Carburador e a inspeção veicular – Parte 5/5

 

Nesta última parte da matéria, vamos explicar quais são e como ocorrem os principais gases de escapamento.

Primeiro precisamos saber como funciona o processo de combustão para entendermos os gases resultantes desse processo .

É através do processo de combustão que a energia contida no combustível é liberada e transformada em trabalho mecânico.

Processo de Combustão

A combustão ocorre na presença de três componentes:

• Combustível.

• Oxigênio

• Centelha

Nos motores de combustão interna (Ciclo Otto), a combustão acontece na câmara de combustão.

 

Como resultado da combustão o motor libera:

a) Potência, que movimenta o veículo.

b) Calor (energia não aproveitada) transportado pelo líquido arrefecedor e pelos gases de escape.

c) Gases de escape: vapor de água, CO2 (dióxido de carbono), N (nitrogênio), CO (monóxido de carbono), HC (hidrocarbonetos), NOx (óxidos de nitrogênio).

Obs: Os três últimos são gases poluentes.

 

Mas o que realmente nos interessa hoje são os gases de escapamento.

 

Composição dos Combustíveis

Os combustíveis são formados por átomos de Hidrogênio (H) e átomos de Carbono (C).

Sabemos então que independente da quantidade de Hidrogênio (H) ou da quantidade de Carbono (C) na molécula, os combustíveis acima citados, antes da combustão são apenas Hidrocarbonetos (HC).

Concluimos então que, quando constatamos Hidrocarbonetos (HC), na saída do escapamento, uma das possibilidades é que o combustível está saindo sem ocorrer sua combustão completa.

 

Composição do Ar:

Conforme a figura abaixo, o ar atmosférico é composto por 20,99% de Oxigênio (O2), 1% dos seguintes gases juntos; “Hélio (He), Argônio (Ar), Dióxido de carbono (CO2) e Hidrogênio (H2)” e 78% de Nitrogênio.

Para facilitar nosso entendimento e avaliação dos gases, vamos tomar como referência, a soma dos gases diversos com o Nitrogênio (N2) totalizando 79%, e arredondando a quantidade de Oxigênio (O2) para 21%.

Como o nitrogênio participa muito pouco da combustão, o único gás que nos interessa é o Oxigênio (O2), cuja proporção no ambiente é de 21%, conforme se sabe.

 

Reação de Combustão ou Reação de Oxidação

Reação de combustão ou reação de oxidação: Pode ser entendida como uma reação das moléculas do combustível e do ar através de uma centelha elétrica.

Após a centelha, ocorre uma separação dos átomos das moléculas do combustível, unindo-os às moléculas do ar, transformando em novas moléculas. (H2O, CO2 ou HC).

Quando ocorre uma queima completa da mistura ar/combustível  na câmara de combustão, o resultado dos gases na saída de escapamento é formado apenas por Água (H2O) e Dióxido de Carbono (CO2), indicado na figura abaixo pelas setas azuis.

Quando a queima da mistura é incompleta, o resultado dos gases na saída de escapamento é formado de, além de H2O e CO2, também por Hidrocarbonetos (HC) e Monóxido de Carbono (CO), indicado abaixo pelas setas vermelhas.

Misturas

Para que a queima (reação de combustão ou reação de oxidação) seja completa, é necessário que a quantidade de ar (O2) e a quantidade de combustível (HC) estejam na proporção correta.

 

• Tipos de misturas

São três os tipos de mistura:

 

• Estequiométrica ou ideal - apresenta a relação ar/combustível ideal.

Possuem uma quantidade de ar capaz de queimar todo o combustível presente.

A combustão é teoricamente perfeita resultando na saída do escapamento apenas H2O e CO2.

 

• Rica - quando a mistura admitida nos cilindros possui menos ar (O2) do que o necessário, uma parte do combustível não é queimada.

A combustão torna-se incompleta e aumenta o nível HC e CO.

 

• Pobre - quando a mistura possui menos combustível do que o necessário, parte do oxigênio não é utilizada.

A combustão é ineficiente resultando HC e excesso de O2.

 

Esta relação é conhecida como fator lambda, e é representada pela letra grega (?).

 

• Se o resultado for igual a 1 (lambda = 1), a mistura será estequiométrica (ideal).

• Se a relação for menor que um (? < 1), a mistura será rica, mais combustível e menos ar.

• Se a relação for maior que um (? > 1), a mistura será pobre, mais ar que combustível.

 

Gases de escapamento produzidos na combustão

Os motores ciclo Otto, emitem poluentes, tais como hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e outros.

Esses poluentes são provenientes de um processo de combustão imperfeito, de vapores do tanque de  combustíveis e altas temperaturas da câmara de combustão.

 

Gases resultantes do funcionamento do motor Ciclo Otto:

• H2O: Vapor de água

• CO2: Dióxido de carbono

• N2: Nitrogênio

• CO: Monóxido de carbono

• HC: Hidrocarbonetos

• O2: Oxigênio

 

Oxigênio (O2):

• O Oxigênio em forma de gás é formado por 2 átomos de oxigênio.

• É o gás responsável pela queima, a quantidade existente indica se a mistura está pobre ou rica.

• Se a queima for ideal, todo o O2 que entra na mistura deve ser usado.

• Quanto menor a concentração de O2 mais próximo do ideal é a combustão.

• Em marcha lenta, o motor com catalisador deve apresentar um índice de 1 a 3% no escapamento.

• Em marcha lenta, o motor sem catalisador deve apresentar um índice de 1 a 6% no escapamento.

 

Dióxido de Carbono (CO2):

• Gás formado por 2 átomos de oxigênio e 1 de carbono.

• Pouco tóxico em baixas concentrações.

• Quanto maior for a concentração de gás no escapamento, melhor a combustão.

• Pode ser usado como indicador da eficiência de combustão principalmente em veículos com catalisador.

• A razão ar/combustível afeta diretamente o índice de CO2.

• Para veículo em condições normais o CO2 deve estar entre 13 a 16% (mínimo de 8%).

 

Agua (H2O):

• É resultado de uma queima perfeita.

• Aparece no escapamento em forma de vapor.

 

Nitrogênio ( N2):

• Em grande quantidade na atmosfera.

• Participa muito pouco da combustão.

 

Monóxido de Carbono (CO):

• Resultado de uma combustão incompleta.

• Instável e muito tóxico.

• Esse é o mais importante em termos de poluição.

• Quando falta O2 na mistura (mistura rica), o carbono combina com apenas 1 átomo de Oxigênio, quando deveria combinar com 2.

• Quanto menor a porcentagem de CO, melhor é a combustão.

• A medida é feita em % do volume.

• Veículos com catalisador devem produzir uma baixa quantidade de CO.

• Um índice muito baixo de CO (mistura pobre) pode causar superaquecimento e pré-ignição.

• Um índice alto de CO (mistura rica) pode causar carbonização em várias partes do motor, problemas na sonda lâmbda e catalisador, além de uma alto consumo de combustível.

 

Causas do aumento do nível de CO:

• Ajuste de mistura incorreto

• Ponto inicial de ignição muito avançado

• Carburador com giclês fora do especificado

• Nível de boia muito alto

• Filtro de ar entupido

• Sonda Lâmbda defeituosa

• Sensores com defeito

• Óleo contaminado (Respiro do carter)

• Baixa compressão dos cilindros

• Pressão da bomba de combustível alta

• Válvulas injetoras

• Catalisador inoperante ou com pouca eficiência

• Motor frio

 

Hidrocarbonetos (HC):

• São resíduos derivados de combustível não queimado.

• É um gás muito tóxico.

Proveniente de uma queima não ideal. Resultado de partes fracionadas de cadeias longas de combustíveis que não se oxidam.

• Quanto menor a concentração de HC no escape, melhor a combustão.

• Nos veículos com catalisador, com o catalisador em bom estado, o nível é muito baixo.

• Para uma boa análise a medição deve ser feita antes do catalisador.

• Um índice de HC elevado, após o catalisador, indica problema de motor ou do próprio catalisador.

 

*Medido em partes por milhão (ppm) de volume.

EX. 100 ppm = 100 partes de HC para cada 1 milhão de partes de gás emitidos na exaustão.

 

Causam aumento no HC:

• Mistura muito rica

• Mistura muito pobre

• Temperatura baixa do motor

• Compressão baixa

• Ângulo de cruzamento de válvulas muito alto

• Falhas na ignição

• Consumo excessivo de óleo do carter

• Ignição avançada

• Excesso de combustível no carburador

 

Catalisador

Um dos principais componentes utilizado para o controle de emissões de gases.

Aplicado a partir de 1992, a princípio utilizado apenas em veículos carburados e com a introdução numa escala maior da injeção eletrônica no mercado brasileiro, passou a compor também o escapamento desses veículos.

O catalisador mais utilizado atualmente é o de 3 vias, ou seja, seu objetivo é fazer a conversão dos 3 principais gases nocivos emitidos pelo escapamento: CO, HC e NOx.

O núcleo cerâmico do catalisador é impregnado de metais preciosos e de um banho químico especial.

Os gases (HC, CO e NOx), provenientes do funcionamento do motor, reagem em contato com os componentes da cerâmica, transformando os gases nocivos em não nocivos (H2O e CO2).

 

Dicas especiais:

• Uma das características do catalisador é que ele absorve o oxigênio para fazer a reação, então o valor ideal de O2 no escapamento fica entre 1 a 3%.

• O catalisador apresenta 100% de eficiência catalítica a partir de 300° C, ou seja, o veículo tem que estar bem aquecido para o catalisador apresentar uma boa eficiência de funcionamento.

• A melhor forma de se aquecer ou ativar um catalisador é com o veículo em movimento.

• A vida útil de um catalisador original é de 80.000 km e de um de reposição é de 40.000 km. (Motor em boas condições)

• O catalisador está fazendo uma conversão perfeita quando no escapamento é emitido apenas CO2 e H2O.

• Catalisadores impregnados com fuligem ou óleo perdem até 100% de sua eficiência catalítica tornando-se necessário sua troca.