POST 09 - Emissões Diesel - Desafio NOx / Particulado

Post extraído do nosso Curso "On-Line" em Tecnologias DIESEL:

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O que é o que é, que quando um desapare o outro faz a festa?

Até soa como brincadeira de adivinha ou algo irrelevante.

Mas nesta gangorra, aonde um sobe e o outro desce é que grandes avaços em tecnologia de Powertrain (Motor + Pós-Tratamento) tem surgido.

Bom para a população que respira um ar de melhor qualidade. Bom para o planeta.

Mas ... como assim, bom para o planeta? Como assim gangorra? Quem é quem aí no tabuleiro?

Bora analisar a figura abaixo? Extraí do nosso Curso "On-Line" em Tecnologias Diesel! Link aqui: https://www.professorlodetti.com.br/



Slide do Curso "On-line" de Tecnologias DIESEL


Os sujeitos do Post são, de maneira lúdica, o casal ali na gangorra. Senhorirta NOx e Senhorito Particulado. Ambos são formados quando da combustão do motor Diesel. Combustão esta, que não deveria gerar sub-produtos pois a gente aprendeu na escola que: Hidrocarboneto + AR = CO2 e H2O.

Porém na natureza as coisas são entrópicas, irreversíveis e vemos então que na prática, a teoria é outra!


Pensemos no combustível, o óleo Diesel. Este, formado por uma "sopa" de moléculas de diferentes cadeias carbônicas. Cada qual, com as suas características próprias. Mais ou menos, como analogia, cada molécula tem o seu "CPF".

Quando injetado a altíssimas pressões (1600bar a 2400bar) dentro da câmara de combustão, encontra o ar atmosférico pressurizado e com temperatura de várias centenas de graus Celsius (~500C). Tem mais infos aqui no POST-05 https://www.professorlodetti.com.br/post/combust%C3%A3o-diesel


O problema é que nem tudo é bem misturado, que nem tudo queima completamente, que nem tudo a frente de chama alcança, que nem tudo o ar faz evaporar, que nem tudo dá tempo de queimar. Destes desarranjos, temos locais de alta temperatura que vão formar os óxidos de nitrogênio (NOx = NO + NO2) e vão formar Material Particulado = Carbono, Sulfatos, Cinzas . A combustão Diesel é heterogênea e globalmente com excesso de ar (Lambda bem alto)

A Senhorita NOx é um gás tóxico e contribuinte do "Smog" na atmosfera. Smog = Poluição atmosférica.

O Senhorito Material Particulado, oriundo da combustão rica e fria, é tido como cancerîgeno.

A Senhorita NOx surge, quando das altas temperaturas da combustão Diesel. Ela gosta muito de temperatura e do nitrogênio do ar.

O Senhorito Material Particulado, por sua vez, ao presenciar as temperaturas elevadíssimas da combustão Diesel, queima-se quase por completo.



Mnemônica da relação NOx e PM


Temos então a gangorra NOx-PM. Em inglês, chamamos NOx-PM "Trade-Off".

Então, se a combustão for um pouco mais fria, A Senhorita NOx sai de cena e, eis que quem aparece? Pois é, o Senhorito Material Particulado.


Face a isto, desenvolveram-se várias estratégias de combustão, funcionamento, controle de "Boost", recirculação dos gases de escape (EGR), pós-tratamento como o DOC, DPF, SCR, etc, etc, eticetera...





O que nos diz a Figura lá acima?


Ela diz que quando eu desejo eliminar o Senhorito Material Particulado, eu devo aumentar a temperatura da combustão. Assim, a minha seta vai para baixo e para a direita. Notem que o NOx aumenta e o "PM" cai. Neste caso, a estratégia foi aumentar o avanço da injeção. Este, aumenta a pressão de combustão e a taxa de dissipassão de calor "Heat Release". O resultado é uma combustão com temperatura elevadíssima, capaz de oxidar "queimar" quase todo o carbono presente no combustível.


O contrário também pode ser feito dentro do motor: Eu vou esfriar a temperatura global da combustão em recirculando uma parcela dos gases de escape (EGR = Exhaust Gas Recirculation). Com isto, "NOx" diminui e....quem faz a aparição? Isto mesmo, o Senhorito Material Particulado! Na figura, temos então a seta indo para cima e para a esquerda.



O conceito da combustão com EGR

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Mas.....tem como tirar ambos os sujeitos do cenário ao mesmo tempo?

Tem sim!

Por isso que usam-se tecnologias de Pós-Tratamento dos gases de escape.

Aqui, adota-se uma estratégia de combustão para eliminar um dos elementos dentro do motor e o outro elemento, fora do motor.

No caso de um motor EURO5 com SCR (....aquele que injeta ARLA32 no SCR = Seletor Catalítico de Redução): Tem-se uma combustão bem agressiva (Bem quente! Motor com pressão! Turbo cheio! Ponto elevado!) para eliminar o "PM".

Aqui temos um vídeo sobre Boost: https://youtu.be/t8VBmbc-jI8


Disto, resulta-se uma grande formação de NOx saindo do motor. Mas, a Senhorita NOx será logo eliminada ao entrar no SCR e reagir com o ARLA32.


Teremos no final, uma redução drástica de Material Particulado (oriunda da combustão do motor) e do NOx (oriunda do SCR).


Tá, mas e porque carga d'água diminui também CO2 em um motor EURO5 com SCR?

A resporta é que com uma combustão bem agressiva, o motor ganha em eficiência. Por sua vez, reduz o consumo de combustível e..... quando se diminui o consumo, também se diminui a emissão do CO2.....que é um gás de efeito estufa.


Bora ler novamente para fixar?? #Partiu!!


Abraços!

Professor Lodetti

https://www.professorlodetti.com.br/


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