A determinação dos hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, dióxido de carbono e material particulado no gás de escapamento

A NBR 6601 de 05/2021 – Veículos rodoviários automotores leves – Determinação de hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, dióxido de carbono e material particulado no gás de escapamento especifica um método para a determinação de hidrocarbonetos totais (THC), não metano (NMHC), gases orgânicos não metano (NMOG), monóxido de carbono (CO), óxido de nitrogênio (NOx), dióxido de carbono (CO2) e material particulado emitidos pelo motor de veículos rodoviários automotores leves, funcionando sobre um dinamômetro de chassi que simule uma condição de uso em vias urbanas. Aplica-se aos veículos rodoviários automotores leves.

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Como deve ser um sistema de amostragem de material particulado?

Qual seria um esquema de um sistema analítico para gás de escapamento?

Qual é a configuração opcional do heated flame ionization detector ou detector por ionização de chama, aquecido (HFID) com esquema de sobrefluxo?

Quais são as especificações dos filtros para o material particulado?

Como aparelhagem, usa-se um dinamômetro de chassi O dinamômetro deve possuir uma unidade de absorção de potência (PAU) do tipo elétrica ou hidráulica, para simular as condições de carga do veículo em pista, conforme a NBR 10312. No caso de se utilizar um dinamômetro hidráulico, pode-se determinar a potência resistiva conforme o Anexo A.

O dinamômetro deve possuir também um conjunto de volantes de inércia e/ou outros meios para simular a inércia equivalente do veículo. Os dinamômetros de chassi de rolos duplos devem possuir diâmetro nominal dos rolos maior ou igual a 219 mm, e os dinamômetros de chassi de rolos simples devem possuir diâmetro nominal do rolo maior ou igual a 1 200 mm.

O sistema de amostragem para ensaio de veículo deve ser do tipo amostrador de volume constante (CVS) e deve permitir a medição das massas reais das substâncias emitidas pelo motor, pelo escapamento do veículo. Para tal, é necessário que se possa: medir o volume total da mistura de gás de escapamento e ar de diluição; coletar continuamente, para análise, uma alíquota dessa mistura, proporcional àquele volume.

O sistema deve ter capacidade suficiente para evitar a condensação de água. A pressão estática no (s) tubo (s) de descarga do veículo conectado (s) ao CVS, durante o ciclo de condução, deve apresentar variação dentro de ± 1,2 kPa, quando comparado (s) ao (s) tubo (s) de descarga em exaustão livre, nas mesmas condições. As conexões utilizadas não podem permitir vazamento.

O sistema deve ser provido de balões de coleta de amostras para o ar de diluição e para o gás de escapamento diluído, com capacidade volumétrica suficiente para não restringir o fluxo de amostra que estiver sendo coletado. Os balões devem ser de material especial que impeça alterações quantitativa e qualitativa da composição das amostras armazenadas.

O sistema de amostragem pode ser de venturi crítico, chamado de sistema de amostragem CVS. O sistema de amostragem CVS funciona conforme os princípios da dinâmica dos fluidos associados ao escoamento crítico. Neste tipo de sistema, o fluxo total de gás diluído é mantido em velocidade sônica, a qual é proporcional à raiz quadrada da temperatura absoluta do gás, computada continuamente.

A amostragem proporcional é feita por outro sistema de volume crítico, instalado no mesmo fluxo de gás. Como a pressão e a temperatura são as mesmas para as entradas dos respectivos venturis, o volume da amostra é proporcional ao volume total da mistura.

Este sistema, conforme a figura abaixo, é constituído pelos seguintes componentes: câmara de mistura com filtro na entrada do ar de diluição; coletor de material particulado do tipo ciclone; venturi crítico para estabelecimento da vazão total; venturi crítico de amostragem; sistema de amostragem; válvulas e sensores de temperatura e pressão; medidor da temperatura do gás diluído na entrada do venturi crítico, com resolução menor ou igual a 1 °C; circuito eletrônico integrador para determinação do volume total amostrado; medidores de pressão com resolução menor ou igual a 0,40 kPa. Outros sistemas de amostragem podem ser utilizados, desde que seja demonstrada e comprovada a equivalência dos resultados.

O túnel de diluição deve ser: dimensionado de forma a permitir um fluxo turbulento e a mistura completa do gás de exaustão com o ar de diluição antes do ponto de coleta de amostra; construído com um diâmetro mínimo de 203 mm; construído com material condutor de eletricidade, não reagente aos componentes dos gases de exaustão do veículo. Em caso de utilização de misturador em T remoto, utilizar material com as mesmas características para a ligação deste ao túnel. Ele deve ser aterrado.

A sonda de coleta da amostra de material particulado deve: ser instalada frontalmente ao fluxo, no ponto em que o gás de exaustão e o ar de diluição estejam homogeneizados (próximo à linha de centro do túnel e a uma distância de pelo menos dez vezes o diâmetro do túnel, a partir do ponto em que o gás entra no túnel de diluição); estar suficientemente distante, radialmente, da tomada de amostra para o HFID, se aplicável, de forma a ficar livre de influências como vácuos produzidos pela sonda; ter diâmetro interno mínimo de 12,7 mm; ser configurada de forma que possa ser selecionado pelo menos um filtro de material particulado para cada fase de medição.

A vazão pela sonda de material particulado deve ser mantida em um valor constante, dentro de ± 5%. A bomba de amostragem e os medidores de volume devem estar localizados distantes o suficiente do túnel de diluição, de forma a manter a temperatura do gás constante dentro de ± 2,8 °C. O equipamento para análise de gases deve consistir, basicamente, em um sistema analítico e a conformidade exata com este esquema não é necessária, desde que seja possível obter resultados satisfatórios com a exatidão da medição especificada.

Para a obtenção de informações adicionais ou coordenação das funções de alguns subsistemas, podem-se adicionar outros componentes, como instrumentos, válvulas, solenoides, bombas, etc., desde que não interfiram nos resultados. O equipamento para análise de gases é composto por um detector por ionização de chama, equipado com um conversor catalítico seletivo (cutter), ou por uma coluna cromatográfica em fase gasosa, para a determinação de metano, bem como por analisadores por absorção de raios infravermelhos não dispersivos (NDIR) para as determinações de monóxido e dióxido de carbono e por um analisador por luminescência química (CLD) para as determinações de óxidos de nitrogênio.

Todos os analisadores devem ser sempre operados de acordo com as instruções do fabricante. O equipamento para análise de hidrocarbonetos totais é composto por um detector por ionização de chama (FID), operado de acordo com as instruções do fabricante. Para motor de ignição por compressão, são necessárias a amostragem e a medição contínua do THC através do HFID, utilizando-se um conjunto aquecido com analisador, linha, filtro e bomba.

O tempo de resposta deste instrumento deve ser menor que 1,5 s para uma resposta de 90% do fundo de escala. O conjunto de coleta contínua de THC pode ter um sistema de sobrefluxo para o gás zero e para o gás de fundo de escala (span).

Nesse caso, os gases para o sobrefluxo devem entrar na linha aquecida o mais próximo possível da face externa do túnel de diluição. O ponto de amostragem para o HFID deve ser: instalado frontalmente ao fluxo, a uma distância de pelo menos dez vezes o diâmetro do túnel a partir de sua entrada; instalado suficientemente distante, radialmente, da sonda de material particulado, de forma a ficar livre de influências como vácuos produzidos pela sonda; feito por meio de uma linha aquecida, equipada com filtro e isolada em todo o seu comprimento, de forma a manter 191 °C ± 11°C de temperatura na sua parede.

Nenhum outro sistema de amostragem pode ser conectado à linha de coleta contínua de THC. Outros equipamentos e analisadores podem ser utilizados, desde que seja demonstrado que produzem resultados equivalentes. O filtro para a coleta de material particulado deve ter diâmetro maior ou igual a 47 mm e no mínimo 37 mm de diâmetro na área de retenção e deposição. A capacidade de carga (material particulado) recomendada no filtro com 47 mm de diâmetro é de pelo menos 0,05 g.

Cargas equivalentes (ou seja, massa e diâmetro de deposição) são recomendadas no dimensionamento para filtros maiores. Os filtros para a coleta do material particulado devem ser de fibra de vidro recoberta com fluorcarbono ou membrana de fluorcarbono. Quanto às especificações do recinto (câmara ou sala) de pesagem e balança de material particulado, a temperatura e a umidade relativa do recinto onde os filtros de material particulado são condicionados e pesados devem ser mantidas e registradas, respectivamente, entre 20°C e 30°C e entre 30% e 70%, durante todo o trabalho de condicionamento e pesagem.

O ambiente deve ser livre de qualquer contaminante, como poeira, durante todo o período de trabalho. É necessário que dois filtros de referência permaneçam no recinto de pesagem, e que estes filtros sejam pesados a cada 24 h, no mínimo, quando em regime de ensaios.

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