Neste capítulo foi abordado o funcionamento do motor diesel, histórico de utilização, panorama mundial e brasileiro com relação às emissões de poluentes, coleta e medição de aldeídos, legislação vigente.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Em 2005, Abrantes et. al. (2005) realizaram diversos ensaios de emissões em veículos a diesel com o objetivo de medir as emissões de aldeídos. Utilizaram quatro veículos do ciclo diesel com elevada quilometragem e os ensaios foram realizados conforme a ABNT NBR 6601(2012), no laboratório da CETESB, em São Paulo. Os pesquisadores publicaram um artigo apresentando as técnicas utilizadas para a coleta das amostras e um diagrama de teste dos veículos. Os autores concluíram que a emissão de aldeídos dos veículos equipados com motores do ciclo a diesel são maiores que os veículos equipados com motores do ciclo Otto abastecidos com gasolina, e se assemelham em valores aos abastecidos com álcool. O artigo também chama atenção para o fato da legislação brasileira não impor limites de emissões de aldeídos para veículos do ciclo diesel, e destacam que a imposição de limites para o ciclo Otto mostrou eficiência na redução dos níveis de emissões de aldeídos. Os autores sugerem a realização de estudos com uma quantidade maior de amostras, e ensaios em dinamômetros de motores para determinação dos aldeídos, determinação do fator de deterioração destes veículos e criação de inventário das emissões de poluentes. (ABRANTES et al., 2005).
Caplain et al. (2006) efetuaram ensaios com medição de aldeídos de um veículo do ciclo diesel, coletando as amostras de gases de escapamento diluídos utilizando cartuchos impregnados com DNPH. Verificaram que o formaldeído era o que apresentava maior valor relativo aos aldeídos totais.
Shiotani et al. (2006) mediram aldeídos (formaldeído, acetaldeído, acroleína e benzaldeído) de motores “off-road” em banco de provas. A coleta de amostra de gases de escape foi feita utilizando cartucho de sílica gel impregnado com 2,4 DNPH. A análise da amostra se deu por HPLC. Os autores também efetuaram medição de aldeídos na amostra bruta utilizando FTIR, encontrando valores mais altos de emissões de aldeídos em baixa carga e uma boa correlação de valores para o formaldeído em relação às medições com HPLC.
Arapaki et al. (2007) efetuaram ensaios em um veículo diesel compatível com Euro III, utilizaram cartuchos impregnados com DNPH, retirando a amostra do gás de escapamento com uma vazão constante de 150 mL/min e analisando a amostra por HPLC. Peng et al. (2008) coletaram amostra de gás de escapamento, em um motor diesel Mitsubishi 4M40-2AT1, com vazão constante de 1 l/min durante
20 minutos, utilizando cartucho impregnado com DNPH para retenção dos aldeídos e também utilizaram HPLC para analisar os diferentes tipos de aldeídos, concluíram que os Aldeídos dominantes nas emissões são o formaldeído e o acetaldeído, juntos correspondem por cerca de 75% do total das emissões de aldeídos.
Pi-Qiang et al. (2009) utilizaram um sistema AVL FTIR para a medição de aldeídos de amostra bruta de gás de exaustão de um motor diesel instalado em banco de provas. Karavalakis et al. (2009) coletaram amostras diluídas com um recipiente de Tedlar e com um cartucho Chomafix-DNPH. Foi usada uma vazão de 150 mL para a amostragem, totalizando 3 L no total. Foi usado um sistema HPLC nessa análise. Guarieiro et al. (2009) efetuaram coleta de aldeídos do gás de escapamento de um motor de dois cilindros diesel utilizando impingers com solução 2,4 DNPH e HPLC para análise dos compostos. Detectaram cerca de 18 compostos carbonílicos diferentes.
Shah et al. (2009) e He et al. (2009) usaram um sistema de mini-diluição com razão de diluição em torno de 8. Foi feito o bombeamento da amostra através de um cartucho com uma vazão de 260 mL/min, durante 30 minutos. Foi utilizada a norma ISO 8178 e ensaiado um motor diesel de 4 cilindros. Storey et al. (2003) usaram um sistema de diluição similar ao de Shah et al. (2009), mas a amostra foi coletada apenas na marcha lenta do motor com uma vazão de 1 L/min durante 90 minutos.
Morita et al. (2009), apresentaram um artigo na 32º reunião anual da Sociedade Brasileira de Química, contendo os resultados comparativos entre ensaio de emissões de aldeídos, em um motor diesel abastecido com diesel e biodiesel. Utilizaram uma bancada de teste de motores do laboratório de motores da USP, o sistema de amostragem foi feito de modo que o gás de escapamento do motor fosse
borbulhado em solução absorvente refrigerada de DNPH/ACN (2,4
dinitrofenilidrazina/acetronitrila). Os autores concluíram que podem haver condições de combustão de biodiesel em que a emissão de aldeídos pode atingir de 5 a 10 vezes mais em relação à combustão com diesel.
Silva et al. (2009), efetuaram seis ensaios conforme ABNT NBR 6601, três utilizando veiculo abastecido com gasolina e três com veículo abastecido com etanol hidratado carburante (EHC), no laboratório de emissões da Ford na cidade de Tatuí SP, com objetivo de comparar a metodologia de coleta de aldeídos utilizando cartuchos e impingers. Os autores concluíram que os resultados obtidos nos testes
demostraram que as duas metodologias de coleta apresentaram estatisticamente o mesmo resultado, porém recomendaram evoluir o estudo de coleta de aldeídos por cartucho, principalmente no que diz respeito a fatores de diluição da amostra de gás de escapamento para verificar a questão da saturação do cartucho.
Karavalakis et al. (2010), utilizaram um veículo de passageiro com motor que atendia os níveis de emissões Euro IV, equipado com catalisador de oxidação, para verificar o efeito da utilização de misturas de biodiesel nas emissões de poluentes. Utilizaram os ciclos New European Driving Cycle (NEDC) e Artemis na realização dos ensaios. Os combustíveis foram obtidos com a adição de biodiesel de soja e óleo usado de fritura nas proporções de 20, 30 e 50% ao diesel de baixo teor de enxofre (menor que 10 ppm). Os resultados apresentados pelos pesquisadores relacionados à adição de biodiesel no diesel demonstraram redução de emissão de CO e HC, aumento do NOx, CO2 e do consumo de combustível. Concluíram ainda que as emissões não legisladas são diretamente influenciadas pelas características dos combustíveis utilizados, e que o uso de óleo oxidado de fritura aumentou significativamente a emissão formaldeído, acetaldeído e acroleína.
Em 2012, Anderson, publicou um estudo utilizando combustíveis derivados da mistura de biodiesel e diesel em diversas proporções, utilizando um veículo leve do ciclo diesel. Os biodieseis utilizados foram: de soja, canola, palma, origem animal e óleo usado de cozinha, as proporções variaram de 5% de adição de biodiesel (B5) até 100% de biodiesel (B100). Os testes foram realizados em banco de chassis e os resultados demonstrados foram: aumento significativo do NOx nas misturas B10, B20, B30, B50 e B100, diminuição de CO apenas na utilização do B20, a emissão de CO2 apresentou redução leve apenas com B10, a emissão de material particulado foi reduzida nas misturas B10, B20, B30 e B50 e aumento de 25 a 35% na emissão de aldeídos com as misturas avaliadas B10, B20 e B30.
Um estudo realizado por Chin et al. (2012), utilizando dois motores do ciclo diesel (de 1,7 litros e 6,4 litros), abastecidos com diesel de baixo teor de enxofre e mistura deste com 20% de biodiesel (B20). A coleta de amostra de gás de escapamento foi efetuada em marcha lenta e em carga. O motor de 1,7 litros estava equipado com catalisador de oxidação e, no ensaio com carga, os autores observaram uma elevação na emissão de NMHC, NOx, formaldeído e compostos orgânicos voláteis (COV). No motor de 6,4 litros sob carga e abastecido com B20, houve redução no MP, HC, formaldeído e COVs, porém um aumento do NOx. Os
autores concluíram que a utilização da mistura de biodiesel no diesel reduziu a emissão de poluentes legislados, porém aumentou a emissão de poluentes não legislados, e que esses, mesmo representando uma pequena fração do total de emissões, devem ser considerados devido à sua toxicidade. Verificaram, ainda, que as emissões tendem a aumentar com aumento de teor de enxofre no diesel.
Melo et al. (2013), apresentaram um artigo no Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva (SIMEA), contendo os resultados obtidos em ensaios de emissões de aldeídos, utilizando diesel com diferentes teores de biodiesel. Os ensaios foram realizados em três veículos diferentes que atendiam a fase L-3 do PROCONVE, e um motor EURO III. Nos ensaios realizados nos veículos, os autores utilizaram o método de coleta de aldeídos por impingers. Já nos ensaios realizados no motor efetuaram a coleta adaptando cartuchos no equipamento de coleta de material particulado (Smart Sampler). Os autores concluíram que as emissões nos veículos motorizados com diesel ficaram abaixo dos limites estabelecidos para veículos movidos à gasolina e álcool de categoria equivalente. Nos ensaios realizados no motor houve uma tendência de aumento das emissões de aldeídos com aumento da proporção de biodiesel no combustível e verificaram também, que até o percentual de 20% de biodiesel não há um aumento significativo de emissões de aldeídos. Os autores relatam que a emissão de aldeídos é muito reduzida com o uso de catalisadores de oxidação, e esses dispositivos estão sendo implementados nos novos veículos diesel das fases L6 e P7.
Pode ser visto da literatura que a maioria dos artigos reporta o uso da técnica de medição de cromatografia líquida HPLC com cartucho de sílica impregnado com 2,4 DNPH e utilizando uma amostra diluída. Esse procedimento foi adotado nos ensaios experimentais desse trabalho.
3.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE O CAPÍTULO
Neste capítulo foram apresentados e resumidos artigos publicados sobre o tema desta dissertação. Os artigos trataram da coleta de aldeídos, de ensaios em motores diesel com coleta e medição de aldeídos, de resultados e discussões a respeito da coleta e medição de aldeídos e demais poluentes, e o impacto da utilização de biodiesel nas emissões dos motores diesel.
4 UNIDADE MÓVEL AUTÔNOMA PARA COLETA DE ALDEÍDOS
A legislação brasileira por intermédio da resolução CONAMA n° 403 de 11 de novembro de 2008 prevê a medição de aldeídos em motores diesel. No entanto, a definição dos valores limite destas emissões ainda é uma questão que se encontra em fase de levantamento de resultados, sendo que uma das dificuldades enfrentadas pelos laboratórios é a coleta dos aldeídos presentes nos gases de escape dos motores.
Os laboratórios de motores dos Institutos LACTEC, bem como os demais laboratórios existentes no Brasil, não estavam equipados para realizar a adequada coleta de aldeídos em salas de testes de motores, o que motivou a construção de um equipamento para essa finalidade.
O presente capítulo é dedicado ao equipamento construído e intitulado Unidade Móvel Autônoma (UA). Nele serão apresentados os conceitos utilizados no desenvolvimento da UA, sua construção, os testes realizados para confirmar sua eficácia e os resultados obtidos.