SondaLambda
Universidade Federal do Paraná
MsoNormal?" style="line-height: 150%; font-family: times new roman,times,serif; text-align: center; color: rgb(0, 0, 0);">Departamento de Engenharia Elétrica
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center; color: rgb(0, 0, 0);">Disciplina: Instrumentação Eletrônica - TE149
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center; color: rgb(0, 0, 0);">Professor: Eduardo Parente Ribeiro
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center; color: rgb(0, 0, 0);">Trabalho sobre Trandutores
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center; font-weight: bold; font-style: italic; color: rgb(0, 0, 0);">Sensor de Oxigênio / Sonda Lambda
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center; color: rgb(0, 0, 0);">Aluno: Kleiton Chochi Zembovici - GRR20044805
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center; color: rgb(0, 0, 0);">Email: kleicz@hotmail.com
1 Introdução
A Bosch inventou a sonda lambda, já produziu mais de 175 milhões de unidades desde 1976 e hoje é o seu maior fabricante em todo o mundo. Sua principal utilidade é de medir a mistura ar/combustível após a combustão num motor.1.1 Fator Lambda
A energia química contida no combustível, quando é queimada libera-se em forma de calor produzindo trabalho. Para que o combustível queime, é necessário que haja oxigênio (ar), e essa porcentagem de ar introduzido varia de acordo com as necessidades do motor e com o combustível.
Quando a queima é completa, todo o carbono (C) presente no combustível, reage com o oxigênio (O), formando o dióxido de carbono (CO2); todo o hidrogênio(H) presente no combustível, também reage com o oxigênio (O) formando vapor d'água (H2O) e finalmente, todo o nitrogênio (N2) existente no ar admitido, não participa da reação, sendo expelido sob a mesma forma. Nestas condições, se tomarmos a massa de ar admitido e a massa de combustível necessária para uma combustão ideal, teremos uma mistura chamada de estequiométrica. A relação entre a massa de ar e a massa de combustível admitido é o que chamaremos de relação ar-combustível (RAC), e varia de combustível para combustível como é mostrado abaixo:
| COMBUSTÍVEL | RELAÇÃO AR-COMBUSTÍVEL ESTEQUIOMÉTRICA (Kg/Kg) |
| Gasolina | 14,7/1 |
| Álcool (etanol) | 9,0/1 |
| Gasolina (22% de etanol) | 13,3/1 |
| Diesel | 15,2/1 |
| Metanol | 6,4/1 |
Na prática, entretanto, nem sempre teremos a mistura ar-combustível estequiométrica e neste caso podemos dizer que uma mistura é pobre porque tem uma quantidade de ar maior que a ideal, proporcionando uma relação ar-combustível maior do que a ideal.
RACpobre > RACestequiométrico
De modo análogo, quando falta ar na mistura ar-combustível, a mistura é dita como mistura rica.
RACrico < RACestequiométrico
Para que este conceito fosse processado de modo independente do tipo de combustível, foi introduzido o conceito de razão de equivalência lambda:
LAMBDA = Quantidade real de ar / Quantidade ideal que deveria ser admitida
Podemos determinar se uma mistura é rica ou pobre pela escassez (rica) ou
abundância (pobre) de resíduo de oxigênio na descarga.
abundância (pobre) de resíduo de oxigênio na descarga.
1.2 Funcionamento da Sonda Lambda
Existem dois tipos diferentes de sonda lambda, segundo o elemento ativo:
-Sonda Lambda de Zircônio
-Sonda Lambda de Titânio
A Bosch utiliza sondas de zircônio. Esta é composta internamente por um elemento cerâmico envolto por um cilindro (eletrodo negativo) e por um cone concêntrico (eletrodo positivo). O elemento cerâmico (eletrólito sólido) é a base de dióxido de zircônio (ZrO2), recoberto, interna e externamente por uma fina camada de platina porosa, inserido em uma carcaça metálica, com aberturas ou orifícios para passagem dos gases de combustão, com função de proteção e de fixação à tubulação do escapamento do veículo. Um dos lados do elemento cerâmico (parte interna do eletrodo negativo), se encontra em contato direto com o ar atmosférico (21% de oxigênio), enquanto o outro, está exposto aos gases de combustão (parte externa do eletrodo positivo, onde a concentração de oxigênio nos gases é variável em função da relação ar/combustível no interior do cilindro).
Em temperaturas superiores a 300º C, o elemento cerâmico torna-se condutor de íons de oxigênio. Em tais condições, cargas negativas (O-2) migram de uma placa de platina para outra, conduzidas pelo elemento cerâmico (eletrólito de dióxido de zircônio), gerando uma diferença de potencial elétrico entre os terminais dos eletrodos. Esse potencial é dado pela equação de Nerst.
2 Especificações
O sinal produzido pela Sonda Lambda varia de 100 a 900 milivolts. Valores entre 100 e 200 milivolts indicam mistura pobre, alta concentração de oxigênio nos gases de combustão (lambda > 1). Valores entre 200 e 800 milivolts, indicam mistura ideal (lambda = 1 ou mistura esquetiométrica). Valores entre 800 e 900 milivolts, indicam mistura rica, baixa concentração de oxigênio (lambda < 1).
Gases com concentração inferior a 0,3%, tensão > 0,8 volts.
Gases com concentração superior a 0,5%, tensão < 0,2 volts.
Pela alta sensibilidade na região estequiométrica, o erro do sensor fica em ±0.13%.
A Bosch possui diversos modelos de sondas lambdas (Bosch 0 258 00X XXX), porém todos os modelos possuem o mesmo princípio de funcionamento e a mesma curva Lambda X Tensão. Duas características mudam entre os modelos: a rosca e a quantidade de fios, isso pelo fato das mais diversas marcas de veículos e injeções eletrônicas.
Diferença entre os números de fios das sondas lambdas:
-3 fios: 2 fios para alimentação do aquecedor; 1 fio para o sinal; o retorno do sinal é feito através do chassi.
-4 fios: 2 fios para alimentação do aquecedor; os outros 2 para o sinal e o retorno de sinal; este último está isolado da carcaça.
Há excessão de um modelo da Bosch que não possui aquecimento elétrico, e possui apenas 1 fio para o sinal, o retorno do sinal é feito através do chassi.
Preço: Variando o modelo, as Sondas Lambdas da Bosch custam entre R$90,00 e R$200,00.
Em temperaturas superiores a 300º C, o elemento cerâmico torna-se condutor de íons de oxigênio. Em tais condições, cargas negativas (O-2) migram de uma placa de platina para outra, conduzidas pelo elemento cerâmico (eletrólito de dióxido de zircônio), gerando uma diferença de potencial elétrico entre os terminais dos eletrodos. Esse potencial é dado pela equação de Nerst.
2 Especificações
O sinal produzido pela Sonda Lambda varia de 100 a 900 milivolts. Valores entre 100 e 200 milivolts indicam mistura pobre, alta concentração de oxigênio nos gases de combustão (lambda > 1). Valores entre 200 e 800 milivolts, indicam mistura ideal (lambda = 1 ou mistura esquetiométrica). Valores entre 800 e 900 milivolts, indicam mistura rica, baixa concentração de oxigênio (lambda < 1).Gases com concentração inferior a 0,3%, tensão > 0,8 volts.
Gases com concentração superior a 0,5%, tensão < 0,2 volts.
Pela alta sensibilidade na região estequiométrica, o erro do sensor fica em ±0.13%.
A Bosch possui diversos modelos de sondas lambdas (Bosch 0 258 00X XXX), porém todos os modelos possuem o mesmo princípio de funcionamento e a mesma curva Lambda X Tensão. Duas características mudam entre os modelos: a rosca e a quantidade de fios, isso pelo fato das mais diversas marcas de veículos e injeções eletrônicas.
Diferença entre os números de fios das sondas lambdas:
-3 fios: 2 fios para alimentação do aquecedor; 1 fio para o sinal; o retorno do sinal é feito através do chassi.
-4 fios: 2 fios para alimentação do aquecedor; os outros 2 para o sinal e o retorno de sinal; este último está isolado da carcaça.
Há excessão de um modelo da Bosch que não possui aquecimento elétrico, e possui apenas 1 fio para o sinal, o retorno do sinal é feito através do chassi.
Preço: Variando o modelo, as Sondas Lambdas da Bosch custam entre R$90,00 e R$200,00.
3 Aplicações
A central de injeção opera basicamente em closed-loop (malha fechada). Quando o motor funciona em regimes estáveis, como em marcha lenta, suaves acelerações, velocidade do veículo constante com abertura de borboleta menor que 70% e dentro de um certo limite máximo de rotação, o sistema opera em malha fechada com lambda determinado pela central igual a 1,000 ± 5%. Já em plena carga e rotações elevadas, a central trabalha com lambda entre 0,820 à 0,920 (mistura excessivamente rica), devido ao controle de temperatura do motor.
Além da utilização em conjunto com a injeção eletrônica, a sonda lambda é utilizada também para preparação de motores. Ligado a um HallMeter?, o preparador sabe quando o carro está com falta de combustível ou com excesso, evitando assim danificar o motor em ajustes extremos.
Com um custo baixo é possivel construir um hallmeter, os componentes utilizados são:
1- LM 3914
2- Capacitor eletrolítico 2,2 micro Farad / 16 V ou maior
3- Resistor 330 OHM / 1/8 w
4- Trim Pot (Potenciômetro) 4.7K
5- 2 Led vermelho (ALTO BRILHO )
6- 2 Led amarelo (ALTO BRILHO )
7- 6 Led verde (ALTO BRILHO )
8- Soquete para C.I. de 18 pinos s
1- LM 3914
2- Capacitor eletrolítico 2,2 micro Farad / 16 V ou maior
3- Resistor 330 OHM / 1/8 w
4- Trim Pot (Potenciômetro) 4.7K
5- 2 Led vermelho (ALTO BRILHO )
6- 2 Led amarelo (ALTO BRILHO )
7- 6 Led verde (ALTO BRILHO )
8- Soquete para C.I. de 18 pinos s
4 Conclusão
O sensor de oxigênio ou sonda lambda tem suas utilizações bem limitadas, mas de grande importância. Com ela é possível aumentar a performance e rendimento dos veículos e também diminuir a emissão de gases poluentes.
O sensor de zircônio tem uma grande sensibilidade na região da combustão ideal, variando bruscamente sua curva. Já os sensores de titânio possuem uma curva proporcional a concentração de oxigênio, o que diminui sua sensibilidade na região de maior importância.
5 Referências
[1] Bosch, Sonda Lambda Bosch, 2001, [www.bosch.com.br/br/autopecas/produtos/injecao/downloads/folheto_sondas_2001.pdf], acesso em março/2007.[2] Alfatest, Sensores de Oxigênio, 2004, [http://www.alfatest.com.br/noticias/sensores.html], acesso em março/2007.
[3] F. H. Cordova, Faça um Hallmeter, 2006, http://www.corsaclube.com.br/abre_materias.php?pagina=materias/faca_voce_mesmo/hallmeter, acesso em março/2007.
[4] CDTM Automotive, Sonda Lambda, 1997, http://www.cdtm.com.br/artigostecnicos_v.asp?Contador=46, acesso em março/2007.
MsoNormal?" style="line-height: 150%; text-align: center;">