Redefinindo o custo da conformidade com as emissões.

Um sistema harmonizado de motor e pós-tratamento é um meio de obter valor operacional dos equipamentos de construção.

Isso significa, na medida do possível, manter a complexidade da engenharia e o risco do programa no mínimo.

Embora a conformidade com as normas de emissões seja obrigatória, a forma como isso é feito tornou-se um importante diferencial para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs).

Atualmente, o menor custo de aquisição em controle de emissões tem menos a ver com o preço inicial de um sistema de pós-tratamento de gases de escape; ele é mais determinado por fatores como integração, validação, cronogramas de desenvolvimento, durabilidade e requisitos de serviço a longo prazo.

Segundo David Phillips, Diretor Técnico da Eminox, multinacional especializada em pós-tratamento de gases de escape, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) estão agora muito mais conscientes de que os programas de emissões representam desafios complexos a nível de sistema.

“Normalmente, você não pega um motor existente e diz: 'vamos instalar um sistema de pós-tratamento nele'”, explica ele. “Você integra o sistema de pós-tratamento ao motor. As escolhas que você faz no motor – o sistema de combustível, a configuração do turbo, a estratégia de EGR – definem as emissões do motor, e isso afeta diretamente a aparência que o sistema de escapamento precisa ter.”

Essas interações moldam tudo, desde as tecnologias de catalisadores e a quantidade de metais preciosos até o tamanho do filtro de partículas diesel (DPF), a capacidade de armazenamento de fuligem e os intervalos de manutenção. O resultado é que cada decisão tomada no sistema de propulsão tem implicações em outras partes do sistema.

Para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs), isso mudou fundamentalmente a forma como os programas de emissões são abordados.

De componentes a sistemas

Historicamente, os componentes de controle de emissões eram tratados principalmente como peças separadas. Hoje, a maioria dos fabricantes reconhece que o desempenho em termos de emissões é resultado de um sistema totalmente integrado.

Dave Phillips, Diretor Técnico do Grupo Eminox

“Agora eles estão pensando de ponta a ponta”, diz Phillips. “Desde o ar que entra no motor até o escapamento. E todos esses elementos podem influenciar o custo, o consumo de combustível, os intervalos de manutenção ou a experiência do usuário.”

Essa mudança também alterou a estrutura das equipes de desenvolvimento. Cada vez mais, as montadoras estão criando grupos dedicados à integração de sistemas, que modelam e simulam diferentes combinações de motores e sistemas de pós-tratamento logo no início do programa.

“Idealmente, eles terão analisado diversos cenários antes de iniciarem o desenvolvimento físico”, explica Phillips. “Como equipe, eles precisam analisar tudo e simular todas as eventualidades para que, antes de iniciarem um novo programa de motor, tenham efetivamente testado tudo no papel ou em simulação.”

Mesmo com ferramentas de planejamento mais sofisticadas, no entanto, as pressões de custos geralmente aparecem mais tarde no desenvolvimento.

Por que os problemas geralmente aparecem no final

Em muitos programas de controle de emissões, os estouros de orçamento e os atrasos ocorrem na fase final do processo, quando os prazos de lançamento estão se aproximando e as equipes de engenharia precisam resolver rapidamente os problemas restantes.

“É quase sempre no final”, diz Phillips. “É quando você tem uma data-alvo e, de repente, começa a adicionar recursos ou gastar mais dinheiro para resolver problemas.”

Idealmente, esses recursos seriam investidos no início do programa para evitar complicações de última hora. Na prática, prioridades concorrentes muitas vezes impedem isso.

“Você pode dizer que vai reservar recursos para algo que surgirá daqui a três anos”, explica ele. “Mas se houver um problema hoje que esteja afetando a produção, as pessoas naturalmente se mobilizam para resolvê-lo. Quando o programa de emissões se torna urgente, você já está sob pressão.”

A velocidade de desenvolvimento torna-se, portanto, um fator crítico no custo do programa.

“No fim das contas, tempo é dinheiro”, diz Phillips. “Quanto mais rápido você puder projetar, prototipar e testar sistemas, menor tende a ser o custo.”

No entanto, os cronogramas de desenvolvimento raramente são determinados apenas pelos fornecedores de sistemas de pós-tratamento; muitas vezes, são limitados pelo ritmo do programa de desenvolvimento do motor como um todo.

“Podemos ser capazes de projetar e construir um sistema de escape com bastante rapidez”, diz ele. “Mas a equipe de motores ainda pode estar testando diferentes combinações de componentes. Portanto, o ritmo geralmente é ditado pelo programa como um todo, e não por uma parte específica dele.”

O custo oculto da validação e do desempenho em campo.

Os testes de laboratório são valiosos, mas não substituem os dados coletados de máquinas operando em campo.

Mesmo quando os sistemas de emissões atingem a produção com sucesso, custos imprevistos ainda podem surgir quando o equipamento está operando em condições reais.

Um exemplo é a exposição à garantia.

“Sempre surgem problemas inesperados”, diz Phillips. “Pode ser o comportamento térmico ou um caso de uso que você simplesmente não previu.”

Para reduzir esses riscos, muitos fabricantes de equipamentos originais (OEMs) agora monitoram de perto as primeiras máquinas implantadas em campo.

“Eles acompanham de perto as primeiras unidades”, explica ele. “Eles coletam dados, entendem como os clientes estão realmente usando os equipamentos e identificam qualquer coisa incomum antes que haja grandes volumes em campo.”

Essas observações iniciais geralmente levam a refinamentos de projeto durante o primeiro ano de produção.

Outra área fundamental são os testes de validação. Os testes de laboratório podem explorar condições operacionais extremas, mas não conseguem replicar completamente o uso no mundo real.

“Nunca haverá um substituto completo para a validação em campo”, diz Phillips. “Mas os testes de campo por si só também podem ser bastante específicos. Pode ser que você não veja todas as diferentes perturbações ou não atinja os pontos extremos para obter uma visão completa.”

Para lidar com essa incerteza, os engenheiros frequentemente testam os sistemas nos limites de sua faixa de operação.

“Você analisa os piores cenários”, explica ele. “Se você considerar os piores componentes e o pior ambiente possível, o sistema ainda sobreviverá?”

A escala do programa geralmente determina o alcance dos testes. Produtos de alto volume exigem maior precisão, pois até mesmo pequenas decisões de projeto podem se multiplicar por milhares de unidades.

“Se você estiver produzindo um grande número de sistemas, cada centavo investido importa”, diz Phillips. “Mas, da mesma forma, você não pode se dar ao luxo de ter falhas em campo.”

Integração versus soluções complementares

Embora o desenvolvimento integrado seja geralmente preferido, ainda existem situações em que os sistemas de emissões precisam ser adicionados aos motores existentes, em vez de serem desenvolvidos em conjunto com eles.

Um sistema de pós-tratamento de gases de escape Eminox de acoplamento direto

“A Eminox recebe regularmente pedidos de sistemas de escape 'plug and play' e temos uma gama de soluções em nosso portfólio para atender às necessidades desses clientes”, diz Phillips. “Às vezes, o cliente já tem um motor e não quer trocá-lo, ou o custo de redesenhar o motor seria muito alto.”

Nesses casos, os engenheiros devem adaptar o sistema de pós-tratamento para que se ajuste à arquitetura existente.

“Sempre há concessões a serem feitas”, reconhece ele. “Mas, às vezes, é a coisa comercialmente sensata a se fazer, especialmente para aplicações de menor volume.”

Diferenças regionais na regulamentação

Para complicar ainda mais as coisas, as regulamentações sobre emissões variam significativamente entre os mercados globais.

Na Europa, a tendência de aumento da regulamentação tem se mantido relativamente consistente, proporcionando aos fabricantes metas de longo prazo mais claras. Em contrapartida, os EUA apresentam um ambiente regulatório mais fragmentado, com abordagens bastante distintas, que vão desde as normas federais relativamente brandas até os rígidos controles do Conselho de Recursos Atmosféricos da Califórnia (CARB).

“O CARB tende a ser mais agressivo”, observa Phillips. “Outros estados podem optar por seguir essa abordagem ou a da EPA [Agência de Proteção Ambiental] federal.”

Mercados emergentes como a Índia também apresentam desafios únicos.

Phillips afirma: “As regulamentações estão progredindo, mas os prazos podem mudar. Em alguns setores, há um forte impulso, enquanto em outros a indústria precisa de mais tempo para se adaptar.”

Apesar dessas variações regionais, um fator permanece constante: o custo é sempre central na discussão.

“A discussão sobre custos é a mesma em todos os lugares”, diz Phillips. “O que muda é a aplicação e a arquitetura da aplicação.”

Escolher o sistema certo

Um dos erros mais comuns no desenvolvimento de estudos de emissões, argumenta Phillips, é focar-se excessivamente em componentes individuais em vez de no sistema como um todo.

“Não se trata apenas de escolher os melhores componentes individualmente”, diz ele. “Você quer componentes que funcionem juntos em harmonia.”

Na realidade, combinar o hardware mais avançado em cada categoria pode, por vezes, simplesmente aumentar o custo sem melhorar o desempenho.

“Se cada especialista insistir na melhor parte da sua área, você pode acabar com um sistema superdimensionado, com orçamento estourado e potencialmente subotimizado”, explica ele.

Em vez disso, o sucesso muitas vezes reside no equilíbrio entre desempenho, durabilidade e custo em todo o sistema.

Reduzir a complexidade para reduzir custos.

O desafio para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) que precisam navegar por esses cenários regulatórios e técnicos é combinar a minimização dos preços dos componentes com a redução dos desafios de integração, o encurtamento dos ciclos de desenvolvimento e a garantia de que os sistemas funcionem de forma confiável ao longo de todo o seu ciclo de vida.

Essa não é uma tarefa fácil e requer uma visão holística do controle de emissões que conecte considerações de engenharia, validação, fabricação e serviço.

“Embora os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) compreendam muito bem o pós-tratamento hoje em dia”, diz Phillips, “ainda existe um valor real em trabalhar com integradores de sistemas de escape para otimizar todo o sistema, garantindo que o motor e o pós-tratamento estejam totalmente integrados.”

Em última análise, o menor custo de aquisição não é alcançado reduzindo o esforço de engenharia, mas sim aplicando-o nos lugares certos.

À medida que os padrões de emissões continuam a evoluir em todo o mundo, os fabricantes que adotarem essa abordagem sistêmica provavelmente estarão em melhor posição para garantir a conformidade de forma eficiente e sustentável.

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Este artigo foi produzido pela KHL Content Studio, em colaboração com especialistas do Eminox Group of Companies.

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Todas as imagens são cortesia da Eminox.