Aula 10

Capítulo Cap tulo 10
EMISSÃO DE
POLUENTES

Introdução Introdu ão
“Todo Todo animal é naturalmente criado para o
uso de ar livre, natural e puro”J. puro J. Arbuthnot
Poluição Polui ão do ar ocorre quando a presença presen a de
uma substância estranha ou uma grande
variação varia ão na proporção propor ão de seus componentes
pode causar um efeito prejudicial, de acordo
com o conhecimento científico cient fico vigente, ou
ocasionar um desconforto

Caracterização Caracteriza ão da Poluição Polui ão do Ar:
Natureza da Atmosfera
A terra é uma enorme máquina m quina
termodinâmica. Seus estados de energia
governam a meteorologia a curto prazo e
variações varia ões climáticas clim ticas a longo prazo
A composição composi ão química qu mica da atmosfera exerce
importante função fun ão na cinética cin tica das mudanças mudan as
atmosféricas atmosf ricas e na absorção absor ão de energia solar ou
liberação libera ão de energia para o espaço
espa

Caracterização Caracteriza ão da Poluição Polui ão do Ar:
Componentes da Atmosfera
Constituintes Concentração Era Pré-
Atual
Industrial
Nitrogênio 78,084 %
Oxigênio 20,984 %
Argônio 0,934 %
CO2 Metano
330 ppm
1,7 ppm
270 ppm
1,0 ppm
Óxido Nítrico 0,30 ppm 0,28 ppm
CO 0,05-0,2 ppm 0,13 ppm

Caracterização Caracteriza ão da Poluição Polui ão do Ar:
Efeitos Potenciais no Clima e no Ambiente
Aquecimento do ar em 2 a 3 ºC
Derretimento do gelo Ártico rtico e Antártico Ant rtico e
aumento do nível n vel do mar de 5 a 7 m
Mudanças Mudan as geográficas geogr ficas e climáticas clim ticas
Evaporação Evapora ão e precipitação precipita ão devido ao
aquecimento do ar
Diminuição Diminui ão da camada de ozônio

Inventário Invent rio de Poluentes do Ar
Dióxido Di xido de Carbono
É um produto final da combustão normal de
todo combustível combust vel contendo carbono, e do
metabolismo aeróbico aer bico (respiração)
(respira ão)
Aumento da concentração concentra ão de CO 2 no ar pode
alterar o ciclo do carbono e modificar o clima
pelo efeito estufa

Inventário Invent rio de Poluentes do Ar
Monóxido Mon xido de Carbono
CO é incolor, inodoro, e altamente tóxico, t xico, com
densidade próxima pr xima à do ar
É produzido sob condições condi ões de combustão
excessivamente rica
É primariamente gerado por processos de
combustão
Principais fontes: combustão de madeira (42%)
e automóveis autom veis (37%)

Inventário Invent rio de Poluentes do Ar
Óxidos xidos de Nitrogênio
NO e NO 2 são usualmente analisados
simultaneamente e expressados na forma de
NO X
NO é o mais abundante (~95%)
A maior parte das emissões de NO X é gerada
pelo uso de combustíveis combust veis fósseis f sseis
O tráfego tr fego automotivo gera cerca de 70 a 80% das
emissões de NO X

Inventário Invent rio de Poluentes do Ar
Hidrocarbonetos
Emissões típicas t picas de motores com ignição igni ão por
centelha, motores diesel e de vapores escapando
de tanques
Benzeno representa um caso especial devido à
sua toxicidade e efeito cancerígeno
cancer geno
Automóveis Autom veis contribuem com 80 a 85% do
benzeno emitido na atmosfera

Inventário Invent rio de Poluentes do Ar
Aldeídos Alde dos
São produtos da combustão incompleta de
componentes carbônicos: madeira, carvão, gás, g s,
gasolina, diesel, etc.
Formaldeído
Formalde do é o aldeído alde do mais presente no ar,
formado na atmosfera por uma reação rea ão entre o
radical hidroxila e metano
Acetaldeído
Acetalde do é o segundo aldeído alde do em
importância nas emissões automotivas

Efeitos de CO e NO X na Saúde Sa de
CO é mortal acima de 1000 ppm
Em concentrações concentra ões mais baixas, devido à sua
afinidade com a hemoglobina do sangue, CO
pode causar asfixia, intoxicação intoxica ão crônica e perda
de consciência
NO X inibe as defesas do sistema pulmonar,
podendo resultar em efisemas

Efeitos de HC e Aldeídos Alde dos na Saúde Sa de
Benzeno é hematotóxico
hematot xico, , podendo causar
leucemia (< 40ppm) e perturbações perturba ões do sistema
nervoso central, fígado f gado e rins (> 1000ppm)
Formaldeído
Formalde do irrita as membranas mucosas
oculares, garganta e brônquios
Acetaldeído
Acetalde do causa irritação irrita ão na pele e nos olhos e
aumenta a atividade do coração cora ão

Poluição Polui ão do Ar e o Ambiente
Chuva ácida cida
Acidificação Acidifica ão de lagos e rios
“Morte Morte” de florestas
Efeito de precipitação precipita ão nos materiais
Efeito na visibilidade atmosférica atmosf rica

100 km/h
50 km/h
Teste Regulatório Regulat rio
NBR6601 (FTP-75 (FTP 75)
CICLO URBANO NBR : 6601 / CVS 75
FASE I FASE II INTERVALO FASE III
5,8 km 6,4 km . 5,8 km
505 s 866 s 600 s 505 s
DISTÂNCIA TOTAL: 18.0 km TEMPO TOTAL: 2478 s

POLUENTE
Limites Legais de
Emissões no Brasil
FASE I
01/06/88
FASE II
01/01/92
FASE III
01/01/97
CO 24,0 g/km 12,0 g/km 2,0 g/km
HC 2,1 g/km 1,2 g/km 0,3 g/km
NO X 2,0 g/km 1,4 g/km 0,6 g/km
CO em marcha lenta 3 % 2,5 % 0,5 %
Emissões evaporativas 6 g/teste 6 g/teste 6 g/teste
Aldeídos Valores típicos 0,150 g/km 0,030 g/km

POLUENTE
Limites Legais de
Emissões no Brasil
FASE III
01/06/88
FASE IV
01/01/2007
FASE V
01/01/2010
CO 2,0 g/km 2,0 g/km 2,0 g/km
HC 0,3 g/km 0,3 g/km 0,3 g/km
NO X 0,6 g/km 0,25 g/km 0,12 g/km
CO em marcha lenta 0,5 % 0,5 % 0,5 %
Emissões evaporativas 6 g/teste 2 g/teste 2 g/teste
Aldeídos 0,030 g;km 0,030 g/km 0,020 g/km

Sistema de Teste de Poluentes
AR
ºC TEMP. AMB.
bar PRESSÃO
% UMID. RELATIVA
UNIDADE AUXILIAR MOTORISTA
( DRIVE AID )
AR
BALÕES DE AMOSTRAGEM
GASES DO ESCAPAMENTO
BALÕES DE AMOSTRAGEM
AR DE DILUIÇÃO
CO
HC
NOx
CO2
HORIBA
COMPUTADOR
IMPRESSORA

Métodos todos de Análise An lise de Poluentes
Método todo de absorção absor ão no infravermelho - NDIR
(CO, CO 2 )
Análise An lise por luminescência química qu mica (NO X )
Método todo de ionização ioniza ão - FID (HC)
Método todo magnético magn tico (O 2 )
Métodos todos cromatográficos
cromatogr ficos - GC ou HPLC
(aldeídos) (alde dos)

Ordem de Magnitude Média M dia dos
Poluentes Emitidos
P O L U E N T E C O N C E N T R A Ç Ã O
(p p m )
Q U A N T ID A D E E M IT ID A R E L A T IV A
(g /k g D E C O M B U S T ÍV E L )
N O X 5 0 0 a 1 0 0 0 2 0
C O 1 0 0 0 0 a 2 0 0 0 0 2 0 0
H C (p p m C ) 3 0 0 0 2 5
P a rtic u la d o s - 2 a 5

Poluentes como uma Função Fun ão da
Razão Ar/Combustível
Ar/Combust vel

Formação Forma ão de Óxidos xidos de Nitrogênio
NO é formado na frente de chama e nos gases
queimados
As reações rea ões de formação forma ão de NO são mais lentas
que as de combustão
As reações rea ões de formação forma ão de NO são altamente
dependentes da temperatura e da concentração
concentra ão
de oxigênio nos gases queimados

Formação Forma ão de Monóxido Mon xido de Carbono
A razão combustível/ar combust vel/ar da mistura é o principal
parâmetro que governa as emissões de CO
Com o enriquecimento da mistura, as
concentrações concentra ões de CO aumentam e a ausência de
oxigênio causa combustão incompleta; em uma
mistura pobre, as concentrações concentra ões de CO são
baixas

Formação Forma ão de Hidrocarbonetos não
Queimados
Aberturas na câmara de
combustão
Absorção/desprendi
Absor ão/desprendi-mento mento
de combustível combust vel pelo óleo leo
lubrificante
Combustão incompleta
Extinção Extin ão da chama nas
paredes da câmara
Depósitos Dep sitos na câmara

Formação Forma ão de Aldeídos Alde dos
Aldeídos Alde dos são produtos intermediários intermedi rios da
oxidação oxida ão do metanol, formados principalmente
durante a expansão
Aparecem essencialmente em misturas pobres,
devido à oxidação oxida ão incompleta de HC; extinção extin ão
da chama e combustão lenta a baixas
temperaturas são condições condi ões favoráveis favor veis à sua
formação forma ão

Influência de Parâmetros do Motor
nas Emissões de HC
HC (ppmC 3)
2500
2250
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
11.0 13.0 15.0 17.0 19.0 21.0
AIR/FUEL
HC (ppmC 3)
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300
SPEED (rev/min)

NO x (ppm)
Influência de Parâmetros do Motor
nas Emissões de NO X
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0
AIR/FUEL
NO x (ppm)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300
SPEED (rev/min)

Influência de Parâmetros do Motor nas
Emissões de CO e CO 2
CO, CO 2, O 2 (%)
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
CO 2
CO
11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0
AIR/FUEL
O 2

HC (g/km)
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Influência do Combustível Combust vel nas
Emissões de HC e Aldeídos Alde dos
ETANOL
+ MTBE
ETANOL
PURO
ETANOL
+ MTBE
TESTE 1 TESTE 2
ETANOL
PURO
ALDEÍDOS (g/km)
0.018
0.016
0.014
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
ETANOL
+ MTBE
ETANOL
PURO
ETANOL
+ MTBE
TESTE 1 TESTE 2
ETANOL
PURO

NO x(g/km)
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
Influência do Combustível Combust vel nas
Emissões de NO X e CO
ETANOL
+ MTBE
ETANOL
PURO
ETANOL
+ MTBE
TESTE 1 TESTE 2
ETANOL
PURO
CO (g/km)
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
ETANOL
+ MTBE
ETANOL
PURO
ETANOL
+ MTBE
TESTE 1 TESTE 2
ETANOL
PURO

Influência do Modo de Operação Opera ão nas
Emissões de HC e Aldeídos Alde dos
Ajuste 1- 1 configuração configura ão original
Ajuste 2- 2 troca de marchas a velocidades mais baixas
Ajuste 3- 3 eliminação elimina ão do sistema de adição adi ão de ar nas desacelerações
desacelera ões
Ajuste 4- 4 eliminação elimina ão do sistema de interrupção interrup ão de combustível
combust vel
Ajuste 5- 5 mistura enriquecida em 5%
HIDROCARBONETOS (g/km)
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.64
0.78
0.73
0.78
0.66
AJUSTE 1 AJUSTE 2 AJUSTE 3 AJUSTE 4 AJUSTE 5
ALDEÍDOS (g/km)
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0.207
0.169
0.209
0.229
0.187
AJUSTE 1 AJUSTE 2 AJUSTE 3 AJUSTE 4 AJUSTE 5

NO X(g/km)
Influência do Modo de Operação Opera ão nas
Emissões de NO X e CO
Ajuste 1- 1 configuração configura ão original
Ajuste 2- 2 troca de marchas a velocidades mais baixas
Ajuste 3- 3 eliminação elimina ão do sistema de adição adi ão de ar nas desacelerações
desacelera ões
Ajuste 4- 4 eliminação elimina ão do sistema de interrupção interrup ão de combustível
combust vel
Ajuste 5- 5 mistura enriquecida em 5%
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
1.02
0.95
1.01 1.00 0.98
AJUSTE 1 AJUSTE 2 AJUSTE 3 AJUSTE 4 AJUSTE 5
CO (g/km)
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
5.61
6.55
5.77
5.73
9.61
AJUSTE 1 AJUSTE 2 AJUSTE 3 AJUSTE 4 AJUSTE 5

HIDROCARBONETOS (g/km)
Influência de Parâmetros Geométricos
Geom tricos
nas Emissões de HC e Aldeídos Alde dos
Configuração Configura ão A- A configuração configura ão original
Configuração Configura ão B- B maior período per odo de abertura das válvulas v lvulas
Configuração Configura ão C- C razão de compressão aumentada de 11,5 para 12,5
Configuração Configura ão D- D maior abertura dos eletrodos da vela de ignição igni ão
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.64
0.71
0.58
0.66
CONFIG A CONFIG B CONFIG C CONFIG D
ALDEÍDOS (g/km)
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0.207
0.199
0.157
0.205
CONFIG A CONFIG B CONFIG C CONFIG D

NO X(g/km)
Influência de Parâmetros Geométricos
Geom tricos
nas Emissões de NO X e CO
Config. Config.
A- A configuração configura ão original
Config. Config.
B- B maior período per odo de abertura das válvulas v lvulas
Config. Config.
C- C razão de compressão aumentada de 11,5 para 12,5
Config. Config.
D- D maior abertura dos eletrodos da vela de ignição igni ão
1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
1.02
0.95
1.00
1.11
CONFIG A CONFIG B CONFIG C CONFIG D
CO (g/km)
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
5.61
6.16
5.32
5.63
CONFIG A CONFIG B CONFIG C CONFIG D

HIDROCARBONETOS (g/km)
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Influência da Partida a Frio nas
Emissões de HC e Aldeídos Alde dos
Configuração Configura ão 5- 5 sistema convencional + pré-catalisador pr catalisador + catalisador principal
Configuração Configura ão 6- 6 sistema proposto + pré-catalisador pr catalisador + catalisador principal
Configuração Configura ão 7- 7 sistema convencional + catalisador principal
Configuração Configura ão 8- 8 sistema proposto + catalisador principal
0.165
0.115
0.250
0.170
CONFIG 5 CONFIG 6 CONFIG 7 CONFIG 8
ALDEIDOS (g/km)
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
0.011
0.008
0.023
0.018
CONFIG 5 CONFIG 6 CONFIG 7 CONFIG 8

NOx (g/km)
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
Influência da Partida a Frio nas
Emissões de NO X e CO
Configuração Configura ão 5- 5 sistema convencional + pré-catalisador pr catalisador + catalisador principal
Configuração Configura ão 6- 6 sistema proposto + pré-catalisador pr catalisador + catalisador principal
Configuração Configura ão 7- 7 sistema convencional + catalisador principal
Configuração Configura ão 8- 8 sistema proposto + catalisador principal
0.146
0.125
0.206
0.221
CONFIG 5 CONFIG 6 CONFIG 7 CONFIG 8
CO (g/km)
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.757
0.395
0.703
0.308
CONFIG 5 CONFIG 6 CONFIG 7 CONFIG 8

Tratamento Pós-Combustão:
P Combustão:
Conversor Catalítico Catal tico
Transforma HC, CO e NO X em dióxido di xido de
carbono (CO 2), ), água gua (H 2O) O) e nitrogênio (N 2)
Contém Cont m platina (Pt), paládio pal dio (Pd ( Pd) ) e ródio r dio (Rd ( Rd) )
como elementos catalisadores
Pt e Pd tratam as emissões de HC e CO
Rd trata as emissões de NO X
Atua a partir da temperatura de 149 °C

Tipos de Conversores Catalíticos Catal ticos
Conversor catalítico catal tico de duas vias reduz emissões
de HC e CO. Normalmente contém cont m platina
Conversor catalítico catal tico de três vias reduz emissões
de HC, CO e NOx. NOx.
Usualmente contém cont m ródio r dio e
platina
No conversor catalítico catal tico de duas câmaras, ar
injetado entre as duas câmaras permite queima
ainda maior de HC e CO

Conversor Catalítico Catal tico

Reações Rea ões Químicas Qu micas no Conversor
Catalítico Catal tico
CO + H O → CO + H
Cn H m + nH 2O
→ nCO +
NO + H
2NO
+ 5H
2
NO +
CO →
3
2
Ce O + O → 2CeO
N
N
1
2
2
+ H
→ 2NH
+ CO
O
2
+ 2H
2
( n + m 2) H 2
2NO
+ 5CO
+ 3H
O → 2NH
+ 5CO
2
→
2
1
2
1
2
2
2
2
3
2
2
2
3
O
2
2

Avaliação Avalia ão de Conversores Catalíticos Catal ticos
Testes de varredura da razão combustível
combust vel-ar ar
Testes ativação ativa ão do catalisador (“light ( light-off off”)
Avaliação Avalia ão da estabilidade térmica t rmica a alta
temperatura
Medição Medi ão da área rea superficial específica espec fica
Medição Medi ão das taxas de adsorção adsor ão de oxigênio

Desafios Econômicos
TECNOLOGIA CUSTO EXTRA (R$)
Catalisador de três vias + injeção monoponto 1000 a 1400
Catalisador de três vias + injeção multiponto 1250 a 1650
COMBUSTÍVEL CUSTO DE SOLUÇÕES FUTURAS (R$)
Gasolina 340
Metanol/etanol 730
Gás liquefeito do petróleo 1700
Gás natural comprimido 2350
Eletricidade 2650

Conclusões
Impacto das reduções redu ões de poluentes
O motor de combustão interna e o efeito estufa
Impacto de modificações modifica ões no motor e no
combustível
combust vel
A alternativa do motor elétrico el trico e da célula c lula de
combustível
combust vel
A caminho da regulação regula ão do tráfego tr fego automotivo?

Perguntas
Emissões de dióxido di xido de carbono deveriam ser
prioritária priorit ria por suas conseqüências conseq ências sobre o efeito
estufa?
As emissões de poluentes aumentarão pelo
aumento do número n mero de máquinas, m quinas, apesar da
diminuição diminui ão unitária? unit ria?
Os novos modos de geração gera ão de energia terão um
impacto positivo no ambiente?