Artigo Técnico: Sensor Digital Combinado

O sensor TRICAN permite a comunicação bidirecional para diagnóstico de plausibilidade do sistema por outro sensor externo. A saída digital no padrão J1939 (CAN 2.0) pode ser configurada conforme as necessidades do cliente (quadro CAN).

O TRICAN pode detectar umidade relativa, umidade específica e ponto de orvalho. Ele também mede a temperatura do ar e a pressão de entrada, como mostrado na figura 4.

• A umidade relativa (UR) é a razão entre a pressão parcial do vapor de água e a pressão de vapor de água saturado a uma dada temperatura.
• A umidade específica (UE) é a razão entre a massa de vapor de água e a massa total do ar úmido.
• O ponto de orvalho (PO) é a temperatura até a qual o ar deve ser resfriado para ficar saturado de vapor de água. Ao ser mais resfriado, o ar condensará e o vapor passará ao estado líquido.

A célula de umidade da TE é um sensor único com alto desempenho em precisão, robustez e tempos de resposta e recuperação. Um polímero dielétrico fino prende-se entre um eletrodo superior e um inferior. A capacidade dielétrica é proporcional à umidade medida. Sua posição no sensor proporciona um tempo de recuperação curto após a condensação e, ao mesmo tempo, proteção robusta contra poluentes. Nosso sensor de umidade oferece uma das mais baixas histereses e o menor tempo de resposta do mercado atual.

O sensor de pressão da TE é desenvolvido especialmente para a entrada de ar no setor de transporte industrial e comercial (ICT). Sua faixa de temperatura de operação é de -40 °C a +125 °C e a faixa de pressão é de até 250 kPa, com tempo de resposta bastante curto.

O sensor de temperatura é um componente de coeficiente de temperatura negativo (NTC) soldado no conjunto da placa de circuito impresso (PCBA). Sua faixa de medição de temperatura é de -40 °C a 105 °C, com precisão de ±0,5 °C.

Sabe-se que a umidade afeta a densidade da entrada de ar e, consequentemente, a combustão [3, 4]. O loop de EGR (Exhaust Gas Recirculation – Recirculação do gás de escape) adiciona umidade à entrada de ar. Sensores de umidade, temperatura e pressão permitem aprimorar o desempenho e otimizar o consumo de combustível. Seu uso oferece as seguintes vantagens:

• Ajuste da injeção
• Ajuste do tempo de ignição
• Monitoramento da condensação de EGR para evitar a redução da vida útil do cilindro
• Redução das emissões de NOx
• Otimização do controle do loop de EGR

Nos motores a gás natural, a potência máxima alcançável é uma função da umidade do ar de entrada. Uma relação ar/combustível precisa em motores de combustão de mistura pobre (lean-burn) é essencial.

O excesso de ar reduz a temperatura de combustão, diminuindo as emissões de óxido de nitrogênio pela metade em comparação com um motor convencional a gás natural. Com o excesso de oxigênio, a combustão é mais eficiente porque produz mais energia com a mesma quantidade de combustível.

O limite do método lean-burn é uma função da umidade e deve ser ajustado em tempo real para:

• Melhorar a eficiência
• Reduzir as emissões de NOx, detonações e falhas de ignição

A estimativa virtual de NOx permite uma redução de custo pela remoção do sensor de NOx a montante. Uma das principais vantagens do TRICAN é a alta precisão mesmo em condições de partida a frio, quando 50% das emissões do ciclo de condução são geradas, e levando em conta que os sensores de NOx levam pelo menos 20 minutos para se tornarem eficientes. Nessas condições específicas, as emissões estão no nível mais alto e exigem uma estratégia específica.

Além disso, os sensores de temperatura e pressão na entrada podem ser substituídos pelo TRICAN, permitindo uma redução adicional de custos.

Nosso sensor de umidade, pressão e temperatura complementa ou substitui sensores de NOx a montante. Ele oferece alta precisão, alta confiabilidade e deriva limitada ao longo de sua vida útil. Também é usado em um modelo de motor em combinação com um sensor de NOx a montante para oferecer recursos de diagnóstico do sistema e monitorar a precisão de NOx ao longo da vida útil.

O desempenho ideal da célula de combustível requer umidade relativa alta ou quase saturada (UR > 80%). A permeabilidade da membrana de troca de prótons depende do seu teor de água. Portanto, a umidade relativa é uma das condições de operação mais importantes que afeta o desempenho e a eficiência da célula de combustível ao longo da vida útil do conjunto. 

Um umidificador é usado na entrada da célula de combustível para corrigir a taxa de umidade. Um dos principais desafios para o sensor é durante a partida a frio quando pode ocorrer condensação. A experiência de campo em ambientes hostis, como caminhões, máquinas de construção e aplicações rodoviárias ou off-road, nas quais a célula de umidade da TE é usada comprovou que essa é uma solução confiável que oferece tempo de recuperação curto após a condensação e tempo de resposta elevado. A pressão também é um parâmetro importante para o controle da densidade de energia. O sensor TRICAN é, portanto, adequado para ambientes de alta umidade e temperatura.  Além disso, os elementos de detecção são protegidos contra contaminação química.

Devido à redução da velocidade de combustão, a pressão máxima do cilindro diminui quando a umidade específica aumenta. Como mostrado na figura 9, o torque do motor diminui em 5,5% quando a umidade específica aumenta de 10 para 40 g/kg devido à redução da pressão máxima. Em condições de umidade específica igual a 15 g/kg, se a medição variar em 5 g/kg, o torque do motor cairá 1%.

As emissões de hidrocarbonetos resultam de partículas não queimadas devido ao fenômeno de extinção da chama na parede da câmara de combustão. Quando a umidade do ar aumenta, essas emissões aumentam e o dióxido de carbono e o óxido de nitrogênio diminuem.

Em condições de umidade específica igual a 15 g/kg, se a medição variar em 5 g/kg, as emissões terão 1,5% mais hidrocarbonetos, 7,2% mais óxido de nitrogênio e 5,4% mais dióxido de carbono.

A temperatura adiabática de fim da combustão afeta a quantidade de calor liberada durante a combustão e, portanto, o trabalho feito pelo pistão que, por sua vez, afeta a potência do motor.