MÉTODO PARA ENSAIOS DE EMISSÕES EM VEÍCULOS

Os ensaios de emissões em veículos são realizados em dinamômetro de chassi, processo que simula uma condição urbana de uso veicular. O ensaio é normalizado pela NBR 6601 (ABNT, 2012a) que é baseado no ciclo americano de condução, FTP 75 (Federal Test Procedure), preconizado pela EPA (Agência Norte- Americana de Meio Ambiente) (ABRANTES; ASSUNÇÃO; HIRAI, 2005). O ensaio consiste na simulação de um trajeto padronizado sobre um dinamômetro de chassi, ficando o veículo, durante o ensaio, com suas rodas propulsoras apoiadas nesse dinamômetro. O equipamento tem por finalidade produzir uma força resistiva (F), de acordo com a equação (12):

𝐹 = 𝑎0 + 𝑎1𝑉 + 𝑎2𝑉2 ₍₁₂₎

de tal modo, que essa força, somada aos atritos dos pneus do veículo com dinamômetro, seja igual à força obtida conforme determinação da resistência ao deslocamento por desaceleração livre em pista de rolamento (ABNT, 2012a, 2014), dada pela equação (13):

𝐹 = 𝑓0 + 𝑓1𝑉 + 𝑓2𝑉2 ₍₁₃₎

onde:

a0, a1 e a2 – coeficientes de dinamômetro; f0, f1 e f2 – coeficientes de pista;

V – velocidade instantânea do veículo.

Durante o ensaio, o motor é refrigerado por intermédio de um ventilador axial com vazão máxima de 2,5 m3 _s−1_{, posicionado frontalmente ao veículo.}

O ciclo de ensaio é composto de três fases. A primeira fase acontece com partida a frio, após um período de estabilização térmica do veículo em área com temperatura controlada entre 20 e 30°C, durante 12 a 36 horas. A fase seguinte, estabilizada, realiza-se na sequência da primeira, com duração de 866 segundos e, ao final, o veículo é desligado por dez minutos. Depois se inicia uma terceira fase com nova partida, essa a quente, sendo esse trajeto igual ao executado na primeira fase. A distância total do ciclo é de aproximadamente 18 quilômetros, com duração de 1876 segundos, excluindo-se o tempo de parada. A velocidade média

desenvolvida durante o ensaio é de 34,2 m s−1, com uma aceleração positiva média de 0,42 m s−2 (BARLOW et al., 2009). Na FIGURA 16, pode-se observar o perfil de velocidade, em função do tempo, desenvolvida durante o ensaio de emissões.

A execução do trajeto representado na FIGURA 16 é realizada pela condução do veículo sobre o dinamômetro por um técnico, simulando o uso normal de um veículo em pista. Para os ensaios deste estudo, optou-se por utilizar, sempre que possível, o mesmo técnico na condução dos ensaios de cada amostra, reduzindo assim as influências de operação nos resultados. Durante todo o percurso, as emissões de escapamento são coletadas e diluídas em ar ambiente com uma temperatura entre 20 e 30°C, para evitar condensações e perdas de compostos, através de um amostrador de volume constante (AVC), que utiliza um venturi crítico para controlar e medir a vazão do sistema.

FIGURA 16 – CICLO DE CONDUÇÃO EM VEÍCULOS LEVES

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0 20 40 60 80 100 Tempo de parada Duração 600 s

3ª fase, partida quente Duração 505 s; Distância 5,8 km; Velocidade média 41,2 km h-1 2ª fase, estabilizada Duração 866 s; Distância 6,2 km; Velocidade média 25,8 km h-1 Velocida de (km h -1 ) Tempo (s)

1ª fase, partida a frio

Duração 505 s; Distância 5,8 km; Velocidade média 41,2 km h-1

FONTE: VILAR et al. (2015).

Parte desse gás, de maneira contínua, é amostrada por um segundo venturi e armazenada em sacos de tedlar®, material inerte aos compostos dos gases de escapamento. Ao final de cada fase do ciclo de emissões, a amostra integralizada de cada saco é direcionada aos detectores de CO, CO2, CH4, NOx e THC para sua quantificação. Antes do processo de leitura das amostras pelos detectores, esses são calibrados de forma automática com gases de referência, com um valor de fundo de escala que melhor se adapte à amostra medida. O mesmo processo de

amostragem se aplica ao ar de diluição da sala de ensaios, com objetivo de descontar possíveis contaminações da amostra.

Ao final da terceira fase, o veículo é mantido em marcha lenta, sendo coletadas informações de rotação do motor e concentração bruta de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), conforme NBR 10972 (ABNT, 2010b).

De acordo com a normativa NBR 6601, são mensurados os compostos: total de hidrocarbonetos (THC), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e os óxidos de nitrogênio (NOx), sendo ainda calculada a emissão de hidrocarbonetos do tipo não metano (NMHC). Para a determinação dos hidrocarbonetos não queimados são utilizados detectores de ionização por chama (FID), que se baseiam no princípio de geração de um sinal eletrônico proporcional ao número de átomos de carbono presentes na amostra, quando de sua passagem por uma câmara com chama controlada de hidrogênio. O mesmo princípio é aplicado ao metano, com a inclusão de uma coluna cromatográfica seletiva em fase gasosa antes do detector. Analisadores por absorção de raios infravermelhos não dispersivos (IND) são empregados para determinação e quantificação do monóxido e dióxido de carbono. Os analisadores IND operam baseados no fato de que uma molécula, constituída por átomos diferentes, absorve a energia infravermelha em comprimentos de onda específicos, sendo o grau de absorção proporcional à sua concentração, em pressão constante. Para a determinação dos óxidos de nitrogênio (NOx) foram empregados analisadores por luminescência química. Seu princípio de funcionamento baseia-se na detecção de fótons provenientes de uma reação química induzida entre o óxido de nitrogênio (NO) e o ozônio (O3) em sua câmara (HORIBA, 2007; ADACHI; NAKAMURA, 2014).

Depois da quantificação dos compostos pelos detectores, sua massa é calculada, considerando-se a concentração, densidade e volume total amostrado, sendo o resultado final normalizado pela distância percorrida no teste e expresso em g km−1. O consumo de combustível durante o ciclo urbano é determinado pelo método de balanço de carbono, preconizado pela NBR 7024 (ABNT, 2010a), considerando as emissões de CO, THC e CO2, sendo expresso em km L−1.

Para os veículos comerciais do ciclo Diesel, o processo de ensaio apresenta algumas diferenças, sendo a principal a necessidade do uso de um túnel de diluição total, com fluxo turbulento para propiciar a formação do material particulado, emissão típica desse combustível. A quantificação do material particulado é

realizada por gravimetria, onde filtros são colocados ao final do túnel de diluição e recebem uma amostra de fluxo contínuo do gás de escapamento diluído. Ainda nessa categoria, a determinação dos hidrocarbonetos totais utiliza um detector de ionização de chama aquecido (190 °C) que realiza medições contínuas na frequência de 1 Hz durante todo o ciclo, sendo a emissão total a integral dessas observações. Na FIGURA 17 tem-se uma representação simplificada de uma sala de ensaios de emissões para veículos leves dos ciclos Otto e Diesel.

FIGURA 17 – LAYOUT SALA DE ENSAIOS EM VEÍCULOS LEVES

FONTE: Adaptado de AVL (2014).

Ao final do ensaio de emissões em ciclo urbano, foi conduzido o ensaio de consumo em ciclo estrada. Esse teste tem por objetivo a verificação do consumo de combustível em uma condição que simula o uso de veículo em estrada, normalizado pela NBR 7024 (ABNT, 2010a) baseado no ciclo HWFET (Highway Fuel Economy

Test) da legislação americana (CFR, 2000). O método de ensaios e os

equipamentos empregados são os mesmos utilizados no ensaio de emissões regulamentado pela NBR 6601. O ciclo a ser desenvolvido é iniciado logo após o ensaio de emissões em ciclo urbano, composto de dois trechos idênticos, sendo que o primeiro tem a finalidade de um pré-condicionamento no veículo e o segundo, a coleta das emissões. A FIGURA 18 apresenta o perfil de velocidades para execução do ensaio no ciclo estrada, cada trecho com uma distância aproximada de 16,5 km e velocidade média de 21,6 m s−1.

Durante o ensaio do ciclo estrada, além da determinação do consumo pelo método de balanço de carbono, foram mensuradas as emissões de THC, CO, CO2, CH4, NOx e NMHC. Os procedimentos de medição e cálculo das emissões nesse

ciclo seguem as mesmas premissas do ensaio de emissões do ciclo urbano, regulamentado pela NBR 6601.

FIGURA 18 – CICLO DE CONSUMO DE COMBUSTÍVEL ESTRADA

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 0 20 40 60 80 100

2ª fase, sem partida, com coleta emissões Duração 765 s

Dist. 16,5 km; vel. média 77,7 km/h

Velocida de (km h -1 ) Tempo (s)

1ª fase, partida a quente, pré condicionamento Duração 765 s

Dist. 16,5 km; vel. média 77,7 km/h

FONTE: VILAR et al. (2015).