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Sistema de pós-tratamento SCR para motores ciclo Diesel – O que você precisa saber? 

A necessidade de diminuir as emissões de NOx e material particulado diesel trouxe sistemas modernos de pós-tratamento dos gases de escape. Um desses sistemas é o SCR, que usa o tão comentado “ARLA”

Por André Miura

Parte 1 

Desde o surgimento da injeção eletrônica de combustível, as leis que regulamentam as emissões de poluentes tem se tornado cada vez mais rígidas. Em 2012, a indústria automotiva precisou se adequar ao conjunto de normas de redução de emissão de poluentes conhecida como “Euro 5”, que no Brasil é representada pela PROCONVE P7, que significa Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores. Nos veículos do ciclo Diesel pesados, como caminhões e ônibus, o sistema implantado para se adequar às exigências da norma foi o SCR (Selective Catalytic Reduction) ou seja, uma Redução Catalítica Seletiva. 

Esse sistema tem por objetivo diminuir as emissões de material particulado, e um dos maiores inimigos do meio ambiente – o NOx (Óxido de Nitrogênio), além de outros poluentes. O trabalho do sistema SCR provou ser até 80% mais eficiente do que o sistema anterior, “Euro 3”, no quesito diminuição de poluentes, especialmente o material particulado (MP) e o NOx. 

A evolução do sistema de pós-tratamento trouxe consigo o aumento de componentes, o que sempre ocasiona mais manutenções e troca de peças. Além disso, o grande diferencial do SCR é o uso de um reagente químico conhecido como ARLA 32, que é injetado de maneira controlada nos gases de escape e que precisa ser reabastecido com certa frequência. E ainda uma outra característica que desagrada os condutores é que se as unidades eletrônicas captarem sinais que indicam que a queima de combustível não está sendo tratada, o veículo entra em fator de emergência e perde potência. Esses fatores levaram muitos proprietários de caminhões a tomar medidas para desabilitar o sistema. 

Porém, desabilitar o sistema SCR caracteriza um crime ambiental, e as fiscalizações constantes e multas altíssimas estão levando muitos condutores a sair da irregularidade e a reabilitarem o sistema para perfeito funcionamento. Por isso existe a necessidade de conhecer o funcionamento do SCR e saber os principais testes que podem ser feitos para garantir a segurança do seu cliente e do meio ambiente! 

O que é o ARLA 32? 

O ARLA 32 é um reagente químico injetado de maneira controlada no fluxo dos gases de escape, dentro do catalisador do veículo. A sigla “ARLA” significa Agente Redutor Líquido de NOx Automotivo. A composição do reagente é de 32,5% de ureia numa solução de água desmineralizada, dando a origem do nome “ARLA 32”, devido à porcentagem de ureia. O reagente não é tóxico, é inodoro e não é inflamável. 

A pequena quantidade de solução de ureia injetada no fluxo dos gases de escape, aliado à alta temperatura do catalisador, devido à combustão, se transforma em Amônia (NH3). Dentro do catalisador SCR, a Amônia (NH3), por sua vez, reage com os Óxidos de Nitrogênio (NOx) liberando Nitrogênio (N2) e vapor de água (H2O). Isso torna os gases de escape menos poluentes para a atmosfera por serem, em grande parte, transformados em água. Reduz significativamente a emissão de material particulado, o que resulta em não vermos mais nos caminhões de grande porte a famosa “fumaça preta”. 

 

Esse reagente precisa ser reabastecido, e fica armazenado em um reservatório específico e não é misturado diretamente com o óleo diesel. O consumo médio estimado de ARLA 32 é de 5% em relação ao consumo de diesel, de maneira que, a grosso modo, serão utilizados cerca de 5 litros de ARLA 32 para cada 100 litros de diesel. 

 
Funcionamento do sistema SCR 

Como mencionado, o sistema de Redução Catalítica Seletiva (SCR) é basicamente um catalisador de NOx para motores do ciclo diesel, porém o processo de funcionamento depende de uma injeção de um reagente químico (ARLA 32) aliado a uma temperatura mais alta na câmara de combustão em relação aos sistemas anteriores. Todo esse sistema é monitorado e controlado eletronicamente. Consideremos o passo a passo do sistema que pode ser dividido em 4 etapas. 

A primeira é tornar a condição de trabalho do SCR mais favorável. Isso é possível elevando a temperatura na câmara de combustão. Essa temperatura alta na câmara é atingida através de uma “pré-injeção” de diesel na câmara, enquanto o cilindro ainda não atingiu o ponto mecânico ideal para a combustão. Ao aumentar a temperatura da câmara já temos como resultado a diminuição na produção de CO (Monóxido de Carbono) e HC (Hidrocarbonetos). Além disso, após a combustão, temos um “pós-injeção”, que consiste em uma pequena quantidade de combustível puro injetado junto aos gases que sairão da câmara, o que contribui para o aumento na temperatura do catalisador e do SCR.

A segunda etapa é a passagem dos gases de escape através de um catalisador oxidante, ainda antes da injeção do ARLA 32. O catalisador oxidante tem a função de tratar as emissões de CO, HC e material particulado de maneira parcial. A ação do catalisador oxidante, combinada com a pós-injeção de diesel, leva os gases a uma temperatura apropriada para a reação total com o reagente que virá a seguir. Vale lembrar que a injeção de diesel pode ser feita também, em alguns sistemas, através de um injetor de diesel direto no catalisador. 

Na terceira etapa, os gases já aquecidos e parcialmente tratados pelo catalisador oxidante recebem uma injeção pulverizada direta do reagente ARLA 32, e por meio de uma reação química aliada a alta temperatura chegamos à amônia como resultado. A quantidade de ARLA a ser injetada e em quais momentos isso deve acontecer é controlada por uma unidade eletrônica específica para o sistema SCR. Nessa terceira etapa, o fator mais importante a ser levado em consideração é a temperatura dos gases de escape, que para reagirem bem com o ARLA 32 devem estar por volta de 200 °C. 

 

Por fim, na quarta etapa chagamos ao catalisador SCR. Catalisadores, em geral, podem ser definidos como substâncias que influenciam a velocidade de uma reação química, mas não são um dos reagentes ou produtos da reação principal que irá ocorrer. Dessa maneira, podemos definir essa parte do sistema como um verdadeiro catalisador, o qual, através de metais nobres em suas “colmeias” e paredes de cerâmica vai influenciar e tornar possível a reação química dos gases de escape com o reagente ARLA 32, transformando os gases em vapor de água e nitrogênio. 

No final das etapas, após o catalisador SCR, um monitoramento final do pós-tratamento é feito através de um segundo sensor de temperatura, agora localizado na saída do SCR, e também por um dos componentes mais importantes do sistema – o sensor de NOx. Esse sensor, como o nome sugere, informa a unidade de comando do sistema sobre a quantidade ainda presente de NOx na saída do SCR, para que a unidade eletrônica possa realizar ajustes na quantidade de ARLA injetado e no tempo desse injeção. Além disso, essas informações são enviadas para o Módulo do Motor via CAN, para que esse por sua vez possa, se necessário, realizar ajustes nas pré e pós-injeções de Diesel na câmara. 

Pode-se resumir os componentes presentes no sistema SCR como: 

  1.  Dois sensores de temperatura, localizados antes e depois do sistema SCR; 

  1.  Um sensor de NOx pós SCR; 

  1.  Uma ECU específica para o sistema de pós-tratamento, responsável por analisar os dados dos sensores e comandar os atuadores; 

  1.  Unidade de bombeamento do ARLA 32 (Usando uma bomba elétrica); 

  1.  Unidade dosadora para o ARLA 32 (Usando ar comprimido); 

  1.  Um reservatório para o ARLA 32. 

 

Não perca a próxima edição desse jornal, em que publicaremos a Parte 2 dessa matéria. Na sequência desse assunto abordaremos o sistema SCR do ponto de vista mecânico: a unidade de bombeamento, o uso de ar comprimido, unidade dosadora de ARLA e equipamentos de teste para os diversos elementos sensores e atuadores presentes no sistema. Esses equipamentos podem ajudar muito os reparadores que estão vendo a necessidade de se especializar em sistemas de pós-tratamento para mantê-los funcionando bem! 

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