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 ajus-te da quantidade de combustível sendo consumido em um dado momento, a partir da visualização da fumaça saída pela chaminé. Essa escala é na verdade 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 correspondente; não pode ser usada à noite, e 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 é ainda a forma oficial (prevista em lei), para a avaliação da fumaça de motores diesel, no país. Para resolver as limitações da Escala de Ringelmann, foi desenvolvido o OPACÍMETRO.
Trata-se de uma ferramenta de análise do estado de funcionamento dos motores diesel.
Hoje, a avaliação oficial é subjetiva, feita na centenária escala de Ringelmann, pela comparação a olho nu da cor da fumaça emitida pelo motor diesel, com uma escala impressa de tonalidades de cinza.
O uso do opacímetro permite um julgamento preciso e objetivo da situação do motor diesel, a partir das leituras provenientes do aparelho.
Ele faz a medição do nível de opacidade de fumaça emitida pelo motor diesel, através de uma sonda colocada no escapamento, que envia os sinais ali coletados da fumaça, para o monitor, onde são transformados em valores porcentuais (%), sendo que o 0 (zero), equivale ao ar limpo, e 100%, à fumaça totalmente saturada, que impede a passagem de qualquer luz.
Essa fumaça é gerada pelo motor diesel ao ser este acelerado desde a marcha lenta até a máxima rotação sem carga, várias vezes, sendo então tirada a média das leituras registradas pelo opacímetro.
Em linhas gerais, 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 o mais 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 transportálos, 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.
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 aciona.
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 torna crítica. 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, se dia ou noite, etc.
Essa escala foi inventada na década de 1890, pelo Prof. Maximilian Ringelmann, Engº Agrônomo do Institute National Agronomique e Diretor da Station d'Essais de Machines de Paris, França. O propósito dessa escala foi de permitir o controle da queima das caldeiras a vapor então comuns, através da observação da fumaça emitida pelas chaminés.
Essa escala foi adotada quando do surgimento dos veículos diesel (na década de 1920), e permaneceu até o aparecimento dos opacímetros.
A Escala de Ringelmann tem 5 gradações de cinza, indo do branco total, o 0 (zero) = 0%, o 1 = 20%, 2 = 40%, 3 = 60%, 4 = 80% e finalmente o 5 = a 100%, representando neste caso, o preto total. Essas gradações representam a quantidade de negro existente em cada uma.
A Escala de Ringelmann é a referência para a fiscalização rodoviária e urbana, da emissão de fumaça no Brasil, sendo o nº 2 o máximo permitido pela resolução 510/77 do Contran.
A maior vantagem da Escala de Ringelmann é sua simplicidade; o custo, que costuma ser apontado como vantagem, é questionável, pois a subjetividade de seus resultados é muito questionada, e isso causa tanto custos diretos (judiciais), como indiretos, ou seja, a necessidade de treinamento específico dos operadores, para evitar erros.
É a escala básica de medida para a opacidade de fumaça. Originalmente usada nos opacímetros de vazão total, montados na saída do escapamento, 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 a 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).
Essa unidade pertence a uma escala onde a forma de reportar a medição de fumaça, é focada 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), especialmente a de nº 251/99.
Quando se faz o teste de opacidade de fumaça, é necessário primeiramente certificar-se de que a tubulação de escape está 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 IN 6 do CONAMA). 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.
Não. O opacímetro é um aparelho que mede uma característica física dos gases de escape dos motores diesel, na forma do enegrecimento 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 NOx (Óxidos Nitrosos), só é verificada nos analisadores de gases, que são mini-laboratórios de análise de gases, pré-programados para precessar esses gases específicos. Esse é um exame químico, e no caso dos motores diesel, exige ainda um purificador dos gases de escape, para eliminar os particulados (a fuligem), evitando assim entupir o analisador.
Trata-se do desenvolvimento da tecnologia dos motores diesel que vem permitindo a queda continua dos valores de fumaça emitidos, ao mesmo tempo que a busca de um meio ambiente mais saudável aumenta a pressão nesse sentido.
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 15% é perfeitamente normal.