Análise de combustíveis utilizados em veículos flex através de um micro-sensor capacitivo

Abstract

RESUMO Este projeto propõe uma metodologia para quantificar o teor de etanol numa mistura de etanol/gasolina, utilizando um sensor capacitivo do tipo eletrodos interligados. A Sonda Lambda, que, nos veículos flexíveis é responsável pela quantificação da proporção etanol/gasolina do combustível, apresenta algumas limitações em situações especificas, uma vez que o mesmo se baseia na determinação da concentração de gás oxigênio na saída dos gases de escape, sendo necessário primeiramente queimar o combustível para depois identificar a mistura. As principais limitações deste sistema são: 1- Dificuldade da partida quando se estaciona logo após o abastecimento, pois isso não oferece o tempo necessário para que o sistema de gerenciamento reconheça a eventual mudança de combustível,. 2-Na troca de combustível existe uma perda de potência e um aumento significativo de emissões. Em vista desses problemas é ideal o reconhecimento da proporção etanol/gasolina antes da queima, de forma a auxiliar sonda lambda neste trabalho, assim como o primeiro modelo de carro flexível criado nos EUA em 1988, onde, através de um mapeamento no sistema de combustão por infravermelho, porém o custo excessivamente alto fazia com que os motores flexíveis com esta tecnologia fossem pouco competitivos. Na busca por um sensor com o custo/beneficio mais atraente, foram realizados testes com o sensor capacitivo do tipo eletrodos interligados, escolhido pela sua construção, que eleva significantemente o sinal de capacitância, por ter dimensões reduzidas (área de 4 cm²), não sofrer avarias em contato com a álcool ou gasolina e por poder ser fabricado em processos convencionais de microfabricação. As amostras foram feitas com misturas de gasolina e álcool variando em faixas de 5%. Foram obtidos bons resultados, e o sensor se mostrou capaz de detectar a concentração de Álcool/Gasolina. Foi feita a determinação da capacitância e da corrente do sensor em soluções de etanol/gasolina em diversas proporções e, através de gráficos de capacitância versus volume de etanol e de corrente versus volume de etanol foi possível determinar, com boa aproximação, o teor de etanol nas misturas analisadas. ABSTRACT This project proposes a system to allow measuring of the amount of ethanol in an ethanol / gasoline mixture using a capacitive sensor of the electrodes interconnected kind. The Oxygen Sensor, responsible for measuring the ratio of ethanol / gasoline fuel in flexible-fuel vehicles, has some limitations in specific situations, since it is based on calculating the concentration of oxygen gas on the time of exit of the exhaust gases, therefore being necessary to first burn the fuel to identify the mixture. The main limitations of this system are: 1- It is hard for the car to start up when parked right after filling its fuel tank, because the amount of time is not enough for the managing system to recognize the eventual change in fuel; 2- In a exchange of fuel there is a potency loss and a great increase in pollutant emissions. In light of these issues the recognition of the ratio ethanol / gasoline ratio before combustion is ideal in order to assist the Oxygen Sensor in this task; the same way the first flexible car model created in 1988 in the U.S did, where this was done through an infrared mapping of the combustion system. However, the cost was too high and turned flexible-fuel engines with this technology less competitive in a financial manner. In the search for a cheaper sensor, tests were performed using the capacitive-type electrodes sensor, chosen for its structure, which significantly increases the capacitance signal by having reduced dimensions (an area of 4 cm ²); for not being damaged in contact with alcohol or gasoline, and by being easily manufactured in conventional micro-fabrication processes. The samples contained mixtures of gasoline and ethanol in alternating ranges of 5%. Good results were obtained, and the sensor proved itself capable of detecting the alcohol / gasoline ratio. It also determined the capacitance and the electrical current of the sensor in solutions of ethanol / gasoline in various proportions and, through graphs of capacitance versus ethanol volume and electric current versus ethanol volume it was possible to determine, with good approximation, the ethanol content in the mixtures analyzed.