o representante da agência certificadora pode solicitar

testes adicionais aleatórios dentro da área de controle, conforme ilustrado na figura 6. As

emissões máximas nestes modos extras são determinadas por interpolação dos resultados das

regiões vizinhas especificadas dentro dos 13 pontos.

As rotações de teste (A, B e C) são definidas da seguinte maneira:

1 – A rotação máxima (nhi) a ser utilizada para os cálculos é aquela onde se atinge

70% da potência líquida máxima do motor. Trata-se da rotação mais alta em que este

percentual é atingido (acima da rotação de potência).

2 – A rotação mínima (nlo) é aquela onde se atinge 50% da potência líquida máxima

declarada. Trata-se da mínima rotação onde o percentual é atingido (abaixo da rotação de

potência).

34

3 – As rotações A, B e C a serem utilizadas durante o teste são então calculadas

conforme as seguintes fórmulas:

A = nlo + 0,25 (nhi - nlo)

B = nlo + 0,50 (nhi - nlo)

C = nlo + 0,75 (nhi - nlo)

O ciclo de teste ESC é caracterizado, na média, por altos fatores de carga e altas

temperaturas dos gases de escape.

FIGURA 6 - Ciclo de teste ESC FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 09/11/08.

2.4.2. O ciclo ETC

O ciclo de teste ETC (também conhecido como ciclo transiente FIGE) foi introduzido

no início do ano 2000, juntamente com os ciclos de testes ESC e ELR, para a certificação de

emissões de veículos pesados na Europa, movidos a óleo diesel.

O ciclo ETC baseia-se em medições reais de rotas veiculares. Diferentes condições de

dirigibilidade são representadas por três partes do ciclo ETC, incluindo rota urbana, rural e

rodoviária. A duração de todo o ciclo é de 1800s. A duração de cada parte é de 600s.

A primeira parte representa um tráfego urbano com uma velocidade máxima de 50

km/h, partidas e paradas freqüentes bem como permanência na marcha lenta. A segunda parte

representa uma rota rural, com velocidade média de 72 km/h. A terceira parte representa uma

situação de condução em estrada (ciclo rodoviário), com velocidade média de 88 km/h.

35

O instituto FIGE desenvolveu o ciclo em duas variantes: testes em dinamômetro de

chassis e em dinamômetro do motor. A velocidade do veículo em função do tempo de duração

de cada ciclo encontra-se representado na figura 7. No caso de certificação do motor, o ciclo

ETC é executado em um dinamômetro ativo. As curvas de torque e de rotações do motor a

serem utilizadas durante o ciclo são mostradas nas figuras 8 e 9.

FIGURA 7 - Ciclo de teste ETC – Velocidade do veículo em diferentes trechos FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 09/11/08.

FIGURA 8 - Ciclo de teste ETC – Rotação do motor em função do tempo FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 09/11/08.

36

FIGURA 9 - Ciclo de teste ETC – Torque do motor em função do tempo FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 09/11/08.

2.4.3. O ciclo ELR

O ciclo de teste ELR foi introduzido no início do ano 2000 por meio da legislação de

emissões EURO III, com o objetivo de medir a opacidade nos veículos pesados movidos a

óleo diesel.

O teste consiste em uma seqüência de três passos de carga em cada uma das três

rotações: A (ciclo 1), B (ciclo 2), C (ciclo 3), seguido por um quarto ciclo em uma rotação

entre A e C e carga entre 10% e 100%, a ser escolhido pelo agente certificador. As rotações

A, B e C são definidas conforme já demonstrado no ciclo ESC. A seqüência na operação do

dinamômetro é mostrada na figura 10.

Os valores de medição de opacidade são continuamente coletados durante o teste ELR,

em uma freqüência de no mínimo 20 Hz. A amostra é então analisada para determinar o valor

final por meio de cálculos. Primeiro, os valores médios de opacidade são registrados em

intervalos de um segundo, utilizando-se de algoritmos especiais. Em seguida, os valores são

determinados para cada passo de carga, considerando-se a maior média para cada um dos três

passos de carga. Logo após, os valores médios para cada ciclo (rotação) são calculados por

meio de média aritmética, utilizando-se os valores dos três ciclos de carga. A opacidade é

determinada por uma média ponderada dos valores médios das rotações A (fator peso de

0,43), B (fator peso de 0,56) e C (fator peso de 0,01).

37

FIGURA 10 - Ciclo de teste ELR FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 09/11/08.

38

CAPÍTULO 3 – Tecnologias de pós-tratamento de gases de escape

3.1. Introdução

O controle de emissões por meio de catalisadores, introduzido nos anos 70, é agora

utilizado em vários tipos de motores de combustão interna, assim como em um grande

número de aplicações estacionárias.

As tecnologias catalíticas têm suas raízes nos problemas de poluição gerados pelos

veículos de passeio movidos a gasolina. As emissões nestes veículos começaram a ser

controladas nos anos 70. Nos EUA, as legislações de emissões estão baseadas em quatro atos:

Clean air act (CAA) de 1967, a CAA de 1970 e duas emendas adotadas em 1977 e 1990.

Seguindo a adoção da CAA e as normas de emissões resultantes, catalisadores de

oxidação foram comercializados nos EUA em 1975 para controlar as emissões de CO e HC

dos veículos equipados com motores de ignição por faísca (SI). Catalisadores de três vias,

introduzidos nos anos 80, tornaram possível controlar as emissões de NOx em motores SI, em

níveis significativamente menores que os motores movidos a óleo diesel. Finalmente, nos

anos 90, catalisadores de oxidação foram introduzidos na Europa em carros de passeio

movidos a óleo diesel, assim como em ônibus e caminhões pesados nos EUA. A maioria dos

catalisadores citados acima utiliza metais nobres (metais do grupo de platina) como

componentes ativos para as reações catalíticas.

Catalisadores são substâncias que têm a habilidade de acelerar as reações químicas.

No controle de emissões, catalisadores sólidos são utilizados para catalisar as reações dos

gases de escape. O efeito catalítico e as taxas de reação são maximizados por meio de um

bom contato entre o gás e o catalisador sólido.

Os catalisadores mais comuns utilizam substratos de cerâmica com vários canais

paralelos muito pequenos na direção axial. Existem também substratos metálicos, porém

utilizados em menores proporções. Ambos os substratos não têm por si só uma atividade

catalítica. O substrato necessita de uma camada ativa nas paredes de seus canais, obtida por

meio de um banho (também conhecido como coating). A função do substrato é então prover

uma grande superfície geométrica para o contato do gás com a camada ativa, para que então a

reação catalítica ocorra.

Na maioria dos casos, o banho inclui metais nobres, sendo os mais comuns a platina o

paládio e suas misturas. As substâncias mais utilizadas no coating são: oxido de alumínio

39

(Alumina, AL2O3) e óxido de silicone (sílica). Maiores detalhes sobre os substratos, banhos e

metais nobres serão fornecidos ao longo deste capítulo.

Algumas terminologias básicas são amplamente utilizadas por aqueles que trabalham

neste ramo. Segue abaixo uma breve explicação sobre as mais utilizadas:

* Eficiência de conversão: é uma medida de capacidade do catalisador em reduzir uma

dada emissão. Se um determinado componente (A) presente no gás de escape reage por meio

de um catalisador com outro componente (B) de acordo com a equação abaixo,

A + B => produto,

Então a eficiência de conversão de A, expressa em porcentagem, pode ser definida

como:

Eficiência de conversão = (Ci – Co) / Ci . 100%.

Onde:

Ci = concentração de A na entrada do catalisador,

Co = concentração de A na saída do catalisador.

* Temperatura de light-off: A taxa de reações químicas, incluindo as reações

catalíticas, sempre aumenta com a temperatura. Uma forte dependência de eficiência de

conversão com a temperatura é uma característica em todos os controles de emissões

catalíticos. A conversão, próxima de zero em baixas temperaturas, começa a aumentar

devagar na medida em que a temperatura começa a subir, depois aumenta mais rapidamente,

até atingir um platô em altas temperaturas do gás de escape. Ao discutir as reações de

combustão, o termo light-off temperature é comumente utilizado para caracterizar este

comportamento. O light-off do catalisador é a temperatura mínima necessária para iniciar uma

reação catalítica. Devido ao aumento gradual da taxa de reação, esta definição não é muito

precisa. Uma definição mais precisa, estabelece que a temperatura de light-off é aquela onde

se atinge uma conversão de 50%. Esta temperatura é frequentemente denotada como T50.

Quando se compara atividades em diferentes catalisadores, o mais ativo será aquele

caracterizado pela menor temperatura de light-off para uma dada reação.

* Janela catalítica (catalyst window): Em alguns sistemas catalíticos, o aumento da

temperatura produzirá um aumento na eficiência até certo ponto. O aumento da temperatura,

apesar de aumentar as taxas de reação, causa uma queda na eficiência de conversão. A faixa

de temperatura correspondente às eficiências de conversões mais altas é frequentemente

chamada de janela de temperatura catalítica.

* Velocidade espacial: Outra importante variável que causa influencia na eficiência de

conversão é o tamanho do catalisador. A taxa de vazão de gás que passa pelo reator catalítico

40

é comumente expressa, relativamente ao tamanho do reator, como velocidade espacial (VE).

A velocidade especial é definida como o volume de gás, medida em condições padronizadas,

por unidade de tempo por unidade de volume do reator, como segue:

VE = V / Vr.

Onde:

V = Taxa volumétrica de vazão de gás (m3/h),

Vr = volume do catalisador (m3).

A velocidade espacial é comumente expressa em h-1. Em várias aplicações com

controle de emissões catalíticos a velocidade espacial varia de 10000 h-1 a 300000 h-1. A

velocidade espacial é calculada baseada nas dimensões externas dos catalisadores, exemplo,

diâmetro e comprimento de um substrato cerâmico. Uma vez que este método não leva em

consideração a geometria do substrato, as células, a densidade e a espessura das paredes,

algumas vezes, a velocidade espacial torna-se inapropriada para comparação com outros

catalisadores. Entretanto, este método e muito utilizado e aceito nas indústrias.

* Carga de metais nobres: Metais nobres utilizados em catalisadores automotivos

incluem metais do grupo da platina como a platina (Pt), o paládio (Pd) e ródio (Rh). A quantia

de metais nobres presentes no substrato do catalisador é um parâmetro muito importante,

tanto para o desempenho do catalisador quanto para o seu custo. É comum expressar a carga

de metais por meio da carga total da mistura em gramas de metal por centímetro cúbico do

substrato do catalisador (baseado novamente em suas dimensões externas) e a relação de

metais na ordem Pt:Pd:Rh. Isto é ilustrado no exemplo a seguir:

50g, 5:0:1 – denota um catalisador composto de platina e ródio na relação de massa de

5:1 em uma carga total de 50g/ft3 (1 g/ft3 é igual a 0,03531 g/litro).

Algumas vezes a carga de metais nobres é especificada relativamente à cilindrada do

motor ao invés do volume do substrato. Neste caso, utiliza-se a seguinte equação:

md = mcat x Vr / Vd.

Onde:

md = carga de metal nobre relativa à cilindrada do motor (g/ft3 ou g/l),

mcat = carga de metal nobre por unidade de volume do substrato (g/ft3 ou g/l),

Vr = volume total do catalisador (m3),

Vd = cilindrada do motor (m3).

Conforme os requisitos da legislação americana, este parâmetro é utilizado para

avaliar a faixa de carga de metal nobre e tamanho relativo do catalisador comparado ao

tamanho do motor, com o propósito de determinar a durabilidade do catalisador (enquadrar o

41

veículo em um grupo de durabilidade). Se o veículo possuir múltiplos catalisadores, a carga

de metal nobre é calculada como a massa total de todos metais nobres de todos os

catalisadores dividido pelo volume total dos substratos.

3.2. Redução seletiva catalítica (SCR)

Os fabricantes de motores diesel vêm reduzindo cada vez mais o nível de emissões de

NOx, melhorando a eficiência da combustão e reduzindo a emissão de material particulado.

Isto é obtido com a introdução de melhorias no próprio motor, como por exemplo, aumento

da pressão de injeção, múltiplas injeções e uso de diferentes estratégias de controle de

combustível para diferentes condições de operação do motor.

Apesar destes esforços, para o atendimento das novas legislações de emissões, faz-se

necessário o emprego de tecnologias de pós-tratamento dos gases de escape, que são

utilizadas para tratar os poluentes emitidos pelo motor.

Existem várias técnicas para reduzir o nível de NOx emitido para a atmosfera e a

tecnologia a ser escolhida dependerá de questões econômicas e fatores técnicos. Em especial,

existem dois meios catalíticos para reduzir o NOx, redução seletiva catalítica (SCR) e

adsorção catalítica (NAC).

O NAC opera por meio da adsorção e armazenamento do NOx no escapamento.

Periodicamente o NOx armazenado é convertido em nitrogênio por meio da geração de um

ambiente rico em combustível no meio catalítico onde o mesmo encontra-se armazenado. Esta

tecnologia requer misturas ricas de combustível nos gases de escape periodicamente para

regenerar a superfície. A criação destas misturas ricas periodicamente no escapamento é um

grande desafio para os fabricantes de motor e esta tecnologia também é bastante sensível ao

envenenamento pelo enxofre no combustível (RELDEN et al, 2002, p.4), devido à presença

de metais nobres na composição do catalisador. A regeneração necessária normalmente leva a

um inaceitável consumo de combustível e requer um complexo controle do motor (SCHMIEG

& LEE, 2005, pg.1). Por estas razões, esta tecnologia requer cuidados especiais para a sua

aplicação em caminhões pesados.

Em relação à redução seletiva catalítica, a mesma requer a adição de um agente

redutor aos gases de escape. Idealmente o combustível diesel seria o agente redutor preferido,

porém testes intensivos não identificaram uma capacidade maior que 30% na redução do

NOx, ao se utilizar este combustível como agente. Alternativamente, a amônia pode ser

42

utilizada como agente redutor. A remoção de NOx por meio da redução seletiva catalítica

usando amônia é bastante conhecida e é principalmente utilizada em aplicações comerciais

para fontes estacionárias de energia. O SCR é também uma proposta viável para controlar o

NOx em aplicações veiculares movidas a óleo diesel, principalmente em caminhões pesados.

O uso da amônia traz a necessidade de se manusear líquidos e gases tóxicos. No

entanto, estes problemas podem ser evitados pelo uso de componentes que se decompõem no

escapamento para a formação da amônia. Para isto, a uréia é um exemplo ideal. Em

temperaturas e pressões normais, a uréia é sólida e possui uma pressão de vaporização baixa.

Nestas condições não é tóxica e dissolve facilmente em água. A uréia utilizada no sistema

SCR em aplicações veiculares, trata-se de uma solução com 32% de uréia e 68% de água e é

comercialmente conhecida como Adblue. Nesta concentração a uréia forma uma solução

eutética caracterizada pelo mais baixo ponto de cristalização (-11º C), conforme figura 11

abaixo. O uso de soluções eutéticas promove uma vantagem adicional de concentrações iguais

nas fases líquidas e sólidas durante a cristalização. Mesmo se um congelamento parcial

ocorrer no tanque de uréia, a cristalização não muda a concentração da solução injetada no

sistema SCR.

FIGURA 11 - Pontos de congelamento para diferentes soluções de uréia FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 08/08/08

Estudos sobre o uso da tecnologia SCR em veículos movidos a óleo diesel encontram-

se disponíveis em literaturas técnicas e mostram conversões de NOx maiores que 80%,

conforme evidenciado na tabela XIII. Conversões nesta ordem, possibilitam aos fabricantes de

motores a geração de mais NOx para então melhorar a eficiência de combustão, o consumo de

43

combustível e a emissão de material particulados. Com as técnicas avançadas de controle de

combustão, baixos níveis de enxofre no combustível e alguma remoção de material

particulado pelo sistema SCR, é possível atingir os níveis de emissões de material particulado

exigidos pela legislação EURO IV sem o uso de filtros de material particulado dedicados

(DPF).

A conversão de NOx é definida pela expressão abaixo:

Conversão NOx [%] = [(entradaNOx – saídaNOx) / entradaNOx] x 100

TABELA XIII - Conversão de NOx em um motor diesel pesado com vários sistemas SCR (motor 10 litros) –

Ciclo de emissões ESC

FONTE: BLAKEMAN et al, 2003, pg.10

Quando injetada no escapamento, a uréia inicialmente se decompõe em amônia e

HNCO. O HNCO reage com a água (presente nos gases de escape como um produto da

combustão) para formar amônia (NH3) e CO2. A hidrólise do HNCO pode ocorrer de maneira

homogênea no gás ou catalisada por uma superfície. Em alguns casos, um catalisador é

adicionado ao sistema para promover a hidrólise (conversão de HNCO para NH3 e CO2).

A figura a seguir mostra um esquema básico do funcionamento do SCR com injeção

de uréia.

FIGURA 12 - Esquema básico de funcionamento do SCR com injeção de uréia FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 10/08/08

44

As reações químicas pertinentes à formação da amônia por meio da injeção de uréia e

à reação da amônia com o NOx, são resumidas abaixo.

A hidrólise da uréia é dada por:

H2N-CO-NH2 + H2O => CO2 + 2 NH3.

A amônia reage com o NO e o NO2 no catalisador por meio da seguinte reação

química (global):

4 NO + 4 NH3 + O2 => 4 N2 + 6 H2O,

6 NO2 + 8 NH3 => 7 N2 + 12 H2O.

Para que as reações químicas ocorram de maneira eficiente no SCR é necessário um

controle preciso da taxa de injeção de uréia no escapamento. Uma quantidade insuficiente

pode resultar em uma baixa conversão de NOx. Já uma quantidade muito alta pode resultar

em emissão indesejada de amônia na atmosfera. Esta emissão de amônia do SCR é conhecida

como ammonia slip, que será traduzido neste trabalho como escorregamento de amônia. O

escorregamento aumenta na medida em que se aumenta a relação NH3/NOx. De acordo com

as reações que ocorrem no SCR, a relação estequiométrica NH3/NOx é aproximadamente “1”.

Relações maiores que “1” aumentam significativamente o escorregamento da amônia. Na

prática, relações entre “0.9” e “1” são as mais utilizadas, as quais minimizam o

escorregamento e ainda promovem uma conversão de NOx satisfatória. A figura 13 apresenta

um exemplo das relações existentes entre NH3/NOx, conversão de NOx, temperatura e

escorregamento de amônia.

FIGURA 13 - Conversão de NOx e escorregamento de amônia para diferentes relações NH3/NOx SCR – V2O5/TiO2, 200 cpsi FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 08/08/08

45

O escorregamento de amônia (NH3 não convertido) é reduzido na medida em que se

aumenta a temperatura, enquanto a conversão de NOx no SCR pode aumentar ou diminuir em

função da temperatura, dependendo do sistema SCR utilizado.

3.2.1 Tipos de SCR – Substrato e Washcoat

Basicamente, o SCR é formado por uma carcaça metálica, uma manta expansiva, uma

colméia cerâmica ou substrato e o banho no substrato (mais conhecido como washcoat),

conforme mostra a figura 14.

FIGURA 14 - Catalisador em corte FONTE: Mineto e Gonçalves, 2008, pg.10

O substrato cerâmico pode ser o cordierite (35% de óxido de alumínio, 50% óxido de

sílica e 14% de óxido de magnésio) ou o mullite (70% de óxido de alumínio e 30% de sílica).

Nas aplicações automotivas geralmente utiliza-se o substrato de cordierite. As cerâmicas

apresentam como principais propriedades a alta temperatura de trabalho, baixo coeficiente de

expansão térmica, área de superfície geométrica elevada, boa capacidade para receber

revestimentos, resistência à oxidação e compatibilidade com óxidos inorgânicos (washcoat).

Os substratos podem possuir mais ou menos células, com diferentes espessuras e a

quantidade dependerá de fatores técnicos e econômicos.

O banho aplicado nos substratos serve para promover a reação catalítica, determinar a

faixa de temperatura de operação e a sua durabilidade térmica. A figura a seguir mostra

esquematicamente, um exemplo de aplicação de banho de óxidos de alumínio e platina em um

substrato.

46

FIGURA 15 - Exemplo de banho de Al2O3 e Pt no substrato FONTE: Mineto e Gonçalves, 2008, pg.12

A seguir encontram-se informações sobre as principais tecnologias de banhos

(washcoat) aplicada em SCR’s.

A redução seletiva catalítica de NOx com amônia foi primeiramente utilizada com

catalisadores de platina em aplicações estacionárias (plantas com combustão contínua). A

tecnologia Pt pode ser utilizada em baixas temperaturas (< 250º C), devido à sua baixa

seletividade para redução de NOx em temperaturas mais altas.

Em temperaturas entre 225-250º C, a oxidação de NH3 para NOx e H2O torna-se

dominante. Como resultado, a conversão em função da temperatura atinge a máxima

eficiência e a partir daí, começa a cair. Para utilizar este tipo de catalisador de maneira

otimizada é necessário controlar a temperatura dos gases de forma a mantê-la acima de 225º C

e abaixo de 250º C. Manter esta faixa estreita para controle de temperatura adiciona custos e

complexidade para o desenvolvimento do produto. Conseqüentemente, esta tecnologia não é

comumente utilizada hoje em dia.

Outro tipo de banho, já mais utilizado, é o de base vanádio/titânio (V2O5/TiO2).

Catalisadores com esses banhos, operam em faixas de temperaturas entre 260 e 450º C

(principal vantagem em relação ao Pt). Entretanto, a conversão de NOx do catalisador base

vanádio também possui um ponto de máxima eficiência seguido por um declínio onde o

catalisador perde sua atividade. A conversão de NOx inicia-se com aproximadamente 225º C,

atinge o pico de sua eficiência com aproximadamente 400º C e então, começa a cair, à medida

em que a oxidação da amônia torna-se dominante. Novas formulações estão estendendo a

faixa operação para 500º C.

Se a temperatura de exposição do V2O5/TiO2 exceder certo valor, a área de superfície

ativa do TiO2 irreversivelmente converte-se para óxido de titânio com uma área menor que

47

10m2/g. Normalmente, esta conversão ocorre em temperaturas entre 500-550º C, mas os

catalisadores podem incluir estabilizadores para aumentar a sua durabilidade térmica.

Trióxido de tungstênio (WO3) é o estabilizador mais freqüentemente utilizado nos SCR’s

vanádio/titânio, aumentando a estabilidade térmica para até 700º C.

Um terceiro tipo de banho é o de base zeólitos. O primeiro zeólito identificado como

um SCR ativo foi o mordenite. Mordenites comuns têm uma estrutura cristalina bem definida

com uma relação SiO2:Al2O3 de aproximadamente “10”. Os fabricantes desse tipo de

catalisador normalmente não divulgam com exatidão a sua composição química, tornando-se

difícil descrevê-la em detalhe. Catalisadores com base zeólitos, podem operar em

temperaturas superiores a 600º C. Diferente dos catalisadores Pt e V2O5, sua seletividade na

conversão do NOx aumenta continuamente com a temperatura. Este tipo de catalisador pode

apresentar problemas de instabilidade quando expostos à altas temperaturas com a presença

de água no estado de vapor. Quando exposto à temperatura superior a 600º C, somado ao alto

teor de água, o zeólito tende a perder sua atividade pelo de-alumination (onde os íons de Al+3

no SiO2- Al2O3 migram para fora da estrutura). Isto leva a uma desativação permanente e, em

casos extremos, colapso da estrutura cristalina.

Um tipo diferente de catalisadores zeólitos de “baixa temperatura” foi desenvolvido

para aplicações automotivas. Um ponto de partida para esta formulação foi o Cu-ZSM5

zeólitos, muito conhecido pelas extensivas pesquisas conduzidas nos anos 90 para o

desenvolvimento do catalisador lean-NOx trap (LNT). Quando utilizado como um catalisador

SCR, o Cu/ZSM5 mostrou ser ativo na redução de NOx em faixas de temperatura entre 200 a

400º C, mas sua durabilidade térmica foi insuficiente. Novas formulações foram

desenvolvidas até atingir estabilidades térmicas de até 650º C. Esta formulação foi

especificamente projetada para operações que continham grandes quantidades de dióxido de

nitrogênio nos gases, o qual melhora significativamente a conversão de NOx e aumenta a

faixa de temperatura. Na presença de NO2, este catalisador proporciona reduções de NOx

superiores a 90% em faixas de temperatura entre 150-500º C.

Uma comparação das faixas de temperatura de operação para cada tecnologia catalítica

explicada acima é mostrada na seguir.

48

FIGURA 16 - Faixas de temperatura de operação para diferentes catalisadores SCR FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 08/08/08

Portanto, os principais fatores para o desenvolvimento dos materiais do catalisador

estão relacionados à sua faixa de temperatura e principalmente quanto à atividade do mesmo

em baixas temperaturas. Uma vez que as temperaturas de escape em motores diesel variam

entre aproximadamente 100–650º C (dependendo da aplicação), normalmente na faixa entre

100 e 250º C, não é possível injetar a uréia para a redução do NOx, pois neste caso,

dependendo do tipo de catalisador, poderá haver a cristalização da uréia no próprio catalisador

e na tubulação de escape.

Vários estudos com relação ao banho aplicado nos substratos estão sendo efetuados

pelos seus fabricantes, visando melhorar principalmente a eficiência de conversão do NOx em

baixas temperaturas e também a durabilidade térmica da cerâmica. A figura abaixo mostra o

resultado de um destes estudos.

FIGURA 17 - Conversão de NOx por temperatura para diferentes banhos (WC = Washcoat = banho) FONTE: apresentação BLUMRICH – III fórum Diesel – Set 2006

49

Para a aplicação veicular do SCR deve ser levado em conta fatores como, eficiência de

conversão de NOx, mínimo escorregamento de amônia para a atmosfera, peso, layout e

segurança do usuário e da população. O sistema não pode emitir novos componentes

prejudiciais à saúde da população, como a amônia não reagida, por exemplo.

As principais preocupações com relação à aplicação desta tecnologia estão

relacionadas à disponibilidade da uréia nas redes de abastecimento e a necessidade de se

assegurar que os motoristas realmente abastecerão o tanque com tal agente redutor, de forma a

garantir a emissão de poluentes conforme exigências da legislação.

No Brasil existe um comitê, formado por representantes da indústria automobilística,

fabricantes da uréia, Petrobrás e CONAMA, que possui o objetivo de determinar os meios de

distribuição da uréia e as formas de garantir o abastecimento por parte do motorista

(utilização de dispositivos eletrônicos e o módulo eletrônico do veículo – ECU).

3.3. Catalisador de Oxidação - DOC

Catalisadores de oxidação diesel promovem a oxidação química do CO e do HC,

assim como da fração orgânica solúvel (SOF) que é uma parcela do particulado. Ele também

oxida o dióxido de enxofre presente no escapamento gerando sulfatos de particulado, podendo

aumentar significativamente as emissões de particulado, mesmo reduzindo o SOF. Os

catalisadores de oxidação mais modernos são projetados para atuarem de maneira seletiva,

para então obter um bom compromisso entre a redução de HC, CO e SOF e uma baixa

atividade de SO2.

Quando os gases de escape passam por um catalisador de oxidação, determinados

componentes são oxidados pelo oxigênio presente em ampla quantidade no gás de escape.

Outros benefícios do DOC incluem a oxidação de derivados de HC não legislados,

como os aldeídos e os PAH’s, bem como a eliminação ou redução do odor dos gases de

escape de um motor diesel.

A redução de emissões ocorre por meio de uma oxidação química dos poluentes na

região ativa do catalisador. Os processos podem ser descritos de acordo com as seguintes

equações:

Hidrocarbonetos + O2 = CO2 + H2O,

CO + ½ O2 = CO2.

50

Os hidrocarbonetos são oxidados para formar dióxido de carbono e vapor de água. Na

realidade, a primeira reação representa dois processos: a oxidação do HC na fase gasosa e a

oxidação de componentes da fração orgânica solúvel. A segunda reação descreve a oxidação

do monóxido de carbono em dióxido de carbono. Uma vez que o dióxido de carbono e o

vapor de água não são prejudiciais à saúde humana ou ao meio ambiente, conclui-se que as

reações acima trazem benefícios óbvios nas emissões.

No entanto, algumas das reações de oxidação podem produzir produtos indesejáveis

nas emissões. A oxidação do dióxido de enxofre em trióxido de enxofre com a subseqüente

formação de ácido sulfúrico são exemplos de reações indesejadas, conforme descritas abaixo:

2SO2 + O2 = 2SO3

SO3 + H2O = H2SO4

Quando os gases de escape são lançados para a atmosfera e se misturam com o ar, sua

temperatura diminui. Nestas condições o H2SO4 combina-se com as moléculas de água e

formula núcleo de partículas líquidas compostas de acido sulfúrico hidratado. Este material,

denominado particulado de sulfato, contribui no material particulado total emitido pelo motor.

A formação catalítica de sulfatos, especialmente quando combinada com óleo diesel de alto

teor de enxofre, pode aumentar significativamente as emissões de PM, podendo tornar a

aplicação do catalisador proibitiva.

O mecanismo da reação em um catalisador de oxidação diesel é explicado pela

presença de meios catalíticos ativos que estão depositados na superfície do catalisador e tem a

habilidade de adsorver o oxigênio. A reação catalítica possui três estágios: (1) o oxigênio é

ligado ao meio catalítico, (2) os reagentes, como o CO e o HC, atingem a superfície catalítica

e reagem com o oxigênio, (3) os produtos da reação, como o CO2 e o vapor de água, deixam o

meio catalítico e são liberados do catalisador para a tubulação de escape.

A eficiência de conversão por faixa de temperatura é função das condições de

transferência de massa no catalisador. Conseqüentemente pode ser reduzida ou aumentada

alterando-se fatores do coeficiente de transferência de massa ou a massa de transferência da

área de superfície. Por exemplo, as conversões de HC e CO aumentarão ao utilizar-se um

catalisador maior ou ao aumentar-se a densidade da célula do substrato. Já a temperatura de

light-off, dependerá principalmente da cinética da reação química no catalisador. É

influenciada primariamente pelos metais nobres utilizados no banho.

Os catalisadores de oxidação diesel para aplicações em montadoras costumam ser

grandes, com velocidades espaciais que variam entre 50000 a 200000 h-1. Tipicamente, o

volume do catalisador corresponde aproximadamente à cilindrada do motor com velocidades

51

espaciais abaixo de 150000 h-1. A densidade das células vem sendo cada vez mais aumentada,

visando à melhora da eficiência de conversão do HC e do CO. Na maioria dos casos, são

utilizados substratos de cerâmica (cordierite). A carga de metal nobre utilizada no banho é de

aproximadamente 120 g/dm3 (2 g/in3) e sua espessura é tipicamente de 40-80 µm (na região

mais espessa). Os metais nobres mais utilizados são a platina e o paládio.

3.4. DOC Slip

Como já mencionado neste capitulo, a fim de evitar a emissão de amônia não reagida

no SCR na atmosfera, existe a possibilidade do uso de um catalisador de oxidação de NH3

com pequenas quantidades de metais nobres em seu banho.

A amônia é prontamente detectada na atmosfera em concentrações superiores a

20ppm. Em 2006, a comissão européia especificou que a passagem de amônia média em

veículos que utilizam a tecnologia SCR não poderia ser superior a 25ppm nos ciclos de teste

de homologação (HÜNNEKES et al, 2006, p.1).

O DOC slip permite a dosagem de uma quantidade maior de uréia, sem que ocorra a

passagem de amônia para o meio ambiente, permitindo níveis maiores de conversão de NOx,

principalmente em temperaturas mais baixas. A figura 18 mostra o benefício em termos de

conversão de NOx proporcionado a partir do uso do DOC slip (ASC = ammonia slip catalyst).

FIGURA 18 - Benefícios proporcionados pelo DOC-slip em termos de conversão de NOx e slip de amônia (ASC = ammonia slip catalyst e α= relação NH3/NOx)

FONTE: apresentação BLUMRICH – III fórum Diesel – Set 2006

A reação química que ocorre no catalisador de oxidação é:

4NH3 + 3O2 => 2N2 + 6H2O

52

Por se tratar de um catalisador de oxidação, o DOC slip têm também um efeito

secundário de redução de emissões de monóxido de carbono e de hidrocarbonetos.

Por conter metais nobres este tipo de tecnologia fica sensível ao envenenamento por

enxofre, carbono e hidrocarbonetos, que se depositam no metal nobre e nos poros, reduzem o

acesso à área superficial e comprometem a reação catalítica. Em alguns casos esse

envenenamento é totalmente ou parcialmente reversível, ou seja, em altas temperaturas dos

gases ocorre a “limpeza” dos poros e dos metais nobres. Porém, existe a possibilidade do

envenenamento tornar-se irreversível e acumulativo, comprometendo a emissão de poluentes.

FIGURA 19 - Esquema representativo do envenenamento do DOC-Slip por enxofre, carbono e hidrocarbonetos FONTE: apresentação BLUMRICH – III fórum Diesel – Set 2006

Os benefícios de desempenho obtidos por este sistema devem ser avaliados e pesados

contra o aspecto de custo adicional (principalmente pelo fato deste catalisador possuir metais

nobres) e a susceptibilidade ao envenenamento por enxofre, carbono e hidrocarbonetos.

Vale salientar que já existe no mercado uma tecnologia que resiste ao envenenamento

pelo enxofre, fuligem e hidrocarbonetos, por meio da aplicação de um novo óxido de suporte

com efeito anti-aderente, que evita o fechamento dos poros e mantém os metais nobres

acessíveis para as reações catalíticas. Desta maneira, o metal nobre é utilizado com maior

eficiência, criando um potencial para a redução deste componente na formulação.

3.5. Outras tecnologias de pós-tratamento do gás de escape para o controle do NOx

Neste tópico serão abordadas, resumidamente, algumas tecnologias para o controle de

emissões de NOx (válvula de recirculação dos gases de escape, adsorvedores de NOx, lean-

NOx).

53

3.5.1. Recirculação dos gases de escape - EGR

A recirculação dos gases de escape (EGR) é uma tecnologia de controle de emissões

que permite significantes reduções no NOx emitido por veículos leves e pesados, movidos a

óleo diesel. A EGR não é uma tecnologia nova, ela está em uso desde 1970, quando foi

aplicada primeiramente em veículos à gasolina. Em seguida, foi aplicada em veículos de

passeio movidos a óleo diesel e, no inicio do ano 2000, em motores pesados.

O benefício de redução do NOx proporcionado pela EGR traz como efeito negativo, o

aumento nas emissões de MP, HC e CO, aumento do consumo de combustível e potencial de

desgaste em componentes do motor.

A recirculação dos gases é um método ao qual uma porção do gás de escape é

retornada para a câmara de combustão por meio de uma válvula entre o sistema de escape e o

sistema de admissão. Em geral, o fator mais importante que contribui para a redução do NOx

em uma aplicação com EGR é a redução do pico da temperatura máxima de combustão. Tal

redução pode ser explicada por quatro efeitos, o de diluição, o térmico, o químico e o de

adição de massa.

O efeito de diluição proporciona a redução da temperatura da chama e das emissões de

NOx, somente por meio da redução da massa de oxigênio no ar que entra na câmara de

combustão. Este efeito é o mais significativo na redução das emissões de NOx.

O efeito térmico se dá pelo aumento do calor específico médio dos gases disponíveis

na zona de combustão. O efeito de adição de massa se dá pela massa resultante de diluente na

entrada de ar. Estes dois efeitos podem ser descritos por seu efeito em aumentar a absorção de

calor dos gases não-reativos na câmara de combustão. Este aumento (delta Q) é proporcional

ao produto da massa adicionada no cilindro (delta m0), o calor específico médio em pressão

constante (Cp), e a diferença entre a temperatura de combustão e a da EGR (delta T). Pode ser

expressa pela seguinte equação:

Delta Q = Delta m0 . Cp . (T combustão – T EGR)

O efeito químico produz uma redução na temperatura de combustão devido às reações

químicas com participação dos gases introduzidos pela EGR. Por exemplo, calor é consumido

durante reações endotérmicas como as dissociações do CO2 e do H2O.

A figura 20 mostra um esquema representativo de um motor com EGR.

54

FIGURA 20 - Esquema representativo de um motor com válvula EGR FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 17/11/08

3.5.2. Adsorvedores de NOx

Sistemas adsorvedores de NOx foram desenvolvidos para controlar as emissões de

NOx por meio da queima pobre (lean burn) em motores gasolina e diesel. Os adsorvedores,

que são incorporados no banho do catalisador, armazenam os óxidos de nitrogênio durante a

operação em relações combustível-ar distantes da estequiométrica. Quando a capacidade de

adsorção estiver saturada, o sistema é regenerado durante um período de operação em

relações combustível-ar próximas da estequiométrica, e o NOx liberado é cataliticamente

reduzido para nitrogênio. Adsorvedores de NOx requerem também a remoção periódica do

enxofre, armazenado nos poros do banho, em maior ou menor intensidade, dependendo do

teor de enxofre presente no combustível.

O conceito dos adsorvedores de NOx foi desenvolvido baseado em um banho com

base ácida. O NOx armazenado, quando liberado, é convertido cataliticamente para

nitrogênio, em um processo similar ao que ocorre em catalisadores de três vias em motores a

gasolina. Normalmente, este tipo de catalisador é inativo na conversão de NOx sob condições

de operação em relações combustível-ar distantes da estequiométrica, quando o oxigênio está

presente nos gases de escape. Alternando-se as fases de operação do motor em termos de

relação ar-combustível, a aplicação deste tipo de catalisador pode ser estendida para motores

que operam com relações mais distantes da estequiométrica. A tecnologia foi primeiramente

utilizada em motores a gasolina com injeção direta (GDI), seguida por motores leves movidos

a óleo diesel. Sistemas de adsorção de NOx também são encontrados em aplicações

55

estacionárias de turbinas movidas a gás natural. Esforços contínuos ainda são observados no

desenvolvimento desta tecnologia para a aplicação em veículos pesados movidos a óleo

diesel.

É importante salientar que diferentes termos são utilizados na literatura para

adsorvedores de NOx, como por exemplo: NOx adsorber catalyst (NAC), Lean NOx trap

(LNT), DeNOx trap (DNT), NOx storage catalyst (NSC) ou NOx storage/reduction (NSR).

Todos estes nomes são sinônimos e descrevem a mesma tecnologia de controle de emissões.

O termo lean NOx catalyst, no entanto, refere-se a um catalisador de redução seletiva de NOx

por meio de hidrocarbonetos, sendo então uma tecnologia diferente que não pode ser

confundida com adsorvedores de NOx.

O processo de adsorção e regeneração pode ser observado na figura abaixo.

FIGURA 21 - Perfil de armazenamento e liberação do NOx em um adsorvedor de NOx FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 17/11/08

O mecanismo de adsorção/redução do NOx encontra-se ilustrado na figura 22. O

banho do catalisador combina três componentes ativos: (1) um catalisador de oxidação, como

por exemplo, a Pt, (2) um adsorvente, como por exemplo, o óxido de bário (BaO) e (3) um

catalisador de redução, como por exemplo, o Rh.

56

FIGURA 22 - Mecanismo de adsorção e redução de NOx FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 17/11/08

Este tipo de tecnologia pode atingir eficiências de conversão da ordem de 80 a 90%. A

sua atividade cobre uma larga faixa de temperatura, de aproximadamente 200º C até 450 a

500º C. Em sistemas diesel, o desempenho máximo ocorre tipicamente entre 350 a 380º C.

Este tipo de tecnologia também é sensível à contaminação por enxofre, e tem seu

desempenho gradativamente reduzido em caso de envenenamento. O mecanismo de

contaminação é similar ao já apresentado no tópico referente ao DOC slip, onde o mesmo

armazena-se na superfície do catalisador, na região dos poros do banho, deixando menos

espaço disponível para a adsorção do NOx.

Uma “armadilha” para o enxofre (sulfur trap), também conhecida como SOx trap, é

um outro adsorvedor catalítico, especialmente projetado para capturar e armazenar o enxofre.

Ele é posicionado no sistema de escape antes do adsorvedor de NOx, para então reduzir a sua

exposição ao enxofre. Duas abordagens foram propostas:

* Armadilhas com estratégia de dessulfatização (regeneração) – O enxofre

armazenado é periodicamente removido por meio de regeneração. Devido a necessidade de

altas temperaturas para dessulfatização, a posição mais indicada é a mais próxima do coletor

de escape ou carcaça da turbina. Esta abordagem requer sistemas de escape complexos, com

válvulas e by-pass para evitar que o enxofre liberado passe pelo adsorvedor de NOx e cause

seu envenenamento.

* Armadilha com tamanho suficiente para armazenar enxofre durante toda a vida do

veículo, evitando que o enxofre atinja o adsorvedor de NOx ou gere a necessidade de

sistemas de escape complexos. O maior desafio é projetar um sistema com capacidade de

armazenamento suficiente e tamanho razoável. A Toyota, por exemplo, atingiu uma

durabilidade de 40000km em uma aplicação de carro de passeio movida a óleo diesel.

O mecanismo de armazenamento de enxofre é similar ao dos adsorvedores de NOx.

Uma vez que o enxofre é armazenado na forma de sulfato de metal, o dióxido de enxofre tem

57

que ser primeiramente oxidado para SO3. Portanto, o sulfur trap deve incluir um catalisador

de oxidação para facilitar esta reação. O sistema de armazenamento é otimizado para os

seguintes aspectos: capacidade de adsorção de enxofre, temperaturas para dessulfatização,

liberação rápida e completa do enxofre após atingir a temperatura de dessulfatização, não

gerar emissões secundária e durabilidade térmica.

Os banhos aplicados em armazenadores de enxofre são geralmente baseados em

óxidos de alcalinos e suas misturas no alumina (titânia e zircônia). Materiais como o zinco,

níquel, cromo, cobre e prata, também já foram testados e são utilizados para modificar o

desempenho do armazenador de enxofre em caso de necessidade.

3.5.3. Catalisadores Lean NOx - LNC

Nesta tecnologia, a redução de NOx se dá por meio da injeção de hidrocarbonetos nos

gases de escape para posterior reação no catalisador. Na redução seletiva catalítica, os

hidrocarbonetos reagem com o NOx, mais do que com o O2, para formar nitrogênio, CO2 e

água, conforme demonstrado na equação abaixo:

HC + NOx = N2 + CO2 + H2O

Assumindo que uma espécie singular de hidrocarboneto de fórmula CmHn reage com

o óxido nítrico, a equação acima pode ser escrita como uma reação química balanceada,

conforme descrito abaixo:

CmHn + (2m + n/2) NO = (m + n/4) N2 + mCO2 + n/2 H2O

A reação não seletiva com o oxigênio é dada pela equação geral abaixo

HC + O2 = CO2 + H2O

Ou no caso de hidrocarbonetos CmHn, pela reação:

CmHn + (m + ¼ n) O2 => mCO2 + n/2 H2O

O catalisador deve ser otimizado para promover seletivamente a reação desejada com

o hidrocarboneto ao invés da indesejada com o oxigênio. A seletividade do catalisador é

determinada pela sua formulação, mas também depende de outros fatores como a espécie de

hidrocarboneto utilizado para a reação, temperatura, teor de oxigênio presente no gás de

escape e a relação HC/NOx.

A fonte mais atrativa de hidrocarboneto para a redução do NOx é o presente no

próprio escape. Sistemas que utilizam o HC presente no gás de escape para reagir com o NOx

no catalisador são denominados “passivos”. Quando se faz necessário o enriquecimento de

58

HC (preferencialmente com óleo diesel), seja no escapamento (com o uso de um injetor) ou

por meio de uma injeção atrasada no próprio cilindro, denomina-se que o sistema é “ativo”.

Normalmente, sistemas ativos propiciam uma maior eficiência de conversão, porém acarretam

em maior consumo de combustível, maior custo e maior dificuldade de controle. Quando se

utiliza a tecnologia ativa, é também necessária a aplicação de um catalisador de oxidação para

oxidar os hidrocarbonetos que passam pelo catalisador de NOx.

Os catalisadores mais comuns neste tipo de tecnologia são a base de cobre e zeólitos

(Cu/ZSM-5) e também a base de platina e alumina (Pt/Al2O3).

59

CAPÍTULO 4 – O enxofre, sua presença no óleo diesel e o seu impacto nas

tecnologias de pós-tratamento e na emissão de poluentes.

4.1 Introdução

As propriedades do óleo diesel podem afetar características importantes de

desempenho do motor, tais como, torque, consumo de combustível, emissão de poluentes, etc.

As propriedades mais importantes são: número de cetano, massa específica, poder

calorífico, volatilidade, viscosidade, propriedades de comportamento a frio, flash point,

lubricidade, acidez, estabilidade à oxidação e teor de enxofre. As propriedades devem atender

padrões regulamentados e geralmente são divididas entre físicas (massa específica,

viscosidade, volatilidade, poder calorífico e teor enxofre) e não físicas (número de cetano e

lubricidade). Enquanto as físicas podem ser determinadas usando técnicas de medição, as não

físicas são determinadas por meio de interações do combustível com padrões de medição.

As propriedades podem ser divididas entre aquelas que causam efeito imediato no

desempenho do motor e aquelas que causam impacto no longo prazo.

Dentre os parâmetros mais importantes que causam impactos nas emissões de

poluentes, encontra-se o enxofre.

O óleo diesel possui enxofre quimicamente ligado a sua estrutura. A quantidade de

enxofre depende da qualidade do óleo cru e dos componentes utilizados no processo de

mistura. As refinarias podem reduzir o teor de enxofre do óleo diesel por meio de tratamento

com hidrogênio. O hidro-tratamento utilizado para remover o enxofre, remove também

componentes que melhoram a lubricidade do combustível, por exemplo, os poliaromáticos.

Portanto, combustíveis de baixo teor de enxofre tipicamente requerem aditivos para

recuperação da lubricidade para assim evitar danos aos componentes do sistema de injeção de

combustível.

Os efeitos negativos produzidos pelo enxofre podem ser assim caracterizados:

- Emissões:

* Emissão de dióxido de enxofre – A maioria do enxofre é convertido no motor para

dióxido de enxofre, uma substância de impacto negativo ao meio ambiente.

* Emissão de sulfato de particulado – uma fração do enxofre é oxidado e forma o

trióxido de enxofre. O SO3 em conjunto com a água, forma ácido sulfúrico e contribui para a

emissão de material particulado.

- Corrosão e desgaste:

60

* Corrosão dos componentes do sistema de exaustão dos gases pela condensação do

enxofre, especialmente em sistemas de recirculação de gases.

* Aumento do desgaste de peças do motor através da corrosão pelo ácido formado

internamente.

- Tecnologias de pós-tratamento:

* A transformação do SO2 em SO3 é aumentada de forma significante se houver a

utilização de catalisadores de oxidação no sistema de controle de emissões, resultando em

aumento de emissões de material particulado.

* O sulfato de particulado é também gerado em filtros de particulado catalíticos,

ambos CRT2 (continuous regeneration trap) e catalisadores. Em algumas condições, o

benefício de reduzir a fração de carbono do material particulado pode ser maior que o

aumento gerado pelos sulfatos.

* Desativação de adsorvedores de NOx pelo enxofre é um dos maiores obstáculos na

implementação desta tecnologia.

* Muitos catalisadores são, de maneira reversível ou não, envenenados pelo enxofre.

A redução no teor de enxofre produz uma redução no particulado e também tem um

papel fundamental devido ao efeito adverso em muitas tecnologias catalíticas para o controle

de emissões. A necessidade do emprego de tecnologias de pós-tratamento para o atendimento

de legislações cada vez mais severas de emissões, vem sendo globalmente o principal

responsável pela reformulação do combustível para padrões extremamente baixos de teor de

enxofre.

Este capítulo tem o intuito de abordar o impacto do enxofre no óleo diesel do ponto de

vista de emissões de poluentes e no emprego de tecnologias de pós-tratamento, demonstrar as

tendências em termos de níveis de teor de enxofre ao redor do mundo e a sua relação com a

redução dos níveis de emissões de poluentes, bem como explicar sobre as possíveis técnicas

de dessulfurização nas refinarias.

4.2 Enxofre

O enxofre é o 16º elemento mais abundante na crosta da terra. A vasta maioria do

enxofre existe na forma de sulfatos, grande parte como sulfato de cálcio hidratado,

CaSO4.2H2O (o principal ingrediente do gesso utilizados nas paredes e tetos), ou anidrita,

2 CRT – Filtro de particulado catalisado por regeneração contínua

61

CaSO4. O sulfato de cálcio hidratado é um componente não tóxico, quimicamente inerte e um

mineral pouco solúvel em água, presente vastamente ao redor do mundo.

Todos os combustíveis orgânicos utilizados pelos seres humanos contêm uma parcela

de enxofre (óleo, carvão, gás natural, madeira, etc). Combustíveis como a madeira contém

pouco enxofre (0,1% ou até menos), enquanto a maioria dos carvões tem entre 0,5 a 3% de

teor. Óleos geralmente possuem mais enxofre que a madeira e menos que o carvão.

A queima do enxofre contido num combustível formará dióxido de enxofre:

S + O2 => SO2

Ao colocá-lo na atmosfera, ele eventualmente precipitará, em sua maioria no oceano,

com o tempo tornara-se parte da massa da terra como resultado de um processo geológico e

novamente entrará em combustíveis fósseis e minerais.

No petróleo, o enxofre é quimicamente combinado com os hidrocarbonetos.

Normalmente ele não pode ser removido sem a quebra de suas ligações químicas.

Dióxido e trióxido de enxofre são os principais óxidos gasosos do enxofre presente na

atmosfera. Dióxido de enxofre é um gás não inflamável, não explosivo, sem cor e começa a

ser sensível ao ser humano em concentrações de 0,3 a 1,0 ppm no ar. Em concentrações acima

de 3,0 ppm o gás tem um odor irritante e penetrante. O dióxido de enxofre é parcialmente

convertido em trióxido ou em ácido sulfúrico por meio de processos catalíticos foto-químicos

que ocorrem na atmosfera. Os óxidos de enxofre em combinação com o material particulado

produzem os efeitos mais danosos à atmosfera.

Os componentes do enxofre emitidos na atmosfera trazem efeitos negativos para a

visibilidade, saúde humana, vegetação e materiais, e também contribuem para a formação da

chuva ácida.

Partículas finas na atmosfera reduzem a visibilidade por meio da dispersão e da

absorção da luz. Uma vez que o acido sulfúrico e outros sulfatos representam, em geral, 5 a

20% do total de material particulado suspenso no ar urbano, eles contribuem

significativamente para a redução da visibilidade. Investigações indicam que muitos

ambientes poluídos visivelmente são causados pela formação de vários aerossóis resultantes

de reações foto-químicas entre SO2, material particulado, óxidos de nitrogênio e

hidrocarbonetos na atmosfera. Em medições realizadas em laboratório, misturas de NOx e

hidrocarbonetos mais comuns formaram pouco ou quase nenhum aerossol quando irradiados.

Entretanto, uma considerável formação foi evidenciada quando misturas de cadeias

aromáticas, NO2 e SO2 foram irradiados pela luz solar. Medições indicam que as maiores

frações de sulfato no ar urbano tem um tamanho efetivo de menos de 2 µm, com picos na

62

distribuição entre 0,2 a 0,9 µm. Uma vez que o comprimento de onda visível de um espectro

eletromagnético varia aproximadamente entre 0,4 a 0,8 µm, a presença de aerossóis deste tipo

pode causar redução na visibilidade.

Com relação aos materiais, os óxidos de enxofre geralmente aceleram a corrosão do

metal, primeiramente formando o ácido sulfúrico tanto na atmosfera quanto na superfície

metálica exposta diretamente aos óxidos. O principal componente que contribui para a

corrosão do metal geralmente é o dióxido de enxofre. Temperatura e umidade relativa

também influenciam na taxa de corrosão de maneira significativa. O alumínio é normalmente

resistente ao ataque do SO2. Entretanto, em umidades relativas maiores que 70% a taxa de

corrosão é severamente aumentada. A sociedade americana de testes de materiais (ASTM, em

inglês, American Society for the Testing of Materials) divulgou alguns estudos de longo prazo

dos efeitos atmosféricos no limite de escoamento do alumínio. Exposições em áreas rurais

levaram a perda de 1% ou menos no limite de escoamento após 20 anos, enquanto em uma

atmosfera industrial foram observados 14 a 17% de redução no mesmo período de tempo. Os

ácidos sulfúricos ou sulfurosos são capazes de atacar uma vasta gama de materiais de

construção de prédios, incluindo o calcário, o mármore e a ardósia. Materiais têxteis feitos do

nylon, especialmente mangueiras, também são sensíveis aos poluentes na atmosfera. O

enfraquecimento é aparentemente causado pelo SO2 ou pelos aerossóis de acido sulfúrico.

Com relação à saúde humana, apesar do dióxido e outros óxidos do enxofre terem sido

estudados intensivamente, muitas questões a respeito dos efeitos na saúde humana

permanecem sem resposta. Isto porque as emissões dos óxidos de enxofre tendem a ser

encontradas na mesma atmosfera onde também existem o material particulado e altas

umidades. Com isso, poucos estudos conseguiram diferenciar adequadamente os efeitos

individuais destes poluidores. Estes estudos mostram efeitos no sistema respiratório do ser

humano (asma e alergias respiratórias) além de irritação nos olhos, não trazendo resultados

claros em termos de relação do teor de enxofre emitido na atmosfera com a taxa de

mortalidade por doenças respiratórias.

4.3 A relação do enxofre no óleo diesel com a emissão de material particulado

A tecnologia dos motores diesel vem evoluindo rapidamente na medida em que os

limites de emissões de poluentes vão sendo cada vez mais reduzidos. Aumentos na pressão de

injeção de combustível em conjunto com geometrias de câmaras de combustão otimizadas

63

estão produzindo melhoras significativas na qualidade da combustão e na emissão de

poluentes. Os motores diesel do passado possuíam 300bar de pressão de injeção (década de

70), mas atualmente pressões de 1500 a 2000 bar são comumente utilizadas. Novos motores

vêm sendo projetados com pressões de até 2400bar. Pressões de injeção mais altas levam a

melhor nebulização do jato de combustível, melhorando a mistura com o ar e reduzindo a

formação de áreas mais ricas onde a fuligem é formada. Bombas de combustível controladas

eletronicamente e sistemas de injeção eletrônicos possibilitaram o uso de múltiplas injeções e

diferentes intervalos de tempo de injeção para diferentes condições do motor. Modernas

unidades injetoras podem atingir controle e flexibilidade similar. Até um determinado

momento, baseado na legislação de emissões, motores sem pós-tratamento dos gases de

escape tradicionalmente operavam com níveis de enxofre até 5000ppm (HOCHHAUSER et

al, 2006, p.10).

O enxofre no óleo diesel resulta diretamente nas emissões de dois poluentes primários:

dióxido de enxofre (SO2) e material particulado (MP). Durante a combustão, todo o enxofre

contido no óleo diesel é oxidado. Quase tudo é emitido como SO2, mas uma pequena fração

(2 a 3%) é convertida em trióxido de enxofre (SO3) no escapamento, o qual reage facilmente

com a água para formar o ácido sulfúrico (H2SO4) e o material particulado. No escapamento,

o sulfato é um importante iniciante de formação de partículas, propiciando um núcleo onde os

gases podem condensar, permitindo a formação e a emissão de pequenas partículas - aquelas

mais perigosas para a saúde humana (SHI & HARISSON in WALSH et al, 2005, p.7).

Segundo HOCHHAUSER et al (2006, p.10):

“[...] Apesar da emissão de poluentes ter sido reduzida com as

melhorias no projeto dos componentes do motor, a quantidade de

sulfato emitida tende a permanecer constante, então o sulfato torna-

se uma grande fração no total de material particulado[...] ”.

Este comentário pode ser ilustrado com a comparação de dois estudos. No primeiro

deles foi observada uma redução de 7% nas emissões de material particulado por meio da

redução de 3000ppm para 500ppm de teor de enxofre em 13 veículos europeus leves e

pesados produzidos nos anos 80 (BARTLETT et al in HOCHHAUSER et al, 2006, p.10). Já

no segundo teste, efetuado em um motor Cummins 5.9L produzido no ano 2000, foi

observado uma redução de 20% no material particulado com uma redução de teor de enxofre

de 325ppm para 15ppm. A emissão de material particulado total era muito menor no motor

produzido no ano 2000 (ALAM et al in HOCHHAUSER et al, 2006, p.10).

64

Reduzir o enxofre no combustível reduz SO2 proporcionalmente, além de também

reduzir a parcela de sulfato na emissão do material particulado. O grau de redução no material

particulado irá variar de acordo com a tecnologia empregada no motor. Reduções

significativas de material particulado foram também observadas em outros testes ao redor do

mundo. Na Dinamarca, uma redução no nível de enxofre de 440 para 0,7ppm levou a uma

redução de 56% no número de particulados emitidos na frota total de motores diesel

(WAHLIN et al in WALSH et al, 2005, p.7). Testes em caminhões movidos a óleo diesel no

Japão que não utilizavam tecnologias de catalisadores demonstraram, por meio da redução do

enxofre de 400 para 2ppm, reduções de 50% na emissão de material particulado (WWFC3 in

WALSH et al, 2005, p.7). Em caminhões pesados nos EUA, uma redução no teor de enxofre

de 368 para 54ppm propiciou uma redução de 14% na massa de material particulado emitido

(MECA4 in Walsh et al, 2006, p.7).

O impacto do enxofre no material particulado é ainda maior em veículos que utilizam

catalisadores de oxidação, pelo fato deste componente formar sulfato adicional em seu

catalisador (HOCHHAUSER et al, 2006, p.3).

4.4 A relação do enxofre no óleo diesel com os sistemas catalíticos de pós-tratamento

O enxofre no combustível tem um impacto negativo nos catalisadores usados para

controlar as emissões de veículos. Para veículos equipados com motor a diesel, o enxofre

impede o uso de equipamentos convencionais e também das avançadas e emergentes

tecnologias de controle do material particulado e do NOx. Catalisadores de Oxidação

poderiam ser melhor utilizados nos veículos em uso, mas a sua eficiência é severamente

reduzida pelo alto nível de enxofre. Na verdade, quando contaminado pelo enxofre, a emissão

de material particulado pode ser aumentada neste tipo de equipamento (WALSH et al, 2005,

p.1).

Por exemplo, filtros catalíticos podem reduzir a emissão de particulados nos veículos

movidos a óleo diesel em até 95%. Utilizando-se combustível de baixo nível de enxofre, estes

filtros podem também ser instalados em vários veículos já existentes no mercado, através de

programas de retrofit.

3 WWFC – World Wide Fuel Charter 4 MECA – Manufacturers of Emissions Controls Association

65

O fator principal que impede o uso de filtros de particulado e catalisadores de

oxidação com óleo diesel de alto teor de enxofre é o fato dos mesmos conterem metais nobres

em seus banhos para a realização da reação catalítica desejada. O metal nobre age como um

adesivo, facilitando o depósito de enxofre em sua base e nos poros da cerâmica, reduzindo o

acesso à área superficial e comprometendo a reação catalítica. Esse envenenamento pode ser

totalmente ou parcialmente reversível, ou seja, nas altas temperaturas dos gases pode ocorrer a

“limpeza” dos poros e dos metais nobres. No entanto, em alguns casos, existe a possibilidade

do envenenamento tornar-se irreversível e acumulativo, comprometendo a emissão de

poluentes.

Já com relação à tecnologia de redução seletiva catalítica (SCR), por não conter metais

nobres, espera-se que a mesma não seja sensível ao envenenamento pelo enxofre e mantenha

o mesmo nível de conversão de NOx ao longo do tempo.

Alguns testes voltados a avaliar a durabilidade dos sistemas de pós-tratamento e a

susceptibilidade ao envenenamento pelo enxofre foram efetuados ao redor do mundo. Um dos

resultados encontra-se sumarizado abaixo.

HINZ et al, avaliou entre 2004 e 2006, uma frota de 23 caminhões Volvo equipados

com catalisadores de oxidação, filtro de particulado, redução seletiva catalítica e DOC slip,

comparando o nível de emissões de poluentes antes e após a rodagem por 2 anos em rotas no

norte da Pensilvânia, realizadas pelos próprios proprietários dos caminhões. O combustível

utilizado neste estudo foi o ULSD (Ultra Low Sulfur Diesel) com teores de enxofre entre 4 e

10ppm. Os resultados nas emissões de poluentes foram considerados satisfatórios por ainda

atenderem a legislação de emissões americana mesmo após os dois anos de uso do veículo.

4.5 As tendências mundiais e a situação do Brasil em relação ao teor de enxofre no óleo

diesel

Até o início dos anos 90, o teor de enxofre no óleo diesel não era controlado por

legislações ambientais. O máximo teor de enxofre nos combustíveis de boa qualidade ficava

em torno de 0,5% ou 5000ppm.

O que motivou os órgãos governamentais a reduzir o teor máximo de enxofre

permitido no óleo diesel foi o impacto do mesmo nas emissões de material particulado

(sulfato). Naquela época, considerando os 5000 ppm, o dióxido de enxofre emitido pelos

motores diesel tinha uma grande parcela de contribuição na emissão global deste componente.

66

Nos anos 90, os órgãos governamentais de alguns países do mundo limitaram o teor de

enxofre em 500ppm. Este tipo de diesel foi chamado de low sulfur diesel ou LSD.

Posteriormente, novas reduções foram necessárias para facilitar a introdução de

controle de emissões por meio de catalisadores. O óleo diesel com teor limitado entre 10 a 50

ppm foi introduzido como uma forma de permitir o uso de filtros de particulado e outras

tecnologias catalíticas. O benefício em termos de emissão de dióxido de enxofre, ainda que

pequeno, foi importante principalmente em regiões de tráfego intenso e de pouca

movimentação do ar. Combustíveis com teores de enxofre entre 15ppm e 50ppm foram

denominados como ULSD (ultra low sulfur diesel). Na Europa, óleo diesel e gasolina

limitados a teores de 10ppm são denominados sulfur-free fuels.

Todos os passos visando a redução do teor de enxofre estavam sincronizados com os

padrões de emissões de poluentes, ambos nos EUA e na Europa. A primeira redução

significativa ocorreu nos EUA em Outubro de 1993, quando foi implementado o limite de

500ppm. Este movimento foi coordenado com a redução em 1994 no limite de emissões de

material particulado para 0,1 g/HPh.

A redução seguinte nos EUA ocorreu efetivamente em meados de 2006, exatamente

antes da legislação de emissões de particulado que entraria em vigor em 2007, reduzindo o

limite de MP para 0,01 g/HPh. O enxofre foi reduzido para15ppm para possibilitar o uso de

avançadas tecnologias de controle de MP, assim como de tecnologias avançadas para redução

do NOx visando atender os padrões estipulados para 2010 de 0,2 g/HPh. Uma evolução

similar da qualidade do combustível sincronizada com as novas legislações de emissões pode

ser observada na Europa, conforme ilustrado na figura abaixo.

FIGURA 23 - Redução do teor do enxofre em função da legislação de emissões (Europa e EUA) FONTE: dieselnet.com.br – acessado em 26/07/08

67

Apesar do ULSD com especificação de 50ppm ter sido regulamentado na Europa em

2005, alguns países introduziram combustíveis com teor entre 10 e 50ppm já no final dos anos

90 e início do ano 2000, por meio de programas de incentivo do governo (redução de taxas).

O ULSD foi primeiramente disponibilizado em países como Suécia, Reino Unido, Irlanda,

Dinamarca, Holanda, Alemanha e Bélgica.

Em 1998, produtores de veículos motorizados estabeleceram o quadro mundial de

combustíveis (world wide fuel charter), um documento com especificações para o óleo diesel

e a gasolina automotiva, com o intuito de harmonizar a qualidade mundial do combustível

com a necessidade do uso de tecnologias de controle de emissões veicular. Desde a revisão

ocorrida no ano 2000, o quadro propõe a introdução de combustíveis livres de enxofre, tanto

para o óleo diesel quanto para a gasolina. Alguns governos, principalmente na Europa,

seguiram as recomendações e estabeleceram a disponibilidade de combustíveis livres de

enxofre já em 2005. Uma completa migração para 10ppm está prevista para 2009.

A tabela XIV a seguir, traz um resumo sobre os tipos de combustível em termos de

teor de enxofre, a principal razão para a implantação de cada nível e o vínculo com a

legislação de emissões.

TABELA XIV - Redução do teor de enxofre - Highway Diesel Fuel

Tipo de Combustível

Teor de enxofre

Motivo da redução do teor de enxofre

Objetivo de emissões

Norma de emissões

Standard diesel

≥0.5% (5000 ppm)

n/a n/a EUA antes 1993 Europa antes 1996

Low sulfur

diesel

500-350 ppm

• Controle do sulfato MP • Controle de SO2

PM, SO2

• US1994: 0.1 g/HPh MP • EURO II/III: 0.25/0.1 g/kWh MP

Ultra low sulfur

diesel 50-10 ppm

• US2007/10: 0.2 g/HPh NOx; 0.01 g/HPh MP • EURO IV/V: 0.02 g/kWh MP

Sulfur-free

diesel ≤10 ppm*

• Possibilitar o uso de filtros de particulado • Possibilitar pós-tratamento do NOx • Controle do sulfato MP

PM, NOx

• EURO V/VI

FONTE: dieselnet.com.br com adaptações – acessado em 26/07/08

No Brasil, após negociações entre as montadoras, a agência nacional de petróleo e as

indústrias fabricantes de óleo diesel, foi estabelecido que a partir de 2005 as regiões

68

metropolitanas deveriam migrar dos 2000ppm de enxofre para 500ppm. O país apresenta um

consumo anual de aproximadamente 40 bilhões de litros de óleo diesel (BRITO in AGUIAR

et al, 2007, p.1) e produz também 22 bilhões de litros de gasolina com até 1000 ppm de

enxofre (Uller et al in Aguiar et al, 2007, p.1), provocando, desta forma, uma emissão de 84

mil toneladas de enxofre na forma de gases tóxicos pela queima da gasolina e óleo diesel

(AGUIAR et al, 2007, p.2)

Em 2009, visando atender a nova legislação de emissões PROCONVE P-6 (baseada

na legislação européia – EURO IV), foi estabelecido no final de 2007 pela ANP que o teor de

enxofre não poderia exceder o limite de 50ppm. Entretanto, estima-se que, em um primeiro

momento, apenas 30% do óleo diesel comercial disponível possuirá níveis de até 50ppm de

enxofre. Do restante, estima-se que 60% possuirão níveis de 500ppm de enxofre e os 10%

restantes ainda possuirão níveis de 1800ppm. Tudo isto pela dificuldade de se obter um óleo

diesel de melhor qualidade no Brasil, o que segundo a Petrobrás, demanda um alto

investimento nas refinarias de petróleo.

4.6 Principais preocupações em relação ao óleo diesel de baixo teor de enxofre

É importante salientar em relação ao ULSD, que alguns fatores devem ser levados

em consideração pelos usuários antes de sua utilização.

A economia de combustível pode ser reduzida e o ULSD pode afetar os componentes

do sistema de combustível de veículos mais antigos e também resultar em vazamento de

combustível e/ou desprendimento de partículas depositadas no tanque, causando entupimento

prematuro do filtro.

Em relação à economia de combustível, o processo requerido para redução do enxofre

para valores menores que 15ppm pode também reduzir os aromáticos. Em uma base

volumétrica, a densidade de energia dos aromáticos é maior que outros componentes do óleo

diesel. Ao reduzir a concentração de aromáticos, reduz-se também a quantidade de energia

por unidade de volume. O ULSD também possui uma massa específica mais baixa. Devido ao

efeito combinado de menos aromáticos e menor massa específica, o ULSD possui um menor

poder calorífico volumétrico, tipicamente entre 1 a 2% quando comparado com o óleo diesel

de 500ppm.

Já em relação à compatibilidade de vedação, a dessulfurização pode remover

antioxidantes naturais do combustível. Os antioxidantes podem prevenir o aparecimento de

69

peróxidos. Se os antioxidantes não forem repostos, peróxidos podem aparecer no combustível

se o mesmo for armazenado por longos períodos. Os peróxidos podem causar fragilização do

neoprene e de borrachas nitrílicas e possivelmente levar a falha de vedação.

O hidro-tratamento utilizado para remover o enxofre, remove também componentes

que melhoram a lubricidade do combustível, por exemplo, os poliaromáticos. Portanto,

combustíveis de baixo teor de enxofre tipicamente requerem aditivos para recuperação da

lubricidade para assim evitar danos aos componentes do sistema de injeção de combustível.

Um problema mais incomum, mas que também deve ser levado em consideração ao se

utilizar o ULSD, é a dissipação estática. O processo de remoção do enxofre também remove

componentes polares que dão ao óleo diesel a propriedade de condutividade elétrica e previne

a ocorrência de carga elétrica estática. A descarga de eletricidade estática pode ocorrer

durante a produção em larga escala do combustível, se a condutividade não for suficiente.

Pode haver sérios danos se uma mistura capaz de se auto-inflamar estiver presente. A

produção do ULSD poderá requerer o uso de aditivos dissipadores de cargas estáticas. Outro

fator importante é que em baixas temperaturas o óleo diesel reduz a sua condutividade

elétrica, sendo então necessário uma preocupação ainda maior em países mais frios.

4.7 Processos de dessulfurização do óleo diesel

O petróleo bruto convencional contém entre 0,04 a 5% de teor de enxofre e em termos

gerais, petróleos de densidades mais elevadas possuem teores ainda mais altos (KROPP et al

in ALVES et al, 1999, p.1).

A crescente utilização dos combustíveis fósseis acarreta em uma diminuição de

reservas com baixo teor de enxofre (KONISHI in ALVES et al, 1999, p.1). Em 1990, eram

produzidos em nível mundial, 70 milhões de barris de petróleo por dia, com uma porcentagem

de enxofre superior a 1,1. No entanto, prevê-se que em 2010 a produção ultrapasse os 83

milhões, aumentando também o enxofre contido no petróleo para 1,27% (MONTICELLO in

ALVES et al, 1999, p.1).

Atualmente são utilizados vários processos físicos e químicos (hidrodessulfurização –

utilização de injeção de hidrogênio durante o processo de refino) nas refinarias como

estratégia para a redução do teor de enxofre no óleo diesel. Esses tratamentos envolvem o uso

de catalisadores químicos sob condições de altas temperaturas e altas pressões. Existe também

70

a possibilidade do uso de recursos biológicos (bactérias e micro-organismos) para a remoção

do enxofre, conhecidos como biodessulfurização.

Vários estudos vêm sendo efetuados pelas refinarias em busca da otimização dos

processos de dessulfurização. Estes estudos buscam obter respostas quanto ao melhor meio

catalítico, o melhor coating, a melhor temperatura e pressão, a serem utilizadas durante o

processo de remoção do enxofre do óleo diesel.

Na medida em que os níveis de enxofre vêm sendo cada vez mais reduzidos, torna-se

extremamente importante o uso de tecnologias que proporcionem às refinarias uma melhor

eficiência na remoção do enxofre (menor custo com maior qualidade).

4.8 Principais conclusões sobre o enxofre no óleo diesel

Baseado nos argumentos relacionados neste capítulo, concluí-se que a redução do teor

de enxofre no óleo diesel é fundamental para reduzir as emissões de material particulado e dos

componentes responsáveis pela formação da chuva ácida e principalmente para permitir o uso

de tecnologias de pós-tratamento dos gases de escape para a redução do NOx, MP, HC, CO e

da amônia, dependendo da tecnologia empregada.

A demora ocorrida para a definição da especificação do óleo diesel para o P-6 por

parte da ANP e o fato de existirem diferentes qualidades de combustível em termos de teor de

enxofre no Brasil, faz com que a indústria automotiva tenha dificuldade em definir a

tecnologia de pós-tratamento dos gases de escape a ser empregada, de forma a garantir o nível

de emissões permitido ao longo do tempo, assim como a durabilidade de componentes que

podem ser afetados pelo nível de enxofre no óleo diesel (EGR, por exemplo).

Segundo WALSH et al (2005, p.1)

“[...] Introduzir 50ppm de teor de enxofre como limite em todo o país

permitiria ao Brasil a adoção de limites mais apertados de emissões

e também o uso de tecnologias mais avançadas para resolver o

problema de MP e NOx (ou ozônio) presentes na atmosfera de áreas

metropolitanas [...]”

Com base na revisão da literatura, comprovou-se que os sistemas de pós-tratamento

apresentam baixos níveis de degradação ao serem utilizados com óleo diesel de baixo teor de

enxofre.

71

Por outro lado, é importante enfatizar que a redução do enxofre degrada a lubricidade

do óleo diesel, o qual é extremamente importante devido às tolerâncias de injetores cada vez

menores e o constante aumento da pressão de injeção (2200bar, por exemplo). O desempenho

da lubricidade pode ser restaurado por meio do uso de aditivos ou a adição de pequenas

quantidades de biodiesel (1-2%).

72

CAPÍTULO 5 – Ensaios realizados

5.1 Introdução

O objetivo dos ensaios realizados foi avaliar o impacto do alto teor de enxofre contido

no óleo diesel na emissão de poluentes e nas tecnologias de pós-tratamento dos gases de

escape.

Os testes foram efetuados em um caminhão pesado equipado com um sistema SCR

para a redução de NOx e um catalisador de oxidação (DOC-slip) para a redução do

escorregamento de amônia para a atmosfera.

O veículo foi submetido a uma durabilidade de 30000 km em rota padrão no estado de

São Paulo.

O motor e o sistema de pós-tratamento foram avaliados em quilometragens periódicas

em dinamômetro (0, 10000, 20000 e 30000 km), com base no ciclo de emissões ESC5

(European Steady State Cycle).

5.2 Configuração do sistema

O veículo utilizado no teste de durabilidade foi um caminhão, originalmente com

260cv de potência atendendo a legislação PROCONVE 5 (equivalente a legislação EURO

III). O veículo teve sua calibração alterada, com re-potenciamento para 290cv e aumento do

NOx emitido pelo motor para a melhora da eficiência da combustão, conseqüente redução do

consumo de combustível e posterior remoção pelo SCR. A re-calibração também teve como

objetivo a redução da emissão de material particulado, porém ainda assim não atendendo a

quantidade máxima permitida pelo Proconve6.

O nível de NOx emitido pelo motor atende parcialmente aos padrões de emissões do

Proconve6, uma vez que todas as avaliações foram feitas somente com base no ciclo ESC (13

pontos estabilizado), devido a indisponibilidade no Brasil de um dinamômetro capaz de

efetuar as avaliações com base no ciclo ETC6 (European Transient Cycle)

A tabela XV traz um resumo da configuração do motor e veículo utilizado.

5 ESC – Ciclo europeu de teste de emissões em regimes permanentes. 6 ETC – Ciclo europeu de teste de emissões em regimes transientes.

73

TABELA XV - Características do motor e veículo

Veículo Caminhão Ano 2004

Transmissão 10 velocidades Tração 6x4

Peso Bruto Total 17000 kg Motor MWM Acteon

Tipo

6 cilindros em linha, Injeção Direta,

Turboalimentado com Intercooler

Tamanho 7,2 litros Sistema de Injeção Common Rail

Calibração EURO III (PM)

EURO IV parcial (NOx) – somente ESC

Potência Máxima 290cv @ 2200 rpm

Torque Máximo 920 N.m @ 1300 - 1800

rpm

O sistema de pós-tratamento e de injeção de uréia é mostrado esquematicamente na

figura a seguir.

FIGURA 24 - Configuração do sistema de pós-tratamento (SCR + DOC - slip)

FONTE: HELDEN et al, 2002 – com adaptações

O sistema de injeção de uréia é fornecido pela Bosch e possui integrado a ele uma

bomba para succionar a uréia, filtro, uma válvula PWM7 (Pulse Width Modulation) para

controlar a dosagem de uréia, um injetor e uma unidade de controle eletrônica. As variáveis 7 PWM – Pulsos modulados para controle de abertura e fechamento do injetor de uréia, utilizado para dosar a quantidade uréia injetada no escapamento.

74

de entrada para o controle da dosagem de uréia é a rotação do motor, a carga/torque do motor,

e a temperatura dos gases de escape antes e após o catalisador. Os primeiros dois sinais

citados acima são obtidos via CAN, por meio da comunicação entre o módulo eletrônico do

motor e o módulo do SCR. A temperatura dos gases é obtida por 2 termopares PT200

instalados na tubulação de escape, conforme ilustrado na figura 24. A temperatura é obtida

pelo módulo de controle de injeção de uréia e então utilizada nos mapas de calibração. O

módulo de controle contém 12 mapas tridimensionais. Um dos mapas contém a temperatura

nominal dos gases de escape em função da carga do motor e da rotação. Os demais 11 mapas

contêm os níveis de quantidade de uréia a serem injetados no sistema dependendo da rotação

e da carga. Um destes mapas é preenchido com o volume de uréia a ser injetado em condições

estabilizadas do motor (steady-state). Os demais são utilizados quando a temperatura dos

gases de escape próxima ao catalisador não é igual à quantidade nominal estabelecida no

mapa de carga versus rotação. Estes mapas são extremamente importantes para adaptar a

quantidade a ser injetada em função da temperatura nos transientes do motor, garantindo a

eficiência de conversão de NOx e minimizando o efeito do escorregamento de amônia.

A solução utilizada neste estudo foi de 32,5% de massa de uréia na água. Esta solução

possuía uma densidade de 1,09 g/cm3 @ 15º C, um ponto de congelamento de -11º C, uma

viscosidade dinâmica de 1,23 mPa.s e capacidade calorífica de 3,4 KJ/kgK.

Neste estudo foi utilizado um catalisador SCR para reduzir a emissão NOx e um DOC-

slip para reduzir o escorregamento de amônia e de maneira secundária as emissões de

hidrocarbonetos e monóxido de carbono. Não foi utilizado um pré-catalisador especial para a

conversão de NO em NO2 e para facilitar a hidrólise da uréia. Catalisadores efetivos na

conversão de NO em NO2 seriam também efetivos em converter SO2 em SO3. Considerando o

nível de teor de enxofre usado neste estudo (2000 ppm), uma alta concentração de SO3

resultante da oxidação catalítica levaria a um aumento da emissão de particulados e também

em um envenenamento ainda maior dos catalisadores, reduzindo a eficiência de conversão ou

até mesmo provocando a inatividade dos catalisadores. Outro fator importante, é que a

utilização destes pré-catalisadores não está sendo contemplada na estratégia para atendimento

do Proconve6 pela maioria das montadoras estabelecidas no Brasil.

O catalisador SCR utilizado no estudo é formado por dois substratos cerâmicos de

diâmetro de 10,5 polegadas e comprimento de 6 polegadas, com volume total de 17 litros e

velocidade espacial máxima de 55000 (h-1). A base do banho (coating) aplicado no substrato é

o vanádio, titânio e tungstênio. O elemento ativo para conversão é vanádio. A cerâmica

75

utilizada é do tipo cordierite. O substrato contém 300 células por polegada quadrada e 0,008

polegadas de espessura de parede. O SCR utilizado não contém metais nobres.

O catalisador de oxidação (DOC-slip) utilizado no estudo é formado por um substrato

cerâmico de diâmetro de 10,5 polegadas e comprimento de 3 polegadas, com volume total de

4,25 litros. A base do banho (coating) aplicado no substrato é a platina com massa específica

de 5g/ft3. A cerâmica utilizada é do tipo cordierite. O substrato contém 300 células por

polegada quadrada e 0,008 polegadas de espessura de parede. O DOC-slip possui metais

nobres (base platina).

Estas configurações de catalisadores foram escolhidas por terem apresentado os

melhores resultados do ponto de vista técnico (faixa de temperatura, eficiência de conversão

layout, disponibilidade, durabilidade) e comercial (preço), após a avaliação das propostas

disponibilizadas pelo fornecedor do substrato e do coating.

5.3 Testes em dinamômetro e veículo

O primeiro passo dos trabalhos em dinamômetro foi a adequação da calibração do

motor para receber a tecnologia de pós-tratamento SCR. Conforme citado anteriormente, o

motor foi re-potencializado e o nível de NOx emitido pelo mesmo foi aumentado, visando a

redução na emissão do material particulado e a melhora do consumo de combustível, por meio

da melhora da eficiência de combustão (maior temperatura e pressão de combustão). A

emissão de NOx do motor foi aumentada para 10,4 g/kW.h para posterior redução por parte

do SCR para níveis próximos a 3,5 g/kW.h. Após a re-calibração do motor, executou-se um

teste de emissões com base no ciclo ESC para determinação da curva de referência do motor

“zero km” sem o sistema de pós-tratamento.

O segundo passo foi a aplicação do sistema de pós-tratamento. Para isto foram

realizados estudos para a definição do melhor ponto de instalação do injetor de uréia e

substratos, levando-se em conta o limite de temperatura destes componentes (injetor: 600º C e

substratos: 650º C), a conversão de NOx e resultado de emissões, o fluxo dos gases visando o

melhor compromisso para a formação da amônia para conversão do NOx e os fatores de

layout da aplicação. A temperatura foi mapeada em diferentes pontos na tubulação de escape,

conforme ilustrado na figura 25.

76

FIGURA 25 - Mapeamento de temperaturas em dinamômetro FONTE: MWM INTERNATIONAL, 2007

Após o mapeamento de temperaturas, foram determinadas quatro possíveis posições

de fixação do injetor e dos catalisadores. Em seguida, efetuou-se o estudo de eficiência de

conversão para cada uma destas posições de montagem.

De posse ao mapeamento de temperaturas e curvas de eficiência de conversão, foi

possível determinar o melhor compromisso de posicionamento do injetor e do catalisador.

As figuras e gráficos a seguir ilustram as quatro possíveis configurações de montagem,

o estudo de eficiência de conversão do NOx para cada configuração, o resultado do

mapeamento de temperaturas e o posicionamento final escolhido para montagem dos injetores

e do catalisador.

FIGURA 26 - Possíveis layouts (injetor e catalisador) FONTE: MWM INTERNATIONAL, 2007

77

GRÁFICO II - Mapeamento de temperaturas (injetor e catalisador) FONTE: MWM INTERNATIONAL, 2007

GRÁFICO III - Eficiência de conversão NOx por posição FONTE: MWM INTERNATIONAL, 2007

FIGURA 27 - Posicionamento final do injetor e catalisador FONTE: MWM INTERNATIONAL, 2007

Após a definição da posição de montagem (opção “teste 1”), os valores de calibração

referente a temperatura dos gases de escape e dosagem de uréia em função da carga e da

rotação do motor foram estabelecidos e preenchidos no software de controle de injeção da

78

uréia. Os parâmetros levados em conta nesta fase da calibração foram a eficiência de

conversão de NOx e o escorregamento teórico de amônia (α > 1). Neste trabalho não foi

possível obter de forma objetiva os valores de amônia emitidos para o meio ambiente, por não

haver um analisador deste componente disponível.

O sistema foi calibrado para iniciar a injeção de uréia em condições acima de 200º C

de temperatura após o catalisador, pois abaixo desta temperatura existe o risco da cristalização

da uréia nos catalisadores e na tubulação de escape, podendo prejudicar a eficiência dos

catalisadores e aumentar a restrição do escape.

Em seguida, foi obtida a curva de referência do motor equipado com sistema de pós-

tratamento “zero km” com base no ciclo ESC.

Vale salientar que, antes da aplicação e das avaliações de emissões, os catalisadores

passaram por um processo de estabilização térmica (10 horas @ 350º C), a fim de se evitar

qualquer impacto nas emissões provocado pelo fato das peças serem novas. Este processo de

estabilização térmica é conhecido na indústria como degreening e sua realização é indicada

principalmente em trabalhos de pesquisa e desenvolvimento.

A atividade seguinte foi a avaliação da emissão de poluentes do motor equipado com

sistema de pós-tratamento variando-se somente a qualidade do combustível em termos de teor

de enxofre (50, 350 e 2000ppm). O intuito desta atividade foi de verificar o impacto do

enxofre presente no óleo diesel na emissão de poluentes, atendendo assim a um dos objetivos

propostos neste trabalho.

Em seguida, o motor e o sistema de pós-tratamento foram instalados no veículo para

início da durabilidade em campo de 30000km. A montagem do sistema de pós-tratamento no

veículo pode ser observada nas figuras 28a e 28b.

a)

b)

FIGURA 28 a, b - Instalação do sistema de pós-tratamento no veículo de teste (tanque de uréia, módulo eletrônico, bomba, injetor e catalisadores) FONTE: MWM INTERNATIONAL, 2007

79

Uma empresa especializada foi contratada para a realização do ensaio de durabilidade

em campo. A rota padrão de durabilidade representava um trecho de 400km (98% rodoviário)

passando pela rodovia dos Imigrantes na região de São Bernardo do Campo, avenida

Bandeirantes, Marginal Pinheiros e Tietê, rodovia Presidente Dutra, Fernão Dias e Dom Pedro

I (sendo a rota concentrada nas duas últimas). O trecho escolhido garantia a injeção de uréia

na maior parte do tempo de acordo com as faixas de temperatura de escape que o veículo

operava, conforme pode ser observado no gráfico abaixo.

GRÁFICO IV - Temperaturas após o catalisador em rota de durabilidade veicular FONTE: NETZ, 2007

O consumo de uréia foi de 3% em relação ao consumo de óleo diesel, um pouco

abaixo do padrão europeu que fica em torno de 4%. Isto ocorreu porque o enfoque da

calibração foi dado ao ciclo ESC, não tendo sido realizada a calibração visando a redução de

NOx nos transientes do motor e consequentemente na quantidade de uréia injetada nestas

condições de operação.

Durante todo o teste o veículo foi abastecido com óleo diesel S2000 e uréia a 32,5%

em peso na planta da MWM-International em São Bernardo do Campo. Desta forma,

garantiu-se em todo o teste, a utilização do óleo diesel e da uréia padronizados.

Os consumos de combustível e de uréia eram medidos a cada reabastecimento.

O teste de campo foi dividido em três etapas (10000, 20000 e 30000 km) e no término

de cada uma delas o motor e o sistema de pós-tratamento eram retirados do veículo para a

avaliação da emissão de poluentes em dinamômetro, com base no ciclo ESC, visando a

avaliação do impacto do teor de enxofre de 2000ppm nas tecnologias de pós-tratamento,

principal objetivo deste trabalho.

Os resultados de cada uma das atividades listadas acima podem ser verificados no

próximo capítulo.

80

5.4 Equipamentos utilizados

O dinamômetro utilizado neste estudo foi o Schenck W400. A bancada de emissões

utilizada para a medição das concentrações de HC, CO, NOx, e demais gases é produzida pela

Horiba e o modelo é o MEXA 7100. O analisador de material particulado é um SMART-

Sampler PC produzido pela AVL.

O dinamômetro é refrigerado a água e funciona pelo princípio de corrente de Foucault,

com capacidade de 400 kW e 2000 N.m, com precisão de +/- 1 kgf.

A bancada da Horiba MEXA 7100 tem a capacidade de medir os seguintes

componentes THC, CO, CO2, O2, O2, NO/NOx, HC, N2O, SO2, CH4. Para a medição dos

gases são utilizados os métodos AIA (analisador de infravermelho não dispersivo), MPA

(analisador magneto-pneumático), CLA (analisador com foto-diodo) e o FIA (chama de

ionização).

O método chamado de infravermelho não dispersivo (non-dispersive infrared

detector) é utilizado para medir a concentração de CO2 e CO presentes na amostra. Neste

método, a fonte de luz emite uma radiação infravermelha que passa através da célula de

amostra e da célula de referência. Essa radiação (luz) infravermelha é modulada pelo

“chopper” rotativo, e detectado pela célula detectora. Se a radiação infravermelha que passa

pela célula de amostra for absorvida pela amostra do gás, ocorrerá a diminuição da quantidade

de radiação que atinge a célula. Essa diferença na intensidade da radiação é comparada com a

fonte de luz de referência. O resultado dessa diferença equivale à concentração do

componente. A série 7000 dos analisadores AIA utiliza um “chopper motor” de 10 Hz para

aumentar a precisão do detector.

A tabela XVI traz as características do analisador AIA-721, utilizado neste trabalho.

TABELA XVI - Características do analisador de CO AIA-721

Faixa CO 50 a 5000ppmRepetibilidade (zero) < +/- 0,5% FSRepetibilidade (span) < +/- 0,5% RS

Drift (zero)(>100ppm) < 1%FS/24h (50-100 ppm) < +/- 2% FS/24h

Drift (span) (>= 50 ppm) < +/- 1% FS/24hRuído < +/- 1% FSLinearidade < +/- 1% FS ou < +/- 2% RS

T90(< 100 ppm) < 3segundos (> 100 ppm) < 2segundos

Vazão da amostra 3 l/min

81

O analisador MPA mede a concentração de oxigênio nos gases de escape e do ar

ambiente. O principio de medição é baseado na propriedade de para-magnetismo do oxigênio.

Para medir o oxigênio contido na amostra, esta passa por um canal de nitrogênio que passa

por um campo magnético alternado. A pressão entre os dois discos detectores varia

dependendo do O2 presente na amostra. Essa variação é proporcional à quantidade de O2

presente na amostra.

A tabela XVII mostra as características do analisador MPA-720, utilizado neste

trabalho.

TABELA XVII - Características do analisador MPA-720

Faixa 1 - 25 vol %Repetibilidade (zero) < +/- 0,5% FSRepetibilidade (span) < +/- 0,5% RSDrift (zero) < 1% FS/24h Drift (span) < 1% FS/24h

Ruído(< 5 vol%) < +/- 2% FS (>= 5 vol%) < +/- 1% FS

Linearidade < +/- 1% FS ou < +/- 2% RS

T90(< 5%) < 2 segundos (>= 5%) < 1,5 segundos

Vazão da amostra 0,7 l/min

O método CLA utiliza um foto-diodo para detectar o oxido nítrico (NO). O foto-diodo

absorve a reação que ocorre entre o NO e o O3. Essa reação emite uma luz. O número de

fótons emitidos é proporcional à concentração de NO presente na amostra. Para detectar o

NOx, a amostra é encaminhada para o conversor, onde o NOx é convertido em NO.

A tabela XVIII mostra as características do analisador CLA-720A, utilizado neste

trabalho.

82

TABELA XVIII - Características do analisador de NO/NOX CLA-720A

Faixa NO/NOx 10 a 500ppm 1000 a 10000ppm

Repetibilidade (zero) < +/- 0,5% FSRepetibilidade (span) < +/- 0,5% RSDrift (zero) < 1% FS/24h Drift (span) < 1% FS/24h Ruído < +/- 2% FSLinearidade < +/- 1% FS ou < +/- 2% RS

T90

NO: entre 2,5 segundos NOx: 3,0 segundos (< 50 ppm) NO: 2,0 segundos NOx: 2,5 segundos (>= 50ppm)

Vazão da amostra 0,5 l/minInterferência (CO2 16%) -3,00%

O FIA é um analisador de hidrocarbonetos que analisa os gases por meio da chama de

ionização. É designado para realizar ininterruptamente a medição da concentração de

hidrocarbonetos presentes nos gases de escape. O método tem sido utilizado, em particular,

para medições em gases dos motores a óleo diesel, em que os hidrocarbonetos são

condensados e absorvidos em temperaturas atmosféricas normais. Isto é possível, mantendo-

se a linha de amostra e a unidade de detecção em temperaturas elevadas (191°C +/- 6°C). A

medição do total de hidrocarbonetos é feita passando a amostra de gás na chama de

hidrogênio. Os hidrocarbonetos presentes na amostra produzem uma corrente de ionização, a

qual é proporcional ao total de átomos de carbono presentes na amostra. A quantidade de

hidrocarbonetos na amostra é expressa em ppm-C. Baseia-se na teoria de que a molécula de

propano (C3H8) produzirá uma resposta três vezes maior que uma única molécula de carbono,

como por exemplo, o CH4.

A tabela XIX mostra as características do analisador FIA-720, utilizado neste trabalho.

83

TABELA XIX - Características do analisador de HC FIA-720

Faixa 20 a 20000ppmRepetibilidade (zero) < +/- 0,5% FSRepetibilidade (span) < +/- 0,5% RSDrift (zero) < 1% FS/24h Drift (span) < 1% FS/24h Ruído < +/- 1% FSLinearidade < +/- 1% FS ou < +/- 2% RST90 < 1,5 segundosVazão da amostra 0,5 l/min

O analisador de material particulado é um sistema de medição por gravidade dos

particulados diluídos, que coleta a amostra em um túnel de fluxo parcial. Do fluxo total de

gases, somente uma pequena parcela é coletada em um pequeno túnel e diluída com ar,

condicionado internamente pelo sistema. Após a diluição no túnel, o gás passa pelo filtro que

coleta a amostra. Ao final do teste o filtro é pesado e a massa de particulado é obtida.

Os principais parâmetros avaliados nos testes de emissões, bem como os equipamentos

utilizados, encontram-se listados na tabela XX.

TABELA XX - Parâmetros avaliados em dinamômetro e meios de medição

Variável Unidade Meio de medição Onde1 Pressão atmosférica mbar Transdutor de pressão2 Massa específica do combustível kg/l Densímetro3 Massa do combustível kg Balança4 Rotação do motor rpm Sensor de velocidade5 Carga do motor kgf Célula de carga6 Vazão de ar na entrada do compressor do turbo m3/h PLU7 Pressão de entrada de ar antes do compressor mmH2O Transdutor de pressão

8 Pressão de saída de ar do compressor mmHg Transdutor de pressão9 Pressão de entrada de ar no coletor de admissão (após aftercooler ) mmHg Transdutor de pressão

10 Pressão de entrada dos gases na carcaça da turbina (após coletor de escape) mmHg Transdutor de pressão11 Pressão de saída dos gases de escape (após carcaça da turbina) mmHg Transdutor de pressão12 Pressão de óleo bar Transdutor de pressão

13 Temperatura de entrada de ar antes do compressor oC Termopar tipo k

14 Temperatura de saída de ar do compressor oC Termopar tipo k15 Temperatura de entrada de ar no coletor de admissão (após aftercooler ) oC Termopar tipo k

16 Temperatura de entrada dos gases na carcaça da turbina (após coletor de escape) oC Termopar tipo k

17 Temperatura de saída dos gases de escape (após carcaça da turbina) oC Termopar tipo k

18 Temperatura do combustíveloC Termopar tipo k

19 Temperatura do óleo oC Termopar tipo k

20 Temperatura da água oC Termopar tipo k

21 Temperatura de bulbo seco oC Termômetro22 Temperatura de bulbo úmido oC Termômetro23 Torque do motor N.m Célula de carga x braço 24 Potência do motor kW Cálculo25 Consumo específico de combustível g/kW.h Balança + Fórmula26 Grau de enegrecimento bosch Medidor de fumaça

27 Temperatura antes do catalisador oC Termopar tipo k28 Temperatura depois do catalisador oC Termopar tipo k

29 Temperatura da uréia oC Termopar tipo k30 Vazão de uréia injetada g/h Software INCA31 Fator alpha (relação NH3/NOx) [-] Cálculo

32 Emissão específica de NOx g/kW.h Bancada de emissões33 Emissão específica de HC g/kW.h Bancada de emissões34 Emissão específica de CO g/kW.h Bancada de emissões35 Emissão específica de material particulado (PM) g/kW.h Smart sample

Dinamômetro MWM

International

84

CAPÍTULO 6 – Resultados

6.1 Impacto do enxofre contido no óleo diesel na emissão de poluentes

Com relação aos testes de emissões executados no motor “zero km” com diferentes

níveis de teor de enxofre no óleo diesel, foi possível comprovar uma forte influência deste

componente na emissão de poluentes (principalmente na produção de material particulado) e

nas tecnologias de pós-tratamento (principalmente o DOC-slip), considerando-se a

degradação nas emissões de HC e CO.

A tabela XXI mostra o resultado dos testes de emissões para cada teor de enxofre no

óleo diesel (50, 350 e 2000ppm).

TABELA XXI - Resultado de emissões com diferentes níveis de enxofre no óleo diesel

Nesta aplicação, não foi percebida uma diferença sensível entre o óleo diesel S50 e o

S350, porém entre estes dois e o S2000 observou-se um aumento de 170% na emissão

específica de material particulado, 36% na emissão específica de CO no teste executado com

o sistema de pós-tratamento instalado e 10% considerando somente a emissão do motor (antes

do sistema de pós-tratamento). Constatou-se também um aumento de 100% na emissão

específica de HC com o sistema de pós-tratamento instalado, não havendo diferenças entre os

testes considerando-se somente a emissão do motor. Em relação ao NOx, houve um aumento

de apenas 4% na emissão específica considerando o sistema de pós-tratamento instalado e 1%

considerando somente o motor. Vale observar que a seqüência adotada para os testes de

emissões foi sempre do menor para o maior nível de enxofre (50, 350 e 2000ppm), inclusive

nas avaliações de 10000, 20000 e 30000km, pois assim era possível executar uma bateria

85

completa de testes sem a necessidade de troca dos filtros de óleo diesel do motor e do

dinamômetro.

Os gráficos a seguir representam a situação comentada no parágrafo anterior.

a)

CO antes SCR + DOC Slip

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

Emiss.específica média de CO (g/kW.h)

(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

b)

CO depois SCR + DOC Slip

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

Emiss.específica média de CO (g/kW.h)

(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

c)

HC antes SCR + DOC Slip

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Emiss.específica média de HC (g/kW.h)

(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

d)

HC depois SCR + DOC Slip

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Emiss.específica média de HC (g/kW.h)

(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

e)

NOx antes SCR + DOC Slip

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

Emiss.específica média de NOX (g/kW.h)

(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

f)

NOx depois SCR + DOC Slip

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00


(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

g)

PM

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

Material Particulado (g/Kw.h)

(g/KW.h)

2000ppm

350ppm

50ppm

GRÁFICO V a - g- Emissões de poluentes em função do nível de enxofre contido no óleo diesel FONTE: MWM International, 2007

86

Conforme resultado apresentado acima, comprovou-se que o enxofre contido no óleo

diesel tem um impacto significativo na emissão do material particulado, sendo então um fator

importante para ser levado em consideração nas novas e rigorosas legislações de emissões.

Isto confirma também que as ações dos órgãos reguladores, voltadas para a redução do teor no

enxofre no óleo diesel, não só viabilizarão o uso de tecnologias avançadas de pós-tratamento

dos gases, como também contribuirão de maneira direta na redução da emissão de partículas

ao meio ambiente, assim como a formação de dióxido, trióxido de enxofre e formação de

chuva ácida.

6.2 Eficiências de conversão de NOx, HC e CO (SCR e DOC-Slip)

Mesmo sendo um efeito secundário do DOC-slip, através dos gráficos Va a Vd, foi

possível observar uma redução significativa nas emissões de HC e CO ao compararmos os

resultados de emissões somente do motor com os resultados após o sistema de pós-tratamento.

Os catalisadores foram também avaliados separadamente para a obtenção da

contribuição de cada um deles e comparação com o sistema de pós-tratamento integrado.

A tabela abaixo mostra a eficiência de conversão do conjunto SCR e DOC slip,

somente do DOC slip e somente do SCR.

TABELA XXII - Eficiência de conversão dos catalisadores em conjunto e separados

CICLO ESC SCR + Slip Somente DOC-Slip Somente SCR

Teor de enxofre 350ppm Material Particulado (g/kW.h) 0,039 0,053 0,030 Eficiência de conversão ( % ) NOX (g/kW.h) 70 1 65 CO (g/kW/h) 67 51 -29 HC (g/kW.h) 88 52 64

A partir dos resultados desta tabela é possível constatar que o SCR têm um efeito

obviamente significativo na redução de NOx, negativo na formação de CO devido a reação

química dos gases com o vanádio, além de um efeito positivo na redução do HC.

Já o DOC slip apresentou um resultado positivo na redução de HC e CO e

praticamente nenhum efeito na conversão de NOx.

Ao combinar-se o SCR ao DOC slip houve reduções ainda mais significativas do HC e

do CO, além de uma pequena melhora do NOx. Este teste apresentou um resultado

87

inconsistente na redução do CO na situação de SCR + DOC slip. Nesta situação esperava-se

uma eficiência menor do que 52% na conversão de CO, já que o SCR aumenta a concentração

do CO. Uma possível explicação seria um erro na medição e uma segunda (menos provável)

estaria associada a um aumento da eficiência do DOC-slip quando exposto às concentrações

maiores de CO.

A avaliação acima foi feita em um novo conjunto de catalisadores, diferentes daqueles

utilizados no ensaio de durabilidade de 30000km em campo, pois foi necessário separar o

SCR do DOC-slip para a execução das avaliações individuais, obrigando o corte no

encapsulamento do conjunto e desconfiguração do sistema original.

6.3 Impacto do enxofre contido no óleo diesel na eficiência de conversão do SCR e do

DOC-slip

Após avaliação das emissões do motor com 0, 10000, 200000 e 30000 km percorridos

com óleo diesel S2000, foi possível evidenciar que o SCR não foi impactado pelo alto teor de

enxofre, pois o mesmo manteve a suas características de conversão de NOx ao longo de toda a

durabilidade veicular.

Já a eficiência de conversão do HC e do CO foi reduzida significativamente, sugerindo

o envenenamento do DOC-slip pelo enxofre. Neste caso, o enxofre se deposita no metal nobre

e nos poros do substrato, reduzindo a área superficial e comprometendo a reação catalítica.

Os gráficos a seguir mostram os resultados de emissões de HC, CO e NOx do motor

com 0, 10000, 20000 e 30000 km, tendo os mesmos sido avaliados no dinamômetro com óleo

diesel 2000, 350 e 50 ppm (nessa ordem de teste).

88

Teste ESC - Eficiência de conversão do sistema de pós tratamento (S =2000ppm)

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30

Distância percorrida (kkm)

Eficiência de Conversão (%)

NOX

CO

HC

GRÁFICO VI - Eficiência de conversão do sistema de pós-tratamento em função da quilometragem do veículo (avaliação em dinamômetro com S2000) FONTE: MWM International, 2008

Teste ESC - Eficiência de conversão do sistema de pós tratamento (S = 350ppm)

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30


Eficiência de Conversão (%)

NOX

CO

HC

GRÁFICO VII - Eficiência de conversão do sistema de pós-tratamento em função da quilometragem do veículo (avaliação em dinamômetro com S350) FONTE: MWM International, 2008

Teste ESC - Eficiência de conversão do sistema de pós tratamento (S = 50ppm)

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30


Eficiência de conversão(%

)

NOX

CO

HC

GRÁFICO VIII - Eficiência de conversão do sistema de pós-tratamento em função da quilometragem do veículo (avaliação em dinamômetro com S50) FONTE: MWM International, 2008

89

Através dos gráficos VI, VII e VIII, observou-se uma estabilidade na conversão de

NOx, redução média de 14% na eficiência de conversão do HC e de 29% na conversão de

CO (média dos três testes com 50, 350 e 2000ppm e distâncias percorridas de 0 e 30000km).

Como muitas vezes o envenenamento é reversível, poderia haver situações de

utilização onde o sistema no veículo estaria emitindo mais ou menos poluentes (HC e CO)

que os observados nas medições em dinamômetro, pois dependendo da temperatura de escape

pode ocorrer uma limpeza parcial dos poros e dos metais nobres, aumentando a eficiência de

conversão do DOC-slip. Este fato justifica o comportamento não linear de degradação da

eficiência de conversão do HC e do CO (principalmente o CO, cuja quantidade emitida é

extremamente sensível ao DOC-slip, conforme mostrado na tabela XXII).

Com base ao que foi exposto acima, pode-se concluir que o SCR não foi sensível ao

alto teor do enxofre utilizado no teste de durabilidade, tendo o mesmo mantido suas

características até o término da durabilidade. Com relação ao DOC-slip, sugere-se que o

mesmo tenha sofrido envenenamento pelo enxofre pelo fato do aumento significativo nas

emissões de HC e de CO.

Após o término das avaliações, o SCR foi separado do DOC-slip para verificação da

contribuição de cada substrato na emissão dos poluentes. A tabela abaixo mostra o resultado

desta avaliação.

TABELA XXIII - Eficiência de conversão dos catalisadores em conjunto e separados após teste de durabilidade

CICLO ESC SCR + Slip Somente DOC-Slip SCR only

Teor de enxofre 350ppm Material Particulado (g/kW.h) 0,059 0,049 0,028 Eficiência de conversão ( % ) NOX (g/kW.h) 66 1 66 CO (g/kW/h) 37 43 -32 HC (g/kW.h) 74 49 64

Comparando-se os resultados desta avaliação (tabela XXIII) com os contidos na

tabela XXII, há mais um indicativo de que o SCR manteve suas propriedades de conversão e

o DOC-slip foi influenciado pelo enxofre.

90

CAPÍTULO 7 – Conclusões e Considerações Finais

Com base ao que foi exposto no capítulo anterior, pode-se concluir que o SCR não foi

sensível ao alto teor do enxofre utilizado no teste de durabilidade, tendo o mesmo mantido

suas características até o término da durabilidade.

Com relação ao DOC-slip, sugere-se que o mesmo tenha sofrido envenenamento pelo

enxofre pelo fato do aumento significativo nas emissões de HC e de CO. Neste caso, o

enxofre se deposita nos metais nobres e nos poros do substrato, reduzindo a área superficial

ativa e comprometendo a reação catalítica.

Como muitas vezes o envenenamento do catalisador é reversível, poderia haver

situações de utilização onde o sistema de pós-tratamento em funcionamento no veículo estaria

emitindo mais ou menos poluentes (HC e CO) do que os observados nas medições em

dinamômetro, pois dependendo da temperatura dos gases de escape, pode ocorrer uma

limpeza parcial dos poros e dos metais nobres, aumentando a eficiência de conversão do

DOC-slip. Este fato poderia justificar o comportamento não linear das curvas de eficiência de

conversão de HC e CO nas avaliações periódicas ao longo dos 30000 km do teste de

durabilidade.

Com relação ao impacto do enxofre contido no óleo diesel na emissão de poluentes,

confirmou-se que o mesmo tem um impacto significativo na emissão do material particulado,

sendo então um fator importante para ser levado em consideração nas novas e rigorosas

legislações de emissões. Isto confirma também que as ações dos órgãos reguladores, voltadas

para a redução do teor no enxofre no óleo diesel, não só viabilizarão o uso de tecnologias

avançadas de pós-tratamento dos gases, como também contribuirão de maneira direta na

redução da emissão de partículas ao meio ambiente, assim como a formação de dióxido e

trióxido de enxofre, do ácido sulfúrico e da chuva ácida.

Resumidamente, é possível extrair três conclusões principais neste estudo:

- O SCR não foi afetado pelo enxofre contido no óleo diesel, tendo mantido suas

propriedades em termos de conversão de NOx;

- Sugere-se que o DOC-slip foi contaminado pelo enxofre pela redução da eficiência

de conversão do HC e do CO após os 30000 km de testes;

- O teor de enxofre aumenta significativamente as emissões de material particulado à

atmosfera.

91

7.1 Trabalhos Futuros

Para investigações futuras sobre o impacto do enxofre em tecnologias de pós-

tratamento, sugere-se que seja avaliado também um mesmo veículo e sistema de pós-

tratamento, sob as mesmas condições de teste (rota, distância, temperaturas, calibração, etc.),

porém com nível de enxofre abaixo de 50ppm. Com isso, seria possível avaliar

comparativamente as eficiências de conversão de HC, CO e NOx e então concluir de maneira

objetiva a influência dos diferentes teores de enxofre sob as eficiências de conversão.

Sugere-se também a avaliação em mais veículos (mínimo três), para possibilitar a

comparação dos resultas e avaliação de repetibilidade.

Ao executar os testes de emissões, sugere-se a realização de pelo menos três testes e

apresentação do resultado com base na média destes. O objetivo seria reduzir a possibilidade

de se utilizar resultados imprecisos por conta de erros de leitura da bancada de emissões.

92

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

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93

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94

ANEXOS

95

Tabela A1 Planilha de teste de emissões ESC após 30000 km e diesel com 2000ppm de teor de enxofre

CÁLCULO DE PERFORMANCE E EMISSÕES / MOTOR AFTERCOOLER

Motor : 6.12TCE 006397 Densidade do combust. (kg/l) : 0,841 Slip : SimDinamômetro : 5 Massa do combust. (g) : 54,85 Diâmetro da pç (pol) :

Folha de Teste : 243 Tipo de diesel (S) : Comprimento da pç (pol) : Data : 14/02/08 Tipo de uréia : Importada Qtd de substratos : 2

Mecânico : Cleilton Aplicação : Investigação Posição do catalis. : Cilindros : 6 Tipo de Pós-tratamento : SCR Posição do injetor :

Cilindrada unitária : Fornecedor do Pós-tratamento : Modelo do Horiba : 7100P atmosferica (mmHg) : 698,3 Tecnologia do Pós-tratamento : Calibração do motor :

OBS : Calibração do DNOx :

Ponto de Medição (-) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Rotação (rpm) 699 1647 1775 1775 1644 1646 1646 1776 1774 1915 1913 1913 1914Carga (kgf) 0,3 137,4 67,8 101,3 68,7 103,0 34,5 135,2 33,9 134,7 33,6 100,5 66,8Num. de voltas (-) 2731 161 313 215 313 214 563 160 553 158 549 213 313Fumaça Obs. (BOSCH) 0,08 0,28 0,40 0,34 0,56 0,42 0,28 0,34 0,23 0,31 0,24 0,35 0,36Pressão de óleo (kg/cm²) 2,3 4,1 4,5 4,3 4,4 4,2 4,5 4,1 4,6 4,3 4,6 4,5 4,5Temp. Óleo Lubr.(ºC) 87,7 104,5 98,7 101,5 97,1 100,5 94,6 104,3 95,9 105,6 96,0 102,7 99,5Temp Agua (ºC) 75,3 81,6 78,2 80,1 78,0 80,0 77,5 82,4 78,0 83,4 78,2 80,4 78,7P1 (mm H2O) 35 356 215 331 171 270 118 403 147 469 172 409 269P21 (mm Hg) 14 1010 526 835 471 769 223 1029 262 1045 312 923 606P22 (mm Hg) 12 983 504 803 453 746 208 996 244 1007 291 886 578P3 (mm Hg) 38 918 588 859 498 741 310 974 370 1044 448 1010 721P4 (mm H2O) 75 1627 901 1384 742 1186 443 1865 512 2179 598 1689 1087

T1 (ºC) 16,4 14,3 14,8 14,8 14,8 14,1 14,4 13,6 14,1 13,3 13,4 12,7 12,6T21 (ºC) 27,2 138,0 87,4 120,4 80,8 112,9 50,7 138,5 55,9 139,8 61,5 126,7 94,2T22 (ºC) 31,7 32,8 32,0 33,3 31,7 32,2 31,2 32,9 31,4 33,1 31,0 32,8 32,2T3 (ºC) 127 606 443 523 448 529 318 614 316 631 317 518 434T4 (ºC) 153 494 371 422 378 433 285 505 280 521 272 411 353T Combust. (ºC) 39,1 40,0 40,3 40,3 40,4 40,4 40,6 40,7 40,4 40,5 40,5 40,4 40,5Inicio de inj. Dinamico (ºAPMS)Débito Inj. Princ.debito de pre inj.Press. Máx. Inj. Bico (bar)ponto de pre inj.Temperatura antes PLU (ºC) 11,8 13,8 14,2 14,4 13,8 13,1 12,8 13,0 13,0 12,8 12,2 11,9 11,5Temperatura após PLU (ºC) 13,2 13,6 14,1 14,2 13,9 13,2 13,1 13,0 13,1 12,7 12,4 12,1 11,6Pressão Antes PLU (mm H2O) -18 177 95 161 63 116 27 204 42 241 58 203 120Pressão Após PLU (mm H2O) 20 249 161 241 131 206 93 299 113 332 131 302 211Vazão PLU (m³/h) 124,0 718,0 552,0 691,0 487,0 613,0 380,0 778,0 430,0 846,0 485,0 785,0 628,0"TBS" Medidor de Umidade (ºC) 15,2 14,4 14,7 14,8 14,7 14,2 14,2 13,9 13,9 13,6 13,4 12,9 12,7"TBU" Medidor de Umidade (ºC) 10,6 12,2 12,4 12,7 12,3 11,6 11,2 11,4 11,3 11,2 10,7 10,5 10,0"TBS" ar-condicionado (ºC) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0Umidade Rel.do ar-condic. (%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0Torque Obs. (m.kgf) 0,2 98,4 48,6 72,6 49,2 73,8 24,7 96,8 24,3 96,5 24,1 72,0 47,8Potencia Obs. (cv) 0,2 226,3 120,3 179,8 112,9 169,5 56,8 240,1 60,1 258,0 64,3 192,3 127,9PME Obs. (bar) 0,0 17,0 8,4 12,6 8,5 12,8 4,3 16,8 4,2 16,7 4,2 12,5 8,3Cons. Esp. Obs. (g/cv.h) 4016,8 148,8 155,1 151,1 153,0 149,3 169,4 152,1 175,6 154,6 178,4 153,7 157,4Fator Correção. NBR ISO 1585 1,003 1,003 1,002 1,002 1,002 1,001 1,002 1,001 1,001 1,001 1,001 1,000 1,000Torque Corr. (m.kgf) 0,2 98,7 48,7 72,7 49,3 73,9 24,7 97,0 24,3 96,6 24,1 72,0 47,8Potencia Corr. (cv) 0,2 226,9 120,6 180,2 113,2 169,8 56,9 240,5 60,2 258,2 64,3 192,3 127,9PME Corr. (bar) 0,0 17,1 8,4 12,6 8,5 12,8 4,3 16,8 4,2 16,7 4,2 12,5 8,3Cons. Esp. Corr. (g/cv.h) 4004,5 148,4 154,7 150,8 152,7 149,1 169,2 151,9 175,3 154,5 178,3 153,7 157,4Rel. P21/P1 1,024 2,542 1,794 2,275 1,705 2,163 1,336 2,583 1,397 2,626 1,473 2,426 1,922Rel. P3/P4 1,046 1,976 1,682 1,946 1,589 1,832 1,380 2,002 1,452 2,029 1,544 2,077 1,824Rel. P22/P3 0,965 1,040 0,935 0,964 0,962 1,003 0,899 1,013 0,882 0,979 0,863 0,927 0,899Fator Peso (-) 0,15000 0,08000 0,10000 0,10000 0,05000 0,05000 0,05000 0,09000 0,10000 0,08000 0,05000 0,05000 0,05000Leitura CO - depois (ppm) 11,00 28,00 33,00 36,00 45,00 36,00 69,00 35,00 36,00 32,00 61,00 45,00 45,00Leitura CO2 - depois (%) 1,21 9,06 6,34 7,48 6,63 7,79 4,58 9,05 4,48 9,00 4,35 7,09 5,89Leitura O2 - depois (%) 19,0 8,3 11,9 10,5 11,6 10,0 14,3 8,2 14,4 8,4 14,6 10,9 12,5Leitura NOX - depois (ppm) 169,0 154,0 302,0 215,0 338,0 226,0 652,0 268,0 639,0 279,0 596,0 375,0 344,0Leitura HC - depois (ppm) 15,0 14,0 20,0 23,0 27,0 22,0 32,0 19,0 27,0 19,0 31,0 27,0 30,0Leitura CO - antes (ppm) 239,00 62,00 54,00 55,00 65,00 52,00 164,00 65,00 64,00 63,00 189,00 63,00 55,00Leitura CO2 - antes (%) 1,17 9,13 6,38 7,50 6,63 7,78 4,61 9,10 4,54 9,25 4,37 7,08 6,05Leitura O2 - antes (%) 19,05 8,35 11,80 10,43 11,63 10,08 14,27 8,26 14,39 8,13 14,52 10,98 12,36Leitura NOX - antes (ppm) 172,00 1309,00 878,00 1016,00 954,00 1122,00 648,00 1233,00 649,00 1180,00 601,00 956,00 858,00Leitura HC - antes (ppm) 130,00 49,00 57,00 58,00 74,00 61,00 96,00 53,00 72,00 54,00 82,00 60,00 66,00Fluxo combustível (kg/h)Fluxo ar PLU (kg/h) 140,4 791,6 613,2 761,2 543,4 680,9 427,0 856,3 482,1 928,5 544,2 867,0 701,2Fluxo escape (kg/h) 141,3 825,3 631,9 788,4 560,6 706,2 436,6 892,8 492,7 968,4 555,7 896,5 721,3Lambda V (-)

Confidencial

Confidencial

Confidencial

WP:p508DNOX10D_6C_950Nm_dino_1

1° Ciclo ESC com particulado após montar SCR do caminhão com 30000 Km e diesel 2000 ppm WP:p497V73_DNOX_6C_26290_07_1

96

Fluxo Ar CO2 (kg/h) - depois 145,5 753,3 603,0 740,8 533,3 661,2 432,8 817,6 486,0 896,9 544,0 850,1 699,6Fluxo Ar CO2 (kg/h) - antes 150,5 747,8 599,3 738,9 533,3 662,0 430,1 813,3 479,7 873,7 541,5 851,2 681,7Dif. CO2/PLU (%) 3,6 -4,8 -1,7 -2,7 -1,8 -2,9 1,4 -4,5 0,8 -3,4 0,0 -2,0 -0,2Fluxo ar Spindt (kg/h) - depois 144,0 793,9 618,1 772,8 550,8 691,0 439,2 860,9 491,0 946,9 549,5 881,9 716,7Fluxo ar Spindt (kg/h) - antes 144,7 794,4 614,0 769,8 552,1 693,3 434,5 859,4 485,6 927,0 543,5 884,5 700,7Dif. SPI/PLU (%) 2,5 0,3 0,8 1,5 1,4 1,5 2,9 0,5 1,8 2,0 1,0 1,7 2,2Correção NOX (-) 1,0156 0,9817 1,0116 1,0030 1,0065 0,9869 1,0128 0,9738 1,0204 0,9723 1,0167 0,9879 0,9943Correção Seca/Úmida 0,9888 0,9206 0,9432 0,9334 0,9406 0,9307 0,9580 0,9204 0,9592 0,9199 0,9607 0,9365 0,9465C.Corr.CO2 (%) 1,21 9,06 6,34 7,48 6,63 7,79 4,58 9,05 4,48 9,00 4,35 7,09 5,89C.Corr.NOX (ppm) 171,6 151,2 305,5 215,6 340,2 223,0 660,3 261,0 652,0 271,3 606,0 370,5 342,0c.corr.CO (ppm) 11,0 28,0 33,0 36,0 45,0 36,0 69,0 35,0 36,0 32,0 61,0 45,0 45,0C.Corr.HC (ppm) 15,0 14,0 20,0 23,0 27,0 22,0 32,0 19,0 27,0 19,0 31,0 27,0 30,0Concen O2 (%) 19,01 8,26 11,85 10,47 11,56 10,01 14,34 8,24 14,40 8,35 14,61 10,92 12,49C.Corr.CO2 (%) - antes 1,17 9,13 6,38 7,50 6,63 7,78 4,61 9,10 4,54 9,25 4,37 7,08 6,05C.Corr.NOX (ppm) - antes 174,7 1285,1 888,2 1019,0 960,2 1107,3 656,3 1200,7 662,2 1147,3 611,1 944,5 853,1c.corr.CO (ppm) - antes 239,0 62,0 54,0 55,0 65,0 52,0 164,0 65,0 64,0 63,0 189,0 63,0 55,0C.Corr.HC (ppm) - antes 130,0 49,0 57,0 58,0 74,0 61,0 96,0 53,0 72,0 54,0 82,0 60,0 66,0Concen O2 (%) - antes 19,05 8,35 11,80 10,43 11,63 10,08 14,27 8,26 14,39 8,13 14,52 10,98 12,36Fluxo NOX (g/h) - depois 38,5 198,0 306,4 269,8 302,7 250,0 457,5 369,8 509,8 416,9 534,4 527,1 391,5Fluxo CO (g/h) - depois 1,5 22,3 20,1 27,4 24,4 24,6 29,1 30,2 17,1 29,9 32,7 39,0 31,4Fluxo HC (g/h) - depois 1,0 5,5 6,0 8,7 7,2 7,4 6,7 8,1 6,4 8,8 8,2 11,6 10,3Fluxo NOX (g/h) - antes 39,2 1683,1 890,7 1275,0 854,3 1241,0 454,7 1701,3 517,8 1763,1 538,9 1343,8 976,6Fluxo CO (g/h) - antes 32,6 49,4 33,0 41,9 35,2 35,5 69,2 56,1 30,5 58,9 101,5 54,6 38,3Fluxo HC (g/h) - antes 8,8 19,3 17,2 21,9 19,8 20,6 20,0 22,6 17,0 25,0 21,8 25,7 22,8Pot.OBS (kW) 0,2 166,4 88,5 132,2 83,1 124,7 41,8 176,6 44,2 189,7 47,3 141,4 94,0EE NOX (g/kW.h) - depois 249,47 1,19 3,46 2,04 3,64 2,00 10,95 2,09 11,53 2,20 11,30 3,73 4,16EE CO (g/kW.h) - depois 9,73 0,13 0,23 0,21 0,29 0,20 0,70 0,17 0,39 0,16 0,69 0,28 0,33EE HC (g/kW.h) - depois 6,57 0,03 0,07 0,07 0,09 0,06 0,16 0,05 0,14 0,05 0,17 0,08 0,11EE NOX (g/kW.h) - antes 253,90 10,11 10,06 9,64 10,28 9,95 10,89 9,63 11,71 9,29 11,40 9,50 10,39EE CO (g/kW.h) - antes 211,46 0,30 0,37 0,32 0,42 0,28 1,66 0,32 0,69 0,31 2,15 0,39 0,41EE HC (g/kW.h) - antes 56,91 0,12 0,19 0,17 0,24 0,17 0,48 0,13 0,38 0,13 0,46 0,18 0,24Cond.Atmosf. p/ NBR ISO 1585 (-) 1,015 1,009 1,011 1,011 1,011 1,007 1,008 1,005 1,007 1,004 1,004 1,001 1,000Cond.Atmosf. p/ Emissões (-) 1,000 0,998 1,000 1,001 1,000 0,997 0,996 0,995 0,995 0,993 0,992 0,989 0,988Fluxo fuligem estim. MIRA(mg/m³) 1,759 6,530 9,662 8,069 14,175 10,204 6,530 8,069 5,286 7,293 5,532 8,331 8,594Fluxo de fuligem estim.MIRA (g/h) 0,206 4,475 5,070 5,283 6,600 5,985 2,368 5,983 2,162 5,865 2,553 6,203 5,148E.esp.Fuligem estim.MIRA(g/kW.h) 1,338 0,027 0,057 0,040 0,079 0,048 0,057 0,034 0,049 0,031 0,054 0,044 0,055Fluxo fuligem estim. FEV(mg/m³) 13,115 16,875 19,370 18,099 22,999 19,805 16,875 18,099 15,890 17,481 16,084 18,308 18,518Fluxo de fuligem estim.FEV(g/h) 1,539 11,565 10,164 11,850 10,708 11,615 6,119 13,420 6,501 14,058 7,422 13,631 11,092E.esp.Fuligem estim.FEV(g/kW.h) 9,975 0,069 0,115 0,090 0,129 0,093 0,146 0,076 0,147 0,074 0,157 0,096 0,118Effic. NOX (%) 2 88 66 79 65 80 -1 78 2 76 1 61 60Effic. CO (%) 95 55 39 35 31 31 58 46 44 49 68 29 18Effic. HC (%) 88 71 65 60 64 64 67 64 63 65 62 55 55Temperatura Cat. antes (°C) 171,7 422,9 325,2 367,8 321,4 371,4 251,9 433,1 254,0 448,7 245,4 364,1 314,4Temperatura Cat. depois (°C) 297,4 437,1 336,1 377,4 330,1 380,4 264,5 442,0 264,1 455,5 252,4 371,1 322,1Alpha (-) 0,0 0,9 0,7 0,8 0,7 0,8 0,0 0,8 0,0 0,8 0,0 0,7 0,6Velocidade Espacial (1/h) 8216 45982 35682 44295 31617 39525 24811 49619 27984 53744 31513 50080 40488Débito de Uréia teórico (g/h) 0,000 3130,000 1233,000 2095,000 1178,000 2015,000 0,000 2765,000 0,000 2803,000 0,000 1770,000 1255,000

3,28 9,98 670,23 0,47 510,07 0,20 65

--

-2,2 -2,8 -1,4 0,7 -

---

Depois Antes Effic. (%)

Cons.Específico médio do ciclo (OBS) (g/cv.h)Material Particulado (g/Kwh)

Emiss.especifica média de fuligem estim. FEV (g/kW.h)Erro vazão de ar estim.pela concen.CO2 (%)Erro vazão de ar estim. pela equ. Spindt (%)Potência média do ciclo (kW)

0,096

97,52155,40,174

0,042Emiss.especifica média de fuligem estim. MIRA (g/kW.h)Emiss.específica média de HC (g/kW.h)

Emiss.específica média de CO (g/kW/h)


97



Motor: 612 . TCE 006397 P.Atm.(mmHg): 702,8 Avanço centrif.: eletrônico Ventilador: Dinamometro: 5 Dens.Comb.(kg/l): 0,841 Tubos Alta press.: NP Nível Swirl: Folha de teste: 220 Massa Comb.(g): 53,84 Turbo Fabr./Aerod.: Tipo de Diesel: Data: 9/ago/07 Taxa Compress.: 16,9:1 Bico Injetor: NP Cabeçote: Mecanico(s): Cleilton Tipo Pistão: Pto Injeção est.: - Cilindros: 6 Bomba Inetora: CP3.3 Prof. Bico H (mm) 2 Cilindrada Unitária: Num. de série: - Cam.Combust.: NP Arquivo de Mapas: WP:P508DNOX10D_6C_950Nm_dino_1Regulador: eletrônico Eixo Comando: NP

1º ESC com SCR do caminhão com 20000 km usando diesel 2000ppm. Dataset: Dnox_6C_26290_07_1. Ponto de Medição (-) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Rotação (rpm) 700 1644 1777 1777 1642 1641 1642 1776 1775 1916 1915 1917 1916Carga (kgf) 0,0 137,4 67,6 101,3 68,5 102,9 34,4 134,8 33,7 133,3 33,6 100,5 66,9Num. de voltas (-) 2727 162 316 215 317 215 564 161 563 160 557 214 315Fumaça Obs. (BOSCH) 0,04 0,30 0,38 0,31 0,49 0,46 0,25 0,36 0,23 0,38 0,24 0,35 0,37Pressão de óleo (kg/cm²) 2,2 4,2 4,6 4,4 4,4 4,3 4,6 4,3 4,7 4,4 4,7 4,6 4,6Temp. Óleo Lubr.(ºC) 90,3 103,0 98,7 102,0 98,5 101,1 94,1 104,0 95,4 107,0 97,3 103,1 100,3Temp Agua (ºC) 74,0 79,7 77,9 79,5 77,4 79,2 77,1 80,4 77,5 80,9 77,9 80,0 78,2P1 (mm H2O) 13 552 320 528 249 412 150 633 183 744 238 662 417P21 (mm Hg) 19 1018 524 840 472 777 224 1039 256 1060 309 928 605P22 (mm Hg) 11 942 461 759 420 707 181 949 205 953 249 832 528P3 (mm Hg) 42 967 609 899 520 774 316 1021 364 1085 439 1036 725P4 (mm H2O) 106 1490 862 1310 715 1099 446 1717 515 2009 579 1561 1015

T1 (ºC) 18,1 13,6 14,5 15,8 15,2 14,4 14,4 14,9 14,6 14,8 14,0 14,6 14,2T21 (ºC) 30,2 139,4 87,5 123,2 82,3 114,6 50,4 142,4 54,8 144,1 61,3 130,7 96,1T22 (ºC) 31,0 30,1 27,9 29,5 28,1 29,3 28,5 32,6 30,0 35,1 31,6 35,0 33,1T3 (ºC) 152 609 448 530 448 532 324 623 324 649 331 535 449T4 (ºC) 180 495 374 427 381 437 286 511 286 537 285 426 369T Combust. (ºC) 40,5 40,4 40,4 40,5 40,3 40,0 39,9 40,1 39,9 40,1 39,9 39,8 39,5Inicio de inj. Dinamico (ºAPMS)Débito Inj. Princ.debito de pre inj.Press. Máx. Inj. Bico (bar)ponto de pre inj.Temperatura antes PLU (ºC) 13,4 12,7 13,6 16,4 13,9 13,6 12,6 15,6 13,3 15,7 12,6 15,5 14,0Temperatura após PLU (ºC) 14,4 13,1 13,7 15,8 14,2 13,8 13,2 15,1 13,5 15,3 13,1 15,0 14,0Pressão Antes PLU (mm H2O) -38 135 51 111 19 68 -19 148 -10 180 11 151 76Pressão Após PLU (mm H2O) 35 263 171 261 153 213 110 303 123 346 148 301 206Vazão PLU (m³/h) 124,0 696,0 531,0 674,0 473,0 595,0 368,0 759,0 410,0 812,0 462,0 757,0 600,0"TBS" Medidor de Umidade (ºC) 16,8 14,4 14,8 16,3 15,6 15,0 14,5 15,8 14,8 15,9 14,3 15,5 14,7"TBU" Medidor de Umidade (ºC) 11,4 10,1 10,6 11,5 10,9 11,6 10,8 13,8 11,5 14,1 11,0 13,8 12,3Torque Obs. (m.kgf) 0,0 98,4 48,4 72,6 49,1 73,7 24,6 96,5 24,1 95,5 24,1 72,0 47,9Potencia Obs. (cv) 0,0 225,9 120,1 180,0 112,5 168,9 56,5 239,4 59,8 255,4 64,3 192,7 128,2PME Obs. (bar) 0,0 17,0 8,4 12,6 8,5 12,8 4,3 16,7 4,2 16,5 4,2 12,5 8,3Cons. Esp. Obs. (g/cv.h) 0,0 145,1 151,2 148,3 148,8 146,0 166,5 148,8 170,3 151,5 172,6 150,2 153,3Fator Correção. NBR ISO 1585 1,004 1,000 1,001 1,002 1,001 1,001 1,001 1,002 1,001 1,002 1,000 1,001 1,001Torque Corr. (m.kgf) 0,0 98,4 48,4 72,7 49,1 73,8 24,7 96,8 24,2 95,7 24,1 72,1 47,9Potencia Corr. (cv) 0,0 225,8 120,2 180,3 112,6 169,0 56,5 240,0 59,9 256,0 64,4 192,9 128,3PME Corr. (bar) 0,0 17,0 8,4 12,6 8,5 12,8 4,3 16,7 4,2 16,6 4,2 12,5 8,3Cons. Esp. Corr. (g/cv.h) 0,0 145,2 151,1 148,1 148,6 145,9 166,4 148,5 170,1 151,1 172,6 150,0 153,2Fumaça corr. NBR 5478 (BOSCH) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00K legislação 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03Rel. P21/P1 1,028 2,599 1,806 2,324 1,716 2,200 1,340 2,654 1,391 2,720 1,476 2,493 1,946Rel. P3/P4 1,048 2,055 1,712 2,004 1,619 1,885 1,385 2,079 1,440 2,102 1,532 2,127 1,837Rel. P22/P3 0,958 0,985 0,887 0,913 0,918 0,955 0,867 0,958 0,851 0,926 0,834 0,883 0,862Fator Peso (-) 0,15000 0,08000 0,10000 0,10000 0,05000 0,05000 0,05000 0,09000 0,10000 0,08000 0,05000 0,05000 0,05000Leitura CO (ppm) 10,00 35,00 43,00 43,00 46,00 43,00 86,00 41,00 48,00 37,00 90,00 49,00 49,00Leitura CO2 (%) 1,22 9,41 6,63 7,85 6,90 8,17 4,80 9,52 4,82 9,68 4,66 7,69 6,45Leitura O2 (%) 19,4 7,9 11,7 10,1 11,1 9,6 13,8 7,9 14,0 7,4 14,1 10,1 11,8Leitura NOX (ppm) 172,0 182,0 330,0 260,0 388,0 234,0 704,0 250,0 701,0 288,0 646,0 360,0 344,0Leitura HC (ppm) 7,0 10,0 16,0 15,0 16,0 15,0 24,0 12,0 21,0 12,0 23,0 18,0 20,0Leitura CO - antes (ppm) 223,00 54,00 54,00 51,00 62,00 50,00 160,00 64,00 64,00 66,00 154,00 61,00 55,00Leitura CO2 (%) - antes 1,20 9,34 6,89 7,79 6,86 8,12 4,82 9,44 4,81 9,60 4,67 7,62 6,41Leitura O2 (%) - antes 19,50 7,91 11,63 10,11 11,30 9,46 13,79 8,04 14,28 7,55 14,13 10,12 11,78Leitura NOX - antes (ppm) 175,00 1415,00 950,00 1092,00 1044,00 1184,00 707,00 1270,00 700,00 1232,00 642,00 1005,00 891,00Leitura HC - antes (ppm) 120,00 48,00 57,00 54,00 60,00 56,00 88,00 50,00 70,00 51,00 81,00 56,00 62,00TSCR_pre 200 423 322 370 322 370 246 437 247 463 252 373 319TSCR pos 37 36 35 36 34 34 33 34 32 34 31 31 30Tadblue 25 26 26 26 24 22 20 20 19 19 19 18 17vaz adblue 0 3130 1228 2095 1178 2015 0 2765 0 2803 0 1770 1255Fluxo combustível (kg/h)

Confidencial

Confidencial

98

Fluxo Ar CO2 (kg/h) 142,1 706,4 560,9 693,4 496,1 615,1 403,8 761,1 436,3 812,2 492,2 770,3 625,6Fluxo Ar CO2 (kg/h) - antes 144,5 711,4 540,4 698,5 498,9 618,8 402,2 767,3 437,2 818,6 491,2 777,1 629,4Dif. CO2/PLU (%) 1,0 -8,9 -5,9 -6,8 -6,6 -7,6 -3,1 -9,0 -5,8 -8,8 -5,6 -7,7 -6,7Fluxo ar Spindt (kg/h) 143,3 749,8 581,9 727,6 511,5 645,2 405,3 811,2 442,3 856,6 496,2 797,4 641,4Fluxo ar Spindt (kg/h) - antes 142,5 751,5 568,5 731,9 516,8 643,3 403,0 818,5 448,2 863,4 494,1 801,9 644,1Dif. SPI/PLU (%) 1,9 -3,3 -2,3 -2,2 -3,8 -3,0 -2,8 -3,0 -4,5 -3,8 -4,9 -4,4 -4,3Correção NOX (-) 1,0043 0,9549 0,9783 0,9704 0,9738 0,9801 0,9997 0,9949 1,0109 0,9966 1,0089 1,0175 1,0114Correção Seca/Úmida 0,9890 0,9213 0,9432 0,9331 0,9414 0,9309 0,9580 0,9204 0,9590 0,9188 0,9603 0,9352 0,9453C.Corr.CO2 (%) 1,22 9,41 6,63 7,85 6,90 8,17 4,80 9,52 4,82 9,68 4,66 7,69 6,45C.Corr.NOX (ppm) 172,7 173,8 322,8 252,3 377,8 229,3 703,8 248,7 708,6 287,0 651,7 366,3 347,9c.corr.CO (ppm) 10,0 35,0 43,0 43,0 46,0 43,0 86,0 41,0 48,0 37,0 90,0 49,0 49,0C.Corr.HC (ppm) 7,0 10,0 16,0 15,0 16,0 15,0 24,0 12,0 21,0 12,0 23,0 18,0 20,0Concen O2 (%) 19,39 7,91 11,67 10,05 11,13 9,57 13,80 7,90 14,00 7,43 14,14 10,08 11,75C.Corr.CO2 (%) - antes 1,20 9,34 6,89 7,79 6,86 8,12 4,82 9,44 4,81 9,60 4,67 7,62 6,41C.Corr.NOX (ppm) - antes 175,7 1351,2 929,4 1059,7 1016,7 1160,4 706,8 1263,5 707,6 1227,8 647,7 1022,6 901,2c.corr.CO (ppm) - antes 223,0 54,0 54,0 51,0 62,0 50,0 160,0 64,0 64,0 66,0 154,0 61,0 55,0C.Corr.HC (ppm) - antes 120,0 48,0 57,0 54,0 60,0 56,0 88,0 50,0 70,0 51,0 81,0 56,0 62,0Concen O2 (%) - antes 19,50 7,91 11,63 10,11 11,30 9,46 13,79 8,04 14,28 7,55 14,13 10,12 11,78Fluxo NOX (g/h) 38,8 223,0 314,6 308,6 328,7 251,2 476,1 344,2 532,3 423,4 551,0 501,9 381,0Fluxo CO (g/h) 1,4 27,3 25,5 32,0 24,4 28,7 35,4 34,5 21,9 33,2 46,3 40,9 32,7Fluxo HC (g/h) 0,5 3,9 4,7 5,5 4,2 4,9 4,9 5,0 4,8 5,3 5,9 7,4 6,6Fluxo NOX (g/h) - antes 39,5 1733,7 905,6 1296,1 884,4 1270,9 478,1 1748,6 531,5 1811,0 547,6 1401,2 986,8Fluxo CO (g/h) - antes 30,5 42,2 32,0 38,0 32,8 33,3 65,9 53,9 29,3 59,3 79,2 50,9 36,7Fluxo HC (g/h) - antes 8,1 18,6 16,7 19,9 15,7 18,5 17,9 20,8 15,8 22,7 20,6 23,1 20,4Pot.OBS (kW) 0,0 166,1 88,4 132,4 82,7 124,2 41,5 176,1 44,0 187,8 47,3 141,7 94,3EE NOX (g/kW.h) 0,00 1,34 3,56 2,33 3,97 2,02 11,46 1,95 12,10 2,25 11,64 3,54 4,04EE CO (g/kW.h) 0,00 0,16 0,29 0,24 0,29 0,23 0,85 0,20 0,50 0,18 0,98 0,29 0,35EE HC (g/kW.h) 0,00 0,02 0,05 0,04 0,05 0,04 0,12 0,03 0,11 0,03 0,12 0,05 0,07EE NOX (g/kW.h) - antes 0,00 10,44 10,25 9,79 10,69 10,23 11,51 9,93 12,08 9,64 11,57 9,89 10,47EE CO (g/kW.h) - antes 0,00 0,25 0,36 0,29 0,40 0,27 1,59 0,31 0,67 0,32 1,67 0,36 0,39EE HC (g/kW.h) - antes 0,00 0,11 0,19 0,15 0,19 0,15 0,43 0,12 0,36 0,12 0,44 0,16 0,22Cond.Atmosf. p/ NBR ISO 1585 (-) 1,018 0,999 1,003 1,009 1,006 1,004 1,003 1,008 1,004 1,008 1,002 1,007 1,004Cond.Atmosf. p/ Emissões (-) 1,004 0,991 0,994 1,002 0,998 0,996 0,993 1,002 0,995 1,003 0,992 1,001 0,995Fluxo fuligem estim. MIRA(mg/m³) 0,869 7,037 9,125 7,293 12,152 11,308 5,779 8,594 5,286 9,125 5,532 8,331 8,859Fluxo de fuligem estim.MIRA (g/h) 0,102 4,725 4,653 4,667 5,532 6,480 2,046 6,224 2,078 7,043 2,447 5,973 5,076E.esp.Fuligem estim.MIRA(g/kW.h) 0,000 0,028 0,053 0,035 0,067 0,052 0,049 0,035 0,047 0,037 0,052 0,042 0,054Fluxo fuligem estim. FEV(mg/m³) 12,420 17,278 18,941 17,481 21,367 20,689 16,280 18,518 15,890 18,941 16,084 18,308 18,729Fluxo de fuligem estim.FEV(g/h) 1,459 11,601 9,659 11,188 9,727 11,857 5,763 13,410 6,246 14,619 7,115 13,126 10,731E.esp.Fuligem estim.FEV(g/kW.h) 0,000 0,070 0,109 0,085 0,118 0,095 0,139 0,076 0,142 0,078 0,150 0,093 0,114Emiss.específica média de NOX (g/kW.h) 3,38 10,27 67Emiss.específica média de CO (g/kW/h) 0,27 0,44 37Emiss.específica média de HC (g/kW.h) 0,05 0,18 75Emiss.especifica média de fuligem estim. MIRA (g/kW.h) 0,041 -Emiss.especifica média de fuligem estim. FEV (g/kW.h) 0,094 -Erro vazão de ar estim.pela concen.CO2 (%) -7,0 -6,8Erro vazão de ar estim. pela equ. Spindt (%) -3,2 -3,0Potência média do ciclo (kW) 97,23 97,23Cons.Específico médio do ciclo (OBS) (g/cv.h) 151,8 151,8Material Particulado (g/Kwh)

Depois Antes Effic. (%)0,134

99



Motor: 612 . TCE 006397 P.Atm.(mmHg): 703,6 Avanço centrif.: eletrônico Ventilador: Dinamometro: 5 Dens.Comb.(kg/l): 0,841 Tubos Alta press.: NP Nível Swirl: Folha de teste: 160 Massa Comb.(g): 54,77 Turbo Fabr./Aerod.: Tipo de Diesel: Data: 27/06/07 Taxa Compress.: 16,9:1 Bico Injetor: NP Cabeçote: Mecanico(s): Fabio / Jose Carlos Tipo Pistão: NP Pto Injeção est.: - Cilindros: Bomba Inetora: CP3.3 Prof. Bico H (mm) 2 Cilindrada Unitária: Num. de série: - Cam.Combust.: NP Arquivo de Mapas: WP:P508DNOX10D_6C_950Nm_dino_1Regulador: eletrônico Eixo Comando: NP

1º ESC com SCR do caminhão com 10000 km usando diesel 2000ppm . Data set Dnox: WP: P497V73_DNox_6C_26290_06_1 Ponto de Medição (-) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Rotação (rpm) 900 1637 1774 1776 1637 1636 1635 1777 1774 1917 1913 1911 1913Carga (kgf) 0,0 136,1 66,8 100,9 67,9 101,1 34,0 133,1 33,8 131,9 32,7 98,6 66,1Num. de voltas (-) 2477 162 316 217 316 216 555 162 562 161 557 216 316Fumaça Obs. (BOSCH) 0,08 0,36 0,50 0,40 0,65 0,54 0,25 0,36 0,25 0,39 0,24 0,37 0,41Pressão de óleo (kg/cm²) 3,5 4,6 4,8 4,7 4,7 4,6 4,8 4,6 4,8 4,6 4,8 4,7 4,8Temp. Óleo Lubr.(ºC) 87,5 100,0 98,7 101,1 98,5 100,5 95,7 102,8 98,4 104,6 99,3 101,9 100,7Temp Agua (ºC) 76,1 79,5 78,3 79,3 77,7 78,8 77,6 80,0 78,0 80,4 78,5 79,5 78,8P1 (mm H2O) 40 575 336 540 259 401 162 673 210 771 258 671 428P21 (mm Hg) 28 1005 514 819 451 733 218 1022 267 1035 308 898 591P22 (mm Hg) 15 930 453 740 401 669 175 933 216 933 249 805 515P3 (mm Hg) 66 969 595 874 497 737 309 1020 377 1071 445 1013 712P4 (mm H2O) 103 1536 889 1357 758 1135 480 1811 579 2074 646 1581 1062

T1 (ºC) 16,0 15,8 15,4 15,2 15,4 14,8 15,0 14,3 15,1 14,9 16,0 15,2 15,1T21 (ºC) 26,5 141,4 87,7 120,7 80,1 111,5 51,0 140,8 58,5 143,1 64,5 129,2 96,2T22 (ºC) 27,7 28,8 26,7 27,4 26,3 26,9 26,1 28,3 26,7 29,3 26,8 28,3 27,1T3 (ºC) 135 604 450 530 455 534 328 612 336 634 336 523 446T4 (ºC) 147 488 378 430 389 442 297 498 304 521 296 415 367T Combust. (ºC) 39,3 37,6 39,1 38,6 39,5 38,8 39,7 38,5 40,0 39,0 40,1 39,6 40,1Inicio de inj. Dinamico (ºAPMS)Débito Inj. Princ.debito de pre inj.Press. Máx. Inj. Bico (bar)ponto de pre inj.Temperatura antes PLU (ºC) 11,6 17,0 15,0 15,6 14,6 14,6 13,5 14,8 14,2 16,1 15,9 15,9 15,0Temperatura após PLU (ºC) 13,0 16,2 14,9 15,4 14,7 14,5 13,9 14,6 14,2 15,6 15,5 15,5 14,9Pressão Antes PLU (mm H2O) -10 167 85 146 54 102 20 188 34 221 49 186 104Pressão Após PLU (mm H2O) 35 253 163 241 135 193 93 288 120 334 135 273 201Vazão PLU (m³/h) 164,6 699,4 532,6 667,8 469,4 583,2 371,8 760,2 425,4 819,2 474,4 752,8 605,5"TBS" Medidor de Umidade (ºC) 15,3 16,6 15,8 15,8 15,6 15,4 15,1 15,2 15,2 15,9 16,2 16,1 15,7"TBU" Medidor de Umidade (ºC) 10,3 15,1 13,3 13,8 12,9 12,8 11,9 12,9 12,6 14,1 13,9 13,7 12,9"TBS" ar-condicionado (ºC) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0Umidade Rel.do ar-condic. (%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0Torque Obs. (m.kgf) 0,0 97,5 47,8 72,3 48,6 72,4 24,4 95,3 24,2 94,5 23,4 70,6 47,3Potencia Obs. (cv) 0,0 222,8 118,5 179,2 111,2 165,4 55,6 236,5 60,0 252,9 62,6 188,4 126,4PME Obs. (bar) 0,0 16,9 8,3 12,5 8,4 12,5 4,2 16,5 4,2 16,3 4,1 12,2 8,2Cons. Esp. Obs. (g/cv.h) 0,0 149,0 155,7 150,1 153,2 150,5 174,1 152,4 173,0 154,7 180,4 154,3 157,3Fator Correção. NBR ISO 1585 1,002 1,004 1,002 1,002 1,002 1,001 1,001 1,001 1,001 1,003 1,002 1,002 1,001Torque Corr. (m.kgf) 0,0 97,9 47,9 72,4 48,7 72,5 24,4 95,4 24,2 94,7 23,5 70,7 47,4Potencia Corr. (cv) 0,0 223,7 118,7 179,5 111,3 165,6 55,7 236,8 60,0 253,5 62,7 188,7 126,6PME Corr. (bar) 0,0 16,9 8,3 12,5 8,4 12,5 4,2 16,5 4,2 16,4 4,1 12,2 8,2Cons. Esp. Corr. (g/cv.h) 0,0 148,4 155,4 149,8 152,9 150,3 174,0 152,2 172,8 154,4 180,0 154,0 157,1Fumaça corr. NBR 5478 (BOSCH) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,15 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00K legislação 0,02 0,03 0,03 0,03 0,06 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03Rel. P21/P1 1,044 2,584 1,794 2,293 1,687 2,131 1,332 2,638 1,410 2,688 1,478 2,448 1,926Rel. P3/P4 1,082 2,048 1,689 1,964 1,581 1,830 1,370 2,060 1,448 2,073 1,529 2,094 1,811Rel. P22/P3 0,934 0,977 0,891 0,915 0,920 0,953 0,868 0,950 0,851 0,922 0,829 0,879 0,861Fator Peso (-) 0,15000 0,08000 0,10000 0,10000 0,05000 0,05000 0,05000 0,09000 0,10000 0,08000 0,05000 0,05000 0,05000Leitura CO (ppm) 10,00 39,00 39,00 44,00 44,00 39,00 62,00 42,00 29,00 37,00 52,00 51,00 42,00Leitura CO2 (%) 1,31 9,43 6,67 7,93 6,99 8,24 4,83 9,39 4,67 9,48 4,54 7,49 6,34Leitura O2 (%) 18,1 7,9 11,5 10,0 11,1 9,3 13,8 7,9 14,2 7,7 14,3 10,3 11,9Leitura NOX (ppm) 130,0 154,0 307,0 214,0 351,0 188,0 684,0 259,0 661,0 301,0 601,0 415,0 347,0Leitura HC (ppm) 12,0 11,0 17,0 17,0 17,0 17,0 20,0 14,0 17,0 13,0 20,0 18,0 20,0Leitura CO - antes (ppm) 265,00 57,00 55,00 55,00 68,00 58,00 140,00 89,00 61,00 58,00 125,00 63,00 56,00Leitura CO2 (%) - antes 1,26 9,37 6,64 7,85 6,95 8,18 4,83 9,25 4,65 9,40 4,51 7,48 630,00Leitura O2 (%) - antes 18,87 7,92 11,63 9,97 11,17 9,55 13,95 8,02 14,12 7,92 14,32 10,37 11,99Leitura NOX - antes (ppm) 131,00 1312,00 887,00 1035,00 990,00 1014,00 675,00 1230,00 659,00 1195,00 595,00 945,00 862,00Leitura HC - antes (ppm) 171,00 47,00 59,00 55,00 65,00 60,00 82,00 48,00 63,00 47,00 71,00 53,00 62,00TSCR_pre 154 409 322 368 324 373 259 424 280 447 276 361 322TSCR pos 244 404 334 367 337 373 280 416 314 438 303 354 328Fluxo combustível (kg/h)

Confidencial

Confidencial

100

Fluxo Ar CO2 (kg/h) 190,4 715,7 567,1 692,7 498,6 615,1 413,1 779,1 459,0 837,7 514,3 793,0 643,9Fluxo Ar CO2 (kg/h) - antes 197,9 720,1 569,5 699,5 501,4 619,4 413,1 790,3 460,9 844,5 517,6 794,0 25,7Dif. CO2/PLU (%) 1,4 -7,0 -4,7 -6,3 -5,3 -5,5 -1,6 -7,2 -4,1 -6,6 -3,0 -4,4 -4,5Fluxo ar Spindt (kg/h) 182,0 758,9 584,1 726,1 515,6 641,0 415,5 825,8 463,6 884,7 517,9 820,1 661,3Fluxo ar Spindt (kg/h) - antes 189,4 760,7 588,9 729,8 518,9 649,9 417,6 833,3 463,5 895,2 519,2 822,5 292,1Dif. SPI/PLU (%) -3,0 -1,4 -1,8 -1,7 -2,0 -1,5 -1,1 -1,6 -3,2 -1,4 -2,3 -1,1 -1,9Correção NOX (-) 1,0040 1,0081 1,0144 1,0102 1,0059 0,9926 1,0127 0,9847 1,0296 0,9960 1,0467 1,0092 1,0113Correção Seca/Úmida 0,9882 0,9193 0,9421 0,9320 0,9396 0,9286 0,9570 0,9198 0,9596 0,9185 0,9602 0,9345 0,9449C.Corr.CO2 (%) 1,31 9,43 6,67 7,93 6,99 8,24 4,83 9,39 4,67 9,48 4,54 7,49 6,34C.Corr.NOX (ppm) 130,5 155,3 311,4 216,2 353,1 186,6 692,7 255,0 680,6 299,8 629,0 418,8 350,9c.corr.CO (ppm) 10,0 39,0 39,0 44,0 44,0 39,0 62,0 42,0 29,0 37,0 52,0 51,0 42,0C.Corr.HC (ppm) 12,0 11,0 17,0 17,0 17,0 17,0 20,0 14,0 17,0 13,0 20,0 18,0 20,0Concen O2 (%) 18,14 7,91 11,49 9,95 11,08 9,31 13,79 7,93 14,15 7,72 14,31 10,31 11,93C.Corr.CO2 (%) - antes 1,26 9,37 6,64 7,85 6,95 8,18 4,83 9,25 4,65 9,40 4,51 7,48 630,00C.Corr.NOX (ppm) - antes 131,5 1322,7 899,7 1045,6 995,8 1006,5 683,6 1211,1 678,5 1190,2 622,8 953,7 871,7c.corr.CO (ppm) - antes 265,0 57,0 55,0 55,0 68,0 58,0 140,0 89,0 61,0 58,0 125,0 63,0 56,0C.Corr.HC (ppm) - antes 171,0 47,0 59,0 55,0 65,0 60,0 82,0 48,0 63,0 47,0 71,0 53,0 62,0Concen O2 (%) - antes 18,87 7,92 11,63 9,97 11,17 9,55 13,95 8,02 14,12 7,92 14,32 10,37 11,99Fluxo NOX (g/h) 39,1 197,8 303,1 262,7 304,5 200,0 472,4 354,3 528,2 445,5 540,6 570,4 386,6Fluxo CO (g/h) 1,8 30,2 23,1 32,5 23,1 25,4 25,7 35,5 13,7 33,5 27,2 42,3 28,2Fluxo HC (g/h) 1,1 4,2 5,0 6,2 4,4 5,5 4,1 5,9 4,0 5,8 5,2 7,4 6,6Fluxo NOX (g/h) - antes 39,4 1685,1 875,7 1270,7 858,8 1078,9 466,2 1682,8 526,6 1768,7 535,2 1299,0 960,3Fluxo CO (g/h) - antes 48,4 44,2 32,6 40,7 35,7 37,8 58,1 75,3 28,8 52,5 65,4 52,2 37,5Fluxo HC (g/h) - antes 15,4 18,0 17,3 20,1 16,9 19,4 16,8 20,1 14,7 21,0 18,4 21,7 20,6Pot.OBS (kW) 0,0 163,9 87,2 131,8 81,8 121,7 40,9 174,0 44,1 186,0 46,0 138,6 93,0EE NOX (g/kW.h) 0,00 1,21 3,48 1,99 3,72 1,64 11,55 2,04 11,98 2,40 11,75 4,12 4,16EE CO (g/kW.h) 0,00 0,18 0,27 0,25 0,28 0,21 0,63 0,20 0,31 0,18 0,59 0,31 0,30EE HC (g/kW.h) 0,00 0,03 0,06 0,05 0,05 0,05 0,10 0,03 0,09 0,03 0,11 0,05 0,07EE NOX (g/kW.h) - antes 0,00 10,28 10,05 9,64 10,50 8,87 11,40 9,67 11,94 9,51 11,63 9,37 10,32EE CO (g/kW.h) - antes 0,00 0,27 0,37 0,31 0,44 0,31 1,42 0,43 0,65 0,28 1,42 0,38 0,40EE HC (g/kW.h) - antes 0,00 0,11 0,20 0,15 0,21 0,16 0,41 0,12 0,33 0,11 0,40 0,16 0,22Cond.Atmosf. p/ NBR ISO 1585 (-) 1,008 1,012 1,009 1,008 1,008 1,006 1,006 1,004 1,007 1,008 1,012 1,008 1,007Cond.Atmosf. p/ Emissões (-) 0,995 1,007 1,001 1,002 0,999 0,998 0,996 0,998 0,997 1,002 1,004 1,003 1,000Fluxo fuligem estim. MIRA(mg/m³) 1,759 8,594 12,436 9,662 16,893 13,589 5,779 8,594 5,779 9,393 5,532 8,859 9,932Fluxo de fuligem estim.MIRA (g/h) 0,276 5,729 6,333 6,144 7,623 7,623 2,062 6,248 2,347 7,304 2,487 6,314 5,725E.esp.Fuligem estim.MIRA(g/kW.h) 0,000 0,035 0,073 0,047 0,093 0,063 0,050 0,036 0,053 0,039 0,054 0,046 0,062Fluxo fuligem estim. FEV(mg/m³) 13,115 18,518 21,596 19,370 25,200 22,525 16,280 18,518 16,280 19,155 16,084 18,729 19,587Fluxo de fuligem estim.FEV(g/h) 2,058 12,345 10,999 12,318 11,372 12,635 5,809 13,463 6,612 14,895 7,233 13,349 11,290E.esp.Fuligem estim.FEV(g/kW.h) 0,000 0,075 0,126 0,093 0,139 0,104 0,142 0,077 0,150 0,080 0,157 0,096 0,121Emiss.específica média de NOX (g/kW.h) 3,36 10,00 66Emiss.específica média de CO (g/kW/h) 0,25 0,48 48Emiss.específica média de HC (g/kW.h) 0,05 0,19 74Emiss.especifica média de fuligem estim. MIRA (g/kW.h) 0,049 -Emiss.especifica média de fuligem estim. FEV (g/kW.h) 0,102 -Erro vazão de ar estim.pela concen.CO2 (%) -5,2 -9,6Erro vazão de ar estim. pela equ. Spindt (%) -1,8 -4,1Potência média do ciclo (kW) 96,04 96,04Cons.Específico médio do ciclo (OBS) (g/cv.h) 156,0 156,0Material Particulado (g/Kwh)


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Tabela A4 Planilha de teste de emissões ESC referência (0km) e diesel com 2000ppm de teor de enxofre


Motor: 612 . TCE 006397 P.Atm.(mmHg): 696,8 Avanço centrif.: eletrônico Ventilador: Dinamometro: 5 Dens.Comb.(kg/l): 0,841 Tubos Alta press.: NP Nível Swirl: Folha de teste: 110 Massa Comb.(g): 54,76 Turbo Fabr./Aerod.: Tipo de Diesel: Data: 24/01/07 Taxa Compress.: 16,9:1 Bico Injetor: NP Cabeçote: Mecanico(s): Roberto Tipo Pistão: Pto Injeção est.: - Cilindros: 6 Bomba Inetora: CP3.3 Prof. Bico H (mm) 2 Cilindrada Unitária: Num. de série: - Cam.Combust.: NP Arquivo de Mapas: WP:P508DNOX10D_6C_950Nm_dino_1Regulador: eletrônico Eixo Comando: NP 1º ciclo ESC com particulado baseline 0kkm usando diesel de 2000ppm. Data set Dnox: WP: P497V73_DNox_6C_26290_02_1. Ponto de Medição (-) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Rotação (rpm) 700 1640 1773 1774 1640 1639 1639 1772 1770 1913 1913 1915 1916Carga (kgf) 0,0 129,3 65,5 98,5 64,6 97,5 32,7 131,3 33,2 131,6 32,8 98,3 65,4Num. de voltas (-) 2835 169 322 218 329 222 576 163 565 160 554 214 316Fumaça Obs. (BOSCH) 0,05 0,38 0,41 0,35 0,56 0,56 0,30 0,29 0,24 0,33 0,24 0,34 0,43Pressão de óleo (kg/cm²) -3,0 -3,2 -3,1 -3,2 -3,2 -3,1 -3,1 -3,1 -3,0 -3,2 -3,0 -3,1 -3,0Temp. Óleo Lubr.(ºC) 86,4 91,7 94,2 97,2 95,8 97,4 92,5 99,5 94,1 101,1 95,4 99,1 98,0Temp Agua (ºC) 74,3 78,7 77,6 78,6 77,3 78,3 76,8 79,4 77,4 79,8 77,6 79,0 78,1P1 (mm H2O) 9 533 308 490 224 346 130 633 169 740 222 632 385P21 (mm Hg) 20 975 519 815 441 707 217 1051 264 1062 310 926 603P22 (mm Hg) 9 890 449 727 382 637 168 948 205 945 242 817 516P3 (mm Hg) 43 909 572 832 463 683 294 1005 352 1048 421 992 688P4 (mm H2O) 211 954 799 1019 717 829 536 1226 581 1389 696 1036 1036

T1 (ºC) 18,2 14,3 13,3 12,0 12,3 14,8 15,1 12,0 15,1 14,4 13,6 11,9 12,0T21 (ºC) 31,4 134,9 85,4 115,6 75,2 107,9 50,7 139,1 56,5 143,4 61,2 126,6 92,8T22 (ºC) 34,4 33,7 33,5 33,8 33,9 34,2 34,3 35,1 34,5 35,2 34,4 34,6 34,4T3 (ºC) 193 589 453 531 455 537 332 610 334 636 341 528 448T4 (ºC) 207 464 379 422 387 439 295 483 295 509 296 414 367T Combust. (ºC) 40,9 40,2 41,3 41,4 41,4 41,4 40,9 41,0 40,9 41,0 41,3 40,7 41,2Inicio de inj. Dinamico (ºAPMS)Débito Inj. Princ.debito de pre inj.Press. Máx. Inj. Bico (bar)ponto de pre inj.Temperatura antes PLU (ºC) 13,1 11,5 9,8 9,4 8,9 14,2 12,7 10,5 13,8 15,1 11,1 11,1 10,6Temperatura após PLU (ºC) 15,5 13,3 12,0 11,3 11,0 14,7 13,8 11,7 14,3 15,0 12,5 11,8 11,5Pressão Antes PLU (mm H2O) -11 149 77 131 43 80 5 160 9 188 19 148 66Pressão Após PLU (mm H2O) 18 226 140 213 115 163 83 276 105 316 128 281 196Vazão PLU (m³/h) 124,0 662,0 522,0 645,0 450,0 563,0 366,0 746,0 412,0 815,0 467,0 747,0 593,0"TBS" Medidor de Umidade (ºC) 17,3 15,3 13,9 12,9 12,8 15,8 15,5 13,3 15,5 15,7 14,0 13,1 12,7"TBU" Medidor de Umidade (ºC) 11,8 10,4 9,0 8,7 8,3 9,6 9,2 8,8 9,7 10,6 9,1 9,7 9,5Torque Obs. (m.kgf) 0,0 92,6 46,9 70,5 46,3 69,8 23,4 94,0 23,8 94,3 23,5 70,4 46,8Potencia Obs. (cv) 0,0 212,1 116,1 174,7 105,9 159,8 53,6 232,7 58,8 251,8 62,7 188,2 125,3PME Obs. (bar) 0,0 16,0 8,1 12,2 8,0 12,1 4,1 16,3 4,1 16,3 4,1 12,2 8,1Cons. Esp. Obs. (g/cv.h) 0,0 150,4 155,8 153,0 154,6 151,8 174,4 153,5 175,2 156,0 180,8 156,2 159,0Fator Correção. NBR ISO 1585 1,005 1,002 1,001 1,000 1,000 1,002 1,002 0,999 1,002 1,003 1,001 1,000 1,000Torque Corr. (m.kgf) 0,0 92,8 46,9 70,5 46,3 70,0 23,5 94,0 23,8 94,5 23,5 70,4 46,8Potencia Corr. (cv) 0,0 212,5 116,2 174,7 105,9 160,1 53,7 232,5 58,9 252,4 62,8 188,2 125,3PME Corr. (bar) 0,0 16,1 8,1 12,2 8,0 12,1 4,1 16,3 4,1 16,4 4,1 12,2 8,1Cons. Esp. Corr. (g/cv.h) 0,0 150,0 155,7 153,1 154,6 151,5 174,1 153,6 174,8 155,6 180,7 156,2 159,0Fumaça corr. NBR 5478 (BOSCH) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,06 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Rel. P21/P1 1,030 2,542 1,803 2,288 1,672 2,091 1,330 2,688 1,404 2,738 1,480 2,495 1,944Rel. P3/P4 1,039 2,094 1,679 1,981 1,547 1,821 1,346 2,163 1,418 2,184 1,494 2,185 1,792Rel. P22/P3 0,954 0,988 0,903 0,931 0,930 0,967 0,873 0,967 0,860 0,941 0,840 0,896 0,876Fator Peso (-) 0,15000 0,08000 0,10000 0,10000 0,05000 0,05000 0,05000 0,09000 0,10000 0,08000 0,05000 0,05000 0,05000Leitura CO (ppm) 6,00 31,00 17,00 22,00 21,00 23,00 37,00 24,00 24,00 24,00 28,00 26,00 26,00Leitura CO2 (%) 1,25 9,14 6,57 7,79 6,88 8,18 4,77 9,11 4,70 9,36 4,60 7,40 6,30Leitura O2 (%) 17,5 7,1 10,2 9,2 10,2 8,3 12,9 7,5 13,0 7,2 12,7 9,6 10,9Leitura NOX (ppm) 181,0 76,0 408,0 325,0 456,0 334,0 738,0 298,0 718,0 323,0 675,0 398,0 394,0Leitura HC (ppm) 8,0 9,0 9,0 13,0 13,0 12,0 17,0 12,0 16,0 11,0 16,0 14,0 16,0Leitura CO - antes (ppm) 216,00 63,00 51,00 49,00 72,00 76,00 158,00 53,00 74,00 60,00 122,00 52,00 52,00Leitura CO2 (%) - antes 1,20 9,18 6,56 7,77 6,80 8,21 4,75 9,08 4,70 9,29 4,57 7,39 6,24Leitura O2 (%) - antes 16,57 7,60 10,80 9,51 10,48 8,87 12,88 7,59 13,24 7,61 12,76 10,00 11,13Leitura NOX - antes (ppm) 192,00 1345,00 988,00 1205,00 1103,00 1264,00 731,00 1330,00 710,00 1274,00 673,00 1042,00 929,00Leitura HC - antes (ppm) 111,00 45,00 50,00 51,00 61,00 55,00 80,00 47,00 63,00 46,00 67,00 50,00 54,00TSCR_pre 212 377 327 358 329 369 258 402 260 427 264 353 314TSCR pos 440 347 357 356 358 367 335 377 335 398 341 351 343Tadblue 41 39 39 39 38 37 36 34 33 32 32 30 30Fluxo combustível (kg/h)Fluxo ar PLU (kg/h) 139,2 733,6 586,5 721,1 508,9 623,9 410,6 827,7 460,3 888,6 525,0 828,2 664,3Fluxo escape (kg/h) 140,0 765,5 604,6 747,9 525,2 648,1 420,0 863,5 470,6 927,9 536,3 857,6 684,2

Confidencial

Confidencial

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Fluxo Ar CO2 (kg/h) 135,8 704,8 562,6 697,1 485,8 601,1 403,0 792,0 450,7 847,6 508,1 808,5 646,9Fluxo Ar CO2 (kg/h) - antes 141,4 701,8 563,4 698,8 491,3 599,0 404,7 794,5 450,7 853,7 511,4 809,6 652,9Dif. CO2/PLU (%) -2,5 -3,9 -4,1 -3,3 -4,5 -3,6 -1,9 -4,3 -2,1 -4,6 -3,2 -2,4 -2,6Fluxo ar Spindt (kg/h) 125,2 708,0 541,5 701,6 478,5 595,5 386,6 812,0 431,9 871,4 477,1 804,8 632,3Fluxo ar Spindt (kg/h) - antes 120,4 724,8 558,7 713,3 488,4 612,3 386,8 814,9 437,4 889,6 478,8 822,2 642,3Dif. SPI/PLU (%) -10,1 -3,5 -7,7 -2,7 -6,0 -4,6 -5,8 -1,9 -6,2 -1,9 -9,1 -2,8 -4,8Correção NOX (-) 1,0073 0,9525 0,9627 0,9568 0,9605 0,9455 0,9592 0,9455 0,9684 0,9518 0,9773 0,9717 0,9836Correção Seca/Úmida 0,9891 0,9191 0,9426 0,9310 0,9401 0,9277 0,9577 0,9197 0,9584 0,9177 0,9598 0,9339 0,9442C.Corr.CO2 (%) 1,25 9,14 6,57 7,79 6,88 8,18 4,77 9,11 4,70 9,36 4,60 7,40 6,30C.Corr.NOX (ppm) 182,3 72,4 392,8 311,0 438,0 315,8 707,9 281,7 695,3 307,4 659,7 386,7 387,5c.corr.CO (ppm) 6,0 31,0 17,0 22,0 21,0 23,0 37,0 24,0 24,0 24,0 28,0 26,0 26,0C.Corr.HC (ppm) 8,0 9,0 9,0 13,0 13,0 12,0 17,0 12,0 16,0 11,0 16,0 14,0 16,0Concen O2 (%) 17,53 7,07 10,17 9,18 10,16 8,25 12,86 7,53 12,95 7,22 12,72 9,56 10,90C.Corr.CO2 (%) - antes 1,20 9,18 6,56 7,77 6,80 8,21 4,75 9,08 4,70 9,29 4,57 7,39 6,24C.Corr.NOX (ppm) - antes 193,4 1281,2 951,1 1153,0 1059,5 1195,2 701,2 1257,5 687,5 1212,5 657,7 1012,5 913,7c.corr.CO (ppm) - antes 216,0 63,0 51,0 49,0 72,0 76,0 158,0 53,0 74,0 60,0 122,0 52,0 52,0C.Corr.HC (ppm) - antes 111,0 45,0 50,0 51,0 61,0 55,0 80,0 47,0 63,0 46,0 67,0 50,0 54,0Concen O2 (%) - antes 16,57 7,60 10,80 9,51 10,48 8,87 12,88 7,59 13,24 7,61 12,76 10,00 11,13Fluxo NOX (g/h) 40,5 87,9 376,8 369,1 365,1 324,8 471,8 386,1 519,3 452,7 561,5 526,3 420,8Fluxo CO (g/h) 0,8 22,9 9,9 15,9 10,7 14,4 15,0 20,0 10,9 21,5 14,5 21,5 17,2Fluxo HC (g/h) 0,5 3,3 2,6 4,6 3,3 3,7 3,4 5,0 3,6 4,9 4,1 5,7 5,2Fluxo NOX (g/h) - antes 43,0 1556,4 912,5 1368,4 883,1 1229,3 467,4 1723,1 513,5 1785,6 559,8 1377,9 992,2Fluxo CO (g/h) - antes 29,2 46,6 29,8 35,4 36,5 47,6 64,1 44,2 33,6 53,8 63,2 43,1 34,4Fluxo HC (g/h) - antes 7,4 16,5 14,4 18,2 15,3 17,0 16,1 19,4 14,2 20,4 17,2 20,5 17,7Pot.OBS (kW) 0,0 156,0 85,4 128,5 77,9 117,5 39,4 171,1 43,2 185,2 46,1 138,5 92,2EE NOX (g/kW.h) 0,00 0,56 4,41 2,87 4,69 2,76 11,97 2,26 12,01 2,44 12,17 3,80 4,57EE CO (g/kW.h) 0,00 0,15 0,12 0,12 0,14 0,12 0,38 0,12 0,25 0,12 0,31 0,16 0,19EE HC (g/kW.h) 0,00 0,02 0,03 0,04 0,04 0,03 0,09 0,03 0,08 0,03 0,09 0,04 0,06EE NOX (g/kW.h) - antes 0,00 9,98 10,68 10,65 11,33 10,46 11,86 10,07 11,88 9,64 12,13 9,95 10,77EE CO (g/kW.h) - antes 0,00 0,30 0,35 0,28 0,47 0,40 1,63 0,26 0,78 0,29 1,37 0,31 0,37EE HC (g/kW.h) - antes 0,00 0,11 0,17 0,14 0,20 0,14 0,41 0,11 0,33 0,11 0,37 0,15 0,19Cond.Atmosf. p/ NBR ISO 1585 (-) 1,025 1,008 1,003 0,998 0,998 1,009 1,010 0,997 1,010 1,008 1,004 0,998 0,998Cond.Atmosf. p/ Emissões (-) 1,013 1,002 0,994 0,989 0,988 1,004 1,002 0,991 1,002 1,004 0,995 0,991 0,989Fluxo fuligem estim. MIRA(mg/m³) 1,090 9,125 9,932 8,331 14,175 14,175 7,037 6,783 5,532 7,809 5,532 8,069 10,478Fluxo de fuligem estim.MIRA (g/h) 0,127 5,801 4,986 5,174 6,183 7,629 2,454 4,863 2,162 6,018 2,464 5,747 5,954E.esp.Fuligem estim.MIRA(g/kW.h) 0,000 0,037 0,058 0,040 0,079 0,065 0,062 0,028 0,050 0,032 0,053 0,042 0,065Fluxo fuligem estim. FEV(mg/m³) 12,592 18,941 19,587 18,308 22,999 22,999 17,278 17,076 16,084 17,892 16,084 18,099 20,024Fluxo de fuligem estim.FEV(g/h) 1,464 12,041 9,833 11,370 10,031 12,378 6,026 12,244 6,286 13,787 7,164 12,890 11,378E.esp.Fuligem estim.FEV(g/kW.h) 0,000 0,077 0,115 0,088 0,129 0,105 0,153 0,072 0,145 0,074 0,155 0,093 0,123Emiss.específica média de NOX (g/kW.h) 3,66 10,47 65Emiss.específica média de CO (g/kW/h) 0,15 0,43 66Emiss.específica média de HC (g/kW.h) 0,04 0,17 77Emiss.especifica média de fuligem estim. MIRA (g/kW.h) 0,044 -Emiss.especifica média de fuligem estim. FEV (g/kW.h) 0,097 -Erro vazão de ar estim.pela concen.CO2 (%) -3,5 -3,1Erro vazão de ar estim. pela equ. Spindt (%) -4,4 -2,9Potência média do ciclo (kW) 93,99 93,99Cons.Específico médio do ciclo (OBS) (g/cv.h) 157,0 157,0Material Particulado (g/Kwh)


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