Materiais inovadores viabilizando
tendências da indústria
Martin Mezger
Gerente Global Técnico de Flúor-Elastômeros da unidade
de negócios Technical Rubber Products da LANXESS
As mídias impressa e televisiva falam sobre
o fim do motor de combustão interna
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
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
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
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
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)
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
2e conservam o valioso petróleo bruto
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 decombustível a cada 7 dias
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
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
2X 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
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
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
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)
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
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 623Diesel 11,8 36 + 40 por tanque
Hidrogênio
(720 bar) ~ 30 6 + tanque
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
Resistência ao metanol/ água (4:1) para DMFC
(após 7dias a 65ºC)
Butílica EVM HNBR EPDM FKM
0 0 0
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
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...
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