Eficiência Catalítica

Eficiência Catalítica
Por ser o catalisador um item de preço elevado, o diagnóstico de defeitos com ele relacionados,
deve ser bastante criterioso a fim de evitar trocas desnecessárias. É nesse ponto que a avaliação
da eficiência de conversão torna-se um fator importante.
Conceito
componentes
A eficiência de conversão indica a capacidade que o
Catalisador de 3 Vias
poluentes
catalisador possui de diminuir as emissões dos gases
NOx
HC
poluentes de escape (CO, HC, NOx).
componentes
CO
não poluentes
Isto é, a capacidade de transformar o HC
(hidrocarbonetos) e CO (monóxido de carbono)
N2
residuais, em CO2 (dióxido de carbono) e H2O (vapor
H2O
CO2
d'água) e de reduzir o NOx a seus componentes
básicos: N2 (nitrogênio) e O2 (oxigênio).
O oxigênio resultante da dissociação do NOx, reaciona com parte do CO para formar CO2.
Em boas condições de funcionamento, um catalisador deve ter uma eficiência superior a 85 %.
Para um catalisador de 3 vias, isto significa que os valores de CO, HC e NOx na saída do
escapamento (após terem passado pelo catalisador) são 85 % menores que os valores na entrada
do conversor catalítico.
Geralmente e dependendo do país, a eficiência de conversão considerada como mínima aceitável,
está em torno de 70 a 80%.
Talvez, o valor de 80% seja a melhor opção já que quando a eficiência atinge valores inferiores a
este, a degradação do catalisador é bastante acelerada, pelo que pode diminuir a níveis não
aceitáveis em um curto espaço de tempo.
Assim, a eficiência de conversão é definida da seguinte forma:
[HC, CO, NOx] entrada do cat. - [HC, CO, NOx] saída do cat.
[HC, CO, NOx] entrada do cat.
Como mostra a figura 2, a máxima redução para os 3 gases
é obtida quando o catalisador de 3 vias processa gases de
escape produzidos pela queima de mistura estequiométrica,
ou seja, quando o motor funciona admitindo mistura com
Lambda=1,0 +/- 2%.
Observar que quando o motor admite mistura rica, a
eficiência para NOx é máxima mas, para CO e HC resulta
inferior à recomendada.
Como mostrado na figura 2, por exemplo, a eficiência de
conversão de CO para Lambda=0,94 (pontos A e B) é
sensivelmente menor que para Lambda=1,0 (pontos C e D).
janela de máxima eficiência de conversão
NOx
Concentração
eficiência [%] [HC, CO, NOx] =
CO
HC
A
HC
CO
C
NOx
0.9
A-B
eficiência (Lambda=0,94) = A
B
D
0.95
1.0 1.05
Fator Lambda( )
1.1
nível de emissões após catalisador
nível de emissões antes do catalisador
C-D
eficiência (Lambda=1) = C
Portanto, a verificação da eficiência na condição de Lambda=0,94, levaria a considerar defeituoso
um catalisador que de outra forma, pode estar em boas condições.
Dai a importância de verificar o Lambda da mistura antes de realizar a medição. Os analisadores
de “4 gases” comercializados atualmente apresentam os valores de concentração de CO, HC,
CO2, O2 e o valor do Lambda, calculado a partir da fórmula de Brettschnider.
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Opcionalmente, podem apresentar o valor de NOx. Este é o caso dos analisadores de “5 gases”.
Portanto, para que a avaliação da eficiência seja válida, o Lambda mostrado no analisador deverá
estar entre 0,98 e 1,02 (janela de máxima eficiência de conversão).
Procedimento
Existem vários métodos para medir a eficiência catalítica sendo que, o mais preciso (e o único
conclusivo atualmente) é aquele que considera os valores dos referidos gases antes e depois do
catalisador, e aplica a fórmula acima.
As medições devem ser feitas com rotação constante (marcha lenta, por exemplo), certificando-se
que o Lambda indicado pelo analisador esteja dentro da janela de máxima eficiência.
Como já mencionado, é de fundamental importância que no momento da medição, seja antes
o depois do catalisador, o Lambda indicado seja igual a 1,0 +/-3%.
Isto assegurará que o catalisador esteja trabalhando na janela de máxima conversão.
Nos casos em que não há a possibilidade de acessar o escapamento antes do catalisador (como
era o caso nos veículos da Autolatina), a medição pré-catalisador fica facilitada utilizando uma
ferramenta que permita instalar um rebite com rosca. Nele poderá ser instalada a sonda do
analisador, o que assegurará medidas de concentrações sem diluição. Quando terminada a
medição, o furo é tampado com um parafuso. No é recomendável utilizar o furo do sensor de O2
para instalar a mangueira (sonda) do analisador devido a que o Lambda da mistura admitida
poderá estar fora da janela de máxima eficiência de conversão. Assim, a eficiência calculada não
será conclusiva.
Lembrar que ao retirar o sensor de oxigênio, para instalar a mangueira (sonda) do analisador, o
controle da mistura não mais será em malha fechada.
Uma outra vantagem de se instalar o rebite, é ter a possibilidade de conectar um manômetro para
verificar o valor da contrapressão no escape, na marcha lenta e durante as acelerações e assim, a
existência de possível obstrução no catalisador.
Uma desvantagem é o fato que a furação do escapamento pode resultar na perda da garantia no
caso de veículos que ainda contem com ela.
No entanto, em todos os outros casos (e com o cliente devidamente informado), a aplicação deste
método poderá evitar a troca desnecessária de um item de preço elevado, como é o caso do
catalisador.
Necessidade da Avaliação da Eficiência
A norma utilizada atualmente nos programas de I/M (resolução CONAMA 7/93) não legisla sobre a
eficiência mínima aceitável. Somente, são considerados os níveis máximos de emissões na saída
do escape.
Portanto, a avaliação da eficiência de conversão faz-se necessária somente nos casos em que
haja suspeita de que o catalisador seja a causa de:
- Não atendimento dos níveis máximos acima citados
- Problemas de dirigibilidade do veículo
Outros Métodos
Existem outros métodos indiretos para avaliação da eficiência, relativamente mais simples, mas,
imprecisos. Entre eles:
- Incremento de temperatura entrada/saída: somente indica se o catalisador atingiu a
temperatura de "light-off" (supostamente 50% de eficiência); em outras palavras, este
método somente indica se o catalisador está funcionando ou não.
- Teste de CO2 durante a partida: com o catalisador já quente, verificar o aumento de CO2
(superior a 12%) no escape, com o sistema de ignição desabilitado e dando partida durante
10 segundos. Somente avalia a capacidade de converter HC sem dar valores sobre a real
eficiência de conversão para os 3 poluentes.
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- Teste de injeção de propano: desenvolvido pela GM, exige a disponibilidade de propano e
um fluxímetro para dosar a quantidade apropriada. Somente avalia a capacidade de
conversão de HC tomando como referência propano (e não o combustível do veículo). Este
método, também, não fornece valores de eficiência.
Eficiência de Conversão em Sistemas OBD II
Como mostra a figura 3, os sistemas de
controle do motor que aderem ao padrão
OBD II, possuem, pelo menos, 2 sensores de
oxigênio.
Aquele instalado antes do catalisador é
utilizado para o controle da mistura e
apresenta oscilações em torno de Lambda=1,
quando o motor trabalha com rotação
estabilizada na marcha lenta e nas cargas
parciais.
O sensor posterior é utilizado para avaliar a
eficiência de conversão. Normalmente não
apresenta oscilações acentuadas. Isto é
devido ao fato que o catalisador (em bom
estado
de
funcionamento)
armazena
oxigênio, quando os gases de escape contém
excesso de O2 (queima de mistura pobre) e
libera oxigênio, quando os gases de escape
não contém O2 (queima de mistura rica).
A figura 4 mostra os sinais de ambos sensores para os casos de eficiências acima e abaixo do
limite.
Portanto, nos sistemas OBD II é possível, em princípio, dispensar o uso do analisador de gases
para diagnosticar perda de eficiência de conversão já que, nesse caso, é a unidade de comando
do motor que detecta tal situação e grava o código correspondente.
Os códigos OBD II genéricos que identificam
catalisador com eficiência abaixo do limite são:
- P0420/P0430: para o sistema catalítico
como um todo; ou para o caso de um único
catalisador convencional para cada banco
(banco #1/banco #2)
- P0421/P0431: para o catalisador de
aquecimento; normalmente instalado antes
do catalisador principal (banco #1/banco
#2)
- P0422/P0432 para o catalisador principal
(banco #1/banco #2)
- P0423/P0433 para o catalisador aquecido
(banco #1/banco #2)
Humberto José Manavella
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