PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA MISTURAS DE ÓLEOS VEGETAIS E DIESEL EM MOTORES DE TRATORES

PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA

MISTURAS DE ÓLEOS VEGETAIS E DIESEL EM

MOTORES DE TRATORES

6º Congresso Internacional de BioenergiaCentro de Eventos da FIEP

Curitiba, 18 de agosto de 2011

José Carlos Laurindo

TECPAR/CERBIO

22

Com o intuito de subsidiar e responder questões relativas às misturas de óleos vegetais e Diesel, utilizadas como combustíveis para motores Diesel em tratores agrícolas, o CERBIO – Centro de Energias Renováveis do TECPAR – Instituto de Tecnologia do Paraná, em parcerias com a UEM – Universidade Estadual de Maringá e o CPRA – Centro Paranaense de Referência em Agroecologia, da Secretaria Estadual de Agricultura e Abastecimento - SEAB, realizaram experimentos de campo de junho de 2007 a setembro de 2010 .

Na Fazenda Iguatemi do Setor de Ciências Agrárias da UEM, em Maringá PR, foi monitorado o trator Massey Fergusson MF-275, consumindo misturas de óleo vegetal e Diesel, como combustível.

No CPRA,em Pinhais PR, foi monitorado o trator da Case New Holand CNH-TT 55, consumindo as mesmas misturas de óleo vegetal e Diesel.

Nestes experimentos as máquinas operaram com misturas dos óleos de soja ou de girassol com Diesel comercial metropolitano, no trator CNH-TT 55 e com Diesel comercial interior, no trator MF-275.

INTRODUÇÃO

33

Óleo Vegetal bruto de soja extraído e

filtrado mecanicamente a frio, na usina

Witmarsum.

Óleo Vegetal bruto de girassol extraído e filtrado mecanicamente a frio, na Planta do Instituto Cristão de Desenvolvimento – ICD / COPERBIOBRASIL, instalada no CPRA.

ORIGEM DOS ÓLEOS VEGETAIS

44

EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS

Equipamentos da Mini Usina Witmarsum.

55

EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS

Equipamentos da Mini Usina Witmarsum.

66

EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS

Mini Usina Compacta do – ICD, instalada no CPRA.

77

CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS

Valores de viscosidades a 40 0C em função do teor de óleo de soja na mistura

Porcentagem de óleo vegetal(% volume)

Viscosidade cinemática a 40 ºC (mm2/s)

0 # 3.11 (Diesel puro)

10 3.97

15 4.49

19 4.91

20 5.07

100 31.50 (OV puro)

# Viscosidade máxima para o Diesel 5 mm# Viscosidade máxima para o Diesel 5 mm22/s (ANP 15)/s (ANP 15)

Fonte: CERBIOFonte: CERBIO

88

CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS

Valores de viscosidade cinemática de OV-100 e OV-20 em função da temperatura

Temperatura (ºC)

Óleo de soja puro OV-100(Viscosidade em mm2/s)

Mistura OV-20(Viscosidade em mm2/s)

25 54.26 ---

40 31.50 5.07

50 23.18 4.08

60 17.49 3.35

70 13.87 2.83

80 10.95 2.41

90 8.98 2.10

100 7.49 1.83*

* Este valor encontra-se fora da faixa de aplicação recomendada para o capilar utilizado .

Fonte: CERBIOFonte: CERBIO

99

Ensaio Óleo de soja puro(OV-100)

Mistura OV-20

Resíduo de carbono Conradson da amostra integral, % massa

(Ramsbottom, conversão segundo norma ASTM D 189)

0,38 0,18

CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS

Valores de resíduo de carbono para as amostras OV-100 e OV-20

Norma / Ensaio Limite máximo (%, massa)

Resolução ANP nº 15 - dieselResíduo de carbono Ramsbottom, resíduo

dos 10 % finais da destilação – ASTM D 5240,25

Norma RK 05/2000 – óleos vegetaisResíduo de carbono – DIN EN ISO 10370 0,40

Fonte: CERBIOFonte: CERBIO

1010

TRATORES

Trator MF 275 utilizado no teste com OV-20 , na UEM

Motorização Perkins série 4000; 70 CV a 2.200 rpm

1111

TRATORES

Trator CNH TT55 utilizado no teste com OV-20 , no CPRA

Motorização IVECO modelo 8035.05; com 55 CV a 2500 rpm

1212

ABASTECIMENTO

Bomba e reservatório de abastecimento de OV-20 , no CPRA

1313

ABASTECIMENTO

Posto de abastecimento de OV-20 , da Fazenda Iguatemi - UEM

1414

PREPARAÇÃO DOS TRATORES

Verificação do sistema de injeção e pressão dos cilindros do Trator MF 275 da UEM

1515

PREPARAÇÃO DOS TRATORES

Verificação do sistema de injeção do Trator CNH TT 55 do CPRA

1616

ANALISADORES DE FUMAÇA

Ensaios BOSCH e de Opacidade da fumaça

1717

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Fumaça no trator MF 275 da UEM

Trator MF 275, fumaça BOSCH com Diesel em 25/07/2007

No de amostras

Leituras dos Nos BOSCH (unidade EDT 020.50)

I II III IV Médias

Marcha lenta 0,7 0,5 0,6

Acelerações 2,0 2,1 2,3 2,2 2,1

1818

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Fumaça no trator MF 275 da UEM

Trator MF 275, fumaça BOSCH com OV-20 em 25/07/2007

No de amostras

Leituras dos Nos BOSCH (unidade EDT 020.50)

I II III IV Médias

Marcha lenta 0,1 0,2 0,1

Acelerações 2,9 2,6 2,9 2,8 2,8

1919

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Fumaça no trator CNH TT55 do CPRA

Trator CNH TT55, fumaça BOSCH com Diesel (19 horas após revisão RETIBOMBAS)

No Leituras dos Nos BOSCH (28/08/08)

de amostras I II III IV V VI Médias

Marcha lenta

Acelerações 5,3 5,3 5,2 4,5 5,2 5,1 5,1

2020

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Fumaça no trator CNH TT55 do CPRA

Trator CNH TT55, fumaça BOSCH com OV (300 horas após revisão RETIBOMBAS)

No Leituras dos Nos BOSCH (15/12/08)

de amostras I II III IV V VI Médias

Marcha lenta

Acelerações 6,2 5,8 5,8 5,9

2121

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Opacidade no trator MF 275 da UEM

Trator MF 275 – Faz. UEM Maringá PR

Massey Fergusson / 275

000T275202C000198

Perkins 4000 / SC8B08B633632H

x

x

xHorímetro com 3.667 horas

x

x

700 2.500

0,00 m-1

Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 90 oC

0,65

0,65

0,65

*0,65

*0,43

*0,43

0,65 *0,43

0,43 0,65

0,48 m-1

Maringá 590 m

José Carlos Laurindo 20 11 07

* Medições consideradas no cálculo do resultado 6, 7, 8 e 9)

Comb. Diesel

Hora 17:00Pressão amb. 943,3 mBarTemp. amb. 34,5 oC

2222

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Opacidade no trator MF 275 da UEM

Trator MF 275 – Faz. UEM Maringá PR

Massey Fergusson / 275

000T275202C000198

Perkins 4000 / SC8B08B633632H

x

x

xHorímetro com 3.665 horas

x

x

850 2.500

0,00 m-1

Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 90 oC

1,09

0,65

0,65

*0,65

*0,65

0,65

*0,65 0,43

*0,65 0,65

0,65 m-1

Maringá 590 m

José Carlos Laurindo 19 11 07

* Medições consideradas no cálculo do resultado 4, 5, 6 e 7)

Comb. OV-20

Hora 15:20Pressão amb. 944,2 mBarTemp. amb. 29,2 oC

2323

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Opacidade no trator CNH TT55 do CPRA

Trator do CPRA Pinais PR

CNH TT55

Z7CG22564

IVECO/984150

x

x

xHorímetro com 589 19 horas com Diesel após revisão RETIBOMBAS

x

x

800 2.800

0,00 m-1

Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 90 oC

2,72

2,48

3,21

*2,72

*2,72

3,21

*2,96 2,96

*2,72 3,46

2,78 m-1

Pinhais 900 m

Laurindo / Bruno 28 08 08

* Medições consideradas no cálculo do resultado 4, 5,6 e 7)

Comb. Diesel

Hora 15:20Pressão amb. 944,2 mBarTemp. amb. 29,2 oC

2424

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Ensaios de Opacidade no trator CNH TT55 do CPRA

Trator do CPRA Pinais PR

CNH TT55

Z7CG22564

IVECO/984150

x

x

xHorímetro com 890h e 300 horas de uso da OV-20

x

x

800 2.800

0,00 m-1

Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 87 oC

2,96

3,71

3,21

*3,46

*3,71

*3,46

2,96 2,96

*3,71 2,96

3,58 m-1

Pinhais 900 m

Laurindo 15 12 08

* Medições consideradas no cálculo do resultado 5, 6,7 e 8)

Comb. OV-20

Hora 16:00Pressão amb. 909,7 mBarTemp. amb. 22,0 oC

2525

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Variações de consumo dos combustíveis do trator MF 275 da UEM

Condição de

operação

Consumo de Diesel em [l/h]

Consumo de OV-20 em [l/h]

Variações dos

consumos

Máquina parada

(1900 rpm)3,18 3,69 + 16,0

Grade com 7o 5,87 6,20 + 5,6

Grade com 15o 6,81 7,17 + 5,4

Grade com 30o 7,32 8,28 + 13,1

2626

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Variações de consumos de combustíveis do trator CNH TT55 do CPRA

Condição de OperaçãoConsumos em

[l/h]

Uso Geral com OV-20 2,42

Acionando roçadeira com OV-20 2,78

Consumo nominal do TT55 Diesel # 3,5

# Valor de referência fornecido pela CNH# Valor de referência fornecido pela CNH

2727

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Acompanhamento do óleo lubrificante do trator MF 275 da UEM

2828

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Acompanhamento do óleo lubrificante em trator CNH TT55 do CPRA

2929

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Medidas das pressões nos cilindros no trator MF 275 da UEM

3030

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Medidas das pressões nos cilindros no trator CNH TT55 do CPRA

3131

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Medidas das pressões nos cilindros no trator MF 275 da UEM

Medidas efetuadas, após 263 horas com OV-20 em novembro 2007

Cilindro no Pressões [kgf/cm2]

1 32

2 32

3 35

4 34

Medidas efetuadas no início do teste com OV-20 em julho 2007

Cilindro no Pressões [kgf/cm2]

1 25

2 27

3 26

4 26

Considerando as médias das pressões antes e depois do teste, verifica-

se um aumento de 27,9% indicando problemas internos no motor,

provavelmente devido a depósitos nas câmaras de combustão.

3232

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Medidas das pressões nos cilindros no trator CNH TT55 275 do CPRA

Medidas efetuadas, após 300 horas com OV-20 em dezembro 2008

Cilindro no Pressões [kgf/cm2]

1 25

2 25

3 25

Medidas efetuadas no início do teste com OV-20 em agosto 2008

Cilindro no Pressões [kgf/cm2]

1 25

2 25

3 24

Pode-se observar que as pressões dos cilindros mantiveram se

constantes indicando que não houve acúmulo significativo de resíduos da

combustão em 300 horas de teste.

3333

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Comparação dos bicos injetores do trator MF 275 da UEM

Antes do teste, Antes do teste, 408 h com Diesel408 h com Diesel, , após preparação do motor após preparação do motor

Após Após 263 h com a mistura OV-20 263 h com a mistura OV-20

3434

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Comparação dos bicos injetores do trator CNH TT55 do CPRA

Antes do teste, Antes do teste, 571 h com Diesel571 h com Diesel, , antes da preparação do motor para o antes da preparação do motor para o testeteste

Após Após 300 h com a mistura OV-20300 h com a mistura OV-20

3535

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Verificação dos coletores de admissão trator MF 275 da UEM

Antes do teste, Antes do teste, 408 h com Diesel408 h com Diesel, , após preparação do motor após preparação do motor

Após 263 h com a mistura OV-20 Após 263 h com a mistura OV-20

3636

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Verificação das válvulas de admissão trator MF 275 da UEM

Antes do teste, Antes do teste, 408 h com Diesel408 h com Diesel, , após preparação do motor após preparação do motor

Após Após 263 h com a mistura OV-20263 h com a mistura OV-20

3737

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Verificação dos dutos de escapamento trator MF 275 da UEM

Antes do teste, Antes do teste, 408 h com Diesel408 h com Diesel, , após preparação do motor após preparação do motor

Após Após 263 h com a mistura OV-20263 h com a mistura OV-20

3838

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Verificação dos dutos de escapamento trator CNH TT55 do CPRA

Motor operando 571 horas com DieselMotor operando 571 horas com Diesel

3939

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO

Vazamento no retentor do eixo da bomba injetora do trator CNH-TT55 após 1.180 horas de uso da OV-20.

Bolhas de ar

** Retentor entregue para verificação na CNH em setembro de Retentor entregue para verificação na CNH em setembro de 2010.2010.

4040

Conclusões para o trator MF 275 da UEM

1) Apesar do motor ter operado normalmente por 263 horas, internamente os depósitos carbonosos apareceram e a continuidade do uso provocaria problemas no motor.

2) Os depósitos nos injetores (que certamente estarão presentes nas câmaras de combustão) fizeram com que as pressões dos cilindros aumentassem, como se a taxa de compressão fosse aumentada.

3) O aumento das pressões, provoca sobrecarga nos anéis e a sua conseqüente quebra.

4) Já os depósitos nos dutos de escapamento, provocam restrição que comprometem o desempenho do motor.

5) Os fatos observados permitem concluir que o uso da mistura OV-20, no motor do trator MF-275, não é recomendável.

ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL

4141

Conclusões para o trator CNH TT55 do CPRA

1) O trator operou normalmente por 1000 horas, com a mistura OV-20, sem nenhuma modificação e registro de anormalidades dignas de nota.

2) As medições das pressões dos cilindros indicaram valores praticamente constantes verificando-se que estavam com os mesmos valores do início do teste e dentro das especificações do fabricante do motor.

3) As análises de óleo lubrificante, efetuadas pela PETRONAS, durante o teste, apresentaram valores normais e compatíveis com a aplicação do lubrificante neste tipo de equipamento.

4) Com 1.180 horas foi substituído retentor do eixo da bomba injetora que sofreu ressecamento, provavelmente devido a incompatibilidade do material com o OV.

5) Diante destas observações, foi recomendado que a máquina continuasse em uso com OV-20, o que não foi possível pois ao final da 2010 a CNH, inadvertidamente, vendeu o trator que estava em este no CPRA.

ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL

4242

Possível explicação para a diferença encontrada nas máquinas ensaiadas.

Considerando que máquinas são de fabricantes diferentes com tecnologias diferentes, assim o motor do MF-275 é um PERKINS da série 4000, de projeto mais antigo que o motor do CNH- TT55, que é um IVECO modelo 8035.05 mais moderno, isto pode ser observado pela diferença das câmaras de combustão:

ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL

CC do MF-275, (menos turbulenta)CC do MF-275, (menos turbulenta) CC do CNH-TT55, (mais turbulenta)CC do CNH-TT55, (mais turbulenta)

4343

Equipe do CERBIO

Elisa Maria Suchek – Técnica em QuímicaPatrícia Raquel Silva – Engenheira Química

Giuliano Fernandes Zagonel - QuímicoWellington W. D. Vechiatto – Químico Industrial

Claylton S. C. Murbach – Técnico Mecânico

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

laurindo@tecpar.br

(41) 3316-3032