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Materiais inovadores viabilizando tendências da indústria

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Academic year: 2021

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Materiais inovadores viabilizando

tendências da indústria

Martin Mezger

Gerente Global Técnico de Flúor-Elastômeros da unidade

de negócios Technical Rubber Products da LANXESS

(2)

As mídias impressa e televisiva falam sobre

o fim do motor de combustão interna

(3)

Veículos elétricos - Aumento até 2025 com

limitações consideráveis ​​para híbridos

Produção de veículos leves em todo o mundo

[em uni dades ] 2008 2010 2015 2020 2025 0 120.000.000 20.000.000 40.000.000 60.000.000 80.000.000 100.000.000

(4)

Crescente foco na redução de emissões, maior

economia de combustível e sustentabilidade

Aplicações sob o capô

Crescente necessidade de materiais resistentes a altas temperaturas e a ambientes agressivos

Polímeros de base biológica

Ganhando maior aceitação

- ex. borrachas butílicas e EPDM com base em “matéria-prima biológica” Redução de emissões Economia de com-bustível Sustentabili-dade Materiais "verdes" Veículos leves Redução das dimensões Polímeros à base biológica

(5)

Sustentabilidade = Preservação de recursos

 Menor consumo de energia na produção e no serviço

 Capacidade de lidar com os níveis de combustível atuais e futuros

- “Biocombustíveis”/segunda geração de

combustíveis: BtL/GtL/CtL

 Emissões reduzidas de gases de escape/ partículas/substâncias voláteis

 Maior vida útil das peças (menor necessidade de substituição)

 Em alguns casos, vida útil da peça = vida útil do carro

 Reciclagem/utilização a jusante das peças

(6)

Menor consumo de energia na produção e no

serviço

 Redução do tamanho de motores = economia de peso

 O desempenho dos motores menores é comparável com o dos maiores?

 por ex. Fiat Twin Air

 Gasolina 0.9l 63 kW / 85 PS

 145 Nm 4l / 100 km

 VW Diesel

 1.6l TDI 77 kW / 105 PS

 250 Nm 4.5l / 100 km

Turbocompressores e mangueiras necessários para desempenho

(7)

Redução do tamanho de motores significa

economia de peso e aumento de temperatura

Turbocompressores / mangueiras necessários para atingir o desempenho b.m.

 Temperaturas nas áreas padrão dos motores atingem até 140ºC

- NBR, CR, ECO atenderam esses requisitos

 Encontram-se em motores com turbocompressores

- "Lado frio": até 160ºC: EVM/FKM (vulcanização de peróxido, Levatherm® F 7044)

- "Lado quente": até 230ºC: FKM (vulcanização de peróxido, Levatherm® F 7044)

(8)

Sistemas de combustível (1/4)

 MeOH de carvão/ gás metano

 EtOH de milho/ açúcar de beterraba / cana-de-açúcar

 "Biodiesel": metílicos de ácidos graxos de canola, soja, palmeiras

 Problemas

- Aceitação ("combustível ou alimentos")

- Oxidação de ácidos, corrosão, polimerização

“Biocombustíveis” minimizam impacto de CO

2

e conservam o valioso petróleo bruto

(9)

Sistemas de combustível (2/4)

Combustível Combustível C (Iso-octano/Tolueno 50/50) e EtOH de 0%/20%/50% ou de 85% Temperatura de ensaio 100°C Medição do tempo de teste depois de 2016h/100°C Intervalo de troca de

combustível a cada 7 dias

(10)

Aumento de volume após o envelhecimento 2016h a 100°C

Sistemas de combustível (3/4)

Combustível C E 0 Combustível C E 20 Combustível C E 50 Combustível C E 85 Combustível C E50 Combustível C E85 Combustível C E0 Combustível C E20

(11)

Sistemas de combustível (4/4)

 Mangueiras, membranas e outras partes em contato com diferentes combustíveis são melhor produzidas com FKM (Levatherm® F 7043 resp. 7044, vulcanizado de peróxido, sem óxido de metal), devido:

- melhor resistência ao ácido

- menor aumento, portanto menor permeabilidade ao meio ambiente

- menor mudança de propriedades ao longo da vida útil

“Biocombustíveis” minimizam o impacto de

CO

2

(12)

X EURO2

Regulamentos de emissões - Gases de escape e

evaporação dos veículos

NOX+HC, NOX, NM HC, PM (massa de partículas), CO [g/km] 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

EURO1 EURO3 EURO4 EURO5 EURO6

Primeiro dia de TA (homologação) 1.4 1.2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1.4 1.2 1 1.4 1.2 0,8 1 1.4 1.2 0,6 0,8 1 1.4 1.2 0,4 0,6 0,8 1 1.2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1.2

(13)

 EGR - Exhaust Gas Recirculation

 Recirculação do gás Blow-By (combustível

parcialmente queimado e NOx na partida a frio e em condições escassas)

Mangueiras de retorno, vedações e membranas devem ser resistentes a combustíveis, a ácidos e névoas de óleo  FKM vulcanizado a

peróxido (Levatherm® F 7043 resp. 7044, sem óxidos de metal)

Formas de minimizar

Regulamentos de emissões - Gases de escape e

evaporação dos veículos

(14)

Redução de emissões devido à economia de

combustível (1/2)

Correias dentadas duram de 250.000 a 300.000 km, HNBR

vulcanizado com peróxido (Therban®)

Sistemas de correias têm de 4 a 6 correias tensoras, criando

maior atrito

Correias dentadas vs. correias

(15)

 Estudos mostram que

- Correias dentadas consomem menos que 0,1l/ 100km de combustível

 Média de km/ano de um carro no Brasil

- 20.000 a 30.000 = 20 a 30l por carro/ano

 2011: 3,7 milhões de carros novos no Brasil

Potencialmente de 74 a 111 milhões de litros

economizados por ano

Correias dentadas vs. correias

Redução de emissões devido à economia de

combustível (2/2)

(16)

Uma longa história: Trouvé, Siemens e Flocken

(1880)

Vantagens

 Alta eficiência (uso de energia efetivo: 85 - 95%)

 Baixo ruído/vibração

Principais desafios

 Densidade de energia de sistemas de bateria vs. combustíveis líquidos (intervalo)

 Tempo de recarga (horas vs. minutos)

 Balanço total de energia

- “Well-to-wheel”: atuais ~ carros a combustão - "Efeito de memória" da bateria (número de ciclos

de carga) - pesquisa em curso para encontrar novos materiais para baterias

(17)

Veículos elétricos (2/2)

Densidade de energia kWh/kg Massa de armazenamento sistema em kg para 100 kWh Bateria de ion de lítio 0,13 623

Diesel 11,8 36 + 40 por tanque

Hidrogênio

(720 bar) ~ 30 6 + tanque

(18)

 Atualmente dois sistemas de células de combustível estão sendo testados

- Membrana de eletrólito de polímero resp. membrana substituta de próton: 80ºC - 90ºC

- Ácido fosfórico FC: 135ºC - 200ºC

- Químicos agressivos e temperatura ambiente acoplados para minimizar a permeação de hidrogênio

- Numerosas vedações finas em "pilha" (~ 2 kg de polímero/ 50kW) entre as placas

(19)

Resistência ao metanol/ água (4:1) para DMFC

(após 7dias a 65ºC)

Butílica EVM HNBR EPDM FKM

0 0 0

(20)

Permeação de hidrogênio

FKM vulcanizado com peróxido (Levatherm® F 7043)

o melhor desempenho global

[(m 2 /s∙Pa ) 10 17 ]

Butílica EVM HNBR EPDM FKM VMQ

0 20 40 60 80 100 120 2.500 5.000 Hidrogênio 23ºC Hidrogênio 80ºC

(21)

Portfólio de especialidades eslatoméricas da

LANXESS

...juntos enfrentaremos os desafios

desse emocionante futuro

...você poderá contar com Levapren®,

Levatherm®, Therban® e a nossa

especialização técnica...

Não importa o quão desafiadora a

mobilidade do futuro possa ser...

(22)
(23)

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