Desenvolvimento de bancada de testes para avaliar emissão de material particulado de sistema de freios automotivo

Abstract

A emissão de material particulado pelo sistema de freios contribui para a poluição do ar. Atualmente, com a restrição mais severa vinculada à emissão de poluentes provenientes da combustão, a fração correspondente ao sistema de freios se torna mais representativa, juntamente com a fração relacionada ao desgaste de pneus e da pista. O estudo deste fenômeno, porém, não é suportado por métodos de análise e investigação padronizados e unanimemente reconhecidos e adotados. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma bancada de testes simplificada referente à emissão de particulados provenientes da interação disco-rotor em um freio a disco. Ainda como objetivo está avaliar a repetibilidade e confiança dos resultados para a posterior utilização da bancada no desenvolvimento da tecnologia de pastilhas de freio visando reduzir a poluição do ar. A bancada é baseada em uma motocicleta fixa e adaptada à receber um enclausuramento no conjunto de freio traseiro capaz de fornecer um fluxo de ar filtrado, controlado e apto a recolher partículas aerotransportadas por amostragem em filtro. Após a aquisição, o material é analisado em microscópio, com suas imagens sendo processadas a fim de resultar na contagem de partículas. Fontes de erros e incertezas na medição foram mitigadas com a aplicação de normas individuais para testes e desenhos dos componentes da câmara. Os resultados foram baseados de acordo com a análise e comparação da contagem de partículas em função do espectro do diâmetro aerodinâmico da mesma, na faixa de 100 nanômetros a 10 micrômetros, portanto, nas categorias MP10, MP2,5 e MP1 (partículas finas). Por fim, a análise das amostras induz ao cumprimento dos objetivos, pois, após montagem e testes da bancada, amostragens distintas foram realizadas e, após a análise, verificou-se que ambas estão na mesma faixa de incertezas e condizem com os resultados obtidos na literatura.

The emission of particulate matter from brake systems contributes to air pollution. Currently, with increasingly stringent restrictions on combustion-related pollutant emissions, the fraction associated with brake systems becomes more significant, along with that related to tire and road wear. However, the study of this phenomenon lacks standardized and universally recognized and adopted analytical and investigative methods. This work aims to develop a simplified test bench for particulate emissions resulting from the disc-rotor interaction in a disc brake. Another objective is to evaluate the repeatability and reliability of the results for the subsequent use of the test bench in the development of brake pad technology to reduce air pollution. The test bench is based on a fixed motorcycle adapted to receive an enclosure in the rear brake assembly capable of providing a filtered, controlled airflow and collecting airborne particles through filter sampling. After acquisition, the material is analyzed under a microscope, with images processed to yield particle counts. Sources of errors and uncertainties in the measurement are mitigated by applying individual standards for testing and designing chamber components. The results are based on the analysis and comparison of particle counts as a function of the aerodynamic diameter spectrum, ranging from 100 nanometers to 10 micrometers, corresponding to the categories MP10, MP2.5, and MP1 (fine particles). Finally, the analysis of the samples leads to the fulfillment of the objectives, as, after the assembly and testing of the test bench, distinct samplings were performed, and upon analysis, it was found that both are within the same range of uncertainties and align with the results obtained in the literature.