Capitulo XII.
ANALISE DOS GASES DE ESCAPAMENTO E SUAS APLICAÇOES
A composição dos gazes de escapamento de um motor dependem, como anteriormente visto, da
riqueza da mistura combustível ( capítulos III e IX) e mais geralmente dos parâmetros de regulagem e de
utilização do motor, que condicionam a qualidade da combustão.
As técnicas de estudo e de afinamento dos motores, fundadas sobre as análises dos gazes de
escapamento vem sendo empregadas desde o nascimento do automóvel, mas elas tem sido realmente
desenvolvidas ao longo das últimas décadas, sob o efeito das exigências cada vez maiores impostas pelo
desenvolvimento de motores de maior rendimento e baixa emissão de poluentes.
Deste modo, diferentes métodos de análise de gases de combustão e de medição das emissões de
poluentes foram adaptados especificamente para os ensaios sob os motores ou diretamente nos veículos.
Estes métodos se baseiam na sua grande maioria em princípios físicos diferentes para analisar os
componentes particulares dos gazes de escapamento; aparelhos específicos que permitem analisar ao
mesmo tempo diversos componentes foram lançados e desenvolvidos nos últimos anos.
As evoluções das técnicas de análise estão atualmente mais orientada para as medições aplicadas
aos motores em funcionamento transitório sob dinamômetros de chassi ou sob bancos motor dinâmicos.
Certos aparelhos de análise de resposta rápida (inferior a um mili-segundo) nos dão atualmente a
possibilidade de rastrear as variações de concentração de certos compostos dos gases de escapamento na
escala de tempo de um ciclo motor.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.1. Analisadores de gaz clássicos
Observações preliminares sobre as medições
As análises tradicionais dos gazes de escapemento consistem em dosar: CO2 , CO ; HC
(hidrocarbonetos totais não queimados - THC : Total hydrocarbons –sem precisar a sua natureza em
particular), NO, NO2 , ou NOx , que geralmente designam a soma : (NO + NO2), et O2.
Os aparelhos utilisados para analisar os gazes de escapamento permitem geralmente de medir
concentrações volumétricas de gazes secos ou húmidos. Dependendo da natureza dos aparelhos de analise
e suas respectivas compatibilidades com a presença de água nos gazes analisados, as medições são feitas
na realidade com gazes húmidos (mantidos a uma temperatura superior ao ponto de orvalho destes
mesmos) ou com gazes secos ( previamente resfriados, com a extração a água condensada e
eventualmente expostas a secadores para eliminar o vapor de água residual). A conversão dos valores em
“base seca”em “base húmida”ou vice-versa, pode ser obtida graças a formulas simples que serão
apresentadas posteriormente.
As concentrações em CO2 , CO et O2 são geralmente experssas em “% de volume”, os valores
-6
de NO, NO2 et NOx em " partes por milhão” (p.p.m. ou 10 vol.). Os valores em HC são expressos em
“ppm equivalente”de um hidrocarboneto particular, que pode ser o metano CH4, o propano C3H8, o
hexano C6H14, ..... a medida que se façam então comparativamente com gazes padrão constituídos de
misturas de concentração conhecida destes mesmos hidrocarbonetos no ozônio ou no ar. Ultimamente
estas medições tem sido feitas sob a base do átomo de carbono e suas concentrações expressas em ppm C;
desta maneira 1 ppm de C6H14 = 6 ppm C. Em realidade, estas taxas de HC totais efetuadas, consistem
em valores médios que, como veremos adiante, os diferentes hidrocarbonetos existentes causam respostas
variadas nos aparelhos de medição.
A tabela XII.1 abaixo resume, para os compostos mais comumente medidos, os métodos
tradicionais de analise que podem ser empregados e que serão descritos mais adiante.
Para cada tipo de motor – ignição por centelha ou Diesel – as gamas de variação máximas de
concentrações em volume dos principais constituintes encontrados nos gazes de escapamento em valores
brutos estão expostos pela tabela XII.2
Métodos de análise
onstituintes
CO2
CO
Infra-vermelho não dispersivo
NDIR
Infra-vermelho não dispersivo
NDIR
(NDIR) – Ionização de chama FID
HC não queimados
totais
NO
(NDIR) - Quimioluminecencia CL
NO2
(NDUV) - QuimioluminecenciaCL
NOx
Quimioluminecencia CL
O2
Paramagnetismo - Eletroquímica
(*): NDIR / NDUV : Non Dispersive
Infra Red / Ultra Violet FID : Flame
Ionisation Detection - CL :
Chemiluminescence
Tabela XII.1 – Métodos utilizados
para a medição dos principais
constituintes dos gazes de
escapamento.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a
combustão
XII. (*) : 0 - 16 %, para ignição por centelha,
injeção direta, estratificada.
Concentrações mini-maxi (vol.)
COMPONENTES
CO2
CO
HC não queimados
O2
NOx
H2
Aldéhydes (HCHO)
Ignição por centelha
8 - 16 % (*)
0-5%
0 - 10 000 ppmC
0-5%
0 - 5 000 ppm
0-5%
Traces
DIESEL
0 - 12 %
0 - 0,05 %
0 - 2 000 ppmC
4 - 20 %
0 - 3 000 ppm
< 200 ppm
Tabela XII.2
– Gamas de
concentração
em volume
dos principais
componentes
para os dois
tipos de
motor.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.1.1. Aparelhos de analise que utilisam metodos de absorção ótica (Espectroscopia de absorção)
XII.1.1.1 Principio de funcionamento.Generalidades
As raidações eletromagneticas – onde os comprimentos de onda estão identificados pela figura
abaixo – são suceptíveis de serem absorvidos pela matéria ; esta absorção e em particular o (os)
comprimento (os) de onda dependem da estrutura molecular da mesma.
Fig. XII.3 –Comprimentos de onde de radiações eletromagnéticas Como primeira aproximação, a energia interna total de uma molécula
pode ser escrita: :
WW W W Wel
+ v+
= +
t
r
onde
Wt = energia de translação Wr = energia de rotação Wv = energia de vibração Wel energia
eletromagnética dos elétrons de ligação ( passagem de um elétrom sobre uma orbita
mais interna)
Somente a energia de translação não é quantificada. Os estágios energéticos estáveis da molécula
variam de maneira discontínua, a passagem de um a outra se fazem por absorção de uma quantidade de
energia determinada pela fórmula:
=
c
∆Wh.ν= h.
onde
λ
-34
-1
∆W = variação de energia h = constante de Planck (h = 6,626 . 10 J.s) ν = fréquencia (s ) c =
velocidade de propagaçao da luz m/s) λ = comprimento de onda (m)
As variações de ∆Wr e ∆Wv correspondem a absorção de radiações infra-vermelha, ∆Wel se
situa dentro do domínio do visível e do ultra-violeta. Se para uma determinada molécula, seja traçada a
absorção de energia eletro-magnética em função da freqüência ( ou do comprimento de onda) obten-se
um espectro de bandas. A figura XII.4 indica que uma maneira esquemática as bandas de absorção de
certos gazes no domínio do infra-vermelho entre 2 µm et 15 µm e no detalhe o espectro de rotaçãovibração do CO, entre 4,5 e 4,9 µm, obtido com um aparelho com poder de ampliação elevado e
mostrando a superposição dos raios de absorção correspondentes aos estados de rotação sobre as bandas
de absorção de vibração.
Os gazes nobres monoatômicos (Ar, He, ...) e os gazes elementares bi-atômicos onde a molécula
é simétrica (H2, O2, N2, ...) não possuem banda de absorção dentro do infra-vermelho. O ultra-violeta
permete a detecção de compostos aromáticos e do NO2. Em determinadas moléculas (SO2,
hidrocarbonetos aromáticos poli-cíclicos, por exemplo), a energia de radiação UV absorvida pode dar
lugar a uma nova emissão sob a forma de radiações de maior comprimendo de onda: é o caso do
fenômeno de fluorescência que pode ser usado para determinar determinados compostos (fluormetria).
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
Entre os aparelhos baseados sobre a absorção de infra-vermelho, dois princípios de análise
podem ser distinguidos:
Os aparelhos dispersivos, equipados de um monocromatógrafo (prisma ou rede) dão a
decomposição do espectro de radiação. Estes aparelhos são empregados essencialmente em laboratório. A
figura XII.5 nos mostra, a título de exemplo, o espectro de absorção infra-vermelho de um gaz de
escapamento seco. Os aparelhos não dispersivos ( ou sem decomposição espectral), de caráter industrial,
desenvolvidos para a medição em contínuo de um componente em particular (CO, CO2, CH4, NO, ...) são
de emprego freqüente no banco de ensaio motor.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
Fig. XII.4 – Bandas de absorção para certos gazes no infra-vermelho
* (O número de onda (wave number) é as vezes utilizado para caracterizar uma emissão e o numero de
-1
ondas compreendidas dentro de uma distancia de 1 cm: ela é expressa em cm
Fig. XII.5 – Espectro infravermelho de uma amostra de gaz de escapamento.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.1.1.2. Analisador de absorção de radiação infra-vermelho não dispersivo(NDIR :
Non Dispersive Infra Red)
O espectro infra-vermelho é o domínio que oferece as maiores possibilidade de análise dos
constituintes dos gazes de escapamento. As análises de CO2 e CO são sistematicamente efetuadas
seguindo a técnica NDIR onde, o princípio é colocado em prática sobre a forma de diversas realisações,
variáveis segundo os construtores de analisadores, que contribuíram a dar atualmente este tipo de medição
confiável, estável e preciso.
O princípio desta análise está representado logo abaixo, sobre a base de um analisador a duplo
feixe e com filtro positivo. O aparelho possui dois elementos emissores idênticos, geralmente constituídos
de filamentos aquecidos eletricamente ao vermelho nascente e munidos de refletores; os aparelhos mais
recentes utilizam uma única fonte emissora de infra-vermelho afim de minimizar as conseqüências de
envelhecimento diferente entre os emissores.
Dois tubos de mesmo comprimento contêm janelas transparentes em suas extremidades e são
atravessadas pelos feixes de infra-vermelho, servem uma de tubo de análise, e outra de tubo de referência.
No primeiro tubo, circula o gás a ser analisado, o segundo, contém um gaz inerte. Um receptor, separado
em duas câmaras, recebe os feixes de infra-vermelho transmitidos. (fig XII.6).
Fig, XII,6 - Esquema de um analizador NDIR a duplo feixe
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.1.2.Analisador de hidrocarbonetos por ionização de chama (FID : Flame Ionization Detector)
Os aparelhos de analise FID foram progressivamente substituídos pelos analisadores NDIR para
a determinação da taxa de HC totais, na verdade a sua resposta é mjuito mais uniforme para os diferentes
tipos de HC observados nos gases de escapamento motor.
Principio de funcionamento
Este detector baseia-se na ionização de uma chama de hidrogênio uma vez que os compostos de
hidrocarbonetos são introduzidos nesta chama. O elemento sensível do aparelho é constituído por um
queimador (fig XII.12). A figura XII.13 nos mostra uma visão geral da aparelhagem.
Fig. XII.12 Esquema do queimador de um aparelho FID Fig XII.13. Esquema e equipamento de um
analizador de hidrocarbonetos FID
Uma chama de difusão de um combustível (hidrogênio ou hidrogênio diluído por um gaz inerte)
no ar, é mantida por uma queimador. O gás a ser analisado é introduzido e pré-misturado dentro de um
fluxo de hidrogênio. Uma diferença de potencial de 100 a 300 Volts é aplicada entre os dois eletrodos
localizados de um lado e de outro da chama. As cargas elétricas produzidas dentro da chama são
recolhidas sobre estes eletrodos.
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XII.
O mecanismo de ionização da chama conhecido como o mais provável corresponde as reações
entre os radiais CH e oxigênio atômico O:
O
−
+
CH +→CHO +e
+
+
CHO +H O →H O +CO
23
−
3 eHO
+ → H O +H
2
Os radicais CH resultam de uma quebra térmica das moléculas de hidrocarboneto dentro da
chama de hidrogênio, o oxigênio atômico O é produzido dentro da zona de combustão pelas reações
reversíveis a seguir:
H2 +OH
H O +H
2
HOH
H2 +O
+
HO2
+
OH +O
As diferenças de resposta segundo a natureza das moléculas iniciais são de todo modo
observadas. Para os hidrocarbonetos alifáticos, a resposta é proporcional ao numero de átomos de
carbono; os átomos de carbono a outros átomos de C e H tem uma resposta mais um pouco mais inibida.
Desta forma, as ligações C=O resultam uma resposta praticamente nula.
De uma outra forma, em presença do oxigênio contido no gás a analisar, os mecanismos de
oxidação de certos hidrocarbonetos em um queimador podem modificar a sua ionização dentro da chama
e conduzir a diferentes sensibilidades de acordo com as espécies.
A linearidade do aparelho depende, entre outras, da eficiência do processo de captura, pelos
eletrodos, das cargas produzidas dentro da chama antes de suas desaparições eventuais por reações de
recombinação.
A corrente gerada depende da quantidade de hidrocarbonetos (átomos de carbono) que
atravessam a chama. A vazão de gás a analisar deve então estar minuciosamente controlada e mantida
constante. Em geral, é escolhido um fluxo igual ao mínimo que permita de obter a sensibilidade que se
necessita sobre um determinado aparelho. A resposta do aparelho é igualmente influenciada pelos fluxos
de ar e de hidrogênio que modificam a riqueza da chama e sua temperatura posteriormente. Como indica
a figura XII.14, para os fluxos que o atravessam, a resposta do analisador aumenta de inicio, passa por um
Maximo e depois decresce. As condições operatórias ótimas, acarretam um erro mínimo em caso de
variação do fluxo e são geralmente escolhidas na vizinhança da resposta máxima.
Fig. XII.14 – Resposta do detector a ionisacao de chama en função dos fluxos de ar e hidrogênio.
O analisador FID não e sensível ao vapor de água; em conseqüência, as analises podem ser feitas
com gases humidos. Somente o oxigênio presente no gás a analisar pode acarretar uma “interferência”
que depende do tipo de aparelho (geometria e material do queimador e do coletor) e das condições de
utilização (natureza do combustível, vazões, etc ).
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XII.
Para minimizar este efeito, emprega-se geralmente uma mistura de 40% H2 e 60% He (ou H2 –
N2) e a vazão da amostra é reduzida ao mínimo compatível com o nível de sinal de saída necessário.
Aconselha-se de se utilizar como gás padrão e gás de zero, misturas onde a quantidade de O2 de 0 a 5%
não exceda 2%.
A sensibilidade destes analisadores podem ir até alguns ppmC em plena escala e a resposta é
normalmente linear.
Mesmo sendo incomparavelmente melhor que o metodo NDIR, a resposta aos compostos
organicos de um aparelho FID calibrado com um hidrogenio aliphatico ( propano, n-hexano, n-heptano)
pode as vezes distanciar-se notavelmente de 1 ( sobrea base de um numero de atomos de carbono) em
determindos compostos como os hidrocarbonetos não saturados (olefinicos) e sobretudo pelos compostos
oxigenados (álcool, aldeídos, eters, etc..).
Em determinadas combinacoes classicas, a tabela XII.15 resume as contribuições dos átomos de
C e O respectivamente à resposta sobre a base de um número de átomos de carbono da molécula.
Atomo Tipo de ligação Contribuição efetiva
devido ao numero de
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
Aliphatico
Aromatico
Olefinico
Carbonyla
Nitrila
Ether
Alcool primario
Alcool secondario
Alcool terciario
1,0
1,0
0,95
0,0
0,3
-1,0
-0,6
-0,75
-0,25
Tabela XII.15 – Contibuicao
efetiva do numero de Carbono
na resposta FID
Estas diferenças de
resposta podem depender em
outra, muito do tipo de aparelho
e dê suas respectivas regulagens.
O tempo de resposta para 90% da escala depende do sistema de amostragem e é
geralmente da ordem de um segundo, a resposta do detector é inferior a um
milisegundo. .
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XII.1.3. Analisador de óxidos de nitrogênio (NOx) por quimiluminescência.
Principio de funcionamento
O método de quimiluminescência utiliza a reação do NO com o ozônio O3 que pode dar origem
a moléculas de NO2 excitadas no nível das camadas eletronicas (NO2*), respeitando as seguintes reações:
*
NO + O3 → NO 2( ou NO 2 ) + O2
NO2 → NO2 + hν [ λ
*
(06 − 3 µm)]
,
**
NO2 + M → NO 2 + M
O retorno espontâneo das moléculas de NO2* excitadas, em relação ao seu estado normal de não
excitada, se acompanha de uma emissão luminosa onde o comprimento de onde é característica desta
reação; esta emissão é captada por um foto-multiplicador e amplificada.
Em presença de um excesso de O3, a quantidade de energia emitida é função do NO2* formado
a partir do NO antes de participar da reação.
Em temperatura ambiente, algo em torno de 10% do NO dá origem ao NO2*; esta porcentagem aumenta
ligeiramente com a temperatura. Um fenômeno de “quenching” inibindo a emissão luminosa pode intervir
entre o NO2* e certos constituintes do gás a analisar, em particular nos casos de moléculas tri-atomicas
como o CO2, H2O.
Este efeito pode ser reduzido em se operando a baixa pressão e com a adição de um excesso considerável
de oxigênio ozonizado em uma amostra a analisar de maneira que o oxigênio seja o principal gás de
diluição dentro do reator.
Na maioria dos analisadores comercializados, uma bomba mantem um vácuo parcial ( pressão
entre 3 a 10 mm Hg) dentro da câmara de reação.(Fig. XII.17). Determinados analisadores de construção
mais recente funcionam a uma pressão atmosférica e sem auxilio de uma bomda de vácuo.
Um conjunto filtro ótico – fotomultiplicador, permete a medição da emissão luminosa dentro de
uma banda de comprimento de onda correspondente à reação precedente. As interferências com os outros
corpos presentes nos gases de escapamento, devido ao efeito de “quenching” mencionadas anteriormente
podem modificar ligeiramente a intensidade luminosa seguindo a variação da composição dos gases a
analisar (CO2, H2O, H2, ...) mas elas tornam-se secundarias e podem ser minimizadas com a redução da
vazão das amostras em analise.
Para se medir as concentrações de NO2 ou NOx ( NO2 + NO), os gazes passam primeiro em um
conversor onde se opera uma transformação de NO2 em N). Esta conversão é obtida por um efeito termocatalitico fazendo-se circular o gas a ser analisado dentro de um tubo (aço inox, molibidenio, ...). mantido
a uma temperatura suficientemente elevada para garantir a transformação quantitativa de NO2 em NO.
Certas limitações ou precauções devem, entretanto, serem observadas quando do emprego destes fornos
de conversão.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
A figura XII.18, que nos mostra um exemplo de resultados obtidos com um forno em aço inoxidável
mostra, desta forma, que para a Analise dos NOx seja correta, este conversor deve ser usado em zonas de
temperaturas limitadas. É nescessario na verdade, assegurar-se da transformação quantitativa de NO2 em
NO, evitar as reações parasitas que podem conduzir a oxidação de certas substancias nitrogenadas ( NH3,
CN2, etc...) em NO ou a transformação de NOx em NO ou outros corpos não detectáveis por
quimiluminescência.
Estes resultados dependem das seguintes condições de utilização:
.
•
Natureza do forno de conversão (aço inox, molibidênio, ...)
.
•
Tratamento anterior da superfície podendo modificar seu efeito catalítico (utilização
prolongada em meio redutor,..)
.
•
Composição do gás a ser analisado ( misturas oxidantes ou redutoras, taxa inicial de
NO2, ...)
Se os métodos de dosagem dos compostos particularas ( NH3 por exemplo) colocam em risco as
características a que estes conversores foram projetados, a utilização destes sob certas zonas de
temperaturas, sem um estudo prévio das “interferências”possíveis, podem vir a ocasionar erros de
medição.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
.XII.
.XII.
Fig. XII.17 – Representação de analizadores de NOx por quimioluminescencia
Fig. XII.18 – Analisador a quimioluminescencia.
Exemplos de transformações obticas com um conversor em aço inoxidável..
O controle da eficiência de um conversor pode ser feito através de analises suscessivas sobre os
modos NO e NOx de uma mistura de NO e de ar contidos dentro de um saco. A temperatura ambiente, o
NO se transforma progressivamente em NO2. O conversor é considerado eficaz se a analise de NOx após
20-30 minutos não de diferencie da analise incial efetuada logo após a introdução do NO dentro do saco (
Fig XII.19).
Fig. XII.19 – Controle da eficiencia de um conversor NO2 -NO.
Este controle pode ser igualmente obtido por analises de uma mistura de gás resultante de uma
vazão constante de gás padrão (NO + N2) e de uma vazão constante de O2 ou de ar passando dentro de
um gerador de ozônio (Fig. XII.20 a).
Em presença do ozônio ( ou do ar sintético) é adicionado progressivamente de maneira a que a quantidade
analisada caia em torno de 10% (valor c); as analises sucessivas realizadas na seqüência, em modo NO ou
NOx e com o ozonizador em funcionamento ou não, seguindo a seqüência esquematizada pela figura
XII.20.b, permitem de verificar a eficiência do conversor que é igual a:
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
⎛⎜
bd
−
100.
⎞⎟⎟⎠
a
Eficiência(%) 1
+
=
−
⎝
c
onde :
(c - d) representa o NO2 formado pela reacao
(a -b) representa o NO2 não detectado pelo analisador (b - c) sendo a medição do NO2 já
presente na mistura.
Esta eficiência devera ser superior ou iguar a 95%
Fig. XII.20 – Verificação da eficiência do conversor NOx - NO com a ajuda de um ozonizador.
Este tipo de analisador é muito sensível ( 0,01 ppm) e permite de obter uma resposta linear até
10.000 ppm. A precisao é geralmente da ordem de ± 0,5 % da escala. O tempo de resposta depende do
modo de utilização ( NO ou NOx); inferior a um segundo para 90% da escala para as quantidades
elevadas, ele é um pouco superior ( <3 s) para as baixas quantidades ( escala < 25 ppm).
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.1.4. Analisadores de oxigenio
XII.1.4.3. Varetas eletroquímicas e as sondas a oxigênio
Estes aparelhos baseiam-se sobre as propriedades especiais de certos oxidos refratarios, como o
zirconio ( dioxido de zirconio : ZrO2 ) que, a alta temperatura ( t > 300 C ) se comporta como um
2eletrólito solido e apresenta uma condutividade iônica devido a mobilidade dos íons O dentro de seu
reticulo cristalino.
Duas propriedades particulares são exploradas:
Um potencial galvânico é criado pelas pressões parciais do O2 diferentes de uma parte e de outra do
elemento ZrO2: Sonda oxigênio clássica. Os íons de oxigênio podem se deslocar dentro da cerâmica se
uma tensão é aplicada a um elemento de ZrO2 (electromechanical pumping characteristics) : sonda
UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor)ou analisador de riqueza por vareta eletroquímica.
Fig XII 2.7 Sonda oxigênio ou sonda “lambda”.
Este tipo de sonda é constituida de dois eletrodos metalicos ( platina porosa) colocadas de uma
parte e de outra de uma proteção em forma de luva constituída da cerâmica ( dióxido de zircônio dopado
por oxido de trítio) se comportam a altas temperaturas como um eletrolito sólido condutor de íons de
oxigênio.
Uma vez que as concentrações de oxigênio de cada lado da sonda são diferentes, uma força eletromotriz é
criada entre os dois eletrodos. A sonda funciona como uma pilha eletroquímica com as seguintes reações
nos eletrodos: :
+
4
e
−
2
O
2e
−
O
Na pratica, um lado da sonda é exposta à pressão parcial (pO2 air) dentro do ar ambiente, que por
conseqüência é constante, e do outro lado, a sonda é exposta ao gás de escapamento onde a pressão partial
(pO2 gaz) varia com a riqueza de funcionamento do motor. A expressao teorica da tensao gerada em
circuito aberto é dada pela lei de NERNST:
RT
.
⎡
p
O2
air
⎤
⎥⎦
E
=
.ln
⎢⎣
4. F
p gaz
O2
com
a.
E : f.e.m. en volts
-1
-1
R : constante universal dos gases perfeitos (8,33 J.mol .K )
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
T : Temperatura absoluta de utilização (K)
b.
4
-1
F : constante de Faraday (9,648.10 C.mol )
E ainda :
O2 air
⎤ 20 9
,
(, ,
⎡ p
EmV ) =0 0496 . T . log
⎢ ⎥≈0
0496 . T . log
[O2 ]gaz (%)
p gaz
⎣ O2 ⎦
A presença da platina sobre os eletrodos orienta, rapidamente por um efeito catalítico quando em
contato, a composição da mistura gasosa em seu equilíbrio termodinâmico. Em mistura pobre, a
concentração de oxigênio em equilíbrio, resultante da combustão completa, é função direta da riqueza; em
mistura rica, esta concentração depende das constantes de equilíbrio de três reações químicas : reação do
gás com a água, oxidação do CO e oxidação do H2 que, freqüentemente concorrem para o
desaparecimento do oxigênio residual.
Desta forma, a passagem de uma riqueza Φ = 0,999 a uma riqueza Φ = 1,001 conduz
7
19
teoricamente a uma variação da pressão parcial do oxigênio numa razão da ordem de 10 à 900 °C et 10 à
500 °C.
A forma do sinal obtido em funcao da riqueza de funcionamento do motor é apresentada pela figura
XII.28.
Fig. XII.28 – Tensão da sonda em função da riqueza.
Nos podemos notar que, em mistura pobre e em mistura rica, as variações de tensão são
relativamente baixas. Um salto de tensão importante, da ordem de 600 – 700 mV pode ser observado na
vizinhança da estequiometria; esta particularidade é utilizada nos veículos equipados de catalisadores
multifuncionais, para realisar a regulagem da alimentação da mistura na estequiometria, riqueza esta
correspondente a eficiência máxima desta técnica de “limpeza”dos gazes de escapamento.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
Podemos notar que, como os catalisdores multifuncionais ( 3 vias) geralmente constituídos a
base de materiais precisos ( platina, paladium, rodium, ) este tipo de sonda é rapidamente
“envenenada”por certos aditivos do combustível ( chumbo, fósforo,...) e seu emprego só pode ser feito
com gasolinas sem chumbo.
Para a medição da concentração absoluta do oxigênio em uma mistura, como por exemplo os
gases de combustão, a força eltro-motriz produzida depende da temperatura da célula. As sondas deste
tipo possuem um fio de aquecimento e um sistema de regulagem interno da temperatura que a mantem
constante e em geral superior a 700 graus centígrados. Nos podemos notar que, para uma temperatua de T
= 375 C, a variação da tensão é de 50 mV uma vez que a concentração de oxigênio a ser medido varia em
uma razão de 10.
Sonda UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor) (Fig. XII.29)
A sonda de detecção é constituída de dois substratos de ZrO2 aquecidos em ambos os lados por elementos
de cerâmica aquecedoras.
Fig. XII.29 – Exemplo do principio de funcionamento de um captor UEGO
(Vs/Icp) Constitui a célula de detecção e utilisa as duas propriedades 1 e 2 do ZrO2 mencionadas
anteriormente.
(Icp) Constitui a célula de bombeamento e utilisa a propriedade 2
constitue la cellule de pompage et utilise la propriété 2.
(Vs/Icp) É alimentado por uma corrente constande de baixa intensidade que drena o O2 do lado
direito do elemento e abastece a célula de referencia com uma concentração elevada de O2. O lado
esquerdo da célula está exposto aos gases de escapamento. A célula funciona como uma sonda a oxigênio
clássica e gera uma tensão Vs podendo variar entre 100mV (pobre) a 900mV (rica).
(Ip) Célula de bombeamento que pode controlar a pressão parcial do O2 dentro da cavidade de
detecção afim de manter Vs com um valor constante (por exemplo: Vs = 450 ou 00 mV) qualquer que
seja a composição do gás de escapamento. Isto graças a uma regulação de corrente de bombeamento Ip
controlada por um circuito eletrônico.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
O analisador funciona desta forma como uma bomba de oxigenio, este passando de um senso ou de outro,
segundo o que se encontrar em mistura pobre ou mistura rica. Neste ultimo caso, as moléculas de 02 são
drenados da cavidade de detecção e se combinam com os gases não queimados de CO, Hs, HC, ..... A
corrente Ip é, desta forma, proporcional a concentração residual de O2 em mistura pobre e, no senso
inverso, proporcional a soma das concentrações de gases não queimados em mistura rica (Fig XII.30).
Fig. XII.30 – Relação AR-Combustivel (ou Normalized Air
Fuel Ratio λ) e
corrente de
bombeamento em
misturas pobre e rica.
[ : Documentation
Horiba Mexa 101 λ,
SAE Paper 860408]
A relação a é calculada a partir do valor de Ip e, em se conhecendo a relação estequiométrica do
combustível utilisado, a riqueza pode ser deduzida.
Este analisador cobre uma gama de riqueza entre 0,45 a 1,45.
O tempo de resposta (~0,1 s) permete o estudo das fases transitórias.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.3. Determinaçao da riqueza apartir das analises dos gases de escapamento.
O cálculo da riqueza de funcionamento de um motor, em regime estacionário,
pode ser feito apartir do balanço dos elementos químicos C, H, O, N,....que, em não
existindo vazamento (ou introdução ) intermediário, devem ser conservadas entra a
admissão e o escapamento.
Mesmo que não se leve em conta as impurezas que podem se encontrar no ar e
no combustível admitido, pode-se desconsiderar a pequena quantidade de óleo
lubrificante que possa a ser consumido dentro da câmara de combustão.
O cálculo geral da composição dos gases de combustão, tratados no capitulo 9,
mostra que esta composição depende da riqueza mas também da temperatura no qual
estes gases são considerados e analisados. Em temperaturas de analise comumente
praticadas, ligeiramente inferiores às temperaturas medidas no escapamento, os produtos
atômicos e os radicais são completamente ausente e os produtos participantes se limitam
geralmente a: CO2, H2O, CO, H2, N2, O2, HC (hidrocarbonetos não queimados),
eventualmente carbono livre C, NOx (oxidos de nitrogênio sob a forma de NO ou NO2),
SOx
Nota-se imediatamente que HC, Nox, Sox sao os mais comumente dosados em concentracoes
muito mais baixas que os outros compostos e eles podem desta maneira, serem negligenciados às vezes
sem acarretar um erro maior no calculo. Entretanto, é raro de se poder dispor de uma analise completa dos
gases de escapamento. Vários métodos que utilizam um numero reduzido de analise de determinados
componentes e que introduzem certas hipóteses, foram desenvolvidas e serão apresentadas em seguida.
XII.3.1. Analise completa dos gases de escapamento
O principio dos balanços de elementos sera apresentado de inicio, sobre a base de um
caso simplificado relativo a combustão de uma mistura de um hidrocarboneto CHy e de ar
seco, de riqueza Φ no caso geral de uma combustão incompleta, onde encontra-se no gás
de escapamento: CO2, CO, H2O, 2, O2, HC (hidrocarbonetos não queimados dosados
sobre uma base do átomo de carbono e assimilados no combustível inicial) e N2. Em uma
primeira analise, desconsidara-se a formação de NOx supondo que
o nitrogênio atravassa a câmara de combustão sem ser modificado.
Da definição da riqueza:
lCombustive Re al
Φ=
para uma mesma massa de ar
etricolEstequiomCombustive
ou :
metricoArEstequio
Φ=
para uma mesma masssa de
combustivel.
A
r
Re
al
Sendo :
Y ⎞⎫
,
⎛
Φ .CHY + ⎜ 1 +
⎝
⎟
4⎠
.
(
O
2
+
3
7
8
5
.
N
2
)
⎪
⎪
CHY + . ⎜ 1 +
⎝
⎬ → nCO2.CO 2 + nH O . H O + nCO .CO + nH 2. H2 + nO2.O2 + nHC .CHy + nN 2. N
Y⎞
⎟ .(
⎠
1 ⎛⎪
O + 3 785. N2 )
⎪
22 2 ,
2
Φ4
↑
(eau vapeur ou condensée )
Se nós podemos, atraves da analise dos gases de escapamento secos ( H2O
condensada) ou humidos ( H2O vapor) conhecer as concentrações volumétricas dos
diferentes compostos, torna-se possivel de se dudizir a relação ar/combustível da mistura
e a riqueza, em se conhecendo o valor Y = H/C do combustível.
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
298
XII.
Exemplos de cálculos de riqueza a partir das analises completas dos gases de escapamento
Seja segundo a analise dos gases de combustão de um combustível CH1,8 , e os seguintes valores medidos
de gás seco:
Constituinte
CO2
H2O
CO
H2
O2
CH1,8_
(*)
0,1
(*) Os hidrocarbonetos
nao queimados são
supostamente possuir a mesma composição global que o combustível inicial.
% (volume)
13,1
condensado
2,7
0,9
0,7
Observe que as concentrações volumétrica representam igualmente as concentrações
molares de cada gás.
O valor de N2 da mistura pode ser deduzido pela diferença:
N2 = 100 -(13,1 + 2,7 + 0,9 + 0,7 + 0,1) = 82,5 %
a)Determinação da riqueza por um balanço de oxigênio
Seja Φ=
Air stoechiométrique Ostoech .
=
Air réel O2 réel
Em mistura pobre : Φ=
2
O2 réel −O2 en excès
O en excès
=−
2
1
O2 réel Oréel
2
Em mistura rica :
Φ=
O2 réel +O2 manquant
O manquant
1
2
=+
O2 réel O réel
2
(O2 em excesso) ou (O2 faltante) pode ser deduzido de um balanço entre o oxigenio necesario a
combustão dos gasee não queimados : CO, H2 et HC não queimados (assimilados ao hidrocarboneto
inicial CHY) e ao oxigênio residual:
O2 en excès ⎫
⎛⎛ Y ⎞⎞
=
,. CO +0 5
⎜05 , . H2 +⎜1 +⎟. HC⎟−O2
⎬
O2 manquant
⎝⎝4 ⎠⎠
Então, para todos os casos:
⎛⎛ Y ⎞⎞
⎜05 ,. H2 +⎜1 +⎟. HC⎟−O2
,. CO +05
⎝⎝4 ⎠
Φ= +
1
N
2
3785
, No
,., ,.
Φ= +
, ,., ,
presente caso: (05 2 7 +0 5 0 9 +1 45 0 1 )−0 7
1
≈ 1 057
,
82 5
,
3785
,
b)Determinação da riqueza por um balanco de carbono
(Carburant / Air )(Carbone / Azote )
Φ=
réel réel
=
(Carburant / Air )(Carbone / Azote )
stoech . stoech.
[
,. CO2 +CO +CH1 8
](1 +Y /4).3 785 28 0 [CO +CO +CH1 8 ]
12 0 ,.,
Φ=
3 785.(1 +Y /4)
,
=
2
,
.,28 0 ,
N2
.
,.[N2 ] 12 0
Para a mesma composição do gás
precedente: ,,, ,
Φ=
(13 1 +2 7 +0 1 )
,
1+
⎟ ≈1057 ,
.,
82 5
⎛ 18 ⎞
3 785.⎜
⎝4 ⎠
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
c) Determinação da riqueza por um balanço de hidrogenio
O método precedente conduz a erros se, no caso de certas combustões mal reguladas, existe a formação
de carbono livre em uma quantidade não negligenciavel ( e não dosada) nos gases de escapamento. Podese então se passar a um balanço de H2 da mesma maneira:
(Hydrogène / Azote )réel
Φ=
(Hydrogène / Azote ) .
stoech.
Sendo por exemplo, a nova constituição dos gases de escapamento:
Constituintete
% (volume)
CO2
13,1
H2O
CO
condensada 2,5
H2
0,9
O2
0,8
CH1,8_
0,1
C livre
Não
dosado
Tem-se
sempre:
N2 = 100 -(13,1 + 2,5 + 0,9 + 0,8 + 0,1) = 82,6 %
A quantidade de água condensada pode ser deduzida por um balanço de oxigênio:
(82,6 / 3,785) = 13,1 + (2,5 / 2) + 0,8 + (H2O)/2
Seja 13,3 moles de H2O formadas por 100 moles de gases secos, onde o numero de átomos de hidrogênio
inicial:
:
([H2 ]+[H O ])+Y CHY ]
H 2.[() =2.
Y⎞
, 2.
., .,
[⎝4 ⎠
⎛
{ ([H2 ]+[H O ])+Y CHy ]} ⎜
1008. 2
1+
⎟
3 785 28 0
2. H + H O +Y CH
(
[
2
] [
])
Y
]
[
2.
4 +Y
e Φ=
= 3785.
., ,
[N2 ]28 0
.
[ ]
1008.Y N2
.,
4.Y
., ,,., + ,
Pelo exemplo escolhido : Φ=
20 9 +13 3 )+1 8 0 1 41 8
.
., ,
(
3 785 ≈1 055
82 6 41 8
, .,
Estes métodos utilisam um balanço completo de um dos elementos da mistura combustível ( C,O,H)
permitindo de determinar a riqueza com uma boa precisão. Entretanto elas necessitam de dosagens de
certos elementos (hidrogênio em particular, oxigênio) menos comumente efetuadas na pratica que aquelas
dos CO2, CO e HC.
Metodos mais simples foram desenvolvidos para se calcular a riqueza a partir de amostras de um numero
reduzido de constituintes dos gases de escapamento : CO2 , CO, HC e éventualmente O2 , NOx, com uma
precisão aceitável, mas elas dependes de certas hipóteses e aproximações.
Por exemplo :
.
•
XII.3.2 Calculo da riqueza a partir do " CO2 total " (CO2, CO, HC)
.
•
XII.3.3.Calculo da riqueza pelo método de Spindt ( CO2, CO, HC, O2)
.
•
XII.3.4. Calculo da riqueza e do parâmetro de distribuição da mistura injetada pelo
método de Eltinge (CO2 , CO, HC, O2) `
.
•
XII.3.5. Calculo da riqueza pelo método dos cinco gases (CO2 , CO, HC, O2 , NOx)
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.3.5. Calculo da riqueza pelo método dos cinco gases (CO2 , CO, HC, O2 , NOx)
Este método esta baseado na analise dos gases secos e leva em conta a presença dos óxidos de nitrogênio
contidos nos gases de escapamento.
Para um combustivel de formula CHYOZ ,, a equação de combustão da mistura de riqueza Φ pode ser
escrita na sua forma genérica:
⎛Y
Z⎞
(
)
Φ. CH OZ ++− ⎟. O +χ. N 2 →nCO2. CO 2 +nCO . CO +nH 2. H2 +nO2. O2 +nH O . H O
Y
⎜ 1
⎝
22
2
42 ⎠
Hw
+nHC . Cα β+nN 2. N 2 +nNOx . NO
Considera-se o ar constituído de N2 (hidrogênio e gases nobres incluso) e de oxigênio O2 em proporções
molares N2/O2 = χ..
São medidos nos gases em base seca de escapamento CO2 (%),CO (%), O2 (%), NOx (%) ou NOx
-4
-4
(ppm.10 ), HC (%) ou HC (ppmC.10 ). Estas medições em %vol são semelhantes as medidas dos
números de moles sobre um total de 100 moles de gases secos.
Estima-se que as composições estatísticas de hidrocarbonetos não queimados HC assim como as de
óxidos de nitrogênio NOx nos gases de escapamento pela escolha dos valores : α, β. Eles correspondem a
uma formula media CαHβet w de NOw.. Pode-se admitr que o equilíbrio da composição de gases secos se
traduz, qualquer que seja a riqueza, pela relação % H2 = δ . % CO. A humidade residual dos gases secos é
dada em ε %.
A representação dos balanços dos diferentes elementos pode ser expressa pelas equações seguintes:
nCO 2= Φ nn HCCO .++ α
C
Bi
)1(
H
nY H 2.2 . =Φ nn HCOH 2 ..2 ++ β
Bilan
)2(
O
Z nCO 2.2 =⎟
1 .2 ⎜ ⎝ Y
Z.Φ ⎛ ++
4 − 2 ⎠⎞
nCO+ nO 2.2 +
Bilan
)3(
N
Z nN 2.2 =⎟
1 . .2 ⎜ Y
nNOx+
Bilan
⎝ ⎛ +χ 4 − 2 ⎠ ⎞
)4(
ionsconcentrat Bilan
nCO 2100= − ε
nCO+
nH 2+ nO 2+
)5(
sèches
n w NOx.+
nHC+
n OH 2+
nNOx+
nN 2+
nO2+
nH
2
A resolução do sistema nos conduz as seguintes relações:
Eq. 1
Eq.
.1
23
−
1
→
.
.
1
4
Eq
.2
→
A=
B
=Φ
=
nCO2
nCO+
nHC.+α
Z . 2Φ
Y
Z Y .2 4
1+
4
⎞ ⎠⎟−Φ
+⎛
−
⎝⎜
⎛
Y
=
Z⎞
Eq 4 −Eq 5 C χ⎜1+ −⎟=100 − −−−−− −ε
.. . →= .
2
nCO2 nCO nH 2 nO2 nHC
⎝42 ⎠
nCO2
+
nCO
2
−
2
nHC
.
4−β
n NOx
+
wn
NOx
.2
2
Tem-se :
Z⎞
AB ). ⎜
⎛
⎝
Y
−=(Φ−11+ − ⎟=(Φ−1).
C
42 ⎠χ
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
Onde a riqueza Φé escrita por :
−
AB
1
Φ= +χ.
C
mais precisamente :
.
1⎛
wn
NOx
(
)
β⎞
. nCO +nH 2 +⎜α+ ⎟. nHC −nO2 −
2 ⎝4 ⎠2
1
Φ= +χ. ε
n
100 −−nCO 2 −nCO −nH 2 −nO2 −nHC −
NOx
2
Pode-se notar que esta expressão é análoga äquela resultade de um balanço de oxigênio que foi utilizada
anteriormente (XII3.1). Ela está sendo completada agora pela adição dos NOx. Na verdade, o termo (A –
B) representa o excesso de O2 - - (A-B) < 0 - (ou por definição - (A-B) > 0) após a oxidação completa do
CO, H2 e HC levando-se em conta a presença do NOx. O termo C representa a concentração de N2
contido nos gases de escapamento em base seca.
Em resumo :
−4
A =CO 2% +CO % +HC ppmC .10
1−δ 1
−4
w NOx ppm .10 B = . CO % +CO 2%
1
⎛β ⎞
−4
+O2% − . ⎜ ⎟ .HC ppmC .10 + . .
2
24 ⎝α⎠
11
−4
−4
C =100 −ε% −(1+δ). CO % −CO 2% −O2% − . HC ppmC .10 − . NOx ppm.10
α
2
(AB)
−
1
et Φ=+χ.
C
Observa-se que esta expressão da riqueza não faz menção a formula do combustível H/C, O/C).
No caso de um motor a gasolina, alimentado com um combustivel liquido comercial, pode-se adotar :
β/α = 1,84 com α= 7
w = 1,2 (supondo-se uma repartição : NOx = 80 % NO + 20 % NO2 , justificaval, mesmo que
praricamente só o NO seja formado num motor a gasolina pelo tempo de transferencia do gas até o
analisador que permete, em presenca do O2 residual, uma oxidacao de uma fração do NO em NO2).
2
[CO].[H
em realidade, a relacao de equilibrio do gas agua se escreve:
,δ = 0,3 ;
O]
≈35 , logoc
[CO ].[H ]
2
2
2
[H2 ]
1
[HO]
= .
ou, em se admitindo que as taxas de transformação de C em CO2, H2O sejam
, identicas, teremos : [CO2 ]≈k..
[CO] 35 [CO2 ]
αΦ e [HO]≈k.
β. Φ
, entao, admitindo-se : β/ α= 1,84 encontra
2
2
[HO]
,
≈
2 184
se : e
[ H2 ]
≈026, ; na pratica, esta razao determinada a partid de analises é mais
[CO2 ] 2 [CO] comumente utilisada.
( 0,2 < δ < 0,5).
ε = 1 % (o que corresponde sensivelmente a uma condensação de vapor dàgua a 4 -8 °C , temperatura na
qual a pressao parcial do vapor saturado é da ordem de 8 – 10 mbar, para uma pressão de gás vizinha a
uma pressão atmosferica em torno de 1000 mbar.)
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
Com base nestas hipoteses, a riqueza é escrita :
−4
−4
0 65. CO (%) +1 46. HC ( ppmC .10 ) −O2 (%) −0 6. NO ( ppm.10 )
,, ,Φ= + ,
x
13 785.
−4
1 , . CO (%) −O2 (%) −014. HC ( ppmC .10 ) −0 5
−4
100 −−CO2 (%) −13, , . NO ( ppm.10 )
x
Uma relação de compatibilidade pode ser escrita a partir da equação (5) estabelecendo um balanço de
concentrações secas. Para esta, considera-se os valores Y = H/C et Z = O/C como valores conhecidos do
combustível. A prova consiste em recalcular a somma. COMPA = ( nCO2 + nCO + nH2 + nO2 + nHC + nNOx +
nN2 + ε)
Que teoricamente deve ser igual a 100%.
Pode-se entoa escrever as seguintes relacoes :
⎛ YZ ⎞
Eq.4 → nN 2 =χ. ⎜ 1+ −⎟− 05nNOx
⎝
,.
42
⎛ YZ
Eq.3 −Z Eq .1 → 2. ⎜1+− ⎟=(2 −ZnCO2 +(1−ZnCO +2. nO2 +w n NOx +nH O −Z. .
2⎠
.
⎝4
). ). .2 αnHC
1
(
(
) )
Eq .2 −Y Eq .1 → nH O = . Yn +YnCO + Y.αβ . n −n
2
. .
2 CO2
.−
HC H 2
que permetem de demonstrar nH2O et nN2 em funcao das concentracoes medidas e conhecidas : nCO2 ,
nCO , O2 , nHC , nNOx .
Chega-se entao a :
⎡ χ⎤
χ
COMPA = ⎢(χ+1)+ .Y − . Z ⎥. . nCO2 (%)
⎣42
⎡ ⎛ χχ
χ⎞
+⎢(χ+1)+δ. ⎜1− ⎟+ .Y − . Z
2
. nCO (%)
⎥
⎦
⎝2 ⎠4
⎣
+[χ+1]. nO2 (%)
⎡⎛ αβ⎞α α
.
1 −χ. ⎟+χ..Y −χ.. Z ⎥. nHC (%)
+ ⎢ ⎜
⎣
⎝ 4 ⎠42 ⎦
,. [χ. w +1]. nNOx (%)+05
+ε(%)
Com o valor de χ = 79,1 : 20,9 = 3,785 esta expressao é escrita da seguinte forma: :
COMPA =(4 785 +0 946 . Y −1 892 . Z ). . nCO2 (%)
,, ,
,, ,,
+(4 785 −0 892 .δ+0 946 . Y −1 892 . Z). nCO (%)
,
+4 785 . nO2 (%)
+−0 946. . , αY −1 892. .
(1, αβ+0 946. . , αZ ). n (%)
+05 ,,. (3785. w +1). n (%)
HC
NOx
+ε(%)
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
.
.
XII.
XII.
303
Um ábaco para a validação das medições permitindo de assegurar uma certa precisão de determinação da
riqueza pode então ser estabelecido. A figura XII.37 indica um exemplo deste tipo de ábaco.
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Rosemount Analytical Schlumberger (Société d’Instrumentation) Siemens Thermo Electron Corporation
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
FIGURAS VARIAS
Evolução das normas européias anti-poluição
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.
XII.
XII.
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XII.
Comparação entre a severidade dos ciclos Europeu ECE 15 (Urbano) e o americano e FTP 75;
Representação do ciclo Europeu NMVEG utilizado atualmente na legislação anti-poluição
veicular. Diagrama representando o ciclo FTP 75. (USA). Exemplo de um circuito de coleta e
cálculo de emissões segundo a norma americana. Esquema genérico de um banco de rolos
utilizado para medição de emissões veiculares. Caracterização da lei de dissipação de energia
para um motor a ignição por centelha. Esquema da lei de dissipação de energia durante a
combustão para um motor DIESEL.
NOTAÇAO
AOA
AOE
C
CA50
Ci
Cp
Crel
CSE
CSI
Cv
D
Gf
HLC
L
L
Li
Ls
m
n
n
N
nc
P
p
Pc
PCI
PCS
Pe
Pf
Pi
PMB
PME
PMF
PMH
PMI
PMI-BP
PMI-HP
q
Q(α)
q*
qs
r
r
r
R
RFA
RFE
Rr
Rs
Avance abertura admissao (Avance ouverture admission)
Avance abertura escapamento (Avance ouverture echappement)
Torque
Posicionamento da combustao para a qual temos 50% da carga queimada
Torque indicado
Calor massico a pressao constante
Carga relativa (Cap V)
Consumo especifico efetivo
Consumo especifico indicado
Calor massico a volume constante
Diametro do cilindro
Consumo horario de carburante
Velocidade maxima da lei de combustao
Curso do pistao
Taxa de entrega (Cap V)
Limite inferior de inflamabilidade (Cap VI)
Limite superior de inflamabilidade (Cap VI)
Nº atomos de H (Cap III)
Nº de cilindros
Nº atomos de C (Cap III)
Regime
Nº de tempos motor por segundo
Potencia
Pressao
Poder calorifico a pressao constante
Poder calorifico inferior
Poder calorifico superior
Potencia efetiva
Potencia perdida por atrito
Potencia indicada
Punto morto inferior (Point Mort Bas)
Pressao Media Efetiva
Pressao Media de Atrito
Punto morto superior (Point Mort Haut)
Pressao Media Indicada
Pressao Media Indicada bucle baixa pressao
Pressao Media Indicada bucle alta pressao
Energia calorifica especifica da mistura associado a unidade de massa ou de volume de ar
Liberaçao de energia funçao do angulo do virabrequim
Energia calorifica especifica da mistura associado a unidade de massa ou volume de mistura
Energia calorifica especifica da mistura estequiometrica
Constante dos gases perfeitos (J/kg.K)
Radio da manivela
Nº atomos de O (Cap III)
Constante universal dos gases perfeitos (J/mol.K)
Retardo fechamento admissao (Retard fermeture admission)
Retardo fechamento escapamento (Retard fermeture echappement)
Rendimento de enchimento (Cap V)
Relaçao de varredura (Cap V)
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
.
.
T
XII.
XII.
ηb
ηcomb
ηcycle
ηg
ηi
ηmeca
ηorg
ηt
ηth
ηth.th
ηv
λ
λ
ν
ρ
Φ
Temperatura
Temperatura minima de inflamaçao (Cap VI)
Cilindrada do motor
Velocidade media do pistao
Cilindrada unitaria
Trabalho
Trabalho indicado
Relaçao entre nº de atomos H e C
Relaçao entre nº de atomos O e C
Relaçao dos calores especificos
Entalpia de combustao
Entalpia de formaçao duma especie quimica
Retardo de autoinflamaçao (Cap VI)
Relaçao volumetrica de compressao
Rendimento de varredura (Cap V)
Rendimento de combustao
Rendimento de ciclo
Rendimento global ou efetivo
Rendimento indicado
Rendimento mecanico
Rendimento organico
Rendimento de entrega (Cap V)
Rendimento termico
Rendimento termodinamico teorico
Rendimento volumetrico
Relaçao biela/manivela
Inverso da riqueza (usado na alemanha)
Volume do espaço morto
Densidade
Riqueza
ψs
Relaçao ar/combustivel estequiometrica
ω
Velocidade angular
Ti
Vcyl
Vp
Vu
W
Wi
Y
Z
γ
∆Hc
∆Hf º
δi
ε
Traduçao realizada por:
• Capitulos I, II, III, IV, VI, IX: Noël Moreno Lahore
• Capitulo V: Frederic Santos
• Capitulo VIII: Carlos Siqueira & Noël Moreno Lahore
• Capitulos X, XI, XII: Julio Lodetti
Introcução ao estudo e aos ensaios de motores a combustão
XII.