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Emissões produzidas pelo motor de um carro
A fim de reduzir as emissões, motores de carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que queimam. Eles procuram manter a mistura ar-combustível bem próxima do ponto estequiométrico, que é a proporção ideal de ar para que ocorra uma combustão. Teoricamente, nessa proporção, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, a proporção estequiométrica é de aproximadamente 14,7:1. Isso significa que, para cada grama de gasolina, serão queimadas 14,7 gramas de ar. Na verdade, a proporção ideal varia bastante durante o funcionamento do carro. Às vezes, a mistura de combustível pode ser pobre (proporção de ar para combustível acima de 14,7); em outros momentos, pode ser rica (proporção abaixo de 14,7). Para o álcool etílico hidratado usado no Brasil, o ponto estequiométrico é 9:1.
As principais substâncias emitidas por um motor de carro são:
* gás nitrogênio (N2) - em sua constituição, o ar tem 78% de gás nitrogênio. Grande parte dessa substância passa pelo motor do veículo;
* dióxido de carbono (CO2) - é um dos produtos da combustão. O carbono do combustível se une com o oxigênio do ar;
* vapor de água (H2O) - é outro produto da combustão. O hidrogênio do combustível se une com o oxigênio do ar.
Essas descargas são, em sua maioria, benignas (embora as emissões de CO2 (conhecido também como gás carbônico, contribuam para o efeito estufa e o aquecimento global). Porém, como o processo de combustão não é perfeito, também são produzidas substâncias prejudiciais, tais como:
* monóxido de carbono (CO) - gás venenoso, sem cor e inodoro;
* hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) - produzidos principalmente por combustível não queimado, que evapora. A luz solar quebra os hidrocarbonetos para formar oxidantes. Estes reagem com óxidos de nitrogênio, transformando-se em ozônio (O3), de baixa altitude, um componente importante da poluição do ar ao formar a névoa fotoquímica (smog em inglês);
* óxidos de nitrogênio (NO e NO2, quando juntos, são chamados de NOx) - contribuem para o smog e para a chuva ácida e causam irritação das mucosas humanas.
Essas são as três principais substâncias sujeitas a limites. A função dos catalisadores é reduzi-las.
Como os catalisadores reduzem a poluição
A maioria dos carros modernos é equipada com catalisadores de três vias. A expressão "três vias" se refere às três substâncias que eles ajudam a reduzir - monóxido de carbono, VOCs e moléculas de NOx. A peça catalisador na verdade usa dois diferentes tipos de catalisadores: um de redução e outro de oxidação . Ambos consistem em uma estrutura cerâmica coberta por um catalisador de metal, geralmente platina, ródio e/ou paládio. A idéia é criar uma estrutura que exponha o máximo da área da superfície catalisadora para o fluxo de descarga ao mesmo tempo em que se procura minimizar o trabalho dos catalisadores, pois são muito caros.
Um conversor catalisador de três vias: note os dois catalisadores separados
Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colméia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.
Estrutura catalítica em cerâmica tipo colméia
O catalisador de redução
É a primeira parte do catalisador. Usa platina e ródio para ajudar a reduzir a saída de NOx. Quando as moléculas NO ou NO2 entram em contato com o catalisador, ele "expulsa" o átomo de nitrogênio para fora da molécula. Com isso, o átomo fica retido e o catalisador libera o oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio se unem com outros átomos de nitrogênio. Todos são retidos pelo equipamento, formando N2. Por exemplo:
2NO = N2 + O2 ou 2NO2 = N2 + 2O2
O catalisador de oxidação
É a segunda parte do catalisador. Reduz os hidrocarbonetos não-queimados e o monóxido de carbono, queimando-os (oxidação) sobre o catalisador de platina e paládio. Isso ajuda na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante do oxigênio nos gases de escapamento. Por exemplo:
2CO + O2 = 2CO2
Mas, de onde veio este oxigênio?
O sistema de controle
A terceira parte é um sistema de controle que monitora o fluxo de descarga e usa essa informação para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio colocado antes do catalisador, portanto mais próximo do motor que o catalisador. Este sensor diz ao computador do motor quanto oxigênio há no nos gases de escapamento. Sendo assim, o computador pode aumentar ou diminuir essa quantidade de oxigênio através de um ajuste na mistura ar-combustível. Este esquema de controle permite que o computador tenha certeza de que o motor está funcionando bem perto do ponto estoiquiométricoe também ajuda a certificar que há oxigênio o suficiente para permitir que o catalisador de oxidação queime o restante dos hidrocarbonetos e CO.
Outras formas de reduzir a poluição
O catalisador faz um excelente trabalho na redução da poluição, mas ele ainda pode ser substancialmente melhorado. Uma das suas maiores falhas é só trabalhar em uma temperatura relativamente alta. Quando você liga o seu carro ainda frio, o catalisador não faz quase nada para reduzir a poluição pelo escapamento do seu carro.
Uma solução simples para o problema é colocar o o catalisador mais próximo do motor. Desta maneira, aqueles gases mais quentes alcançarão o logo catalisador e ela será aquecido mais rapidamente. No entanto, isso também pode reduzir a vida do catalisador, pois ele será exposto a temperaturas extremamente altas. A maioria dos fabricantes posiciona o catalisador na região debaixo do banco do passageiro dianteiro. Assim, ele fica suficientemente distante do motor, mantendo a temperatura em níveis que não o afetarão. Hoje, porém, com o desenvolvimento da construção de catalisadores, são inúmeros os modelos de automóveis que vêm com o catalisador instalado imediatamente após o coletor de escapamento.
Pré-aquecimento - o modo mais fácil para pré-aquecer o catalisador é usar aquecedores a resistência elétrica. Infelizmente, na maioria dos carros, os sistemas elétricos de 12 volts não fornecem energia ou potência elétrica suficiente para aquecer rapidamente o catalisador. A maioria das pessoas não esperaria vários minutos para aquecer o catalisador antes de ligar o carro. Carros híbridos que têm grandes baterias de alta voltagem podem prover energia para aquecer o catalisador rapidamente.
:espi28:
A fim de reduzir as emissões, motores de carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que queimam. Eles procuram manter a mistura ar-combustível bem próxima do ponto estequiométrico, que é a proporção ideal de ar para que ocorra uma combustão. Teoricamente, nessa proporção, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, a proporção estequiométrica é de aproximadamente 14,7:1. Isso significa que, para cada grama de gasolina, serão queimadas 14,7 gramas de ar. Na verdade, a proporção ideal varia bastante durante o funcionamento do carro. Às vezes, a mistura de combustível pode ser pobre (proporção de ar para combustível acima de 14,7); em outros momentos, pode ser rica (proporção abaixo de 14,7). Para o álcool etílico hidratado usado no Brasil, o ponto estequiométrico é 9:1.
As principais substâncias emitidas por um motor de carro são:
* gás nitrogênio (N2) - em sua constituição, o ar tem 78% de gás nitrogênio. Grande parte dessa substância passa pelo motor do veículo;
* dióxido de carbono (CO2) - é um dos produtos da combustão. O carbono do combustível se une com o oxigênio do ar;
* vapor de água (H2O) - é outro produto da combustão. O hidrogênio do combustível se une com o oxigênio do ar.
Essas descargas são, em sua maioria, benignas (embora as emissões de CO2 (conhecido também como gás carbônico, contribuam para o efeito estufa e o aquecimento global). Porém, como o processo de combustão não é perfeito, também são produzidas substâncias prejudiciais, tais como:
* monóxido de carbono (CO) - gás venenoso, sem cor e inodoro;
* hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) - produzidos principalmente por combustível não queimado, que evapora. A luz solar quebra os hidrocarbonetos para formar oxidantes. Estes reagem com óxidos de nitrogênio, transformando-se em ozônio (O3), de baixa altitude, um componente importante da poluição do ar ao formar a névoa fotoquímica (smog em inglês);
* óxidos de nitrogênio (NO e NO2, quando juntos, são chamados de NOx) - contribuem para o smog e para a chuva ácida e causam irritação das mucosas humanas.
Essas são as três principais substâncias sujeitas a limites. A função dos catalisadores é reduzi-las.
Como os catalisadores reduzem a poluição
A maioria dos carros modernos é equipada com catalisadores de três vias. A expressão "três vias" se refere às três substâncias que eles ajudam a reduzir - monóxido de carbono, VOCs e moléculas de NOx. A peça catalisador na verdade usa dois diferentes tipos de catalisadores: um de redução e outro de oxidação . Ambos consistem em uma estrutura cerâmica coberta por um catalisador de metal, geralmente platina, ródio e/ou paládio. A idéia é criar uma estrutura que exponha o máximo da área da superfície catalisadora para o fluxo de descarga ao mesmo tempo em que se procura minimizar o trabalho dos catalisadores, pois são muito caros.
Um conversor catalisador de três vias: note os dois catalisadores separados
Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colméia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.
Estrutura catalítica em cerâmica tipo colméia
O catalisador de redução
É a primeira parte do catalisador. Usa platina e ródio para ajudar a reduzir a saída de NOx. Quando as moléculas NO ou NO2 entram em contato com o catalisador, ele "expulsa" o átomo de nitrogênio para fora da molécula. Com isso, o átomo fica retido e o catalisador libera o oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio se unem com outros átomos de nitrogênio. Todos são retidos pelo equipamento, formando N2. Por exemplo:
2NO = N2 + O2 ou 2NO2 = N2 + 2O2
O catalisador de oxidação
É a segunda parte do catalisador. Reduz os hidrocarbonetos não-queimados e o monóxido de carbono, queimando-os (oxidação) sobre o catalisador de platina e paládio. Isso ajuda na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante do oxigênio nos gases de escapamento. Por exemplo:
2CO + O2 = 2CO2
Mas, de onde veio este oxigênio?
O sistema de controle
A terceira parte é um sistema de controle que monitora o fluxo de descarga e usa essa informação para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio colocado antes do catalisador, portanto mais próximo do motor que o catalisador. Este sensor diz ao computador do motor quanto oxigênio há no nos gases de escapamento. Sendo assim, o computador pode aumentar ou diminuir essa quantidade de oxigênio através de um ajuste na mistura ar-combustível. Este esquema de controle permite que o computador tenha certeza de que o motor está funcionando bem perto do ponto estoiquiométricoe também ajuda a certificar que há oxigênio o suficiente para permitir que o catalisador de oxidação queime o restante dos hidrocarbonetos e CO.
Outras formas de reduzir a poluição
O catalisador faz um excelente trabalho na redução da poluição, mas ele ainda pode ser substancialmente melhorado. Uma das suas maiores falhas é só trabalhar em uma temperatura relativamente alta. Quando você liga o seu carro ainda frio, o catalisador não faz quase nada para reduzir a poluição pelo escapamento do seu carro.
Uma solução simples para o problema é colocar o o catalisador mais próximo do motor. Desta maneira, aqueles gases mais quentes alcançarão o logo catalisador e ela será aquecido mais rapidamente. No entanto, isso também pode reduzir a vida do catalisador, pois ele será exposto a temperaturas extremamente altas. A maioria dos fabricantes posiciona o catalisador na região debaixo do banco do passageiro dianteiro. Assim, ele fica suficientemente distante do motor, mantendo a temperatura em níveis que não o afetarão. Hoje, porém, com o desenvolvimento da construção de catalisadores, são inúmeros os modelos de automóveis que vêm com o catalisador instalado imediatamente após o coletor de escapamento.
Pré-aquecimento - o modo mais fácil para pré-aquecer o catalisador é usar aquecedores a resistência elétrica. Infelizmente, na maioria dos carros, os sistemas elétricos de 12 volts não fornecem energia ou potência elétrica suficiente para aquecer rapidamente o catalisador. A maioria das pessoas não esperaria vários minutos para aquecer o catalisador antes de ligar o carro. Carros híbridos que têm grandes baterias de alta voltagem podem prover energia para aquecer o catalisador rapidamente.
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