CARBON MONOXIDE EMISSION IN CARBURETED INTERNAL COMBUSTION ENGINES
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.11100258
Francisco Jeferson Sousa da Costa1
RESUMO
Em nosso país ainda existe um número considerável de automóveis em circulação desprovidos de sistemas de gerenciamento de alimentação de combustível. Em vez disso, veículos com fabricação inferiores à década de 90 são portadores de carburadores que consistem em um mecanismo ultrapassado e que não dispõe de um controle efetivo de admissão de combustível, gerando assim um descontrole na emissão de gases nocivos ao ambiente. Portanto, este trabalho propõe a criação de um sistema simples de medição da qualidade dos gases emitidos pelos motores carburados, gerando assim informações ao condutor da necessidade de realização de regulagens e ou reparos.
Palavras-chave: Carburador, Sonda Lambda, Monóxido de Carbono.
ABSTRACTS
In our country there are still a considerable number of cars in circulation without fuel management systems. Instead, vehicles manufactured less than the 90s have carburetors that consist of an outdated mechanism that does not have effective fuel intake control, thus generating uncontrolled emissions of harmful gases into the environment. Therefore, this work proposes the creation of a simple system for measuring the quality of gases emitted by carbureted engines, thus generating information for the driver when carrying out adjustments and/or repairs.
1. Introdução
Ao longo dos últimos tempos, a sociedade, de forma geral, vem se preocupando cada vez mais com questões ambientais. Essa tendência não é diferente quando aplicada ao setor automotivo. Ao longo desse tempo, os fabricantes têm investido em tecnologias que possam amenizar a emissão de gases poluentes que são produzidos pelos motores dos veículos. Desde meados do ano de 1992, quando da implantação do sistema de injeção eletrônica, até os dias de hoje, com o uso de motores de baixa cilindrada equipados com turbo-compressores para aumento de potência e até os elétricos.
Atualmente, ainda existe uma grande quantidade de veículos automotores utilizando o carburador como componente de alimentação de seus motores. Esse número vem se tornando mais significativo, devido ao aumento de usuários aderindo à moda dos “antigos”, veículos com idade média de 30 anos (DENATRAN, 2018). Nesse tipo de sistema, não há controle efetivo da quantidade de combustível admitido, logo, há também um descontrole dos gases nocivos que são emitidos pelo escapamento do motor e jogados na atmosfera (REINA, 2017).
Essa pesquisa consiste na realização de análises de emissão de gases poluentes pelos veículos que não possuem alimentação de combustível gerenciada eletronicamente. Estes ainda possuem o “carburador” como sistema de alimentação de combustível, o que leva a verificar que estes veículos não acompanharam a evolução dos sistemas automotivos para diminuição da emissão desses gases.
Esse trabalho busca uma forma de diagnosticar possíveis irregularidades no funcionamento dos motores e se possa informar aos condutores da necessidade de regulagens e/ou reparos. A análise será feita a partir de um equipamento analisador de gases, Sonda Lambda, que emitirá um sinal elétrico para um circuito integrado, este por sua vez irá emitir um sinal luminoso informado ao condutor se a mistura ar + combustível está rica, pobre ou estequiométrica. Através dessa informação, o condutor estará ciente da necessidade de alteração nos parâmetros de regulagem do seu veículo.
Com o sistema de alimentação regulado, a qualidade dos gases emitidos pelo motor irá produzir menores danos ao meio ambiente, além de menor consumo de combustível. Contribuindo assim, para questões ambientais e garantindo que veículos considerados antigos possam trafegar de forma controlada.
2. METODOLOGIA
No intuito de realizar as adequações dos componentes em questão, foi utilizado um motor Boxer de 1.300 cilindradas de quatro tempos e 38 cavalos de potência, fabricado no ano de 1987. Motor este, quem em sua época, equipava veículos da linha Volkswagen, como por exemplo o Fusca e seus derivados. O referido motor foi escolhido por ter equipado mais de 30 milhões de veículos em todo o mundo, sendo utilizado com relativa frequência até os dias atuais, equipado com um carburador de corpo simples da fabricante Brosol, modelo Solex PIC 30.
Para a realização da coleta dos dados provenientes dos gases emitidos pelos motor Boxer, foi utilizado um Sensor Sonda Lambda (sensor de oxigênio) da marca NGK ou Torken, medindo 103 centímetros de comprimento, com um conector macho de 4 pinos, sensor este que equipa o veículo Volkswagen Kombi entre os anos de 1997 a 2005, que enviará seus sinais eletrônicos para uma placa de circuito impresso composta por componentes eletrônicos que irão interpretar esses sinais e em seguida, emitir sinais luminosos de acordo com as condições de funcionamento do motor.
3. CARBURADORES
O carburador é o principal componente do sistema de alimentação de combustível de um motor. Ele é responsável por realizar o controle de combustível enviado aos cilindros, bem como faz a mistura de ar-combustível acontecer dentro das proporções de queima ideal (OLIVEIRA, 1997). Esta proporção, quando da combinação correta, é chamada de relação estequiométrica que é de 14:1 em motores alimentados a gasolina e de 9:1 em motores a álcool.
Figura 1 – Carburador Solex Pic 30, utilizado no experimento
Fonte: o autor
Um carburador possui diferentes mecanismos para satisfazer os mais diferentes regimes de trabalho do motor. Dentre eles está o Venturi que é responsável por direcionar a mistura ar-combustível para outro componente chamado de corpo de borboleta. Este é responsável por controlar a quantidade de mistura que será admitida pelo motor no instante de seu funcionamento. Todo o combustível admitido pelo motor, fica acondicionado em uma cuba que serve de reservatório. O combustível demandado é retirado da cuba através de uma pressão negativa gerada no Venturi, advinda do momento em que o pistão se desloca do ponto morto superior para o ponto morto inferior, no momento em que a válvula de admissão se encontra aberta. Este é o primeiro tempo do motor, chamado de admissão (MARTINS, 2011).
3.1 FUNCIONAMENTO DO CARBURADOR
O combustível é bombeado até a cuba do carburador, por uma bomba mecânica, entrando pela válvula da boia que tem a função de controlar o nível de combustível. Vinda do motor, a pressão negativa gerada pelo movimento alternativo dos pistões faz com que o ar seja succionado através do Venturi.
No momento da passagem do ar pelo Venturi, este adquire um aumento de velocidade que faz gerar uma pressão negativa na cuba que suga o combustível através de um giclê. Esse combustível em estado totalmente líquido encontrado na cuba, após perceber essa pressão negativa, é misturado ao ar admitido, se transformando em um formato atomizador (spray). A partir daí a mistura é conduzida até a câmara de combustão pelo coletor de admissão, passando pela válvula de admissão.
Figura 2 – Corte transversal de um carburador
Fonte: CONTESINI; 2014.
Uma característica negativa do carburador, é sua grande necessidade de manutenção periódica, o que muitas vezes é negligenciado pelo proprietário do condutor. Para realizar os ajustes necessários, alguns componentes devem sempre estar isentos de sujidades, bem como regulados de forma mais próxima possível de se atingir a mistura estequiométrica. Dentre os principais componentes estão o Venturi, giclês que regula a passagem de ar, diafragma, borboleta. Todos esses componentes, estando em más condições de limpeza e regulagem, contribuem diretamente para um funcionamento não linear do motor, produzindo assim uma maior quantidade de emissão de poluentes e um consumo excessivo de combustível.
4. SONDA LAMBA
O Sensor de Oxigênio, também conhecido como Sonda Lambda, por vezes também chamado de Sensor EGO (exhaust gas oxygen), tem o objetivo de realizar a leitura da quantidade de oxigênio existente nos gases de escapamento do motor e enviar um sinal elétrico para a Unidade de Comando de Injeção Eletrônica. Ao receber esse sinal, a ECU (Eletronic Central Unity) avalia a informação e controla a quantidade de combustível injetado. Assim, garantindo uma mistura ar-combustível estequiométrica, o que resulta em um menor nível de emissão de gases nocivos (MORAES, 2003).
Normalmente os veículos são equipados com apenas uma Sonda Lambda e esta se localiza na tubulação de escape, especificamente pós catalizador. Porém, algumas montadoras optam por equipar seus veículos com dois Sensores de Oxigênio, sendo estes localizados um antes do catalizador e o outro após o catalizador. Dessa forma se garante a real leitura da integridade e eficiência do elemento catalítico.
Nessa pesquisa a Sonda Lambda realizará a leitura dos gases provenientes da queima de combustível, estará localizada na tubulação de escapamento do motor. Porém, em vez de enviar sinais elétricos para um comando central de injeção eletrônica, o sensor de oxigênio irá enviar seus sinais elétricos para uma placa de circuito impresso que irá receber, interpretar e emitir sinais luminosos.
Figura 3 – Sonda Lambda marca Bosh
Fonte: Google
5. PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO
As Placas de Circuito impresso são componentes básicos na indústria eletrônica. Básicos no sentido amplo, devido ser o componente que serve de base para tantos outros componentes eletrônicos. Normalmente construída por uma placa (também chamada de cartão), onde são depositadas as trilhas de material bom condutor, no nosso caso será utilizado o Cobre. Essas trilhas são definidas de forma impressa, ao tempo em que a própria placa se comporta como material dielétrico (isolante)
Figura 4 – Protótipo de Placa de circuito impresso
Fonte: o autor
As trilhas de Cobre, impressas na placa, têm função de fazer a ligação elétrica entre os mais diversos componentes que irão receber o sinal advindo da Sonda Lambda e transformá-lo em um sinal luminoso a partir de Diodos Emissores de Luz (LED).
O sinal luminoso irá se comportar como interface direta entre o motor e o condutor do veículo. Após receber o sinal elétrico da Sonda Lambda, o Circuito eletrônico irá interpretar esse sinal e emitirá um sinal luminoso na cor verde quando da mistura estequiométrica (ideal), O sinal luminoso incidirá vermelho quando a leitura mostrar mistura rica (forma em que a quantidade de combustível é excessiva, liberando assim uma maior quantidade de gases nocivos) e por fim, emitirá um sinal luminoso na cor laranja quando a mistura estiver pobre (proporção em que a quantidade de combustível é insuficiente em relação proporcional com o ar).
6. GASES DO ESCAPAMENTO
Segundo Martins 2005, o motor de combustão interna não consegue efetuar a queima completa do combustível, sob nenhuma hipótese. Os fatores, mais variados, que ocasionam essa situação de combustão incompleta, vão desde a proporção de Nitrogênio contida no ar admitido, tempo insuficiente para que ocorra a reação entre o oxigênio e o combustível, superfícies com diferencial de temperatura na câmara de combustão, até mesmo, combustíveis com baixo teor de pureza.
Na obtenção de uma mistura estequiométrica, que é a situação ideal e hipotética de proporção entre combustível e ar, o motor tende a liberar, como subproduto da queima, Nitrogênio, na proporção de 71%, vapor de água na proporção de 9% e a subdivisão de Monóxido de Carbono em veículos que não possuem a aparato do catalizador, esse é o caso de grande parte dos veículos nacionais que utilizam carburador ou Dióxido de carbono em veículos com injeção eletrônica que dispõem de catalizador, em uma proporção de 18% (BOSH, 1999).
Nesse caso específico, como foi utilizado um motor Boxer 1300cc carburado e sem conversores catalíticos, o maior vilão é o Monóxido de Carbono. Dentre suas características extremamente nocivas estão os efeitos que essa substância causa. O CO mata um ser humano em questão de minutos quando respirado a uma proporção de 0,3% em volume. Ao entrar na corrente sanguínea o gás ataca os glóbulos vermelhos do sangue impedindo o transporte de oxigênio para as células.
7. RESULTADO E DISCUSSÃO
A produção de veículos automotores que utilizam o carburador como componente de alimentação de combustível em seus motores, foi finalizada em meados da década de 90. Sendo estes substituídos pelos sistemas de injeção eletrônica, usados até os dias atuais. Porém, veículos carburados não saíram de circulação. Dessa forma, alternativas de modernização, gerenciamento e controle destes, podem ser elaboradas e aplicadas de forma que danos sejam diminuídos ou sanados.
Durante a preparação da pesquisa, percebeu-se o direcionamento do trabalho em algumas frentes. Sendo estas a preparação e regulagem do motor Boxer 1300, para deixá-lo no formato e dimensões, mais originais possíveis. Então foi adquirido um motor com carcaça, eixo virabrequim, eixo comando de válvulas e camisas standard. Bem como foi realizada uma revisão em todos os componentes elétricos como módulo de ignição, bobina, distribuidor, velas e cabos de vela.
Outra frente de atuação foi a confecção do sistema eletrônico em placa de circuito impresso que receberá o sinal da sonda lambda e o transformará em sinal luminoso que irá se comunicar com o motorista condutor. A partir daí se fez a instalação da sonda na tubulação de escape e assim, a ligação com o sistema eletrônico.
Nas primeiras etapas de funcionamento do motor, observou-se a leitura de mistura rica, onde o LED da placa Eletrônica emite luz na cor vermelha. Concluiu-se que até chegar a temperatura ideal de trabalho do motor, a queima de combustível fica incompleta o que eleva os níveis de emissão de gases poluentes. Conclui-se também que em hipótese alguma, se deve regular os acessórios do motor antes de atingir a temperatura ideal.
Quando chegou a temperatura ideal de trabalho do motor, observou-se que a aceleração do motor se estabilizou e houveram oscilações nas cores dos LEDs, entre vermelho e verde. Identificando assim que a mistura estava quase ideal, mas que necessitava de alguma regulagem fina para tal. Foi aí que iniciamos a regulagem do parafuso que controla o fluxo de ar no carburador.
Observou-se que uma entrada de ar muito fechada fazia com que fosse necessário calibrar a borboleta do carburador para que seja compensasse com uma maior quantidade de combustível admitido, deixando a mistura muito rica, chegando até a aumentar o nível de fuligem (fumaça) expelida pelo motor.
Em uma atuação reversa, deixando a entrada de ar muito aberta verificava-se uma rotação excessiva no motor, mesmo este em marcha lenta, aumentando o consumo de combustível e em consequência, gerando uma grande quantidade de Monóxido de carbono sendo liberado.
Ocorreram também alguns testes simulando defeitos em componentes elétricos, onde foram substituídos equipamentos íntegros por componentes parcialmente defeituosos. Dentre os quais as velas de ignição, bobina e distribuidor. Substituídos individualmente, observou-se que a cada troca, a placa eletrônica informava situações de mistura rica, visto que a incapacidade de gerar uma faísca de ignição ideal, fazia com que a queima do combustível aspirado fosse insuficiente, tendo que, por consequência, aumentar a abertura de borboleta do carburador para que seja compensada a aceleração do motor, que deve variar próximo a 900 rpm.
Dessa forma conclui-se que a interface eletrônica, recebendo informações de uma sonda lambda localizada no escapamento do motor, se mostrou eficiente no monitoramento dos gases expelidos pelo motor e que sua comunicação com o motorista condutor revela, de forma imediata a necessidade de reparos e ou regulagem, mecânica ou elétrica em seus componentes.
8. REFERÊNCIAS
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CONTESINI, Leonardo. COMO FUNCIONA UM CARBURADOR, Flatout!: Sua overdose de cultura automotiva – de carros antigos a lançamentos, ano 2 edição 2, Fev 2014. Disponível em: https://www.flatout.com.br/wpcontent/ uploads/2014/02/carburadoire-620×521.jpg Acesso em 14 Abr. 2017.
DENATRAN. (Org.). Frota de Veículos – 2018. 2018. Disponível em: <https://www.denatran.gov.br/estatistica/635-frota-2018>. Acesso em: mar 2023.
FAGGI Rodrigo. Formação de mistura ar combustível em motores de Ignição por faísca a quatro tempos. São Caetano do Sul 2012, Disponivel em: https://maua.br/files/monografias/formacao-de-mistura-ar-combustivel-em-motores-deignicao- por-faisca-a-quatro-tempos.pdf Mar.2023
MARTINS, Jorge. Motores de Combustão Interna, 3. ed. Porto: Publindústria, 2011.
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REINA, Eduardo. CARRO VELHO POLUI 28 VEZES MAIS QUE NOVO, Jornal Estadão de São Paulo, Estadão Carro, ano 143, edição 15 digital, Jul 2010. Disponível em: https://sao-paulo.estadao.com.br/noticias/geral,carro-velho-polui-28-vezesmaisque-novo-imp ,583440 Acesso em 1 Mar. 2023.
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