Os sistemas de pós-tratamento tornaram-se um componente essencial dos motores atuais devido à implementação de regulamentações de emissões cada vez mais rigorosas. "Na última década, os sistemas de pós-tratamento utilizados pelos nossos clientes OEM globais tornaram-se cada vez mais complexos e compactos", afirma o Dr. Korneel De Rudder, Gerente de Desenvolvimento para a Europa da Donaldson Co. Inc.

Essa maior complexidade é necessária para atender aos padrões de emissões cada vez mais rigorosos que estão sendo implementados nos EUA, na Europa e em outras partes do mundo, afirma ele. "Como resultado, há mais catalisadores e sensores incorporados em um mesmo tamanho de pacote", explica De Rudder. "Em muitas máquinas fora de estrada, como o espaço sob o capô é limitado, precisamos ser criativos para encaixar esses novos componentes nas máquinas – e os componentes precisam ser acondicionados de forma mais compacta."

Para solucionar isso, De Rudder afirma que a Donaldson se concentrou no desenvolvimento de componentes e sistemas que permitam um menor volume "morto" dentro do sistema de pós-tratamento. "Nos sistemas de gerações anteriores, o volume 'morto' era frequentemente usado para aumentar o tempo de permanência do DEF (fluido de escape diesel; também chamado de AdBlue), o que melhorava sua decomposição e mistura nos gases de escape", afirma ele. "Os sistemas modernos têm menos espaço para volume 'morto', o que resulta em menor tempo de residência e impulsiona a necessidade de um melhor desempenho do misturador." Na Donaldson, desenvolvemos uma gama completa de sistemas de mistura DEF/AdBlue compactos e avançados, especificamente concebidos para serem mais eficientes na obtenção de uma mistura eficaz em espaços mais reduzidos.

A combinação das funções SCR e DPF em um único substrato SCR-on-Filter (SCRoF) está se tornando mais comum na indústria como forma de atender aos desafios de integração de sistemas, afirma Gary Simons, Diretor de Engenharia da Donaldson Co. na América do Norte. Inc. "Como os substratos SCRoF têm porosidade maior do que os DPFs e SCRs, eles são mais frágeis. A instalação em latas exige um controle cuidadoso das forças de instalação e das pressões de sustentação da manta de substrato."

À medida que os sistemas de pós-tratamento se tornam maiores e mais complexos, De Rudder também observa que tendem a ter uma área de superfície maior. Essa superfície externa maior pode causar problemas de dissipação de calor. O isolamento adequado se tornará ainda mais crucial e os projetos já implementados precisarão ser aprimorados.

A mistura de DEF/AdBlue também é um aspecto importante dos sistemas de pós-tratamento, afirma De Rudder. "É geralmente esperado que os requisitos de uniformidade da amônia (NH3) precisem exceder 0,990 para atender aos padrões de emissão." Esse nível de desempenho é esperado com pouca ou nenhuma cristalização de DEF/AdBlue."

Essa cristalização é um desafio recorrente em muitos sistemas de pós-tratamento, afirma ele. Embora alguma cristalização seja possível, minimizar sua ocorrência e impacto é o objetivo de todos os fabricantes de equipamentos. De Rudder afirma que a indústria atualmente enfrenta dificuldades para definir uma especificação para testes consistentes de cristalização. No entanto, a Donaldson desenvolveu seu próprio ciclo de testes para medir a cristalização, de forma a poder aplicar soluções de mistura adequadas para minimizar sua ocorrência.  

"Como é mais provável que ocorram cristalização/depósitos durante ciclos de trabalho exigentes, na Donaldson costumamos recomendar que os misturadores sejam projetados para permitir um funcionamento eficaz mesmo durante ciclos de trabalho rigorosos – em vez de um sistema não otimizado que resultará em um risco maior de depósitos", afirma De Rudder.

Novas regulamentações trazem novas necessidades de projeto.

Embora não existam atualmente novas regulamentações de emissões para equipamentos fora de estrada nos EUA e na Europa, o Conselho de Recursos Atmosféricos da Califórnia (CARB, na sigla em inglês) propôs uma possível regulamentação de Nível 5. E, com muitos países buscando reduzir as emissões de todos os setores, regulamentações mais rigorosas são possíveis no futuro.

Embora a proposta de regulamentação de emissões CARB Tier 5 ainda não tenha sido formalmente aceita, De Rudder e Simons, da Donaldson, afirmam que as mudanças que podem ser incluídas na versão final provavelmente afetarão os projetos de sistemas de pós-tratamento. Reduções nas emissões de NOx, material particulado (MP), dióxido de carbono (CO2), bem como aumentos nos limites de vida útil/garantia e testes de ciclo de trabalho em temperaturas mais baixas, deverão fazer parte da regulamentação. "A redução dos poluentes atmosféricos e do CO2  impulsionará uma mudança na estratégia de emissões", afirmam. "Sistemas de injeção dupla de DEF/AdBlue são possíveis, assim como um acoplamento mais próximo do sistema de pós-tratamento ao motor."

Além disso, De Rudder e Simons afirmam que existe um consenso crescente na indústria de que o uso de EGR será necessário para atender à próxima geração de limites de emissões. "Isso significa que os motores calibrados para níveis muito altos de NOx bruto e baixos de material particulado se tornarão menos comuns", explicam. "Isso levará a uma redução da carga sobre os misturadores de DEF/Adblue – o que trará outras compensações/desafios, como a necessidade de maior regeneração dos DPFs."

"Os motores fora de estrada atuais tendem a depender da regeneração passiva do DPF, com regeneração ativa offline quando necessário, enquanto muitos motores rodoviários podem ter regenerações ativas durante a operação normal com impacto mínimo para o usuário", acrescentam De Rudder e Simons.

Eles prosseguem dizendo que o aumento da concentração de PM bruta resultante da reintrodução da EGR aumentará a necessidade de regeneração ativa mais frequente. Isso provavelmente exigirá que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) desenvolvam estratégias de regeneração semelhantes às utilizadas em motores de veículos rodoviários.      

Serão necessários mais desenvolvimentos tecnológicos.

"Nos últimos 15 anos, as regulamentações globais sobre emissões evoluíram rapidamente", afirma De Rudder. "Como a indústria se apressou em passar de uma legislação para outra, isso pode ter levado a um excesso de engenharia, com pouco tempo dedicado à otimização de custos e produtos."

No entanto, agora há mais tempo entre as regulamentações de emissões, o que permite que a indústria otimize melhor os sistemas de pós-tratamento e harmonize as diferentes plataformas, afirma ele. Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) também têm conseguido concentrar melhor seus esforços de design em produtos e funcionalidades otimizados, em vez de cumprir prazos rígidos de regulamentações de emissões, o que também beneficiou o setor e provavelmente continuará sendo o caso no futuro.

Além disso, muitos no setor acreditam que os padrões para carros de passeio e veículos pesados rodoviários irão convergir para o nível EURO 7/VII. "Se e quando isso acontecer, surgirão questionamentos sobre como os próximos padrões Stage/Tier para veículos fora de estrada poderão ser harmonizados com os limites EURO VII para rodovias", afirmam De Rudder e Simons.

De um modo geral, serão necessários mais desenvolvimentos tecnológicos para os projetos de sistemas de pós-tratamento, seja para atender às exigências dos clientes ou às futuras regulamentações de emissões.

"Também esperamos ver mudanças significativas no segmento de baixa potência do mercado", conclui De Rudder. "Especificamente, a eletrificação desempenhará um papel significativo ao substituir alguns motores a diesel e a hibridização de motores e máquinas disponibilizará eletricidade de alta potência para uso durante a fase de aquecimento do escapamento", o que auxiliará no desempenho do sistema de pós-tratamento. 

AdBlue® é uma marca registrada da VDA.