Sistemas de pós-tratamento SCR Diesel – funcionamento, reações químicas e testes práticos

A necessidade de diminuir as emissões de Nox (Óxido de Nitrogênio) e material particulado diesel na atmosfera trouxe sistemas modernos de pós-tratamento dos gases de escape. Um desses sistemas é o SCR, que usa o tão comentado “ARLA”. Como esse sistema funciona, quais são as reações químicas entre o reagente e os gases e como testar sistema?

Catalisadores em geral podem ser definidos como substâncias que influenciam a velocidade de uma reação química, mas não são um dos reagentes ou produtos da reação principal que vai acontecer. Esse sistema tem por objetivo diminuir as emissões de material particulado, e um dos maiores inimigos do meio ambiente – o NOx (Óxido de Nitrogênio). A reação química principal ocorrerá entre os gases de escape e a pulverização ou injeção de um reagente conhecido como ARLA 32, que acontece dentro do catalisador. O trabalho do sistema SCR provou ser até 80% mais eficiente do que o sistema anterior “Euro 3”.

O que é o ARLA 32?

O ARLA 32 é um reagente químico injetado de maneira controlada no fluxo dos gases de escape, dentro do catalisador do veículo. A sigla “ARLA” significa Agente Redutor Líquido de NOx Automotivo. A composição do reagente é de 32,5% de ureia numa solução de água desmineralizada, dando a origem do nome “ARLA 32”, devido à porcentagem de ureia. O reagente não é tóxico, é inodoro e não é inflamável.

A pequena quantidade de solução de ureia injetada no fluxo dos gases de escape, aliada à alta temperatura do catalisador, devido a combustão, se transforma em Amônia (NH3). Dentro do catalisador SCR, a Amônia (NH3), por sua vez, reage com os Óxidos de Nitrogênio (NOx) liberando Nitrogênio (N2) e vapor de água (H2O). Isso torna os gases de escape menos poluentes para a atmosfera por serem, em grande parte, transformados em água. Reduz significativamente a emissão de material particulado, o que resulta em não vermos mais nos caminhões de grande porte a famosa “fumaça preta”. 

Esse reagente precisa ser reabastecido, e fica armazenado em um reservatório específico e não é misturado diretamente com o óleo diesel. O consumo médio estimado de ARLA 32 é de 5% em relação ao consumo de diesel, de maneira que, grosso modo, serão utilizados cerca de 5 litros de ARLA 32 para cada 100 litros de diesel.

Funcionamento do sistema SCR

Consideremos o passo a passo do sistema que pode ser dividido em 4 etapas. A primeira é tornar a condição de trabalho do SCR mais favorável. Para isso, eleva-se a temperatura na câmara de combustão antes mesmo da combustão ocorrer e injeta-se diesel puro aos gases de escape para aquecer o catalisador. Isso é possível com o uso das “pré” e “pós” injeções controladas pelo módulo do motor. Ao aumentar a temperatura da câmara já temos como resultado a diminuição na produção de CO (Monóxido de Carbono) e HC (Hidrocarbonetos).

A segunda etapa é a passagem dos gases de escape através de um catalisador oxidante, ainda antes da injeção do ARLA 32. O catalisador oxidante tem a função de tratar as emissões de CO, HC e material particulado de maneira parcial e leva os gases a uma temperatura apropriada para a reação total com o reagente que virá a seguir.

Na terceira etapa, os gases já aquecidos e parcialmente tratados pelo catalisador oxidante recebem uma injeção pulverizada direta do reagente ARLA 32, e por meio de uma reação química aliada à alta temperatura chegamos a amônia como resultado. A quantidade de ARLA a ser injetada e em quais momentos isso deve acontecer é controlada por uma unidade eletrônica específica para o sistema SCR. 

Por fim, na quarta etapa chegamos ao catalisador SCR, o qual através de metais nobres em suas “colmeias” e paredes de cerâmica vai influenciar e tornar possível a reação química dos gases de escape com o reagente ARLA 32, transformando os gases em vapor de água e nitrogênio. 

No final das etapas, após o catalisador SCR, um monitoramento final do pós-tratamento é feito através de um segundo sensor de temperatura, agora localizado na saída do SCR, e também por um dos componentes mais importantes do sistema – o sensor de Nox. Esse sensor informa a unidade de comando do sistema sobre a quantidade ainda presente de Nox na saída do SCR, para que a unidade eletrônica possa realizar ajustes na quantidade de ARLA injetado e no tempo dessa injeção. 

Será que o ARLA é de qualidade?

Existem dois testes que podem ser feitos no reagente. O primeiro deles, é verificar se existe excesso de minerais no reagente, o que seria prejudicial às reações químicas que ele deve fazer. Esse teste pode ser feito coletando uma amostra de ARLA do reservatório do reagente e usando uma química disponível no mercado e desenvolvida para a fiscalização na qualidade do ARLA que reage com os minerais do ARLA e indica sua qualidade. Efetuaremos a análise através da coloração que o ARLA assumirá depois do contato com a química (Azul – boa qualidade e Roxo – má qualidade). 

O segundo teste importante é verificar a quantidade de ureia presente no ARLA. Como considerado, a taxa de ureia no ARLA deve representar por volta de 32% da mistura total. Para efetuar esse teste devemos utilizar um refratômetro. Inicialmente conferimos a calibração do refratômetro colocando algumas gotas de água pura no visor e verificando se a linha de teste permanece em zero. Em seguida colocamos algumas gotas de ARLA no visor e verificamos a taxa de ureia, que deve estar entre 30% e 35%, sendo que 32,5% é o ideal.

Testes do sistema SCR em bancadaÉ importante realizar os dois testes no reagente, pois podemos encontrar anomalias em um e no outro não. Cada teste avalia uma função diferente do ARLA, sendo um a quantidade de minerais e o outro a quantidade de ureia. Por isso é importante realizar os dois testes.

Com o auxílio de um simulador, uma bancada de teste SCR e um scanner é possível realizar uma série de testes vitais para o bom funcionamento do sistema, mesmo sem o veículo. Alguns testes possíveis são na unidade de bombeamento, na unidade dosadora e nos códigos de falhas do módulo eletrônico de controle do sistema. Podemos verificar o acionamento da unidade e a pressão gerada, a vazão da unidade dosadora e os códigos de falhas gerados pelo sistema.