FORMAÇÕES DAS EMISSÕES VEICULARES

As emissões dos veículos são distribuídas entre duas categorias: emissões de combustão ou do tubo de escape e emissões evaporativas ou da evaporação do combustível.

Figura 2.1 – Diferentes tipos de emissões. Fonte: Adaptado de INE-SEMARNAT (2005).

Características do processo de formação das duas fontes de emissões veiculares são apresentadas a seguir.

2.1.1 Emissões de combustão

A força de mover um carro vem da queima de combustível em um motor (EPA, 1994). Combustíveis e biocombustíveis, como a gasolina, o álcool, o gás natural e o diesel, são constituídos de hidrocarbonetos – compostos químicos formados por átomos de carbono e hidrogênio.

A combustão é responsável pela maioria das emissões, conseqüência de gases e material particulado liberados quando os

combustíveis são queimados. Atualmente, os maiores esforços de controle de poluição, tanto legislativo quanto técnico, são associados ao processo de combustão.

Combustão é uma reação química exotérmica4 entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), geralmente o oxigênio, com a finalidade de liberar calor (energia).

Em uma combustão completa “perfeita”, o oxigênio do ar transforma todo o hidrogênio do combustível em água e todo o carbono em dióxido de carbono, enquanto que, o nitrogênio no ar permanece inalterado (HEI, 2010).

Combustão “completa” em um motor (hidrocarboneto puro)

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Quadro 2.1 – Combustão completa em um motor (hidrocarboneto puro). Fonte: Elaborado pelo autor com base em Carageorgos (2010).

Infelizmente, a combustão completa é impossível de ser alcançada em situações normais, a menos que a reação ocorra em situações cuidadosamente controladas, como, por exemplo, em laboratórios. O resultado é a produção de um grande número de poluentes como subprodutos do processo de combustão (AGRAWAL, 2006; TAYLOR, 1985).

Estes poluentes são resultados do processo de combustão incompleto, que ocorre principalmente devido às características de temperatura no motor e do comburente associado (ar atmosférico).

Ocorre que se não há oxigênio suficiente disponível e se a temperatura não for suficientemente alta, forma-se monóxido de carbono (CO) ao invés de dióxido de carbono (CO2). Como resultado, parte do combustível não será totalmente queimado, havendo assim a emissão de vários hidrocarbonetos parcialmente comburados.

Outro ponto importante é que a maioria das combustões é com ar e não com oxigênio puro, e o ar é 78% nitrogênio e 21% oxigênio. Quando a temperatura da combustão é muito alta, parte do nitrogênio presente no ar reage com o oxigênio para forma os óxidos de nitrogênio.

Assim, a combustão incompleta de um combustível pode ser representada por:

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A reação exotérmica é uma reação química que libera calor (energia) do seu interior para o exterior.

Combustão “incompleta” em um motor (hidrocarboneto puro) CH4 + Ar (N2 + O2) = Principalmente (CO2 + H2O) + Traços de (CO + HC + NOx)

Quadro 2.2 – Combustão incompleta em um motor (hidrocarboneto puro). Fonte: Elaborado pelo autor com base em Carageorgos (2010).

O processo da combustão incompleta em um motor é o maior responsável pelas emissões de hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e óxidos de nitrogênio (NO e NO2) - considerados os principais poluentes emitidos por veículos automotores.

Para agravar ainda mais o problema da poluição, a maioria dos combustíveis veiculares, tais como gasolina e diesel, não são hidrocarbonetos puros. Atualmente os principais combustíveis são constituídos basicamente por hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por nitrogênio, enxofre, chumbo e outros materiais não combustíveis chamados de cinzas. A queima dessas “impurezas” libera poluentes como: óxidos de enxofre (SOx), chumbo (Pb), material particulado e cinzas.

Numa visão mais real, uma descrição qualitativa da combustão envolvendo os efeitos combinados de combustão incompleta, combustão no ar e combustão de hidrocarbonetos misturados, seria como a seguir:

Combustão “incompleta” em um motor (hidrocarbonetos misturados)

Combustível (H, C, S, N, Pb, cinza) +

Ar (N2 + O2)

= Emissões (CO_{Pb e particulados) + cinza} 2, H2O, CO, NOx, SOx,

Quadro 2.3 – Combustão incompleta em um motor (hidrocarbonetos mistos). Fonte: Elaborado pelo autor com base em Carageorgos (2010).

Tornando a situação mais realista possível, tem-se que a problemática das emissões não se limita aos poluentes “primários”, emitidos diretamente pelos veículos automotores, há também a existência de poluentes “secundários”, formados na atmosfera através da reação química entre poluentes primários e componentes naturais da atmosfera.

Compostos orgânicos voláteis5, que vaporizam rapidamente, reagem com os óxidos de nitrogênio na presença da luz solar para formar o ozônio, que é um perigoso poluente que além de provocar problemas respiratórios e o smog (nevoeiro fotoquímico), também causa irritações dos olhos e danifica os tecidos pulmonares.

Nevoeiro fotoquímico (smog)

COV‟s + NOx + Luz solar = Fumaça fotoquímica (O3 – Ozônio)

Quadro 2.4 – Formação do Ozônio.

Fonte: Elaborado pelo autor com base em Carageorgos (2010).

As reações apresentadas são simplificadas, mas introduzem os principais „jogadores‟ na poluição do ar atmosférico: HC, CO, CO2, NOx, SOx, Pb, O3, material particulado e cinzas.

2.1.2 Emissões evaporativas

Para NRC (2000), as emissões de poluentes são geradas pela queima da mistura combustível-ar em motores de combustão interna e pela evaporação do combustível no interior do veículo quando este está em movimento, parado ou em abastecimento.

As emissões evaporativas são formadas a partir da evaporação do combustível. Estas são compostas basicamente por hidrocarbonetos (HC) e compostos orgânicos voláteis (COVs) e tem a sua formação vinculada à variação de temperatura no motor e ao longo do dia (EPA, 1994).

O Quadro 2.5 lista os quatro tipos de emissões evaporativas em conjunto com o seu processo de formação.

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São compostos orgânicos que possuem alta pressão de vapor sob condições normais a tal ponto de vaporizar significativamente e entrar na atmosfera. Uma grande variedade de moléculas a base de carbono, tais como aldeídos, cetonas, e outros hidrocarbonetos leves são COVs.

Categoria Processo de Formação

Perdas de operação

Ocorrem durante a operação do motor. O motor quente e o sistema de escape podem vaporizar o combustível, enquanto o veículo está em operação.

Perdas de resfriamento

Ocorrem durante o resfriamento do motor após o seu desligamento. O motor continua quente por um período de tempo, assim, a evaporação do combustível continua quando o carro está estacionado, enquanto esfriando.

Perdas diárias

Mesmo quando o veículo está estacionado durante longos períodos de tempo, ocorre a evaporação do combustível devido as variações de temperatura ao longo do dia. Perdas de

reabastecimento

Ocorrem quando vapores de combustível escapam do tanque do veículo, enquanto este está sendo abastecido.

Quadro 2.5 – Categoria das emissões evaporativas. Fonte: EPA (1994); Jacondino (2005).