Analise Escapes Opacidade
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Colecção Formação Modular Automóvel
ANÁLISE DE GASES DE ESCAPE E OPACIDADE
COMUNIDADE EUROPEIA Fundo Social Europeu
Referências
Colecção
Título do Módulo
Coordenação Técnico-Pedagógica
Direcção Editorial
Autor
Formação Modular Automóvel
Análise de Gases de Escape e Opacidade
CEPRA – Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Departamento Técnico Pedagógico CEPRA – Direcção
CEPRA – Desenvolvimento Curricular
Maquetagem
CEPRA – Núcleo de Apoio Gráfico
Propriedade
Instituto de Emprego e Formação Profissional Av. José Malhoa, 11 - 1000 Lisboa
1ª Edição
Depósito Legal
Portugal, Lisboa, Fevereiro de 2000
148207/00
© Copyright, 2000 Todos os direitos reservados IEFP
“Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, cofinanciado pelo Estado Português, e pela União Europeia, através do FSE” “Ministério de Trabalho e da Solidariedade – Secretaria de Estado do Emprego e Formação”
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Índice
ÍNDICE DOCUMENTOS DE ENTRADA OBJECTIVOS GERAIS DO MÓDULO ...................................................................... E.1 OBJECTIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................... E.1 PRÉ-REQUISITOS ..................................................................................................... E.3
CORPO DO MÓDULO 0 – INTRODUÇÃO .........................................................................................0.1 1 - ANÁLISE DE GASES DE ESCAPE EM MOTORES A GASOLINA ........1.1 1.1 - PROCESSO DE MEDIÇÃO DE EMISSÕES ................................................1.3 1.2 - MEDIÇÕES DE EMISSÕES NO CICLO OTTO .............................................1.3 1.2.1 - PROCESSOS DE MEDIÇÃO DE GASES DE ESCAPE....................1.5 1.2.1.1 - 1º PROCESSO ...................................................................1.5 1.2.1.2 - 2º PROCESSO ...................................................................1.6 1.2 .2 - PROCEDIMENTO OPERATIVO (GENÉRICO) DO ANALISADOR DE GASES DE ESCAPE..........................................1.8 1.3 - INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DE MEDIÇÃO.............................1.12 1.3.1 - INTERPRETAÇÃO DETALHADA DOS RESULTADOS DE MEDIÇÃO .......................................................................................1.13 1.3.1.1 - MONÓXIDO DE CARBONO.............................................1.13 1.3.1.2 - MONÓXIDO DE CARBONO CORRIGIDO.......................1.17 1.3.1.3 - HIDROCARBONETOS NÃO QUEIMADOS .....................1.18 1.3.1.4 - DIÓXIDO DE CARBONO .................................................1.21 1.3.1.5 - OXIGÉNIO RESIDUAL NO GÁS DE ESCAPE ...............1.22 1.3.1.6 - ÓXIDOS DE AZOTO ........................................................1.22
2 - ANÁLISE DE OPACIDADE EM MOTORES DIESEL ..............................2.1 2.1 - MÉTODO DE MEDIÇÃO POR FILTRAÇÃO..................................................2.2 2.2 - MÉTODO DE MEDIÇÃO DE OPACIDADE....................................................2.3 2.2.1 - PROCESSO DE MEDIÇÃO COM OPACÍMETRO..............................2.5 2.2.2 - PROCEDIMENTO OPERATIVO (GENÉRICO) DO OPACÍMETRO ....................................................................................2.6 2.3 - ANÁLISE DO RESULTADO DE UM TESTE DE OPACIDADE......................2.10
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Índice
3 - EMISSÕES DE GASES DE ESCAPE....................................................... 3.1 3.1 - VALORES LEGAIS DOS TEORES DAS EMISSÕES DE ESCAPE ............... 3.1 3.1.1 - EMISSÕES DE ESCAPE PARA MOTORES DE IGNIÇÃO POR FAÍSCA (GASOLINA) ................................................................ 3.1 3.1.2 - EMISSÕES DE ESCAPE PARA MOTORES DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO (GASÓLEO) .................................................... 3.3 BIBLIOGRAFIA ..........................................................................................................C.1
DOCUMENTOS DE SAÍDA PÓS-TESTE................................................................................................................ S.1 CORRIGENDA E TABELA DE COTAÇÃO DO PÓS-TESTE ................................... S.6
ANEXOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS ..........................................................................................A.1 GUIA DE AVALIAÇÃO DOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS...........................................A.8
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Objectivos Gerais e Específicos
OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS No final deste módulo, o formando deverá ser capaz de:
OBJECTIVOS GERAIS DO MÓDULO Identificar e explicar os princípios de funcionamento dos dispositivos de análise de gases de escape e opacidade, efectuar análises de gases de escape e de opacidade e diagnosticar possíveis avarias num motor, com base nos resultados da análise.
OBJECTIVOS ESPECÍFICOS 1. Descrever a finalidade dos analisadores de gases de escape, enunciando o princípio de funcionamento de dois processos de medição de gases de escape.
2. Enunciar as grandezas medidas numa análise de gases de escape.
3. Enunciar as unidades que são utilizadas para quantificar as concentrações dos constituintes numa analise de gases de escape.
4. Executar a análise de gases de escape de um motor a alimentado a gasolina, utilizando o procedimento operativo do analisador de gases de escape.
5. Realizar o diagnóstico de um motor alimentado a gasolina, interpretando os resultados de uma análise de gases de escape.
6. Distinguir a análise de opacidade pelo método de medição por filtração e por medição de opacidade, enunciando o principio de funcionamento dos dois métodos.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
E.1
Objectivos Gerais e Específicos
7. Explicar o funcionamento de um opacímetro, enunciando o seu princípio de funcionamento.
8. Executar a análise de opacidade de um motor, utilizando o procedimento operativo de um opacímetro.
9. Identificar os valores legais para as emissões de gases de escape para os veículos com motor de ignição por faísca e com motor com ignição por compressão.
E.2
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Pré-Requisitos
PRÉ-REQUISITOS COLECÇÃO FORMAÇÃO MODULAR AUTOMÓVEL C o nst r ução d a Inst alação El éct r ica
C o mp o nent es d o Sist ema Eléct r i co e sua Si mb o l o g ia
Elect r i ci d ad e B ásica
M ag net i smo e Elect r o mag net i sm o - M o t o r es e G er ad o r es
T i p o s d e B at er i as e sua M anut enção
T ecno lo g i a d o s Semi - C o nd ut o r es C o mp o nent es
C i r c. I nt eg r ad o s, M i cr o co nt r o lad o r es e M icr o p r o cessad o r es
Leit ur a e Int er p r et ação d e Esq uemas Eléct r i co s A ut o
C ar act er í st i cas e F uncio nament o d o s M o t o r es
D i st r i b ui ção
C ál culo s e C ur vas C ar act er í st i cas do M otor
Si st emas d e A d mi ssão e d e Escap e
Sist emas d e A r r ef eciment o
Lub r i f icação d e M o t o r es e T r ansmissão
A l iment ação D i esel
Si st emas d e A li ment ação p o r C ar b ur ad o r
Si st emas d e Ig nição
Si st emas d e C ar g a e A r r anq ue
So b r eal iment ação
Si st emas d e I nf o r mação
Lâmp ad as, F ar ó i s e F ar o li ns
F o cag em d e F ar ó i s
Si st emas d e A vi so A cúst ico s e Lumino so s
Si st emas d e C o municação
Sist emas d e Seg ur ança Passi va
Si st emas d e C o nf o r t o e Seg ur ança
Emb r ai ag em e C aixas d e V elo cid ad es
Si st emas d e T r ansmissão
Si st emas d e T r avag em Hi d r áuli co s
Si st emas d e T r avag em A nt ib l o q ueio
Sist emas d e D ir ecção M ecâni ca e A ssi st i d a
Geo met r ia d e D i r ecção
Ó r g ão s d a Susp ensão e seu F uncio nament o
D iag nó st ico e R ep . d e A var i as no Si st ema d e Susp ensão
V ent i lação F o r çad a e A r C o nd icio nad o
Si st emas d e Seg ur ança A ct iva
Si st emas Elect r ó ni co s D i esel
D i ag nó st i co e R ep ar ação em Sist emas M ecâni co s
U ni d ad es El ect r ó ni cas d e C o mand o , Senso r es e A ct uad o r es
Si st emas d e I nj ecção M ecânica
Si st emas d e Injecção El ect r ó ni ca
Emissõ es Po luent es e D i sp o sit i vo s d e C o nt r o l o d e Emissõ es
A nál ise d e G ases d e Escap e e O p acid ad e
D i ag nó st i co e R ep ar ação em Si st emas co m Gest ão Elect r ó nica
D i ag nó si co e R ep ar ação em Sist emas El éct r ico s C o nvenci o nais
R o d as e Pneus
M anut enção Pr o g r amad a
T er mo d inâmica
Gases C ar b ur ant es e C o mb ust ão
N o çõ es d e M ecânica A ut o mó vel p ar a G PL
C o nst it uição e F uncio nament o d o Eq uip ament o C o nver so r p ar a G PL
Leg islação Esp ecí f ica so b r e G PL
Pr o cesso s d e T r açag em e Punci o nament o
Pr o cesso s d e C o r t e e D esb ast e
Pr o cesso s d e F ur ação , M and r i lag em e R o scag em
N o çõ es B ásicas d e So ld ad ur a
M et r o lo g i a
R ed e El éct r ica e M anut enção d e F er r ament as Eléct r i cas
R ed e d e A r C o mp . e M anut enção d e F er r ament as Pneumát icas
F er r ament as M anuais
OUTROS MÓDULOS A ESTUDAR I nt r o d ução ao A ut o mó vel
D esenho T écnico
M at emát i ca ( cálcul o )
F í sica, Q uí mica e M at er iais
Or g ani z ação O f icinal
LEG EN D A
Módulo em estudo
Pré-Requisito
Análise de Gases de Escape e Opacidade
E.3
Introdução
0 – INTRODUÇÃO
Os veículos automóveis, quer alimentados a gasolina, a gasóleo ou outros combustíveis fósseis contribuem em grande medida para a poluição atmosférica pelo que o controlo das emissões gasosas se tornou essencial para a subsistência do planeta. A análise das emissões gasosas libertadas pelos veículos automóveis são uma das medidas que permitem o controlo dos gases que depois de saírem do motor vão para a atmosfera, poluindo a mesma. A análise das emissões gasosas são também um instrumento valioso de diagnóstico do funcionamento do motor, permitindo efectuar a afinação correcta do mesmo, com a finalidade de manter as emissões gasosas poluentes no valor mínimo. A análise de gases de escape e opacidade é também utilizada nas inspecções periódicas obrigatórias (I.P.O.) como meio de certificar que os veículo automóveis, com uma certa idade, cumprem os valores estabelecidos na legislação portuguesa no que respeita a emissões gasosas poluentes, impedindo que os veículos poluentes circulem nas estradas.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
0.1
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1 - ANÁLISE DE GASES DE ESCAPE EM MOTORES A GASOLINA
A análise de gases de escape é efectuada com o objectivo de verificar se os níveis de emissão gasosa de poluentes estão de acordo com os valores legais exigidos, bem como realizar um diagnóstico do estado de funcionamento do motor, executando a análise de gases de escape a diversas rotações e condições do motor. Para executar a análise de gases de escape é utilizado um analisador de gases de escape. O analisador de gases de escape permite efectuar a medição directa da concentração de cinco compostos químicos libertados nos gases resultantes da combustão de motores de ignição por faísca (motores alimentados a gasolina ou a GPL, etc.), sendo esses compostos:
CO (monóxido de carbono), medido em % do volume;
CO2 (dióxido de carbono), medido em % do volume;
HC´s (hidrocarbonetos), medidos em partes por milhão (p.p.m.) do volume;
O2 (oxigénio), medido em % do volume;
NOx (óxidos de azoto), medidos em partes por milhão (p.p.m.) do volume.
As unidades anteriormente referidas referem-se ao volume da amostra dos gases de escape que foi utilizado para realizar a análise.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.1
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Por exemplo, numa análise de gases de escape o resultado do CO foi de 5%, isto que dizer que 5% do volume total da amostra dos gases de escape que foi utilizado para realizar a análise é composta por CO. Com base nos valores directamente medidos, atrás referidos, os analisadores de gases poderão ainda calcular:
factor lambda (l);
CO corrigido;
Os analisadores de gases de escape deverão ainda estar equipados com sistemas para leitura do número de rotações do motor e da temperatura do óleo do motor, para medir as condições em que realiza a análise de gases de escape, para que a análise seja realizada nas condições correctas. Antes de se iniciar a análise de gases de escape e para se evitarem erros de medição deve-se ter em atenção:
a) No veículo:
O motor deve ter atingido a temperatura normal de funcionamento;
A mecânica do motor, o sistema de ignição, o colector e o sistema de escape do motor devem estar em bom estado de funcionamento;
Deve-se consultar o manual do fabricante para saber o tipo de veículo, o tipo do motor e se existem algumas particularidades para a realização da analise de gases de escape.
1.2
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
b) No aparelho de análise de gases de escape:
Ler o manual de instruções do analisador de gases de escape;
O analisador deve estar em boas condições de funcionamento, com filtros limpos, cabos, sondas e tubos em bom estado de funcionamento;
O analisador deve ter o selo, que é colocado na verificação metrológica, que atesta a conformidade do aparelho para o seu uso. As verificações metrológicas são efectuadas pelo Instituto Português Da Qualidade (I.P.Q.) ou por uma entidade autorizada pelo I.P.Q.. A entidade possuidora de um analisador de gases de escape deve mantê-lo a funcionar dentro das tolerâncias admitidas realizando,
Os analisadores de gases de escape para ser utilizados deverão estar homologados. A homologação dos analisadores de escape é publicada em Diário da República.
A realização de uma análise de gases de escape deve ser instalações equipadas com dispositivos de aspiração dos gases de escape, pois a inalação de monóxido de carbono pode causar graves danos de saúde.
1.1 - PROCESSO DE MEDIÇÃO DAS EMISSÕES Para responder às exigências duma medição selectiva e precisa dos diferentes componentes de gases de escape utiliza-se radiação infravermelha como meio de medição. Existem aparelhos que apenas permitem analisar o CO, outros o CO e o CO2, outros ainda o CO, CO2, HC’s ,O2, NOx e CO corrigido, a maioria permite também verificar o valor l (lambda), no entanto o princípio de funcionamento é semelhante.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.3
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1.2 – MEDIÇÕES DE EMISSÕES NO CICLO OTTO Para a medição de emissões de motores de ciclo Otto, é utilizado um analisador de gases de escape que utiliza a emissão de radiação infravermelha para quantificar a concentração de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC’s), e dióxido de carbono (CO2) existente nos gases de escape. O princípio de funcionamento de um analisador de infravermelhos é baseado na propriedade que um gás tem em absorver radiação infravermelha com um determinado comprimento de onda, sendo que cada gás absorve radiação infravermelha com um determinado comprimento de onda específica a cada gás. A radiação infravermelha,
bem
com
todo
espectro magnético, propaga-se num meio através de ondas electromagnéticas
com
uma
determinada frequência. O comprimento de onda (λ) é a distância, na
Fig.1.1 – Comprimento de onda (λ)
direcção de propagação de uma onda periódica, entre dois pontos sucessivos que se encontrem em fase, como indica a figura 1.1, sendo normalmente expresso em metros (m) ou nanometro (nm). A frequência (f) é o número de vezes que a onda oscila por segundo, sendo expressa em Hertz (Hz). Quanto maior for o comprimento de uma onda menor será a sua frequência, como é indicado na fig.1.2.
1.4
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Fig.1.2 – Espectro electromagnético
O comprimento de onda da luz visível está compreendido entre 400 e 800 nm, sendo o da radiação infravermelha de 800 a 106 nm. Os comprimentos de onda da radiação absorvida pelos vários constituintes dos gases de escape são:
Hidrocarbonetos: de 3000 a 3500 nm;
CO2 (dióxido de carbono): 4200 nm;
CO (monóxido de carbono): perto de 4500 nm.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.5
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1.2.1 - PROCESSOS DE MEDIÇÃO DE GASES DE ESCAPE 1.2.1.1 - 1º PROCESSO Um dos processos de medição que é utilizado, representado na fig.1.3, é o abaixo descrito: Uma fonte de luz, a uma temperatura de 700ºC emite raios infravermelhos. Esse feixe atravessa a câmara de medição (por onde passa um fluxo do gás de escape que se quer medir), sendo posteriormente absorvido pelo receptor. Para cada tipo de gás existe um receptor. O receptor consiste de duas células com diferentes volumes, cheias com gás igual ao que se quer medir, as quais estão ligadas entre si por um tubo. Ao atravessarem a câmara de medição, os gases de escape absorvem parte da luz infravermelha emitida. Assim, por exemplo, o CO, dependendo da sua concentração nos gases de escape, absorve maior ou menor quantidade do feixe de luz com 4500 nm de comprimento de onda. O restante da radiação, com o comprimento de onda de 4500 nm, é absorvido pela primeira célula do receptor de CO, aquecendo-o e provocando a sua expansão. Essa expansão, faz com que o gás (CO) contido na primeira célula, entre para a segunda célula, através do tubo de ligação. O fluxo que passa de uma célula para outra é medido, através de um sensor, cujo sinal é convertido e apresentado no painel. Existe uma relação directa entre a percentagem de CO contido no gás de escape e a quantidade gás que passa da primeira para a segunda célula, o que possibilita a medição da concentração, ou teor, de CO contido nos gases de escape. Existe um receptor para cada tipo de gás, permitindo que o analisador de gases possa medir as percentagens de CO, CO2 e a concentração de HC’s contidos nos gases de escape.
1.6
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Existe um receptor para cada tipo de gás, permitindo que o analisador de gases possa medir as percentagens de CO, CO2 e a concentração de HC’s contidos nos gases de escape. A radiação infravermelha é interrompida ciclicamente através de um anteparo, de forma que, na ausência da luz, o gás da primeira célula arrefeça e, contraindo-se, volte para a segunda célula.
Fig.1.3 – Esquema de um analisador de gases de escape (1º processo)
1.2.1.2 - 2º PROCESSO O equipamento detecta o conteúdo de CO, CO2, HC’s de acordo com o princípio da absorção selectiva de radiação infravermelha de cada gás. Uma amostra de gás que é retirada do escape através do tubo de colecta, é isenta do seu conteúdo de água, e é então transferida para a célula medidora.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.7
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Na célula de medição um raio de luz infravermelha que é dirigida para os componentes que efectuam a medição (filtros ópticos e receptores de infravermelhos) atravessando os gases de escape a analisar. As moléculas com diferentes números de átomos (CO / HC / CO2), têm diferentes faixas de absorção dentro do campo da radiação infravermelha. Quanto maior for a concentração dos gases, maior será a absorção. Essas variações de absorção são detectadas pelo receptor de radiação infravermelha que é precedido por filtros ópticos que só permitem a passagem de radiação infravermelha com um comprimento de onda estabelecido.
Fig. 1.4 – Esquema de um analisador de gases de escape (2º processo)
Cada gás a analisar tem um filtro óptico específico, como mostra a fig.1.4. Como os gases que têm uma composição molecular com mesmo número de átomos, como o hidrogénio (H2), o azoto ou nitrogénio (N2) e o oxigénio (O2), não absorvem radiação infravermelha.
1.8
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
A medição da percentagem de oxigénio contida nos gases de escape é efectuada através de um sensor específico, diferente dos sensores utilizados para medir CO,
HC,
CO2,sendo um sensor do tipo químico, como a sonda lambda utilizado nos automóveis.
1.2.2 - PROCEDIMENTO OPERATIVO (GENÉRICO) DO ANALISADOR DE GASES DE ESCAPE
Ligar o analisador de gases de escape e esperar o tempo que este tem pré-programado a fim que de o analisador de gases de escape atinja as condições normais de funcionamento (aquecimento, estabilização do emissor de infravermelhos, auto calibração, verificação dos zeros).
Este período de espera é somente necessário a primeira vez no dia em que o analisador de gases vai ser utilizado, dado que durante o dia este se mantém ligado e em posição de funcionamento.
Uma vez terminado o período de aquecimento, o analisador de gases realiza uma auto calibração interna. Após terminada a auto calibração o analisador fica pronto a ser utilizado, sendo mostrados zeros no mostrador do analisador.
Dado que existem analisadores de gases com diversas funções opcionais complementares, o operador terá que se certificar da correcta configuração do analisador para o tipo de motor, incluindo o tipo de combustível (gasolina, GPL), que vai ensaiar.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.9
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
A bomba do analisador de gases deverá estar em funcionamento. Caso existam acumulações significativas de gases de escape na zona onde está a ponteira da sonda, é perfeitamente natural que os mostradores acusem leituras (normalmente muito baixas) em alguns dos compostos a analisar. É aconselhável manter sempre a sonda em boas condições e em local arejado. A mangueira de borracha que liga a sonda ao conjunto de filtros na entrada do analisador deve estar completamente desobstruído. Caso isso não aconteça, alguns analisadores de gases apresentam uma mensagem de erro que impede a análise.
Ligar ao veículo a sonda captadora do regime de rotação do motor (tacómetro), como mostra a fig.1.5. Para motores equipados com certos tipos de ignição poderá ser necessário utilizar um adaptador específico.
Fig.1.5 – Colocação da sonda captadora do regime do motor (tacómetro)
1.10
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Colocar também a sonda da temperatura do óleo do motor, tendo o cuidado de regular o encosto de borracha usando como referência o comprimento da haste de medição do nível do óleo, como mostra a fig. 1.6.
1 – Pinça de indução 2 – Sentido da colocação da pinça de indução
Fig. 1.6 – Colocação da sonda da temperatura do óleo motor
O veículo em teste deverá ter o motor em marcha lenta (ao ralenti) e ter o motor a funcionar com a temperatura normal de funcionamento.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.11
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Deve-se desligar todos os opcionais do veículo que possam provocar alterações no regime do motor durante o ensaio, por exemplo, o ar condicionado. Dever-se-á ter em atenção para não tocar no volante dos veículos que possuam direcção assistida já que a entrada em carga da bomba de direcção provoca também alterações no regime do motor.
Acelerar o motor (2000 a 2500 r.p.m.) durante um curto espaço de tempo para limpar as eventuais acumulações de gases existentes no escape. Deixar o motor voltar ao “ralenti”. Introduzir a sonda metálica do analisador de gases (cerca de 15 a 20 cm conforme o tipo) na extremidade de saída do sistema de escape do veículo. Nos casos em que o veículo possua mais do que uma saída do sistema de escape o operador deverá verificar o modo como estas estão dispostas. Se as diferentes saídas tiverem ao longo do sistema de escape, pelo menos um ponto comum, é indiferente qual a saída escolhida. No caso de o veículo possuir dois sistemas de escape completamente separados (por exemplo motores em V ou de cilindros opostos) o operador deverá executar a análise de gases a cada um dos sistemas. Uma vez introduzida e fixa a sonda metálica de captação, o analisador inicia de imediato as leituras. Deixar estabilizar o fluxo de gases de escape captado, ou seja, esperar cerca de 20 segundos até que as leituras se tornem estáveis para o regime do motor em análise. Deve-se iniciar a analise de gases de escape pelo regime de ralenti, realizando de seguida a analise para os outros regimes.
1.12
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Os regimes do motor utilizados para a análise de gases de escape são:
Ralenti (indicado pelo fabricante);
Carga parcial (de 2000 a 2500 r.p.m.);
Carga total (regime do motor antes do regime máximo);
Aceleração.
Efectuar a leitura, pressionar a tecla que permite fixar os resultados e os imprimir.
Para realizar uma nova leitura de analise de gases de escape deve-se levar lentamente o regime do motor até ao valor definido. Estabilizar a rotação do motor e esperar cerca de 20 segundos para que o fluxo normal de gás seja captado pelo analisador e as leituras estabilizem.
Efectuar a leitura e imprimir.
Desacelerar o veículo até ao regime de ralenti e retirar a sonda metálica do escape.
Para cada leitura efectuada e imprimida, o operador obterá no respectivo relatório não só os valores lidos como os calculados.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.13
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1.3 - INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DA MEDIÇÃO Para se proceder a afinações tem que se ter em conta a relação entre os vários componentes dos gases de escape. Por exemplo: ao diminuir o CO (inicialmente a 3%), verifica-se que o O2 aumenta um pouco. A certa altura o CO passa a diminuir muito pouco, enquanto o O2 aumenta rapidamente, passando-se de uma mistura rica para uma mistura pobre, como indica a fig.1.7. Durante o processo o motor passou pelo ponto de funcionamento ideal (l=1).
Fig.1.7 – Variação da concentração dos diferentes componentes dos gases de escape, de um motor alimentado a gasolina, com o factor l
Para se proceder a regulações do motor, é sempre conveniente utilizar os valores especificados pelo fabricante. Se os valores não forem especificados pelo fabricante poderão ser utilizados como níveis indicativos os valores indicados na tabela 1.1 Tabela 1.1 – Valores de emissões poluentes genéricos
Modelos sem conversor catalítico
1.14
Modelos com conversor catalítico
HC - 150 a 400 p.p.m.
HC - 100 p.p.m. (máximo)
CO2 - 13% a 16%
CO2 - 14,5% a 16%
O2 - 0,3% a 2%
O2 - 0% a 0,5%
CO - 0% a 3%
CO - 0% a 0,5%
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1.3.1 – INTERPRETAÇÃO DETALHADA DOS RESULTADOS DA MEDIÇÃO
A análise de gases de escape permite conhecer o estado de funcionamento do motor durante:
Ralenti (indicado pelo fabricante);
Carga parcial (de 2000 a 2500 r.p.m.);
Carga total (regime do motor antes do regime máximo);
Aceleração.
Para cada uma das situações, anteriormente referidas, procede-se à regulação da mistura ar/gasolina que permita o melhor funcionamento do motor, e consequentemente, uma menor emissão de poluentes para a atmosfera. Vejamos no entanto mais detalhadamente como interpretar os resultados obtidos para cada um dos gases cuja concentração é possível analisar.
1.3.1.1 – MONÓXIDO DE CARBONO A interpretação da concentração, ou teor, de monóxido de carbono (CO) existente nos gases de escape permite obter informações importantes sobre o funcionamento do motor, como de possíveis defeitos no funcionamento do motor, como indicado nas tabelas 1.2 a 1.5.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.15
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
INFORMAÇÕES RELATIVAS ÀS CAUSAS DOS DEFEITOS
Taxa de CO
Taxa de CO
CO Elevado
•Mistura mal regulada (rica). • Pressão de combustível elevada. • O motor não atingiu a temperatura de funcionamento. •Combustível diluído no óleo. • Afinação não em conformidade com os valores indicados pelo fabricante. Deve-se seguir a informação do fabricante.
“Ralenti”
Normalmente os valores situam-se entre 0,5% e 3% em volume em veículos sem conversor catalítico. Para veículos catalisados o valor máximo admissível é 0,5%.
•Filtro de ar entupido.
Para modelos com carburador. •Nível da cuba alta. •Jactos não indicados. • Válvulas de enriquecimento mal reguladas.
CO Baixo
• Mistura mal regulada (pobre). • Pressão de combustível baixa. • Entradas de ar suplementares pela base do carburador ou colectores. • Afinação em não conformidade com os valores indicados pelo fabricante.
Para modelos com carburador. • Nível de cuba baixo. • Jactos não indicados ou obstruídos.
• Sistema de arranque a frio desregulado.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente.
• Ficha de comutação do indicie octanas em posição incorrecta.
• Sonda da temperatura avariada. •Debímetro defeituoso. • Ficha de comutação do índice de octanas em posição incorrecta. • Conversor catalítico defeituoso.
• Sonda de temperatura avariada. • Injectores sujos ou obstruídos. • Sensor M.A.P. avariado. • Debímetro avariado. • Medidor de massa de ar avariado.
•Sensor M.A.P. avariado. •Debímetro avariado. • Medidor de massa de ar avariado.
Tabela 1.2 – Interpretação dos resultados de medição de CO ao “ralenti”
1.16
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Informações relativas às causas dos defeitos Situação de funcionamento
Taxa de CO
CO Elevado
•Pressão de combustível muito elevada
• Pressão de combustível muito baixa.
•Motor a trabalhar a baixa temperatura.
• Entradas de ar suplementares no colector.
Para modelos com carburador. Deve-se seguir a informação do fabricante.
•Filtros sujos. •Nível da cuba muito alta. •Jactos não indicados. •Jactos desapertados.
Carga parcial
Normalmente os valores situam-se entre 0,1% a 1,5% em volume para veículos não catalisados. Para veículos com conversor catalítico o valor máximo admissível é 0,3%.
CO Baixo
•Sistema de arranque a frio não totalmente desactivado. •Dispositivo de enriquecimento defeituoso.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente. •Sonda de temperatura defeituosa. •Regulador térmico da pressão de comando defeituoso. •Válvula de ar adicional avariada. •Ficha de comutação do índice de Octanas em posição incorrecta.
• Ventilação deficiente do depósito. • Depósito sujo, corpos estranhos. • Tubagens de ar obstruídas.
Para modelos com carburador. • Nível da cuba baixo. • Jactos não indicados ou entupidos.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente. • Injectores sujos ou entupidos. • Regulador térmico da pressão de comando avariado. • Válvula de ar adicional avariada.
•Função S.O.S activada.
• Escape com entradas de ar.
•Conversor catalítico danificado.
• Sensor M.A.P. avariado. • Debímetro avariado.
•Sensor M.A.P. avariado.
• Medidor de massa de ar defeituoso.
•Debímetro avariado. •Medidor de massa de ar defeituoso.
Tabela 1.3 – Interpretação dos resultados da medição de CO a carga parcial
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.17
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Informações relativas às causas dos defeitos Situação de funcionamento
Taxa de CO
CO Alto
Para modelos com carburador • Pressão de combustível elevada. • Jactos não indicados. • Jactos desapertados. Deve-se seguir a informação do fabricante.
Plena carga ou carga total
Normalmente os valores situam-se entre 1% e 6% em volume.para veículos não catalisados. Para veículos com conversor catalítico o valor máximo admissível é 0,3%.
• Sistema de arranque a frio defeituoso. • Agulha do jacto de combustível mal regulada ou não indicada. • Filtro de ar entupido. • Válvulas de distribuição mal reguladas.
CO Baixo
• Filtro de combustível entupido. • Corpos estranhos no depósito. • Sistema de ventilação defeituoso. • Entradas de ar suplementares.
Para modelos com carburador • Pressão de combustível baixa. • Jactos não indicados.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente
• Agulha dos jactos mal reguladas ou não indicadas.
• Pressão de combustível elevado.
• Nível de combustível baixo.
• Sonda de temperatura avariada. • Ficha de comutação do índice de octanas em posição incorrecta. • Regulador da pressão de comando térmico avariado. • Conversor catalítico danificado. • Sensor M.A.P. avariado. • Debímetro avariado. • Sensor de massa de ar defeituoso.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente • Pressão de combustível baixo. • Injectores entupidos. • Regulador térmico da pressão de comando defeituoso. • Enriquecimento de plena carga não funciona correctamente. • Ficha de comutação do índice de octanas em posição incorrecta. • Sensor M.A.P. avariado. • Debímetro avariado. • Sensor de massa de ar defeituoso.
Tabela 1.4 – Interpretação dos resultados da medição de CO a carga total
1.18
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Informações relativas às causas dos defeitos Situação de funcionamento
Taxa de CO
Deve-se seguir a informação do fabricante. Normalmente os valores situamse entre 1% e 3% em volume.
Aceleração
CO Elevado
CO Baixo
Para modelos com carburador.
Para modelos com carburador.
• Bomba de aceleração mal regulada.
• Bomba de aceleração mal regulada.
• Óleo do amortecedor do carburador muito viscoso.
• Óleo do amortecedor do carburador pouco viscoso ou em falta.
• Pressão de comando baixa. • Pressão de combustível elevada.
Para modelos com alimentação gerida electronicamente. • Potenciómetro do debímetro de ar avariado. • Potenciómetro da borboleta do acelerador avariado. • Êmbolo de comando preso.
Tabela 1.5 – Interpretação dos resultados da medição de CO em aceleração
1.3.1.2 - MONÓXIDO DE CARBONO CORRIGIDO O conceito de monóxido de carbono corrigido (CO corrigido) é utilizado quando a soma dos valores em percentagem de CO e CO2 for inferior a 15 %. A soma dos valores em percentagem de CO e CO2 pode ser inferior a 15 %, por exemplo, quando existe uma fuga no sistema de escape. Devido à fuga existe uma entrada de ar suplementar no sistema de escape provocando a diluição dos gases de escape com ar exterior, provocando uma descida dos valores de CO e CO2 nos gases de escape. A utilização do valor do CO corrigido permite corrigir o efeito da diluição dos gases de escape com ar adicional que entra no sistema de escape. O calculo do valor correcto da percentagem de CO existente nos gases de escape, utilizando a formula abaixo descrita, é designado por CO corrigido.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.19
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
O CO corrigido é calculado da seguinte maneira:
CO corrigido =
CO × 15 ⇒ para (CO + CO 2 ) 〈 15% CO + CO 2
CO corrigido = CO ⇒ para (CO + CO2 ) ≥ 15%
1.3.1.3 - HIDROCARBONETOS NÃO QUEIMADOS Os hidrocarbonetos não queimados (HC’s) tal como o CO provêm de combustões incompletas, e permite conhecer da “qualidade” da combustão. Os HC’s são normalmente medidos em p.p.m. (partes por milhão).
Volume em Percentagem
Partes por milhão (milionésimas) p.p.m.
100% (volume)
1.000.000 p.p.m.
10% (volume)
100.000 p.p.m.
1% /volume)
10.000 p.p.m.
0,1% (volume)
1.000 p.p.m.
0,001% (volume)
100 p.p.m.
Os valores obtidos para os HC’s permitem obter informações importantes sobre:
Falha de ignição: contactos do ruptor defeituosos, cabos das velas defeituosos, avanço à inflamação incorrecto, velas defeituosas; Preparação da mistura: injectores, distribuidor de combustível, estanquecidade do colector, mistura pobre;
Defeitos mecânicos do motor: falta de vedação das válvulas, da junta da cabeça, dos segmentos, fissuras na cabeça, falta de estanquecidade do colector;
Fugas no sistema de alimentação do combustível.
1.20
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
A melhor combustão obtém-se para misturas ar/combustível com baixo teor de CO e o mais baixo teor de HC’s possível. O mais baixo teor de HC’s obtém-se para taxas de CO entre 0,4 e 1% em volume. Os valores que se obtêm para motores bem regulados ao ralenti são:
Concentração de HC’s Motor com carburador (construção antiga)
≤ 300 p.p.m.
Motor com carburador (construção moderna)
≤ 200 p.p.m.
Motor com injecção (construção antiga)
≤ 200 p.p.m.
Motor com injecção (construção moderna)
≤ 100 p.p.m.
Só se deve fazer a analise dos gases de escape após o motor ter atingido a temperatura normal de funcionamento pois caso contrário o resultado da análise de HC’s poderá dar resultados superiores aos indicados anteriormente. Se a análise for efectuada à velocidade de rotação média do motor a concentração de hidrocarbonetos não queimados nos gases de escape baixa devido a uma maior eficiência de combustão da mistura ar/combustível. A análise da concentração de HC’s nos gases de escape permite fazer um diagnóstico do motor, como indica a tabela 1.6.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.21
1.22
Análise de Gases de Escape e Opacidade Ralenti irregular Ralenti irregular Ralenti irregular Motor em desaceleração
Muito Baixo
Normal
Baixo
Elevado
Normal
Elevado
Elevado
Elevado
Elevado
Elevado
Fugas no sistema de combustível
Aparecimento de HC's no liquido de refrigeração
Folga das válvulas muito pequena
Marcha irregular (aos soluços) quando o veículo se desloca
Elevado
Elevado
Problemas de ignição (utilizar o osciloscópio)
Sistema de Ignição
Tabela 1.6 – Diagnósticos do motor tendo como base a análise dos gases de escape (CO, HC’s)
Junta da cabeça
Consumo de óleo (guias das válvulas, segmentos do êmbolo)
Falta de estanquecidade do colector de admissão
Paragens parciais para certos estados de carga e de velocidade de rotação
Baixo
Mecânica
Muito elevado
Comportamento Do Motor
Teor de CO
Teor elevado
Mistura muito rica
Mistura pobre (verificar os HC's)
Mistura muito pobre (verificar os HC's)
Mistura muito rica
Preparação da Mistura
Ligação do reservatório, bomba, filtros com fugas
Informação de Diagnóstico
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1.3.1.4 - DIÓXIDO DE CARBONO A maior concentração de dióxido de carbono (CO2) acontece quando a combustão é completa. Para λ = 1, a concentração de CO2 nos gases de escape é aproximadamente de 14.7% em volume. A concentração de CO2 permite reconhecer a “qualidade” da combustão e verificar a estanquecidade do sistema de escape. A combustão está optimizada se a proporção de CO e HC’s é baixa e o valor de CO2 se aproxima do máximo. Se os valores de CO, HC’s e CO2 são todos baixos, é provável que exista uma entrada de ar adicional no sistema de escape. Pode também acontecer que o valor de CO2 seja superior ao máximo (14.7%) relativo à combustão, mas apenas em versão com conversor catalítico. Se o conversor catalítico funciona em pleno, algumas substancias tóxicas podem ser transformadas em CO2. Este aumento quando acontece é pequeno.
Teor de CO2
Valor de CO
Valor dos HC’s
Informação de diagnósticos
Muito elevado
Baixo
Muito baixo
Combustão óptima. Sistema de escape estanque.
Baixo
Baixo
Baixo
Combustão correcta. Falta de estanquecidade do escape.
Baixo
Elevado
Elevado
Má combustão: mistura muito rica.
Funcionamento com conversor catalítico Baixo Muito elevado
Muito baixo
Muito baixo
Elevado
Próximo de zero Extremamente baixo
Alto
Elevado
Má combustão: mistura muito pobre. Motor em condições. Conversor catalítico em bom estado de funcionamento. O motor não está em bom estado, a regulação l não está a funcionar, conversor catalítico defeituoso, o motor e o conversor catalítico não atingiram a temperatura ideal de funcionamento.
Tabela 1.7 – Diagnóstico do motor tendo como base a análise dos gases de escape (CO; CO2; HC’s)
Análise de Gases de Escape e Opacidade
1.23
Análise de Gases de Escape em Motores a Gasolina
1.3.1.5 - OXIGÉNIO RESIDUAL NO GÁS DE ESCAPE O oxigénio (O2) livre, aparece nos gases de escape quando existe excesso de ar na mistura ar/gasolina, ou existe uma entrada de ar no sistema de escape do motor. Quando o factor lambda (l) é superior a 1 (um), o conteúdo de oxigénio residual no gás de escape aumenta consideravelmente. A relação entre o valor de oxigénio e o de monóxido de carbono, permite determinar a transição da mistura rica para mistura pobre, pois se a mistura é rica a concentração de CO é elevada, sendo a de O2 baixa, caso contrário, se a mistura é pobre a concentração de CO é baixa, sendo a concentração de O2 alta. A entrada de ar adicional colector ou no sistema de escape, devido a fissuras no mesmo, provoca na análise dos gases de escape um erro, devido ao aumento de O2.
1.3.1.6 – ÓXIDOS DE AZOTO Os óxidos de azoto (NOx) não se formam à temperatura ambiente mas considerando as elevadas temperaturas de funcionamento no motor, o oxigénio e o azoto podem combinar-se e formar óxidos de azoto. Quanto mais elevada for a temperatura de combustão, maior é a probabilidade de formação de NOx. Quase todas as alterações que melhoram o rendimento do motor, implicam aumentos de temperatura de inflamação, pelo que nos motores mais recentes, existe um aumento das emissões destes gases. A redução da emissão de NOx é conseguida através da utilização de conversores catalíticos (catalisadores).
1.24
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Opacidade em Motores Diesel
2 - ANÁLISE DE OPACIDADE EM MOTORES DIESEL Uma das características dos motores Diesel é que sob carga, por exemplo em aceleração, os gases de escape formam uma nuvem negra. A nuvem negra é formada por partículas que se formam devido a complexas reacções químicas em caso de combustão incompleta do combustível. Os gases de escape dos motores Diesel não são constituídos somente partículas sólidas, como partículas de ferrugem, partículas de carvão, mas também por hidrocarbonetos não queimados e, sulfatos (devido ao conteúdo de enxofre no combustível) e gotas de água. O factor de medição das emissões de gases de escape de motores Diesel que é utilizado é a concentração de partículas nos gases de escape. Antes de se iniciar a análise de gases de escape de um motor Diesel e para se evitarem erros de medição deve-se ter em atenção:
a) No veículo:
O motor deve ter atingido a temperatura normal de funcionamento;
A mecânica do motor, o avanço à injecção, o colector e o sistema de escape do motor devem estar em bom estado de funcionamento;
Deve-se consultar o manual do fabricante para saber o tipo de veículo, o tipo do motor e se existem algumas particularidades para a realização da analise de gases de escape.
b) No aparelho que mede partículas sólidas existentes nos gases de escape: Ler o manual de instruções do aparelho que mede partículas sólidas existentes nos gases de escape;
Análise de Gases de Escape e Opacidade
2.1
Análise de Opacidade em Motores Diesel
O aparelho deve estar em boas condições de funcionamento, com filtros limpos, cabos, sondas e tubos em bom estado de funcionamento;
O aparelho deve ter o selo, que é colocado na verificação metrológica, que atesta a conformidade do aparelho para o seu uso.
As verificações metrológicas são efectuadas pelo Instituto Português Da Qualidade (I.P.Q.) ou por uma entidade autorizada pelo I.P.Q. A entidade possuidora de um analisador de gases de escape deve mantê-lo a funcionar dentro das tolerâncias admitidas realizando, quando necessário, calibrações do aparelho que mede as partículas sólidas existentes nos gases de escape. Os aparelho que mede partículas sólidas existentes nos gases de escape para ser utilizado deverá estar homologado. A homologação dos analisadores de escape é publicada em Diário Da República. A medição das partículas sólidas existentes nos gases de escape deve ser efectuada num ambiente dotado de uma instalação para a aspiração dos gases de escape, pois a inalação de gases de escape de um motor Diesel pode causar graves danos de saúde. Nos motores Diesel não se realiza a análise dos gases de escape, mas das partículas sólidas existentes nos gases de escape, existindo para o efeito dois sistemas diferentes utilizados na reparação automóvel:
Método de filtração;
Medição do grau de opacidade.
2.2
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Opacidade em Motores Diesel
2.1 - MÉTODO DE MEDIÇÃO POR FILTRAÇÃO Aspira-se um certo volume dos gases de escape, com uma bomba, e faz-se passar o gás numa bomba. Os gases passam através de um filtro onde são retidas as partículas. O grau de “enegrecimento” do filtro pode ser medido ou através de um reflectómetro (aparelho que mede o coeficiente de enegrecimento - escala B.S.Z.) ou pode ser comparado visualmente através da chamada “Escala Bacharach”. A recolha do gás de escape para medição efectua-se em aceleração livre (com a caixa de velocidades em ponto morto) em carga constante. Este método de medição é pouco utilizado nas oficinas.
2.2 – MÉTODO DE MEDIÇÃO DE OPACIDADE Para a medição da emissão de partículas com base na opacidade dos gases de escape, são utilizados opacímetros. Existem dois tipos de analisadores de opacidade: os de fluxo parcial e os de fluxo total, que se distinguem pelo método de colheita da amostra. No opacímetro de fluxo total, são recolhidos todos os gases de escape, que posteriormente serão analisados. A medição da opacidade é feita por um estreito feixe de luz que é emitido na direcção perpendicular à direcção do gás de escape, como mostra a fig. 2.1.
Fig. 2.1 – Método de medição da opacidade com um opacímetro de fluxo total
Análise de Gases de Escape e Opacidade
2.3
Análise de Opacidade em Motores Diesel
No opacímetro de fluxo parcial, é recolhida uma amostra de parte do gás de escape, sendo posteriormente analisada, como mostra a fig. 2.2.
Fig. 2.2 - Método de medição da opacidade com um opacímetro de fluxo parcial
A amostra do gás de escape é atravessada por uma luz cuja intensidade de radiação será medida. Devido às partículas existentes no gás de escape, a radiação emitida será enfraquecida por dispersão nas partículas e por absorção no interior das mesmas. A diferença intensidade entre a luz emitida e a luz recebida, após atravessar os gases de escape, determina a quantidade de partículas existentes nos gases de escape, ou seja a opacidade. A grandeza para a medição da opacidade que é mais utilizada é o coeficiente de absorção k, que é expressa em m-1. O valor de k corresponde à variação da intensidade luminosa que é emitida na câmara de medição, e a que alcança o receptor, depois de atravessar a amostra do gás de escape a medir. Alguns opacímetros utilizam escalas lineares de medição de opacidade (N), com valores de 0 – 100, o que corresponde à percentagem (%) de enegrecimento.
2.4
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Opacidade em Motores Diesel Para converter leituras da escala linear em valores de coeficiente de absorção utiliza-se a seguinte fórmula, em que L é o comprimento efectivo, em metros, do trajecto dos raios luminosos através dos gases de escape a medir:
k (m
-1
)=
-1 N ⎞ ⎛ × log e ⎜ (1 )⎟ L 100 ⎠ ⎝
Exemplo: Uma medição num opacímetro, cujo comprimento efectivo da câmara de medição (L) é de 0,430 m, resultou num valor de opacidade (N) de 60%. O coeficiente de absorção (k) correspondente é:
k (m -1) =
-1 ⎛ 60 ⎞ ×loge ⎜(1- )⎟ = 2,13m-1 0,430 ⎝ 100 ⎠
A correspondência entre a escala linear (N) e o coeficiente de absorção (k), para um mesmo comprimento efectivo da câmara de medição do opacímetro, é expresso na tab. 2.1.
K (m-1) N (%)
0,52 1,19 1,61 2,13 2,50 2,80 3,00 3,74 5,35 6,97 10,71 16,06 21,42 20
40
50
60
66
70
72,5
80
90
95
99
99,9
99,99
Tab. 2.1 – Correspondência entre a escala linear (N) e o coeficiente de absorção (k)
O processo para análise do gás de escape de veículos com motores Diesel prevê a medição
da emissão de opacidade utilizando um opacímetro de fluxo parcial pelo
método da aceleração livre. Nesse método, o motor é acelerado rapidamente em ponto morto até a rotação de corte (rotação máxima do motor) e mantido por alguns instantes nessa rotação, o que vai gerar um pico de emissão de partículas que é posteriormente medido. Para a análise é utilizado o índice de pico da curva de opacidade, sendo comparado com o índice de pico determinado pelo fabricante para veículos novos que serve como limite máximo.
2.2.1 – PROCESSO DE MEDIÇÃO COM OPACÍMETRO A luz emitida por um díodo led verde (1) de alta eficiência é concentrada por um sistema óptico (2) que produz um raio luminoso. Este raio passa através da câmara de medição e chega até ao elemento fotosensível (fotodíodo - 4).
Análise de Gases de Escape e Opacidade
2.5
Análise de Opacidade em Motores Diesel
1 – Led verde 2 - janela transparente 3 - janela transparente 4 - fotodiodo Fig. 2.3 – Opacímetro
Dois espaços vazios em ambos os lados da câmara de medição, são atravessados por correntes forçadas de ar limpo (entrada de ar), que evitam que impurezas transportadas pelos gases se depositem nos elementos ópticos (projector ou fotodíodo), o que poderia perturbar a medição. Duas janelas transparentes (2 e 3) fornecem uma protecção adicional aos elementos ópticos. As amostras do gás de escape são tiradas da saída do escape e dirigidas à câmara de medição (entrada de gases). O feixe de luz fornecido pelo led (1), enfraquecida pela quantidade de partículas existentes nos gases na câmara de medição, é finalmente recebido pelo elemento sensível à luz (fotodíodo - 4). A variação da intensidade luminosa que é emitida e a que alcança o fotodíodo (4), depois de atravessar o gás de escape, é utilizada para o cálculo do valor da opacidade. A quantidade de luz recebida é inversamente proporcional à concentração de fumos na câmara, ou seja, quanto maior a quantidade de luz recebida pelo fotodiodo menor é quantidade de partículas existentes nos gases na câmara de medição.
2.2.2 - PROCEDIMENTO OPERATIVO (GENÉRICO) DO OPACÍMETRO Ligar o opacímetro e esperar que este faça o pré aquecimento e a rotina de auto-verificação e calibração inicial. Esta rotina, dependente do modelo do opacímetro, poderá ter de ser repetida em parte ou no todo sempre que o opacímetro for activado.
2.6
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Opacidade em Motores Diesel
Verificar se a câmara de captação dos gases está devidamente limpa e desobstruída assim como a sonda metálica de captação caso esta esteja a ser usada.
Verificar se os cabos e ou tubos de borracha e a impressora estão devidamente ligados.
Colocar o sensor captador do regime de rotação do motor (tacómetro) numa secção recta de um dos tubo que transporta combustível a alta pressão para os injectores, como mostra a fig.2.4. Uma vez fixado o sensor não se deve rodá-lo, pois corre-se o risco de o danificar. Os sensores mais utilizados para captar o regime de rotação do motor são do tipo piezoeléctrico, pois estes detectam a dilatação do tubo no momento de injecção produzindo um sinal eléctrico.
Fig.2.4 – Colocação sensor captador do regime de rotação do motor
Análise de Gases de Escape e Opacidade
2.7
Análise de Opacidade em Motores Diesel
Colocar também a sonda da temperatura do óleo do motor, tendo o cuidado de regular o encosto de borracha usando como referência o comprimento da haste de medição do nível do óleo, como mostra a fig.2.5.
1 – Encosto de borracha 2 – Haste de medição de nível do óleo Fig.2.5 – Colocação da sonda da temperatura do óleo do motor
O veículo em teste deverá ter o motor a funcionar no regime de “ralenti” com a temperatura normal de funcionamento.
Desligar todos os opcionais do veículo que possam provocar alterações ou sobrecargas no regime do motor durante o ensaio. São exemplos disso o sistemas de ar condicionado. Ter em atenção também não tocar no volante para não accionar a bomba da direcção assistida. Nos veículos pesados é preciso também ter em atenção para verificar a existência de máquinas frigoríficas de congelação, gruas, básculas, etc., pois o seu funcionamento pode também provocar alterações ou sobrecargas no regime do motor durante o ensaio.
2.8
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Opacidade em Motores Diesel
A maioria dos opacímetros possui um mostrador que vai informando o utilizador da sucessão de operações e ou teclas que deve pressionar guiando-o assim ao longo do procedimento do teste.
Escolher o tipo de sonda captadora dos gases de escape mais adequado ao diâmetro do tubo de escape do veículo (para os casos em que o opacímetro possua mais do que um tipo de sonda ou forma de captação da amostra).
O operador deverá ter em atenção o tipo de motor Diesel que vai testar (normalmente aspirado ou turbo comprimido) afim de dar esta indicação ao opacímetro antes de iniciar o ensaio.
Acelerar o motor (3 ou 4 vezes) para limpar as eventuais acumulações de gases existentes no escape e deixar o motor voltar ao “ralenti”.
Introduzir a sonda captadora dos gases de escape seleccionada na saída do tubo de escape.
Dar indicação ao opacímetro que vai iniciar o teste. O opacímetro informa o operador da contagem decrescente de tempo ao fim da qual mostra a ordem para acelerar.
O operador, com a caixa de velocidades em ponto morto, deverá acelerar rapidamente o motor até ao regime máximo do motor (regime de corte da bombo injectora) e manter esse regime do motor durante o tempo indicado pelo fabricante do motor ou então até que o opacímetro consiga medir o pico de opacidade e indique que pode largar o acelerador. Para a realização da medição da opacidade é utilizado regime máximo do motor pois é neste regime que a bomba de combustível atinge o seu débito máximo.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
2.9
Análise de Opacidade em Motores Diesel
Uma vez que as condições de execução do ensaio (rapidez da aceleração e curso utilizado do pedal do acelerador) podem influenciar os resultados captados, é recomendável que o calculo de opacidade não seja baseado nos resultados de uma única medição mas sim na média de pelo menos três medições. Entre as medições o motor deve funcionar no regime de ralenti pelo menos durante 15 segundos. Alguns opacímetros estão programados para executar três, cinco ou mesmo mais ensaios por veículo. Nestes casos repetir a sequência atrás referida segundo as instruções dadas pelo opacímetro.
Terminados os ensaios o opacímetro efectua os cálculos necessários dando como resultado final a média calculada dos valores máximos medidos em cada ensaio efectuado.
Este valor é memorizado e fixado no mostrador do opacímetro após o que o operador poderá dar ordem para a impressão (caso esta não se faça automaticamente). Existem casos em que o opacímetro não realiza a média, logo o operador terá que realizá-la separadamente utilizando os valores das várias medições realizadas.
Retirar a sonda do tubo de escape do veículo.
2.3 – ANÁLISE DO RESULTADO DE UM TESTE DE OPACIDADE O valor de opacidade é um valor indicativo da qualidade da combustão. Um valor de opacidade acima do valor indicado pelo fabricante indica que o funcionamento do motor não é o correcto, indo provocar uma combustão com pouca qualidade e a emissão de partículas superior ao recomendado.
2.10
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Análise de Opacidade em Motores Diesel
Os vários factores que influenciam a combustão, logo a emissão de partículas são:
a) Quantidade de ar admitida pelo motor Os motores Diesel funcionam com um excesso de ar muito grande para permitir uma boa combustão. Se a quantidade de ar admitida pelo motor diminui a combustão não se dá nas melhores condições, pois existe um excesso de combustível. As causas que provocam a diminuição da quantidade de ar admitida pelo motor são:
O filtro de ar que se encontra sujo de modo a que provoque uma grande perda de carga do ar admitido;
A pressão de admissão diminui devido à perda de eficácia do turbocompressor devido a deficiências na sua lubrificação, perdas de estanquecidade na turbina do turbocompressor, entrada de corpos estranhos para o turbocompressor;
Existem fissura ou obstruções nos colectores de admissão e de escape.
b) Quantidade e modo de pulverização do combustível As possíveis causas que alteram a quantidade e o modo de pulverização do combustível para a câmara de combustão são:
Funcionamento do injector defeituoso;
Pressão de injecção incorrecta;
Análise de Gases de Escape e Opacidade
2.11
Análise de Opacidade em Motores Diesel
Fugas de combustível nos tubos que transportam o combustível a alta pressão para os injectores;
Pressão de retorno incorrecta;
Pulverização incorrecta do combustível devido á obturação parcial ou total dos orifícios de pulverização dos injectores.
c) Avanço da injecção de combustível incorrecto d) Estado do motor
Falta de compressão nos cilindros;
Segmentos com desgaste ou mesmo partidos;
Válvulas com desgaste;
Guias das válvulas com desgaste.
2.12
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Emissões de Gases de Escape
3 – EMISSÕES DE ESCAPE As emissões de gases de escape libertadas pelo motor são um indicador do estado de funcionamento do próprio motor, mas também uma fonte de poluição do meio ambiente. Por isso existem valores padrão de emissões de gases de escape que são utilizados para diminuir as emissões de gases poluentes e partículas para o meio ambiente. As concentrações de gases de escape utilizadas como indicador para a afinação de um motor, devem os valores fornecidos pelo fabricante. No entanto existem valores legais para as concentrações de gases de escape, que são utilizados nas inspecções periódicas obrigatórias (I.P.O.), que devem ser respeitados.
3.1 – VALORES LEGAIS DOS TEORES DAS EMISSÕES DE ESCAPE Os valores dos teores das emissões de escape legais, e seu graus de deficiência, são utilizados nas I.P.O. como valores padrões para realizar uma inspecção às emissões de escape.
3.1.1 - EMISSÕES DE ESCAPE PARA MOTORES DE IGNIÇÃO POR FAÍSCA (GASOLINA) Os valores legais para emissões não controladas do teor de CO (em volume) e respectivo grau de deficiência atribuído, ou seja, para veículos com motor por ignição por faísca não equipados com conversor catalítico (catalisador) de três vias controlado por sonda lambda são: Para veículos matriculados antes de 1-10-86:
Teor de CO inferior a 5.5% inclusive (sem grau de deficiência).
Teor de CO superior a 5.5% e inferior a 7% inclusive (grau de deficiência 1).
Análise de Gases de Escape e Opacidade
3.1
Emissões de Gases de Escape
Teor de CO superior a 5.5% e inferior a 7% inclusive (grau de deficiência 1).
Para veículos matriculados a partir de 1-10-86:
Teor de CO inferior a 3.5% inclusive (sem grau de deficiência).
Teor de CO superior a 3.5% e inferior a 5.5% inclusive (grau de deficiência 1).
Teor de CO superior a 5.5% (grau de deficiência 2).
Para veículos matriculados a partir de 1-1-93:
Teor de CO superior a 3.5% (grau de deficiência 2).
Os valores legais para emissões controladas do teor de CO (em volume) e respectivo grau de deficiência atribuído, ou seja, para veículos com motor por ignição por faísca equipados com conversor catalítico (catalisador) de três vias controlado por sonda lambda são:
Para veículos matriculados antes de 1-1-93: Com o motor em marcha lenta:
Teor de CO inferior a 0.5% inclusive (sem grau de deficiência).
Teor de CO superior a 0.5% e inferior a 1% inclusive (grau de deficiência 1).
3.2
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Emissões de Gases de Escape
Teor de CO superior a 1% (grau de deficiência 2).
Com o motor moderadamente acelerado (velocidade de rotação do motor superior a 2000 r.p.m.):
Teor de CO inferior a 0.3% inclusive (sem grau de deficiência).
Teor de CO superior a 0.3% e inferior a 0.6% inclusive (grau de deficiência 1).
Teor de CO superior a 0.6% (grau de deficiência 2).
Para veículos matriculados a partir de 1-1-93: Com o motor em marcha lenta:
Teor de CO superior a 0.5% (grau de deficiência 2).
Com o motor moderadamente acelerado (velocidade de rotação do motor superior a 2000 r.p.m.):
Teor de CO superior a 0.3% (grau de deficiência 2).
Análise de Gases de Escape e Opacidade
3.3
Emissões de Gases de Escape
3.1.2 - EMISSÕES DE ESCAPE PARA MOTORES DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO (GASÓLEO) Os valores legais para emissões de escape e respectivo grau de deficiência atribuído para motores com ignição por compressão (gasóleo) são: Para veículos matriculados antes de 1-1-80: Motores de aspiração natural:
Opacidade inferior a 4 m-1 inclusive (sem grau de deficiência).
Opacidade superior a 4 m-1 e inferior a 4.5 m-1 inclusive (grau de deficiência 1).
Opacidade superior a 4.5 m-1 (grau de deficiência 2).
Motores sobrealimentados:
Opacidade inferior a 4.5 m-1 inclusive (sem grau de deficiência).
Opacidade superior a 4.5 m-1 e inferior a 5 m-1 inclusive (grau de deficiência 1).
Opacidade superior a 5 m-1 (grau de deficiência 2).
3.4
Análise de Gases de Escape e Opacidade
Emissões de Gases de Escape
Para veículos matriculados a partir de 1-1-80: Motores de aspiração natural:
Opacidade inferior a 2.5 m-1 inclusive (sem grau de deficiência).
Opacidade superior a 2.5 m-1 e inferior a 3 m-1 inclusive (grau de deficiência 1).
Opacidade superior a 3 m-1 (grau de deficiência 2).
Motores sobrealimentados:
Opacidade inferior a 3 m-1 inclusive (sem grau de deficiência).
Opacidade superior a 3 e inferior a 3.5 m-1 inclusive (grau de deficiência 1).
Opacidade superior a 3.5 m-1 (grau de deficiência 2).
Para veículos matriculados a partir de 1-1-93: Motores de aspiração natural:
Opacidade superior a 2.5 m-1 (grau de deficiência 2). Motores sobrealimentados:
Opacidade superior a 3 m-1 (grau de deficiência 2).
Análise de Gases de Escape e Opacidade
3.5
Bibliografia
BIBLIOGRAFIA
BARRIO, Carmelo Anaya - Livro Verde sobre o Catalisador; Manufacturas Fonos, S.L. 1994. GERSCHLER, H. - Tecnologia del Automóvil, Editorial Reverté, S.A. FIAT AUTO PORTUGUESA - Equipamentos Ecológicos, Monografia Didáctica . RENAULT PORTUGUESA - A Despoluição, Edição do Centro de Formação ApósVenda. DELANETTE, M.- Conaissance de l’Automobile Les Techniques Anti-Pollution, Editions Techniques pour l’Automobile et l’Índustrie.
Análise de Gases de Escape e Opacidade
C.1
Pós-Teste
PÓS-TESTE Assinale com X a resposta correcta. Apenas existe uma resposta correcta para cada questão. 1. A característica de um analisador de gases de escape é:
a) O seu funcionamento é baseado na propriedade dos gases absorverem radiação infravermelha.................................................................
b) Analisa unicamente monóxido de carbono (CO)..................................
c) Analisa a opacidade............................................................................. d) Realiza a leitura de códigos de avaria de sistemas de alimentação geridos electronicamente....................................................................
□ □ □ □
2. Indique as unidades em que são medidas as concentrações dos vários componentes nos gases de escape.
a) CO (%), CO2 (p.p.m.), HC’s (p.p.m.).....................................................
b) CO (p.p.m.), CO2 (p.p.m.), HC’s (p.p.m.)..............................................
c) CO (%), CO2 (%), HC’s (%)..................................................................
d) CO (%), CO2 (%), HC’s (p.p.m.)...........................................................
□ □ □ □
Análise de Gases de Escape e Opacidade
S.1
Pós-Teste
3. Uma percentagem de CO elevada, nos gases de escape, é devida a:
a) Mistura Rica..........................................................................................
b) Mistura estequiométrica.......................................................................
c) Mistura Pobre.......................................................................................
d) l
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