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Jul 24, 2023

Diesel

Há um equilíbrio delicado quando se trata de usar óleo diesel para eliminar o NOx

Há um equilíbrio delicado quando se trata de usar combustível diesel para reduzir as emissões de NOx para atender ao rígido padrão de óxido de nitrogênio (NOx) de 2027 do California Air Resources Board, mas depois de muitos testes, a Eaton e a Tenneco estão relatando sucesso com seu escapamento integrado produzido em conjunto sistema de gerenciamento térmico.

Após a parceria em março de 2021, ambas as empresas começaram a examinar mais de perto como poderiam reduzir o NOx termicamente com um queimador de exaustão a diesel para atender ao requisito de NOx de 2027 do CARB de 0,02 g/bhp-hr sem aumentar o dióxido de carbono.

Eles obtiveram sucesso em um motor Cummins X15 2020 equipado com seu sistema de queimador de escapamento, desativação de cilindro e redução catalítica seletiva de escapamento. Durante o teste de ciclo de carga baixa (LLC) no Southwest Research Institute, o NOx caiu para 0,02 g/bhp-hr, enquanto o C02 permaneceu neutro. (Os requisitos de 2027 LLC do CARB são de 0,05 g/bhp-hr, ou uma queda de 90% em relação aos padrões atuais).

[Relacionado: painel da ATA discute reduções de emissões, sustentabilidade]

Durante o ciclo transitório de serviço pesado do Federal Test Procedure (FTP), que o CARB definiu em 0,02 g/bhp-hr para 2027, o NOx caiu ainda mais para 0,01 g/bhp-hr. O CO2, no entanto, aumentou 0,9%.

“Não podemos ignorar o fato de que o CO2 é importante, mesmo que não seja regulamentado”, disse o engenheiro-chefe sênior da Eaton, Jim McCarthy, ao CCJ após um webinar sobre o queimador de exaustão co-organizado pela Tenneco. McCarthy acrescentou que está "totalmente confiante" de que o CO2 cairá para pelo menos neutro "com mais alguns dias de teste".

A Eaton e a Tenneco desenvolveram a fonte de ar para o sistema de gerenciamento térmico de exaustão do soprador TVS V180 da Eaton para pequenos motores de 1,5 litro ou menos. Apelidado de Cold Start Thermal Unit Air Source no site da Eaton, o soprador é emparelhado com um motor elétrico (12 ou 24 volts) que pode ser "controlado com eficiência e precisão para manter as temperaturas ideais de pós-tratamento".

O soprador fornece ar para um queimador fornecido pela Tenneco, que também fornece o ignitor. O queimador de exaustão é montado logo à frente do filtro de partículas diesel (DPF).

"Essa combinação do queimador na frente do DPF é uma configuração excelente, onde você pode bater com força e fornecer um fluxo de calor uniforme a jusante", disse McCarthy.

O queimador de exaustão movido a diesel desenvolvido pela Eaton e Tenneco é avaliado em aproximadamente 50kW, enquanto um aquecedor elétrico de 48 volts que a Eaton desenvolveu um controlador para chega a 10kW. "No final, o aquecedor elétrico é muito menos eficiente em fornecer calor ao sistema de exaustão em comparação com o queimador [diesel]", disse o gerente sênior de engenharia da Tenneco, Tom Harris. “Mais adiante, quando o trem de força for um híbrido completo e você tiver a oportunidade de recuperar um pouco de energia para o aquecedor elétrico, essa será a única solução.” Eaton/Tenneco

McCarthy trabalhou ao lado do gerente sênior de engenharia da Tenneco, Tom Harris, para desenvolver uma abordagem de dois níveis para aquecer o queimador de exaustão. Na partida a frio, o queimador aquece rapidamente até 300 graus Celsius (572 graus Fahrenheit) para eliminar os níveis mais altos de NOx predominantes em um sistema de pós-tratamento a frio. À medida que o motor atinge a temperatura normal de operação, o queimador liga/desliga para subsequente manutenção da temperatura do SCR de 356 a 392 Fahrenheit (180 a 200 graus Celsius).

"A abordagem principal com esse limite de dois níveis é basicamente apenas um botão liga/desliga onde você gerencia a troca entre NOx do tubo de escape, CO2 ou combustível consumido pelo queimador", disse Harris.

O gerenciamento da temperatura do queimador, principalmente em níveis mais altos, é a chave para o sucesso do sistema.

"A temperatura é uma faca de dois gumes. Você quer esquentá-la para ter uma redução de NOx, mas se esquentá-la muito rápido e mantê-la muito quente, pode perder seu armazenamento de amônia, que é seu redutor em seu SCR", explicou McCarthy.

"Então, realmente, a estratégia é bater com força rapidamente, aumentar a temperatura e desligar o queimador. Deixe tudo se estabilizar e, quando você chegar ao administrável 'regime quente', onde a amônia fica no SCR, você estamos obtendo uma grande redução de NOx", continuou McCarthy.