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A MEDIÇÃO DE NÍVEL DE FUMAÇA

Um pouco de história...
Na década de 1890, um engenheiro francês de nome Maximilian Ringelmann, precisando regular a queima nas caldeiras das indústrias, criou uma escala que leva seu nome, e que permitia o ajuste da quantidade de combustível sendo consumido em um dado momento, a partir da visualização da fumaça saída pela chaminé. Essa escala consiste de uma lâmina de papel com uma perfuração central, de cinco lados, ao redor dos quais existem tonalidades cinza progressivamente mais escuras, desde o branco
até o preto, e numeradas de 1 a 5. Ao mirar a fumaça saindo da chaminé contra o fundo criado pelo céu, escolhia-se a tonalidade de cinza que melhor representava a fumaça emitida, 1, 2, 3, etc., permitindo então corrigir-se a queima da caldeira, aumentando ou diminuindo o fornecimento de combustível. O sucesso desse simples invento foi marcante, e extrapolou a área de caldeiras.
Assim é que quando começaram a surgir os primeiros veículos práticos movidos a diesel, por volta dos anos 1920, a Escala de Ringelmann, passou a ser adotada como forma de avaliar seu funcionamento. Entretanto, havia (há), muitos problemas para o emprego desse método em motores diesel; por exemplo, por ser uma medição subjetiva, dependente do olho humano, é difícil garantir estabilidade e repetibilidade da leitura, mesmo com operadores treinados cuidadosamente (cada pessoa tende a avaliar as cores de modo próprio, com pequenas diferenças); a variação do “fundo”, pode ser o céu (claro ou escuro), ou uma parede de cor escura, etc., acarreta dificuldades em correlacionar o que se vê com o padrão, além de outras dificuldades inerentes à sua concepção, isto é, usar algo que não foi originalmente pensado para a medição da fumaça emitida por motores diesel. Entretanto, apesar dessas limitações, a Escala de Ringelmann permaneceu longo tempo como a forma oficial (prevista em lei), para a avaliação da fumaça de motores diesel. Para resolver as limitações da Escala Ringelmann, foi desenvolvido o OPACÍMETRO.

COMO FUNCIONA?

O opacímetro faz a medição do nível de opacidade de fumaça emitida pelo motor diesel, através de uma sonda colocada no escapamento. Os sinais ali coletados da fumaça, são enviados para o monitor, onde são processados e mostrados em duas escalas, a saber: Fator k (Coeficiente de Absorção de Luz), medida em m^-1, e Porcentagem (%).

A fumaça é gerada pelo motor diesel ao quando acelerado desde a marcha lenta até a máxima rotação, várias vezes, sendo então tirada a média das leituras registradas pelo opacímetro.

QUE TIPOS DE OPACÍMETROS EXISTEM?

Há dois tipos principais: os de vazão total e os de vazão parcial, também chamados de amostragem, como o Smoke Check 2000.

Os opacímetros de vazão parcial, ou amostragem, tomam uma parcela do gás de escape do motor diesel, quando de uma aceleração rápida, e obtém dessa amostra a leitura de opacidade correspondente. Os opacímetros de vazão parcial são hoje
os mais usuais, em virtude de sua facilidade de uso e simplicidade de interpretação de medições.

Os opacímetros de vazão total, medem todo o jato de fumaça que é emitido pelo motor diesel, no diâmetro integral do tubo de escapamento.

Sua instalação é mais trabalhosa, e as leituras podem ser afetadas por luz ambiente, vento, etc. Ainda assim, o opacímetro de vazão total é muito usado nos EUA, sendo popular por lá.

Entre os opacímetros, há ainda os portáteis e os deslocáveis sobre rodas. Os do primeiro grupo, podem ser facilmente transportados na mão até o local do trabalho, uma vez que tem pequenas dimensões e peso, e no caso do Smoke Check
2000, com a vantagem adicional da autonomia de fontes externas de energia - tem sua própria bateria.

Já os opacímetros deslocáveis sobre rodas, precisam de veículos para transportá-los, em vista do seu tamanho e peso, e também requerem energia externa para operar, seja da rede elétrica (110 / 220V), ou de bateria de veículo (12 VCC),
fazendo-os menos práticos para o dia-a-dia, além de mais caros.

POR QUE SE ACELERA O MOTOR DO VEÍCULO PARA FAZER-SE A LEITURA DE OPACIDADE?

É a forma mais prática de impor uma carga (esforço), ao motor. O ideal seria acelerar o motor contra a resistência de um dinamômetro, porém isso não é praticável em condições habituais, com o motor montado no veículo. Daí o uso da aceleração
rápida, que impõe ao motor a necessidade de vencer sua própria inércia, e também o esforço criado pelas bombas hidráulicas, compressor de ar, ventilador, etc., que ele aciona.

POR QUE SE ACELERA TANTAS VEZES O MOTOR NA MEDIÇÃO COM O OPACÍMETRO?

Quando se faz o teste de opacidade de fumaça, é necessário primeiramente certificar-se de que a tubulação de escape esteja sem fuligem acumulada, o que se garante através de várias acelerações do motor, até que visualmente não haja excesso de fumaça. Após essa fase, é feita a seqüência de acelerações prevista no procedimento (no Brasil, definido pela CONAMA Nº 418/2009). Por essa norma, são feitas 4 leituras consecutivas e desprezada a primeira; as três subsequentes são então
usadas para o cálculo da média aritmética simples, desde que a variação entre elas seja menor que 0,5m^-1. A obtenção dessa média é essencial para eliminar eventuais variações no funcionamento do motor.

QUAL É A UTILIDADE DO OPACÍMETRO?

Para o frotista, permite acompanhar de perto o estado dos seus motores diesel, podendo programar manutenções apenas quando a tendência de deterioração indicada pelo equipamento, se evidencia.

Dessa maneira, evita gastos desnecessários e também eventuais multas pelos departamentos de controle de trânsito.

Também permite o acompanhamento dos veículos que entram e saem da empresa, para atendimento das exigências da Norma Ambiental ISO 14000.

Para os órgãos de fiscalização, permite o acompanhamento da frota de veículos diesel, com a segurança de uma fiscalização objetiva e precisa, calcada em medições eletrônicas, independentes de operadores, condições de tempo, etc.

O QUE SIGNIFICA A ESCALA EM PORCENTAGEM (%)?

É uma escala de medida para a opacidade de fumaça. Originalmente usada nos opacímetros de vazão total, atualmente é empregada também pelos opacímetros de amostragem, tal como os Smoke Check. É uma escala intuitiva, pois ao associar o "0%" (zero) da escala com o ar puro (sem fumaça), e o "100%" com o obscurecimento total, facilita o entendimento do operador.
Finalmente, é uma escala em que se pode aferir o máximo (100%) a que pode chegar a medição do opacímetro - esse valor não é
definido na escala do Fator K (a seguir).

O QUE SIGNIFICA A ESCALA NO FATOR-K (m-1)?

Essa unidade é baseada na densidade de fumaça, medida por metro linear (m^-1). Para tanto, é necessário um tratamento matemático da opacidade de fumaça (%), para que seja convertida no Fator k, e reportada em 1/m. Essa conversão toma em conta basicamente o comprimento ótico efetivo do opacímetro (o percurso da luz dentro da câmara de medição). Na ausência de fumaça azul ou branca, as propriedades de distribuição de tamanho e de absorção e dispersão da fumaça, são similares para as amostras de escape de todos motores diesel e a densidade de fumaça é primariamente função da densidade dos particulados presentes.

A escala Fator k, é a adotada pelo CONAMA, para as resoluções que tratam da Inspeção Veicular (I/M).

O OPACÍMETRO MEDE A COMPOSIÇÃO DOS GASES DE ESCAPE?

Não. O opacímetro é um aparelho que mede uma característica física dos gases de escape dos motores diesel, na forma do escurecimento da fumaça, através da passagem de um feixe luminoso. A composição dos gases de escape, onde os mesmos são diferenciados em CO (Monóxido de Carbono), CO₂(Dióxido de Carbono), O₂ (Oxigênio), HC (Hidrocarbonetos não queimados)
e eventualmente NO_x (Óxidos Nitrosos), só é verificada nos analisadores de gases, que são micro-laboratórios de análise de gases. Esses analisadores são pré-programados para processar gases específicos em um exame químico, e no caso dos motores diesel, exigem ainda um purificador prévio dos gases de escape, para filtrar a fuligem (particulados), evitando entupir o analisador.

POR QUE O NÍVEL DE FUMAÇA PERMITIDO É CADA VEZ MENOR PARA OS MOTORES MAIS MODERNOS?

É uma consequência do desenvolvimento da tecnologia dos motores diesel que vem permitindo a queda contínua dos valores de fumaça, ao mesmo tempo que a busca de um meio ambiente mais saudável aumenta a pressão para essa redução.

Assim é que há alguns anos, era tolerável motores com 70% de fumaça em acelerações, quando hoje, com motores com injeção gerenciada eletronicamente, um índice máximo de 10% é perfeitamente normal.

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