Os países da Europa que adotaram o Gás Natural Veicular (GNV) perceberam ao longo dos anos, que desenvolver tecnologias para o uso deste combustível seria o melhor “remédio” para o crescimento desse mercado. A partir da premissa de que o interesse dos usuários por um combustível mais econômico aumenta a demanda por produtos e serviços para uso do GNV, os empresários europeus iniciaram um processo evolutivo sem precedentes. Vale lembrar que a Itália já utiliza o gás como combustível veicular a mais de 50 anos. A Europa é referência no uso deste combustível e os eventos mais importantes para o mercado de GNV acontecem nesse continente.

A Globo Gás Brasil visitou a 2ª Feira Mundial de Veículos a Gás Natural e Hidrogênio. Este evento, o mais recente sobre GNV, aconteceu na Itália no mês de setembro, na cidade de Turim. Nesse evento foram apresentadas tecnologias de vários países e continentes.

Demandados por seus avanços tecnológicos, os produtores europeus são solicitados pelas montadoras e distribuidoras de veículos italianas, para a elaboração e execução de projetos para uso do GNV em veículos novos. Como exemplo, podemos citar o pátio da BRC Itália, fabricante de produtos para GNV, localizado na cidade de Cherasco/Itália, onde são instalados os sistemas para utilização de GNV nesses veículos. Os sistemas instalados são de última geração e obedecem aos critérios técnicos de projeto dessas montadoras e discutidas em conjunto com o fabricante do sistema para GNV.

Outra sensação, são os ônibus movidos a Gás natural que circulam na Itália, que segundo fontes italianas, o projeto, para a realização desse empreendimento é financiado pelo governo, além de incentivos fiscais. Esses ônibus possuem plataforma baixa e os cilindros fixados estrategicamente no teto, são de liga leve, ou seja, fabricados de material composto, metal e fibra, ou totalmente de material não metálico.

Nos veículos de passeio, o acondicionamento dos cilindros para armazenamento de GNV é otimizado e se ajusta ao espaço do porta-malas do veículo. Nesse caso, os instaladores buscam projetos orientados pelas montadoras de veículos. O abastecimento de GNV, na parte lateral do veículo é cada vez mais comum, pois é realizado no mesmo local de abastecimento do combustível original. Considerado mais seguro que o abastecimento próximo ao motor, este tipo de abastecimento é preferido, uma vez que, além do fator segurança, não existe o incômodo de abrir e fechar a tampa do motor, segundo os especialistas da BRC Itália.

Enquanto no Brasil se discute a venda do GNV por massa (kilo), em substituição a venda por metro cúbico, na maioria dos países que utilizam o GNV a venda é por massa, inclusive na Itália. O Inmetro possui um Regulamento que ainda não foi publicado, que trata da transformação de unidade de volume para massa. Geralmente, segundo técnicos do Inmetro, devem ser seguidas as recomendações da OIML (Organização Internacional de Metrologia Legal), a qual o Brasil é país membro. Neste caso, a OIML recomenda a venda por massa. No evento de Turim o representante de um fabricante de dispenser do Irã, questionou a venda em metros cúbicos no Brasil, uma vez que o medidor do dispenser faz a leitura em massa.

O avanço tecnológico e o crescimento do mercado italiano é claramente percebido a bordo de um Citroen Picasso C4, motorização 2.0/16V com sistema para GNV instalado marca BRC Itália, conduzido pelo Sr. Adriano Giraudo, enquanto levava a equipe Globo Gás Brasil para o Aeroporto de Milão. Economia, desempenho, suavidade e nenhuma falha técnica. O nosso condutor ressaltou a economia do GNV nesse veículo, ele disse que a relação de consumo é de 1 kilo para 20km, como nesse veículo ele abastece 21 kilos, conseqüentemente ele percorre 420km.

Por Rejane Acioli

Sistema de Ventilação foi o nome dado ao conjunto de peças que têm a finalidade de direcionar para o exterior do veículo os eventuais vazamentos de gás que possam existir entre a rosca do cilindro e a válvula, nas conexões de alta pressão e também na própria válvula de cilindro. O seu uso é obrigatório quando o reservatório de GNV está instalado no porta-malas ou habitáculo dos passageiros.

Para cumprir essa função várias soluções foram desenvolvidas ao longo do tempo, sistemas de ventilação com invólucros rígidos são utilizados na Europa e Estados Unidos há muitos anos. Apesar de serem muito eficientes a sua utilização apresenta um ponto desfavorável, necessitam de mais espaço para permitir a operação da válvula reduzindo a autonomia do veiculo no GNV. O Sistema de Ventilação deve ser tratado com muito cuidado, pois a sua finalidade é de extrema importância para garantir a segurança da instalação ao longo do tempo, esclarece o engenheiro Edson Carrete.

Temos notícias de acidentes aqui no Brasil onde os ocupantes do veículo a GNV foram envolvidos por um flash de fogo devido a vazamento de gás para o interior do veículo.

Não é difícil prever a extensão que um acidente desse tipo pode provocar aos ocupantes do veículo, continua Carrete.

Hoje o Sistema de Ventilação mais utilizado nas instalações no Brasil é certamente o menos eficiente que existe, chamado vulgarmente de “camisinha” é composto por um saco plástico em forma de “T” que terá a base montada contra cilindro e as suas outras duas extremidades montadas em mangueiras de dimensão muito menor, necessitando assim serem enrugadas para permitir a montagem. Incentivado pelo baixo custo e desconhecimento dos consumidores faz desta prática ser tão difundida apesar da sua gritante fragilidade, diz Carrete.

Instalações novas de veículos recém saídos da instaladora em que as “camisinhas” já não estão posicionadas como recomendado pelo fabricante e se buscarmos instalações que foram feitas há alguns meses isso passa a ser 100% dos casos, sem falar das “camisinhas” rasgadas. Esse componente por si só tem a sua eficácia questionada, pois apesar de serem certificados, os testes de certificação não prevêem ensaios que reproduzam a realidade de montagem do campo, isto é avaliar a estanqueidade da interface da “camisinha” com o cilindro e com as mangueiras que levam o vazamento para fora do veículo, alerta Carrete.

Outro ponto de muita controvérsia é como garantir a estanqueidade da “camisinha” na montagem em cilindros sem gargalo. Para a certificação do produto é avaliado a resistência do saco plástico a 0,5 bar (estanqueidade), envelhecimento ao oxigênio, imersão de material sintético não metálico e aderência (Pull-Of).

A maturidade dos programas de GNV pelo mundo e as exigências de algumas pessoas fizeram que muitos fabricantes de componentes para GNV desenvolvessem válvulas de cilindros com sistemas de ventilação internos que não utilizam “camisinhas” nem caixas rígidas para  direcionar os eventuais vazamentos para o exterior dos veículos com muito mais eficácia e segurança, explica Carrete.

Atualmente é possível encontrar três tipos de válvulas de cilindros no mercado, a do tipo I, a mais simples delas, que deveriam ser aplicadas apenas em cilindros que não estão instalados em lugares fechados, As do tipo II, intermediárias, chamadas de válvulas ventiladas, que  poderiam ser instaladas em lugares fechados ou abertos e as do tipo III, que são consideradas as mais seguras por possuírem além do sistema de ventilação interno um sistema de fechamento por solenóide. Logicamente que todas elas devem possuir os sistemas de fechamento manual, de excesso de fluxo e de pressão.

A regulamentação técnica de componentes do Inmetro já contempla este tipo de válvula com sistema interno de ventilação, no entanto como foi mencionado anteriormente, esta válvula não é muito utilizada, apesar de ser regulamentada. Isto se deve a opção que o Inmetro deu pela escolha dos dois sistemas de ventilação.No  entanto, os técnicos responsáveis por esta área do Inmetro alegam que vêm estudando a possibilidade de permanecer somente o tipo  incorporado a válvula, eliminando assim o uso do invólucro, Conclui Carrete.

A seqüência de fotos abaixo demonstra o grau de deterioração das “camisinhas” com o passar dos meses.

Por Rejane Acioli

Todos os instaladores de sistema para uso de GNV como combustível alternativo aos combustíveis líquidos, sabem da função e da importância dos misturadores, também chamados de mescladores. Mas é muito comum encontrarmos peças improvisadas com a função de promover a mistura do gás com o ar aspirado pelo motor.

Provavelmente o misturador é um dos componentes de menor custo do kit de GNV e com uma responsabilidade muito grande, pois pode ser o diferencial entre uma boa e uma má instalação sob o aspecto de desempenho. Para compreendermos tecnicamente este assunto, entrevistamos o engenheiro Edson Carrete, responsável pela área de desenvolvimento tecnológico da Rodagás do Brasil.

Globo Gás Brasil: Qual o princípio de funcionamento do misturador?

Edson Carrete: Um misturador mal projetado pode provocar uma perda de potência excessiva, retorno de chamas e prejudicar o desempenho do veículo, inclusive no combustível original.
O misturador tem seu princípio de funcionamento baseado no Venturi que é muito estudado e aplicado em vários campos da engenharia.

Basicamente um Venturi provoca o aumento na velocidade de escoamento de um fluido dentro do duto tendo a sua maior velocidade na garganta, região de menor diâmetro do duto, provocando nesse ponto uma diminuição da pressão.

Os misturadores desenvolvidos para o GNV devem sensibilizar os redutores de pressão, isto é, devem provocar o deslocamento gradual da alavanca de baixa pressão, conseqüentemente, maior fornecimento de gás, à medida que o motor aspira mais ar.

Globo Gás Brasil : Qual o grande desafio no projeto de um misturador correto?

Edson Carrete: O grande desafio ao projetar o misturador para GNV está em conseguir sensibilizar o redutor de pressão na medida certa, no espaço disponível, gerando a menor restrição ao fluxo de ar aspirado.
Quanto maior a restrição, maior a depressão gerada pelo misturador para acionar o sistema de diafragma e alavanca da baixa pressão do Redutor, porém perde-se volume de ar aspirado pelo motor, resultando em menor potência.

Uma coisa que deve ser considerada no sistema de GNV é que o misturador também provoca perda na capacidade de aspiração de ar do motor, mesmo quando utilizando o combustível líquido.

O Misturador de garganta muito grande provoca baixa ou nenhuma restrição ao fluxo de ar aspirado pelo motor, porém em regimes de baixa rotação não são capazes de acionar o sistema de diafragma e alavanca de baixa pressão do redutor (3° estágio) acarretando, principalmente nas saídas, falta de torque.
Por outro lado, o misturador de garganta pequena possui grande facilidade em acionar o sistema do 3° estágio com a menor variação no fluxo de ar aspirado pelo motor, como ponto negativo acarretará em grande perda de potência em rotações mais altas do motor.

Globo Gás Brasil: Quais os aspectos importantes que você pode citar para os projetos dos misturadores?

Edson Carrete: Os aspectos importantes que devem ser observados no projeto do misturador, estão relacionados ao acabamento superficial das paredes do Venturi, que terão contato com o fluxo de ar e as suas proporções; a garganta; o comprimento do corpo; o raio de entrada, etc.
As proporções ideais de Venturi já foram estudadas e foram definidas há muitos anos, infelizmente estas proporções não podem ser utilizadas na maioria dos misturadores, acarretando perdas na sua eficiência. Portanto, a garganta do Venturi provoca um aumento na velocidade do fluido que passa por ela.
Quando o misturador para GNV é desenvolvido, tornar-se necessário considerar as várias faixas de regime do motor e conseqüentemente a variação no volume de ar aspirado.

Globo Gás Brasil: Como são consideradas essas faixas de regime do motor?

Edson Carrete: Quando o motor está operando em regimes de baixa rotação, portanto baixo fluxo de ar aspirado, a garganta do Venturi deve ser tal que gere um aumento na velocidade do ar e conseqüentemente a depressão, acionando o sistema do 3° estágio do Redutor de Pressão para menor variação de fluxo.
Esse mesmo motor quando operado em regime de alta rotação, ou seja, grande fluxo de ar aspirado, a garganta do Venturi não pode elevar demasiadamente a velocidade do ar aspirado para não provocar o chamado fluxo turbulento.
Quando é atingida a velocidade no fluxo de ar capaz de gerar a turbulência, teremos uma oscilação indesejada na alimentação do motor que vai passar ocorrer também no combustível líquido.

Globo Gás Brasil: Existem algumas irregularidades que alteram o funcionamento do misturador?

Edson Carrete: Sim. Podemos encontrar alguns “recursos” que provocam restrição na entrada do ar para aproveitar o vácuo gerado pelo motor no acionamento do conjunto do 3° estágio, nesse aspecto encontramos os mais variados objetos, indo de tampas e latas de refrigerante perfuradas, introduzidas na mangueira que interliga o TBI à caixa do filtro de ar, passando por estopa sob o filtro de ar, chegando as chapas rebitadas na entrada da caixa do filtro de ar. É claro que dá para imaginar as conseqüências desses “recursos”.

Como pode-se notar, os misturadores além de interferirem diretamente no desempenho do motor, tanto no gás como no combustível original, são ainda responsáveis pelo maior ou menor consumo de GNV, sem falar na responsabilidade pelas emissões de poluentes.

Por Rejane Acioli

Os motores endotérmicos são máquinas que têm por objetivo transformar a energia calorífica dos combustíveis em energia mecânica diretamente utilizável. Estudados em Máquinas Térmicas, são considerados de baixo rendimento térmico, pois transforma em energia mecânica apenas 21 a 30% da energia encontrada no combustível, para os motores a gasolina (ciclo Otto), e de 35 a 40% nos motores a diesel.

Tornou-se um grande desafio para a engenharia automobilística melhorar o rendimento térmico dos motores buscando obter cada vez mais potência em motores cada vez menores, e ainda menor consumo de combustível com menor emissão de poluente na atmosfera.

Nessa busca não são medidos esforços e nem criatividade, pois já há algum tempo é possível encontrar nos veículos das ruas, sistemas sofisticados que avançaram nesse sentido, tais como: comando de válvulas e coletores de admissão variáveis, sobre-alimentação, componentes para a redução de atrito entre as partes do motor e novos materiais.

Uma forma encontrada para buscar esse objetivo foi melhorar a eficiência volumétrica dos motores, levando a engenheiros e técnicos a desenvolverem estudos para superar as dificuldades na extração do torque e a potência. Além disso, há o compromisso de produzir veículos facilmente dirigíveis, sob quaisquer circunstâncias, ao mesmo tempo, em que se deve considerar o perfil de comando de válvulas, coletores de admissão e escapamento, faixa útil de rotação, etc.

As opções de utilização de coletores de admissão e comandos de válvulas variáveis são as soluções mais adotadas pelos fabricantes de veículos de porte médio e como conclusão dos estudos efetuados temos que:

- Os motores com coletores de admissão com dutos curtos e secção transversal grande, em baixa rotação, apresentam baixa velocidade do ar aspirado e conseqüentemente, baixo rendimento volumétrico, isto é, o motor aspira uma quantidade menor de ar durante a fase de admissão prejudicando o enchimento dos cilindros.

- Esse problema pode ser compensado antecipando-se o acionamento da válvula de admissão conseguindo-se um maior tempo de abertura com conseqüente aumento de ar admitido. Porém deve-se respeitar o “overlap” com a válvula de escape, isto é, só deve ser iniciada a admissão com a válvula de escape “totalmente” fechada, para não gerar falha na combustão.

- Aumentando-se o comprimento dos dutos e diminuindo sua a secção transversal, aumenta-se a velocidade do ar permitindo-se que uma maior massa seja aspirada pelos cilindros durante a fase de admissão em baixa rotação.

- Porém, o maior comprimento do duto de admissão passa a ser prejudicial em alta rotação, pois o duto longo oferece maior resistência ao deslocamento do ar e passa a prejudicar o desempenho do motor, reduzindo a eficiência volumétrica em altas rotações.

- Os coletores de dutos curtos de secção grande possuem velocidade do ar de admissão garantida em alta rotação, pela maior área de admissão e menor resistência à passagem do ar, otimizando o rendimento volumétrico, isto é, o motor admite mais ar e conseqüentemente obtém um aumento de torque e de potência.

- Alguns motores utilizam o coletor de admissão de comprimento variável, que trabalha com duas configurações diferentes conforme o regime de giros: em baixa, dutos longos e estreitos; em alta, dutos mais curtos e mais largos conseguindo assim conciliar, virtudes às vezes antagônicas, potência em alta rotação, torque em baixa, economia e baixas emissões.

- O coletor variável funciona integrado com a central de injeção e ignição e, quando disponível, o comando de válvulas variável. Compõe-se de um conjunto de dutos plásticos que operam nos regimes de cargas parciais, mantendo fechados os dutos curtos e de grande seção (para obtenção de potência) e abertos os dutos estreitos e longos (para obtenção de torque).

- Quando o motor ultrapassa a faixa de giros de torque máximo, a central eletrônica energiza uma válvula eletropneumática (com sinal de massa), que abre a passagem para a mistura percorrer os dutos curtos e de grande seção, obtendo assim maior potência. É importante que as válvulas de admissão se fechem mais tarde, através do uso de variador de fase, otimizando a eficiência volumétrica dos cilindros. O coletor de admissão confeccionado de plástico, de menor peso, oferece menor rugosidade nas paredes internas, o que melhora o fluxo dos gases. O coletor de escape, do tipo tubular, reduz o tempo de aquecimento do catalisador, diminuindo os índices de emissões.

Engenheiro Edson Carrete

Com a publicação da Portaria do Inmetro n° 170 de 28 de agosto de 2002, ficou estabelecida a certificação compulsória para os componentes do sistema para uso do GNV. Entre os componentes sujeitos a certificação, destaca-se o Redutor de Pressão, que tem a função de liberar o gás na pressão admitida para a combustão. Os fabricantes garantem, que além de cumprir com os requisitos técnicos, exigidos pela certificação, submetem o redutor de pressão, a um controle rigoroso de qualidade.

- O redutor de pressão recebe o gás que está armazenado no cilindro com a pressão máxima de 220 bar, só atingido nos finais dos abastecimentos, e reduzi-la para a pressão de trabalho, que na maioria doa casos é de 1,5 bar, e ainda fornecer ao motor, vazões diferentes para atender a todas as faixas de regime de trabalho do motor. A certificação do redutor de pressão é obtida através da aprovação em ensaios específicos, que visam a avaliação da conformidade quanto à segurança, explica Edson Carrete, engenheiro da Rodagás.

- Os ensaios que devem ser executados visam a resistência do redutor de pressão, como por exemplo a Resistência hidrostática, que consiste em submeter o conjunto a uma pressão quatro vezes maior a pressão de projeto (200 bar) considera como normal de trabalho, Por exemplo, a entrada do Redutor de Pressão que é sujeita a 200 bar será submetido a 800 bar. Este teste tem o objetivo verificar se as peças estão bem dimensionadas para trabalhar com a alta pressão e se possuem fator de segurança para absorver qualquer variação do processo de fabricação. A seguir temos o ensaio da Durabilidade, que consiste em submeter o conjunto a uma condição que simula o seu funcionamento, quando instalado no veículo, por 50.000 ciclos nas seguintes condições: Os primeiros 48.000 ciclos são executados a temperatura ambiente a 200 Bar e a cada 10.000 ciclos e verificado a estanqueidade a 300 bar onde o componente não pode apresentar vazamento superior a 20 cm3 por hora.

Os próximos 1.000 ciclos serão executados a 120°C e 200 bar com teste de estanqueidade a 300 bar a cada 500 ciclos. Os últimos 1.000 ciclos serão executados a – 20°C e 100 bar com teste de estanqueidade a 300 bar a cada 500 ciclos, nessas duas últimas etapas do teste também só é permitido um vazamento máximo de 20 cm3 por hora, esclarece Carrete.

- A Compatibilidade dos componentes do Redutor de Pressão fabricados em Latão, após serem montados nas condições normais de trabalho serão expostos a uma atmosfera de amônia aquosa por 10 dias a temperatura de 34°C. No final desse período os componentes não devem apresentar trincas observados a um aumento de 25 vezes. Temos ainda, a resistência a Hidrocarbonetos dos componentes Não Metálicos. Já neste ensaio, amostras dos componentes fabricados em polímeros e elastômero (plásticos e borrachas) serão submetidas à atmosfera de metano (GNV) a pressão de 200 bar a temperatura ambiente por 72 horas, e um segundo lote de amostras será submetido por igual período à temperatura ambiente a óleo do compressor. E no final as amostras não devem apresentar sinais de degradação como perda de massa, trincas ou variação de volume.

Outro ensaio importante é a Resistência à Corrosão, neste caso o conjunto será exposto a uma atmosfera com concentração de sal por 96 horas a temperatura de 33 a 36°C, após as 96 horas, passará para o teste de estanqueidade a 300 bar com vazamento máximo de 30 cm3 por hora. Há também o ensaio de envelhecimento por oxigênio, que é realizado, colhendo-se amostras dos componentes aplicados no Redutor de Pressão com a finalidade de vedação serão submetidas por 96 horas a uma atmosfera de oxigênio a temperatura de 70°C a 20 bar e no final desse período não podem apresentar trincas ou sinais de degradação, acrescenta Carrete.

- A Vibração também está prevista, neste caso, o ensaio requer que o conjunto do Redutor de Pressão será ensaiado em um dispositivo que vibra a uma freqüência de 17 Hz com uma amplitude de 1,5 mm por 2 horas em cada eixo. No final desse ensaio o conjunto será novamente submetido ao teste de estanqueidade.

O ensaio de carga elétrica, também é uma exigência da certificação e tem dois desdobramentos, o primeiro chamado de SOBRE CARGA – o conjunto do redutor de pressão na condição de trabalho será submetido a uma tensão de alimentação de 150% da tensão nominal de trabalho, isto é 18 Volts para redutores destinados a veículos de passeio, por um período não menor que 3 minutos. Após esse teste o redutor, mais especificamente o conjunto do solenóide, deve operar normalmente com a tensão de trabalho (12 Volts).

O segundo teste, que será submetido o redutor de pressão, é chamado de SUB TENSÂO – o conjunto do redutor de pressão será alimentado com a tensão nominal de trabalho até que as suas condições se estabilizem e nesse momento é interrompida a alimentação e imposto ao redutor a pressão de trabalho (200 bar), e imediatamente após será alimentado por uma tensão igual a 85% da tensão nominal de trabalho, isto é 10,2 Volts, por três vezes e o conjunto não deve falhar.

É importante ressaltar, a exigência de mais três ensaios. O primeiro, é a resistência da Isolação, aqui o conjunto do solenóide será submetido a uma tensão de 600 Volts entre um contato e a carcaça da bobina por 1 minuto e deve apresentar uma resistência elétrica não inferior a 240.000 ohms. O segundo, é o ensaio de choque por pressão, neste ensaio o Redutor de Pressão será solicitado por 1.500 ciclos que consiste em submeter o conjunto a uma variação de pressão de zero a 200 bar de forma instantânea, simulando o abastecimento do veículo. No final desse teste, o redutor de pressão não pode apresentar uma variação de suas pressões internas superior a 50% das iniciais. No terceiro e último, realiza-se o ensaio de congelamento da passagem de água, neste ensaio a região do redutor de pressão destinada à passagem de água do sistema de arrefecimento do motor, será preenchida de água em 100% do seu volume e submetida a –20°C por 24 horas. No final desse período a região não deve apresentar deformação que possa gerar vazamento de fluido de arrefecimento do motor.

Como pode ser visto o conjunto do Redutor de Pressão é submetido a 12 ensaios diferentes para avaliar e garantir a segurança do produto que recebe a Certificação INMETRO, não deixando nada a desejar aos produtos certificados e comercializados em paises mais desenvolvidos neste mercado, onde tradicionalmente são muito rigorosos com a segurança do consumidor, conclui Carrete.

Por Rejane Acioli